Améliorer le ventilateur

Amélioration du rendement du ventilateur

On peut remplacer le ventilateur existant par un ventilateur ayant un meilleur rendement. On examinera en premier lieu les ventilateurs de plus grosse puissance.

Remplacement d’un ventilateur à réaction par un ventilateur à réaction de même taille mais de meilleur rendement

Aubes arrières profilées.

On peut remplacer le ventilateur existant par un ventilateur de même type (remplacement d’une roue à action par une roue à réaction) mais ayant un meilleur rendement. En effet, l’évolution technologique des aubes (profils en aile d’avion) et des ouïes a permis d’optimaliser les écoulements d’air dans le ventilateur et donc d’en améliorer le rendement par rapport aux anciennes installations.

Lorsque l’on conserve le même type de roue, les modifications à apporter sont minimes, d’autant plus si on reste dans une même marque d’équipements. Ainsi, pour un raccordement ayant la même configuration, les nouveaux ventilateurs permettent d’obtenir le même point de fonctionnement avec une vitesse de rotation moindre et donc une puissance électrique et une puissance sonore moindre. Le remplacement d’un ventilateur existant ne demande donc comme aménagement complémentaire que la modification de la vitesse de rotation, donc un changement de poulie.

Pour évaluer le gain réalisable par le changement du ventilateur, il faut connaître le rendement ou la puissance absorbée par l’installation existante, ainsi que son point de fonctionnement.

Ces valeurs peuvent être obtenues par mesures.

Pour un même point de fonctionnement, on peut connaître la puissance à l’arbre du nouveau ventilateur, grâce aux courbes caractéristiques fournies par le fabricant. Pour être comparée à la puissance électrique mesurée avec le ventilateur existant, cette puissance doit être corrigée en tenant compte des pertes du moteur électrique, de la transmission et du réglage éventuel :

Puissance électrique = Puissance à l’arbre / (η moteur x η transmission x η réglage)

Les différents rendements peuvent être estimés à partir des valeurs courantes, en fonction des puissances développées. Le rendement du moteur à charge nominale peut aussi être déduit de sa plaque signalétique.

Exemple.

Un ventilateur de taille 400 mm débite 8 000 m³/h à 1 000 Pa, durant 2 500 h/an. La puissance électrique mesurée sur l’alimentation de son moteur est de 4 kW. On peut remplacer ce ventilateur par un ventilateur ayant un meilleur rendement. Le ventilateur choisi peut fournir le même débit avec un rendement de 81 % et une puissance à l’arbre de 2,8 kW, en tournant à une vitesse de 1 950 tr/min.

Si on estime le rendement du moteur à 86 % et celui de la transmission par courroie à 94 %, on peut estimer la puissance qui sera absorbée par la nouvelle installation à :

2,8 kW / 0,94 / 0,86 = 3,5 kW

L’économie réalisable s’élève donc à :

(4 kW – 3,5 kW) x 2 500 h/an x 0,16 €/kWh = 200 €/an

pour un investissement d’environ 500 €, ce qui correspond à un temps de retour de moins de 4 ans.

Une telle économie n’est cependant possible que si le point de fonctionnement à assurer se trouve dans la zone de rendement maximum du nouveau ventilateur, ce qui peut être délicat si l’on souhaite maintenir la taille du ventilateur.

Mise en garde : comparaison des courbes caractéristiques

Comparons par exemple le ventilateur centrifuge de taille 400 de la marque X pour un même point de fonctionnement 10 000 m³/h et 1 000 Pa, tel qu’il était commercialisé en 1976 et dans sa version de 1995.

Voici ce que mentionnent les courbes caractéristiques :

	Version 1976	Version 1995
Vitesse tr/min	2 150	2 125
Rendement du ventilateur	81,5 %	79 %
Puissance à l’arbre	3,4 kW	3,5 kW
Rendement maximum possible	83 %	81 %
Puissance sonore dB(A)	88	87

L’ancienne génération de ventilateur paraît plus efficace que la nouvelle.

Et pourtant les nouveaux ventilateurs de la marque X sont présentés comme nettement moins énergivores (« 30 % d’économie ») et nettement moins bruyants (« 50 % plus silencieux ») et cela se vérifie d’ailleurs sur des installations existantes pour lesquelles on a remplacé les anciennes roues par des roues de nouvelle génération.

D’où provient alors l’erreur ?

Il n’existe pas de norme universelle définissant la manière dont doivent être établies les courbes caractéristiques des ventilateurs. Les méthodes de mesures utilisées en 1976 étaient, de ce fait, différentes de celles utilisées en 1995. De même, il est rare de rencontrer plusieurs fabricants utilisant le même mode de détermination des caractéristiques. Par exemple, certains fabricants utilisent la norme DIN 24 163 « ventilateurs, mesure de puissance, bancs d’essai normalisés », d’autres utilisent une méthode de mesure qui leur est propre.

En conclusion, il est délicat de comparer précisément des ventilateurs uniquement sur base de leur courbe caractéristique, sauf si cette dernière a été établie suivant la même norme de mesure.

Remplacement d’un ventilateur à action par un ventilateur à réaction

Remplacement d’une roue à action (doubles ouïes) par une roue à réaction dans une même enveloppe.

Les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’avant (ventilateurs « à action »), couramment rencontrés dans les groupes de climatisation, ont un rendement maximum inférieur à celui des ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière (ventilateur « à réaction »).

On pourrait donc envisager leur remplacement en vue de diminuer les consommations électriques.

Il est possible :

De remplacer uniquement la roue à action par une roue à réaction de même taille en conservant l’enveloppe du ventilateur. Le gain de rendement est faible, car en admettant que le ventilateur à action ait été choisi pour fonctionner à son rendement maximum, le point de fonctionnement ne se situera pas au rendement maximum du ventilateur à réaction. De plus, la vitesse de rotation du ventilateur à réaction sera nettement plus élevée ce qui nécessite la modification de la transmission par courroie et surtout génère une puissance sonore plus importante. L’investissement à consentir est aussi relativement important en comparaison au prix d’un ventilateur complet. En effet, la pièce détachée coûte toujours plus que la pièce intégrée dans un ensemble. On en profitera aussi pour changer les roulements, …

De remplacer le ventilateur à action par un ventilateur à réaction de plus grande taille. L’investissement à consentir est plus important puisqu’il faut changer le ventilateur et son raccordement au réseau. Par contre, le nouveau ventilateur aura un bien meilleur rendement. L’économie d’énergie sera donc plus importante. La vitesse du nouveau ventilateur sera toujours plus élevée que celle du ventilateur à action, mais moindre que lorsqu’on ne remplace que la roue.

Exemple.

	Ventilateur à action taille 500 mm	Ventilateur à réaction taille 500 mm	Ventilateur à réaction taille 630 mm
Durée de fonctionnement (h/an)	2 500
Débit (m³/h)	10 000
Perte de charge (Pa)	1 000
Rendement (%)	65	68	83
Vitesse (tr/min)	1 000	2 150	1 400
Puissance moteur (kW)	6,7	6,4	5,2
Puissance acoustique (dB(A))	87	101	88
Coût de remplacement (€)		1000	1500
Consommation d’énergie (kWh/an)	16 750	16 000	13 000
Facture énergétique (€/an) (à 0,16 €/kWh)	2680	2560	2080
Économie (€/an)		120	600
Temps de retour (ans)*		21,3	3,5

*si l’entièreté de la consommation du ventilateur est perdue.

Attention, changer le type de roue du ventilateur implique aussi le changement de type de courbe caractéristique. On passe d’une courbe plate à une courbe pentue. Il faut dès lors se poser la question si le choix d’un ventilateur à courbe caractéristique plate n’était pas imposé par le mode de réglage des débits appliqué :

Si la courbe caractéristique du ventilateur est plate, l’économie d’énergie réalisée grâce à un réglage par étranglement est proportionnelle à la modification du débit. Cette économie sera moindre si la courbe caractéristique s’incline.

Le choix d’une courbe caractéristique plate se justifie parfois lorsqu’une régulation permet la coupure de la ventilation local par local en fonction des besoins. Le passage à une courbe caractéristique inclinée imposerait alors l’adjonction d’une variation de vitesse avec maintien de la pression en début de circuit.

Amélioration du rendement de la transmission

Le rendement du système de ventilation dépend du rendement du moteur, de la transmission et du ventilateur.

La transmission par courroies est source de pertes qui peuvent devenir importante dans le cas d’un mauvais réglage. Il y a lieu de vérifier la tension des courroies et l’alignement des poulies. Ces actions sont font partie de la maintenance indispensable à un fonctionnement économe de l’installation.

Vérification de l’alignement des poulies.

Vérification de la tension des courroies.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les chambres de stockage et de conservation

Type d’enceinte de conservation

Il existe différents types d’enceintes de conservation :

l’armoire froide,
la chambre froide compacte,
la chambre froide modulable, démontable, et la chambre froide bâtie.

Les chambres froides se différencient par des volumes différents.
La réglementation prévoit d’affecter une enceinte :

à chaque famille de matières premières (c’est-à-dire « à risque différent ») : produits laitiers, viandes, volailles et charcuterie non stables, produits stables et semi-conserves,
aux plats plats cuisinés à l’avance,
à l’ensemble des produits surgelés.

Le choix du type d’enceinte se fait donc en fonction des différents volumes à entreposer. Il faut cependant noter que pour les commerces de détail, la réglementation autorise cependant l’entreposage de matières premières à « risques différents » dans une même enceinte à condition que la séparation se fasse par un autre moyen : le zonage, l’emballage.

La chambre froide modulable, démontable est préférable à la chambre froide bâtie. En effet, elle présente un certain nombre d’avantages par rapport à cette dernière :

Elle n’immobilise pas de surface de façon définitive ce qui est particulièrement intéressant dans l’optique d’aménagements futurs ou de modifications de l’activité.
Elle est moins onéreuse du point de vue investissement (le montage est très rapide).

Il faudrait en principe construire les chambres en envisageant leur possible démontage sans devoir casser tout le bâtiment environnant ! Un fameux défi pour les concepteurs et les constructeurs qui ne s’en préoccupent guère. C’est pourquoi cela devrait être demandé par le maître de l’ouvrage qui y a intérêt pour une bonne gestion à long terme.

La chambre froide bâtie permet, en revanche, de réaliser des enceintes plus facilement intégrables : les angles ne sont pas nécessairement droits, les dimensions ne sont plus tributaires du module standard.

Volume et puissance

Le volume nécessaire dépend du nombre de repas, du choix de la gamme des produits, du rythme de livraison.

Le calcul exact du volume de l’enceinte se fait à partir d’une quantité moyenne d’un type d’aliments pour la vente, des dimensions standards du matériel de livraison de cet aliment, des dimensions standards du matériel de stockage et du nombre de jours pendant lesquels l’enceinte doit assurer l’approvisionnement.

Il s’agit d’un calcul de bureau d’études; nous ne l’aborderons pas ici. Cependant, on choisit de préférence, et si c’est possible, une chambre de forme rectangulaire et compacte : rapport entre la largeur et la longueur proche de 0,8 par exemple. Ce choix permet de diminuer les pertes par conduction à travers les parois de l’enceinte.

L’évaporateur

Photo évaporateur.

(1) carrosserie; (2) batterie; (3) ventilateur; (4) dégivrage.

La puissance de l’évaporateur se calcule à partir du bilan frigorifique. Mais attention le bilan frigorifique doit parfois être adapté en fonction de conditions particulières.
Exemples.

Une chambre froide peut se trouver à proximité d’une source chaude telle qu’un four, par exemple. Dans ce cas, le four transmet de la chaleur par conduction du sol, par convection et par rayonnement.
Dans ce cas, un évaporateur calculé « normalement » ne suffit pas à satisfaire la consigne de température intérieure.
Bien sûr, cette situation est à éviter absolument pour des raisons énergétiques.

Dans certaines chambres froides négatives sur terre-plein, un chauffage sous le sol doit être prévu pour éviter le gel du sol s’il y a présence d’eau à faible profondeur.
Dans ce cas, la puissance du chauffage doit être ajoutée aux apports par le sol.
Ce chauffage se fait par câbles électriques ou tuyaux de circulation d’eau. Ces tuyaux peuvent être connectés par un échangeur au condenseur de la machine.

Le bilan frigorifique est un calcul itératif. En effet, certains paramètres à introduire dans le calcul du bilan dépendent des résultats de ce calcul.
Exemple, la puissance frigorifique due au dégivrage :

Elle dépend de la masse de l’évaporateur. Or celle-ci dépend du résultat du calcul du bilan frigorifique.

Elle dépend également du nombre de dégivrages. Or, celui-ci dépend de la masse de givre piégée sur les ailettes des évaporateurs, de l’écartement de ces ailettes, de la surface d’échange des évaporateurs (qui conditionne l’épaisseur moyenne de givre collé sur les ailettes) et de la configuration de la machine qui dépend elle-même du résultat du calcul du bilan.

Il faut aussi se rappeler que le rendement d’un évaporateur baisse au fur et à mesure que du givre vient se placer dans les interstices entre les ailettes.

Cela veut dire que si on diminue artificiellement le nombre de dégivrages, on diminue évidemment l’énergie nécessaire pour les dégivrages parce qu’il faut moins souvent chauffer les masses métalliques, mais on diminue aussi le rendement des évaporateurs (et donc de la machine entière) avec le grand danger d’avoir des évaporateurs bourrés de glace, ce qui provoquera finalement l’arrêt de la machine.

Remarque : un isolant perd ses propriétés au cours du temps. Après 10 ans, le coefficient de conductivité thermique des isolants thermiques actuels augmente, selon certaines sources, de 20 à 25 %. Le bilan frigorifique doit en tenir compte. Il devrait, selon cette source, considérer une épaisseur d’isolant plus faible que celle qui est mise réellement en œuvre de manière à ce que l’évaporateur soit suffisant en fin de vie.

Il est fondamental de dimensionner largement l’évaporateur pour diminuer la consommation énergétique. Le sous-dimensionnement de l’évaporateur va réduire les coûts… mais l’évaporateur va, dans ce cas, travailler à très basse température pour donner le froid attendu. Non seulement le compresseur aura du mal mais en plus il va givrer fortement.

Et le coût d’exploitation en sera très pénalisant !

Le dimensionnement doit particulièrement être vérifié lorsqu’on achète une chambre préfabriquée avec groupe frigorifique incorporé où le risque d’avoir un évaporateur sous-dimensionné est réellement présent.

La chambre froide est munie d’un ventilateur au niveau de l’évaporateur. Celui-ci permet un meilleur échange (température constante et uniforme dans l’ensemble de l’enceinte) et donc une meilleure efficacité énergétique.

Régulation

Lorsqu’on n’a pas de régulation de puissance, la machine fait du ON-OFF, entre l’arrêt (en théorie la puissance zéro) et la marche (en théorie la puissance maximale, qui est la puissance moyenne multipliée par le coefficient 16/24, par exemple). L’ordre de la mise en marche-arrêt de la machine est donné par la régulation, dont le principal acteur est le thermostat d’ambiance dans la chambre. Tant que la température de consigne n’est pas atteinte, le thermostat commande la marche de la machine, qui travaille alors à plein régime (à pleine puissance). Lorsqu’on a une régulation de puissance, la puissance de la machine monte et descend par paliers. Cela permet de tenir compte des demandes réduites en dehors des périodes d’utilisation intensive, pour ne pas faire marcher la machine à pleine puissance avec des cycles ON courts et des cycles OFF longs.

Concevoir	Pour plus de détails concernant le choix du compresseur la machine frigorifique, cliquez ici !
Concevoir	Pour plus de détails concernant le choix de la régulation d’une machine frigorifique, cliquez ici !

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Une organisation rationnelle des interventions dans les chambres froides peut être source d’économies d’énergie. On peut regrouper les interventions et laisser les portes ouvertes pendant un temps qui sera le plus court possible.

Il y aura ainsi moins d’air humide qui entrera à l’intérieur de l’enceinte. Au niveau économies d’énergie, on gagne ainsi sur trois plans :

au niveau de l’énergie nécessaire pour dégivrer,
au niveau de l’énergie nécessaire au refroidissement et au séchage de l’air humide qui entre dans l’enceinte,
au niveau de l’énergie nécessaire pour éliminer les quantités de chaleur accumulées dans les évaporateurs au moment des dégivrages, dont le nombre et la durée peuvent diminuer.

Vous pouvez examiner un exemple qui quantifie ces gains en cliquant ici !

Caractéristiques techniques générales

L’enceinte de conservation doit comporter un enregistrement permanent de la température (0 à 3°C). Les graphiques de température doivent être conservés durant un mois.

Les enceintes de congélation supérieure à 10 m³, doivent également comporter un système d’enregistrement automatique de la température. Les enregistrements doivent être datés et conservés pendant 1 an (A.M. belge du 28 01 1993). Les produits de même nature y sont regroupés par zone.

Les portes des chambres négatives doivent être équipées d’un cordon chauffant pour éviter qu’elles ne soient bloquées par la glace.

Les fluides frigorigènes CFC (Chlorofluorocarbone) sont interdits pour des raisons écologiques. Les HCFC (hydro chlorofluorocarbone) sont à éviter pour les mêmes raisons. Ils sont d’ailleurs en voie d’interdiction (interdiction prévue pour 2015).

Pour des raisons de coûts, de disponibilité, de compatibilité avec les installations et de respect de la réglementation, les fluides les plus utilisés sont le R134a (qui remplace le R12) pour les chambres positives (de 0 à 4 °C ) et le R507 (qui remplacent le R502) ou le R404a pour les chambres négatives (-10°C-> ~ -25°C). Ces fluides sont des HFC (hydrofluorocarbone).

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Lorsque l’humidité est préjudiciable (stockage de cartons, par exemple) on peut ajouter un circuit de traitement de l’air.

Pour limiter les pertes lors de l’ouverture des portes, on peut prévoir des languettes en plastic à l’entrée de la chambre froide.

Pour faciliter la maintenance, les compresseurs des différentes chambres froides sont regroupés dans un même local. Un local situé en façade facilite sa ventilation. D’après certaines sources au-delà de 15 compresseurs, il est plus rentable de prévoir une centrale de froid.

Refroidissement du condenseur

Pour améliorer l’échange thermique au niveau du condenseur entre le fluide frigorigène et l’ambiance extérieure, on peut prévoir un ventilateur, ou mieux, on fait circuler de l’eau courante sur le condenseur. Le rendement du groupe est ainsi amélioré.

La puissance frigorifique pour une même quantité de frigories est de 10 à 15 % plus faible pour un groupe à eau. Dans les coûts d’utilisation d’un groupe à eau, il faudra tenir compte de la consommation en eau qui de nos jours paraît peu durable dans le cas de l’eau de ville et acceptable avec de l’eau de pluie par exemple.

La chaleur des condenseurs des installations frigorifiques peut être récupérée pour préchauffer l’eau sanitaire.

L’échangeur du récupérateur est placé en série sur celui de la machine frigorifique.

D’après les fabricants, ce système peut être intéressant à partir d’une installation frigorifique dont la puissance installée des compresseurs est de 3 500 W.

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Pour plus de détails concernant la récupération de chaleur sur condenseur, cliquez ici !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gestion de la ventilation à la demande

Principe général

Un capteur évalue les besoins réels en ventilation, en fonction de l’occupation. Les débits d’air neuf sont alors adaptés en conséquence.

La variation de débit s’effectue principalement en agissant sur des registres local par local ou en modifiant la vitesse du ventilateur.

Ventilation d’un local indépendant (système unizone)

Le système de ventilation mécanique dessert soit un seul local (salle de conférence, salle de sport, …) soit une série de locaux de mode d’occupation tout à fait homogène (école dont toutes les classes sont occupées simultanément, ventilation simple flux avec extraction sanitaire commune à plusieurs locaux, …).

Dans ce cas, un détecteur de présence, une horloge, une sonde de qualité d’air commande directement le (simple flux) ou les (double flux) ventilateurs.

L’élément capteur (sonde CO₂, sonde COV, détecteur de présence,…) dispose d’un signal binaire ON-OFF ou d’un signal de sortie analogique 0-10 V ou 4-20 mA. Il attaque le moteur du ventilateur, soit par un commutateur à étages (petite/grande vitesse), soit par un réglage analogique de la vitesse (variation de fréquence, variation de tension, pales réglables, aubes directrices réglables, variation de glissement,…).

Gestion d’un système unizone double flux.

Gestion d’un système unizone simple flux.

Ventilation de plusieurs locaux (système multizone)

Le système de ventilation mécanique dessert plusieurs locaux (bureaux, classes, chambre d’hôpital, …) dont le mode d’occupation n’est pas homogène, soit par un système simple flux (une extraction dans chaque local), soit par un système double flux (une pulsion dans chaque local).

Dans ce cas, la gestion individuelle des locaux en fonction d’une grandeur représentative doit se faire au niveau soit des bouches d’extraction (simple flux), soit des bouches de pulsion (double flux).

Les bouches peuvent intégrer directement l’élément capteur (détection de présence, comptage, …) ou un capteur séparé peut agir sur un volet motorisé.

Bouche avec détecteur de présence intégré.

Circuits simples avec locaux alimentés en série

Prenons l’exemple d’une pulsion mécanique dans chaque local (le principe est semblable dans le cas d’une extraction dans chaque local).

Un détecteur de présence, une horloge, une sonde de qualité d’air gère l’ouverture de chaque bouche, via des registres motorisés séparés ou intégrés. L’objectif semble atteint : le débit d’air est modulé en fonction l’occupation.

Malheureusement,… une bouche qui se ferme influence toujours le débit de sa voisine : lorsqu’une bouche se ferme, la pression va augmenter au niveau des bouches encore ouvertes, augmentant leur débit et la production de bruit.

Répartition des débits lorsque toutes les bouches sont ouvertes.

Répartition des débits lorsqu’une des bouches
se ferme sous l’influence d’un détecteur de présence.

Il faut donc s’arranger pour réguler la pression dans le circuit de distribution en fonction de la fermeture des différentes bouches.

Exemple

Un ventilateur alimente 4 bureaux en série sur le même réseau de distribution. Il pulse 60 m³/h d’air neuf dans chaque bureau. Une pression de 50 Pa est nécessaire pour garantir ce débit au niveau de la dernière bouche. Pour cela, étant donné les pertes de charge du réseau, une pression de 150 PA est nécessaire à la sortie du ventilateur.

Solution 1

La première solution consiste à maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur (150 PA) :

Soit, avec un ventilateur centrifuge avec aubes à réaction, en faisant varier la vitesse du ventilateur en fonction d’une prise de pression.
Soit en utilisant un ventilateur à courbe caractéristique plate, c’est-à-dire un ventilateur centrifuge avec aubes à action.

Voici qualitativement comment va évoluer la pression au niveau des différentes bouches lorsqu’une des bouches se ferme (par exemple le n° 2 ou la n° 4) :

On constate que malgré la régulation de pression, la pression, donc le débit va augmenter au niveau de chaque bouche ouverte.

Quelle que soit la méthode de maintien de la pression à la sortie du ventilateur, l’économie réalisée sur la consommation du ventilateur est proportionnelle à la diminution du débit au niveau du ventilateur.

Solution 2

La deuxième solution consiste à maintenir une pression constante à la fin du circuit de distribution (50 PA), en faisant varier la vitesse du ventilateur (aubes à action et à réaction).

Voici qualitativement comment va évoluer la pression au niveau des différentes bouches lorsqu’une des bouches (par exemple le n°2 ou la n°4) :

On constate que malgré la régulation de pression, la pression, donc le débit va, la plupart du temps, diminuer au niveau de chaque bouche ouverte.

La pression à fournir par le ventilateur va également diminuer. Il en résulte une économie électrique plus importante que dans la première solution puisque la consommation du ventilateur est proportionnelle au produit (pression à la sortie du ventilateur x débit), la pression restant fixe dans la première solution.

Conclusion

On en conclut que dans les deux solutions, les pressions au droit des bouches restées ouvertes sont modifiées, donc leur débit aussi : augmentation dans le cas du maintien de pression en début de circuit (donc « surventilation ») et diminution dans le cas du maintien de pression en fin de circuit (donc « sousventilation »). Ce dernier cas est d’ailleurs le plus favorable au niveau de la consommation électrique du ventilateur puisque le terme (pression x débit) est minimum au niveau de ce dernier.

Quelle est alors la bonne solution ?

Proposition 1 : que l’on place la pression constante en début de circuit (par un ventilateur à caractéristique horizontale ou par variation de vitesse) ou en fin de circuit (par variation de vitesse) on doit équiper toutes les bouches d’un système avec débit autoréglable. Ces éléments maintiennent un débit constant, malgré la variation de pression dans le circuit. Ceci est valable pour peu que le circuit de distribution ne soit pas trop long et que les bouches soient commandées en tout ou rien (uniquement en ventilation hygiénique). En effet, dans le cas de trop grands circuits, les variations de pression au niveau des bouches risquent d’être telles que l’on sorte de la plage de débit constant de la bouche et dans le cas de bouches modulantes (système de climatisation VAV), l’élément autorégulant essayera de compenser la modification d’ouverture des bouches.

Les éléments autoréglables maintiennent un débit constant quelle que soit la pression dans le circuit : lorsque la pression augmente, la membrane se gonfle, empêchant l’augmentation de débit et vice versa.

Proposition 2 : on fait varier la vitesse du ventilateur avec maintien de la pression au 2/3 du réseau pour atténuer la diminution de pression au niveau des bouches en amont de ce point et l’augmentation de pression en aval et pour conserver une économie électrique par diminution de la pression du ventilateur.

Circuits ramifiés

Les conclusions précédentes sont valables pour les circuits alimentant en série les bouches de distribution. Si le ventilateur alimente un circuit avec plusieurs branches en parallèle, il n’est plus possible de commander sa vitesse en fonction de la pression en bout de circuit, puisqu’il est impossible de choisir la branche sur laquelle on peut se placer. Dans ce cas, la seule solution est de maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur :

Soit en faisant varier la vitesse du ventilateur (aubes à réaction) en fonction d’une prise de pression.
Soit en utilisant un ventilateur à courbe caractéristique plate (aubes à action).

Comme dans le cas de bouches en série, toutes les bouches doivent être équipées d’un élément autoréglable. Pour les réseaux importants, des éléments autoréglables sont également placés au début de chaque branche de circuit.

Modulation des débits

Lorsque les débits des différents locaux sont régulés non plus en tout ou rien, mais en modulation (barrière de comptage, sonde CO₂, …), il n’est plus possible d’utiliser les éléments autoréglables. En effet, si une bouche se ferme partiellement, l’élément autoréglable va modifier automatiquement son ouverture pour rétablir le débit d’origine.

Bouche avec comptage de mouvement intégré.

Il faut dès lors équiper soit toutes les bouches, soit au minimum les différentes branches d’un régulateur de pression motorisé (clapet avec prise de pression), ce qui est une solution coûteuse.

Combinaison pulsion – extraction

Pour pouvoir gérer individuellement la ventilation de chaque local, il faut pouvoir stabiliser la pression dans la gaine de pulsion quel que soit le degré d’ouverture des bouches. Dans la gaine de pulsion comme dans la gaine de reprise, car le débit d’extraction doit suivre le débit de pulsion !

Par exemple, le ventilateur de soufflage est commandé par la pression résultante dans la gaine de soufflage. Le ventilateur d’extraction est régulé, lui, selon le débit total introduit dans les locaux. Sa consigne est donnée par le débit soufflé moins une constante. Ainsi les locaux sont toujours en légère surpression.

La technologie utilisée est similaire à celle des systèmes de climatisation à débit variable.

Différents capteurs possibles

On distingue principalement

les horloges, pour programmer les temps de fonctionnement (si horaire stable et taux d’occupation constante),
les contacts de portes (ou les serrures électriques de portes),
les contacts de fenêtres,
les contacts de lumière, avec temporisation (WC, douches,…),
les délesteurs de charge, pour limiter la pointe quart-horaire,
les détecteurs de CO, pour les parkings de voiture,
les détecteurs de CO₂, sensible à la présence de gaz carbonique, et donc des personnes,
les détecteurs de COV (Composés Organiques Volatiles), encore appelés sondes de mélange de gaz, ou sonde de qualité d’air, sensibles aux odeurs les plus diverses, et donc à la fumée de cigarette,
les détecteurs de présence infrarouge, sensibles à la chaleur dégagée par les occupants,
les compteurs de passage placés aux portes d’accès des locaux (tourniquet, …),
les compteurs de mouvement par détection infrarouge,
les sondes d’humidité, si le besoin d’air neuf est requis pour évacuer l’humidité (buanderie, piscine,cuisines,…),
…

Il est possible de combiner les systèmes : un bouton poussoir pour l’enclenchement (démarche volontaire) et une détection de présence pour le déclenchement (oubli…), …

L’essentiel est de trouver l’indicateur du besoin de ventilation ! Ainsi, dans les salles de cinéma modernes, l’encodage de la vente de billets informe le public du nombre de places restantes et … module la vitesse de rotation du ventilateur de chaque salle.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation – Concevoir]

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation - Concevoir]

Groupe de production d’eau glacée à condensation à air.

Objectifs de la récupération

Objectif prioritaire : transférer la chaleur extraite du bâtiment vers le préchauffage de l’air neuf

Suite à l’isolation des bâtiments et à la chaleur interne (éclairage, bureautique, …), la température d’équilibre d’un bâtiment d’aujourd’hui se situe autour des 10°C extérieurs. Autrement dit, au-dessus de 10°C, le bâtiment devra être refroidi. De l’eau glacée est produite et circule dans les pièces à refroidir.

Par ailleurs, au même moment, l’air hygiénique de ventilation doit être préchauffé jusque …16°C… pour éviter des courants d’air froids sur les occupants.

Conclusion : pour transférer la chaleur de l’un vers l’autre, il faut travailler avec des émetteurs de froid à la plus haute température possible. Par exemple, les ventilo-convecteurs travailleront au régime 12°C – 17°C, les plafonds froids travailleront au régime 15°C – 17°C, voire idéalement 17°C – 19°C.

Ainsi l’eau, une fois réchauffée en passant dans le plafond, peut utilement donner sa chaleur vers l’air neuf. Seule, la consommation d’une pompe est encore nécessaire.

Si des locaux internes, des locaux informatiques, … sont demandeurs de froid durant toute l’année, ce principe est encore davantage à mettre en place.

Objectif secondaire : augmenter la température à l’évaporateur de la machine frigorique

Un deuxième objectif est d’exploiter l’énergie frigorifique de telle sorte que la température d’eau glacée soit la plus élevée possible à l’évaporateur. En moyenne, chaque degré gagné à l’évaporateur augmente de 3 % le rendement de la machine frigorifique.

Principes hydrauliques de base

Exploiter l’énergie frigorifique en fonction de la température

Le bâtiment admet des besoins d’eau froide à des températures différentes.

La batterie froide du caisson de traitement d’air sera généralement alimentée à 6°C :

parce que l’on voudrait déshumidifier l’air en été,
pour limiter le nombre de rang et donc la perte de charge sur l’air à l’échangeur.

Par contre, les unités terminales (ventilo-convecteurs, plafonds froids, …) ne devraient pas déshumidifier l’air, et ont tout avantage à travailler à haute température pour favoriser la récupération de chaleur.

Exemple.

Soit le réseau alimentant la batterie de froid du caisson de préparation de l’air neuf (débit = 50) et le réseau d’eau glacée (débit = 100).

Si les deux réseaux sont au régime 7°C – 12°C, la température moyenne à l’évaporateur est de 9,5°C.

Si le réseau d’eau glacée passe au régime 12°C – 17°C, la température moyenne à l’évaporateur passe à 10,75°C, soit une hausse de 1,25°C, ce qui génère une amélioration de 3% du rendement de la machine frigorifique.

Cet impact est faible, mais il aura lieu durant toute la vie de l’installation, et il se cumulera aux gains suite à la température des tuyauteries plus élevée et à la consommation de latente plus faible également.

Disposer les échangeurs frigorifiques en série et préférer le couplage en injection (ou en dérivation)

Pour augmenter la température à l’évaporateur, on peut penser à deux solutions :

Freiner le débit à l’évaporateur : ce n’est possible que dans une certaine limite car il faut irriguer en permanence la machine frigorifique avec un débit minimal. À défaut de débit suffisant à l’évaporateur, la machine se mettra en sécurité.
Placer les équipements en série en fonction de leur température de travail : l’alimentation des unités terminales sera greffée en série, après la batterie froide du caisson de traitement d’air.

Exemple de récupération de chaleur sur plafonds froids

Lorsque les plafonds fonctionnent en mi-saison et que l’air extérieur est suffisamment froid, la machine frigorifique est arrêtée et l’eau des plafonds est refroidie naturellement par l’air extérieur, en utilisant la batterie froide comme batterie de préchauffage de l’air neuf.

Fonctionnement estival normal :

Fonctionnement en récupération :

Avantages : pas de pertes de charges supplémentaires (pas de batterie de récupération supplémentaire) et bénéfice d’une grosse batterie pour la récupération puisque c’est la batterie froide.

Inconvénients : il y a nécessité de préchauffe anti-gel (donc perte d’intérêt pour les très basses températures) et régulation difficile si les puissances en jeu ne sont pas du même ordre (si la puissance de refroidissement de l’air neuf est trop faible par rapport aux besoins des plafonds, le groupe s’enclenche et la récupération est perdue). Il faut en outre rester dans les limites de débit de la machine frigorifique, puisqu’avec un tel schéma, le débit irrigant l’évaporateur est réduit (on travaille avec une différence de température nettement plus importante au niveau de l’évaporateur).

Ce schéma convient bien lorsqu’une préparation d’air neuf importante est envisagée (salles de conférences, salles de réunions, …).

Concevoir

Conclusions : Cet exemple montre la nécessité d’une analyse fine des besoins thermiques du bâtiment dès le début du projet. Pour parcourir un : exemple de ce type d’analyse.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Statistiques de consommation d’équipements électriques divers

Ascenseurs

Consommation électrique par ascenseur (kWh/a) pour bâtiments à 3 niveaux (E₃)

Flats
Bureaux
Maisons de soins
Hôpitaux

1 000
1 000
3 000
1 000

Source : Novem.

Remarque : nous sommes surpris de ces deux derniers chiffres; nous aurions tendance à penser que les ascenseurs d’hôpitaux sont plus sollicités… Erreur dans la publication Novem ? A vérifier.
Pour des constructions comprenant un plus grand nombre de niveaux :

E_n= (n – 1) x E₃

où n = nombre de niveaux
5 % E₃= consommation pour 3 niveaux

Exemple : pour un bâtiment de 8 niveaux :

E₈= (8 – 1) x 1 000 = 7 000 kWh/a

Consommation en chauffage électrique des locaux techniques des ascenseurs

	Puissance kW	Heures	Utilisation kWh/an
Chauffage électrique du local Chauffage électrique de l’huile (système hydraulique)	1 1	980 2 750	980 2 750

Conditions : température ambiante 10°C, utilisation d’un moteur électrique 500 kWh..
Source : Otis/Novem.

Groupe hydrophore/surpresseur

Consommation électrique des hydrophores (installations d’augmentation de pression) (kWh/m³ eau employée)

Nombre d’étages	Consommation kWh/m³
5 10 15	0,3 0,5 0,8

Remarque : degré d’utilisation pour une habitation : 30 – 40 %.
Source : Novem.

Mesures d’économie pour hydrophores

Mesure	Économie maxiale %
Organisation en rotation de la pompe	60

Source : Grundfos.

Installation à air comprimé

Consommation d’énergie des compresseurs en fonction de la pression (kWh/1 000 m³)

Pression absolue bar	Compresseur à hélice	Compresseur à piston
2 4 6 8 10	30 67 93 112 129	28 62 86 104 119

Remarque : Température d’aspiration 20°C.
Source : Novem.

Consommation d’énergie pour des compresseurs en fonction de la température d’aspiration (kWh/1 000 m³)

Température d’aspiration °C	Compresseur à hélice	Compresseur à piston
0 5 10 15 20 25 30	105 107 109 110 112 114 116	97 98 100 102 104 106 107

Remarque : Pression 8 bar (absolu).
Source : Novem.

Consommation d’énergie pour des compresseurs en fonction de la pression d’entrée (kWh/1 000 m³)

Pression d’entrée bar	Compresseur à hélice	Compresseur à piston
0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00	120 118 117 115 114 112	11 109 108 107 105 104

Remarque : Pression 8 bar (absolu), température d’aspiration 20°C.
Source : Novem.

Pertes d’énergie à travers une fuite (kWh/a)

Diamètre du trou mm	Heures d’utilisation réelles
Diamètre du trou mm	2 500 h/a	8 760 h/a
1 2 4 6	1 100 5 600 19 000 32 000	3 900 20 000 66 000 111 000

Remarque : Pression 6 bar.
Source : ROVC.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer le confort thermique

Méthode simplifiée

Une bonne image du confort thermique est donnée par la température de confort (ou T° opérative), moyenne arithmétique entre la température de l’air et la température des parois.

T_confort= (T_air+ T_parois) / 2

La mesure de la température de l’air (T_air) se fait à l’aide d’un thermomètre protégé du rayonnement solaire et du rayonnement des parois du local.
La température de surface d’une paroi (T_parois) se fait à l’aide d’une sonde de contact ou sonde à rayonnement infrarouge.


Thermomètre de contact et mesure de température ambiante.	Thermomètre de surface à infrarouge.

Mesure par analyseur d’ambiance

La mesure de la température de confort doit en principe être « individualisée » sur base de la position de l’occupant et de sa relation avec l’ensemble des parois. Ainsi, dans un même local, la personne qui est assise juste à côté de la surface vitrée n’aura pas la même température de rayonnement que celle qui est au fond du local. La température moyenne des parois est donc à adapter en fonction de l’angle solide sous lequel la paroi est « vue » par l’occupant…

De plus, le confort thermique est également influencé par d’autres paramètres dont l’humidité relative et la vitesse de l’air. Et en conditionnement d’air, ces facteurs peuvent avoir de l’importance.

L’humidité relative (j) se mesure à l’aide d’un hygromètre.
La vitesse de l’air (var) est évaluée à l’aide d’un anémomètre à fil chaud.

Mesure directe du confort :

Aussi existe-t-il sur le marché des instruments qui mesurent les quatre facteurs simultanément : ce sont des analyseurs d’ambiances climatiques intérieures.

La surface du capteur est chauffée à une température similaire à celle d’un homme dont on a présélectionné l’habillement. Le niveau de chaleur nécessaire pour maintenir cette température est utilisé comme mesure des conditions environnementales.

Certains appareils peuvent, en tenant compte de l’habillement et de l’activité, calculer directement la température opérative, l’indice PMV, le pourcentage de personnes insatisfaites (PPD) ainsi que la température d’ambiance optimale.

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Check-list d’un cahier des charges [Concevoir – cuisine collective]

Les différents points ci-dessous garantissent des équipements énergétiquement efficaces. Nous ne prétendons cependant pas être exhaustifs.

Les appareils de cuisson

Exigences	Pour en savoir plus…
Les appareils sont calorifugés et régulés.	Concevoir
Les plaques électriques sont à infrarouge ou à foyer halogène avec détecteur d’ustensiles ou à induction.	Concevoir
Les plaques au gaz sont munies d’un « Top Flam » (détecteur de récipient).	Concevoir
Les appareils au gaz sont équipés d’un brûleur séquentiel.	Concevoir
Les fours sont, de préférence, à convection forcée.	Concevoir
Les appareils au gaz portent le marquage CE (obligatoire). Ce marquage garantit, entre autre, que les appareils sont construits de telle sorte qu’une utilisation rationnelle de l’énergie, répondant à l’état actuel des connaissances et des techniques et en tenant compte des aspects de sécurité », est assurée.	Concevoir
Les appareils sont dimensionnés pour pouvoir être utilisés le plus souvent possible à leur charge nominale.	Concevoir
Les appareils sont équipés d’une connexion de délestage.	Concevoir

Les chambres froides

Exigences	Pour en savoir plus…
Les chambres froides sont implantées de telle sorte que les portes soient tenues à l’écart des zones chaudes et humides (local de cuisson, laverie, …). De même, elles sont éloignées des sources chaudes (fours,…).	Concevoir
Leur volume est calculé en fonction des besoins réels.	Concevoir
Le bilan frigorifique est calculé en fonction de l’utilisation réelle.	Concevoir
Les condenseurs sont placés dans un endroit largement ventilé ou utilisés pour récupérer la chaleur pour le préchauffage de l’eau.	Concevoir
Dans les chambres à température d’évaporation négative, l’évaporateur ne doit pas se trouver à proximité de la porte. On limite ainsi le givre sur l’évaporateur.	Concevoir
Les parois (y compris la dalle) sont isolées.	Concevoir
La chambre doit être étanche, ce qui nécessite, pour les grandes chambres, une soupape de décompression.	Concevoir
Les portes, sont, de préférence, équipées d’un dispositif limitant les entrées d’air (lamelles plastic, porte vitrée permettant de repérer la denrée cherchée, etc.)	Concevoir
Les chambres à température d’évaporation négative sont équipées d’un dégivrage automatique. Pour les petites enceintes, un dégivrage par résistance chauffante avec régulation par horloge peut suffire, pour autant que la programmation soit adaptée à l’utilisation de la chambre. Pour les plus grandes enceintes, on choisit un système de dégivrage intelligent qui utilise autant que possible le dégivrage par circulation d’air. Si la technique de dégivrage produit de la chaleur sur l’évaporateur, un manchon souple placé à la sortie du ventilateur de l’évaporateur isole ce dernier de l’enceinte pendant le dégivrage.	Concevoir
Les tuyauteries sont isolées.	Concevoir

Climatisation

Si vous voulez en savoir plus sur les équipements de l’installation frigorifique proprement dite.

La laverie vaisselle

Exigences	Pour en savoir plus…
Le matériel
Le lave-vaisselle est isolé et muni de languettes plastic pour le lave-vaisselle à déplacement.	Concevoir
L’eau chaude de rinçage est réutilisée pour le lavage (et le prélavage).	Concevoir
Il est prévu pour être, de préférence, rempli à l’eau chaude au remplissage (à étudier au cas par cas).	Concevoir
Il est prévu pour être rempli à l’eau chaude au rinçage, ou mieux équipé d’un récupérateur de chaleur, ou encore mieux d’une pompe à chaleur.	Concevoir
En cas de lavage pendant le service, il est équipé d’un détecteur de vaisselle.	Concevoir
Il est dimensionné en fonction de la situation réelle.	Concevoir
L’organisation
Le lavage de la vaisselle se fait de manière différée en dehors des heures de pointe ou durant les heures creuses.	Concevoir

La ventilation

Exigences	Pour en savoir plus…
Pour respecter l’hygiène, les locaux sont équipés d’un système indépendant de ventilation.	Concevoir
Les hottes sont, de préférence, à induction (à étudier au cas par cas).	Concevoir
Tous les appareils « polluants » se trouvent sous une hotte. Les hottes « débordent » des appareils. La différence de hauteur entre le sol fini et le bas de la hotte n’est pas trop élevé (ex. 2 m).	Concevoir
Les débits sont calculé sur base des appareils installés et de leur puissance.	Concevoir
L’installation permet la variation des débits en fonction de l’utilisation : les ventilateurs sont à plusieurs vitesses ou à vitesses variables.	Concevoir

Ventilation

Pour la check-list de la partie « ventilation » du site (exemple des bureaux).

Le délesteur de charge

Exigences	Pour en savoir plus…
Il permet des temps de coupure courts et un « dialogue » avec les équipements.	Concevoir

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

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 : E_min/E_moy.

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.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Puissance électrique d’un système de ventilation

Voici une classification qualitative des ventilateurs en fonction de leur puissance spécifique :

Classe	Puissance électrique par m3/s transporté
SFP1	… < 500 W par m³/s
SFP2	500 < … < 750 W par m³/s
SFP3	750 < … < 1250 W par m³/s
SFP4	1250 < … < 2000 W par m³/s
SFP5	2000 < … W par m³/s

L’annexe C3 de l’AGW du 10.05.2012 spécifie que les ventilateurs doivent appartenir à la catégorie SFP 1, SFP 2 ou SFP 3.

Lorsque vous utilisez ces valeurs dans vos calculs, ne perdez pas de vue qu’elles ne concernent qu’un ventilateur, et pas un groupe de ventilation complet… qui en compte souvent deux.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation d’un débit d’air variable dans un conduit

Principe

Le principe de base est de moduler le débit d’air en fonction des besoins.

La régulation locale du débit d’air pulsé

On peut adapter le débit par réglage de clapets : un servomoteur commande la position d’un clapet en fonction des besoins du local. Ce clapet 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.

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 des diffuseurs.

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. Voici deux exemples :

Des soufflets, sensibles à la pression existante dans la conduite, seront automatiquement « 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.

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.

Un capteur de pression sera dès lors placé sur la gaine et une régulation du ventilateur sera organisée en vue de pulser le débit juste nécessaire et de maintenir une pression constante dans le réseau.

La régulation locale du débit d’air repris

Si le débit d’air pulsé évolue, il faut que le débit d’air repris évolue conjointement. Il faudra agir localement sur le débit des bouches de reprise, puis globalement sur le débit du ventilateur de reprise.

Trois régulations sont possibles :

> 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,…).

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 comparés 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.

Dans les installations qui sont supervisées par une GTC (Gestion Technique Centralisée), 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.

Emplacement des capteurs de pression

La difficulté consiste à trouver un emplacement pour le capteur de pression qui soit fidèle de l’évolution dans l’ensemble de la gaine.

La pression évolue dans la gaine : elle est maximale à la sortie du ventilateur et diminue au fur et à mesure que l’air avance dans le conduit, suite aux pertes de charge (pertes de frottement le long des parois).

Mais en plus, imaginons que plusieurs clapets se ferment : le niveau de pression va globalement remonter dans le conduit (cela peut s’interpréter en disant « puisque l’air ne sait plus sortir, la pression monte » ou « puisque le débit diminue, les pertes de charge diminuent »).

Choisir un emplacement pour le capteur, c’est définir à quel endroit on va imposer le niveau de consigne. Examinons les possibilités en ayant à l’esprit que plus la pression est faible, plus la consommation du ventilateur et le bruit généré seront faibles.

Solution 1 : le capteur est placé à l’extrémité du conduit

La pression en bout de gaine est maintenue en permanence. Si des clapets se ferment, la pression augmente en bout de gaine, le capteur le détecte et commande une diminution de pression au ventilateur.

La pression sera minimale en tout point du réseau. La consommation d’énergie sera minimale. Mais cette situation est instable : si un clapet s’ouvre à proximité du capteur, la pression chute et la réaction du ventilateur, arrivant avec retard (temps mort de l’ensemble de la gaine), sera disproportionnée. L’ensemble se met « à pomper »…

Schéma solution 1. ²²

Solution 2 : le capteur est placé à l’entrée du conduit

Cette fois la pression en sortie du ventilateur est constante quel que soit le débit. C’est une situation stable… mais l’objectif d’économie n’est pas atteint. De plus, la pression montant avec la fermeture des clapets, le niveau sonore est trop élevé;

Schéma solution 2.

Solution 3 : le conduit est placé entre la moitié et les deux tiers du réseau

C’est un compromis généralement rencontré, quitte à ce que le metteur au point de l’installation l’adapte en fonction de son expérience.

Schéma solution 3.

Solution 4 : placer deux sondes de pression

Cette solution, plus chère, est d’application lorsque le réseau est fort étendu. En fait, le premier capteur, placé en sortie du ventilateur (après la zone de turbulence), règle effectivement la pression.

Mais le défaut de montée de pression du réseau lorsque les clapets se ferment est éliminé par l’information donnée par la sonde d’extrémité de réseau. La consigne de pression en sortie de ventilateur va être diminuée afin de satisfaire « tout juste » la demande de fin de réseau.

Schéma solution 4.

Dans le cas d’un long réseau ramifié, c’est le respect de la demande minimale de chacune des sondes d’extrémité qui sera prise en compte pour définir la consigne en sortie de ventilateur.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le système d’organisation de la laverie

Les coûts énergétiques

Au niveau des coûts énergétiques, lorsque le lave-vaisselle est électrique, un lavage différé total est préférable. Il permet de décaler la consommation du lave-vaisselle en dehors de la période où a lieu la pointe quart-horaire et diminue ainsi la facture électrique. Dans certains cas, on peut même décaler le lavage de la vaisselle vers les heures creuses. On bénéficie alors d’un prix plus avantageux pour le kWh.

	Pour comprendre la logique tarifaire du distributeur – Haute Tension, cliquez-ici !
	Pour comprendre la différence entre heures creuses et heures pleines, cliquez-ici !

Outre le fait que le coût de l’énergie sera maximal, le choix d’un lavage instantané engendre des consommations en eau et en électricité plus élevées car la machine ne fonctionne pas à sa charge nominale. Cet inconvénient peut-être évité par un détecteur de vaisselle.

Dans le cas d’un lavage différé partiel ou d’un lavage instantané, on veillera a placer un délesteur de charge. Celui-ci permet de diminuer la pointe quart-horaire.

Exemple.

Dans un home pour enfants, la pointe globale, celle de la cuisine hors laverie, celle de la laverie et celle du bâtiment hors cuisine ont été mesurées séparément. On constate, sur le schéma ci-dessous, que la laverie augmente la pointe de 30 kW. Le décalage du moment de la vaisselle en-dehors des heures de pointe du bâtiment peut donc diminuer la pointe quart-horaire de cette même valeur.

L’horaire des travailleurs

Le lavage différé total est plus souple au niveau des horaires du personnel : le personnel qui s’occupe de la vaisselle ne doit pas le faire en même temps que le service, cette organisation permet donc d’utiliser le même personnel pour les deux tâches et donne donc la possibilité de n’employer que du personnel à temps plein.

Le lavage différé partiel tout comme le lavage instantané nécessitent du personnel spécifique pour la vaisselle. Ces organisations nécessite bien souvent d’engager du personnel à temps partiel.

La place disponible pour la vaisselle sale et le stock de vaisselle

Dans le cas d’un lavage instantané, la place disponible pour le stockage de la vaisselle sale et le stock de vaisselle sont réduits au minimum.

Le lavage différé partiel et le lavage lavage différé total nécessite respectivement plus ou beaucoup plus de place et de vaisselle.

L’investissement consenti pour le lave-vaisselle

Un lavage instantané nécessite un léger sur-dimensionnement du lave-vaisselle et donc un coût d’investissement plus élevé.

Un lavage différé partiel ou un lavage différé total permet de choisir un lave-vaisselle de dimension optimale.
Le choix d’un lave-vaisselle sous-dimensionné ne sera cependant pas économique à long terme si ce choix nécessite plus de personnel.

Dans le cas d’un lave-vaisselle existant sous-dimensionné, le choix d’un lavage différé partiel ou d’un lavage différé total constitue une solution.

L’organisation du débarrassage

Si le débarrassage se fait complètement en fin de service, on est obligé de choisir un lavage différé total. Cela n’est possible que lorsque l’horaire des repas est réduit et qu’il n’y a qu’un seul service par repas.

Si le débarrassage se fait au fur et à mesure du service, ce qui est plus fréquent, le lavage peut se faire de manière instantanée ou différée.

Le type de restauration

Si l’on est en présence d’une restauration « type cafétéria », on choisit un lavage différé séquentiel. Cette organisation est spécifique à ce genre de restauration. Il permet à un même personnel de travailler sans temps morts.

Dans les autres cas, le choix se fait entre les trois autres types d’organisation.

Le résultat voulu sur la propreté

Si la vaisselle doit être impeccable, c’est le lavage instantané qui donne les meilleurs résultats.

Cependant, dans le cas d’un lavage différé partiel, différé total ou différé séquentiel, pour tenir compte des aliments qui ont eu le temps de sécher le dimensionnement des machine à avancement automatiques tient compte d’un coefficient de salissure (fonction du système d’organisation de la laverie), avec une machine à panier statique, le prélavage manuel sera un peu plus dur.

La situation des locaux

Dans le cas où le service se fait dans des restaurants pavillonnaires ou situés à différents niveaux alors qu’il n’y a qu’une seule laverie, le lavage sera différé total ou différé partiel.

La vaisselle des postes périphériques est triée, rangée, puis transportée pendant ou à la fin du service pour être lavée en différé.

Cette organisation engendre beaucoup de manutention et dès lors des frais de personnel plus élevé. Des zones tampons doivent être prévues près de toutes les zones de service et la surface totale réservée à la laverie est donc importante.
Des moyens mécanisés de transport de la vaisselle sale et propre permettent de faciliter la manutention.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Exemple de la conception de la ventilation d’une cuisine d’école

Données

Il s’agit de la cuisine d’une école de 120 élèves.

Plan

L’implantation de la cuisine est centrale (il y a peu de murs en contact avec l’extérieur). Il n’y a pas de baies vitrées et pas d’apport solaire.

Liste des équipements qui dégagent de la chaleur

Appareils	Puissance (kW)
Cuisson
1 : friteuse à zone froide (30 kg – 10l)	7,5
2 : fourneau : 4 plaques + four (sous plaque)	11,5 + 5
3 : marmite bain-marie (60 litres)	15
4 : sauteuse basculante (50 dm²)	15
5 : four à convection forcée	10
Froid
6 : armoire froide (1 400 l)	0,5
7 : congélateur (300 l)	0,5
Laverie
8 : machine à laver (900 assiettes/heure)	8

Détermination des lieux d’extraction

Une extraction doit être prévue dans les locaux humides ou « sales », soit : le local de cuisson, la laverie, le local des déchets, la légumerie et les sanitaires. Dans tous les autres locaux, l’air peut être pulsé.

Calcul des débits

Avec hotte à extraction simple

Le calcul est fait à partir de la méthode qui tient compte de la puissance des appareils.

Appareils	Puissance des appareils (kW)	Débit à extraire par kW [l/s]	Débit à extraire par appareil [m³/h]
Friteuse à zone froide (30 kg – 10 l) (1)	7,5	39	1 053
Fourneau 4 plaques + four (sous plaque) (2)	11,5 + 5	45 + 35	1 863 + 630
Marmite bain-marie (60 litres) (6)	15	11,2	605
Sauteuse basculante (50 dm²) (5)	15	45	2 430
Four à convection forcée (6 niveau 1/1) (3)	10	14	504
Total :			7 085

On considère une valeur moyenne dans la fourchette qui est normalement prise pour le coefficient de simultanéité dans une cuisine collective, soit 0,65.

Le débit total à extraire est donc de 7 085 x 0,65 = 4 605 [m³/h].

on vérifie ensuite que les vitesses frontales moyennes entre la hotte et le plan de cuisson respectent une valeur minimale :

Pour le premier bloc comportant la friteuse, le fourneau, le four sous plaque, la sauteuse et la marmite, le débit est de 4 270 m³/h. La surface frontale entre la hotte et le piano est d’un peu plus de 3,6 m (longueur du piano) x 1,2 m (différence de hauteur entre le piano et le bord de la hotte), soit 4,3 m².La vitesse moyenne est de 4 270/4,3 = 0,3 m/s, ce qui correspond à la vitesse moyenne minimale. Cette vitesse est donc suffisante.

Pour le deuxième bloc comprenant le four à convection forcée, le débit est 327 m³/h, la surface frontale est relativement importante car les flancs latéraux sont ouverts. On devra, soit augmenter le débit, soit songer à une hotte avec air induit qui va améliorer l’efficacité de la hotte.

Hotte « à effet d’induction »

Le calcul est fait à partir de la méthode qui tient compte de la puissance des appareils.

Appareils	Puissance des appareils (kW)	Débit à extraire par kW [l/s]	Débit par appareil [m³/h]
Friteuse à zone froide (30 kg – 10 l) (1)	7,5	28	756
Fourneau 4 plaques + four (sous plaque) (2)	11,5 + 5	32 + 25	1325 + 450
Marmite bain-marie (60 litres) (6)	15	8	432
Sauteuse basculante (50 dm²) (5)	15	32	1728
Four à convection forcée (6 niveaux 1/1) (3)	10	10	360
Total :			5 051

avec un coefficient de simultanéité de 0,65, le débit total à extraire est de 3 283 [m³/h].

Vu la plus grande efficacité de la hotte avec air induit, il n’est pas nécessaire de vérifier la valeur minimale de la vitesse frontale.

Restaurant

Il n’est pas autorisé de fumer dans le restaurant de l’école. Les débits d’air neufs sont évalués à 25 m³/h/occupant, soit 3 000 m³/h.

La laverie

La laverie est équipée d’un lave-vaisselle à capot.

Les débits à extraire sont de1 000 m³/h. Ce qui correspond à un renouvellement de 37 volumes /h et à un débit de 111 m³/h/m².

Le local des préparations froides

On prévoit le renouvellement horaire le plus élevé (6 volumes/h) dans la fourchette préconisée pour ce local pour tenir compte que le local de préparation froide est ouvert sur le local de cuisson. À cela, on rajoute 180 m³/h pour tenir compte du dégagement calorifique de l’armoire froide. Les débits d’air neufs sont donc de 270 + 180 = 450 [m³/h].

Les réserves

On prévoit un renouvellement horaire de 3 volume/h. À cela, on rajoute 180 m³/h pour tenir compte du dégagement calorifique du congélateur. Les débits d’air neufs sont donc de 135 + 180 = 315 [m³/h].

Les sanitaires

Évaluer

Les débits à extraire sont de 100 m³/h pour une douche et de 30 m³/h pour le W-C (fonctionnement continu); soit un total de 130 [m³/h]. Si vous voulez en savoir plus sur les débits à extraire.

La légumerie

Des légumes qui respirent sont entreposés dans la légumerie.

On prévoit un renouvellement de 5 par heure. On extrait donc 135 [m³/h].

Le local des déchets

On prévoit un renouvellement de 15 par heure, soit une extraction de 125 [m³/h].

Choix du système, équilibre des débits, choix des hottes, vérification des vitesses de transfert

Choix du système

Il s’agit d’une petite cuisine (120 couverts, temps d’utilisation quotidien faible, nombre de jours par an limités). De plus, comme la majorité des écoles, le budget est assez serré. On a donc opté pour un système général avec transfert. Les coûts d’investissement sont ainsi limités.

Équilibre des débits et choix du type de hotte

Extraction : 4 600 + 1 000 + 125 + 135 + 130 = 5 990 m³/h.
Pulsion : 3 000 + 315 + 450 = 3 765 m³/h.

Les débits de pulsion valent 63 % des débits d’extraction. On pourrait pulser de l’air complémentaire dans le hall.

Mais le système avec transfert et la différence de débit entre l’extraction et la pulsion ainsi que le souci énergétique conduit au choix d’une hotte « à effet d’induction » dans le local de cuisson. Grâce à la meilleure efficacité de ces hottes, les débits extraits peuvent être diminués de 40 % dans ce local. L’air de pulsion à réchauffer est ainsi fortement réduit.

On a dès lors les débits totaux suivants :

Extraction : 3 280 + 1 000 + 125 + 135 + 130 = 4 670 m³/h.
Pulsion : 3 000 + 315 + 450 = 3 765 m³/h.

Les débits de pulsion dans l’ensemble cuisine-restaurant valent 80 % des débits d’extraction. Si l’on ne veut pas trop d’infiltrations incontrolées, il va falloir pulser un peu d’air dans le hall de manière à réduire la dépression par rapport au reste du bâtiment à 10 % (soit un débit total pulsé de 4 200 m³/h).

Ainsi, en tenant compte qu’environ 100 m³/h vont s’infiltrer de l’extérieur par le local des déchets (voir plus bas), on va pulser environ 350 m³/h dans le couloir.

La différence entre l’ensemble des débits extraits (4 670 m³/h) et l’ensemble des débits introduits (3 765 + 100 + 350 = 4 215 m³/h), soient 455 m³/h vont s’infiltrer par le reste du bâtiment vers le restaurant, ce qui va assurer la non propagation des odeurs de cuisine vers le reste du bâtiment.

Remarques.
Le local des déchets est largement ouvert sur l’extérieur, une partie de l’air extrait va être compensé par l’extérieur.

Une retombée entre le local de cuisson et le local des préparations froides est prévue pour empêcher l’air chaud de revenir vers les préparations froides.

On dispose de deux extracteurs et d’un groupe de pulsion (L’air d’induction provient de la pièce, il ne faut donc pas de groupe de pulsion supplémentaire).

Un extracteur pour le local de cuisson et la laverie fonctionne pendant les heures d’utilisation de la cuisine ou du restaurant.
Un autre groupe d’extraction pour la légumerie, les sanitaires et le local des déchets fonctionne en permanence. Le renouvellement d’air en extraction est faible vis-à-vis de la surface totale et il sera donc compensé par les infiltrations lorsque la cuisine ne fonctionne pas.
Le groupe de pulsion du restaurant, des préparations froides, des réserves et du couloir fonctionne pendant les heures d’utilisation de la cuisine et du restaurant.

Vitesse de l’air de transfert

Entre le restaurant et la laverie :
La baie fait 1,2 m x 1,5 m = 1,8 m²
Le débit est de 800 m³/h
La vitesse est donc de 800 / 3 600 / 1,8 = 0,12 m/s

Entre le restaurant et la laverie :
La baie fait (porte à ventelles) : 0,5 x (2 m x 1 m) = 1 m²
Le débit est de 2 655 m³/h
La vitesse est donc de 2 655 / 3 600 / 1 = 0,74 m/s.

Évaluer

Si l’on ne veut pas de sensation de courant d’air à cet endroit, il va falloir élargir la baie de manière à ne pas dépasser une vitesse de 0,5 m/s. Si vous voulez en savoir plus sur les vitesses d’air à ne pas dépasser.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Dépressions dans les chambres froides

Lorsque, lors d’une ouverture de porte, de l’air extérieur est entré dans une chambre froide dont l’ambiance est à une température plus basse, il subit un refroidissement plus ou moins rapide.

Le refroidissement provoque une contraction de cet air qui crée une dépression interne par rapport à la pression extérieure (la pression atmosphérique).

C’est ce qui explique qu’il est difficile d’ouvrir la porte de votre surgélateur juste après sa fermeture.

Cette dépression interne est d’autant plus importante que la différence de température entre l’extérieur et l’intérieur est grande.

Mais il peut aussi se produire des surpressions dans les chambres froides négatives :lorsque les ventilateurs des évaporateurs se mettent en marche, ils créent une surpression pour les parois en face du courant d’air.

Au moment des dégivrages, une partie de l’air de la chambre est réchauffé d’une manière importante par les systèmes de dégivrage. Il s’ensuit donc une expansion de cet air qui crée une surpression interne.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Résistance thermique totale d’une paroi (Rt)

La résistance thermique d’une paroi (R_T)

La résistance thermique totale R_T d’une paroi d’ambiance intérieure chaude à ambiance extérieure froide, est égale à la somme des résistances thermiques de toutes les couches de matériaux ou d’air peu ou non ventilé, qui constituent la paroi, et des résistances d’échange superficiel.

R_T = R_si + R₁ + (R₂) + (R_…) + (R_a) + R_se

Les valeurs entre parenthèses n’existent pas lorsque la couche (d’air ou de matériau) est absente.

À partir de la résistance thermique totale, on peut calculer le coefficient de transmission thermique U.

Remarque 1
Dans le cas où la paroi contient une couche d’air peu ventilée, la somme des résistances thermique des couches de matériaux situés entre la couche d’air et le côté froid, est limitée à 0.15 m²K/W. (Réf : AGW du 17 avril 2008, Annexe VII, Art 5.4.2.3).

Remarque 2
Dans le cas où la paroi sépare deux ambiances intérieures l’une froide et l’autre chaude, la formule devient :

R_T =R_si + R₁ + (R₂) + (R_…) + (R_a) + R_si

Les valeurs entre parenthèses n’existent pas lorsque la couche (d’air ou de matériau) est absente.

Remarque 3

Dans le cas où la paroi contient une couche d’air fortement ventilé, on ne considère que la partie située du côté chaud de la couche d’air, et on considère que cette partie sépare deux ambiances intérieures dont celle située côté froid est à la température extérieure.

Dans ce cas, formule devient :

R_T = R_si + R₁ + (R₂) + (R_…) + R_si

Les valeurs entre parenthèses n’existent pas lorsque la couche de matériau est absente.

Remarque 4

En général, la résistance thermique des couches dont l’épaisseur est inférieure à 1 mm n’est pas prise en compte pour le calcul de la résistance thermique totale des parois.

La résistance thermique d’une paroi dont certaines couches sont non homogènes

Les parois de la surface de déperdition du volume protégé sont parfois constituées d’une série de couches dont certaines ne sont pas homogènes (par exemple : couches constituées d’un mélange de plusieurs matériaux homogènes comme du bois et de l’isolant).

Calcul précis

Le calcul numérique précis de la résistance thermique de la paroi peut se faire suivant une méthode numérique conformément à la norme NBN EN ISO 10211.

Méthode simplifiée (méthode par combinaison)

Dans beaucoup de cas, il n’est pas nécessaire de faire appel à des calculs numériques et des méthodes simplifiées peuvent être appliquées. Elles donnent via un calcul manuel et l’application de certaines formules une valeur RT suffisamment précise.

La résistance thermique totale de la paroi est comprise entre deux limites :

La limite supérieure de la résistance thermique totale (R’_T)
La limite inférieure de la résistance thermique totale (R’’_T)

Pour calculer la limite supérieure (R’_T)

On divise la paroi en i sections dont toutes les couches sont homogènes.
Pour chacune de ces sections, on détermine la transmission thermique U_i (=1/R_T,i).
On détermine U de la paroi comme la moyenne pondérée (en fonction des surfaces) des U_i des sections.
On obtient R’_T à partir du U moyen : R’_T = 1/U

U = % a x U_a + % b x U_b + % c x U_c + % d x U_d x …
1/R’T = % a/RT_a + % b/RT_b + % c/RT_c + % d/RT_d + ⋯

Pour calculer la limite inférieure (R’’_T)

On divise la paroi en j couches homogènes ou non homogènes.
Pour chacune de ces couches, on détermine la transmission thermique équivalente Uj (=1/Rj) de la couche comme la moyenne pondérée (en fonction des surfaces) des transmissions thermiques Uj (= 1/Rxj) des sections de matériaux différents dans la couche.

1/Rj = % aj/R_aj + % bj/R_bj + % cj/R_cj+ % dj/R_dj + ⋯

On obtient ainsi le R_j de chacune des couches.
On calcule R’’_T comme pour une paroi avec couches homogènes :

R’’_T = R_si + R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + … + R_se

Pour calculer la résistance thermique (R_T)

On effectue la moyenne arithmétique des limites supérieures et inférieures de la résistance thermique.

RT = (R’_T + R »_T) / 2

Applicabilité

La méthode simplifiée ne peut pas être appliquée :

lorsque le rapport entre R’_T et R’’_T est supérieur à 1.5 ;
lorsque la couche isolante de la paroi est traversée par du métal.

Source : AGW du 17 avril 2008, Annexe VII, Art 6.2

Exemple

a = 3O m², b = 3O m², c = 1O m², d = 3O m²,

➙ % a = 0.3, % b = 0.3, % c = 0.1, % d = 0.3

e1 = 0.05 m, e2 = 0.1 m, e3 = 0.05 m,

Calcul de la limite supérieure (R’_T)

Calcul de la limite inférieure (R’’_T)

Calcul de la résistance thermique (R_T)

R_T = (1.39 + 1.12) / 2 = 1.25 m²K/W

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique d’un châssis

Évaluer le coefficient de transmission thermique du châssis

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

Données

Pour plus d’infos sur les caractéristiques thermiques des châssis.

De plus :

Les performances d’isolation thermique des châssis dépendront également de leur étanchéité à l’eau et à l’air.

La présence de moisissures et d’humidité au sein de châssis en bois diminue leur efficacité énergétique.

Valeur de référence

Un châssis est caractérisé par un coefficient de transmission thermique Uf. Plus ce coefficient est petit plus le vitrage est isolant. La réglementation thermique wallonne impose pour les fenêtres (c’est-à-dire menuiserie avec vitrage et effet de bord), une valeur maximale du coefficient de transmission thermique.

Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Généralement la surface du châssis est réduite par rapport à la surface du vitrage.

Aussi, l’influence du coefficient de transmission thermique du châssis U_f sur la valeur de l’ensemble de la fenêtre (U_w) est également réduite. Le châssis intervient d’autant plus dans le bilan énergétique de la fenêtre que la fenêtre est de petite taille ou avec de nombreuses subdivisions.

Évaluer

Pour calculer le coefficient de transmission thermique (U_w), à partir du coefficient de transmission thermique du châssis (U_f) et du vitrage (U_g).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vitrage à haute résistance

Parmi les vitrages à haute résistance, on distingue :

Ces vitrages peuvent être montés en double vitrage avec un verre classique ou présentant des propriétés de réflexion ou d’absorption. Ils peuvent prendre place dans un système équipé d’une couche basse émissivité ou de gaz acoustique.

Le verre trempé

Pour augmenter la résistance du verre à la flexion lors de sollicitations d’origines thermiques et/ou mécaniques, on met ses deux faces en précontrainte sur une fine épaisseur au cours d’un traitement appelé la trempe du verre.

Lorsque le verre est soumis à un effort de flexion, les efforts de traction induits dans une de ses faces vont progressivement compenser la compression présente dans le verre. Ce n’est qu’au-delà de ce stade que la glace risquera de se briser.

Il existe deux types de trempe :

La trempe thermique

La glace est chauffée jusqu’à une température de 700°C et se dilate sous l’action de la chaleur. Elle est ensuite refroidie brusquement par pulsion d’air. De ce fait, la surface refroidit et se fige avant la partie centrale. Lorsque cette dernière se refroidit à son tour, elle tire sur les deux faces qui l’entourent induisant des contraintes de compression permanentes sur une fine épaisseur près de la surface.

Schéma principe trempe thermique.

La trempe chimique

La mise en compression de la surface de la glace se réalise en remplaçant un partie des ions de sodium du verre par de ions de potassium plus volumineux. Ces ions proviennent d’un sel fondu mis en contact avec le verre. Comme l’espace dans lequel ils vont s’introduire est légèrement restreint, leur insertion entre les autres ions va créer des efforts de compression.
L’épaisseur de la zone en compression est plus fine que par le procédé de la trempe thermique, ce qui permet d’appliquer ce procédé à des verres très minces. Ce type de verre n’est pas utilisé dans le bâtiment.

Schéma principe trempe chimique.

Quel que soit le type de trempe, les verres trempés ne peuvent plus être coupés, sciés ou percés après l’opération de trempe.

Caractéristiques physiques

Résistance à la traction (50 N/mm²) cinq fois plus élevée qu’un verre classique (10 N/mm²).
Très bonne résistance aux chocs thermiques : ils peuvent résister à un différentiel de température de 200°C.
Mode de rupture tel qu’il se brise en morceaux très petits aux arêtes émoussées, limitant le risque de blessure.

Illustration caractéristiques physiques verre trempé

La pose

Les verres trempés peuvent être montés en double vitrage avec un vitrage classique. On veillera à poser le verre trempé du coté intérieur de façon à limiter les risques de blessure par de grands éclats vers les personnes présentes dans les locaux.

Caractéristiques énergétiques et lumineuses

Le procédé de trempe ne modifie pas les valeurs du coefficient de transmission thermique U du vitrage.
Par contre, le procédé de trempe peut donner lieu à des dessins colorés dus à des phénomènes d’interférence appelés »fleurs de trempe » modifiant quelque peu l’aspect superficiel et les propriétés de réflexion du vitrage. De plus pour les verres trempés verticalement, les pinces provoquent des déformations appelées »point de trempe ».

Le verre durci

Il s’agit d’un verre qui a subit un traitement thermiques semblables à la trempe thermique mais pour lequel le niveau de contraintes obtenu est inférieur à celui du verre trempé, car le refroidissement a été réalisé de manière plus lente.

Les verres durcis ne peuvent plus être coupés, sciés ou percés après l’opération de durcissement.

Caractéristiques physiques

Une valeur de résistance à la rupture par flexion supérieure à celle du verre recuit mais qui sera précisée au cas par cas par un agrément technique.
Une bonne résistance aux chocs thermiques : ils peuvent résister à un différentiel de température de 100°C.
Un mode de rupture en étoile entraînant des morceaux pouvant provoquer des blessures. Dès lors, les verres durcis ne sont jamais considérés comme des verres de sécurité !

Casse d’un verre durci.

Caractéristiques énergétiques et lumineuses

Le procédé de durcissement ne modifie pas les valeurs du coefficient de transmission thermique U du vitrage.
Par contre, le procédé de durcissement peut donner lieu à des dessins colorés dus à des phénomènes d’interférence modifiant quelque peu l’aspect superficiel et les propriétés de réflexion du vitrage.

Le verre feuilleté

Le verre feuilleté est un assemblage constitué d’au moins deux feuilles de verre, liés intimement sur toute leur surface par un intercalaire.
Celui-ci a pour fonction de coller les feuilles de verre tout en donnant au produit fini des performances supplémentaires. Ces performances peuvent être la limitation du risque de blessure en cas de bris, la protection contre l’effraction, la protection contre les armes à feu et les explosions, la protection contre l’incendie, l’isolation acoustique, la décoration, …

Selon le type de performances recherchées, l’intercalaire peut être :

un film plastique,
une résine

On distingue donc :

Le verre feuilleté avec film plastique en butyral de polyvinyle (PVB) :

Deux feuilles de verre sont liés intimement sur toute leur surface par un film plastique en butyral de polyvinyle (PVB).

Caractéristiques physiques

Sa fonction première est la protection contre l’effraction et la sécurité.

Chaque film a une épaisseur de 0,38 mm. C’est principalement le nombre de films qui détermine le niveau de résistance, et moins l’épaisseur du vitrage.

Le tableau suivant reprend la valeur indicative du nombre de films en PVB à utiliser en fonction du niveau de protection souhaité :

Type de protection	Degré de protection	Nombre de films de PVB
Protection contre le vandalisme	Protection contre le vandalisme non organisé.	3
Retardateur d’effraction	Protection contre l’effraction organisée.	4
	Protection de haut niveau.	6
	Très haut niveau de protection contre toutes formes d’agressions à arme blanche.	Compositions multifeuilletées.

Ce vitrage apporte également une amélioration au niveau de l’acoustique qui est optimale lorsque le vitrage est composé de deux feuilles de verre et de deux films de PVB de 0,38 mm d’épaisseur chacun.

Mode de rupture

Il est essentiellement utilisé comme verre de sécurité. En effet, en cas de bris, l’adhérence verre-PVB permet aux fragments du vitrage cassé de rester en place (pendant un certain temps au moins ou jusqu’à un niveau de charge déterminé).

A gauche : verre recuit, à droite : verre feuilleté.

La nomenclature

La nomenclature de ces vitrages se fait au moyen de 2 chiffres indiquant l’épaisseur des différentes feuilles de verre en mm, suivis d’un point et d’un chiffre donnant le nombre de films en PVB.

Exemple.

66.2 correspond à deux feuilles de verre de 6 mm séparées par deux films de PVB de 0,38 mm d’épaisseur chacun.

4/12/66.2 correspond à un double vitrage composé d’un vitrage feuilleté 66.2 , d’une lame d’air de 12 mm et d’un verre simple de 4 mm.

La pose

Lors de la pose d’un double vitrage comprenant un verre feuilleté. On veillera à poser le verre feuilleté du coté intérieur de façon à limiter les risques de blessure par éclats vers les personnes présentes dans les locaux.

Les vitrages à intercalaire en résine coulée :

Il s’agit d’une couche de résine de 1,0 à 2,0 mm polymérisée entre deux feuilles de verre.

Caractéristiques physiques

Ces vitrages ont été développés dans le but d’améliorer l’isolation acoustique. La résine ayant un module d’élasticité plus faible que le PVB, elle permet d’obtenir des amortissements plus importants des vibrations sonores. L’épaisseur de la résine influence directement le niveau d’isolation acoustique.

La présence de la résine n’améliore pas leur résistance à la flexion, dès lors les vitrages feuilletés à résine coulée ne se prêtent pas à la protection anti-effraction, mais ils peuvent être utilisés en toiture car en cas de bris de vitre, l’adhérence verre-résine permet aux fragments du vitrage cassé de rester en place.

La nomenclature

La nomenclature de ces vitrages se fait au moyen de 2 chiffres indiquant l’épaisseur des différentes feuilles de verre en mm, suivis d’un chiffre donnant l’épaisseur de l’intercalaire en résine coulée (RC).

Exemple.

Un vitrage composé de deux verre de 5 mm et d’une couche de résine coulée de 1,5 mm est dénommé : 55.1,5 RC

Les vitrages à intercalaire en PVB amélioré pour l’acoustique, appelé PVBa :

Le PVBa est un type de film PVB qui a été conçu pour se rapprocher des caractéristiques acoustiques des verres feuilletés avec résine, tout en conservant le niveau de performances de sécurité et de résistance à l’effraction des PVB classiques.

Remarque.
Par rapport à un simple vitrage, l’isolation acoustique d’un verre feuilleté est surtout accrue dans la zone autour de la fréquence critique des feuilles de verres (3 200 Hertz). ce puits d’isolation acoustique est limité par l’amortissement des vibrations apportées par l’intercalaire. Cet effet est plus marqué pour la résine et le PVBa. De plus, dans ces cas, le puits de résonance est décalé vers les hautes fréquences.
L’effet global est perceptible essentiellement pour R_w + C, moins pour R_w + C_tr.

Le verre armé

Fragmentation du verre armé.

Il s’agit d’un verre dans lequel ont été incorporés, au moment de la fabrication, des fils métalliques destinés à retenir les morceaux de verre en cas de bris mais ne participant pas à la résistance mécanique.
La résistance du verre armé est inférieure à celle du verre non armé, car le treillis déforce la résistance intrinsèque du verre.

De plus, étant donné la présence de l’armature, le verre armé ne peut être trempé. Son utilisation en verre feuilleté ou en double vitrage est déconseillée.

Ce type de vitrage est à proscrire comme produit de sécurité évitant les chutes de personnes ou les blessures car sa fragmentation ne répond pas aux exigences en la matière.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Emissions de chaleur sensible et de chaleur latente de différents appareils de cuisson

Émissions de chaleur sensible et de chaleur latente de différents appareils de cuisson électriques

Appareil de cuisson	Dégagements des appareils de cuisson électriques en mode normal/réduit*
Appareil de cuisson	Chaleur totale [W/kW]	Chaleur sensible [W/kW]	Chaleur latente [W/kW]	Vapeur [g/h.kW]
Secteur des appareils de cuisson
Marmites	235/105	35/25	200/80	294/118
Cuiseurs automatiques	50/-	40/-	10/-	15/-
Cuiseurs à vapeur haute pression	225/25	25/25	200/0	294/0
Fours de cuisson à vapeur	300/170	120/70	180/100	265/147
Secteur grills et rôtissoires
Sauteuses	950/400	450/250	400/150	588/220
Plaques de grills et rôtissoires	730/320	330/200	400/120	588/176
Salamandres et grills	975/875	800/700	175/175	257/257
Fours	510/410	350/250	160/160	235/235
Appareils à air chaud et décongélation	220/100	70/40	150/60	220/88
Rôtissoires et grills automatiques rapides	480/480	250/250	230/230	338/338
Appareils automatiques à sauce	310/270	150/110	160/160	235/235
Friteuses	790/-	90/-	700/-	1030/-
Friteuses automatique à hotte intégrée	150/-	50/-	100/-	147/-
Friteuses automatique sans hotte intégrée	600/-	50/-	550/-	808/-
Table de cuisson à induction	98/85	70/35	28**/50	41**/74
Poêles en céramique	280/150	200/100	80/50	118/74
Wok	98/-	70/-	28/-	41/-
Cuisinière pour wok	365/195	260/130	105/65	155/96
Autres secteurs
Fourneaux et plaques de cuisson***	280/150	200/100	80/50	118/74
Cuisinière pour marmites	350/250	200/150	150/100	220/147
Fours à micro-ondes	60/-	50/-	10/-	15/-
Bains-marie	325/-	125/-	200/-	294/-
Plats et armoires chauffants	350/-	350/-	-/-	-/-
Réfrigérateurs	700/-	700/-	-/-	-/-
Appareils divers	175/-	175/-	-/-	-/-
Dispositifs de transport à bande	1000/-	1000/-	-/-	-/-
Secteur de distribution des repas
Distributeurs consommations chaudes	325/-	125/-	200/-	-/-
Distributeurs consommations froides	700/-	700/-	-/-	-/-
Distributeurs couverts	300/-	300/-	-/-	-/-
Distributeurs de soupe	300/-	100/-	200/-	-/-
*	Normal : période d’activité intense avec des modes de cuisson intensive (rôtir, griller, bouillir, frire, cuire, etc.) Réduit : période d’activité plus faible avec des modes de cuisson douce (cuire à la vapeur, décongeler, maintenir a température, cuire à basse températures, etc)
**	Valeurs basées sur uniquement deux fabricants
***	Valeurs à multiplier par un facteur tenant compte de la nature de la plaque de cuisson : – de masse : 1 – vitrocéramique : 1 – à induction : 0,35 – large et en acier : 1,3

Source : VDI 2052 – Avril 2006 – Tableau A1.

Émissions de chaleur sensible et de chaleur latente de différents appareils de cuisson au gaz

Appareil de cuisson	Dégagements des appareils de cuisson au gaz en mode normal/réduit*
Appareil de cuisson	Chaleur totale [W/kW]	Chaleur sensible [W/kW]	Chaleur latente [W/kW]	Vapeur [g/h.kW]
Secteur des appareils de cuisson
Marmites		100/75	300/80	441/118
Fours de cuisson à vapeur		150/85	180/100	265/147
Secteur grills et rôtissoires
Sauteuses		450/450	450/250	630/368
Plaques de grills et rôtissoires		350/250	400/150	588/220
Salamandres et grills		720/720	200/200	294/294
Fours		350/250	200/200	294/294
Appareils à air chaud et décongélation		100/50	150/100	220/147
Friteuses		90/-	700/-	1030/-
Poêles en céramique		200/120	80/64	118/94
Cuisinière pour wok		300/180	120/96	176/142
Autres secteurs
Fourneaux et plaques de cuisson**		250/150	100/80	147/118
Cuisinière pour marmites		250/200	150/120	265/176
Bains-marie		195/-	220/-	323/-
Plats et armoires chauffants		350/-	-/-	-/-
*	Normal : période d’activité intense avec des modes de cuisson intensive (rôtir, griller, bouillir, frire, cuire, etc.) Réduit : période d’activité plus faible avec des modes de cuisson douce (cuire à la vapeur, décongeler, maintenir a température, cuire à basse températures, etc)
**	Valeurs à multiplier par un facteur tenant compte de la nature de la plaque de cuisson ou du fourneau: – ouverte : 1 – en céramique : 0,8 – rougeoyante : 1,2

Source : VDI 2052 – Avril 2006 – Tableau A1.

Débits de soufflage pour ΔT= 8°C et ΔX = 5g/kg entre l’air soufflé et l’air ambiant

Appareil de cuisson	Débits d’air en m³/h par kW pour :
Appareil de cuisson	Δt = 8K	Δx = 5 g/kg
Secteur des appareils de cuisson
Marmite (couvercle non hermétique)	22	17
Marmite (couvercle hermétique)	15	7
Cuiseurs automatiques	11	13
Fait-tout à vapeur	17	17
Armoires de cuisson à air	22	66
Armoires de cuisson à vapeur	39	74
Secteur grills et rôtissoires
Sauteuse	141	83
Rôtissoires et grills automatiques	96	57
Fours	143	39
Appareils à air chaud	39	74
Appareils automatques à sauce	67	40
Friteuses	35	176
Autres secteurs
Fourneau	156	20
Four à micro-ondes	104	3
Bain-marie	39	77
Plats chauffants	206	–
Armoires chauffantes	130	–
Réfrigérateurs	271	–
Appareils divers	65	–
Dispositifs de transport à bande	374	–
Distributeurs de boissons et divers
Distributeurs consommations chaudes	271	–
Distributeurs consommations froides	28	–
Distributeurs couverts, gobelets	111	24
Distributeurs de bouillon	37	–

Source : Recknagel – 2° édition – Tableau 361-2.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Imprimantes

L’ imprimante laser

Comment fonctionne une imprimante laser ?

Le tambour est uniformément chargé d’électricité statique par un fil électrique placé longitudinalement.
Ligne par ligne, le faisceau laser dessine l’image électrostatique de la page à imprimer. A chaque point frappé par le faisceau, le potentiel électrique des charges statiques s’élève.
La poudre de toner est extraite du réservoir par un cylindre. Attirée par les zones de potentiel électrique supérieur, la poudre recouvre les seules zones à imprimer.
Le papier, lui aussi chargé en électricité statique, attire les particules de toner lorsqu’il est mis en contact avec le tambour.
La feuille est ensuite pressée entre deux cylindres dont l’un au moins est porté à une température supérieure à 150°C. La poudre du toner fond et s’amalgame au papier.

Une technologie semblable est appliquée dans les fax laser et les photocopieurs.

L’ imprimante à jet d’encre

Et les imprimantes à jet d’encre ?

Les cartouches des imprimantes à jet d’encre sont équipées d’une série de buses (la définition de l’imprimante dépend du nombre de buses) qui projettent l’encre sur le papier aux endroits définis par le processeur. Il n’y a donc aucun élément chauffant.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Consommation d’électricité et de combustible des commerces

Consommation d'électricité et de combustible des commerces

Préambule

Cette article a été créé en 2009. Une mise à jour des informations a été apporté en mars 2024 notamment via : le rapport de bilan énergétique de la Wallonie 2020 – bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023.

L’étude approfondie du « Bilan énergétique de la Wallonie 2020 » a permis de mettre en lumière les caractéristiques spécifiques de la consommation énergétique dans le secteur tertiaire, comprenant entre autres les commerces. Cette analyse révèle des tendances clés et des facteurs d’influence sur la consommation d’énergie au sein de ce secteur.

Voici les points essentiels à retenir:

Facteurs d’influence sur la consommation

Diversité des facteurs: Les variations de consommation de combustibles et d’électricité dans le secteur tertiaire sont influencées par plusieurs éléments. Les conditions climatiques, la croissance de l’emploi, l’évolution des surfaces et volumes des bâtiments, ainsi que les améliorations apportées au bâti et aux équipements jouent un rôle prépondérant. Notamment, l’augmentation des surfaces de vente et la hauteur sous plafond influencent fortement la consommation énergétique.
Augmentation de la consommation électrique: La consommation électrique par emploi a connu une croissance, passant de 5 MWh en 1995 à 5.8 MWh en 2020. Cette augmentation s’explique par l’intégration croissante d’équipements électroniques et leur automatisation dans les commerces, tels que les scanners, les surfaces réfrigérées, les fours électriques, et la climatisation.

Focus particulier sur les datacenters

Impact des datacenters: Outre la consommation traditionnelle des commerces, l’essor des datacenters en Wallonie a considérablement influencé la consommation énergétique du secteur ses 10 derniers années. L’augmentation de l’utilisation des technologies numériques, en partie due au COVID-19, a renforcé cette tendance.

data center

Evolution du nombre et de la consommation d’électricité des principaux data centers en Wallonie((Bilan énergétique de la Wallonie 2020 – Bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023))

Répartition de la consommation par branche d’activité

Importance du commerce: Le commerce se distingue comme un secteur majeur de consommation énergétique au sein du tertiaire en 2020. D’autres branches significatives comprennent les services financiers, la santé, l’éducation, et l’administration, soulignant l’importance de ces activités dans le profil énergétique du secteur.

Part de l’emploi tertiaire wallon en 2020 et croissance de l’emploi tertiaire wallon par branche d’activité de 2010 à 2020((Bilan énergétique de la Wallonie 2020 – Bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023 – BNB –2020 données provisoires))

Cette synthèse met en évidence la complexité et la variété des facteurs impactant la consommation énergétique dans le secteur tertiaire, notamment les commerces. La prise de conscience de ces éléments est cruciale pour orienter les efforts d’efficacité énergétique, notamment à travers l’amélioration du bâti, l’intégration de technologies économes en énergie et l’adaptation des habitudes de consommation. La compréhension de ces dynamiques est essentielle pour développer des stratégies visant à réduire l’empreinte énergétique du secteur tertiaire et en particulier au niveau des commerces.

Commerces de gros et de détail

Commerces de gros et de détail de surface comprise entre 400 et 2 500 m²

Consommations d’électricité HT et de combustibles dans les commerces de gros et de détail de surface comprise entre 400 et 2 500 m² en 2020

Consommations spécifiques d’électricité HT et de combustibles dans les commerces de gros et de détail de surface comprise entre 400 et 2 500 m² en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

52 établissements de 421 à 2 320 m² (surface totale de 68 753 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	59	70
Consommation spécifique moyenne	97 kWh/m²	135 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre	Surface moyenne	Degrés-jours 15/15

	[kWh/m²]	[kWh/m²]		[m²]
2000	147	142	13	1211	1719
2001	132	136	22	1282	1934
2002	138	150	52	1118	1688
2003	112	144	48	1228	1921
2004	105	133	68	1177	1894
2005	113	124	58	1126	1829
2006	149	128	53	1145	1795
2007	171	119	54	1083	1578
2008	149	135	43	1247	1829
2009	135	151	54	1175	1818
2010	116	162	47	1278	2309
2011	111	120	49	1271	1515
2012	97	135	52	1322	1915
2013	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	2137
2014	84	103	38	1354	1424
2015	139	129	38	1122	1688
2016	76	110	Non disponible	Non disponible	1948
2017	76	119	40	1443	1775
2018	107	108	37	1341	1737
2019	116	156	17	1143	1676
2020	87	230	11	1152	1517

Commerces de gros et de détail de surface supérieure à 2 500 m²

Consommations d’électricité HT et de combustibles dans les commerces de gros et de détail de surface supérieure à 2 500 m² en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

29 établissements de 3 895 à 32 600 m² (surface totale de 284 468 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	52	54
Consommation spécifique moyenne	73 kWh/m²	64 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre	Surface moyenne	Degrés-jours 15/15

	[kWh/m²]	[kWh/m²]		[m²]
2000	62	62	14	7668	1719
2001	56	77	16	7594	1934
2002	72	90	23	7126	1688
2003	66	85	27	7501	1921
2004	49	79	34	5811	1894
2005	59	105	36	6366	1829
2006	64	93	40	6750	1795
2007	71	79	41	6934	1578
2008	64	89	37	6067	1829
2009	61	83	41	6403	1818
2010	62	67	33	7566	2309
2011	61	60	30	6313	1515
2012	73	64	29	9809	915
2013	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	2137
2014	66	46	22	9223	1424
2015	79	60	23	6825	1688
2016	82	77	Non disponible	Non disponible	1948
2017	84	66	23	10644	1775
2018	89	61	26	7431	1737
2019	109	81	8	7570	1676
2020	83	67	22	12378	1517

Ces données sont issues de l’enquête Bilan énergétique de la Wallonie 2020 Consommation du secteur domestique réalisé par l’ICEDD asbl pour le compte du Service Public de Wallonie. Le bilan complet est disponible sur le Portail de l’énergie en Wallonie.

Supermarchés

Consommations d’électricité HT et de combustibles des supermarchés en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

33 établissements de 550 à 2 100 m² (surface totale de 42 989 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	113	67
Consommation spécifique moyenne	454 kWh/m²	162 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre	Surface moyenne	Degrés-jours 15/15

	[kWh/m²]	[kWh/m²]		[m²]
2000	655	184	30	1270	1719
2001	572	226	59	1551	1934
2002	637	234	26	1291	1688
2003	567	203	36	1455	1921
2004	677	270	71	1629	1894
2005	680	258	60	1613	1829
2006	663	253	59	1604	1795
2007	689	281	68	1601	1578
2008	697	250	74	1544	1829
2009	652	256	39	1334	1818
2010	523	231	32	1255	2309
2011	503	172	30	1223	1515
2012	454	162	29	1482	1915
2013	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	2137
2014	407	129	22	1411	1424
2015	395	130	24	1303	1688
2016	399	158	Non disponible	Non disponible	1948
2017	395	129	18	1402	1775
2018	409	155	11	1483	1737
2019	457	196	5	1169	1676
2020	452	233	52	1623	1517

Hypermarchés

Consommations d’électricité HT et de combustibles des hypermarchés en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

25 établissements de 2 793 à 32 000 m² (surface totale de 255 355 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	79	60
Consommation spécifique moyenne	292 kWh/m²	143 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre	Surface moyenne	Degrés-jours 15/15

	[kWh/m²]	[kWh/m²]		[m²]
2000	167	92	6	41165	1719
2001	268	142	29	13621	1934
2002	204	108	12	19818	1688
2003	189	107	7	30912	1921
2004	344	165	29	9378	1894
2005	361	162	26	8722	1829
2006	430	252	27	5952	1795
2007	350	143	28	9034	1578
2008	340	154	26	8796	1829
2009	340	160	26	8087	1818
2010	351	207	23	8475	2309
2011	341	149	23	8984	1515
2012	292	143	25	10214	1915
2013	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	2137
2014	278	109	22	9376	9376
2015	334	123	17	6991	1688
2016	277	112	Non disponible	Non disponible	1948
2017	306	104	19	8679	1775
2018	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	1737
2019	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	1676
2020	181	100	17	10640	1517

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.

Evolutions des consommations spécifiques d’électricité et de combustibles par m²((Bilan énergétique de la Wallonie 2020 – Bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023 – BNB –2020 données provisoires))

Comparaison

Consommations spécifiques moyennes des commerces hors horeca en 2020 (en kWh/m²)((Bilan énergétique de la Wallonie 2020 – Bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023 – BNB –2020 données provisoires))

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Situer sa consommation combustible par rapport au secteur

Établir les ratios de consommation d’un bâtiment

Remarque préalable :
Avant de comparer sa consommation d’un bâtiment par rapport au secteur, il est intéressant de la normaliser, c’est-à-dire de la rendre indépendante des conditions climatiques. Pour ce faire :

Soit, on dispose de valeurs établies sur plusieurs années et leur moyenne sera plus ou moins fidèle de la consommation d’une année type moyenne (bien que depuis 1996, les hivers ont été nettement plus doux que la moyenne),
Soit, on ne dispose que de la consommation sur une seule année et il faut la ramener à une année climatique moyenne.

Gérer

Pour en savoir plus sur les relevés et la normalisation d’une consommation par la méthode des degrés-jours.

Ensuite, il est possible d’en tirer les ratios énergétiques :

Relever le coût total des consommations de combustibles :	C	€ / an
Relever le total annuel des kWh consommés :	Q	kWh / an
Déterminer la surface de référence des locaux : (il s’agit de la surface brute de plancher, mesurée par l’extérieur des murs, cages d’escaliers et couloir compris. Si la surface nette du plancher est connue, on peut la majorer de 10 %. Les chaufferies et garages sont exclus du calcul).	S	m²

Ratio financier : C / S [€ / m² x an]
Ratio de consommation : Q / S [kWh / m² x an]

Remarque.

Suivant le secteur d’activité, il peut être intéressant d’établir les ratios par unité représentative de l’activité : consommation par occupant, par élève, par lit, par repas, …

Mesures

Pour en savoir plus sur la mesure d’une consommation de fuel.

Comparer aux moyennes dans différents secteurs

Comparer les consommations de différents bâtiments et donner des valeurs moyennes de consommation se révèle très complexe. En effet, la consommation d’un bâtiment dépend de nombreux facteurs. Outre les qualités de son enveloppe (isolation, surface et qualité de vitrages, orientation, etc.), la consommation dépend fortement de l’usage du bâtiment (son affectation, ses horaires de fonctionnement, le taux de présence dans le bâtiment, l’équipement bureautique,…) ainsi que des systèmes techniques installés (chauffage, ventilation, climatisation, production d’eau chaude).

On trouve néanmoins dans la littérature des valeurs moyennes ou des intervalles de consommation au m² pour différents types de bâtiments. Pour obtenir des consommations spécifiques (/m², /lit, /élève, …) et l’évolution de ces consommations sur les cinq dernières années, cliquez sur :

Commerces,
Bureaux,
Enseignement,
Santé,
Horéca,
Culturel et sportif.

Remarque : Les valeurs de la littérature doivent être utilisées avec précaution. Pour chacune d’elles, il convient de se poser les questions suivantes :

De quel type de consommation parle-t-on? S’agit-il d’une demande thermique brute, d’une consommation tenant compte des rendements des équipements, d’une consommation d’énergie « primaire » (çàd que les consommations électriques sont comptabilisées sur base des consommations d’énergie générées à l’entrée de la centrale électrique, soit environ 2,5 X plus) ?
Quelles consommations particulières sont incluses dans la valeur? La consommation des auxiliaires tels que pompes, ventilateurs, etc. est-elle comprise? Les équipements accessoires du bâtiment tels que les ascenseurs sont-ils compris?
Quelle est la surface de référence? S’agit-il d’une surface brute « hors tout », d’une surface nette, ou d’une surface occupée? Reprend-elle ou non les garages, les couloirs, les sanitaires,… ?

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la sous-toiture d’un versant isolé

Lattes
Contre-lattes
Sous-toiture
Isolant
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

Pourquoi une sous-toiture ?

La sous-toiture récolte et évacue vers l’extérieur du bâtiment, l’eau qui se serait infiltrée accidentellement entre les éléments de couverture lors de conditions climatiques particulières (pluie torrentielle, chute de neige poudreuse, vent fort, dégel,…) ou en cas d’envol ou de rupture d’une tuile ou ardoise. A priori, la sous-toiture n’est pas destinée à servir de couverture ou même de bâche durant l’exécution de la toiture même si certaines sous-toitures offrent cet avantage. Elle a aussi pour rôle d’évacuer l’eau qui se serait condensée sur la face inférieure de la couverture suite au sur-refroidissement. Elle protège ainsi l’isolation.

En outre, elle limite les infiltrations d’air et empêche le passage de poussières.
Enfin, elle renforce la résistance de la couverture lors d’une tempête.

Faut-il toujours une sous-toiture ?

Non, dans certains modèles d’isolation, tels que l’isolation par panneaux isolants rigides au-dessus des chevrons ou fermettes (toiture « Sarking ») ou par panneaux autoportants au-dessus des pannes, les fonctions de la sous-toiture sont parfois remplies par les panneaux isolants eux-mêmes. Dans ce cas, il ne doit pas y avoir de sous-toiture proprement dite et la sous-toiture fait partie intégrante de la couche isolante.

D’autre part, pour les couvertures en tuiles, la NIT 186 « exige » une sous-toiture.

L’étanchéité à la pluie et à la neige d’une couverture en ardoises naturelles est plus grande que celle d’une couverture en tuiles. Dans ce cas, une sous-toiture n’est donc pas aussi indispensable mais elle est néanmoins vivement recommandée.

Quelle sous-toiture choisir ?

Les qualités d’une bonne sous-toiture

La sous-toiture doit être :

étanche à l’eau et résistante à l’humidité,
résistante au gel,
durable,
de préférence, ininflammable,
de préférence, perméable à la vapeur,
de préférence, capillaire,
de préférence rigide.

Vu que l’on peut trouver beaucoup de matériaux répondant aux premières exigences, la qualité d’une sous-toiture se mesure surtout par sa réponse aux trois dernières exigences, à savoir :

La perméabilité à la vapeur

Il est conseillé de placer une sous-toiture plus perméable à la vapeur que la finition intérieure sous l’isolant, car, même si la toiture est munie d’un pare-vapeur parfaitement mis en œuvre :

Le pare-vapeur peut être perforé par la pose d’équipements sans que l’on s’en rende compte.
Les matériaux et le bois en particulier peuvent contenir de l’humidité résiduelle.

La capillarité

Par effet « buvard », une sous-toiture capillaire permet de limiter, voir de supprimer « l’égouttement » en cas d’infiltration ou de condensation sur la sous-toiture froide (phénomène du sur-refroidissement).

Une sous-toiture micro-perforée n’est qu’une succession de pleins et de trous. Les pleins étant froids, une condensation s’y produira.
Une sous-toiture capillaire est préférable pour retenir l’eau en attendant qu’elle s’évapore !

La rigidité

Il existe des sous-toitures rigides, comme les plaques renforcées aux fibres organiques ou minérales et des sous-toiture souples comme les membranes plastiques microperforées ou non.

Une sous-toiture rigide a pour avantage de :

permettre le contact entre elle et l’isolant et ainsi assurer une bonne étanchéité à l’air,
ne pas réduire le vide au-dessus de la sous-toiture sous la poussée de l’isolant,
diminuer la charge de vent sur les éléments de couverture,
ne pas produire de vibrations bruyantes par temps venteux.

Mauvaise mise en œuvre d’une toiture souple.

Risque d’un vide réduit au-dessus d’une sous-toiture souple.

Exemple

Une sous-toiture de type fibres ciment-cellulose, par exemple, remplit les différentes fonctions ci-dessus.

Conseils de mise en œuvre

On commence la pose en bas de la toiture et on remonte vers le faîte. La sous-toiture doit aboutir dans la gouttière.
Les plaques ou les bandes sont placées au-dessus des chevrons ou fermes, leur plus long côté parallèle à la gouttière. Dans le cas d’une isolation par l’extérieure par panneaux isolants rigides posés sur les chevrons ou fermes, la sous-toiture souple est posée directement sur l’isolant.
Aux joints horizontaux, le recouvrement minimal est de 60 mm en projection verticale; ce qui correspond à un recouvrement « l » qui varie en fonction de la pente de la toiture tel que donné dans le tableau ci-dessous :

Pente du toit (α)	Recouvrement (l)
30°	120 mm
35°	105
40°	93
45°	85
50°	78
l = 60 mm/sinα

Chevron.
Sous-toiture.
Contre-lattes.
Contre-lattes amincie.

Amincissement de la contre-latte au droit des recouvrements des plaques de sous-toiture.

Il en va de même pour le recouvrement sur la bande de raccord de la gouttière.

Amincissement de la contre-latte au droit des recouvrements des plaques de sous-toiture.

Chevron ou fermette.
Sous-toiture.
Vide entre la sous-toiture et les tuiles.
Contre-lattes.
Latte.
Latte de pied. Sa hauteur et sa position sont telles que la pente des tuiles de la 1° rangée corresponde à celle des rangées supérieures.
Bande métallique ou synthétique (ou peigne en plastique) destinée à protéger la latte de pied contre la pluie et à éviter la pénétration d’oiseaux.
Gouttière.
Bande de raccord, métallique ou synthétique, de la gouttière en dessous de la sous-toiture.
Crochet de gouttière.

Dans le sens de la largeur, les plaques sont posées jointivement et les joints sont recouverts par les contre-lattes.
Pour les bâtiments fortement exposés, il est conseillé de prévoir un recouvrement latéral de 100 mm environ. Ce recouvrement se fait au niveau de certains chevrons ou fermes. Au-dessus des autres, l’absence de double épaisseur est comblée par des languettes débitées dans la sous-toiture.
Dans le cas d’une sous-toiture souple (en rouleau), on s’arrangera pour que la longueur des lès couvre toute la largeur du versant de la toiture.
Les membranes souples sont posées de manières relativement lâches pour éviter les tensions. On veille cependant à ne pas la repousser vers le haut lors du placement de l’isolant.
Toute perforation de la sous-toiture doit être soigneusement évitée lors du chantier.
A chaque interruption de la sous-toiture (cheminée, lanterneau, lucarne, …), il faut assurer la déviation des eaux infiltrées par la réalisation de « gouttières ».
La sous-toiture doit aboutir à l’extérieur du bâtiment, dans la gouttière ou la corniche par exemple, sans créer de poches inférieures. Il faut veiller à n’avoir aucune contre-pente, particulièrement à cet endroit.

Les contre-lattes
Pour que la sous-toiture puisse assurer correctement son rôle d’évacuation de l’eau, des contre-lattes doivent être placées sur la sous-toiture, sous les lattes; sans quoi, l’eau aurait tendance à stagner le long des lattes.

Pour un écart de 400 mm entre chevrons ou fermettes, les contre-lattes ont une épaisseur de 15 à 26 mm et une largeur minimale de 32 mm.
Elles sont en pin ou en épicéa. Elles doivent être droites, bien équarries et d’épaisseur régulière. Le bois doit être traité.
Elles doivent être fixées par-dessus la sous-toiture dans la structure secondaire, en suivant la pente, au moins deux fois par mètre courant.
La mise en œuvre tient compte du type de sous-toiture et des prescriptions du fabricant.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires – règles générales

Objectif	Règles
Limiter l’éblouissement direct	Grâce aux ventelles, l’angle de défilement transversal est souvent plus grand que l’angle de défilement longitudinal. Il est donc généralement plus facile de prévenir l’éblouissement en plaçant les luminaires longitudinalement par rapport à l’axe du regard.
Limiter les réflexions sur le plan de travail	Respecter une zone interdite située au-dessus du plan de travail. Cela revient souvent à placer les luminaires en rangées parallèles de part et d’autre du plan de travail plutôt qu’au-dessus.
Éviter les zones sombres le long des fenêtres le soir	Un mur réfléchit la lumière, curieusement, un vitrage l’absorbe. La rangée de luminaires le long des fenêtres doit donc être proche de celles-ci pour compenser les pertes de lumière au travers des vitrages (le placement de rideaux peut jouer un rôle semblable).
Éviter les ombres gênantes	Favoriser l’éclairage provenant de la gauche (pour les droitiers) et du dessus, mais avec un appoint venant de la droite pour éviter les ombres trop agressives.
Valoriser les apports en éclairage naturel ou les zones de besoins différents	Placer les luminaires par zone de besoins différents (zone de circulation, de rencontre, de travail, zone façade, …) avec des commandes dédiées.
Assurer une uniformité correcte	Respecter un écartement des luminaires fonction de la hauteur de montage et de la distribution lumineuse des luminaires. Certains fabricants peuvent fournir des tableaux qui illustrent pour un luminaire donné l’uniformité moyenne obtenue en fonction du rapport e (écartement entre les luminaires) / h_u (distance entre le luminaire et le plan de travail. Extrait de catalogue.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Pertes de chaleur des conduites et vannes non isolées

Les conduites

Le tableau suivant indique les pertes des tuyaux en acier par mettre courant en fonction de leur diamètre, de la température entre l’eau chaude et de la température ambiante.

Perte de chaleur d’un tuyau en acier non isolé en [W/m]
DN [mm]	10	15	20	25	32	40	50	62	80	100
Diam [pouce]	3/8″	1/2″	3/4″	1″	5/4″	1 1/2″	2″	2 1/2″	3″	4″
T_eau – T_air:
20°C	11	13	17	21	26	30	38	47	55	71
40°C	22	29	36	45	57	65	81	101	118	152
60°C	36	46	58	73	92	105	130	164	191	246
80°C	52	67	84	105	132	151	188	236	276	355

Les pertes calorifiques des canalisations enterrées sont plus faibles que dans l’air, en moyenne de 10 à 35 %.

Les vannes

Les vannes présentes une surface déperditive nettement plus importante qu’un tuyau du même diamètre.

Perte thermique des vannes et brides en équivalent de longueur de tuyauterie de même diamètre Source : « le Recknagel » (1996).
Accessoire	DN	Température de la tuyauterie
Accessoire	DN	50°C	100°C
Vanne	25	0,5 m	1,0 m
	100	1,2 m	2,5 m
	300	3,0 m	6,0 m
Paire de brides	25	0,2 m	0,4 m
	100	0,5 m	1,0 m
	300	1,5 m	3,0 m

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Climatisation à débit de réfrigérant variable

Principe de fonctionnement

Remarque : nous avons repris la terminologie française DRV (Débit de Réfrigérant Variable) mais ce type d’appareil est aussi appelé « VRV » (Variable Refrigerant Volume) ou « VRF » (Variable Réfrigérant Flow) selon les constructeurs.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix d’un tel système !

Fonctionnement en froid seul

On connaissait le principe de la « détente directe » (l’évaporateur de la machine frigorifique refroidit directement l’air dans le caisson de traitement d’air). Cette fois, on réalise la détente directe dans chaque local puisque le fluide réfrigérant est transporté jusqu’à l’échangeur du local qui sert d’évaporateur ou de condenseur ! Ce n’est ni l’air ni l’eau qui circule dans les conduits, mais bien du fluide réfrigérant.

À partir d’une unité extérieure, on peut alimenter jusqu’à 64 unités intérieures. Les groupes extérieurs disponibles sur le marché aujourd’hui ont des puissances de froid allant de 12 à 150 kW en version monobloc ou multiblocs pour le raccordement d’un circuit frigorifique indépendant. Ceux-ci peuvent être multipliés, pour autant que la place disponible pour les groupes extérieurs soit suffisante. Mais ce sont des installations qui fonctionneront alors en parallèle (pas d’échange entre circuits raccordés à des unités extérieures différentes). Il est recommandé d’éviter de connecter un nombre très important d’unités intérieures sur un même circuit frigorifique. La norme européenne EN378 impose une limite pratique de 0.44 kg/m³ de quantité de gaz réfrigérant contenue dans le plus petit volume fermé contenant une unité intérieure. Un calcul devra être réalisé par l’installateur ou le bureau d’études pour valider le respect de la norme. De plus, il est préférable de réaliser plusieurs circuits dans un même bâtiment pour limiter les quantités de gaz réfrigérant dans un même circuit et pour limiter les longueurs de tuyauteries et donc les pertes de charge.

Ce type de DRV sera choisi lorsque l’installation vient en complément d’une installation de chauffage existante (rénovation d’un ancien bâtiment). A éviter sous peine de risque de destruction d’énergie.

Fonctionnement réversible (froid ou chaud)

Si certains systèmes sont limités au mode « froid », d’autres sont réversibles : le même échangeur intérieur peut alors servir de condenseur, lorsque le local est en demande de chaleur ! Une telle souplesse est issue d’une régulation électronique sophistiquée, notamment basée sur l’emploi de détendeurs électroniques et d’un bus de communication entre tous les équipements. Mais c’est l’ensemble des échangeurs qui fournissent du froid ou qui fournissent de la chaleur. La permutation du rôle des échangeurs est réalisée dans l’unité extérieure par une vanne d’inversion de cycle à 4 voies.

Les unités intérieures produisent alors toutes en même temps, soit du froid, soit du chaud. Ce système demande que les besoins du bâtiment soient assez homogènes et qu’une plage neutre (plage où la température fluctue sans intervention) de 21 à 25°C par exemple, soit acceptée par chacun. Ce ne sera donc pas un système adéquat pour un immeuble comportant des zones intérieures (à refroidir toute l’année) ou des façades fortement vitrées, orientées est-ouest. Sauf si la zone intérieure du bâtiment est importante, au point qu’un circuit indépendant (avec sa propre unité extérieure) se justifie rien que pour cette zone centrale.

A récupération d’énergie (froid et chaud simultanément)

Encore mieux : certains systèmes assurent simultanément le chaud et le froid dans les locaux. Par exemple, un local de réunion peut être demandeur de froid (la cassette intégrée dans le faux plafond travaille en évaporateur) tandis que le bureau voisin est demandeur de chaleur (la console en allège travaillera en condenseur). Le système va assurer simultanément les deux demandes, avec une consommation énergétique minimale puisque la chaleur extraite d’un côté est valorisée de l’autre côté, avec un COP défiant toute concurrence !

La solution idéale pour satisfaire les besoins en entre-saisons et donc le confort est d’opter pour les systèmes chaud et froid simultané. Le coût est plus important dû aux boitiers de répartition et à la conception des groupes extérieurs, mais c’est LA solution pour éviter les conflits entre demande de chaud et froid et donc les problèmes éventuels de régulation. N’oublions pas qu’en Belgique l’entre-saison représente une période importante.

Modulation de puissance

Suivant les constructeurs, les groupes extérieurs sont munis d’un, deux ou trois compresseurs. La plage de puissance thermique disponible sera fonction de la technologie et du nombre des compresseurs.

Suivant les constructeurs la modulation pourra être totale sur le ou les compresseur(s), ou partielle, dans ce cas un seul compresseur travaille à vitesse variable et le ou les autres est (sont) régulé(s) en « tout ou rien ». À noter qu’au démarrage, seul le compresseur INVERTER travaille et dès que la charge dépasse la limite de puissance de celui-ci, le 2ème (ou 3ème) compresseur « on-off » est enclenché pour reprendre la charge et le compresseur INVERTER recommence à moduler à partir de 0 %. Avec ce type de cascade, le seul compresseur « INVERTER » fonctionne sans arrêt et s’use plus vite que le ou les autre(s).

Les groupes extérieurs munis de plusieurs compresseurs modulants « INVERTER » permutent les démarrages entre eux pour équilibrer les temps de fonctionnement et offre l’avantage d’une plus grande plage de modulation de puissance.

Détails technologiques

Fluide réfrigérant

Ces systèmes sont aujourd’hui disponibles avec le gaz réfrigérant de type R410A. Les différents composants ont alors été dimensionnés pour l’utilisation de ce gaz.

À partir du premier janvier 2022, ce gaz sera interdit dans les équipements de centrales de réfrigération neufs dont la puissance est supérieure ou égale à 40 kW à cause de son potentiel de réchauffement global 2 084,5 fois plus élevé que le CO₂. Il pourrait alors être remplacé par le R32 (constituant actuel du R410A) qui est actuellement à l’étude au Japon. Ce gaz est cependant remis en question en raison de son inflammabilité.

Plus anecdotique, certaines installations de pompes à chaleur fonctionnent au CO₂.

Le cœur du système reste une machine frigorifique et les critères applicables à ce type d’installation restent d’actualité. Par exemple, le carter doit être chauffé durant 48 heures avant le démarrage pour la mise en condition de l’huile.

Unité extérieure

Les unités extérieures sont généralement placées à proximité du bâtiment ou en toiture (pas de local technique spécifique). Ceci permet au condenseur en été d’être facilement refroidi par l’air extérieur et à l’évaporateur en hiver de pouvoir capter facilement la chaleur sans pour autant refroidir un local technique avec le brassage d’air nécessaire.

Les unités extérieures sont modulaires et peuvent être alignées côte à côte en fonction de la puissance nécessaire.

À défaut de place disponible, un local technique sera utilisé et un conduit d’air apportera et évacuera l’air nécessaire pour capter ou rejeter les calories suivant la demande du bâtiment, moyennant une consommation supplémentaire pour vaincre les pertes de charge. Les débits d’air nécessaires étant importants il faut noter qu’en hiver le local peut chuter en température, l’isolation phonique et thermique du local technique sont donc à prévoir et l’évacuation des condensats doit également être bien maîtrisée.

Lors du dégivrage des ailettes, une quantité non négligeable d’eau s’échappe des machines. Il faudra alors prévoir une évacuation adéquate pour éviter l’accumulation d’eau sur la toiture. De plus, en période hivernale des plaques de glace risquent de se former.

Réseau de distribution et dimensionnement des systèmes

Les tuyauteries en cuivre utilisées sont de très faible diamètre. Cela permet un gain de place par rapport aux systèmes traditionnels (à eau ou air) et les pertes calorifiques dues au transport sont faibles. Une isolation des conduites est indispensable. Les tuyauteries de petits diamètres sont vendues pré-isolées, ce qui facilite le montage.

Les dérivations frigorifiques seront exclusivement réalisées avec des raccords de type « Y » fournis par les fabricants qui permettront une parfaite distribution et répartition du fluide réfrigérant dans toutes les unités intérieures. Il y a des conditions de montage à respecter pour garantir la bonne fluidité du réfrigérant et éviter des nuisances sonores en cas de mauvaise alimentation en réfrigérant liquide dans les détendeurs.

Certains fabricants proposent des détendeurs déportés qui évitent toutes nuisances sonores dans les unités intérieures.

Certains fabricants permettent des répartiteurs frigorifiques placés en série ou en parallèle ou en étoile pour réduire les quantités de conduites frigorifiques. Les logiciels de design permettent de vérifier les différentes configurations possibles et les répercussions sur les puissances disponibles en tenant compte des pertes de charge.

La distribution peut être de type bitube en parallèle ou en étoile via un collecteur.

Pour les installations réversibles, un réseau « deux tubes » sera créé. En fonctionnement « froid », un tube transportera le fluide frigorigène liquide et ramènera le fluide à l’état vapeur. En fonctionnement « chaud », le premier tube véhiculera les « gaz chauds » issus du compresseur et ramènera le fluide refroidi et condensé.

Pour les installations avec récupération d’énergie, un réseau « trois tubes » transportera les « gaz chauds » (ou vapeur haute pression), le fluide liquide et la vapeur basse pression. Cette distribution en 3 tubes permet de fournir à tout moment le fluide réfrigérant nécessaire pour garantir les besoins en chaud et en froid. La sélection du mode « chaud » et « froid » est réalisée par un module de répartition munie de vannes, placé à l’entrée de chaque local ou de chaque zone régulés en commun.

Exemple de fonctionnement en chaud/froid simultané.

À titre d’exemple, quelques valeurs et contraintes (c’est variable d’un constructeur à l’autre) :

Une distance maximale de 120 160 m entre l’unité extérieure et l’unité intérieure la plus éloignée (en ce compris les coudes, sur base de 1 coude = 2 1 m équivalant, par exemple).

Une dénivellation verticale entre unité extérieure et intérieure limitée à 50 90 m si l’unité intérieure est au-dessus et 40 si elle est en dessous.

Une dénivellation max de 15 m en moyenne entre unités intérieures, certains fabricants permettent 40 m.

Une somme totale des longueurs de tubes inférieure à 1000 m.

Unités intérieures

L’unité intérieure est parcourue par le fluide frigorigène. Un ventilateur centrifuge ou tangentiel force l’air du local au travers de l’échangeur. Elle peut fonctionner soit en rafraîchissement, soit en chauffage, soit en brassage d’air, soit en déshumidification. Un détendeur électronique règle en permanence le débit de réfrigérant en fonction de la charge intérieure.

Les unités intérieures existent sous plusieurs formes :

Gainage en faux plafond,
Plafonnière encastré ou apparent,
En allège,
En rideau d’air

Traitement de l’air hygiénique

Les systèmes de DRV permettent aujourd’hui la détente/condensation directe dans les batteries froides et chaudes des groupes de ventilation.

Certains constructeurs proposent des mini centrales de traitement d’air double flux de maximum 1500 m³/h connectables sur un DRV. Ces mini centrales sont pour la plupart du temps équipées d’un système d’échangeur à plaques, batterie chaude ou froide et d’un humidificateur.

Autres applications

Outre le chauffage et le refroidissement direct à l’intérieur du bâtiment, le système DRV peut être équipé de module de production d’eau froide, d’eau chaude haute ou basse température, avec ou sans possibilité de connexion de collecteurs solaires thermiques, avec comme application :

La production d’eau chaude sanitaire,
Le chauffage/refroidissement par radiateur ou par dalle active,
L’alimentation de batterie de groupe de ventilation.

Notons que cette dernière application peut également être obtenue par condensation/évaporation directe dans les batteries.

Certains fabricants de DRV proposent des unités de traitement d’air double flux avec une batterie à détente directe. Dans ce cas tous les composants HVAC sont compatibles entre eux via le bus de communication, et la totalité du système peut être régulé au départ de la même gestion centralisée.

Boitier de sélection

Pour les DRV trois tubes, les boîtiers de sélection sont connectés en amont par 3 tubes par le groupe extérieur et en aval par 2 tubes à chaque unité intérieure, suivant la demande du local en chaud ou en froid la circulation sera dans un sens ou dans l’autre suivant l’ouverture des vannes de passage.

Plusieurs unités intérieures peuvent être reliées au même boitier de sélection, une d’elles est alors désignée « Maitre » et sera la seule à commander le mode de fonctionnement.

Il n’y a pas de contrainte technique sur l’emplacement de ces boitiers, cependant le bruit qu’ils engendrent peut être dérangeant. Afin d’éviter de désagrément et de faciliter l’accès, certains installateurs les montent sur une structure préfabriquée qui peut alors être placée dans une armoire fermée accessible par le personnel de maintenance.

Régulation

Gestion du système de régulation.

Un tel produit n’a pu être conçu que moyennant l’intégration d’une régulation sophistiquée. Il est utile de savoir que le constructeur propose une GTC (gestion technique centralisée sur ordinateur) de facto, en ce sens que l’on peut définir ou suivre sur ordinateur tous les paramètres de l’installation : température de consigne, température de l’air soufflé, pourcentage d’ouverture de la vanne. Le principe « clef sur porte » de ce système fait que le concepteur, une fois qu’il a choisi entre les 3 configurations de base (chaud ou froid / chaud et froid), adopte la régulation proposée par le constructeur. Les historiques permettent de suivre facilement l’évolution de ces paramètres et de détecter une anomalie.

Il n’est pas étonnant que les Japonais aient été les premiers à mettre ce type de système sur le marché. Chaque composant dispose de son « adresse » spécifique sur le bus de communication et une régulation « intelligente » permet au groupe extérieur d’adapter le mode de fonctionnement et la puissance nécessaire pour satisfaire précisément les demandes ponctuelles de chaque unité intérieure. Le calcul vectoriel est extrêmement rapide et la modulation du compresseur est très précise, certains fabricants réussissent à moduler au 1/10 H

Au niveau de l’utilisateur, une action par télécommande est possible pour régler le confort souhaité. Chaque unité intérieure peut être commandée séparément ou par groupe depuis une télécommande infrarouge ou depuis un écran mural. Laisser à chaque occupant la possibilité d’intervenir sur la température peut devenir problématique, surtout dans des bureaux paysagers. Le confort de l’un n’est pas celui de l’autre. De plus, laisser trop de liberté peut engendrer des abus (température trop élevée en hivers et trop basse en été). Pour ces raisons, la marge de manœuvre de l’occupant est souvent bridée en ne lui offrant la possibilité de choisir la température du local uniquement dans une gamme de quelques degrés ou en limitant le nombre de commandes murales. Celles-ci sont généralement préférées aux télécommandes sans fil pour des raisons de perte ou de changement de piles.

Des gestions centralisées permettent de réaliser les programmations horaires des niveaux de température suivant les occupations et les saisons. C’est un outil très précieux pour optimiser la facture énergétique et éviter les abus et gaspillages occasionnés par une mauvaise manipulation des utilisateurs. Des programmations permettent de régler le système en mode automatique tout en permettant certaines dérogations dans des plages limitées suivant les utilisateurs. Ces gestions centralisées facilitent également la maintenance, de nombreuses fonctions d’autodiagnostics sont intégrées pour aider à détecter l’origine d’une panne éventuelle, et des accès à distance permettent une télésurveillance. Il est possible de programmer une adaptation des consignes (laisser dériver la température de 1° suffit) durant la période critique de la pointe quart-horaire. Automatiquement, le compresseur ne sera pas sollicité à ce moment. Il est possible d’automatiser l’abaissement de consigne à partir de l’information issue de l’automate régulateur de pointe 1/4 horaire.

Des comptabilités énergétiques sont également disponibles pour permettre les éventuelles répartitions de consommation. Il est possible de connaître :

le pourcentage d’ouverture de la vanne dans chaque local
la consommation électrique totale de l’installation (en plaçant un compteur sur le seul câble qui reprend l’ensemble de l’installation, ventilateurs compris).

Par simple « règle de trois », on peut en déduire approximativement la consommation de chaque local (l’ouverture de la vanne ne dit pas exactement quel sera le débit de fluide, mais constitue une première approche) et établir une facture par consommateur.

Des interfaces permettent de dialoguer avec d’autres régulation et de piloter le système au départ de contact extérieur (lecteur de badge, détecteur de mouvement, contact de fenêtre, etc…).

« Froid seul » : les unités intérieures assurent le refroidissement uniquement

La régulation de la température ambiante est assurée

par la régulation de vitesse du ventilateur de l’évaporateur,
par un détendeur électronique qui module le débit de fluide en contrôlant la différence de température entrée-sortie du fluide dans l’évaporateur (similaire au réglage de la surchauffe).

Dans l’unité extérieure se trouve un ou plusieurs compresseur(s) hermétique(s) à vitesse variable (compresseur scroll ou compresseur rotatif), avec une régulation » INVERTER », c.-à-d. à vitesse variable par réglage de la fréquence d’alimentation.

En pratique, une sonde est placée sur la pression d’aspiration du compresseur. Cette pression est maintenue constante par action sur la vitesse du compresseur. Automatiquement, la température d’évaporation est maintenue constante. Ainsi, si la charge thermique du bâtiment augmente, la surchauffe augmente, le détendeur s’ouvre davantage, le débit de fluide réfrigérant augmente et la vitesse du compresseur augmente pour maintenir la pression.

Si la puissance frigorifique est importante, une cascade de deux (ou trois) compresseurs est réalisée. Mais un seul travaille à vitesse variable. Le deuxième est régulé en « tout ou rien ». Au démarrage, seul le compresseur INVERTER travaille. Dès que la charge dépasse la limite de puissance de ce compresseur, le 2ème compresseur est enclenché pour reprendre la charge et le compresseur INVERTER recommence à moduler à partir de 0 %.

Avec ce type de cascade, le compresseur INVERTER fonctionne sans arrêt et s’use plus vite que les autres. Pour éviter cela certaine unités extérieures sont équipés de plusieurs compresseurs INVERTER permanents ainsi un fonctionnement à tour de rôle.

« Froid ou chaud » : les unités intérieures sont réversibles

Dans ce cas, c’est tout le réseau qui travaille soit en froid, soit en chaud. Cette réversibilité est réalisée via une vanne d’inversion de cycle, dans l’unité extérieure. En passant d’un mode à l’autre, on inverse le sens de circulation du fluide dans les conduites. L’échangeur dans le local passe d’évaporateur à condenseur, et vice versa.

Bien sûr, une fois le mode général décidé, chaque local garde sa propre régulation interne : un détendeur électronique compare la température de l’air de reprise par rapport à la la température de consigne et adapte le débit de fluide frigorigène en conséquence.

En mode froid, la température d’entrée de l’évaporateur est égale à la température d’évaporation du fluide; la température de sortie est cette même température augmentée de la surchauffe. Celle-ci est classiquement réglée sur 6…7°. La vanne du détendeur sera donc réglée pour maintenir ces 7 degrés : si la charge thermique augmente, la surchauffe augmente, le détendeur s’ouvre davantage et le débit de fluide augmentera dans l’évaporateur en fonction de la charge.

En mode chaud, le fluide circule en sens inverse. Cette fois, la différence de température mesurée par le régulateur du détendeur électronique va correspondre au sous-refroidissement du condenseur.

Un régulateur électronique gère globalement l’ensemble de la demande et adapte la réponse via un bus de communication qui relie les différents équipements.

En mode chauffage, quand les unités intérieures sont à l’arrêt, un système de contrôle assure qu’il n’y ait pas de condensation de réfrigérant dans les U.I., si cela est la cas, le détenteur s’ouvrira légèrement pour permettre la circulation du fluide.

« Froid et chaud » : les unités intérieures travaillent à la demande, avec récupération d’énergie

Ici, le système permet une production simultanée de froid dans un local et de chaud dans le local voisin. Avec transfert de la chaleur d’un local vers l’autre !

L’idée de base est que 3 conduites sont extraites de l’unité extérieure

une conduite liquide,
une conduite vapeur basse pression,
une conduite vapeur haute pression, càd des « gaz chauds ».

Ces 3 conduites alimentent boitiers de sélection ou modules de répartition (rectangles en pointillé sur le graphe). Ceux-ci sont informés du mode de fonctionnement (chaud ou froid) souhaité, et vont desservir, via un réseau deux tubes, l’unité intérieure soit en gaz chauds HP soit en vapeur BP.

Des autres composants (non représentés) complètent l’installation afin d’empêcher certains sens de passage.

Fonctionnement en « froid seul ».

Fonctionnement en « froid majoritaire » .

Fonctionnement en « équilibré ».

Fonctionnement en « chaud majoritaire ».

Fonctionnement en « chaud seul ».

Remarque : Cette régulation est certainement complexe et pose la question de la maintenance, mais elle dispose d’un avantage : le fait que tous les composants sont compatibles entre eux. Cela facilite la prise de responsabilité lors de problèmes quelconques.

Notons également que la plupart des fabricants offrent une maintenance par télésurveillance qui leur permettent de détecter à distance les anomalies d’une installation.

Nouvelles approches de la régulation

Certains constructeurs ont amélioré l’ajustement en permanence de la température et du volume de réfrigérant en fonction de la puissance totale nécessaire et des conditions météorologiques. Par exemple, à la mi- saison lorsque les besoins de rafraîchissement sont réduits et que la température ambiante est proche du point de consigne, le système règle la température de réfrigérant sur une valeur supérieure de façon à améliorer l’efficacité énergétique. Les technologies de compresseurs et les régulations diffèrent entre chaque fabricant, nous pouvons remarquer depuis quelques années quelques améliorations significatives sur le confort et la performance énergétique de ces systèmes.

Chez certains fabricants, il y a une version de groupe extérieur prévue pour des climats rudes qui stocke de la chaleur dans un matériau à changement de phase, durant la relance hivernale, c’est cette chaleur qui sera utilisée pour le dégivrage évitant ainsi le refroidissement du bâtiment.

L’utilisation de la logique floue (« Fuzzy Logic ») ou de la température glissante pour la régulation du système ouvre également de nouvelles perspectives. Notamment durant les premières semaines d’installation, le système apprend à reconnaître son environnement thermique (auto-adaptation des paramètres). Cela lui permettra de réagir plus rapidement à l’avenir et ainsi offrir un confort plus important pour les utilisateurs. Cependant la compacité des équipements et l’existence même de cette logique floue rendent l’interprétation d’une panne difficile par une personne extérieure. Généralement, la maintenance sera faite par le fabricant, qui dispose de logiciels spécifiques de dépannage (analyse de l’origine d’une panne) et qui remplacera les cartes défectueuses si nécessaires. La maintenance par du personnel interne à l’exploitant sera soit limitée à l’entretien des filtres, soit basée sur l’utilisation des logiciels des fabricants, moyennant une formation appropriée.

Boîtier de répartition (avec l’arrivée des 3 tubes).

Régulation intégrée dans la face avant du boîtier.

Il ne faut pas être rétrograde : les photocopieuses, les appareils photographiques, les voitures,… autant d’équipements qui sont bourrés d’électronique et avec lesquels nous vivons très bien. Une 2 CV se répare sans doute beaucoup plus facilement, mais elle ne se vend plus… confort oblige.
Cette centralisation de l’équipement vendu « clef sur porte » génère une grande clarté au niveau de la responsabilité du fabricant. Il l’a bien compris en agréant les installateurs pouvant installer leur matériel, après formation.

Récupération d’énergie sur boucle d’eau

Un constructeur propose un système avec récupération d’énergie sur boucle d’eau : les condenseurs à air des unités « extérieures » sont remplacés par des condenseurs à eau (à l’intérieur des équipements dénommés PAC sur le schéma parce que ce sont des machines frigorifiques réversibles en pompe à chaleur). Ces unités peuvent alors être installées dans le bâtiment.

L’utilisation d’un tel système permet une double récupération de chaleur :

récupérer la chaleur entre les unités intérieures d’un même groupe frigorifique, comme une installation « froid et chaud » ci-dessus.

récupérer la chaleur une deuxième fois entre les groupes de condensation connectés sur la même boucle d’eau.

Le principe est similaire à celui d’un réseau de pompes à chaleur sur boucle d’eau. La partie frigorifique de ce système reste identique. Les différences se situent au niveau des groupes de condensation, placés à l’intérieur du bâtiment. Ces groupes sont raccordés sur la même boucle d’eau. En cas de déséquilibre entre besoins de chaud et besoin de froid, la température de la boucle d’eau est maintenue constante grâce des équipements traditionnels (réfrigérant atmosphérique, chiller, chaudière, …) ou via une source géothermique. Notons que dans ce dernier, si les besoins en chaud et en froid ne s’équilibrent pas annuellement, il peut être nécessaire d’avoir recours à d’autres technologies pour éviter le dépassement de la capacité thermique du sol ce qui aura pour conséquence l’alourdissement du nombre d’équipements.
Les avantages de ce système à double récupération de chaleur (air/air et air/eau) sont :

possibilité d’installation dans des immeubles de grande hauteur,
possibilité d’installation dans des régions très froides (où la pompe à chaleur aurait du mal à travailler « seule » par grands froids),
possibilité de récupérer la chaleur d’un procédé industriel ou une source de chaleur naturelle,
possibilité de stocker la chaleur excédentaire en cas de refroidissement,
possibilité de récupération de chaleur entre les groupes de condensation,
installation des groupes à l’intérieur (pas de pollution sonore).

C’est un système également à envisager lorsqu’un ancien circuit à eau glacée existe dans le bâtiment et qu’il pourrait être récupéré.

Un stockage de chaleur durant la nuit dans un réservoir tampon et une restitution en période de relance le matin peut permettre un gain financier en profitant du tarif électrique de nuit et en lissant les pointes de puissance toujours coûteuses. A nouveau, c’est l’électronique propre du système qui gère l’ensemble.

Si cette technique est théoriquement réalisable, le volume du réservoir peut vite devenir un obstacle.

Exemple :
Soit un bâtiment de bâtiment de 3 000m². Une relance de 11 W/m² est programmée durant 3 h. Cela représente un besoin de 99 kWh. Supposons une température de stockage d’eau de maximum 40 °C et une température d’extraction minimale de 10 °C. Le volume de réservoir serait alors de 28,4 m³.

Performance attendue

Comme toujours avec le fonctionnement « pompe à chaleur », le rendement en mode « chauffage » se dégrade lorsque la température extérieure décroît. Mais le nombre d’heures en régime « hivernal » étant réduit par rapport au régime « entre saisons » durant lequel les performances sont excellentes, le système permet d’atteindre des rendements saisonniers très intéressants.

Les constructeurs annoncent à charge nominale des EER entre 3,1 à 4,3 et des COP de 3,5 à 4,5. Ces valeurs restent dans la moyenne des machines à refroidissement/réchauffement par air, à près tout c’en est une. Mais où est le bénéfice énergétique alors ? Il se trouve dans le fonctionnement à charge partielle. Certains constructeurs annoncent des performances très attrayantes, par exemple à charge partielle 50% de la puissance nominale un EER de 7.36 (pour 25°c ext) et un COP de 5.52 (pour 9°c ext).

De plus, le bénéfice énergétique sera amélioré avec le système DRV 3 tubes à récupération de chaleur si la récupération d’énergie est possible (chaleur provenant d’un local informatique, transfert de chaleur entre locaux dont les besoins sont forts différents, process industriel nécessitant la production d’eau chaude en été, etc…)

Certains fabricants annoncent des valeurs ESEER (rendement saisonnier) suivant la certification EUROVENT basées sur la formule adaptée pour les groupes d’eau glacée. Suivant cette formule, il y a moyen de définir un rendement approximatif saisonnier qui tient compte de la charge partielle aux différentes conditions de température extérieure et de la pondération que représentent ces conditions pour la saison de refroidissement.

L’impact de la performance à charge réduite devient prépondérant dans ce cas, ce qui représente bien la réalité de fonctionnement sous notre climat tempéré.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Marmite électrique

La marmite est aussi appelée communément « douche ».

Principe

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

C’est une cuve cylindrique ou rectangulaire profonde fixe ou basculante, utilisée en cuisine de grandes collectivités (pâtes, potages… ).

Description

Il existe deux systèmes de cuisson : la chauffe directe et la chauffe indirecte.

Marmite électrique à chauffage direct.

Marmite électrique à chauffage indirect.

La chauffe directe

Dans le cas de la chauffe directe, il y a une seule cuve. Des résistances blindées ou des fils résistants sont montés sur céramique et placés à la base de la cuve.

La chauffe indirecte

Dans le cas de la chauffe indirecte ou au bain-marie, il y a une cuve à double paroi.
Il existe quatre systèmes différents :

Des éléments chauffants (thermoplongeurs) sont situés dans la double enveloppe. L’alimentation en eau doit se faire manuellement. Des dépôts de calcaire peuvent se former en raison du renouvellement de l’eau.
Le système est identique au précédent, mais la double enveloppe contient de l’huile en circuit scellé. Ce dernier supprime le besoin de renouveler le fluide. L’utilisation de ce fluide permet un degré de chauffage plus élevé (180°C).
La double paroi est alimentée par de la vapeur en circuit fermé. La vapeur est produite par un générateur séparé. La double paroi est mise sous basse pression. Le tout est alimenté à l’électricité. La réalimentation en eau (qui est rarement nécessaire) se fait de manière automatique.
Le système est identique au précédent, mais l’eau utilisée est anti-corrosive et la double paroi est mise sous haute pression.

Pour les systèmes avec eau ou vapeur, la marmite est équipée d’un des dispositifs de sécurité qui libère la vapeur de la double enveloppe lorsque sa pression est supérieure à la pression normale d’utilisation ainsi qu’un dispositif qui évite les risques de détérioration par manque d’eau (106°C), une alimentation directe en eau et un système d’évacuation pour le nettoyage.

Certaines marmites sont fixes, d’autres basculantes. Le système peut être à basculement manuel (volant à vis sans fin ou levier) ou assisté (hydraulique, électrique ou pneumatique). Les modèles basculants facilitent la vidange : l’eau de cuisson peut s’écouler tandis que les ingrédients solides (légumes, pommes de terre, riz, pâtes, etc.) restent dans la cuve. Par ailleurs, les marmites basculantes sont plus faciles à laver après utilisation.

Les modèles rectangulaires offrent l’avantage qu’on peut y glisser un ou plusieurs gastronormes.

Bon nombre de modèles de marmites que l’on trouve dans les cuisines collectives sont désormais équipées d’un agitateur, à ne pas confondre avec un mixer à potage. L’utilité de cet accessoire se manifeste dans des tas d’applications : réchauffer un volume en intégrant un mouvement lent ou interrompu, effectuer rapidement des mélanges, mélanger dans les deux directions, élaborer une purée de pommes de terre, des desserts chauds et froids. Les mélangeurs présentent un autre avantage : si la marmite est équipée, il permet de refroidir rapidement et dans les délais requis une préparation en utilisant soit l’eau de distribution, soit de l’eau réfrigérée.

Certaines marmites disposent d’un affichage de température mesurant les ingrédients à l’intérieur même de la marmite.

Certains appareils possèdent des couvercles étanches pour des cuissons sous pression 110°C à 0,5 bars.

Commande et régulation

Elles sont réalisées par commutateur, doseur d’énergie ou thermostat.

Actuellement, des programmateurs permettent la programmation des procédés de cuisson les plus courants et répétitifs. Mieux même, certains programmes très élaborés émettent le déroulement automatique de tout le cycle de production : remplissage, cuisson, mélange, refroidissement. (Ce programme peut être enclenché la nuit. Et lorsque le cuisinier arrive dans sa cuisine, la majeure partie du travail a été faite et il ne reste plus qu’à réchauffer). Les températures et temps de cuisson peuvent être enregistrés, ce qui permet la traçabilité recommandée par le « HACCP« .

Certains appareils permettent également un programme de nettoyage de la marmite et des pièces auxiliaires.

Gamme

Capacité de 20 à 300 litres pour la restauration collective.

Puissance moyenne pour 10 litres (prévoir une capacité de 0,5 à 1 litre par portion préparée) :

chauffage direct 1 kW,
chauffage indirect 1,5 kW.

Installation

Prévoir une alimentation d’eau froide et chaude, cette dernière permet de limiter la durée de mise en température. Des caniveaux de 20 cm de profondeur minimum recouverts de grilles de sol et reliés au réseau des eaux usées doivent être installés devant les marmites.

Utilisation

De nombreuses cuissons réalisées autrefois en marmites sont aujourd’hui faites dans les fours à convection forcée et fours combinés air-vapeur ou dans les cuiseurs à vapeur, ce qui limite leur utilisation.

Les marmites à chauffage indirect sont appréciées pour la cuisson des aliments risquant d’attacher (laitages, sautés, purées, cuisson des pâtes, bain marie … ).

A capacité totale égale, il est recommandé d’installer plusieurs appareils pour obtenir plus de souplesse.

Efficacité énergétique

La cuve transfère la chaleur aux aliments. Pour obtenir le meilleur transfert et donc le meilleur rendement, la surface de contact doit être la plus grande possible. C’est pourquoi, il est déconseillé d’avoir des marmites étroites et profondes ou larges et plates.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Récupérer les sources de chaleur « perdues » du bâtiment

Placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait

L’air hygiénique est extrait à une température de l’ordre de 21° durant tout l’hiver. Or la température moyenne extérieure saisonnière est de l’ordre de 6° dans nos régions. Il faut donc chauffer l’air neuf de 15°C durant 8 mois. Pour un bâtiment bien isolé, cela représente 50 % de la consommation de chauffage annuelle.

Or il est possible de récupérer 50 % de la chaleur du fluide qui traverse un récupérateur de chaleur. C’est donc un potentiel énergétique non négligeable. Tout se passe comme si l’air extérieur passait en moyenne à 13,5 °C !

Avantage : c’est directement l’air vicié qui préchauffe l’air neuf. Il y a donc synchronisme des besoins en période de chauffe. La rentabilité est variable, mais elle se situe entre 4 et 6 ans, ce qui est très faible face à la durée de vie de l’installation. Classiquement un échangeur à plaques sera choisi, mais plusieurs autres systèmes sont à étudier. Pour diminuer les coûts à l’investissement, il faut organiser un regroupement des conduits de pulsion et d’extraction dès l’Avant-Projet.

Schéma récupérateur de chaleur sur l'air extrait.

Cette technique demande un soin particulier lors du dimensionnement afin que le bénéfice thermique ne soit pas trop « mangé » par le supplément de consommation des ventilateurs.

Précisons qu’il s’agit bien d’un échange thermique et qu’il n’y a pas de mélange entre l’air vicié et l’air neuf.

Une bonne gestion doit être étudiée, car en mi-saison, l’air extérieur peut être à 18°C et il serait dommage de le chauffer avec de l’air à 23°C, par exemple. Un by-pass doit être prévu.

Concevoir

Pour plus d’informations sur le choix d’un récupérateur de chaleur.

Re-pulser l’air extrait dans une autre zone du bâtiment

Une solution classique consiste à pulser l’air extrait des bureaux dans les parkings situés sous le bâtiment, ce qui permet de chauffer en même temps ce lieu. Très honnêtement, cela nous paraît une faible économie, car le chauffage des parkings est luxe peu utile. La consommation des ventilateurs sera plus forte que si des simples ventilateurs axiaux organisent le balayage. Enfin, avec une sonde CO, il est possible de diminuer drastiquement les besoins en journée (moteurs à l’arrêt), or les besoins des bureaux sont constants…

Il paraît plus utile de valoriser cet air une deuxième fois : extraction par les zones d’archives, extraction par l’atrium qui constitue une zone tampon (attention au risque de surchauffe en mi-saison… by-pass ?), … Il faut repartir de la logique appliquée dans le secteur domestique : l’air est apporté au living et est extrait en cuisine. Il sert donc deux fois.

Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique

Si une machine frigorifique fonctionne en hiver et en mi-saison, il y a probablement moyens de combler des besoins de chauffage dans le bâtiment. Difficulté : la chaleur fournie par un condenseur est à très basse température (40°C à 50°C). Il faut donc trouver des besoins à basse température

boucle d’eau chaude des ventilos-convecteurs,
préchauffage de l’eau chaude sanitaire (premier ballon en série avec le ballon final),
préchauffer l’air neuf hygiénique du bâtiment,
postchauffer l’air neuf déshumidifié pour une installation de plafonds froids (obligatoire dans la Nouvelle Réglementation Thermique française),
…

Chaque cas est un cas d’espèce à étudier par le bureau d’études, mais l’imaginer dès l’Avant-Projet permet souvent de se faciliter la vie par la suite !

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.

Concevoir

Pour plus d’informations sur la récupération de chaleur au condenseur d’une machine frigorifique.

Utiliser les systèmes de climatisation à débit de fluide réfrigérant variable

Imaginons une demande de chaleur dans un local en façade et des apports de chaleur dans un local de réunion juste à côté. Il existe aujourd’hui un équipement capable de refroidir un local et de transférer la chaleur vers un local voisin ! C’est en quelque sorte une pompe à chaleur dont la source froide est constituée par un des locaux. La performance énergétique pourrait en être très élevée.

Pour être rentable, il faut que le bâtiment présente souvent cette complémentarité des besoins. On pense par exemple à un bâtiment qui aurait des locaux aveugles (intérieurs), en demande de refroidssement toute l’année.

Concevoir

Pour plus d’informations sur les systèmes de climatisation à débit de fluide réfrigérant variable.

Placer une pompe à chaleur sur les sources chaudes du bâtiment

Par exemple, il est possible de refroidir (et déshumidifier par la même occasion) une buanderie surchauffée et produire ainsi de l’eau chaude sanitaire : on fait coup double !

Concevoir

Pour plus d’informations sur les systèmes de récupération avec PAC.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Affiches de l’agence ALME – Mulhouse – Série 4

ALME – Agence Locale de la Maîtrise de l’Énergie à Mulhouse

Les affiches ci-dessous sont distribuées par l’Agence Locale de la Maîtrise de l’Énergie à Mulhouse. Elles sont téléchargeables gratuitement en cliquant sur les icônes ci-dessous (format PDF).
Téléphone 33 (0)3 89 32 76 96
e-mail : contact@alme-mulhouse.frsite : http://www.alme-mulhouse.fr/

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le modèle d’isolation d’un comble aménageable

Avant d’isoler

La non-gélivité des éléments de couverture doit être vérifiée :
> En observant l’absence de signes de gel (feuilletage, fissures).
> Et aussi :

en se renseignant auprès des fabricants-fournisseurs,
ou en faisant effectuer des essais de résistance au gel.

Les faces visibles du bois (la charpente et voligeage éventuel) doivent être inspectées et traitées contre les insectes et les champignons avant d’être rendues inaccessibles (même en cas de traitement ancien).

Diagramme décisionnel

Remarques concernant le diagramme

1. La finition intérieure à conserver :

Cela peut être le cas lorsque celle-ci est en bon état ou lorsque le bâtiment reste occupé pendant les travaux d’isolation.
Le choix est identique lorsque la charpente doit rester apparente.

2. L’isolation entre chevrons combinée, si nécessaire, avec une isolation sous les chevrons :

L’isolation sous les chevrons est, dans ce cas, aussi possible mais très délicate : elle présente des risques car la présence d’une lame d’air entre l’isolant et la sous-toiture favorise les courants convectifs qui augmentent les pertes de chaleur et les risques de condensation contre la sous-toiture.

3. Toiture Sarking ou par éléments autoportants :

Dès que l’on enlève la couverture, la plupart des ouvrages de raccords (cheminée, gouttières, pignons, …) doivent être refaits.
De plus, avec les techniques d’isolation par l’extérieur, on court le risque de mouiller la structure du toit pendant les travaux d’amélioration.
Dans le cas du choix d’une isolation par panneaux autoportants, il faudra particulièrement faire attention à l’état de la structure et vérifier qu’elle peut supporter la nouvelle charge.

La toiture « Sarking » ou l’isolation par panneaux auto-portants conduisent à une surélévation du faîte et à un épaississement des rives. Dans certains cas, cela peut poser problème au niveau urbanistique (raccord au bâtiment contigu).

En outre, les panneaux de mousse synthétiques utilisés dans ces modèles présentent certains inconvénients (mauvaise réaction au feu, matériaux peu écologiques). Le verre cellulaire ne présente pas ces inconvénients, mais il est cher et nécessite la pose d’un support rigide.

Une autre solution est alors possible : on isole entre chevrons mais à partir de l’extérieur. Cette solution permet, en outre, de placer une sous-toiture correcte.

Deux limite toutefois à cette solution :

La hauteur des chevrons doit être suffisante pour pouvoir placer un isolant assez épais afin d’atteindre le coefficient de transmission thermique U demandé à la toiture. Cela risque d’être rarement le cas car auparavant, les chevrons destinés à des toitures-greniers non isolées étaient de section carrée de faible hauteur.
La pose correcte d’un pare-vapeur est impossible.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique d’un vitrage

Le niveau d’isolation du vitrage est-il suffisant ?

1ère étape : la valeur de référence

Un vitrage est caractérisé par un coefficient de transmission thermique Ug. Plus ce coefficient est petit plus le vitrage est isolant. La réglementation PEB impose des valeurs maximales de coefficients thermiques pour le vitrage et les fenêtres.

Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Évaluer

Pour calculer le coefficient de transmission thermique (U_w), à partir du coefficient de transmission thermique du vitrage (U_g).

Remarque : on sera d’autant plus rigoureux face à ces impositions, que :

le pourcentage de la surface vitrée est important,
la façade est orientée au Nord.

En effet, l’impact du niveau d’isolation thermique d’un vitrage aura des conséquences d’autant plus importantes sur les consommations de chauffage que la surface vitrée est grande et que la façade est au Nord !

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Nord :

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Sud :

Légende :

	Double vitrage ordinaire, U = 2,8 W/m²K.
	Vitrage réfléchissant et absorbant, 6/12air/6, U = 2,3 W/m²K.
	Vitrage réfléchissant, 6/12argon/6, U = 1,5 W/m²K.
	Vitrage basse émissivité, 4/15argon/4, U = 1,4 W/m²K.
	Vitrage triple gaz ou 6/ vide /6. U = 0,7 W/m²K.

On constate que :

En présence d’un vitrage basse émissivité, le pourcentage de surface vitrée et l’orientation des vitrages, influencent peu les consommations de chauffage.

Les vitrages à contrôle solaire (réfléchissant et absorbant), en limitant les gains solaires, sont peu efficaces thermiquement en cas de grandes surfaces vitrées.

2ème étape : évaluer sa propre situation

1° situation : on ne dispose pas de l’épaisseur des verres, des valeurs des émissivités des films isolants et du type de gaz entre les lames de verre.

Une formule simplifiée permet d’évaluer le coefficient de transmission thermique U d’un vitrage au moyen de sa température de surface. On la mesure au moyen d’un thermomètre de contact ou d’un thermomètre de surface à infrarouge.

Thermomètre de contact et mesure de température ambiante et thermomètre de surface à infrarouge.

Pour que les valeurs obtenues soient valables, il faut que le vitrage soit en régime thermique stationnaire (c’est-à-dire que les températures intérieures et extérieures ne subissent pratiquement pas de variations).
On fera donc le relevé de la température du vitrage par temps nuageux, avec une température extérieure moyenne entre celle du jour et celle de la nuit.

Le coefficient de transmission thermique U du vitrage peut être estimé par la formule :

U = (T_int– T_surf) / (0.125 x (T_int – T_ext)) (en régime stationnaire !)

où :

T_int est la température ambiante dans le local
T_surf est la température de surface du vitrage
T_ext est la température extérieure.

2° situation : on dispose de l’épaisseur des verres, des valeurs des émissivités des films isolants et du type de gaz entre les lames de verre.

La norme NBN EN 673 donne la méthode de calcul du coefficient de transmission thermique U des vitrages. La valeur U trouvée par ce calcul correspond à la valeur U au centre du vitrage, c’est à dire ne tenant pas compte des effets de bords dus à la présence de l’espaceur qui augmente les déperditions calorifiques.

Nous reprenons ci-dessous les équations permettant de calculer la valeur des simples et doubles vitrages verticaux.

1/U = 1/h_e+ e/λ + 1/h_i, pour les simples vitrages.

1/U = 1/h_e+e₁/λ + 1/h_s+ e2/λ + 1/H_i_, pour les doubles vitrages_.

où :

e₁ et e₂= épaisseurs des couches solides successives du vitrage (m).
λ = conductivité thermique des matériaux des couches solides (W/(mK). (λ = 1 pour le verre).
h_e= le coefficient d’échange thermique superficiel entre la paroi et l’ambiance extérieure (W/(m²K)). Ce coefficient vaut 23 pour les vitrages verticaux.
HI = le coefficient d’échange thermique superficiel entre la paroi et l’ambiance intérieure (W/(m²K)). Ce coefficient vaut 8 pour les vitrages verticaux.
h_s = la conductance thermique des lames de gaz successives (W/(m²K)).

La valeur de h_s est donnée par la formule suivante :

où :

s = épaisseur de la lame de gaz (m)
Nu = Axs^1,14, cependant si cette valeur est inférieure à 1, on utilise Nu = 1 pour le calcul de hs.
ε₁ et ε₂= les émissivités corrigées des deux feuilles de verre; pour des verres sans couches ou lorsque les couches n’ont pas d’influence sur l’émissivité, on utilise la valeur ε = 0,837; lorsqu’il s’agit de verre à basse émissivité, il faut déterminer la valeur de l’émissivité normale à l’aide d’un spectromètre à infrarouges (normes prEN 12898), puis en déduire l’émissivité corrigée (tableau A2.2 de ce prEN).
A et B = des constantes dépendant du type de gaz dont les valeurs sont données au tableau suivant :

GAZ	A	B
Air	115,3	0,025
Argon	122,8	0,017
Krypton	197,6	0,009

Le facteur solaire du vitrage est-il limité ?

Il existe deux manières d’évaluer si le facteur solaire est limité :

En calculant les apports solaires par les vitrages

1ère étape – une valeur de référence :

Dans les immeubles de bureaux, on peut estimer qu’un refroidissement devient nécessaire en été lorsque la somme des apports internes et externes atteint 60 W/m² au sol du local. Si on estime d’une manière générale, les apports internes d’un bureau moyennement équipé à 17 W/m² (un ordinateur de 150 W par personne et 1 personne/15 m² au sol (70 W/pers)), il est nécessaire de limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

2ème étape – calculer ces propres gains solaires par les vitrages :

Il s’agit d’abord de reconnaître le vitrage en présence.

Évaluer

Pour savoir comment reconnaître votre vitrage.

Vous pouvez ensuite calculer les apports par les baies vitrées :

Calculs

Si vous voulez accéder à un tableau Excel qui calcule le bilan thermique d’un bâtiment en été et dont la première partie concerne les gains solaires par les fenêtres.

Par une valeur de référence tirée de la réglementation française

1ère étape – évaluer le facteur solaire du vitrage.

Il s’agit d’abord de reconnaître le vitrage.

Évaluer

Pour savoir comment reconnaître votre vitrage.

À partir de cela, on peut en évaluer le facteur solaire à l’aide des valeurs de référence des différents types de vitrages présents sur le marché.

Techniques

Pour connaître les caractéristiques thermiques et lumineuses des vitrages courants.

2ème étape : – le facteur solaire est-il correct ?

Une réglementation thermique du Nord de la France, prescrivait une règle concernant la valeur minimale de facteur solaire à atteindre en fonction du pourcentage de surface vitrée :

Le pourcentage de surface vitrée x le facteur solaire de la fenêtre (vitrage +ombrage) < 0,35

Ceci est la performance minimale à atteindre, bien sûr, un facteur solaire inférieur peut convenir.

Exemples.

Pour un local dont le pourcentage de vitrage en façade est de 100 %, un facteur solaire minimal de 35 % est exigé.
Si aucune protection solaire de type stores mobiles ou fixes n’existe ceci ne peut être respecté que par des vitrages réfléchissants ou absorbants.

Pour un local dont le pourcentage de vitrage en façade est de 50 %, un facteur solaire minimal de 70 % est exigé.
Il est à remarquer que ces conditions sont presque atteintes par un vitrage double ordinaire (4/15air/4) dont le facteur solaire est de 75 %.

Améliorer

Si le facteur solaire est insuffisant, il faut installer une protection solaire.

Remarque.
L’impact d’un contrôle solaire insuffisant sur les consommations « en froid » du bâtiment, est d’autant plus important que le pourcentage de surface vitrée est élevé et qu’il est orienté au sud.
Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Nord.

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Sud.

Légende :

Bleu : double vitrage ordinaire, U = 2,8 W/m²K.
Noir : vitrage 6/vide/6, U = 0,7 W/m²K.
Rouge : vitrage réfléchissant, 6/12argon/6, U = 1,5 W/m²K
Orange : vitrage basse émissivité, 4/15argon/, U = 1,4 W/m²K.
Vert : vitrage 6/vide/6. U = 0,7 W/m²K.

La transmission lumineuse du vitrage est-elle suffisante ?

L’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel ?

Le graphique suivant permet d’illustrer l’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel pour une façade vitrée à 50 %, en fonction de l’orientation du bâtiment.

On constate que :

Plus le coefficient de transmission lumineuse augmente, moins on consomme d’éclairage artificiel.

Les locaux situés au Nord consomment plus que ceux orientés à l’Est, à l’Ouest et au Sud.

Évaluation du coefficient de transmission lumineuse du vitrage

Avec des vitrages « récents » (après 2000)

Si le vitrage est récent, un nom commercial d’identification de vitrage, propre à chaque firme, se trouve gravé dans l’intercalaire du double vitrage et est lisible à l’œil nu même lorsque le vitrage est posé. Il reprend : les dimensions, l’agrément technique, le code commercial, le nom de l’usine, le chiffre de production….

Cet indice permettra au fabricant de vous communiquer précisément la transmission lumineuse du vitrage.

Avec des vitrages anciens

Il est difficile d’évaluer précisément la transmission lumineuse de celui-ci.

Lorsque les fenêtres sont à ouvrant, on peut évaluer la transmission lumineuse d’un vitrage, en comparant les éclairements mesurés dans le local à l’aide d’un luxmètre lorsque la fenêtre est fermée et lorsqu’elle est ouverte.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Ejecto-convecteurs

Il s’agit là d’une technique qui n’est plus guère utilisée aujourd’hui, mais qui pourrait toujours être rencontrée notamment dans des immeubles de bureaux anciens.

Principe

L’éjecto-convecteur est le frère du ventilo-convecteur !

Comme lui, il suppose deux réseaux distincts

un réseau d’eau pour apporter chaleur et froid au local,
un réseau d’air pour assurer la pulsion minimale d’air neuf hygiénique.

Ces deux apports se combinent astucieusement dans l’éjecto : l’air neuf pulsé à haute vitesse va induire le passage d’air secondaire dans les batteries d’eau chaude et d’eau glacée.

Et c’est là qu’une différence apparaît : le ventilo prévoit que l’air du local qui traverse les batteries soit pulsé par un ventilateur, alors que dans l’éjecto, c’est l’effet d’induction qui sera le moteur. L’air neuf pulsé entraîne de 2 à 5,5 fois son débit d’air ambiant au travers des batteries de chaud et de froid…

Si ce système a eu son heure de gloire dans les années 70 pour la climatisation des grands bureaux, il s’installe rarement aujourd’hui en allège. Par contre, il revient à la mode actuellement sous la forme de poutres froides insérées dans le faux plafond.

Les mauvaises langues disent d’ailleurs qu’avec cette nouvelle mode, on a de la puissance en moins (l’eau glacée ne peut descendre sous les 15°C pour éviter la condensation) et des ennuis en plus (assurer la maintenance d’un équipement au plafond, ce n’est pas évident !)

Aspects technologiques

Préparation de l’air primaire

En centrale, de l’air primaire est préparé. C’est à ce moment que l’on peut agir globalement sur le taux d’humidité de l’ambiance (humidification en hiver et déshumidification en été). Le débit d’air primaire est constant puisqu’il correspond généralement au débit d’air neuf hygiénique calculé sur base du nombre d’occupants prévus dans le bâtiment (30 m³/h/personne).

Le caisson de préparation est équipé d’une filtration de classe 7. À défaut, les buses d’induction se colmatent rapidement (d’où baisse du taux d’induction, augmentation de la vitesse et donc du bruit, …).

Distribution

Traditionnellement, l’air primaire est pulsé par des ventilateurs centrifuges, à grande vitesse (de 15 à 25 m/s) et sous forte pression (de 150 à 500 Pa) jusqu’aux éjecto-convecteurs. Mais d’une part cette haute vitesse génère du bruit et d’autre part les effets d’induction ont été améliorés, si bien que les constructeurs proposent aujourd’hui des éjectos fonctionnant à vitesse normale.

Chaque appareil doit être raccordé au réseau de distribution d’air primaire, contrainte surtout gênante pour un projet de rénovation. Comme généralement les éjectos sont placés en allège, il faut prévoir des trémies verticales (gaines techniques) puis une distribution horizontale des gaines en allège. La présence de clapets coupe-feu dans chaque trémie augmente le coût global. Et l’obligation de l’allège réduit la liberté de l’architecte.

Émission dans les éjecto-convecteurs

Cet air passe dans des buses d’injection. A la sortie de ces injecteurs, une dépression est créée (effet Venturi) et l’air du local est aspiré par induction.

Et là, un choix crucial apparaît : plus la pression de l’air primaire est forte, plus l’induction est forte,… mais aussi plus un bruit de sifflement peut apparaître aux injecteurs ! Il faudra donc limiter le niveau de pression et faire en sorte que l’air secondaire du local n’ait pas à vaincre une trop forte perte de charge ! Les échangeurs seront de grande surface, les ailettes seront espacées,…

Autrement dit, le matériel sera plus encombrant et plus cher que celui des ventilos… !

Généralement, il n’y a pas de filtres sur les éjectos pour réduire la perte de charge. Mais si un filtre est placé sur le passage de l’air induit, son nettoyage fréquent s’impose.

Si la température de l’eau glacée est inférieure au point de rosée de l’ambiance (de l’ordre de 12°C), un réseau d’évacuation des condensats sera prévu.

Ci-contre, on reconnaît la buse d’amenée de l’air neuf, surmonté des batteries d’échanges.

Généralement, l’éjecto est non carrossé et intégré dans le mobilier du local. Le placement d’absorbants acoustiques collés sur les parois internes de ce mobilier sera bien utile.

Les réseaux d’alimentation des échangeurs

Comme pour les ventilo-convecteurs, il existe quatre grandes familles

Les éjectos « à 2 tubes réversibles » : ils ne disposent que d’un seul échangeur, alimenté alternativement en eau chaude en hiver et en eau glacée en été.
Les éjectos « à 4 tubes » : ils disposent de deux échangeurs, pouvant être connectés en permanence soit au réseau d’eau chaude, soit à celui d’eau glacée. La taille (le nombre de rangs) de l’échangeur de froid est plus élevé que celui de la batterie chaude, suite au delta T° plus faible sous lequel travaille la batterie froide. On dit que « le pincement » est plus faible entre T°_eau et T°_air dans l’échangeur.
Les éjectos« à 2 tubes – 2 fils » : pour diminuer les coûts d’installation, on ne prévoit que le réseau d’alimentation en eau glacée. Pour assurer le chauffage d’hiver, une résistance électrique d’appoint est prévue. Mais le prix du kWh électrique étant nettement plus élevé que le kWh thermique, les coûts d’exploitation seront importants… Ce système ne se rencontre que rarement dans les éjectos.
Les éjectos à « trois tubes » : deux tubes apportent séparément l’eau chaude et l’eau froide, le troisième assure un retour commun. Ce système est catastrophique au niveau énergétique par suite du mélange eau chaude/eau froide. Il est totalement abandonné aujourd’hui.

La régulation des systèmes à 2 tubes

De l’eau chaude ou de l’eau froide sont, suivant les saisons, préparées en centrale. Il est décidé globalement pour le bâtiment du moment de changer la température d’alimentation du réseau. Mais un besoin de découpage de l’installation en zones homogènes va apparaître si les façades sont diversement exposées.

En été, une seule température d’eau glacée est préparée en centrale; elle alimente le caisson de traitement d’air neuf et la boucle des éjectos. Au besoin, la température de distribution de l’eau glacée pourrait varier en fonction de la température extérieure ou de l’intensité du rayonnement solaire, via une régulation hydraulique. Cela réduit les pertes en ligne et diminue la consommation liée à la chaleur latente contenue dans l’air.

La température de l’air pulsé est généralement basse.

On pourra s’inspirer de la régulation des ventilo-convecteurs à 2 tubes.

La régulation des systèmes à 4 tubes

De l’eau chaude et de l’eau froide sont préparées simultanément en centrale; la température de l’eau chaude peut varier en fonction de la température extérieure. La température de l’eau glacée est généralement fixe au niveau du groupe frigorifique mais au besoin elle pourrait varier en fonction de la température extérieure ou de l’intensité du rayonnement solaire, via une régulation hydraulique. Cela réduit les pertes en ligne et diminue la consommation liée à la chaleur latente contenue dans l’air.

On pourra s’inspirer de la régulation des ventilo-convecteurs à 4 tubes.

Avantages

Les systèmes à éjecto-convecteurs font partie des installations où l’apport d’air neuf (réseau d’air) est séparé de l’apport thermique (réseaux d’eau). Il n’y a dès lors pas lieu de prévoir un recyclage de l’air et donc aucun risque de contamination d’un local vers l’autre.

L’installation est très souple localement, réagit facilement aux variations de charges (surtout si 4 tubes) et permet un contrôle individualisé de la température dans le local.

Les éjecto sont peu bruyants, si l’installation a été correctement dimensionnée par le bureau d’études… et que le client a bien voulu financer la qualité de l’installation : large dimensionnement des échangeurs ! (le bureau d’études fait souvent pour un mieux avec l’argent qu’on veut bien mettre dans l’installation…). À noter qu’il est important de procéder systématiquement au nettoyage des éjecteurs et au contrôle de l’équilibrage du réseau d’air primaire. Un éjecteur sale ou suralimenté en air émet, en effet, un son aigu particulièrement désagréable.

L’absence de ventilateur rend la maintenance très aisée : seul un nettoyage périodique des batteries et des buses est nécessaire.

L’encombrement peut être limité lorsque l’air primaire est acheminé vers les locaux sous haute vitesse, ce qui réduit les sections des gaines.

Inconvénients

La consommation électrique du ventilateur du caisson de préparation est élevée lorsque l’air primaire est distribué sous haute pression (pour assurer l’induction).

Le coût d’installation est élevé : une taille minimale de l’ordre de 100 éjectos est nécessaire pour amortir le coût d’un tel système, ce qui limite l’application aux grands immeubles.

La régulation, qui peut permettre de multiples combinaisons (sur l’air, sur l’eau) peut devenir trop sophistiquée.

Une sensibilité importante à l’équilibrage aéraulique du réseau d’air. De plus, toute ouverture des fenêtres est interdite sous peine de déséquilibrer totalement la distribution de l’air et de là, la distribution de chaleur induite !

La contrainte de devoir raccorder chaque appareil au réseau de distribution d’air primaire est très gênante, surtout pour un projet de rénovation. C’est également un défaut de souplesse en cas de modification du nombre et de la puissance des équipements, si bien que dans une architecture modulaire l’on est parfois obligé de sélectionner un appareil par module (pour prévoir tout déplacement futur de cloisons), solution qui s’avère très coûteuse…

Globalement, l’efficacité énergétique de l’installation est bonne, mais n’est pas optimale car :
- Des pertes apparaissent dans l’éjecto au niveau des batteries, lorsque la régulation est faite par clapets d’air.

- L’air primaire alimente simultanément tous les locaux, même ceux qui sont inoccupés.

- Les débits sont constants et il est donc impossible de réaliser du free cooling sur l’installation, c’est-à-dire de profiter de l’air frais et gratuit extérieur.

Puissance rencontrée

Les éjecto-convecteurs ont une gamme de puissances calorifiques variant de 150 à 1 200 Watts, et des puissances frigorifiques de 120 à 900 Watts.

Le débit d’air primaire aux injecteurs est compris entre 8 et 50 l/s.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer la qualité de l’air

Mesurer la qualité de l’air consiste à mesurer la concentration des polluants présents dans l’air. Certaines mesures se font en laboratoire sur base d’un échantillonnage de l’air intérieur à étudier mais la plupart se font directement dans le local ou le bâtiment à analyser grâce à des capteurs et détecteurs portables. Certains appareils permettent de combiner plusieurs éléments à mesurer grâce à des capteurs interchangeable ou non.

La présence de germes pathogènes est mise en évidence par le prélèvement d’un échantillon de l’air, son filtrage et la culture des micro-organismes par incubation en laboratoire.

La présence du radon est repérée par une mesure passive ou active. Les capteurs actifs donnent une mesure du radon en continu par mesure des radiations dans l’air, on rencontre des détecteurs à gaz et à scintillation. Les capteurs passifs effectuent la mesure à moyen et long terme et permettent donc d’obtenir une moyenne sur un laps de temps plus important : les collecteurs à charbon actif sont placés de 1 à 7 jours, les détecteurs à électrets de 1 semaine à 1 mois et les détecteurs solides à traces de 1 à 12 mois. Dans tous les cas, on évitera de placer un détecteur pendant l’été où les émanations de radon sont peu caractéristiques de l’année entière.

La quantité de poussières et d’asbeste se mesure par prélèvement et filtrage d’un échantillon de l’air.

Le gaz carbonique est relevé par un détecteur de CO₂ fonctionnant par absorption d’infrarouge ou par un chromatographe. De manière générale, c’est deux techniques sont efficaces pour la plupart des gaz contenus dans l’air (CO₂, CO, SO₂, NO₂, hydrocarbure, formaldéhyde, etc.).

Sonde CO_2.

Enfin, les odeurs et la fumée de tabac présentent une complexité telle qu’il n’est pas possible d’en effectuer la mesure précise et directe. Toutefois la quantité d’odeur peut être estimée par analyse sensorielle humaine ou par nez artificiels en comparaison à un échantillon d’air de référence. On peut également mesurer en première approximation les odeurs corporelles en lien avec le niveau de CO₂ du à l’occupation humaine.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Diagnostiquer les causes de rupture d’une chaudière

Diagnostiquer les causes de rupture d'une chaudière

Fissuration d’éléments côté « retour »

Cause

L’eau des circuits revient trop froide vers la chaudière qui elle est chaude. Il en résulte un choc thermique dans la fonte qui casse.

Exemple.

À la relance matinale, les chaudières maintenues à température élevée, voient leur température de retour s’abaisser brutalement, parce que toute l’eau froide de l’installation « déboule » dans la chaudière.

Durant la nuit.

A la relance.

Ce sera également le cas avec une chaudière maintenue en température en été pour produire de l’eau chaude sanitaire, au moment de la demande.

Ou encore, dans ce dernier cas, si la régulation fonctionne suivant le principe de la priorité sanitaire. À ce moment, lorsque la demande d’eau chaude sanitaire est importante, la température de l’eau dans le circuit de chauffage aura le temps de descendre. À la fin du puisage d’eau chaude, la remise en route du « côté chauffage » va envoyer l’eau froide des circuits directement vers la chaudière encore chaude.

La même situation se présente, en mi-saison, si la chaudière travaille en basse température et qu’elle remonte sa température lors d’une demande d’eau chaude sanitaire. Au moment du réenclenchement du chauffage, la chaudière ne sera pas redescendue en température pour recevoir l’eau tiède des circuits chauffage.

Solutions

Il faut contrôler la température minimale de retour et ralentir l’abaissement de cette température.

> Solution 1 : placer un circulateur de recyclage.

Ce circulateur peut être placé en by-pass ou en série. Il tempérera la chute de température dans la chaudière grâce au recyclage d’une partie de l’eau chaude de départ.

Placement d’un circulateur de by-pass.

Placement d’un by-pass avec circulateur en série avec la chaudière.

Attention, lorsque le circulateur est placé en by-pass, il faut être particulièrement attentif à son bon choix, pour éviter tout problème hydraulique, comme par exemple des circulations inverses.

Calculs

Pour en savoir plus sur le dimensionnement d’un circulateur de by-pass.

Dans le cas d’un circulateur placé en série, le circuit hydraulique des chaudières est séparé des circuits utilisateurs, comme avec une bouteille casse-pression. Dans ce cas, le débit de la pompe sera au moins égal à la somme des débits des circuits utilisateurs.

> Solution 2 : agir sur les vannes 3 voies des circuits.

A la relance, le régulateur libère la ou les vannes des différents circuits juste ce qu’il faut pour que la température de retour ne tombe pas sous la valeur de limitation. A la limite, par exemple au démarrage de l’installation, la chaudière ne reçoit absolument aucune eau en provenance des circuits.

Cette solution convient :

si tous les régulateurs et toutes les vannes sont regroupées,
ou si le verrouillage de quelques circuits les plus importants suffit pour assurer une température de retour minimale.

> Solution 3 : placer une vanne 3 voies sur le circuit de retour.

Cette solution convient si les départs sont fort éloignés, s’ils sont munis de vannes manuelles ou même sans vannes, ou encore munis de régulateurs de marques différentes …
Dans le cas d’une chaufferie avec plusieurs chaudières régulées en cascade, on peut envisager le placement de vanne 3 voies sur chaque chaudière (vanne 3 voies progressive thermique car plus lente).

Fissuration d’éléments aux jonctions ou au surplomb du foyer

Cause

Le manque de débit dans une chaudière entraîne la vaporisation superficielle de l’eau au niveau de l’échangeur. Il en résulte l’apparition de corrosion et d’érosion dues à la cavitation ou encore des chocs thermiques pouvant provoquer une fissuration prématurée du métal.

Ceci est critique pour les chaudières ayant une très faible capacité en eau. Dans ce cas le moindre défaut d’irrigation peut être fatal.

Le manque d’irrigation d’une chaudière peut être dû :

au circuit hydraulique (circuit primaire en boucle ouverte),
à la production d’eau chaude sanitaire en été (maintien en température de la chaudière),
à la présence de boue dans l’installation,
à la régulation (ex : uniquement sur le circulateur),
au placement de vannes thermostatiques sans soupape de décharge.

Solutions

Asservir le fonctionnement du brûleur à l’existence d’un débit suffisant, par le biais d’un « contrôleur de débit » (flow-switch) placé dans le circuit de la chaudière. Cette sécurité doit être d’office prévue quel que soit le type de circuit de distribution.
Garantir un débit minimum d’irrigation par l’action d’un circulateur en by-pass sur la chaudière. Le fonctionnement du brûleur est asservi au fonctionnement de celui-ci.
Prévoir une soupape à pression différentielle placée en « by-pass » sur la distribution hydraulique.
Construire une boucle primaire à débit constant.
Prévoir une post-circulation hydraulique après extinction du brûleur, avant l’éventuel arrêt de l’irrigation. En effet même si le brûleur est arrêté, la quantité de chaleur emmagasinée dans la chaudière est telle que à l’arrêt du circulateur, la température de la chaudière peut atteindre des valeurs inacceptables.
Placer un filtre ou plutôt un pot de décantation sur le retour de l’installation afin d’éviter la sédimentation dans les fonds d’éléments et le bouchage de conduites.

Exemple.

Endroit de prédilection de dépôt de boue dans une chaudière à triple parcours. La présence de ces boues limite le débit, diminue l’échange, provoquant des surchauffes locales.

Gonflement du foyer et aspect spongieux avec rouille

Cause

Il s’agit d’une montée en température excessive de la paroi. La cause peut en être un coup de feu dû à une flamme heurtant le fond du foyer ou non placée dans l’axe du foyer ou encore à un entartrage de l’échangeur.

Exemple.

Une chaudière neuve à foyer moins profond que la précédente est munie de l’ancien brûleur pulsé. Ce dernier produit une flamme trop longue et l’absence de garniture réfractaire produit finalement une fissure de l’élément arrière à la hauteur du point chaud.

Les chaudières atmosphériques gaz ont la partie inférieure de leur échangeur juste au-dessus des flammes. En cas de dépôt calcaire ou de boues sur cette partie, la température élevée de la fonte commence à endommager celle-ci.

Température de la paroi d’une chaudière avec ou sans entartrage.

Solutions

Traiter les eaux d’appoint. Attention toutefois de ne pas créer d’autres problèmes de corrosion.
Prévoir un dispositif de purge de la partie basse de la chaudière afin de désembouer.
Placer un pot de décantation sur le retour des circuits (pour empêcher la sédimentation à basse vitesse dans les fonds d’éléments).
Certains constructeurs ont prévu un thermostat palpant la température du fond des chaudières atmosphériques, ne pas le supprimer en tous cas, déterminer la cause de sa coupure éventuelle.
Contrôler l’état et le dimensionnement du vase d’expansion.
Améliorer la garniture réfractaire éventuelle.
Contrôler et modifier si nécessaire la puissance de la flamme qui doit être en correspondance avec la puissance de la chaudière.

Corrosion côté « fumées »

Dans une chaudière, les fumées condensent à une température d’environ 50°C. Dans le cas de la combustion du fuel, la vapeur d’eau se combine avec le soufre contenu dans le combustible pour former de l’acide corrosif pour les chaudières.

Une chaudière traditionnelle se corrodera si, en certains endroits, la température des fumées descend trop bas.

Cela est possible :

Si la température de l’eau au retour des circuits descend en dessous de 50°C et que la chaudière n’est pas prévue pour travailler à très basse température. En effet, on peut considérer que, dans ce cas, la température de la paroi de l’échangeur, côté « fumées » est presque égale à la température de l’eau. Cette situation peut apparaître de façon transitoire lors des relances matinales, lors d’une relance pour produire de l’eau chaude sanitaire ou de façon permanente si la régulation entraîne un fonctionnement en température glissante (régulation en fonction de la température extérieure, régulation par thermostat d’ambiance agissant sur le brûleur).

Si la puissance du brûleur est trop faible par rapport à la puissance de la chaudière : la surface du foyer par kW de flamme augmente lorsque la puissance du brûleur diminue. Les fumées se refroidissent donc plus. Par exemple, la plupart des fabricants de chaudières très basse température recommandent de travailler à température élevée constante lorsque l’on utilise un brûleur modulant, pour éviter la condensation à faible charge.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Colossale rénovation des installations d’éclairage

Colossale rénovation des installations d'éclairage

Introduction

Plus un seul luminaire d’origine ne subsiste dans cet établissement scolaire en plein centre de Liège qui accueille tous les jours, en période scolaire, quelques 4.000 élèves en cours du jour et du soir. Une rénovation bien pensée en terme d’économie d’énergie.

Plusieurs centaines de luminaires

Le bâtiment qui abrite le groupe scolaire Hazinelle compte 8 niveaux. Chacun d’entre eux comporte environ 12 classes. Les travaux de rénovation ont été programmés en deux phases : en 1999 les 4 premiers niveaux et en 2000 les quatre derniers. Au total, ce sont environ 450 luminaires qui ont été posés en remplacement de l’ancienne installation d’éclairage.

Une rénovation bien nécessaire

L’éclairage dans les couloirs était assuré par de vieilles appliques circulaires opalines dans lesquelles on retrouvait des lampes à incandescence de 75 W. La lumière diffusée et le niveau d’éclairement étaient loin d’être confortables.

Aujourd’hui, on trouve dans les couloirs des luminaires avec 2 tubes lumineux (TL) de 36 W avec ballast électronique et des détecteurs de présence n’actionnant l’éclairage que s’il y a une circulation et si l’éclairage naturel est insuffisant. Le niveau d’éclairement répond à celui recommandé c’est-à-dire 100 à 200 lux en moyenne.

Les cages d’escalier quant à elles sont aussi illuminées par des luminaires de 2 TL de 36 W dont l’allumage est assuré via des interrupteurs anti-vandalisme. Une minuterie ou un détecteur de présence n’y sont pas installés pour des raisons évidentes de sécurité.

De la lumière pour les élèves

Encore dans de nombreuses écoles, le niveau d’éclairement est très insuffisant et une rénovation est l’occasion de remédier à cette lacune. Dès lors, rares sont les cas où la rénovation conduit à une économie d’énergie substantielle vu que le niveau d’éclairement est amélioré.

Suivant la taille des classes, on retrouve 4 ou 6 luminaires comptant chacun 2 TL de 58 W avec ballast électronique. Chaque classe est équipée d’un capteur photoélectrique qui permet de régler l’éclairage intérieur en fonction de la luminosité naturelle.

Auparavant, on mesurait en moyenne un éclairement de 150 lux fourni par 4 luminaires de 2 TL de 36 W avec ballast électromagnétique. Maintenant l’éclairement moyen est de 330 lux soit plus du double avec 500 lux sur la majorité de la surface du local. Les recommandations quant à elles indiquent 300 à 500 lux au niveau du plan de travail pour les établissements scolaires.

À ne pas oublier

On soulignera que l’on ne pense pas systématiquement à l’éclairage du tableau dont le niveau d’éclairement doit être supérieur à celui de la classe. On considère que 500 à 700 lux à 1,20 m est correct.

Une bonne orientation des luminaires par rapport à la disposition normale de la classe est très importante pour éviter les problèmes d’éblouissement ou de reflets sur le tableau ou sur des écrans d’ordinateur dans le cas d’une salle informatique.

Bilan des consommations

La consommation électrique globale annuelle en 2003 était de 378 700 kWh.

Le relighting n’a pas en tant que tel généré d’économie sur la facture annuelle. En effet, dans bien des cas, on observe un statut quo voire une légère hausse des consommations étant donné l’augmentation significative du niveau d’éclairement des locaux pour répondre aux normes de confort des occupants.

Au Groupe Scolaire Hazinelle, la puissance spécifique des installations d’éclairage est passée de 8,3 à 2,4 W/m².100 lux soit 70 % de moins et l’éclairement est passé, quant à lui, de 150 lux à 500 lux.

En détail

Économique

Les travaux réalisés furent très importants car englobant, en plus de l’éclairage, l’installation d’une nouvelle cabine haute tension, le remplacement d’un grand nombre de tableaux divisionnaires et autres petits travaux électriques.

Investissement uniquement pour l’éclairage : 409 600 € TVAC

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Pierre BERRE
Conducteur des travaux – Electricité
Ville de Liège
8éme Département
Tél : 04 221 86 64
Email : pierre.berre@liege.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Hydro-éjecteurs

Hydro-éjecteurs (corps en fonte ou en bronze).

Le principe de fonctionnement de l’hydro-éjecteur

Un hydro-éjecteur a la même fonction qu’une vannes 3 voies mélangeuses traditionnelles : mélanger de l’eau de départ chaude avec de l’eau de retour froide pour obtenir la température d’eau voulue au niveau des circuits secondaires.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Schéma principe de fonctionnement de l'hydro-éjecteur.

L’eau chaude en provenance du circuit primaire est accélérée en passant dans un orifice calibré et réglable. Cette accélération provoque une dépression qui aspire une partie de l’eau froide de retour. Le débit moteur d’eau chaude transmet une partie de son énergie cinétique au débit aspiré et les deux débits atteignent, à la fin du diffuseur, la même vitesse, garantissant la circulation du mélange créé dans le circuit secondaire.

Ainsi, contrairement aux vannes mélangeuses, les hydro-éjecteurs ne nécessitent pas la présence d’un circulateur secondaire. La force motrice du mélange est fournie entièrement par la pompe primaire.

Le circuit hydraulique associé aux hydro-éjecteurs

L’utilisation d’hydro-éjecteurs en lieu et place de vannes 3 voies mélangeuses traditionnelles implique une modification de la structure du circuit de distribution :

Les circulateurs secondaires disparaissent.
La présence d’un circulateur primaire est obligatoire pour induire une pression suffisante à l’entrée de chaque hydro-éjecteur. Ce circulateur devra par ailleurs avoir une hauteur manométrique plus importante que dans le cas des circuits primaires traditionnels, pour vaincre la résistance des hydro-éjecteurs.
Le collecteur primaire devra être équipé d’une vanne de by-pass motorisée qui permettra dans certains cas de réguler la température de retour vers les chaudières et la pression dans le collecteur.

Circuit traditionnel, par exemple avec circuit en boucle ouverte et circulateur de by-pass pour garantir un débit minimal dans la chaudière.

Circuit avec hydro-éjecteurs.

La régulation associée aux hydro-éjecteurs

Comme dans une installation traditionnelle, la température des circuits secondaires est régulée en fonction de la température extérieure, au moyen des hydro-éjecteurs qui adaptent leur ouverture et leur degré de mélange.

En fonction du degré d’ouverture des hydro-éjecteurs, la pression varie dans le collecteur primaire. Le circulateur du circuit primaire est de préférence à vitesse variable. Il adaptera alors sa vitesse en conséquence. Si le circulateur est à vitesse constante, la pression dans le collecteur sera régulée par la vanne de by-pass motorisée, ce qui est une solution moins intéressante du point de vue énergétique.

Exemple.

Les hydro-éjecteurs (on peut également visualiser le filtre en amont pour protéger l’hydro-éjecteur des boues).

Durant la nuit, l’entièreté de l’installation est à l’arrêt (pompe primaire et chaudière à l’arrêt et hydro-éjecteurs fermés).

A la relance matinale, la chaudière et la pompe s’enclenchent, les hydro-éjecteurs s’ouvrent en grand.

Si la chaudière ne supporte pas une température de retour trop basse, la vanne de by-pass va s’ouvrir, permettant à une partie de l’eau chaude d’être renvoyée vers la chaudière. Cela aura pour autre conséquence de diminuer la différence de pression aux bornes des hydro-éjecteurs et par là, diminuer le débit puisé par les circuits secondaires. La quantité d’eau froide renvoyée par ceux-ci diminuera aussi. L’effet de l’ouverture du by-pass sur la température de retour est ainsi encore accentué.

Vanne de by-pass motorisée et capteur de pression différentielle en bout de collecteur.

On peut aussi, en fonction du type de chaudière, prévoir de maintenir les hydro-éjecteurs fermés un certain temps à l’allumage de la chaudière : la pompe se mettant en marche, la pression augmente dans le collecteur, les capteurs de pressions commandent alors l’ouverture de la vanne de by-pass pour permettre à la chaudière de « tourner sur elle-même » et de se réchauffer rapidement, réduisant ainsi les risques de condensation.

De plus, il est possible, comme pour les vannes 3 voies, de prévoir une ouverture par palliers des hydro-éjecteurs pour éviter qu’un trop grand débit d’eau froide ne « déboule » alors subitement vers la chaudière chaude.

En régime, l’ouverture des hydro-éjecteurs s’adapte pour obtenir la température d’eau définie par les besoins.

Pompes avec variateur de vitesse séparé pour permettre une mesure de la consigne de pression en bout de collecteur et non aux bornes du circulateur.

Le circulateur varie automatiquement sa vitesse pour maintenir une pression constante en bout de collecteur. La vanne de by-pass est en principe en permanence fermée, sauf si la chaudière exige un débit minimal.

Dans ce cas, on applique une régulation en cascade sur base de la pression du collecteur : si la pression augmente (fermeture des hydro-éjecteurs), c’est d’abord le circulateur qui diminue sa vitesse jusqu’à un certain seuil minimal. Si la pression continue malgré tout d’augmenter, c’est alors la vanne de by-pass qui s’ouvre progressivement.

Il est également possible de travailler avec un circulateur à vitesse constante. Dans ce cas, c’est la vanne de by-pass qui assure, à elle seule, la régulation de pression. Cette situation est moins performante car entraîne une consommation constante du circulateur.

Avantages et inconvénients

Les fabricants d’hydro-éjecteurs présentent leur technique comme énergétiquement très performante.
En quoi des économies d’énergie peuvent être ainsi réalisées ?

La première économie provient d’un dimensionnement plus précis de la pompe primaire. En effet pour pouvoir fonctionner correctement, l’hydro-éjecteur doit être choisi en connaissant parfaitement les caractéristiques du réseau hydraulique sur lequel il s’installe. Il en résulte en final un calcul plus précis des pompes et un débit réel mieux adapté aux besoins.
Notons que cet avantage serait inexistant si, comme les règles de l’art le veulent, les installations avec vannes 3 voies faisaient l’objet d’une même attention dans le dimensionnement.
On peut donc dire qu’une installation avec hydro-éjecteurs consommera, en pratique, moins d’électricité, parce qu’elle demande une conception plus rigoureuse (ce qui pourrait être considéré comme une inconvénient par certains concepteurs, notamment en rénovation).

On remplace plusieurs petits circulateurs par une grosse pompe ayant généralement un meilleur rendement. Cependant, la hauteur manométrique de cette pompe doit être importante pour vaincre la résistance hydraulique des hydro-éjecteurs. Le bilan global est donc difficile à établir.
Si on choisit l’option du circulateur à vitesse variable, des économies apparaissent clairement puisque le débit et la puissance électrique globaux de l’installation sont adaptés aux besoins réels.
La diminution du débit parallèle à la fermeture de l’hydro-éjecteur entraîne, pour une même température de départ du circuit secondaire, une diminution de la température de retour, ce qui est favorable aux performances des chaudières à condensation.

Outre les avantages énergétiques décrits ci-dessus, on peut citer les avantages économiques suivants :

diminution des frais d’investissement (moins de pompes, moins de câblage, tableau électrique plus simple),
robustesse du matériel issu de la technologie industrielle,
suppression des traditionnelles soupapes différentielles utilisées en présence de vannes thermostatiques. En effet, la fermeture des vannes thermostatiques entraîne une augmentation des pertes de charge dans le circuit. Les caractéristiques hydrauliques des éjecteurs font alors que le débit de recyclage aspiré diminue. La température de l’eau de départ du circuit secondaire augmente alors au-delà de la consigne et l’hydro-éjecteur réagit en se refermant. Le débit total dans le circuit secondaire se réduit donc automatiquement réduisant du même coup le bruit dans l’installation.

La technique des hydro-éjecteurs ne semble guère présenter d’inconvénient.

La fermeture de l’hydro-éjecteur pour diminuer la température de départ d’un circuit secondaire entraîne en parallèle une diminution de débit (alors que pour une installation avec vannes 3 voies traditionnelles, le débit dans le circuit secondaire est constant quel que soit le degré de fermeture de la vanne mélangeuse).

En cas de réseau déséquilibré, des problèmes d’inconfort risquent d’apparaître dans les locaux défavorisés. Mais cela peut-il être considéré comme un inconvénient par rapport aux vannes 3 voies, si on considère que de toute façon, quelle que soit la technique utilisée, un réseau de distribution doit être équilibré.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le réseau d’eau chaude sanitaire

Conception du réseau

Organisation générale du réseau

Dès le départ du projet, il est utile de se poser quelques questions de base :

L’apport d’eau chaude est-il nécessaire ? Par exemple, ne faut-il pas considérer comme superflu l’apport d’eau chaude aux lavabos des immeubles de bureaux ?
La disposition des locaux sanitaires est-elle suffisamment concentrée (juxtaposition ou superposition) ?
La production d’eau chaude est-elle située « au milieu » des différents points de puisage, afin de diminuer le temps d’attente, et peut-être de pouvoir éviter le placement d’une boucle de circulation ?
La place réservée dans les gaines techniques est-elle suffisante pour placer correctement l’isolation thermique ?
Faut-il prévoir un compteur spécifique sur le réseau d’eau chaude sanitaire ? Faut-il prévoir des décompteurs par zones au sein du bâtiment ? (en se basant sur l’idée de rapprocher le consommateur du payeur…)
…

L’arrivée des préparateurs avec cheminée « ventouse » permet aujourd’hui de reposer la question de l’emplacement du préparateur d’eau chaude sanitaire. Il n’est plus impératif de l’installer en sous-sol, à grande distance des utilisateurs, mais bien au contraire, de faire circuler une conduite de gaz dans le bâtiment et de produire l’eau localement.

Adaptation des températures

Comme température de consigne, les températures suivantes sont jugées suffisantes :

Soin corporel : environ 45°C
Douche collective : environ 40°C
Cuisine domestique : environ 50°C
Cuisine professionnelle : environ 60°C
Désinfection (boucherie) : jusqu’à 90°C

Pour faire face à ces demandes différentes, on peut imaginer deux logiques différentes

Préchauffer l’ensemble à 45°, par exemple, et prévoir des appoints terminaux.
Ou régler la consigne sur la demande la plus élevée et concevoir une adaptation de température pour les autres demandeurs par robinetterie mitigeuse.

Le contrôle du développement de la légionnelle vient trancher en faveur de la deuxième solution puisque voici les recommandations du CSTC à ce sujet :

L’eau chaude doit être produite à une température de 60°C; on évitera qu’elle reste durablement dans le chauffe-eau à une température moindre.
L’eau doit être maintenue à 55°C au moins en tout point du réseau principal.
Il est interdit de laisser stagner de l’eau chaude ou de l’eau froide : les bras morts (y compris les vases d’expansion sanitaires, par exemple) ou peu utilisés sont donc à éviter.

Une température élevée ne sous-entend pas forcément une consommation plus élevée, mais induit un renforcement de l’isolation et une nécessité de prévoir des robinets mitigeurs au point de puisage pour éviter les brûlures.

On peut même imaginer qu’une décontamination régulière puisse avoir lieu. On pense tout particulièrement à une installation de douches publiques (piscine, salle de sports,…). Le CSTC imagine que chaque soir le réseau puisse être porté automatiquement à haute température, avec un rinçage par ouverture de robinets commandés à distance. Le schéma d’un traitement de ce type est repris ci-dessous

- Régulateur.
- Compteur.
- Soupape de sécurité.
- Clapet anti-retour.
- Robinet de douche normal.
- Robinet de désinfection actionné par la régulation.

À noter qu’un tel recours fréquent à une décontamination thermique de choc dans des installations en acier galvanisé augmente le risque de corrosion lorsque les températures sont nettement supérieures à 60°C.

Réflexion.

Ne sommes-nous pas en train d’exagérer ces mesures de précaution ???

Nous avons visité une piscine où les ballons et la boucle étaient maintenus en permanence à 80°C + un rinçage chaque soir ! Vu les débits permanents assurés dans les douches toute la journée, les bactéries auraient du mal à se développer. Par contre, le risque de brûlure en cas de défaillance du mitigeur (calcaire…) nous paraît plus réel… De l’eau à 80°C peut provoquer une brûlure du 2ème ou 3ème degré, selon l’intensité du jet !

Le principe d’une décontamination par montée à haute température (70°C, par exemple) une fois toutes les 3 semaines, et à une période d’inoccupation nous paraît plus logique. Il suffit que la régulation le prévoie.

Attention aussi au réseau d’eau froide !

Toujours pour lutter contre le développement de la légionelle, il y a lieu d’éviter le réchauffement des conduites d’eau froide (développement dès que la T° dépasse 25°C). Elles seront posées à des distances suffisantes des conduites de chauffage central ou d’eau chaude. Il s’agit là d’une motivation supplémentaire à bien isoler les tuyauteries d’eau chaude.

Eviter également des configurations critiques comme des conduites d’eau froide passant près de radiateurs.

Appareil de contrôle de la corrosion

Tubes témoins ou « manchettes de contrôle ».

En France, le DTU 60.1 impose la présence d’un tube témoin :

- - sur l’arrivée d’eau froide si aucun traitement d’eau n’est pratiqué,
  - en aval de chaque appareil de traitement d’eau,
  - sur le retour de boucle, le cas échéant.

L’idée nous paraît pertinente pour une bonne gestion des installations mais nous ne connaissons pas la pratique à ce sujet dans notre région.

Placement d’un filtre à tamis

Il s’agit d’un appareil qui retient les impuretés contenues dans l’eau.

Filtre à tamis.

Prévoir un éventuel traitement chimique de l’eau ?

En vue de faciliter un éventuel futur traitement chimique de l’eau contre la légionelle, il peut être opportun d’insérer dès le départ une « bouteille d’injection par déplacement » (homes, hôpitaux, …).

Vase d’expansion ?

Les vases d’expansion en dérive sur les réseaux d’eau chaude sanitaire n’ont plus la cote aujourd’hui… because légionelle bien sûr ! C’est en effet un ballon d’eau stagnante dont la température est propice à la prolifération de cette bactérie (T° de chaufferie > 25°C). On lui préfère un vase d’expansion isolé et parcouru par l’eau chaude.

Choix du matériau de distribution

Acier galvanisé

Il s’agit de tuyauteries d’acier recouvertes d’une couche de zinc qui lui sert de protection cathodique anti-rouille.

Dans la NIT 145, le CSTC recommande cependant de favoriser la formation d’une fine couche protectrice calcaire dans les tuyaux en acier galvanisé, afin que le zinc ne soit pas trop rapidement éliminé, ce qui entraînerait une corrosion de l’acier (apparition d’eau brune). Dans un diagramme, il précise la dureté de l’eau à conserver en fonction de l’acidité de l’eau (pH), si un adoucisseur d’eau est installé.

Il précise également toutes les conditions de mise en œuvre à respecter lors de l’installation du réseau (assemblages, filtres, dégazage, …).

Une attention toute particulière est apportée à la présence de métaux différents dans les réseaux. Ainsi, il est interdit de placer les éléments en cuivre (tubes, réservoirs, échangeurs) en amont de tubes ou d’équipements en acier. Ces éléments de cuivre doivent donc être également absents de tout réseau bouclé. En effet, le cuivre s’érodant facilement, de nombreuses particules de cuivre se mettent en circulation, se déposent sur les tuyauteries acier et constituent de nombreuses micropiles enclenchant le processus de corrosion.

Comme la haute température de l’eau favorise la corrosion, que la rouille est un endroit poreux où le biofilm vient se développer et que dans le biofilm se développe la légionelle, l’acier galvanisé n’est plus recommandé aujourd’hui pour le transport de l’eau chaude sanitaire dans une installation équipée de douches.

Pas d’appareil en cuivre suivi d’une conduite en acier :	Pas de boucle en cuivre :

Pas de conduite en cuivre en amont des conduites en acier :

Schéma correct :

Cuivre

La NIT 154 du CSTC propose bon nombre de « recommandations pour l’installation des tubes en cuivre pour la distribution d’eau sanitaire ». Elle recommande notamment :

de régler l’adoucisseur d’eau sur un minimum de 15°F afin que l’eau ne soit pas « agressive », c’est à dire trop douce,
de choisir les métaux qui serviront à la brasure en fonction des spécificités du cuivre,
de prévoir des espaces de dilatation pour les tuyauteries lors des montées en température,
…

Matériau synthétique

L’évolution de la demande vers :

la dissimulation des canalisations,
la réduction du temps de pose (pas de soudure à haute température nécessitant des postes oxyacétyléniques),
l’atténuation des niveaux sonores,
la réduction des risques de corrosion (aucun risque de couple électrolytique),

a favorisé le développement des matériaux de synthèse.
Les techniques de mise en œuvre évoluent rapidement. Ainsi il est, par exemple, possible de dérouler des tubes de diamètres 12, 16 ou 20 directement calorifugés dans les gaines techniques.
Choisir une canalisation en matériaux de synthèse est fonction des critères suivants :

économie (coût du matériau, de l’outillage, de la mise en œuvre et de la rapidité d’installation),
esthétique (dissimulation des canalisations),
acoustique,
durabilité en fonction de la nature de l’eau distribuée,
exploitation (maintenance et réparation rapide).

Voici les principales matières synthétiques utilisées en eau chaude sanitaire :

Symbole	Matière
(PB)	Polybutylène
(PP)	Polypropylène
(PER)	Polyèthylène réticulé
(PVC-C)	Polychlorure de vinyle surchloré

Exemples de choix possibles (d’après CFP).

Mise en œuvre de matériaux de synthèse lorsque les eaux sont agressives :

réseau en eau froide en PVC-P
réseau en eau chaude en PVC-C ou PB ou PPR
distribution terminale en eau froide et chaude en PER.

Solution permettant une uniformité de matériau :

réseau en eau froide en PB ou PPR
réseau en eau chaude en PB ou PPR
distribution terminale en eau froide et chaude en PER.

Solution mixte pour éviter les diamètres supérieurs à 50 mm :

réseaux principaux d’eau froide en acier galvanisé, colonnes d’eau froide en PVC-P
réseaux principaux d’eau chaude en PVC-C ou PB ou PPR, colonnes d’eau chaude en cuivre
distribution terminale en eau froide et chaude en cuivre

D’après les Revues CFP (Chaud-Froid-Plomberie) de mai et juin 2002, qui contiennent d’excellentes informations techniques sur les différents matériaux de synthèse.

Lors de la réception, la norme française DTU 60-1 impose une mise en charge des canalisations à une pression supérieure de 5 bars à la pression de service, sans dépasser la pression d’épreuve de chaque matériau. Mais la plupart des fabricants de canalisations synthétiques préconisent d’effectuer des essais de pression suivant la norme DIN 1988 plus contraignante. Une inspection visuelle est obligatoire avant la mise en pression car ce type de matériau est plus sensible à des dommages en cours de chantiers (par des objets tranchants).

Critère de développement de la légionelle

La présence d’un biofilm sur les parois de la tuyauterie favorise la prolifération de la légionelle. Mais les avis divergent sur le choix de la tuyauterie qui en découlerait :

D’une part, il apparaît que les tuyauteries en métal, et tout particulièrement en cuivre, retardent mieux le développement du biofim et donc la colonisation bactérienne, par rapport aux tuyaux en matière synthétique. Le téflon et le PEDF seraient les meilleurs matériaux organiques dans ce domaine. Quant au PVC, il semble à l’inverse plus favorable à la création du biofilm (source revue CFP-février 2000);

D’autre part, l’AICVF (Recommandation 2004) relate l’avis du Conseil Supérieur d’Hygiène Publique à revenir sur ses positions en considérant que :
- les matériaux tels que les BP, PP, PER et PVC-C ne favorisent pas systématiquement la formation du bio-film;
- le cuivre n’agit pas toujours comme un agent bactéricide.

Par contre, la rouille est un lieu d’adhérence et de développement du biofilm, ce qui rend l’usage de l’acier galvanisé peu adéquat…

Les joints en caoutchouc sont eux-aussi plus sensibles au dépôt de bactéries.

Par rapport à la lutte anti-légionelles, les matériaux utilisés doivent pouvoir résister à certains traitements chimiques ou thermiques tels que la chloration ou le choc thermique (température de l’ECS > 60 °C) :

Matière	Avantages	Inconvénients
Acier galvanisé	Désinfection thermique possible à température < 60°C.	Dégradation accélérée à température > 60 °C; Développement de la corrosion après détartrage.
Cuivre	Supportent la désinfection thermiques et chimiques; limiterait la formation du bio-film par action bactéricide;
Polybutylène (PB)	Adaptés aux eaux corrosives; Supportent la désinfection thermiques et chimiques	Matériaux pouvant être favorables à la formation du bio-film.
Polypropylène (PP)
Polyèthylène réticulé (PER)
Polychlorure de vinyle surchloré (PVC-C)	Adaptés aux eaux corrosives; Supportent la désinfection thermiques et chimiques.	Peut relarguer du chloroforme par action du chlore sur les solvants des colles d’assemblage.

Dimensionnement des conduites d’alimentation des points de puisage

Un dimensionnement qui limite les temps d’attente

Si les diamètres des conduits d’alimentation des points de puisage sont importants, l’attente de l’eau chaude peut être longue… et coûteuse.

Calculs

Pour estimer le temps d’attente lié au choix du réseau, cliquez ici !

Exemple d’impact de la conception sur le temps d’attente au point de puisage.

Distribution en série

Temps d’attente au lavabo débit = 4 l/min		Temps d’attente à la douche débit = 6 l/min
Tronçon 1 (2 m 18 x 1)	6 s	Tronçon 1 (2 m 18 x 1)	4 s
Tronçon 2 (2,5 m 16 x 1)	6 s	Tronçon 2 (2,5 m 16 x 1)	4 s
Tronçon 3 (1 m 12 x 1)	1 s	Tronçon 4 (2 m 14 x 1)	2 s

Total	13 s	Total	10 s

Distribution en étoile

Schéma de distribution en étoile.

Temps d’attente au lavabo débit = 4 l/min		Temps d’attente à la douche débit = 6 l/min
Tronçon 1 (0,5 m 18 x 1)	1,5 s	Tronçon 1 (0,5 m 18 x 1)	1 s
Tronçon 2 (5 m 12 x 1)	5,5 s	Tronçon 3 (6 m 14 x 1)	7 s

Total	7 s	Total	8 s

Une configuration en étoile permet de diminuer le temps d’attente grâce à la diminution du diamètre. Généralement, un tracé direct dans la dalle permet encore une réduction des longueurs.

Cet exemple montre également que la distance à ne pas dépasser entre le distributeur et un lavabo ou une douche est de l’ordre de 6 à 7 m.

Les temps d’attente recommandés

La recommandation Suisse (SIA 385/3) précise les délais d’attente au soutirage suivants

Délais d’attente au soutirage
Éviers de cuisine	7 s
Lavabos	10 s
Douches	10 s
Baignoires	15-20 s

Les critères de dimensionnement

En matière énergétique, le choix du diamètre des tuyauteries de distribution vers les points de puisage n’a qu’une faible influence sur les pertes de chaleur.
Dans le dimensionnement, on sera attentif à plusieurs points :

Évaluer le débit en phase de soutirage de pointe.
Adopter une perte de charge maximale après le compteur (ou le réducteur de pression général) de 1,5 bar.
Maintenir une pression d’eau d’écoulement minimum à la prise d’eau la plus éloignée de 1 bar.
Choisir un diamètre intérieur minimum de 10 à 16 mm, en fonction du matériau de la conduite.
Assurer une vitesse d’écoulement dans les conduites comprise entre 1,5 et 2 m/s.

Boucle de distribution d’eau chaude ?

Avec ou sans boucle ?

Chaque point de puisage est raccordé à la conduite de distribution à partir du producteur d’eau chaude. En cas de soutirage, il s’écoule donc d’abord de l’eau froide avant que le robinet ne délivre de l’eau chaude (inconfort). Et après l’arrêt du robinet, l’eau chaude restera bloquée (perte énergétique). Enfin, la légionelle pourrait se développer dans ces bras « morts » à eau tiède : on parle d’imposer réglementairement une boucle sur toute branche de plus de 5 m de longueur ou de plus de 3 litres de contenance en eau. À défaut, un rinçage automatique doit être organisé.

La solution consiste à faire circuler l’eau en permanence dans une boucle de distribution, boucle qui parcourt le bâtiment. L’eau chaude est toujours à proximité de chaque point de puisage, ce qui permet à l’utilisateur d’obtenir rapidement de l’eau à bonne température.

Mais la perte permanente de chaleur par la tuyauterie est non négligeable ! Une forte isolation de la tuyauterie est indispensable.

Calculs

Pour calculer la perte énergétique annuelle d’une tuyauterie, cliquez ici !

Pour comparer les pertes entre les 2 solutions, le calcul est simple mais dépend fortement de la fréquence d’utilisation.

En fait, la boucle se justifie pour des usages entre les deux extrêmes suivantes :

Si les puisages sont très réguliers et si la tuyauterie est bien isolée, le temps d’attente de l’eau chaude est faible, ainsi que la perte énergétique. Par conséquent, la boucle n’est pas nécessaire;
De même, pour alimenter une fois par semaine les douches des vestiaires, ce n’est pas la peine de mettre une boucle permanente, ni même d’isoler !

> Alternative 1 : établir une sorte de compromis entre les 2 situations ? on augmente les bras morts et donc le risque de légionellose…

Alternative 2 : dédoubler les postes de production en les rapprochant des consommateurs (par exemple, un poste pour le réfectoire et un poste pour les sanitaires) et établir 2 circuits de distribution indépendants. Il faut analyser si l’on ne perd pas alors l’avantage de la non simultanéité des besoins : une réduction de la puissance installée.
Remarques.

La présence dune boucle de retour rend plus complexe le comptage des consommations des différents consommateurs (en vue dune redistribution des coûts).
La boucle de retour détruit la stratification des températures dans la partie supérieure du ballon. S’il s’agit d’un ballon électrique chauffé durant la nuit, il faut éviter la mise en place dune circulation. Si elle est cependant nécessaire, un post-chauffage sera nécessaire hors de l’accumulateur. C’est la solution du réchauffeur de boucle électrique. Il entraîne des consommations en électricité non négligeables, et en bonne partie au tarif de jour. En pratique, l’eau de circulation est raccordée sur des thermoplongeurs, à démonter et détartrer une fois par an.

Réchauffeur électrique de boucle.

Si boucle : débit de retour limité et régulé !

Les boucles de circulation entraînées par des pompes surdimensionnées et non régulées sont des véritables « gaspilleurs d’énergie » !

Pour bien comprendre la logique d’une boucle de circulation, il faut penser au vieux truc des anciens pour éviter le gel d’une conduite en hiver : laisser passer un fin filet à la sortie du robinet ! De même, le débit de circulation d’eau compense seulement les pertes de chaleur mais n’assure pas le débit d’eau d’alimentation d’un équipement.

Globalement, différentes qualités sont nécessaires au projet :

Un tracé le plus court possible des conduites.
Une isolation soignée des tuyauteries.
Une disposition la plus haute possible du retour de circulation dans le ballon.
Un diamètre de conduite limité pour la tuyauterie de retour.
Un circulateur de boucle d’une très faible puissance. Le calcul du débit d’eau de circulation est basé sur le fait que les déperditions totales de la tuyauterie (entre le départ et le retour) n’entraînent pas une chute de température totale de plus de 5 K (déperditions = débit x cap.therm.eau x delta T°). On en tire le débit… qui sera très faible. Puis on dimensionnera la section du retour sur base d’une vitesse maximum de l’eau de 0,5 m/s, tout en conservant un minimum de 0,2 m/s.
La programmation possible d’un arrêt total de la circulation en période d’inoccupation (tout en respectant les prescriptions en matière de protection contre le développement des légionelles). Si malgré tout un usage fortuit apparaissait durant la nuit, l’eau chaude arriverait au point de puisage après quelques secondes d’attente.
La remise en route de la circulation programmée juste en fin de la période de chauffe à bas tarif pour les ballons électriques (car l’arrivée du « paquet d’eau froide » perturbe la stratification et réenclenche le chauffage).

Astuce ! Un fabricant propose une circulation tube-contre-tube, ce qui permet l’exécution d’une seule coquille.

Isolation thermique.
Eau Chaude Aller.
Air.
Eau Chaude Retour.

Dimensionnement du circulateur de boucle

Le volume d’eau contenu dans l’installation n’entre pas en considération dans la détermination du débit horaire à mettre en circulation. Le débit d’eau chaude qui doit circuler doit compenser la somme des déperditions des tuyauteries du réseau aller, tenant compte d’une chute de température de l’eau acceptable (généralement 5 K) entre les points extrêmes de ce réseau, c’est-à-dire entre le départ du préparateur d’eau chaude sanitaire et le puisage le plus défavorisé.

Photo circulateur de boucle.

Pompe de circulation.

La pompe de circulation du type « sanitaire » devra être capable d’assurer le débit ainsi calculé avec une hauteur manométrique égale aux pertes de charge sur le réseau aller et retour, sans oublier celles dues aux vannes, clapets et autres accessoires présents sur l’installation et tout particulièrement aux mitigeurs thermostatiques qui peuvent présenter des pertes de charge importantes.

Si boucle : température de distribution contrôlée !

La lutte contre la légionelle génère les conséquences suivantes (source CSTC) :

L’eau chaude doit être produite à une température minimale de 60°C; on évitera qu’elle reste durablement dans le chauffe-eau à une température moindre.
L’eau doit être maintenue à 55°C au moins en tout point du réseau principal.
Dans un système de distribution avec recirculation, la température de retour ne peut jamais être inférieure à 55°C. Par ailleurs, la chute de température entre le point de départ et le point de retour à l’appareil de production d’eau chaude ne peut dépasser les 5°C : si l’eau quitte l’appareil de production à 60°C, la température de retour devra être de 55°C au moins.

Si la production de chaleur est réalisée à une température plus élevée que 60°C, la pose d’une vanne 3 voies modulante, encore appelée « mitigeur », permettra d’abaisser cette température dans le réseau.

Mitigeur électrique et mitigeur thermostatique.

Générateur avec :

Générateur.
Vanne d’arrêt gaz.
Filtre gaz.
Réducteur de pression.
Vanne d’arrêt.
Compteur d’eau.
Filtre eau.
Clapet anti-retour.
Manomètre.
Soupape de sécurité.
Purgeur automatique.
Pompe de bouclage.
By-pass.
Raccord isolant.
Vanne mélangeuse/mitigeur.

En passant de 65 à 55°C, les pertes du réseau de tuyauteries seront réduites de 22 %, et les risques de brûlure seront également moindres !

Alternative : le ruban chauffant (= traçage) ?

Des cordons chauffants peuvent être placés sur le réseau. Ils sont généralement auto-régulants, c’est à dire que leurs résistances électriques augmentent avec la température
–> lorsque l’eau chauffe, la résistance électrique augmente et le courant électrique diminue.

À défaut, la température doit être contrôlée par thermostat sur chaque tronçon équipé.

Les défenseurs de cette solution mettent en évidence qu’il ne faut maintenir que les pertes d’une seule conduite (pas de retour) et que la consommation de la pompe est évitée. C’est exact. A isolation de conduite égale, le bilan est positif en faveur du ruban chauffant par rapport à une boucle de circulation. Bien dimensionné, le ruban consomme environ 60 % de la consommation de la boucle.

Mais les pertes d’une conduite de retour de faible diamètre et la consommation d’une petite pompe ne peuvent compenser le fait que le réchauffage se fait alors avec de l’électricité directe chère (tarif de jour, voire de pointe), et donc avec une consommation en énergie primaire triple.

En énergie primaire et en coût, la solution reste à l’avantage de la boucle de circulation lorsque la production de chaleur est réalisée sur base de gaz ou de fuel.

De plus, pour les réseaux principaux en matériaux synthétiques posés sur chemin de câble, il est facile de poser un retour d’eau chaude en créant des points fixes à chaque colonne sur la vanne et le té de réglage. Les bouclages sanitaires en tube de synthèse semblent dès lors plus économiques en fourniture et pose qu’une installation avec des cordons chauffants électriques.

Dans tous les cas, il sera très utile de placer un délesteur pour interrompre la charge durant les heures de pointe (limiter la pointe de puissance du bâtiment).

Dimensionnement et programmation

Un ruban chauffant, entouré d’une bonne isolation thermique, doit être dimensionné sur base de 7 W/m. Et donc l’isolation doit être telle que seulement 7 W/m seront perdus par l’isolant (= besoin de 3 cm d’isolant pour un tuyau d’1 pouce, par exemple).

Ici à nouveau, un fonctionnement intermittent est requis, grâce à une horloge stoppant l’alimentation électrique du ruban en dehors des périodes d’occupation.

Alternative : la pompe à chaleur sur la boucle de retour ?

Il est possible également d’assurer le chauffage de l’eau de retour par une pompe à chaleur (PAC). Ce choix permettrait :

de sous-dimensionner le ballon (ou tout au moins de ne pas adopter des suppléments de sécurité) puisque la PAC est en réserve,
de préchauffer le ballon durant la nuit à une température minimale,
d’arrêter la chaudière en été et de fournir l’eau chaude sanitaire à elle-seule.

Fonctionnement de jour

Réchauffage de la boucle par la PAC.

Circulateur de boucle.
Circulateur de nuit.
et 4 Clapets anti-retour.

Fonctionnement de nuit

Chauffage du ballon par la PAC.

Utilisation d’eau chaude.

L’ensemble de ces arguments permettent-ils d’amortir l’investissement dans une double installation de production de chaleur ? C’est le calcul à faire ! Mais il semble que ce soit bien difficile…

De plus, est-il prudent de placer une pompe à chaleur sur le retour de la boucle de circulation sachant qu’elle ne pourra pas travailler à un régime de température de 55 °C minimum (prévention des légionelles oblige). La réponse est bien entendu négative !

Isolation des conduites

1 m de tuyau en acier de 1 pouce de diamètre, non isolé, dans lequel circule de l’eau chaude à 70°C et qui parcourt une ambiance à 20°C a une perte équivalente à la consommation dune ampoule de 60 W.

Or cette ampoule, si elle restait allumée toute l’année dans la chaufferie, il est fort probable que quelqu’un l’éteindrait, parce qu’elle est bien visible …

Priorité : isoler la boucle de circulation

Étant maintenue à haute température en permanence, la boucle de circulation présente des pertes considérables.

L’épaisseur d’isolation rentable de la boucle d’eau sanitaire dépend de son diamètre. Le tableau suivant traduit 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 :

–	Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]
Température de l’eau	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
DN	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
10	40	30
15	40	30
20	40	40
25	50	40
32	50	40
40	50	50
50	50	50
65	60	50
80	60	60

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
Tuyauteries dans la dalle entre locaux chauffés.	6 mm

Calculs

Le temps de retour de l’investissement est toujours très court : de l’ordre de 0,5 à 1,5 an.

Pour calculer la rentabilité de l’isolation de votre tuyauterie, cliquez ici !

Les vannes jouent également un rôle important et seront isolées en conséquence (en première approximation, on dit que les pertes dune vanne sont similaires à 1 mètre de tuyauterie du même diamètre).

On pense bien entendu au parcours dans les locaux non chauffés et les gaines techniques mais également au parcours dans les locaux chauffés puisque les pertes durant la mi-saison et l’été seront non négligeables. Si le local est climatisé, cette chaleur devra être éliminée en pure perte. Et si le local ne l’est pas, c’est une source de surchauffe supplémentaire en période de forte chaleur.

En absence de boucle, isoler aussi les tuyauteries d’alimentation des points de puisage

Contrairement à une idée reçue, l’isolation thermique des tuyauteries vers les différents points de puisage reste toujours utile :

Si les soutirages sont rapprochés (moins de 2 heures), l’économie d’énergie sera très importante,
Si les soutirages sont plus espacés (hébergement), l’utilisateur pourra rapidement obtenir une eau « tiède », souvent jugée suffisante, mais l’économie liée à la pose de l’isolant sera plus faible.
Au minimum, l’isolation des distributeurs placés au dessus de l’accumulateur est nécessaire pour limiter les circulations internes dans les tuyauteries (une campagne de mesure a permis d’évaluer que le refroidissement par une tuyauterie horizontale non isolée greffée sur le ballon est vraiment non négligeable : l’eau refroidie redescend vers le ballon et une boucle convective se forme !)

Mais attention : ces branches sans boucle constituent des bras morts propices au développement de la légionelle. La nouvelle réglementation flamande n’autorise qu’une longueur maximale de 5 m et une contenance en eau de 3 litres.

Isoler les conduites d’eau froide ?

Dans certains cas, il apparaît que de l’eau froide peut être en contact avec une source de chaleur (conduites d’eau chaude dans une gaine technique, stagnation en chaufferie ou en cave à haute température, citerne tampon pour l’alimentation des hôtels,…), au point que la température de l’eau peut y dépasser les 25°C qui sont propices au développement de la légionelle. Le CSTC recommande dans ce cas une isolation des conduits. Nous vous recommanderions d’analyser d’abord le renforcement de l’isolation de la source de chaleur !

Intégration d’un système de comptage des consommations

Objectif

Responsabiliser le consommateur, sensible à l’état de son portefeuille… Une enquête en Suisse a montré que le placement de compteurs individuels dans un immeuble à appartement diminue la consommation d’eau chaude de 25 à 30 %.

En Suisse toujours, la réglementation impose le placement dans tout bâtiment neuf (abritant au moins 5 preneurs de chaleur) d’appareils enregistreurs des consommations individuelles.

Technique de comptage

Ce souci de comptage influencera le concepteur vers une solution décentralisée de son système de production. Et dans ce cas, la mesure des coûts peut directement être réalisée sur base des énergies consommées.

Dans les autres cas, des décompteurs pourront être placés avant la répartition vers les utilisateurs d’un même groupe et après la boucle de circulation. Le schéma appelé ci-dessus « de compromis » permet d’atteindre plus facilement cet objectif. Mais il n’est pas conforme aux principes de la lutte anti-légionelle…

La valeur obtenue par calcul théorique de l’énergie consommée :

Quantité de chaleur [kWh] = quantité d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x (T°eau chaude- 10) [K]

doit être divisée par le rendement de production de l’eau chaude sanitaire.
Il existe d’ailleurs deux techniques possibles :

Soit entacher chaque m³ consommé dune part proportionnelle des pertes à la production.
Soit considérer que les pertes à la production sont inhérentes à la fourniture du premier litre d’eau chaude et que donc il s’agit d’une consommation de base payée par tous.

Si production d’ECS combinée au chauffage

Si la production d’eau chaude sanitaire est combinée à la production de chauffage, il est possible :

Soit de placer un compteur sur l’arrivée d’eau froide alimentant le chauffe-eau,
Soit d’évaluer sa part de consommation en extrapolant la consommation d’été. Cette évaluation est légèrement trop élevée puisque, durant l’été, l’eau chaude sanitaire porte seule la part des pertes éventuelles de maintien en température de la chaudière.

La consommation totale doit ensuite être divisée vers les consommateurs sur base d’un ratio le plus pertinent possible : le nombre de personnes, le nombre et le type d’équipement (voir débits typiques d’un équipement), la surface (immeuble à appartements), …

Remarque.

Un organe d’arrêt sera prévu de part et d’autre du compteur pour faciliter les révisions.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Comment piloter ses installations d’un simple clic de souris ?

Comment piloter ses installations d'un simple clic de souris ?

Introduction

Le Centre Hospitalier de Mouscron (CHM) est né de la fusion en 1995 de la clinique privée « Le Refuge » et du Centre Hospitalier Régional (CHR) de Mouscron. D’ici quelques années, les activités du site « Le Refuge » seront transférées dans une toute nouvelle extension du site du CHR. Ce dernier, construit dans les années soixante, dispose d’une superficie de 22 000 m² et compte 155 lits d’hospitalisation. Une des dernières technologies URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) installée fut celle d’une Gestion Technique Centralisée (GTC) pour le pilotage des installations de chauffage.

Une gestion technique centralisée ?

La régulation de chaque installation de chauffage repose sur les régulateurs locaux qui travaillent en autonomie et possèdent toute l’intelligence nécessaire à la conduite de l’installation. Tout au long de leur fonctionnement, ils stockent des informations provenant des différents équipements (températures ambiantes, températures extérieures…). Toutes ces données peuvent être transférées vers un ordinateur qui capitalisera et centralisera ainsi les différentes données.

De plus, la communication s’effectue dans les deux sens, c’est-à- dire que des paramétrages peuvent aussi être modifiés via la GTC. Un logiciel exploite les différentes données reçues via modem, bus de communication ou ligne téléphonique et les communique de façon conviviale avec l’utilisateur sous forme de schémas synoptiques, de graphiques ou de tableaux. Celui-ci peut ainsi visualiser à distance les différents paramètres de fonctionnement des installations, les modifier ou encore de relever des alarmes.

Il est également possible d’établir des historiques de fonctionnement (courbe de température d’eau, de température ambiante, horaire de programmation, …), ce qui permet de repérer très rapidement un dysfonctionnement de l’installation comme par exemple un mauvais fonctionnement d’un optimiseur, la détérioration d’une sonde, une mise en dérogation oubliée…

Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de transferts d »informations. La gestion est donc grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents.

Pilotage des installations de chauffage

Depuis fin 2002, une GTC pilote les installations de chauffage du site du CHR. Objectif : réguler au mieux les installations afin de répondre aux stricts besoins de chaleur nécessaire et ainsi réduire le niveau de consommation. Cette régulation s’opère à 3 niveaux :

Une régulation primaire sur les chaudières. La chaufferie compte 3 chaudières d’une dizaine d’années de 1 430 kW chacune et équipées de brûleur à gaz pulsé à modulation 2 allures. Un tableau synoptique sur la GTC permet de voir en direct les chaudières en demande et la température de chacune d’elles.
Les besoins annuels en chauffage du bâtiment sont de l’ordre de 2 285 MWh de gaz.

Une régulation secondaire sur les boucles d’alimentation au départ du collecteur principal où l’on pilote les vannes 3 voies en fonction des besoins thermiques particuliers de chaque section.

Une régulation terminale par zone d’occupation et par locaux via des vannes motorisées pilotées suivant les horaires d’occupation programmés.

La GTC va permettre de tenir compte de l’occupation des locaux soit via une programmation horaire soit via une détection de présence, de vérifier les équilibrages hydrauliques, d’enclencher les chaudières seulement quand il le faut, de réguler le fonctionnement des chaudières suivant le fonctionnement de la cogénération,…

Lors de notre visite au CHR, sur l’écran de contrôle les sondes de température extérieure indiquaient 9°C au niveau de la façade est et 19°C au niveau de la façade sud. Un écart de température de 10°C qui influence la température de départ des circuits de façade dont la GTC permet de vérifier la prise en compte.

Des économies ?

Les économies sont principalement réalisées sur les consommations de nuit et de week-end par une bonne prise en compte des inoccupations. Elles ont été chiffrées à quelques 11,6% de gaz pour l’année 2003 par rapport à la consommation annuelle avant placement de la GTC soit environ 14 000 €.

En détail

Économique

Investissement de 135 000 € TVAC pour la rénovation complète des régulations primaire, secondaire et terminale ainsi que pour l’acquisition du logiciel de la GTC.

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Paul ARDENOIS
Ingénieur Responsable Énergie
Centre Hospitalier de Mouscron
Tél : 056 858 914
Email : p.ardenois@chmouscron.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation de vitesse des circulateurs

Comment commander la vitesse de rotation d’un circulateur de chauffage ?

Pour comprendre les solutions à adopter sur les réseaux équipés de vannes deux voies, on décrit ci-dessous la situation hydraulique lors de la fermeture des vannes.

Que se passe-t-il lorsqu’une vanne thermostatique se ferme ?

La température est presque atteinte dans le local. Le débit d’alimentation du radiateur doit diminuer. La vanne se ferme.

Point de fonctionnement d’un circulateur. Lorsque la vanne thermostatique se ferme, la courbe caractéristique du circuit se redresse et le point de fonctionnement passe de F à F’.

L’augmentation de la perte de charge suite à la fermeture de la vanne entraîne une augmentation de la pression délivrée par le circulateur.

Mais on aurait pu également représenter cette évolution comme suit :

Le débit ayant diminué, le Δp du réseau a diminué également. Et une perte de charge locale supplémentaire Δp_vannea été provoquée pour freiner le débit.

Ce Δp_vanne est provoqué en pure perte ! Idéalement, c’est la vitesse du circulateur qui aurait du diminuer :

Diminution de la vitesse du circulateur pour atteindre de débit q’ souhaité.

H » est suffisant pour générer un débit q’ dans le radiateur !

La pompe s’adapte alors aux besoins et suit la courbe du réseau. La consommation énergétique est minimale.

« Freiner avec une vanne thermostatique, c’est un peu appuyer sur la pédale de frein sans lâcher l’accélérateur ! »

Mais les installations ne comprennent pas qu’un seul radiateur, et la solution qui consisterait à réguler la vitesse du circulateur par un thermostat d’ambiance et de se passer de vanne thermostatique n’est malheureusement pas applicable.

Et si on place une soupape à pression différentielle ?

Le débit qui ne passa pas dans le radiateur est à présent by-passé dans la soupape. Le circulateur n’y voit que du feu ! Autrement dit, la consommation restera identique.

Et si on place un circulateur à vitesse variable réglé pour maintenir la pression ?

Diminution de la vitesse du circulateur pour maintenir une pression constante dans le réseau. Le point de fonctionnement devient F »’

Cette solution apparaît comme une demi-mesure : le réseau n’a plus besoin d’une pression identique puisque le débit de l’eau a diminué, entraînant la diminution des pertes de charge. L’économie d’énergie est donc partielle.

Comparons les niveaux d’énergie des différentes solutions (les surfaces en vert symbolisent la puissance absorbée par le circulateur) :

Solution 1 : étranglement.

Solution 2 : réduction de vitesse pour maintenir une pression constante.

Solution 3 : réduction de vitesse suivant la courbe caractéristique du réseau.

Et si plusieurs vannes sont présentes sur le réseau?

Si plusieurs vannes sont présentes sur le réseau, faut-il toujours essayer de réduire la vitesse en restant sur la courbe du réseau ?

La situation est un peu plus complexe car plusieurs réseaux sont mis en parallèle et en série.

Si le réseau commun représente l’essentiel de la perte de charge : OUI

La fermeture de q₂ peut être interprétée comme dans le cas précédent, en bonne approximation.

C’est la cas des longs réseaux de chaleur entre chaufferie et sous-stations : le pilotage de la pompe nécessite des prises d’informations dans les sous-stations (télégestion obligatoire).

Si le réseau commun est court et que chaque radiateur comporte son propre circuit : NON

Lorsqu’un des radiateurs se fermera, le débit total diminuera mais son influence est faible sur les pertes de charges à vaincre par le circulateur. La pression disponible pour l’autre radiateur doit pratiquement rester identique.

Si le réseau est constitué d’associations multiples de radiateurs en parallèle et en série (cas le plus fréquent des réseaux de chauffage de grands bâtiments) ?

C’est la solution intermédiaire qui doit être rencontrée. De là, la solution proposée par certains fabricants de faire suivre une diminution linéaire de la pression lorsque le débit demandé diminue.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Repérer une puissance de pointe « quart-horaire » trop élevée

Diagramme des charges montrant l’évolution de la pointe quart-horaire.

L’enclenchement simultané des groupes frigorifiques de 9h 15 à 9h 45 a provoqué une pointe de 196 kW qui, pour le tarif « binôme A-force motrice », se chiffre par un supplément du terme de puissance de l’ordre de 1690 €..

La durée d’utilisation mensuelle

Un premier indicateur nécessaire pour évaluer l’intérêt de réduire la pointe est le rapport U exprimé ci-après par :

durée d’utilisation U (h) = consommation (kWhHP) / pointe quart horaire (kW)

Remarque :

Il s’agit donc bien du rapport entre les kWh en Heures Pleines et les kW de pointe quart horaire. À ce titre, il se distingue du coefficient d’utilisation repris dans le bas de la facture électrique mensuelle, sous l’appellation « UTILISATION USAGES GÉNÉRAUX », qui regroupe les kWh en Heures Pleines (jour de semaine) et les kWh en Heures Creuses (nuit + week-end).

Pour un mois de consommation donné, le tableau ci-dessous fournit le prix d’achat du kWh moyen (pointe comprise) en fonction de ce rapport U :

On peut y remarquer l’importance de la pointe quart-horaire dans le coût du kWh : le prix du kW de pointe est moins élevé si U est grand, c’est-à-dire si le profil d’utilisation est assez régulier.

Au maximum, la durée d’utilisation est égale à 315 heures, soit le nombre total d’Heures Pleines par mois. Dans ce cas, le diagramme des charges est plat, la pointe est égale à la puissance moyenne.

D’autre part, pour une durée d’utilisation inférieure à 70 heures environ, on atteint le prix plafond où l’effet de pointe est plafonné. À ce moment, la facture est basée sur le nombre de kWh consommés (la pointe n’intervient pratiquement plus).

Si bien que lorsque le U est inférieur à 80 heures (pointe très élevée), les efforts à consentir pour étaler la demande risquent d’être peu récompensés financièrement : le prix plafond restera d’application tant que U ne dépassera pas 120 heures…

Exemple :

Un home pour enfants ou pour personnes âgées, avec une préparation des repas «tout électrique». La pointe de 11 heures sera très importante par rapport au restant de la journée, surtout en été.

Sur base d’une tarification dans le cadre d’un marché libéralisé, au-delà de 80 heures et en deçà de 200 heures d’utilisation mensuelle, une gestion de la pointe est à envisager.

Gérer

Installer une gestion de la pointe quart horaire.

Le ratio W/m²

Il est possible de rapporter la pointe ¼ horaire maximale à la surface du bâtiment (surface totale, y compris parking, couloirs, sanitaires, cuisine, …) et de la comparer à celle donnée par une enquête au sein des immeubles de bureaux de la Région Wallonne : le ratio oscille entre 7 et 20 W/m^².

Pointes quart-horaires maximum dans les bâtiments de la Région Wallonne.

Remarques

Ces valeurs sont données à titre indicatif puisqu’elles correspondent à un parc de bâtiments particulier. Par exemple, aucun de ces bâtiments n’est climatisé. De plus, la surface de référence est une surface brute qui inclut les garages.
La valeur de 7 W/m² est réalisée dans un bâtiment nouveau où, dès la construction, l’effort a été placé en matière de limitation des puissances installées (dimming de l’éclairage, délestage automatique, …). Pour plus d’informations sur ce bâtiment, on peut contacter Monsieur Claude Rappe du Service de l’Énergie de la Région Wallonne (081/321 569).

Enregistrement de la charge

On peut affiner le diagnostic en réalisant un enregistrement de la charge électrique du bâtiment.

Cela se réalise en branchant un data-logger, soit directement sur le compteur (nouveaux compteurs à impulsion), soit via un lecteur optique.

Lecteur optique disposé sur un compteur à disque.

Les distributeurs électriques, de même que l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable peuvent réaliser de tels enregistrements, sur simple demande.

Diagramme de charge avant et après gestion de la pointe.

L’enregistrement doit se faire sur une période représentative, idéalement 1 mois, de manière à comprendre correctement le mode de consommation de l’établissement : est-ce qu’une pointe se présente tous les jours à la même heure ? est-ce que la pointe n’apparaît qu’une fois par semaine ou encore par mois ?

Il s’agit ensuite de comprendre l’origine de la pointe. Si on connait bien ses équipements et leur horaire de fonctionnement, on peut intuitivement découvrir les « coupables ».

Calculs

Pour estimer le poids de chacun de vos équipements dans la pointe 1/4 horaire.

Dans le cas contraire, il faudra effectuer, en parallèle de l’enregistrement de charge au niveau du compteur général, un enregistrement sur le circuit alimentant les plus gros consommateurs, par exemple au moyen de pinces ampèremétriques. Cela est souvent révélateur. C’est ainsi que l’on remarquera que des équipements fonctionnent inutilement en même temps et à l’insu de tous.

Concevoir

Remarquons que, dans un nouveau réseau électrique, le placement de compteurs fixes supervisés par une gestion centralisée permet de repérer presque en direct les dysfonctionnements de consommation et facilite grandement le diagnostic.

Pour en savoir plus sur la conception et la gestion d’un nouveau réseau électrique.

Découvrez cet exemple de gestion de la pointe quart-horaire au Centre Hospitalier Universitaire de Charleroi.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Compresseurs frigorifiques [Climatisation]

Compresseur à pistons

Compresseurs à pistons, construction ouverte

Dans ce groupe de compresseurs, le moteur et le compresseur ne sont pas dans le même logement. L’arbre d’entraînement (vilebrequin) émerge du carter du compresseur. On peut y raccorder un moteur électrique, diesel ou à gaz. L’association se fait soit par un manchon d’accouplement, soit par une courroie.

L’accès à tous les éléments du compresseur est possible.

La puissance est réglée par mise à l’arrêt de certains cylindres ou par changement de régime du moteur d’entraînement.

On utilise les compresseurs de construction ouverte dans les installations d’une puissance de réfrigération jusqu’à 500 kW.

Compresseurs à pistons, construction semi-hermétique
( ou « hermétique accessible »)

Compresseur et moteur d’entraînement sont logés dans un carter commun. L’entraînement est habituellement assuré par un moteur électrique. Il est généralement refroidi par les gaz froids du réfrigérant (gaz aspirés), quelquefois par un ventilateur ou un serpentin d’eau enroulé sur le bâti du moteur.

Pour des réparations, on peut accéder à chaque partie de la machine et même séparer le compresseur du moteur (plaques boulonnées sur le bâti, avec présence de joints intercalaires).

La puissance est réglée par mise hors service de certains cylindres ou par changement de régime du moteur d’entraînement.

On utilise des compresseurs de construction semi-hermétiques dans des installations jusqu’à 100 kW ou, en recourant à plusieurs compresseurs, jusqu’à 400 kW environ.

Compresseurs hermétiques à pistons

Compresseur et moteur électrique sont logés dans une enveloppe soudée. Ils sont généralement supportés par des ressorts pour éviter la transmission des vibrations. Le joint tournant disparaît et avec lui le risque de fuite.

Mais des contraintes nouvelles apparaissent :

Le fluide frigorigène et bien sûr l’huile de lubrification doivent être compatibles avec les matériaux qui composent le moteur.

Le refroidissement du moteur est réalisé par le fluide frigorigène lui-même, or cet échauffement est préjudiciable au cycle frigorifique puisque la température à l’aspiration du compresseur augmente et donc plus élevé au refoulement. De plus, lorsque si le moteur vient à griller, c’est l’ensemble du circuit frigorifique qui sera pollué : un nettoyage complet du circuit doit être réalisé si l’on veut éviter de nouveaux ennuis. En cas de problèmes, les réparations sont exclues… Dès lors, un organe de sécurité contre la surchauffe (Klixon) est incorporé. Grâce à cette sécurité thermique, montée dans les enroulements du moteur ou sur ces derniers, l’alimentation électrique sera coupée lors d’une surchauffe du moteur. Dans ce cas aussi, le moteur est refroidi par les gaz aspirés.

En principe, la puissance de réfrigération ne peut pas être réglée, sauf par variation de fréquence du courant d’alimentation.

On installe des compresseurs hermétiques à pistons dans de petits appareils (réfrigérateurs, climatiseurs compacts) ou dans des installations d’une puissance jusqu’à 30 kW environ.

Caractéristiques générales

Le compresseur à pistons a besoin d’être lubrifié en permanence. La partie inférieure du carter forme réserve d’huile. La pression régnant dans le carter est la pression d’aspiration. La pompe à huile délivre une pression supérieure de 0.5 à 4 bars à la pression régnant dans le carter.

Le compresseur à piston est très sensible à l’arrivée de fluide liquide : si quelques gouttes de liquide pénètrent au niveau des soupapes, elles en provoquent une usure lente. Si du fluide liquide pénètre en grande quantité, la destruction des clapets est immédiate. De là, les protections anti-coups de liquide adoptées (ressort puissant sur le chapeau de cylindre, capable de se soulever en cas d’arrivée de liquide).

« L’espace mort » est le volume qui reste entre le piston et le fond du cylindre, lorsque le piston est en position haute maximale. Cet espace est nécessaire pour éviter les chocs lorsque le piston est en bout de course. Il représente 3 à 4 % du volume du cylindre. Il faut le réduire au maximum afin d’augmenter le rendement volumétrique du compresseur.

Compresseur spiro-orbital, dit « scroll »

Le compresseur SCROLL est composé de deux rouleaux identiques en forme de spirale. Le premier est fixe, le second décrit un mouvement circulaire continu sans tourner sur lui même. Les spirales sont déphasées de 180°.

Le mouvement orbital entraîne le déplacement vers le centre des poches de gaz, ce déplacement est accompagné d’une réduction progressive de leur volume jusqu’à disparition totale. C’est ainsi que s’accomplit le cycle de compression du fluide frigorigène.

Photot compresseur spiro-orbital, dit "scroll". Schéma principe compresseur spiro-orbital, dit "scroll".

La réduction du nombre de pièces par rapport à un compresseur à pistons de même puissance est de l’ordre de 60 %. L’unique spirale mobile remplace pistons, bielles, manetons et clapets. Moins de pièces en mouvement, moins de masse en rotation et moins de frottements internes, cela se traduit par un rendement supérieur à celui des compresseurs à pistons.

Cela se traduit par un COP frigorifique de l’ordre de 4,0 en moyenne annuelle alors qu’il se situe aux alentours de 2,5 pour les compresseurs à pistons (information constructeur).

Les variations de couple ne représentent que 30 % de celles d’un compresseur à pistons. Il n’impose donc que de très faibles contraintes au moteur, facteur de fiabilité.

Il reste limité en puissance (autour des 50 kW) mais plusieurs scrolls peuvent être mis en parallèle (jusqu’à 300 kW par exemple).

À noter également sa faible sensibilité aux coups de liquide.
Diverses méthodes de régulation de vitesse sont possibles :

Régulation « tout ou rien ».
Régulation par moteur à 2 vitesses.
Régulation par variateur de vitesse

Attention : en cas de rotation en sens contraire, il n’y a pas de compression et un bruit insolite avertit le technicien !

Compresseur rotatif

C’est un compresseur volumétrique qui retrouve de l’avenir grâce aux nouveaux matériaux composites.

On rencontre deux technologies :

le compresseur rotatif à piston roulant,
le compresseur rotatif à palettes.

Dans les deux cas, un stator cylindrique renferme un rotor excentré par rapport à l’axe du stator. Un volume en forme de croissant est piégé. Du fluide frigorigène y est introduit (aspiration) et la rotation du rotor va comprimer cet espace jusqu’à atteindre la pression souhaitée (refoulement).

Les puissances frigorifiques atteignent 10 kW.

Ils sont essentiellement utilisés pour les climatiseurs individuels et les petits refroidisseurs de liquide.

Le compresseur à vis

Type : machine ouverte ou fermée.
Plage de réglage : de 10 à 100 % avec un rendement assez constant.
Fonctionnement : le fluide frigorigène gazeux est comprimé par une vis hélicoïdale (un peu comme dans un hache-viande) tournant à grande vitesse. Le compresseur est entraîné par un moteur électrique.

On rencontre des compresseurs à vis selon deux technologies : les bi-rotors (type SRM) et les mono-rotors (type ZIMMERN).

Le rendement volumétrique d’un compresseur à vis est bon grâce à l’absence d’espaces morts, comme dans les compresseurs à pistons. Cette propriété permet d’assurer des taux de compression élevés avec un bon rendement volumétrique.

Les compresseurs à vis modernes ont des rotors à profils asymétriques, ce qui est préférable au niveau énergétique.

Les variations de puissance s’obtiennent dans les grosses machines par l’action d’un « tiroir » qui décide de l’utilisation d’une plus ou moins grande longueur de vis dans la compression des gaz, et donc induit un plus ou moins grand taux de compression. Dans les petites machines, toujours très grandes comparées à des compresseurs à piston, la modulation de puissance s’obtient par variation de la vitesse de rotation ou par utilisation de ports d’aspiration auxiliaires, soit par les deux.

Les avantages du compresseur à vis sont sa faible usure et son réglage facile. Il est toutefois encore coûteux.

Le compresseur à vis doit être abondamment lubrifié, pour assurer l’étanchéité entre les pièces en mouvement et pour réduire le niveau sonore, mais aussi pour refroidir le fluide frigorigène : on peut alors atteindre des taux de compression élevés (jusqu’à 20) sans altérer le fluide frigorigène.

Depuis peu, on utilise le compresseur à vis pour des puissances de réfrigération à partir de 20 kW environ.

Turbocompresseur ou compresseur centrifuge

Type : machine ouverte ou fermée.
Plage d’utilisation : les très grosses puissances, au-delà de 1 000 kW. Réservé aux grands centres industriels et commerciaux.
Fonctionnement : une turbine à régime élevé comprime le gaz de réfrigération en transformant l’énergie cinétique centrifuge en pression statique. L’entraînement est assuré par un moteur électrique.

Les circuits de fluide frigorigène et d’huile sont bien séparés. Le fluide reste pur et on ne rencontre pas le problème de l’huile piégée dans l’évaporateur.

Le taux de compression engendré par un compresseur centrifuge à une roue est faible. Aussi, on le rencontre fréquemment en multi-étagé (2 ou 3 étages).

Les turbocompresseurs utilisés en climatisation sont montés et réglés en usine. Ils sont ensuite greffés sur un groupe de production d’eau glacée.

Régulation : on peut facilement adapter la puissance des turbocompresseurs par prérotation du fluide frigorigène à l’entrée de la roue.
Plage de réglage : de 100 à 30 % de la puissance nominale.

Les variations de puissance s’obtiennent par réglage des vantelles à l’ouïe d’aspiration de la turbine.

A faible charge, ils sont cependant plus délicats que les compresseurs à pistons. En effet, par faible débit, un phénomène de pompage apparaît : le débit oscille entre un débit nul et débit maximal, l’écoulement devient pulsatoire et engendre des vibrations qui peuvent endommager le compresseur. Les frais de réparation sont élevés. Les constructeurs prévoient généralement une mesure de sauvegarde de l’appareil par injection de gaz chauds. Ce n’ est certainement pas une technique énergétiquement intéressante puisque la puissance absorbée reste constante.

On évitera donc le surdimensionnement des équipements.

Dans la famille des compresseurs centrifuges, on classe le compresseur turbocor. Du point de vue énergétique, il est apprécié pour son COP élevé à charge partielle, pouvant s’élever à 10 entre 20 % et 60 % de charge.

Pour atteindre ce COP, le compresseur turbocor s’est doté de différentes technologies :

Des paliers magnétiques qui maintiennent en lévitation le rotor du compresseur évitant ainsi les frottements et la lubrification (avec son système de refroidissement).
Une gestion électronique des paliers magnétiques.
Un moteur synchrone à aimant permanent (moteur brushless).
Une régulation à vitesse variable, Inverter.

Bien qu’il travaille à plus faible débit, le turbocor génère moins de bruit (envrion -10db) et présente un encombrement plus faible que les compresseurs à vis.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Energie nécessaire à la production d’un repas

Énergie et puissance globale nécessaires à la production d’un repas

La consommation varie de :

1,2 à 4,25 kWh/repas (moyenne de 2,5) en liaison chaude,
0,7 à 1,5 kWh/repas (moyenne de 1) en liaison froide positive.

Les puissances appelées sont en moyenne de :

420 W/repas en liaison chaude,
120 W/repas en liaison froide positive.

Énergie poste par poste nécessaire à la production d’un repas

Selon les sources, on retrouve les chiffres suivants :

	Liaison chaude	Liaison froide
Cuisson	De 350 à 2 000 Wh/repas	De 150 à 400 Wh/repas
Froid	Consommation : de 50 à 90 Wh/repas Puissance : de 6 à 8 W/repas	Consommation : de 200 à 300 Wh/repas Puissance : de 10 à 30 W/repas
Eau chaude sanitaire	Consommation : de 150 à 1 300 Wh/repas Puissance : de 10 à 500 W/repas

Source : Programme Concevoir Gérer – Ademe – Pyc Édition.

	Liaison chaude	Liaison froide
Cuisson	Consommation : de 363 à 2 030 Wh/repas Puissance : de 329 à 986 W/repas	Consommation : de 167 à 386 Wh/repas Puissance : de 136 à 270 W/repas
Froid	Consommation : de 46 à 580 Wh/repas Puissance : de 5,7 à 45,8 W/repas	Consommation : de 190 à 300 Wh/repas Puissance : de 11,8 à 28,6 W/repas
Laverie*	Consommation : 258 Wh/repas Puissance : 170 W/repas	Consommation : 150 Wh/repas Puissance : 30 W/repas
Eau chaude sanitaire*	Consommation : 725 Wh/repas Puissance : 190 W/repas	Consommation : 270 Wh/repas Puissance : 40 W/repas
Chauffage et ventilation :	473 Wh/repas	305 Wh/repas

* La consommation totale d’eau varie de 3 à 15 litres par repas.
Source : relevé effectué par la Direction des Etudes et Recherches d’EDF.

Liaison chaude et froide confondues, il est courant de considérer la répartition moyenne suivante pour les consommations énergétiques :

Ventilation	30 %
Cuisson	28 %
Eau chaude sanitaire	16 %
Froid	11 %
Éclairage et autres	15 %

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Arrêté Ministériel du 28 janvier 1993 relatif au contrôle des températures des produits surgelés

Les produits surgelés doivent être conservés à minimum – 18 °C, comme le stipule la réglementation (Arrêté royal du 5 décembre 1990 relatif aux produits surgelés). La température des produits surgelés doit être contrôlée et dans certains cas, elle doit être enregistrée conformément à le Règlement européen 37/2005 relatif au contrôle des températures dans les moyens de transport et les locaux d’entreposage et de stockage des aliments surgelés destinés à l’alimentation humaine et à l’Arrêté ministériel du 28 janvier 1993 relatif au contrôle de la température des produits surgelés.

Généralités

Art1.

§ 1er. En application de l’article 6 de l’arrêté royal du 5 décembre 1990 relatif aux produits surgelés et de l’article 5, § 1er, alinéa 2 de l’arrêté royal du 5 décembre 1990 relatif au prélèvement d’échantillons de denrées alimentaires et d’autres produits, les dispositions du présent arrêté déterminent les modalités relatives au contrôle des <températures des produits surgelés dans les moyens de transport et les locaux d’entreposage, et relatives au prélèvement des échantillons pour ce contrôle.

§ 2. Les dispositions du présent arrêté ne sont pas d’application aux transports de produits surgelés par chemin de fer.

Art2.

§ 1er. Pendant leur utilisation, les moyens de transport et les locaux d’entreposage de produits surgelés doivent être équipés d’instruments appropriés d’enregistrement automatique de la température pour mesurer fréquemment, et à intervalle régulier, la température de l’air à laquelle sont soumis les produits surgelés. (Dans le cas des moyens de transport qui sont immatriculés en Belgique, les instruments de mesure doivent satisfaire aux critères prévus au point 3 de l’annexe.) <AM 1998-06-26/32, art. 1, 003; En vigueur : 04-09-1998>
Les enregistrements de la température ainsi obtenus doivent être datés et conservés par l’exploitant pendant au moins un an ou plus longtemps suivant la nature de la denrée.

§ 2. La température de l’air durant l’entreposage dans les meubles de vente dans le commerce de détail de produits surgelés et durant la distribution locale est mesurée au moyen d’un thermomètre, aisément visible qui, dans le cas de meubles ouverts, indique la température au retour d’air au niveau de la ligne de charge maximale. Cette ligne de charge maximale doit être clairement indiquée.

§ 3. Par dérogation aux dispositions du § 1er, la mesure de la température de l’air dans les chambres froides de moins de dix mètres cubes destinées à l’entreposage de produits surgelés dans le commerce de détail, peut se faire au moyen d’un thermomètre aisément visible.

Art.3 Le contrôle officiel de la température des produits surgelés est exécuté conformément aux dispositions de l’annexe sous 1 et 2.

Art4. Le présent arrêté entre en vigueur le 1er juillet 1993.

A 1. Modalités relatives au prélèvement d’échantillons pour le contrôle des températures des produits surgelés

1.1. Choix des paquets à contrôler

Choisir les paquets à contrôler de sorte et en quantité telle que leur température soit représentative des points les plus chauds du stock examiné.

1.1.1. Entrepôts frigorifiques

Choisir les échantillons à contrôler en plusieurs points critiques de l’entrepôt, par exemple : près des portes ( en haut et en bas), près du centre de l’entrepôt (en haut et en bas) et à la reprise d’air des évaporateurs.

Tenir compte de la durée de séjour des produits dans l’entrepôt (pour la stabilisation des températures).

1.1.2. Transport

S’il y a lieu de prélever des échantillons pendant le transport :
Prélever en haut et en bas du chargement contigu à l’arête d’ouverture de chaque porte ou paire de portes.

Echantillonnage durant le déchargement
Choisir 4 échantillons parmi les points critiques énumérés ci-après : – en haut et en bas du chargement contigu à l’arête d’ouverture des portes,
– en haut du chargement aux coins arrières (le plus loin possible du groupe frigorifique), – au centre du chargement,
– au centre de la surface frontale du chargement (le plus près possible du groupe frigorifique),
– aux coins inférieurs et supérieurs de la surface frontale du chargement (le plus près possible du groupe frigorifique).

1.1.3. Meubles de vente au détail

Prélever un échantillon aux 3 points les plus chauds du meuble de vente utilisé.

A 2. Méthode pour mesurer la température des produits surgelés

2.1. Principe

La mesure de la température des produits surgelés consiste à mesurer de façon exacte à l’aide d’un matériel approprié la température sur un échantillon prélevé conformément à l’annexe sous 1.

2.2. Définition de la température

On entend par « température », la température mesurée à l’emplacement spécifié par la partie thermosensible de l’instrument ou du dispositif de mesure.

2.3. Appareillage

2.3.1. Instruments de mesure thermométrique

2.3.2. Instrument de perçage du produit

On utilisera un instrument métallique pointu, par exemple, un poinçon à glace ou une perceuse à main mécanique ou une vrille facile à nettoyer.

2.4. Spécification générale des instruments de mesure de la température

Les instruments de mesure de la température doivent répondre aux spécifications suivantes :

le temps de réponse doit, en trois minutes, atteindre 90 % de la différence entre la lecture initiale et la lecture finale;
l’instrument doit être exact à +/- 0,5 °C dans l’intervalle allant de – 20 °C à + 30 °C;
l’exactitude de la mesure ne doit pas être affectée de plus de + 0,3 °C par la température du milieu ambiant entre – 20 °C et + 30 °C;
les divisions de l’échelle de l’instrument doivent être de 0,1 °C ou moins;<AM 1998-06-26/32, art. 2, 003; En vigueur : 04-09-1998>;
l’exactitude de l’instrument doit être vérifiée à intervalles réguliers;
l’instrument doit être muni d’un certificat d’étalonnage valide;
l’instrument doit pouvoir être nettoyé facilement;
la partie thermosensible du dispositif de mesure doit être conçue de façon à assurer un bon contact thermique avec le produit;
le matériel électrique doit être protégé des effets indésirables dus à la condensation de l’humidité.

2.5. Mode opératoire

2.5.1. Prérefroidissement des instruments

Procéder au prérefroidissement de l’élément thermosensible et de l’instrument de perçage avant de mesurer la température du produit.
La méthode de prérefroidissement consiste à stabiliser thermiquement l’appareillage à une température aussi proche que possible de la température du produit.

2.5.2. Préparation de l’échantillon

Les éléments thermosensibles ne sont généralement pas conçus pour pénétrer un produit surgelé. Il est donc nécessaire au préalable de faire un trou à l’aide de l’instrument de perçage pour y insérer l’élément thermosensible.
Le diamètre du trou doit être à peine plus grand que celui de la partie thermosensible et sa profondeur dépend du type de produit à contrôler (voir 2.5.3.).

2.5.3. Mesure de la température interne du produit

L’échantillon et l’appareillage doivent être maintenus dans l’environnement réfrigéré choisi pour le contrôle.
Opérer comme suit :

Lorsque les dimensions du produit le permettent, insérer l’élément thermosensible jusqu’à une profondeur située à 2,5 cm de la surface du produit.

Lorsque les dimensions du produit ne le permettent pas, insérer l’élément thermosensible à une profondeur correspondant à trois à quatre fois le diamètre de l’élément thermosensible.

Certains produits, en raison de leur dimension ou de leur nature (par exemple petits pois), ne peuvent être percés pour permettre la mesure de la température interne.
Dans ce cas, la température interne du paquet contenant ces produits est déterminée en insérant un élément thermosensible, approprié et prérefroidi, au centre du paquet pour mesurer la « température au contact » du produit surgelé.

Lire la température indiquée quand elle a atteint une valeur stabilisée.

A 3. Critères auxquels doivent répondre les instruments de mesure qui doivent équiper les moyens de transport immatriculés en Belgique

3.1. Définitions.

3.1.1. Instrument de mesure

Instrument d’enregistrement automatique de la température de l’air à laquelle sont soumis les produits surgelés dans le cas du transport. Cet instrument est généralement composé d’un enregistreur, d’un capteur et d’un support d’enregistrement.

3.1.2. Autorité compétente

L’Inspection des Denrées alimentaires du Ministère des Affaires sociales et de la Santé publique et de l’Environnement et l’Inspection générale de la Métrologie du Ministère des Affaires économiques.

3.2. Exigences minimales pour les instruments de mesure

Les instruments de mesure doivent satisfaire aux exigences minimales suivantes :

L’instrument de mesure doit être exact à +/- 1 °C au moins dans l’intervalle allant de – 25 °C à + 30 °C, dans les conditions et durant la période d’utilisation prévue;

Les divisions de l’échelle de l’instrument de mesure et du support d’enregistrement de l’instrument de mesure doivent être de 1 °C ou moins;

L’instrument de mesure doit être conçu et apte pour équiper et pour fonctionner dans un moyen de transport. Il doit notamment être suffisamment robuste et résistant aux chocs et aux vibrations;

Les instruments de mesure doivent être accompagnés d’une fiche technique descriptive reprenant au moins l’identification du fabricant ou du vendeur, les caractéristiques de fabrication, les caractéristiques métrologiques et les caractéristiques de fonctionnement des appareils. Cette fiche doit être présentée sur demande du fonctionnaire de l’autorité compétente;

Les enregistrements de température doivent être présentés dans les meilleurs délais sur demande du fonctionnaire de l’autorité compétente. Ils doivent montrer clairement l’évolution continue de la température de l’air mesurée régulièrement et sans interruption prolongée pendant toute la durée du transport des produits surgelés (y compris pendant le chargement et le déchargement). Ils doivent également indiquer la date et l’heure du début et de la fin d’enregistrement;

L’instrument de mesure doit être régulièrement entretenu par l’utilisateur selon les modalités qui doivent figurer sur le mode d’emploi remis par le fabricant ou le vendeur. Les caractéristiques métrologiques de l’instrument de mesure doivent être vérifiées périodiquement (au moins une fois par an et après toute période prolongée de non-utilisation ou après toute intervention sur l’appareil). Les données relatives aux entretiens, aux vérifications et à toutes autres interventions doivent être inscrites dans un carnet d’entretien. Ce carnet doit être présenté sur demande du fonctionnaire de l’autorité compétente.

3.3.

Au besoin, la conformité des instruments de mesure aux exigences visées au point 3.2. doit être démontrée à l’autorité compétente;
À cette fin, au moins un certificat d’étalonnage doit être établi, par type d’instrument de mesure, par un institut national de métrologie ou par un laboratoire accrédité dans le cadre de l’Organisation belge d’Etalonnage ou par un laboratoire accrédité dans le cadre d’une organisation équivalente.

S’il ne permet pas une lecture directe de la température, l’instrument de mesure doit être accompagné au minimum d’un thermomètre où la température visée au point 3.1.1. peut se lire aisément;

Un exemplaire de la fiche technique descriptive visée au point 3.2., d) par type d’instrument de mesure doit être communiqué à l’autorité compétente par le fabricant ou le vendeur de cet instrument de mesure.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la présence d’ombres gênantes

Les situations à éviter

Un éclairage trop focalisé qui risque de masquer certaines zones (éclairage unidirectionnel).

Lorsque l’éclairage provient du côté droit pour les droitiers et du côté gauche pour les gauchers.

Lorsque l’éclairage est dirigé dans le dos des occupants.

Un éclairage purement indirect qui supprime totalement les ombres et rend l’environnement trop uniforme.

Comment évaluer sa situation ?

Cela vaut la peine de se placer en « position de travail » et de repérer les ombres qui perturbent la tâche à effectuer.

L’évaluation dépend des multiples tâches rencontrées. Pour chacune de celle-ci, on peut simuler la position de travail et examiner si la prestation peut s’effectuer sans gêne En général, tout problème sera éliminé par un éclairage local et spécifique à la tâche qui permet une grande mobilité et une orientation adaptable du flux lumineux.

Par exemple dans un bureau ou une classe : asseyez-vous à différents endroits du local, en simulant la situation où vous êtes droitier et celle où vous êtes gaucher. Essayez d’effectuer un travail de précision, avec différents outils et observez si l’ombre portée de votre main, de votre latte, de votre stylo, … ne vous pose pas de problème et si elle est bien « annulée » par un éclairage provenant du côté opposé.

Concevoir

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

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vitrage permettant le contrôle solaire

Remarque.

Le contrôle du facteur solaire a une influence sur la transmission lumineuse d’un vitrage; toutes les combinaisons ne sont pas possibles.

En effet, le rayonnement visible forme la moitié du spectre solaire.

Spectre solaire.

Ainsi, le facteur solaire ne peut être inférieur à la moitié de la transmission lumineuse; cela correspond à la zone supérieure rouge du graphique ci-dessous, qu’il n’est donc pas possible d’atteindre.

La zone verte n’est pas intéressante car elle diminue la quantité de lumière naturelle qui peut entrer dans le bâtiment sans diminuer la quantité de gains solaires.
Et ce n’est que très récemment que les fabricants ont mis sur le marché des vitrages dont la transmission lumineuse atteint le double du facteur solaire.

Le double vitrage à verre clair + verre réfléchissant

Lorsque l’énergie solaire est interceptée par une paroi, une partie est réfléchie vers l’extérieur, une partie est absorbée par les matériaux, une partie est transmise à l’intérieur.

Simple vitrage et double vitrage.

Les facteurs énergétiques :
TE : facteur de transmission directe du vitrage, RE : facteur de réflexion directe, AE : facteur d’absorption directe, FS : facteur solaire de transmission totale d’énergie à travers le vitrage.

Le verre réfléchissant est conçu de façon à augmenter la fraction d’énergie solaire incidente réfléchie et d’en diminuer ainsi la part transmise.

La proportion entre l’énergie émise vers l’extérieur et vers l’intérieur dépend, entre autres, de la vitesse du vent et des températures de l’air extérieur et de l’air intérieur.

La propriété réfléchissante est obtenue par un dépôt d’une ou de plusieurs couches à base d’oxydes métalliques sur le vitrage, le plus souvent sur une seule face du verre et à l’intérieur du double vitrage (en position 2) de façon à réfléchir les rayons lumineux avant qu’ils ne pénètrent dans la couche d’air.

Ces couches peuvent être de plusieurs natures :

Des couches pyrolithiques à base d’oxydes métalliques déposées sur un float ou un verre absorbant, ces couches peuvent être placées en position 1 ou 2.
Des couches sous vide à base d’oxydes métalliques ou de métaux. Ces couches étant plus fragiles, elles sont obligatoirement placées à l’intérieur du double vitrage en position 2.
Des films adhésifs réfléchissants. Un film est apposé de façon indélébile (le décollement du film est possible mais très difficile) sur une face du vitrage (généralement à l’intérieur). Cette technique est utilisée en rénovation.

Facteurs énergétiques et lumineux

L’action sélective des métaux nobles utilisés dans les couches réfléchissantes a pour effet :

D’empêcher la chaleur solaire de pénétrer dans le bâtiment par réflexion du rayonnement solaire infrarouge et ultraviolet, non perceptible à l’œil, mais représentant respectivement 43 % et 3 % de l’énergie solaire.
Les vitrages réfléchissants sont caractérisés par un facteur solaire FS variant de 0.10 à 0.63 contre 0.78 à 0.81 pour un verre clair.
De refléter en même temps la lumière, c’est-à-dire le rayonnement visible du spectre solaire, entraînant une transmission lumineuse plus faible que celle des vitrages clairs.
Les vitrages réfléchissants ont un facteur de transmission lumineuse TL compris entre 0.07 et 0.66 contre 0.65 et 0.76 pour un verre clair.
De ne pas modifier coefficient de transmission thermique U, qui est le même, pour un double vitrage réfléchissant, que celui d’un double vitrage classique.

Les fabricants tentent de plus en plus d’obtenir le meilleur compromis entre la part d’énergie réfléchie et la part de lumière transmise.

Exemple : Les figures suivantes illustrent le principe ci-dessus en comparant les courbes de transmission du spectre solaire à travers un vitrage clair, un vitrage réfléchissant gris et un vitrage réfléchissant argenté.

Le vitrage clair

TL = 80 % FS = 76 %

Le vitrage réfléchissant bleu

TL = 48 % FS = 33 % RE = 32 % AE = 38 %

Le vitrage réfléchissant argenté

TL = 43 % FS = 25 % RE = 50 % AE = 28 %

Légende :

				Le rayonnement visible du spectre solaire (la lumière) transmis par le vitrage.
				Le rayonnement solaire infrarouge et ultraviolet, non perceptible à l’oeil, transmis par le vitrage.
				L’énergie solaire totale incidente.

L’efficacité sélective du vitrage réfléchissant argenté permet de laisser passer une grande partie de la lumière (TL = 43 %) tout en stoppant quasi complètement le rayonnement infrarouge (FS = 25 %). Par rapport à un vitrage isolant classique, il laisse passer trois fois moins de chaleur solaire en réduisant la transmission lumineuse de 50 %.
On remarque qu’un vitrage réfléchissant est toujours absorbant (AE) dans une certaine mesure.

Remarque : il existe actuellement des vitrages réfléchissants non colorés dont l’aspect est neutre !

Précautions

Les verres réfléchissants sont, comme les verres absorbants, sujet à la casse thermique. Des précautions sont à prendre pour éviter les surchauffes.
Ces verres peuvent être clairs ou teintés (bronze, gris, argenté, vert, bleu…) conférant au vitrage des propriétés de réflexion énergétiques et lumineuses très diverses.
Ces vitrages réfléchissent toujours la lumière provenant du milieu le plus lumineux. Dès lors le soir, c’est l’éclairage artificiel des locaux qui sera réfléchi vers l’intérieur, la vue vers l’extérieur n’est plus possible.

Vitrages composés

Le vitrage absorbant et réfléchissant : associe les deux propriétés au sein d’un même vitrage. Une couche d’oxyde métallique est simplement déposée sur un verre absorbant.

Le vitrage basse émissivité et réfléchissant :

Il confère au vitrage un double intérêt :

Réduire l’intensité du rayonnement solaire, grâce à une couche d’oxydes métalliques placée sur la face 2, qui réfléchit l’énergie solaire avant qu’elle ne pénètre dans la couche d’air. Le facteur solaire du vitrage sera fonction de la nature de la couche réfléchissante.
Une couche basse émissivité, placée en face 3, réfléchit le rayonnement de chaleur vers l’intérieur. Ces vitrages auront un coefficient de transmission thermique nettement amélioré.

Certains films dits « à basse émissivité » associent les deux propriétés au sein d’un même film. Leur application permet une diminution des pertes en énergie au travers d’un vitrage pouvant aller jusqu’à 30 %.

Données

Pour connaitre les principales caractéristiques des différents types de vitrages.

Le double vitrage à verre clair + verre absorbant

Lorsque l’énergie solaire est interceptée par une paroi, une partie est réfléchie vers l’extérieur, une partie est absorbée par les matériaux, une partie est transmise à l’intérieur.

Simple vitrage et double vitrage.

Le verre absorbant est conçu de façon à absorber une partie de l’énergie solaire incidente avant de l’émettre vers l’intérieur et l’extérieur sous forme d’infrarouge.

La proportion entre l’énergie émise vers l’extérieur et vers l’intérieur dépend, entre autres, de la vitesse du vent et des températures de l’air extérieur et de l’air intérieur.

Les verres absorbants sont des verres teintés dans la masse (bronze, gris, vert, rose, bleu…) par adjonction d’oxydes métalliques à la composition. Ils sont placés coté extérieur de façon à réémettre vers l’extérieur le rayonnement le plus tôt possible.

Facteurs énergétiques et lumineux

L’action sélective des verres absorbants a pour effet :

De diminuer le facteur solaire FS du vitrage, selon la couleur et l’épaisseur du verre. Celui-ci pourra varier de 0,46 à 0,67; ce qui correspond à une énergie solaire absorbée et réémise vers l’extérieur variant de 54 % à 33 %. À titre de comparaison, le facteur solaire varie de 0,78 à 0,81 pour un verre clair.
De diminuer le coefficient de transmission lumineuse TL. Celui-ci est compris entre 0,36 et 0,65 contre 0,65 et 0,76 dans le cas d’un double vitrage classique.
De ne pas modifier le coefficient de transmission thermique U, qui est le même que celui d’un double vitrage classique.

Ces vitrages offrent une large gamme de coloris conférant aux vitrages des propriétés d’absorption très diverses. On constate que les vitrages de couleur bleu claire ou verte, ont un coefficient de transmission lumineuse plus élevé que les vitrages teintés traditionnels de couleur bronze ou grise mais un facteur solaire moins élevé que ces derniers.

Les vitrages absorbants sont toujours réfléchissants dans une certaine mesure.

On constate que plus le taux d’absorption est grand, plus le vitrage aura un effet matifié et moins les caractéristiques de réflexion seront grandes.

Exemple de répartition de l’énergie transmise, réfléchie et absorbée pour 2 types de vitrages :

Vitrage clair non traité.

Vitrage absorbant.

Exemple de teintes et de répartition des caractéristiques de réflexion et d’absorption de certains vitrages :

Vitrage absorbant bronze :

FS = 42 %
TL = 27 %
AE = 63 %
RE = 8 %

Vitrage absorbant vert :

FS = 20 %
TL = 36 %
AE = 64 %
RE = 20 %

Vitrage absorbant doré :

FS = 13 %
TL = 20 %
AE = 40 %
RE = 50 %

Précautions

Pour évacuer un maximum de chaleur rayonnée vers l’extérieur, on placera le verre absorbant le moins possible en retrait du plan de la façade.
Les verres absorbants ont tendance à s’échauffer plus que les verres classiques, et sont sujets à la casse thermique. Il faut prendre des précautions en conséquence.
On utilise fréquemment le double vitrage absorbant et réfléchissant spécialement étudié contre le rayonnement solaire et associant les deux propriétés au sein d’un même vitrage.

Les vitrages à propriétés variables

Les besoins en gains solaires et en lumière naturelle varient en fonction du temps et de l’occupation. Aussi, l’idée d’un vitrage aux propriétés variables dans le temps s’avère très séduisante.

Le principe est d’intégrer dans le vitrage des matériaux chromogènes dont la caractéristique essentielle est de subir une modification importante de ses propriétés optiques sous l’effet dune variation du champ électrique, de la charge électrique, de l’intensité lumineuse, de la composition spectrale de la lumière ou de la température du matériau.

Sous tension.

Hors tension.

Action modifiant les caractéristiques optiques du vitrage

Non électrique

Le vitrage photochromique

Modifie ses propriétés optiques sous l’action de la lumière ultraviolette.
Bon contrôle de la transmission lumineuse mais peu performant pour le contrôle des gains solaires.

Le vitrage thermochromique et thermotrope

Evolution de la transmission et de la réflexion
d’un matériau thermotrope en fonction de la température.

Un verre thermochromique modifie ses propriétés de transmission sous l’effet d’un processus chimique initié par un changement de température. Si le processus est physique, le verre est dit thermotrope.
Le champ d’application s’étend au contrôle de la surchauffe et de l’éblouissement.

Électrique

Le vitrage à cristaux liquides.

Il modifie l’orientation de ses cristaux sous l’action d’un champ électrique.
Sous tension, l’orientation est régulière et rend le verre transparent, par contre hors tension l’orientation est quelconque ce qui rend le vitrage transparent diffus.

Le vitrage à particules dispersées

Le principe est similaire à celui des cristaux liquides mais ce sont des aiguilles de polyiodure en suspension dans un gel ou un liquide organique.

Le vitrage électrochrome

Son principe repose sur l’injection ou l’expulsion d’électrons et d’ions qui engendrent une décoloration de manière à pouvoir régler l’intensité de la réflexion en fonction de l’intensité lumineuse.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Auditer rapidement le système de ventilation

Production et régulation

Repérer le problème	Projet à étudier	Rentabilité approximative
Le ratio du débit total d’air neuf pulsé par rapport au nombre effectif de personnes dans le bâtiment est-il compris entre 22 et 36 m³/h ? Le ration « puissance cumulée des ventilateurs (pulsion et extraction) par rapport au débit d’air transporté (commun) » est-il inférieur à 1,1 W/(m³/h) ?	Limiter les débits d’air neuf aux débits hygiéniques recommandés en adaptant la puissance du ventilateur de l’installation (exemple : changement du diamètre des poulies).	+ + + Diminution permanente de 1000 m³/h = – 1 000 litres de fuel par an pour un fonctionnement 10 h/jour et 5 j/semaine.
En hiver, la pulsion est-elle arrêtée la nuit et le week-end ?	En hiver, programmer l’arrêt de la pulsion d’air en dehors des heures d’occupation.	+ + + Gain : …70 %… sur le poste « air ».
Le débit d’extraction sanitaire est-il réduit la nuit et le week-end ?	Limiter le débit d’extraction sanitaire la nuit et le week-end.	+ + + Gain : …50 %… sur le poste « air ».
En journée, le débit de ventilation des locaux à occupation variable (salles de réunions, de conférence, cafétéria,…) est-il limité en fonction de l’occupation (grâce à des détecteurs de présence ou de CO₂ ,…) ? Si oui, le débit du ventilateur est-il géré par variation de vitesse plutôt que par un système du type « étranglement » ?	Gérer le débit d’air neuf en équipant les locaux à occupation variable de bouches réglables et de détection de présence ou de sondes CO₂.	+ + TR : très rentable si faible taux d’occupation et salle de grande capacité.
Y a-t-il un récupérateur de chaleur	Placer un récupérateur de chaleur	+++
Pour chauffer l’air neuf, récupère-t-on les chaleurs gratuites du bâtiment ? sur l’air extrait ? sur le condenseur d’une machine frigorifique ? dans un atrium ?	Récupérer la chaleur sur l’air extrait. Récupérer la chaleur sur le condenseur d’une machine frigorifique. Adopter une prise d’air de ventilation dans l’atrium pour valoriser l’apport solaire et l’apport des bâtiments adjacents.	+ Modifier la distribution de l’air Gain Récupérateur : …50 %… sur le chauffage de l’air.
Les locaux où les exigences sur la qualité de l’air sont plus faibles (archives, garages,…), sont-ils ventilés avec l’air extrait d’autres locaux ? (Ce système permet d’économiser l’énergie nécessaire au préchauffage de l’air pulsé dans ces zones).		+
En été, si le bâtiment a une certaine inertie, l’installation fonctionne-t-elle la nuit pour refroidir la structure du bâtiment et diminuer la demande de refroidissement en journée ?	En été, si le bâtiment a une certaine inertie thermique, ventiler le bâtiment avant l’occupation pour le « pré-refroidir ».	+ Gain pour autant que la pulsion ne se fasse que lorsque l’air extérieur est plus froid de 6 à 8 degrés minimum.
Les filtres de l’installation sont-ils adéquats ? (qualité de filtre minimum F7) Les filtres de l’installation sont-ils remplacés au moins tous les ans ? Disposent-ils d’un manomètre de pression différentielle et sont-ils remplacés régulièrement en fonction des valeurs indiquées par le manomètre ?	Remplacer les filtres régulièrement (suivant indication du manomètre de pression différentielle, et au moins tous les ans).	+
Si les ventilateurs sont à transmission par courroie, les poulies sont-elles bien alignées et la tension des courroies est-elle correcte ? (déformation maximum de 1 .. 1,5 cm avec une pression modérée).	Améliorer le rendement de la transmission (tension des courroies, alignement, …).
Le rapport entre la puissance du ventilateur et le débit pulsé est-il supérieur à 0,35 W/(m³/h) ? Les ventilateurs sont-ils à aubes recourbées vers l’arrière ? Les ventilateurs ont-ils un moteur à courant continu ? Les ventilateurs sont-ils à transmission directe ?	Améliorer ou remplacer le ventilateur.	+

Humidification et la déshumidification

Repérer le problème	Projet à étudier	Rentabilité approximative
Humidifie-t-on l’air pulsé dans les locaux à forte occupation ou à l’inverse inoccupé ? (Archives ? Cafeteria ? …).L’humidification est-elle strictement réservée aux locaux où elle est nécessaire ?	Arrêter l’humidification sur certains groupes de préparation d’air.	+ + Gain = 100 % sur le poste « humidification » (lui -même égal à 30% du poste chauffage de l’air.
L’humidificateur est-il commandé par une sonde d’humidité ambiante ou de reprise ? Si oui, la consigne est-elle inférieure à 40 % ?	Réguler l’humidificateur en fonction de l’humidité ambiante en limitant celle-ci à 40 %.	+ + +
Le déshumidificateur est-il commandé par une sonde d’humidité ambiante ou de reprise ? Si oui, la consigne est-elle supérieure à 60 % ?	Réguler le déshumidificateur en fonction de l’humidité ambiante en limitant celle-ci à 60 %.	+ + +
Y a-t-il une zone neutre entre les consignes d’humidification et de déshumidification pour éviter le fonctionnement simultané des deux systèmes ?	Réguler les systèmes pour humidifier si la consigne est inférieure à 40 % et déshumidifier si la consigne est supérieure à 60%.	+ + +
Pour les humidificateurs à vapeur, le débit de déconcentration est-il adapté aux besoins ? (Suite à l’évaporation de l’eau, l’eau restante se change en sel. L’eau doit être régulièrement renouvelée : de l’eau très chaude est remplacée par de l’eau froide. Ce débit peut devenir consommateur s’il n’est pas surveillé).	Adapter le débit de déconcentration des humidificateurs à vapeur aux besoins.	+ +
L’humidification est-elle mise à l’arrêt en mi-saison et en été ? L’humidification est-elle arrêtée et vidangée à la fin de l’hiver ?	Couper l’humidification lorsque la température extérieure dépasse 8°C.	+ + +

Réseau et distribution

Repérer le problème	Projet à étudier	Rentabilité approx.
L’équilibrage du réseau est-il correct ? (pas de locaux sur-ventilés ou sous-ventilés).	Équilibrer le réseau.	+
Le réseau de pulsion est-il étanche ? (Pour rechercher les fuites dans un réseau en surpression (pulsion), il faut déposer un produit moussant sur les joints suspects. Des traces de poussières aux raccords sont aussi des signes d’inétanchéité).	Étanchéifier les conduits d’air (au minimum par bandes adhésives, au mieux par le remplacement des conduits).	+ +
Les conduits de pulsion sont-ils isolés, dans les locaux non chauffés (5 cm minimum) ? dans les locaux chauffés (3 cm minimum) ?	Isoler les conduits de pulsion.	+
Les circuits de distribution sont-ils adaptés au zonage du bâtiment ? Les zones sont-elles homogènes au niveau de l’horaire d’utilisation ?		++
La position des bouches de pulsion et d’extraction est-elle correcte ? Le type de bouche de pulsion permet-il un brassage efficace entre l’air pulsé et l’air ambiant ?	Choisir et placer les bouches de pulsion et d’extraction efficacement	+

Confort de la ventilation

Qualité d’air ?

Repérer le problème	Projet à étudier
Le taux de CO₂ des locaux est-il supérieur à 800 ppm ?	Concevoir
Les occupants se plaignent-ils d’odeurs corporelles dans les locaux fortement occupés ?
Y a-t-il des traces de condensation (moisissures) dans certains locaux ?
Le bâtiment dispose-t-il d’un système de ventilation spécifique (grilles d’amenée d’air, pulsion d’air, extraction sanitaire, …)
En ventilation naturelle, la taille des ouvertures prévues est-elle proche de 10 cm² par m² de surface au sol ?
Des grilles de transfert ou un détalonnage des portes sont-ils prévus entre les locaux d’amenée d’air et les locaux d’extraction ?
Les prises d’air neuf sont-elles protégées des ambiances polluées (parking, rejet d’air vicié, …) ?
Quel est l’encrassement du réseau de distribution d’air ?	Gérer

Courants d’air ?

Repérer le problème	Projet à étudier
Les occupants se plaignent-ils de courants d’air froids ?	Concevoir
Les grilles d’amenées d’air naturelles sont-elles disposées à plus de 1,8 m de hauteur et au-dessus de corps de chauffe ?	Concevoir
L’air neuf est-il préchauffé ?	Concevoir

Nuisances acoustiques ?

Repérer le problème	Projet à étudier
Le niveau de bruit mesuré dépasse-t-il les exigences réglementaires ?	Améliorer
Les occupants se plaignent-ils d’un bruit excessif du système de ventilation ?	Gérer
Quelle est l’origine du bruit (bruit extérieur, bruit de ventilateur, sifflement de l’air dans une bouche) ?	Améliorer
Un silencieux est-il disposé à la sortie du ventilateur ?	Améliorer
Le ventilateur est-il raccordé au réseau de distribution par un manchon souple ?	Améliorer

Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

Évaluer		Audit de la ventilation hygiénique d’un bâtiment existant pour le Responsable Énergie
Calculs		Audit de la ventilation hygiénique d’un bâtiment existant pour l’auditeur (xls)

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Niveaux de bruit maximaux recommandés

Noise rating

Le confort acoustique est généralement déterminé à partir du niveau NR (Noise Rating) atteint dans le local.

NR 20	Conditions excellentes d’écoute, salles de concert, studios d’enregistrement
NR 25	Très bonnes conditions d’écoute, auditoires, théâtres, églises, salles de conférence
NR 20 – 30	Condition de séjour, de repos, de sommeil, maisons d’habitation, hôtels, appartements
NR 30 – 35	Bonnes conditions d’écoute, bureaux de direction, salles de classe, bibliothèques
NR 35 – 40	Conditions d’écoute normales, grands bureaux, restaurants calmes, commerces
NR 40 – 45	Conditions d’écoute modérées laboratoires, restaurants, bureaux de dessin
NR 45 – 55	Conditions de travail acceptables avec un minimum de compréhension de la parole
NR 50 – 70	Usines, ateliers

Norme européenne

La norme européenne (« les systèmes de ventilation pour les bâtiments – critères de conception de l’ambiance intérieure », d’après les travaux réalisés dans le cadre du TC 156/WG6 du CEN) propose trois niveaux de confort acoustique : grand standing – moyen – minimal, sur base de niveaux de pression acoustique à respecter dans les locaux :

Type de bâtiment	Type de local	dB(A)
Garderies	école maternelle	30/40/45
Garderies	crèche	30/40/45
Bâtiments publics	auditorium	30/33/35
	bibliothèque	30/33/35
	cinéma	30/35/40
	salle d’audience de tribunal	30/35/40
Commerces	magasin de détail	35/40/50
	grand magasin	40/45/50
	supermarché	40/45/50
	salle informatique, grande	40/50/60
	salle informatique, petite	40/45/50
Hôpitaux	couloirs	35/40/45
	bloc opératoire	35/40/45
	salle	25/30/35
Hôtels	couloir	35/40/45
	salon de réception	35/40/45
	chambre d’hôtel (nuit)	25/30/35
	chambre d’hôtel (jour)	30/35/40
Bureaux	petit bureau	30/35/40
	salle de réunion	30/35/40
	bureau paysager	35/40/45
	box à usage de bureau	35/40/45
Restauration	cafétérias	35/40/50
	restaurant	35/45/50
	cuisine	40/55/60
Enseignement	salle de cours	30/35/40
	couloir	40/45/50
	salle de sports	35/40/45
	salle des enseignants	33/35/40
Bâtiments sportifs	stade couvert	35/45/50
Bâtiments sportifs	piscine	40/45/50
Tous types	toilettes	40/45/50
Tous types	vestiaire	40/45/50

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vitrage isolant thermique et vitrage isolant acoustique

Données

Pour connaitre les principales caractéristiques des différents types de vitrages.

Le double vitrage à verre clair

Le double vitrage est constitué de deux feuilles de verre assemblées et scellées en usine, séparées par un espace hermétique clos renfermant de l’air ou un autre gaz déshydraté.

Feuilles de verre.
Air et/ou gaz déshydraté.
Espaceur fixant l’espace entre les feuilles de verre.
Ouverture pour l’absorption d’humidité.
Première barrière d’étanchéité en polyisobuthylène.
Dessicant.
Seconde barrière d’étanchéité en polyuréthane, silicone ou polysulfure.

Le dessicatif introduit dans l’espaceur est destiné à assécher le gaz emprisonné à la fermeture du vitrage et à absorber la vapeur d’eau éventuelle. Le bon fonctionnement des barrières d’étanchéité et du dessicatif conditionne la durée de vie du vitrage.

La composition des doubles vitrages est données par 3 valeurs (en mm). Exemple : 4/12/4 : l’épaisseur de la feuille de verre extérieure / l’épaisseur de l’espaceur / l’épaisseur de la feuille de verre intérieure.

La garantie d’efficacité des doubles vitrages prévues dans les agréments techniques (ATG) est de 10 ans. Mais la durée de vie réelle est bien supérieure.

Le double vitrage est à présent imposé dans toutes les constructions neuves comme dans les rénovations suite aux réglementations relatives à l’isolation thermique en vigueur en Région wallonne et en Région Flamande.

Les modes de transmission de chaleur

L’intérêt du dispositif est de bénéficier du pouvoir isolant apporté par la lame d’air ou de gaz, et de faire baisser de la sorte le coefficient de transmission thermique U de l’ensemble du vitrage.

La transmission de chaleur dans la lame d’air se fait par convection, rayonnement et conduction.
Elle se fait par conduction et rayonnement dans le verre.

La présence de la lame d’air permet de limiter les pertes de chaleur par conduction, la conductivité thermique de l’air (0.025 W/mK (à 10°C)) étant nettement inférieure à celle du verre (1 W/mK).

Caractéristiques énergétiques

Lorsque l’énergie solaire est interceptée par une paroi, une partie est réfléchie vers l’extérieur, une partie est absorbée par le matériau, une partie est transmise à l’intérieur.

La transmission solaire du double vitrage est légèrement plus faible que celle du vitrage simple car la chaleur qui traverse le vitrage est absorbée et réfléchie par deux couches et non une seule.

Les schémas suivants donnent les coefficients de tranmission thermique U et le facteur solaire FS d’un double vitrage et d’un simple vitrage :

Simple vitrage et double vitrage.

Améliorer la performance du double vitrage ?

Une des manières de réduire le coefficient de conductivité thermique d’un double ou triple vitrage est de travailler sur l’espace interstitiel. La première idée consiste à augmenter l’épaisseur de la lame d’air. Effectivement, l’isolation augmente dans les premiers millimètres, puis l’isolation reste pratiquement constante au delà de 14 mm. Pourquoi ? dans le premier temps, l’air constitue un matelas, mauvais conducteur de la chaleur, mais une fois que l’épaisseur d’air s’accroît, des boucles d’échange convectives se forment entre la vitre chaude et la vitre froide… Un double châssis écarté de 20 cm n’isole pas mieux qu’un double vitrage ordinaire.

On a alors pensé à remplacer l’air par un gaz moins conducteur : l’Argon, le Krypton, … Effectivement, cela apporte un « + » à l’effet d’isolation. Mais impossible de descendre en dessous d’un U de 2,5 W/m²K.

Et pourquoi pas le vide ? Effectivement, un vide d’air permet une absence de convection et de conduction. Mais mécaniquement, les deux vitres ont du mal à résister à la pression atmosphérique et se brisent. Il faut alors placer des écarteurs… qui sont eux-mêmes des conducteurs de chaleur… Cette technique est à l’étude mais n’a pas d’application industrielle aujourd’hui.

Reste à diminuer la transmission de chaleur par rayonnement : c’est l’idée du vitrage à basse émissivité dont nous reparlerons ci-dessous.

Caractéristique lumineuse

Le double vitrage assure un aspect neutre en réflexion et une grande transparence. Il est caractérisé par un coefficient de transmission lumineuse élevé mais néanmoins inférieur à celui d’un simple vitrage.

Simple vitrage, TL = 90 % et double vitrage TL = 81 %.

Caractéristique acoustique

Curieusement, l’isolation acoustique que procure le double vitrage dans les basses (bruit de trafic lent) et moyennes fréquences est légèrement inférieure à celle d’un simple vitrage de la même épaisseur.

Il est caractérisé par un indice pondéré d’affaiblissement acoustique.

Rw	Rw +C	Rw +Ctr
30	29	26

Certaines dispositions peuvent être prises de façon à assurer des performances acoustiques suffisantes. On se référera aux vitrages acoustiques.
À partir du double vitrage des améliorations sont possibles afin d’augmenter encore les performances énergétiques et solaires du vitrage : le vitrage basse émissivité, absorbant, réfléchissant…

Le double vitrage « à basse émissivité »

Principe

Ce vitrage est aussi appelé « vitrage à haut rendement » ou « vitrage super isolant ». En anglais, il se nomme vitrage « low-E » et en France, on l’appelle « Vitrage à Isolation Renforcée » (VIR).

L’objectif est d’augmenter le pouvoir isolant du double vitrage, c.-à-d. de diminuer son coefficient de transmission thermique U.

Vous avez dit : « émissivité » ?

Quand de la chaleur ou de l’énergie solaire est absorbée par un vitrage, elle est réémise par le vitrage, soit par convection d’air le long de sa surface, soit par radiation de la surface du vitrage vers les autres surfaces plus froides. Par conséquent, la réduction de la chaleur émise par les fenêtres sous forme de radiation peut améliorer fortement ses propriétés isolantes.

La capacité d’un matériau à émettre de la chaleur de manière radiative est appelée son émissivité. Ce coefficient d’émissivité varie en fonction de la longueur d’onde du signal émis. Les fenêtres, ainsi que les matériaux que l’on trouve à l’intérieur d’un bâtiment, émettent typiquement des radiations sous forme d’infrarouges de très grande longueur d’onde. A savoir enfin que pour une longueur d’onde donnée, le coefficient d’absorption d’un matériau est égal au coefficient d’émissivité.

Les vitrages standards ont une émissivité de 0.84 sur l’entièreté du spectre. Cela signifie qu’ils émettent 84 % de l’énergie possible pour un objet à cette température. Cela signifie également qu’en ce qui concerne les rayonnements à grande longueur d’onde qui frappent la surface du verre, 84 % est absorbé et seulement 16 % est réfléchi.

Par comparaison, les couches basse-émissivité ont un coefficient d’émissivité de 0.04.

Les vitrages sur lesquels on a déposé de telles couches émettront seulement 4 % de l’énergie possible à cette température, donc absorberont seulement 4 % du rayonnement de grande longueur d’onde qui les atteint.

Autrement dit, ils réfléchiront 96 % du rayonnement infrarouge de grande longueur d’onde.

Application

Le rayonnement calorifique des objets terrestres est émis à une longueur d’onde plus élevée que ceux qui composent le spectre solaire.

Ondes électromagnétiques correspondant au rayonnement solaire et au rayonnement des corps terrestres.

D’où l’astuce : il est tout à fait possible de laisser pénétrer l’énergie solaire (à courte longueur d’onde) à travers un vitrage tout en empêchant la chaleur (à grande longueur d’onde) de quitter ce local !

La couche « basse émissivité » est, en général, une couche métallique, en argent par exemple, déposée sous vide et qui doit être placée à l’intérieur du double vitrage vu sa fragilité. Elle bloquera une partie du transfert de chaleur par rayonnement, diminuant ainsi le flux total de chaleur au travers de la fenêtre.

Importance de la position de la couche basse émissivité

La position de la couche basse émissivité dans un double vitrage n’affecte en rien le facteur U de celui-ci. Donc, en ce qui concerne les pertes de chaleur par transmission, il n’y a absolument aucune différence que la couche basse émissivité soit placée en position 2 ou en position 3.

Numérotation des vitrages.

La surface d’un vitrage, dans un double ou un triple vitrage, est référencée par un nombre, commençant par le numéro 1 pour la surface extérieure du vitrage extérieur vers la surface intérieure du vitrage intérieur. La surface intérieure d’un double vitrage porte donc le numéro 4.

Par contre, le facteur solaire FS du vitrage est influencé par la position de la couche.

En effet, en plus de sa capacité à inhiber les transferts d’infrarouges à grande longueur d’onde, une couche basse émissivité absorbe aussi une certaine quantité de l’énergie solaire incidente. Cette énergie absorbée est transformée en chaleur, provoquant ainsi un échauffement du vitrage.

Si l’on cherche à laisser passer la chaleur solaire (FS élevé), la couche basse émissivité sera placée sur le verre intérieur du double vitrage (en face 3). La chaleur absorbée par la vitre sera réémise vers l’intérieur.

Si l’on cherche au contraire à diminuer la chaleur solaire entrante (FS faible), la couche basse émissivité sera placée en face 2, la chaleur absorbée par le vitrage étant alors essentiellement réémise vers l’extérieur. Dans ce cas, on peut adjoindre une couche réfléchissante à la couche basse émissivité pour diminuer encore FS.

Et si on pose le châssis à l’envers ?

Lorsque les châssis et les vitrages arrivent séparément sur un chantier, on veillera à ce que la couche basse émissivité se retrouve bien à la position souhaitée pour tous les châssis du bâtiment (généralement en face 3 dans le domestique et en face 2 dans le tertiaire avec apports internes élevés).

Si l’autocollant est absent, il est possible de repérer la position de la couche au moyen de la flamme d’un briquet. En effet, 4 images de la flamme seront réfléchies par les 4 faces. La couche basse émissivité génèrera un reflet bleuté, les autres étant plus orangées.

Caractéristiques énergétiques et lumineuses

Le double vitrage basse émissivité est caractérisé par un faible coefficient de transmission thermique U, variant de 1 à 1,9 W/m².K selon le mode d’application de la couche métallique ainsi que la nature du gaz présent entre les feuilles de verres.

Il existe une multitude de vitrages sur le marché. Des combinaisons multiples sont proposées entre le facteur solaire FS et le facteur de transmission lumineuse FL. Il est possible de trouver un vitrage pour lequel la présence de la couche métallique ne provoque qu’une très légère baisse des gains solaires et de la transmission lumineuse par rapport à un double vitrage classique. Autrement dit, la couche basse émissivité « ne se voit pas ».

La couche à basse émissivité peut être manipulée de manière à transmettre le rayonnement ayant certaines longueurs d’onde et à réfléchir le rayonnement ayant d’autres longueurs d’ondes.

On peut ainsi combiner les couches à basse émissivité et les couches de contrôle solaire. Il s’agit alors de couches déposées sous vide, combinant ces deux effets et placées en position 2.

Les premiers vitrages à basse émissivité ont été conçus de manière à maximiser les gains solaires en hiver. Ils devraient donc avoir un grand facteur solaire, un coefficient de transmission lumineuse important ainsi qu’un faible coefficient de transmission thermique U. Ils devaient donc transmettre les longueurs d’ondes du rayonnement solaire (rayonnements visibles et infrarouges proches) mais arrêter les infrarouges lointains (correspondant au rayonnement des corps terrestres). On appelle ces vitrages « vitrages à basse émissivité et haute transmission« .

Dans les bâtiments du secteur tertiaire, on demande souvent de minimiser les gains solaires tout en conservant une bonne transmission lumineuse et une bonne isolation. Ces vitrages doivent donc transmettre le rayonnement visible tout en arrêtant le rayonnement solaire correspondant aux infrarouges proches et le rayonnement des corps terrestres (les infrarouges lointains). Ces vitrages sont appelés « vitrages à basse émissivité sélectifs ».

Exemple.

On trouve actuellement des vitrages « haut rendement » avec un facteur solaire limité à 40 % tout en atteignant une transmission lumineuse de 70 %.

Pour diminuer encore le facteur solaire, on peut enfin placer une couche basse émissivité sur un vitrage teinté foncé ou augmenter le coefficient de réflexion des rayons lumineux de la couche elle-même, créant ainsi un produit ayant les propriétés isolantes d’un vitrage « basse émissivité », conjugué un rejet des gains solaires, perdant de facto une certaine qualité de transmission lumineuse. Ces vitrages sont appelés « vitrages à basse émissivité sélectifs et à basse transmission« .

Vitrage clair.
Vitrage basse émissivité et haute transmission.
Vitrage basse émissivité spectralement sélectif.
Vitrage basse émissivité spectralement sélectif et à basse transmission.

Le triple vitrage

Le vitrage est formé par trois feuilles de verre séparant deux espaces d’air.

Caractéristiques énergétiques et lumineuses

L’isolation thermique que procure un triple vitrage est meilleure que celle d’un double vitrage. Le coefficient de transmission thermique U d’un tel vitrage est de 1,9 W/m²K pour un triple vitrage ordinaire (deux lames d’air.) mais peut descendre jusqu’à 0.5 W/m²K pour les triples vitrages à gaz isolants.

Par contre, les gains solaires et la transmission lumineuse sont diminués par la présence du troisième verre.

Données

Pour connaitre les principales caractéristiques des différents types de vitrages.

Une variante

Le triple vitrage est rarement appliqué, car sa forte épaisseur et son poids élevé ne s’adaptent pas aux menuiseries classiques.

Une variante consiste en un double vitrage avec un ou plusieurs films plastiques tendus dans l’espace d’air, de façon à avoir plusieurs lames d’air en série sans augmenter le poids du vitrage.

Film tendu.
Espaceur métallique.
Mastic thermodurcissable.

Il existe des films ayant des propriétés basse émissivité et/ou de réflexion de l’énergie solaire.

Le vitrage isolant acoustique

Si l’on observe le spectre d’isolation acoustique d’un double vitrage, on remarque que l’isolation acoustique que procure un double vitrage est relativement mauvaise à la fréquence critique des feuilles de verres (3 200 Hertz) et dans les basses et moyennes fréquences (bruit de trafic lent).

Ce deuxième puits de résonance s’explique par le fait que le double vitrage se comporte comme un système acoustique du type MASSE/RESSORT/MASSE. La lame d’air jouant le rôle de ressort, son épaisseur est généralement trop faible pour créer un ressort suffisamment souple et le système fait entrer le verre en résonance.

Pourtant l’acoustique s’améliore lors d’un remplacement d’un châssis !

Des propos ci-dessus, on pourrait déduire que le remplacement, en rénovation, du simple vitrage par du double vitrage n’est pas intéressant du point de vue acoustique… Cette supposition est cependant erronée car le remplacement du vitrage s’accompagne, en général, du remplacement du châssis qui offre une meilleure étanchéité à l’air et donc à une meilleure isolation acoustique que l’ancien châssis; ce qui mène à une amélioration de l’isolation acoustique de l’ensemble vitrage + châssis.

Certaines dispositions permettent aussi d’améliorer l’isolation acoustique d’un double vitrage :

Les doubles vitrages dissymétriques

Chaque plaque d’un matériau d’une épaisseur donnée a une fréquence critique pour laquelle elle se met à vibrer plus facilement. À cette fréquence, le bruit se transmet beaucoup mieux.
Le principe des vitrages dissymétriques est le suivant : on utilise au sein d’un même vitrage des verres d’épaisseur suffisamment différente de sorte que chacun d’eux puisse masquer les faiblesses de l’autre lorsqu’il atteint sa fréquence critique.

La figure suivante compare les spectres d’isolation acoustique d’un double vitrage classique et d’un double vitrage dissymétrique.

Le tableau ci-dessous donne les performances acoustiques des doubles vitrages pour différents types d’assemblages.

Composition (mm)	Rw + C (dB)	Rw + Ctr (dB)
6-15-4	33	31
8-12-5	35	32
8-20-5	35	32
10-12-6	36	34
10-15-6	37	34
10-12-8	36	34

Les vitrages avec gaz isolant

On remplace l’air d’un double vitrage par un gaz isolant adapté (l’hexafluorure de carbone : SF₆).

Cela permet de réaliser des gains appréciables dans les hautes et moyennes fréquences (bruits de trafic rapide), mais les performances s’avèrent défavorables dans les basses fréquences (bruit de trafic urbain (315 Hertz)).

La figure suivante comparant les spectres d’isolation acoustique d’un double vitrage classique et d’un double vitrage avec gaz isolant.

Ce gaz présente le désavantage de diminuer l’isolation thermique des doubles vitrages et cause des problèmes à l’environnement. Les doubles vitrages avec SF6 sont donc à déconseiller et sont, de toute façon, appelés à disparaître.

Les verres feuilletés acoustiques

En résumé…


	Rénovation !

Tableau des performances acoustiques

Type de vitrage :	Rw (indice pondéré d’affaiblissement acoustique)	Rw + C	Rw + Ctr
Vitrage double ordinaire (4/15air/4)	30	29	26
Vitrage thermique disymétrique avec gaz (8/12argon/5)	38	36	32
Vitrage thermique feuilleté (6/15air/55.2 PVB)	38	37	35
Vitrage thermique feuilleté (8/12air/44.2 PVB)	41	40	37
Vitrage avec PVB amélioré (12/20air/44.2 PVBa)	44	43	40
Vitrage avec résine coulée (44.1,5RC/20argon/55.1,5RC)	49	47	42

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les filtres

Degré de filtration minimum

Filtre en entrée de centrale

À l’entrée d’air neuf, l’utilisation d’un filtre de faible efficacité (moins de 45 % OPA ou F5) est pratiquement inutile, que ce soit comme préfiltre et a fortiori comme seul étage de filtration. Un tel filtre (filtre plan, filtre à déroulement, filtre métallique) n’apporte aucune protection réelle contre la pénétration des particules de 1 μm et moins qui constituent pourtant 99 % du nombre de particules présentes dans l’air extérieur. Par contre, ils provoquent une perte de charge non négligeable.
Les batteries en aval de ces filtres vont donc rapidement emmagasiner les impuretés, augmentant leur perte de charge et diminuant fortement leur efficacité thermique.

Batterie protégée par un filtre de performance insuffisante.

Le tableau qui suit montre l’accroissement de longévité d’un filtre à haute efficacité grâce à l’utilisation d’un préfiltre grossier, mais aussi l’accroissement des frais d’exploitation dû au deuxième filtre :

Filtre sur l’entrée d’air neuf (préfiltre)	Filtre à la sortie du caisson de traitement d’air (filtre finisseur)	Accroissement relatif de la longévité du filtre principal	Accroissement relatif du coût d’exploitation global
95 % OPA (F9)	(aucun)	1	1
85 % GRA à Déroulement (G3)	95 % OPA (F9)	3 à 3,5	1,4

(Source : La filtration de l’air de J-Y Rault).

Si on compare les coûts d’exploitation globaux (coût de remplacement des filtres et augmentation de la consommation électrique pour maintenir un débit constant), la solution préfiltre grossier + filtre fin coûte nettement plus cher (plus de 40 %) que la solution comprenant un seul filtre fin au niveau de l’entrée d’air, du fait de la perte de charge complémentaire qu’il engendre. C’est la conséquence du fait que la consommation électrique d’un filtre est plus élevée que son coût d’investissement.
Par contre, dans un milieu urbain très poussiéreux, l’encrassement du filtre principal est tellement rapide que l’usage d’un préfiltre devient un bon choix, les deux filtres étant placés à l’entrée de l’installation.

Degré de filtration minimum

C’est le degré de filtration du filtre « finisseur » qui détermine la qualité finale de la zone.
Dans des conditions atmosphériques usuelles, un filtre fin (à partir de 60 % OPA (F6) ou 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air est nécessaire. Plus il est fin, plus il coûtera cher à l’investissement et à l’exploitation (consommation d’énergie).
La norme européenne ISO Ventilation for buildings – Performance requirements for ventilation and air-conditionning systems recommande un choix de filtre en fonction de la qualité d’air intérieure exigée et de la qualité de l’air neuf soit de l’air extérieur. Idéalement, la norme propose de choisir pour le préfiltre la classe F7 et pour le filtre finisseur la classe F9.

Qualité de l’air intérieur	Qualité de l’air neuf
Qualité de l’air intérieur	Air pur	Poussière	Concentration très élevée
Élevée	F9	F7+F9	F5+GF*+F9
Moyenne	F8	F6+F8	F5+GF*+F9
Modérée	F7	F5+F7	F5+F7
Basse	F6	F5+F6	F5+F6
* GF = Filtre à gaz

Compte tenu de la difficulté et du coût du nettoyage ultérieur des conduits, un filtre F7 est à recommander.

Filtre en sortie de centrale

Il faut éviter en outre d’avoir des sources de pollution en aval du dernier élément filtrant.
La solution d’un filtre unique sur l’entrée d’air neuf n’est idéale qu’en cas d’absence de pollution en aval du filtre. Ces sources de pollution peuvent par exemple être un humidificateur à ruissellement (peu utilisé chez nous) ou un recyclage d’air. Dans ces cas, un filtre complémentaire peut être nécessaire à la sortie du groupe de traitement d’air pour protéger le réseau de distribution de l’air (au minimum 85 % OPA ou F7). La longévité de ce dernier sera extrêmement importante et économique.
Le placement de ce deuxième filtre dans le caisson de traitement d’air est cependant difficile à réaliser, si on veut limiter les pertes de charge.

Exemple.

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

On voit dans l’exemple précédent que si le filtre est raccordé en aval du ventilateur et que ce dernier débite librement dans le caisson, la perte de charge (chute de pression totale dans le caisson), donc la consommation est plus importante.
Idéalement, si on place un filtre, dans le caisson après le ventilateur, le raccordement avec la sortie du ventilateur et avec l’entrée du conduit devrait se faire de manière à éviter les brusques changements de section générateurs de pertes de charge.

Ceci augmente malheureusement la taille du caisson.
Cette difficulté implique que dans la pratique courante, un deuxième étage de filtration en aval du ventilateur, n’est utilisé que dans des bâtiments spécifiques comme les hôpitaux.
Dans le cas d’un réseau de distribution pouvant présenter d’importantes fuites, un dernier filtre peut également être placé le plus près possible du local à traiter.

Degré de filtration maximum

Plus un filtre est performant plus il est coûteux en exploitation (coût de remplacement et consommation électrique du ventilateur).
Exemple.

Coût d’exploitation de différents filtres sur le marché : débit moyen de l’installation (en fonction de la perte de charge moyenne des filtres) = 54 000 m³/h, rendement du ventilateur = 0,6 Coût électrique = Δp [Pa] x [heures/an] x 6,5 [c€/kWh] x 54 000 [m³/h] / 0,6 / 3,6 10⁶
–	Filtre à panneaux 80 % GRA	Filtre à déroulement 80/85 % GRA	Filtre à poches 85 % GRA	Filtre à poches 90 % GRA	Filtre à poches 55 % OPA	Filtre à poches 85 % OPA	Filtre à poches 95 % OPA
Nb de filtres	16	1	16	16	16	16	16
Débit/filtre [m³/h]	3 375	54 000	3 375	3 375	3 375	3 375	3 375
Coût d’un filtre de rechange [€]	5,25	420	31	38,5	75,15	86,55	96
Coût total d’un remplacement [€]	84	420	506,4	616,8	1 202,4	1 348,8	1 536
Perte de charge initiale [Pa]	60	–	25	35	60	85	130
Perte de charge finale [Pa]	160	–	150	200	300	300	300
Perte de charge moyenne [Pa]	110	140	88	118	180	193	215
Durée de vie [h]	500	4 000	6 500	4 000	12 000	9 000	6 500
Durée de fonctionnement [h/an]	4 000
NB de changement par an	8	1	0,6	1	0,33	0,44	0,61
Coût des rechanges [€/an]	672	420	303,75	616,8	396,75	609,3	936,9
Consommation par an [€/an]	1 237,5	1 575	990	1 327,5	2 025	2 171,25	2 418,75
Coût total [€/an]	1 909,5	1 995	1 293,75	1 944,3	2 421,75	2 780,75	3 355,65

En jaune sont repris les filtres couramment utilisés en ventilation dans les zones à risque de contamination élevé.

Choix de la taille et du type de filtre

Deux éléments vont conditionner le coût d’exploitation lié à la filtration :

La perte de charge moyenne du filtre durant la période de fonctionnement et donc la puissance électrique moyenne absorbée par le ventilateur pour vaincre celle-ci.
La longévité du filtre, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle le filtre atteindra la perte de charge finale recommandée par le fabricant et donc devra être remplacé.

À titre d’exemple, le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments limite la perte de charge initiale des filtres en fonction de leur efficacité. Ces valeurs peuvent être considérées comme des ordres de grandeur économiquement raisonnables :

Classe suivant NBN X44-001	Perte de charge initiale maximale au début d’utilisation [Pa]
G70	40
G80	40
G85	50
G95	50
F50	80
F70	90
F85	120
F95	150
U95	150
U99.97	225
U99.99	225

Première règle : choisir des filtres à poches

À efficacité égale, un filtre à poches coûte nettement moins cher (investissement + exploitation) qu’un filtre à déroulement ou qu’un filtre plan. Ceci s’explique par la plus grande surface filtrante du premier par rapport aux autres. Sa longévité est donc nettement plus grande (atteinte de la perte de charge maximum plus tardive). Le nombre de remplacements moindre compense donc un coût d’achat plus important.
À l’inverse, pour un coût d’exploitation semblable, on peut se permettre un filtre à poches plus efficace que les filtres plans ou à déroulement (40 % d’efficacité en plus sur les particules de 1 μm).
De même, à efficacité égale, on a intérêt à choisir le filtre à poches avec les poches les plus grandes.
Exemple : Dans une même gamme de filtres à poches de la marque « x », on retrouve des filtres F7 avec des poches de 700 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 80 PA pour un débit de 3 400 m³/h et des poches de 600 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 100 PA pour le même débit.

Deuxième règle : choisir le filtre le plus épais

À efficacité égale, il faut préférer les éléments filtrants les plus épais. En effet, ces derniers peuvent emmagasiner une quantité plus importante de particules avant d’atteindre la perte de charge finale recommandée. Ainsi pour une même efficacité et une même perte de charge moyenne, le filtre plus épais sera remplacé moins souvent.

Mise en œuvre de la filtration

L’efficacité de la filtration est fortement conditionnée par l’étanchéité du montage. Le degré de filtration peut baisser de plusieurs classes s’il y a by-pass d’air autour des filtres ou trop de fuites.
Voici 3 points auxquels il faut être attentif :

Le filtre doit remplir tout l’espace du gainage dans lequel il s’insère, des panneaux étanches doivent fermer les espaces libres.
Lorsque la filtration est réalisée par plusieurs filtres placés côte à côte, un joint d’étanchéité doit être disposé entre chacun d’eux. Ce joint doit être remis en place lors du remplacement des filtres.
Lorsque le filtre est maintenu dans une glissière, celle-ci doit laisser le moins de jeu possible.

Entretien

Le colmatage des filtres entraîne une augmentation des pertes de charge de l’installation (augmentation de 100 .. 200 Pa par rapport à la situation filtre propre). Cette augmentation entraîne :

Une diminution des débits et donc une perte d’efficacité de l’installation de ventilation.

Une augmentation du débit d’air non filtré passant par les espaces presque inévitables existant entre les éléments actifs des filtres et leurs supports, dans les joints entre gaines et ventilateurs. Le débit d’air non- filtré peut amener un noircissement rapide des bouches et l’apparition de traînées noires en chaque point où les gaines de distribution d’air ne sont pas rigoureusement étanches.

La facilité d’entretien conditionne souvent sa fréquence. Pour éviter que l’entretien des filtres ne soit négligé à cause de sa difficulté, on convient de prévoir dans l’installation :

Des éléments de filtration ayant des dimensions et un poids qui ne rendent pas pénibles les manipulations nécessitées par le nettoyage. Le mode de fixation des éléments sur leur cadre fixe doit permettre un démontage et un remontage aisés en assurant une parfaite étanchéité entre éléments et cadre.

Des filtres ayant par leur épaisseur et leur surface de filtration, la capacité d’emmagasinage la plus grande possible, ce qui réduit les fréquences d’entretien.
Un accès facile à la section « filtre » au moyen d’une porte ou d’un panneau aisément démontable, construit en fonction des filtres à y introduire.
Un manomètre différentiel indiquant la perte de charge maximum que peut atteindre le filtre. Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments recommande que la valeur repère « filtre sale » du manomètre soit rapatriée au niveau d’un tableau électrique sous la forme d’une lampe rouge.
Un affichage à proximité du filtre reprenant : l’efficacité, le débit nominal, les pertes de charge initiale et finale et la date du dernier remplacement.

Autres critères de choix

Résistance à la corrosion

Les filtres traitent souvent quotidiennement des dizaines de tonnes d’air : aussi, toutes leurs parties constitutives doivent résister parfaitement aux agents de corrosion contenus dans l’air atmosphérique : vapeurs d’eau, vapeurs et gaz industriels, humidité saline.

Tenue au feu

Les filtres ne devraient pas être la source de fumée ni de gaz irritant ou toxique s’ils sont pris dans un incendie.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer la distribution d’eau chaude sanitaire

Stopper la circulation la nuit et le week-end

La boucle de circulation est très consommatrice d’énergie puisqu’une température élevée y est maintenue en permanence. Interrompre cette circulation permet à l’eau de descendre de température et donc de diminuer les déperditions.

Quel est le gain lié à la coupure ?

Malgré qu’il faudra remettre la boucle en température au redémarrage de la circulation, on est toujours gagnant à l’interrompre. Simplement, le gain est d’autant plus grand que la période d’interruption est longue et que l’isolation des conduits est faible.

Une étude réalisée dans le cadre du programme Ravel (Suisse) montre qu’une boucle de circulation, bien isolée, qui serait interrompue seulement 8 heures par jour (33 % du temps) économiserait 19 % des pertes du réseau d’eau chaude sanitaire (diminution des pertes des tuyauteries et de la consommation du circulateur). Dans ce calcul, il a été tenu compte du réchauffage de l’eau refroidie et de la tuyauterie à la fin des 8 heures.

Si la coupure est plus longue (8 h par nuit + week-end, soit 52 % du temps), le bénéfice en est encore bien plus important : 45 % d’économies. Proportionnellement, l’impact du réchauffage diminue.

Attention au ballon de stockage électrique

Si le chauffage est programmé la nuit, il faudra réamorcer la circulation avant la fin de la période de nuit afin que le réchauffage soit réalisé à prix réduit.

Et la Légionelle ?

La légionelle se développe particulièrement bien entre 32 et 42°C. Un arrêt de la boucle de circulation entraînera forcément une température de l’eau assez tiède pendant plusieurs heures. Cependant, si la production d’eau chaude s’est réalisée à 60°C, les bactéries ont été détruites et ne vont pas spontanément se redévelopper. Et une remontée à 60°C aura lieu dès le redémarrage de la circulation.

Et une coupure permanente ?

On peut aussi parfois se demander si la circulation d’eau est vraiment nécessaire ? Un test sur le bâtiment existant (ou sur une partie de celui-ci) peut facilement être réalisé, après avoir éventuellement averti les utilisateurs de la prolongation du temps d’attente.

Une production décentralisée (gaz ou électrique) peut-elle être placée pour alimenter le dernier point de puisage et raccourcir la boucle ?

Mais cette fois, la question de la légionelle se pose sérieusement. Des bras morts plus longs seront présents. Donc un risque de stagnation de l’eau si l’usage est sporadique. Dans la nouvelle réglementation flamande, les bras morts ne pourront être de plus de 5 m et d’une contenance de 3 litres. Si l’arrêt définitif de la boucle est confirmé, il sera au minimum nécessaire de sectionner et vidanger la tuyauterie de retour pour éviter de laisser de l’eau stagnante dans cette partie de l’installation.

Isoler les tuyauteries

Isoler la boucle de circulation

Une isolation aussi performante que celle du ballon s’impose.

–	Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]
Température de l’eau	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
DN	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
10	40	30
15	40	30
20	40	40
25	50	40
32	50	40
40	50	50
50	50	50
65	60	50
80	60	60

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
Tuyauteries dans la dalle entre locaux chauffés.	6 mm

Calculs

Le temps de retour de l’investissement est toujours très court : de l’ordre de 0,5 à 1,5 an.

Pour calculer la rentabilité de l’isolation de votre tuyauterie.

Astuce : un fabricant propose une circulation tube-contre-tube, ce qui permet l’exécution d’une seule coquille.

Isolation thermique.
Eau Chaude Aller.
Air.
Eau Chaude Retour.

On pense bien entendu aux tuyauteries traversant des locaux non chauffés (tout particulièrement les gaines techniques) mais également celles qui traversent des locaux chauffés puisque les pertes durant la mi-saison et l’été seront non négligeables. Si le local est climatisé, cette chaleur devra être éliminée en pure perte. Et si le local ne l’est pas, c’est une source de surchauffe supplémentaire par période de forte chaleur.

Dans les gaines techniques verticales, il est parfois impossible d’accéder aux tuyauteries. Pourrait-on alors imaginer d’arrêter la boucle de circulation à hauteur des caves, sans engendrer un inconfort trop important si l’on ne dépasse pas 2 ou 3 étages ?

Cette technique serait dangereuse en matière de propagation de la légionellose. En effet, on crée ainsi des « bras morts » sur le réseau où la température intermédiaire est favorable au développement de la bactérie. Ce n’est en tout cas pas admissible si ce sont des douches qui sont alimentées, puisque la contamination se fait essentiellement via la pulvérisation d’aérosols respirés par les poumons.

Isolation des vannes

Les vannes jouent également un rôle important et seront isolées en conséquence (en première approximation, on admet que les pertes d’une vanne à brides sont similaires à 1 mètre de tuyauterie du même diamètre).

Isoler les tuyauteries d’alimentation des points de puisage

Une isolation thermique des tuyauteries reste toujours utile :

Si les soutirages sont rapprochés, l’économie d’énergie sera très importante.

Si les soutirages sont plus espacés (hébergement), l’utilisateur pourra rapidement obtenir une eau « tiède », souvent jugée suffisante, mais l’économie liée à la pose de l’isolant sera plus faible.

Au minimum, l’isolation des distributeurs placés au dessus de l’accumulateur est nécessaire pour limiter les circulations internes dans les tuyauteries (une campagne de mesure a permis d’évaluer que le refroidissement par une tuyauterie horizontale non isolée greffée sur le ballon est vraiment non négligeable : l’eau refroidie redescend vers le ballon et une boucle convective se forme !).

Programmer le réchauffeur de boucle

L’isolation renforcée du réseau de distribution permet généralement d’arrêter le fonctionnement du réchauffeur de boucle qui peut être présent sur le retour de la boucle de circulation des ballons électriques.

Ceci permet de limiter le chauffage avec le courant de jour. Mais une perturbation de la stratification suite au retour de l’eau de circulation refroidie après la nuit, risque de se poser. Il est alors utile de programmer le réenclenchement de la circulation et du réchauffeur à la fin de la période de chauffage de nuit, pour bénéficier encore du tarif avantageux.

Une alternative peut également consister à augmenter quelque peu la température du ballon, en misant sur la faiblesse de la chute de température dans la boucle. Ou encore, d’abaisser la consigne du réchauffeur de boucle afin de juste maintenir la température minimale souhaitée.

Réduire la puissance de la pompe de circulation

Les boucles de circulation entraînées par des pompes surdimensionnées et non régulées sont des véritables « gaspilleurs d’énergie » ! Pour bien comprendre la logique d’une boucle de circulation, il faut penser au vieux truc des anciens pour éviter le gel d’une conduite en hiver : laisser passer un fin filet à la sortie du robinet ! De même, le débit de circulation d’eau compense les pertes de chaleur mais n’assure pas le débit d’eau d’alimentation d’un équipement.

En pratique, le circulateur de boucle est presque toujours surdimensionné. Lors du remplacement par un appareil de plus faible puissance, on posera un organe de régulation et un clapet antiretour.

Dimensionnement du circulateur de boucle

Ce dimensionnement doit générer une vitesse maximum de l’eau de 0,5 m/s.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Bilan frigorifique d’une chambre froide

Bilan frigorifique d'une chambre froide

Le bilan frigorifique

Etablir un bilan frigorifique, c’est faire l’inventaire des quantités de chaleur à extraire de l’intérieur d’une chambre froide, pour maintenir constante la température à cœur des produits.

Les apports de chaleur se font par :

la conduction au travers des parois : Q1,
l’introduction de produits à température ambiante extérieure : Q2,
larespiration des fruits et légumes Q3,
le renouvellement d’air : Q4,
l’activité des travailleurs : Q5,
le système d’éclairage : Q6,
la ventilation mécanique : Q7.

Ces quantités de chaleur sont calculées sur 24 h.

Une autre base de temps correspondant à la « journée de travail » (Exemple : 8 heures, 10 heures, …) peut être considérée. C’est pendant cette période que les machines sont particulièrement sollicitées.
La puissance moyenne sur 24 h (ou sur une journée de travail) est la somme de ces apports de chaleur sur 24 h (ou sur la journée de travail) [kWh] divisée par 24 [h] (ou par le nombre d’heures de la journée de travail).

Mais la puissance moyenne n’est pas représentative de la puissance nécessaire au refroidissement lors d’un réapprovisionnement. La puissance nécessaire varie en fonction du temps et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants).

Ainsi, au début du processus de refroidissement, la puissance disponible n’est pas suffisante.

Il est très difficile de calculer la puissance réellement nécessaire car il s’agit d’un calcul dynamique. Le calcul statique est d’autant plus éloigné de la réalité qu’on travaille dans des régimes non stationnaires (par exemple : quand il y a beaucoup d’entrées de chaleur sous formes d’air, de marchandises, etc.).

On a donc coutume de majorer la puissance frigorifique moyenne par un coefficient de 24/20 (chambre froide négative) ou de 24/16 (chambre froide positive) pour se rapprocher de la puissance maximale réelle nécessaire.

Le coefficient de majoration de 24/20 ou 24/16 peut très bien être insuffisant dans certains cas. La descente de température des denrées n’est alors pas aussi rapide qu’on le croit.

C’est une des raisons pour lesquelles les aliments ne doivent pas être surgelés à l’intérieur de la chambre froide mais dans une cellule de congélation rapide.

La puissance frigorifique de l’évaporateur est donc la somme des différentes quantités de chaleur dont il est question ci-dessus divisée par 24 h majorée par un coefficient de 24/20 pour les chambres froides négatives et de 24/16 pour les chambres froides positives.

Remarquons que ce coefficient est aussi indicatif du nombre d’heure de fonctionnement quotidien du groupe compresseur : avec une base de temps de 24 h, le nombre d’heures de fonctionnement quotidien du groupe compresseur est d’environ 16 h pour une chambre froide positive et de 20 h pour une chambre froide négative.

Le coefficient de majoration permet donc à la machine de s’arrêter de temps en temps; ce qui est indispensable, notamment pour le dégivrage.

P = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q7 [kWh] / 16 (ou 20) [h],

Pour un bilan calculé sur 24 h.

Si on choisit une base de temps plus courte qu’une journée de 24 heures, une majoration de 24/16 (ou de 24/20) risque d’être exagérée.

Nous proposons les coefficients de majoration suivants :

Chambre froide positive : 50 % (1 – (24 h / 16 h)) x (nombre d’heures de la journée de travail / 24 h)
Exemple.

Pour une journée de travail de 14 h le coefficient de majoration est de 29 % (soit 4,06 heures d’arrêts cumulés),
Pour une journée de travail de 10 h le coefficient de majoration est de 21 % (soit 2,1 heures d’arrêts cumulés).

Chambre froide négative : 20 % (1 – (24 h / 20 h)) x (nombre d’heures de la journée de travail / 24 h).

Il reste à vérifier que les temps d’arrêts cumulés permettent les temps de dégivrages.

Remarque : Le calcul du bilan frigorifique est donc bien un calcul qui doit se faire de manière itérative : le bilan dépend du dégivrage mais le dégivrage dépend de la machine qui dépend du bilan …

Dans le cas de dégivrages, il est évident que le remplissage de l’évaporateur par de la glace va se passer surtout pendant la période d’utilisation intensive, puisque c’est à ce moment qu’on entre et sort souvent de la chambre.

Remarque : dans le cas de la courbe de puissance de l’exemple du graphique, il est clair qu’il faudrait avoir une machine à puissance variable pour éviter de trop fréquents arrêts (ON/OFF) en dehors de la période d’utilisation intensive.

De plus, pendant que la machine est à l’arrêt, l’évaporateur ne contrôle plus l’humidité relative de l’ambiance intérieure qui peut dériver en dehors des limites acceptables à ce sujet en fonction des marchandises entreposées.

Quantité de chaleur journalière passant par conduction au travers des paroi

Q1 = [Σ(S x k x δt)] x 24 h / 1 000

Où :

Q1 = quantité de chaleur journalière passant par conduction au travers des parois (kWh).
S = surfaces extérieures totales (parois verticales + plafond et sol) (m²).
k = coefficient de transmission thermique des parois en W/m².K.
δt = différence entre la température extérieure et la température de stockage (K). Si la température ambiante extérieure n’est pas connue, on considère une température de 25 °C.

Les produits (S x k x δt) concernent des parois qui ont des coefficients différents et/ou qui supportent des δt différents (parce que les parois de la chambre ne sont pas nécessairement toutes contre des ambiances aux mêmes températures partout).

Quantité de chaleur journalière par introduction de marchandises à température ambiante extérieure : Q2 ou Q2′

En froid positif

Q2 = P₁ x C_s x δt / 1 000

Où :

Q2 = quantité de chaleur par introduction de marchandises à température ambiante extérieure (en kWh).
P1 = poids des denrées lors d’une nouvelle livraison (kg).
Cs = chaleur spécifique des denrées (Wh/kgK).
δt = différence entre la température à l’arrivée des denrées et leur température de stockage (K).

Remarque.
Le calcul ci-dessus suppose que le refroidissement des denrées se fait sur 24 h (ou sur la durée de « la journée de travail » considérée).
Le gestionnaire peut, selon le type de denrées et les exigences d’hygiène à atteindre, demander une autre base de temps plus longue (ex.: le nombre de jours qui séparent deux livraisons) ou plus courte (quelques heures).

En froid négatif

Si l’on introduit des marchandises qui ne sont pas à température de la chambre froide négative,

Q2′ = [(P₁ x Cs x δt) + (P₁ x Cl) + (P₁ x Cs’ x δt’)] / 1 000

Où :

Q2′ = quantité de chaleur par introduction de marchandises à température ambiante extérieure (en kWh).
P1 = poids des denrées lors d’une nouvelle livraison (kg).
Cs = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des denrées (Wh/kgK).
Cl = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des denrées (passage à l’état solide) (Wh/kg).
Cs’ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des denrées (Wh/kgK).
δt = différence entre la température à l’arrivée des denrées et 0°C (K).
δt’ = différence entre 0°C et la température négative de stockage (- 18K).

Néanmoins, tout comme en liaison froide négative (où la température de plats entiers est abaissée jusqu’à -18°C), il est recommandé de ne pas dépasser un temps maximum pour la descente en température. 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 en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément à l’arrêté royal relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.

Dès lors, la puissance nécessaire pour la chambre froide négative serait très importante. Ainsi, si les aliments arrivent non surgelés, il faut utiliser une cellule de refroidissement rapide pour descendre les aliments en température et ensuite les introduire dans la chambre froide.

Dès lors, on se contente de calculer la quantité de chaleur par introduction de marchandises congelées qui sont remontées en température de quelques degrés durant le transport et/ou la manutention.

On peut s’inspirer de l’art. 5 de l’A.R. du 5 décembre 1990 relatif aux produits surgelés qui indique, pour les produits surgelés à cœur (<18°C), d’une fluctuation autorisée vers le haut de 3°C max.

Dans ce cas,

Q2′ = (P₁ x Cs’ x δt’) / 1 000

Où :

Q2′ = quantité de chaleur par introduction de marchandises congelées légèrement remontées en température (en kWh).
Cs’ = chaleur spécifique des denrées en-dessous de 0°C (Wh/kgK).
δt’ = différence entre la température à l’arrivée des denrées et la température négative de stockage (- 18°C), soit max. 3°C.

Remarque.
Tout comme en froid positif, le calcul ci-dessus suppose que le refroidissement des denrées se fait sur 24 h (ou sur la durée de « la journée de travail » considérée). Le gestionnaire peut, selon le type de denrées et les exigences d’hygiène à atteindre, demander une autre base de temps.

(*) : « HACCP pour PME et artisans – Auteurs Catherine Quittet et Helen Nelis – Réalise par L’Unité de Technologie des IAA a la Faculté universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux, Le Laboratorium voor Levensmiddelentechnologie de la KU Leuven en collaboration avec l’Inspection générale des denrées alimentaires, l’Institut d’expertise vétérinaire, le service d’Inspection du Ministère de l’Agriculture Finance par le SSTC. » – pg. 45 : « produits surgelés à cœur (<18°C) : de brèves fluctuations vers le haut de 3°C maximum sont autorisées pendant le transport et pendant la distribution locale.

Quantité de chaleur journalière produite par la respiration des fruits et légumes : Q3

Les fruits et légumes sont des organismes vivants qui respirent. Ils dégagent donc de la chaleur. On considère une chaleur dégagée moyenne de 1,4 Wh/kg/24 heures.

Q3 = P x 1,4 / 1 000

Où :

Q3 = quantité de chaleur journalière produite par la respiration des fruits et légumes (kWh).
P = poids des denrées de la chambre froide (kg).

Quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air : Q4

Il s’agit de la chaleur provenant des entrées d’air par infiltration et par ouverture de la porte.

Q4 = V x Δh x φ x n / 1 000

Où :

Q4 = Quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air (kWh).
V = volume de la chambre froide (en m³).
Δh = différence d’enthalpie entre l’ambiance dans la chambre froide et l’ambiance extérieure (Wh/kg).
j= densité de l’air = 1,2 kg/m³.
n = nombre de renouvellements de l’air sur 24 h.

Pour les chambres froides munies d’un sas, on tient compte d’une température ambiante extérieure intermédiaire. Exemple : 10 °C.

Δh est déterminée par le diagrammes de Mollier. L’humidité relative de la chambre froide peut être considérée égale à 90 %. L’humidité relative de l’air extérieur dépend du projet (ex. : 50 %).

Les calculs de (Δh x φ) ont été réalisés pour certaines valeurs dans le tableau ci-dessous :

Δh x φ (Wh/m³)
Température intérieure (°C)	Température et humidité relative de l’air extérieur
Température intérieure (°C)	+ 5 °C / 80 %	+ 10 °C / 70 %	+ 25 °C / 60 %	+ 30 °C / 60 %	+ 38 °C / 60 %
+13			8,7	14	24,9
+10			10,8	16,3	27,3
+9			11,5	17	28,3
+8			12,2	17,7	28,8
+7			12,8	18,5	29,5
+6		1,6	13,5	19,2	30,4
+5		2,3	14,1	20	31,2
+4		3	14,8	20,6	31,6
+3		3,7	15,4	21,2	32,2
+2	1,4	4,3	16	21,7	32,9
+1	2,1	4,9	16,7	22,6	33,6
0	2,7	5,5	17,4	23,3	34,3
-1	3,3	6	18,1	23,8	34,9
-2	3,8	6,6	18,7	24,4	35,6
-15	10,8	13,6	26,3	32	44
-18	12	15,1	28	33,7	45,8
-20	13,4	16,2	29,2	34,9	47,2
-23	14,9	17,7	30,8	36,6	49,1
-25	16	18,7	32	37,7	50,2
-28	17,3	20,2	33,6	39,4	52,3
-30	18,3	21,3	35	40,6	53,5
-33	19,7	22,7	36,5	42,1	55,1
-35	20,7	23,8	37,8	43,3	56,3
-40	23	28,4	40,6	46,1	59,1

Le nombre de renouvellements de l’air sur 24 h est difficile à déterminer. Il dépend de l’appareil et de la fréquence d’ouverture des portes. Des fabricants ont établi des tableaux qui résultent d’analyses statistiques.

Nous avons regroupé ci-dessous les chiffres provenant de deux sources différentes; l’une est « Le Traité d’Ingénierie Hôtelière », l’autre est un fabricant. (La double source de ce tableau explique certains « sauts ». Néanmoins, les chiffres des deux sources sont très similaires).

n : nombre de renouvellement d’air en 24 h (/)
Volume intérieur (m³)	Chambre froide à température positive	Chambre froide à température négative
2	42	38
3	42	36
4	40	34
5	38	32
6	36	30
7	34	27
8	33	27
9	31	26
10	30	24
11	28	23
12	27	22
13	26	21
14	25	20
15	24	20
16	23	19
17	22	18
18	22	18
19	21	17
20	20	16
22	19	15
24	18	15
26	18	14
28	17	14
30	17	13
35	15	12
50	13
75	11
100	9
150	6,7
200	6
300	4,5
400	3,8
500	3,3
700	2,9
800	2,6
1 000	2,2
1 500	1,8
2 000	1,6
2 500	1,4
3 000	1,2

On peut également utiliser la formule suivante :

n = 70 / (V)^{1/2, pour les chambres positives}

n = 85 / (V)^{1/2, pour les chambres négatives}

Remarque importante.
La manière de calculer Q4 (la quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air) ci-dessus est indicative. Elle est basée sur des analyses statistiques pour le nombre de renouvellements de l’air sur 24 h et sur des valeurs forfaitaires d’humidité relative de l’air extérieur (selon la température).

Calcul

Pour accéder à un tableau Excel permettant (entre autres) de calculer la quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air correspondant mieux à votre situation !

Quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant dans la chambre froide : Q5

Q5 = q x t x n / 1 000

Où :

Q5 = quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant dans la chambre froide (kWh).
q = chaleur dégagée par personne et par heure (en Wh/h = W).
t = durée de la présence dans la chambre froide (h).
n = nombre de personnes dans la chambre froide.

Température de la chambre froide	Chaleur dégagée par personne et par heure : q (W)
Température de la chambre froide	Travail dur	Travail moyen	Travail léger
+10°C	372	244	186
+7°C	372	250	198
+4°C	372	256	209
+2°C	372	267	221
0°C	372	273	233
-7°C	384	314	279
-12°C	395	337	291
-18°C	407	372	326
-23°C	419	407	349

Quantité de chaleur journalière dégagée par l’éclairage : Q6

Le niveau d’éclairement moyen à atteindre dans les lieux de stockage est de 125 à 250 lux.
Les fabricants prévoient, en général, une puissance de 10 W/m².

Q6 = 10 x t x S / 1 000 (kWh)

Où :

Q6 = quantité de chaleur journalière dégagée par l’éclairage (kWh).
t = durée de la présence humaine dans la chambre froide (h).
S = surface intérieure de la chambre froide (m²).

Sans précision propre au projet, on peut évaluer la présence humaine journalière dans les chambres froides à 15 occupations de 1,5 minutes maximum, soit 22,5 minutes.

Quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l’évaporateur : Q7

On tient compte d’une puissance de 30 W/m² de chambre froide.

Q7 = 30 x S x 24 h / 1 000

Où :

Q7 = quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l’évaporateur (kWh).
S = surface intérieure de la chambre froide (m²).

On suppose que le moteur du ventilateur tourne en permanence. En effet, pendant la période de dégivrage, la quantité de chaleur dégagée par celui-ci est supposée être équivalente à la chaleur dégagée par le moteur de l’évaporateur.

Remarque.
Dans ce bilan thermique, le dégivrage est introduit d’une manière simpliste, en tenant compte que la chaleur du dégivrage équivaut à celle des ventilateurs, qui sont arrêtés.

Les puissances de dégivrage sont des puissances importantes qui doivent faire fondre le givre, faire monter la température du bloc métallique de l’évaporateur; et il y a encore le chauffage du bac de récolte et de la canalisation d’évacuation.

Le dégivrage est un élément relativement indépendant de la puissance de la machine, il dépend surtout de la fréquence des ouvertures de portes et de l’humidité perdue par les denrées entreposées.

Calcul

Pour accéder à un tableau excel permettant (entre autres) de calculer la quantité de chaleur journalière dégagée par dégivrage correspondant mieux à votre situation (pour autant que le dégivrage se fasse par résistance chauffante).

Autres quantités de chaleur

Selon la présence ou non de postes ci-dessous et de leur importance, il faut encore tenir compte des apports de chaleur suivants :

Le cordon chauffant de la porte

Sur une chambre négative, ce cordon empêche la formation de glace qui souderait les joints sur le dormant (avec le risque de déformer la porte).

Apport par la ventilation

Si la ventilation est nécessaire pour le travail en chambre froide (si les ouvertures de porte ne suffisent pas à fournir de l’air frais en suffisance), il faut prévoir la puissance nécessaire pour refroidir l’air à introduire dans la chambre (en première approximation : débit en kg/h x différence d’enthalpie en kJ/kg).

Apports par rayonnement

Dans des cas particuliers, les parois des chambres sont parfois exposées à des rayonnements calorifiques importants, provenant d’appareils à haute température dans leur environnement proche.

Apport en cas de mises en régime fréquentes

Si la chambre froide n’est pas gardée à température constante, il faudra tenir compte de l’énergie stockée dans les capacités thermiques des parois de la chambre.

Exemple : Calcul du bilan frigorifique d’une chambre froide de fruits et légumes d’un restaurant d’entreprise

Données

Un restaurant sert 500 repas par jour / 5 jours par semaine.

L’approvisionnement se fait 1 fois par semaine. Par sécurité, on prévoit une chambre froide qui permet de stocker 1 jour de plus.

La chambre froide doit assurer une température de max. 6°C.

On prévoit 400 g de fruits et légumes par repas.

Le coefficient de transmission thermique des parois est de 0,355W/m²K, celui du sol est de 1,74 W/m²K.

On considère une température ambiante extérieure de 25°C.

La base de temps est prise égale à 24 h. Il n’y a pas d’apport particulier par rayonnement ni de ventilation supplémentaire à prévoir.

On ne connaît pas l’utilisation exacte de la chambre froide (nombres d’ouvertures journalières, etc); les apports par renouvellement d’air ainsi que par dégivrage ont donc été calculés de manière forfaitaire. Un bilan plus précis devrait être calculé une fois ces paramètres connus.

Bilan frigorifique

Poids des fruits et légumes à stocker :
P = 6 jours x 0,4 kg x 500 personnes = 1 200 kg.

Les dimensions de la chambre sont estimées aux valeurs reprises dans le tableau ci-dessous :

	Dimensions intérieures	Dimensions extérieures*
Largeur	2,7 m	2,82 m
Profondeur	2,4 m	2,52 m
Hauteur	2,4 m	2,46 m
Surface	6,48	7,11
Volume	15,55	17,48

* : l’épaisseur des parois est de 6 cm.

Poids des fruits et légumes lors d’une nouvelle livraison : 5 jours x 0,4 kg x 500 personnes = 1 000 kg.

Quantité de chaleur passant par les parois : Q1

Q1 = [Σ(S x k x δt)] x 24 / 1 000

Avec surface parois + plafond : (2,82 x 2,46 x 2) + (2,52 x 2,46 x 2) + 7,11 = 33,38 m²

Q1 = [(33,38 x 0,355 x19) + (7,11 x 1,74 x 19)] x 24 / 1 000 = 11 kWh

Quantité de chaleur par introduction de marchandises à température ambiante extérieure : Q2

Q2 = P₁ x C_s x δt / 1 000

Q2 = 1 000 kg x 1,04 Wh/kgK x 19°C / 1 000 = 19,8 kWh

Quantité de chaleur produite par la respiration des fruits et légumes : Q3

Q3 = P x 1,4 / 1 000

Q3 = 1 200 x 1,4 / 1 000

Q3 = 1,7 kWh

Quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air : Q4

Q4 = V x Δh x φ x n / 1 000

Q4 = 15,55 x 13,5 x 23,5 / 1 000 = 4,9 kWh

Quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant dans la chambre froide : Q5

Q5 = q x t x n / 1 000

On considère 22,5 minutes de présence d’une personne, soit 0,38 heures. Le travail est de type lourd.

Q5 = 372 x 0,38 x 1 / 1 000 = 0,141 kWh

Quantité de chaleur journalière dégagée par l’éclairage : Q6

Q6 = 10 x t x S / 1 000

on considère 22,5 minutes de présence d’une personne, soit 0,38 heures.

Q6 = 10 x 0,38 x 6,48 / 1 000 = 0,025 kWh

Quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l’évaporateur : Q7

Q7 = 30 x S x 24 h / 1 000

Q7 = 30 x 6,48 x 24 / 1000 = 4,7 kWh

La puissance frigorifique de l’évaporateur

P = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q7 / 24

P = 11 + 19,8 + 1,7 + 4,9 +0,14 + 0,025 + 4,7 / 24

P = 1,76 kW

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Puits canadien

Principe et utilisation

Le puits canadiens (ou son homologue le « puits provençal ») permet de préchauffer (prérefroidir) l’air neuf d’un système de pulsion mécanique par l’intermédiaire d’un conduit d’amenée d’air enfoui dans le sol, en complément de la récupération de chaleur éventuelle.

En hiver, le sol, à cette profondeur, est plus chaud que la température extérieure : l’air froid est donc préchauffé lors de son passage dans les tuyaux. Avec ce système, l’air aspiré ne sera pas prélevé directement de l’extérieur, d’où une économie de chauffage.
En été, le sol est, à l’inverse, plus froid que la température extérieure : ce principe va donc utiliser la fraîcheur relative du sol pour le refroidissement naturel de l’air entrant dans le bâtiment.

Il semble que le puits canadien permette une économie de l’ordre de 20 .. 25 % de la consommation liée au chauffage de l’air neuf (5 .. 10 % de la consommation totale de chauffage) et permette un rafraîchissement naturel de l’air en été. Le coût du puits canadien dépend de la conception du bâtiment. Par exemple, l’intégration dans les fouilles du bâtiment ne demande pas d’excavation supplémentaire.

Cependant, vu l’investissement important qu’il requiert, les risques de condensation internes, les pertes de charges supplémentaires dans le système de ventilation qu’il amène et l’entretien, le puits canadien/provençal n’est généralement pas une priorité. En effet :

En hiver, il est en concurrence avec le récupérateur de chaleur.
En été, il permet certes d’améliorer le confort hivernal mais son rôle reste faible comparativement à d’autres stratégies passives de froid comme la bonne définition des surfaces vitrées, les protections solaires extérieures, la ventilation naturelle intensive ou l’inertie.

Saison	Récupérateur de chaleur sur l’air extrait uniquement	Puits canadien/provençal uniquement	Récupérateur de chaleur sur l’air extrait + puits canadien/provençal
Hiver
Été

Règles de conception

Les règles de conception suivante constituent une bonne pratique pour le secteur domestique :

la conduite sera enterrée entre 2 à 4 m de la surface du sol,
la vitesse de l’air dans le conduit ne dépassera pas 3 m/s (conseillé 2 m/s, voire moins),
le dimensionnement du conduit tiendra compte de la nature du sol,
le conduit comprendra une pente d’environ 2 % et une évacuation des condensats produits en été,
le conduit sera lisse et étanche, de manière à éviter l’infiltration d’eau et les développements bactériens,
l’entrée d’air sera équipée d’un ou plusieurs filtres et protégée contre l’intrusion des rongeurs, insectes et pollens,
l’entrée d’air sera située à une hauteur de 120 cm minimum ou dans un mur de soutènement,
le diamètre des conduits ne dépassera pas 20 cm,
si plusieurs conduits sont nécessaires, ils seront espacés d’au minimum 5 fois leur diamètre,
l’installation sera équipée d’un by-pass thermostatisé de manière à court-circuiter le conduit enterré lorsque la température extérieure est supérieure à la température du sol et en absence de besoin de rafraîchissement.

Toutes les garanties devront être prises pour assurer la qualité hygiénique du puits canadien. Il s’agit de permettre le nettoyage du système et éviter le développement bactérien consécutif aux condensations estivales.

Exemples de précautions :

Il est important de pouvoir accéder à la conduite pour un entretien, et un nettoyage fréquent (à prévoir dans l’entretien du bâtiment).
Les conduites doivent être en pente, l’eau éventuelle coule vers le point d’aspiration.
Une pompe peut être prévue au point d’aspiration pour évacuer l’eau éventuelle.
Dans le cas d’un gainage en béton, les cycles d’imprégnation et de séchage du béton peuvent limiter les risques.

Exemple

Voici les photos d’un puits canadien posé à l’entrée de l’arrivée d’air d’un immeuble de bureaux (bâtiment Worx – Kortrijk – conception Cenergie), en utilisant des conduits d’égout.

Une fois les travaux terminés, voici la vue de la prise d’air :

Résultats : évolution de la température dans le conduit (courbe rose « grondbuis »), au mois de mai (température du sol avoisinant les 10°C). La température de l’air en sortie de puits avoisine les 15°C :

Et quelques mois plus tard, lors d’une période de canicule (t° de l’air en sortie de puits de 22°C alors que l’air extérieur est à 35°C) :

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Cellules de refroidissement et de congélation rapides

Principe et utilisation

Il arrive que certaines professions libérales tels que les traiteurs soient amenés à s’équiper de ce type d’équipement afin de passer directement de la phase de cuisson à celle d’exposition dans les vitrines réfrigérées.

La cellule de refroidissement / congélation rapide est une enceinte isolée thermiquement comportant un dispositif de production de froid permettant de descendre rapidement la température de plats cuisinés chauds. Immédiatement après la cuisson, les préparations chaudes sont conditionnées sur une épaisseur ne dépassant pas 30 mm. Elles sont ensuite refroidies :

En liaison froide réfrigérée, de + 65 °C à + 10 °C en un temps inférieur ou égal à 110 mn dans une cellule de refroidissement rapide.

En liaison froide surgelée, de + 65 °C à – 18 °C en un temps inférieur ou égal à 4 heures 30 dans une cellule de congélation rapide.

Elles ont été conçues spécialement pour la restauration différée mais peuvent être utilisées dans les applications qui se développent de plus en plus dans les grandes surfaces au niveau des plats préparés (service traiteur).

Description

Une cellule de refroidissement rapide, construite sur le même principe qu’une armoire de conservation, comprend :

Un caisson de forme parallélépipédique dont le compartiment d’utilisation est muni d’une porte. Les revêtements extérieurs ou intérieurs sont en tôle d’aluminium, en acier inoxydable ou en matériau plastique approprié. L’isolation thermique est souvent réalisée par injection in situ de mousse en polyuréthane.

Un groupe de production de froid mécanique, à air ou à eau.

Une ventilation puissante pour intensifier les échanges thermiques et homogénéiser la température dans l’enceinte.

Éventuellement un dispositif de récupération de l’énergie.

Un signal sonore ou visuel pour annoncer la fin du cycle de refroidissement.

Un système automatique pour régler la température au niveau de conservation réglementaire, si la charge refroidie n’est pas sortie immédiatement de la cellule pour le stockage froid.

Une cellule de congélation rapide fonctionne selon le même principe que la cellule de refroidissement. Un groupe plus puissant permet de descendre la température de + 65 °C à – 18 °C très rapidement.
Un dispositif permet de passer automatiquement en régime de conservation à – 18 °C, lorsque la congélation est terminée. Ce dispositif permet la congélation sans surveillance d’une charge en fin de journée.

Remarque : les cellules de refroidissement et de congélation rapide sont caractérisées par des évaporateurs à très grand débit d’air. Une cellule de congélation rapide de 400 kilos de purée de pommes de terre mis en barquettes de 400 grammes nécessite une puissance 45 KW frigorifique pour une température d’évaporation de – 40 °C, et un débit d’air de 60 000 m³/h.

À noter qu’à côté des cellules à froid mécanique décrites ci-dessus, il existe des cellules de refroidissement à froid cryogénique.

Dans les cellules mixtes, les deux systèmes de production de froid, cryogénique et mécanique, sont associés.

Gamme

Les cellules de refroidissement rapide

Les capacités des cellules de refroidissement rapides sont très variables, de 10 à 20 kg pour les petites productions, jusqu’à 160 kg pour les grandes productions.

À titre indicatif, les puissances électriques mises en œuvre dans les cellules mécaniques varient de 50 à 70 W par kg de charge nominale. A titre d’exemple une cellule de refroidissement rapide de 70 kg de capacité nominale a une puissance de 3 à 4 kW (ventilateur compris).

Pour montrer le caractère « très » indicatif de ces valeurs, voici les puissances que nous avons relevées dans la documentation d’un fournisseur :

Cellule à clayettes – 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	Puissance électrique installée (W)
	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).

Les consommations électriques d’une cellule pendant le cycle de refroidissement, varient de 90 à 60 Wh par kg d’aliment suivant l’importance et le type de cellule, la manière dont elle est chargée, l’épaisseur à refroidir et le type d’aliments.

Les cellules de congélation rapide

Les matériels les plus usuels à groupe incorporé ont des capacités à partir de 20 kg d’aliments.

Les puissances électriques mises en œuvre dans les cellules mécaniques sont sensiblement les mêmes que celles des cellules de refroidissement rapide, mais les consommations sont plus importantes (3 fois plus environ).

Elles varient, de 180 à 270 Wh par kg d’aliment, suivant l’importance et le type de cellule, la manière dont elle est chargée l’épaisseur et le type d’aliments des préparations à congeler.

Installation

Pour les cellules qui ne sont pas de type « sans seuil », il y a lieu de prévoir une mise à niveau avec le sol du local par un évidement approprié (décaissement).

Cellules à froid mécanique

Pour les cellules de grosse capacité, la machine frigorifique est généralement installée à proximité. S’il s’agit d’un groupe à condenseur à air, le local doit être largement aéré; dans le cas d’un condenseur d’eau, il convient de prévoir une arrivée et une évacuation d’eau.

Cellules à froid cryogénique

Pour l’azote liquide le réservoir est placé à l’extérieur des locaux dans un endroit facilement accessible aux engins de livraison.

Pour l’anhydride carbonique, il est placé à l’abri des intempéries.

La longueur des canalisations sera aussi courte que possible pour réduire les pertes de charge.

Il convient également de prévoir une évacuation des eaux de dégivrage.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Spectre lumineux d’une lampe

La lumière d’une source est constituée généralement d’une infinité de radiations à longueurs d’onde différentes. C’est de cette distribution de longueurs d’onde, représenté par un spectre lumineux, que dépendent la température de couleur et l’indice de rendu des couleurs.

Exemple.

Tube fluorescent rayonnant une lumière très proche de la lumière naturelle (IRC = 98).
Tube fluorescent ayant un bon IRC (IRC = 75) mais pour laquelle les teintes rouges sont accentuées. Ce type de lampe est par exemple recommandée dans les boucheries car elle donne un aspect plus agréable aux marchandises.

Tube fluorescent avec un mauvais IRC (IRC = 50).
Lampe à vapeur de sodium avec un très mauvais IRC (IRC = 20). Elle est principalement utilisée pour les éclairages routiers.

Spectre lumière naturelle.

Lampe à incandescence.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Écrêter par le groupe électrogène (ou « peak-shaving »)

Écrêter par le groupe électrogène (ou "peak-shaving")

Principe de fonctionnement

Un alternateur entraîné par un moteur diesel est connecté en parallèle sur le jeu de barre principal d’alimentation basse tension.

Cet ensemble appelé groupe électrogène est en stand-by et s’enclenche automatiquement lorsque la puissance quart-horaire dépasse ou risque de dépasser le seuil limite de puissance fixé. Le supplément est ainsi fourni par le groupe électrogène et n’est pas prélevé au réseau.

Écrêtage de la pointe

Le fonctionnement du groupe électrogène permet de maintenir la courbe des kWh réseau en-dessous d’une courbe imposée.

Un nombre de kWh maximum sur le 1/4 d’heure, c’est un nombre maximum de kW pour la pointe 1/4 horaire.

Automatisme

Le fonctionnement ou écrêtage nécessite l’installation d’automatisme de contrôle et de protection :

Commande du groupe
L’enclenchement du groupe électrogène est réalisé en fonction de l’inclinaison de la pente de la courbe de la consommation. En effet, cette pente permet de prévoir le dépassement de l’énergie maximum pendant le 1/4 heure, et donc de la pointe quart horaire.

Protection de découplage
En principe, la puissance fournie par le groupe doit être contrôlée, afin d’éviter le retour d’énergie vers le réseau.
En cas de coupure du réseau de distribution, le groupe électrogène doit être découplé du réseau. À cette fin, un ensemble de relais est à mettre en place pour contrôler et comparer la fréquence, la tension et le synchronisme des phases.
Lors du retour du réseau, la mise en parallèle ne peut s’effectuer qu’après contrôle du synchronisme. En effet, le groupe électrogène n’a plus sa référence au réseau et perd donc son synchronisme.

Protection directionnelle
Dans le mode de fonctionnement en écrêtage, si la puissance fournie par le groupe électrogène est largement inférieure à la pointe, le retour d’énergie vers le réseau est peu probable. Toutefois si l’on cherche à optimiser la rentabilité et le fonctionnement en augmentant la puissance fournie par le groupe, il est possible en fonction de l’évolution des charges qu’un retour d’énergie vers le réseau apparaisse et provoque ainsi le déclenchement du système.
Pour éviter cela, il doit être admis par le distributeur le retour d’énergie vers le réseau. Cette possibilité est fonction de la « situation » de l’installation dans le réseau du distributeur.
Par situation il faut comprendre « situation électrique », c’est-à-dire : quelle charge, quelle cabine réseau, quel type d’utilisateur, …? Cette autorisation est donc accordée ou non par le distributeur.
Ce phénomène peut également apparaître lorsque l’énergie renvoyée au réseau est du type réactive dans le cas d’une surcompensation (cos phi > 1).

Automates programmables
Les constructeurs de groupe électrogène utilisent aujourd’hui des automates programmables qui gèrent l’ensemble du fonctionnement du groupe. Ces systèmes sont également prévus pour être supervisés par des installations de gestion technique centralisée (GTC).

Réglementation

Les prescriptions techniques applicables au fonctionnement en parallèle de groupe électrogène avec le réseau sont reprises dans le document technique C10/11 édité par la F.P.E., Fédération des Producteurs et Distributeurs d’Électricité (disponible sur internet à l’adresse www.bfe-fpe.be).

Le distributeur doit obligatoirement être consulté lorsque l’on envisage ce type d’installation. Un partenariat peut être établi avec lui car il existe un intérêt commun à gérer la charge.

Analyse énergétique et économique

Bilan énergétique

La production d’électricité au moyen d’un groupe électrogène (rendement électrique inférieur à 35 %) entraîne une consommation d’énergie primaire supérieure à la production d’électricité par les centrales électriques (rendement moyen de 38 %, maximum de 55 %). Il est résulte une augmentation de la production de CO₂. En ce sens, elle doit être déconseillée.

Pour réaliser une économie d’énergie primaire en étant autoproducteur d’électricité, il faut récupérer de façon utile la chaleur produite par le moteur. On ne parle plus alors de « peak-shaving » mais de « cogénération ».

Concevoir

Installer une cogénération.

Rentabilité financière

Pour analyser la rentabilité économique d’un projet, différents facteurs interviennent dont essentiellement le type de tarification en vigueur, le profil de charge de l’installation et surtout la présence préalable d’un groupe électrogène pour des raisons de sécurité électrique.

Généralement, on arrive à la conclusion que d’installer un groupe électrogène uniquement dans le but d’effacer la pointe quart horaire conduit donc à une rentabilité trop longue. Une rentabilité correcte peut être atteinte si on dispose déjà d’un groupe de secours.

Dans le cas de beaucoup trop d’hôpitaux, les groupes de secours sont « juste là pour au cas où ». Soit ils sont de temps en temps testés à vide afin de voir si déjà ils démarrent (ce qui n’est pas mal en soi !), soit rarement testés en charge afin de contrôler le bon fonctionnement de tout l’automatisme et la capacité du groupe à supporter la charge.

L’écrêtage est donc une occasion unique de pouvoir à la fois tester en situation réelle la reprise de la charge électrique par le groupe électrogène et de réduire l’appel de puissance du bâtiment. Qu’on se le dise !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale

Évaluer la situation

La facture fournit la consommation en « Heures Creuses (kWh HC), c’est-à-dire la consommation des appareils branchés :

9 h par jour ouvrable du lundi au vendredi (horaire variable selon les régions mais généralement de 22 h à 7 h),
24 h/24 les samedis, dimanches et jours fériés légaux.

À titre de comparaison, dans les immeubles de bureau de la Région Wallonne (non climatisés), la consommation HC représente 23 % des kWh consommés et 10 % du coût de la facture.

Cette consommation doit pouvoir être interprétée en listant la puissance des équipements en fonctionnement (éclairage de nuit, circulateur de chauffage, réfrigérateurs, eau chaude sanitaire, …) et en leur attribuant une durée de fonctionnement. Le produit doit fournir les kWh HC de la facture.

Ce type d’analyse révèle généralement des surprises, riches d’économies énergétiques et financières !

Équipement	Puissance	Heures de nuit en semaine	Heures de week-end	Énergie consommée
Circulateur	0,3 kW	5 x 9 h	2 x 24 h	27,9 kWh / semaine
Éclairage extérieur	2 kW	5 x 9 h	2 x 10 h	130 kWh / semaine
…	…	…	…	…

On sera aidé dans cette tâche par :

1°	La réalisation de mesures sur certains équipements : mesures d’énergie, mesures de puissance, à défaut, mesure de courant(attention au cos phi de certains appareils comme les moteurs, les lampes fluorescentes, … ! La puissance des appareils alimentés en alternatif est donnée par P = U x I x cos phi ; il ne suffit donc pas de multiplier les 220 Volts par le courant mesuré).
2°	Le compteur général de l’installation, si on peut mesurer un à un les départs des circuits en jouant avec les disjoncteurs des tableaux divisionnaires.
3°	Le placement de compteurs de passage sur les principales lignes. (On notera que ce type de compteur constituera également un outil de motivation dans le cadre d’une future sensibilisation des occupants d’un bâtiment. Ainsi, la motivation d’une « équipe cuisine » passe par la possibilité de leur communiquer l’évolution de la consommation de la cuisine).
4°	Les valeurs standards de consommation électrique des équipements en : eau chaude sanitaire, réfrigération, cuisines collectives, buanderies, équipements divers (ascenseurs, air comprimé, …), …
5°	La visite du bâtiment en dehors des heures de fonctionnement normales (en soirée, un samedi, …). OK, il faut être vâââchement mordu par l’énergie mais on en découvre des équipements en fonctionnement pour rien !!!!

Où agir ? : quelques pistes…

Plusieurs postes consommateurs peuvent être envisagés. Les éléments suivants peuvent donner des pistes de solution :

Éclairage :	éclairage extérieur => interrupteur crépusculaire ? extinction automatique en fin de journée ? lampes basse consommation si éclairage permanent ? luminaires à haut rendement si éclairage permanent, adaptation du niveau d’éclairement ? réorganisation des locaux utilisés la nuit ? fonctionnement par détecteur de présence ? …
Ventilation :	arrêt des extracteurs sanitaires ? arrêt de la ventilation des locaux non utilisés ? arrêt de la ventilation des garages ? utilisation d’un interrupteur horaire ? Interrupteur horaire. fonctionnement par détecteur de présence ? fonctionnement à deux vitesses ? regroupement des locaux utilisés la nuit ? …
Bureautique :	double circuit électrique ?Prises rouges pour l’équipement qui doit rester en fonctionnement, prises blanches pour tous les autres équipements : c’est la solution adoptée à l’hôpital de Mouscron. Chaque rénovation de local entraîne la mise en place de ce système : une coupure horaire automatique est prévue sur le réseau « blanc », seuls les prises « rouges » continuent à alimenter les équipements à fonctionnement continu.
Eau Chaude Sanitaire :	arrêt du circulateur de la boucle d’ECS ? (peut-on admettre un temps d’attente avant d’obtenir de l’eau chaude la nuit ?) …
Chauffage :	arrêt du circulateur de chauffage ? (risque de gel ?) placement de chaudières autorisant une coupure totale durant la nuit et le week-end et d’une régulation avec maintien hors gel ? …
Climatisation :	arrêt de la climatisation la nuit ou le week-end ? fonctionnement avec taux de renouvellement d’air réduit ou avec recyclage de l’air à 100 % ? fonctionnement enclenché par détecteur de présence ? …
Réfrigération :	arrêt de certains équipements (le réfrigérateur de bureau qui ne contient que des éléments non périssables (ex.boissons) ou le distributeur de boissons peuvent-ils être arrêté le week-end ?) si les besoins sont réduits la nuit, la régulation met-elle certains compresseurs à l’arrêt ? …

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer les gains et la rentabilité de l’isolation thermique

ρ

Les gains se situent au niveau de :

La diminution de la facture énergétique

L’isolation thermique d’une paroi permet d’économiser énormément d’énergie.

Exemple.

On pose sur un toit plat non isolé de 100 m² une couche d’isolant, dont la résistance thermique R = 2.5 (exemples : 12 cm de laine de roche ou 9 cm de mousse de polyuréthanne ou 14 cm de verre cellulaire). Ceci permet d’économiser au moins 1 000 litres de gasoil par an au centre du pays, dans un immeuble non chauffé la nuit et le WE (bureaux, par exemple).

Calculs

Si vous voulez accéder aux détails des formules utilisées ci-dessous, cliquez ici !

Détail :

Résistance sans isolant :

R = 0.50 m²K/W => U = 2 W/m²K

Résistance avec isolant :

R = 3,00 m²K/W => U = 0,33 W/m²K

Différence de U = 1,67 W/m²K

Température extérieure moyenne pendant la période de chauffe : 6.5°C

Durée de la période de chauffe : 242 jours

Température moyenne intérieure : 20° (T° de jour) – 3° (intermittence) – 3° d’apports gratuits = 14°C

Différence moyenne de température :

14°C – 6,5°C = 7,5 K

Rendement moyen de l’installation de chauffage : 0,7

Différence de perte annuelle par m² :

(ΔU x S x Δ Tm) x durée de chauffe / η =
1,67 W/K x 7,5 K x 242 j x 24 h/j / 0,7 = 103 922 Wh

Soit en combustible 104 kWh x 0.1 l/kWh = 10,4 litres de gasoil par m² par an.

Soit ici 1 000 litres de gasoil pour la toiture par an.

Exemple de rentabilité :

Avec un prix du gasoil de 0,8 € par litre, l’économie financière annuelle par m² de toiture est de 8 €.

Le prix de l’isolation est très variable (isolation des combles ou de la toiture ? l’étanchéité est-elle de toute façon à refaire ? …). Un prix de 50 €/m² permet de boucler un projet, étanchéité comprise. Le temps de retour de l’isolation est donc de ( 50/ 8) = moins de 7 ans.

À noter que si le bâtiment est chauffé jour et nuit (hôpital, maison de repos) et que l’on considère une température moyenne intérieure de 21°C, l’économie monte à 16 litre de gasoil/m² et le temps de retour descend à 6 ans.

Si le bâtiment est situé en Ardenne, le temps de retour descend à 5 ans (bureau) ou 3 ans (hôpital).

Si l’institution (bureau d’une administration ou home) obtient la prime UREBA de 30 %, (ou une autre prime et déduction fiscale pour les bureaux privés, voir http://energie.wallonie.be), le prix de l’isolation descend à 35 €/m², et donc les temps de retour descendent à :

	bureau	home
Brabant	5 ans	3 ans
Ardenne	3 ans	2 ans

Si le chantier est important et qu’une négociation est possible, le prix peut encore descendre. Et si l’étanchéité de la toiture est de toute façon à envisager, le prix de l’isolant s’amortit alors très rapidement.

Calculs	Si vous voulez calculer vous-même la rentabilité de l’isolation d’une paroi, cliquez ici !
Calculs	Dans le programme de calcul ci-dessus, il vous sera demandé le coefficient de transmission thermique (U) de la paroi avant et après isolation. Ces valeurs ont été calculées pour certaines parois types.
Évaluer	Il vous sera également demandé d’évaluer le rendement de votre installation de chauffage. Vous trouverez des indications concernant les valeurs à considérer pour une installation à eau chaude en cliquant ici. Pour le chauffage électrique, le rendement est de 100 %.

L’amélioration du confort

L’isolation de la paroi va augmenter la température de surface de celle-ci, augmentant ainsi le confort thermique pour les occupants, et réduisant les risques de condensation en surface et donc les problèmes d’hygiène.
Vous pouvez évaluer la température de surface de la paroi à l’aide de la formule :

θ_oi = θ_i – (U x 0,125 x(θ_i – θ_e))

avec :

θ_i : température intérieure (en °C)
θ_e : température extérieure (en °C)
U : coefficient de transmission thermique de la paroi (en W/m²K)
θ_oi : température de surface intérieure de la paroi (en °C)

Exemple : si la température extérieure est de 0°C et que la température intérieure est de 20°C, la face inférieure d’une paroi plate passera de 15 à 19°C après isolation.

La protection du bâtiment

L’amélioration de l’isolation de la paroi correctement réalisée par l’extérieur augmente la longévité des matériaux, car elle :

met le bâtiment à l’abri des variations de température et donc des chocs thermiques,
protège les matériaux du gel,
protège les matériaux de la condensation interne et/ou externe et donc des champignons, des dissolutions ou des délavements.

La diminution des rejets polluants

Du point de vue environnemental, les économies de chauffage engendrées par l’isolation permettent de réduire fortement les rejets de gaz polluants (CO₂, SO₂, NO_X, …)

Exemple.

Dans le Brabant, la pose, sur le toit plat non isolé de 100 m² d’un immeuble de bureau, d’une couche d’isolant dont la résistance thermique R = 2.5 (exemples : 12 cm de laine de roche ou 9 cm de mousse de polyuréthanne ou 14 cm de verre cellulaire) permet de diminuer les rejets annuels (chauffage au gasoil) :

d’environ 104 kWh/m² x 100 m² x 0,264 kg > CO₂/kWh = 2 746 kg de CO₂
d’environ 104 kWh/m² x 100 m² x 0,169 mg NO_x/kWh = 1,7 kg de NO_x

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir le mur isolé par l’extérieur

Choix du système

> Le choix du système d‘isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :

Les performances d’étanchéité à atteindre

Le système le plus performant est le panneau isolant protégé par un bardage. Celui-ci assure une excellente étanchéité à l’eau. De plus si de l’eau pénètre malgré tout accidentellement, celle-ci est drainée par la coulisse et évacuée par le bas du mur. Ainsi isolant et mur sont parfaitement protégés des pluies.

Il est en outre facile à démonter pour vérifier l’état de l’isolant.

L’esthétique recherchée et contraintes urbanistiques

Bien qu’actuellement très varié au niveau de l’aspect extérieur (ardoises naturelles, synthétiques, bois, feuilles métalliques, …) le bardage ne correspond pas toujours à l’esthétique recherchée ou aux contraintes urbanistiques imposées. L’enduit de finition est généralement plus largement accepté.

Si l’on souhaite un parement extérieur classique en briques, on choisit soit une isolation par l’extérieur par éléments isolants préfabriqués (recouvert de plaquettes de briques), soit on crée un mur creux à partir de la maçonnerie existante.

Les performances énergétiques

L’enduit isolant nécessite des épaisseurs excessives pour atteindre le coefficient de transmission thermique U recommandé.

Les systèmes tels que panneaux isolants plus enduit ou les éléments isolants préfabriqués présentent une très bonne continuité de l’isolation.

Un système avec structure (bardage ou enduit supporté par une structure) présente une isolation discontinue et donc moins efficace pour une même épaisseur d’isolant.

Une structure métallique est déconseillée car elle engendre des ponts thermiques.

La complexité de la façade

Le tandem panneaux isolants + enduit est plus approprié dans les cas d’une façade complexe très découpée. Un bardage est plus approprié dans le cas d’une façade sans ou avec peu de découpes.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

Les prix peuvent être très variables en fonction du type de finition (différents types de bardages, différents revêtements pour les éléments isolants préfabriqués, ….), de la complexité de la surface à isoler, de la préparation du support, et du coût des installations de chantier (distances, échafaudages, hauteur, protections, …).

La création d’un mur creux revient nettement plus cher.

> Les systèmes d’isolation par l’extérieur qui comportent une finition sous forme d’enduit doivent disposer d’un agrément technique ATG.

Les composants doivent faire partie d’un même système (colle, isolant, mortier, armature et finition). L’exécution nécessite un savoir-faire particulier, surtout pour ce système et est donc, de préférence, confiée à un entrepreneur spécialisé.
Il en va de même pour le système des panneaux isolants couverts de plaquettes en briques.

Choix de l’isolant

Type d’isolant

L’isolant est placé directement contre le mur. Si l’isolant est souple, il épouse parfaitement la forme de son support même si celui-ci est un peu irrégulier. Si l’isolant est rigide, il est nécessaire de régler le support avant de poser l’isolant.

Un isolant perméable à l’air (laine minérale, par exemple) ne peut être choisi que si le mur-support sur lequel il est posé est lui-même étanche à l’air (maçonnerie plafonnée, …). Si la maçonnerie doit rester apparente à l’intérieur du bâtiment, pour rendre le mur étanche à l’air, la face extérieure du mur plein doit être enduite avant pose de ce type d’isolant.

Les produits minces réfléchissants (PMR), dont l’efficacité est beaucoup moins élevée que celle annoncée par les fabricants, sont à proscrire dans une isolation par l’extérieur puisqu’ils constituent un film pare-vapeur placé « du côté froid » du mur, susceptibles de provoquer une forte condensation sur la face interne (entre le mur et l’isolant).

Épaisseur de l’isolant

Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.

Conseils de mise en œuvre

> Les panneaux isolants doivent être posés de manière parfaitement jointive et appliqués contre le mur-support afin d’éviter les interruptions dans la couche isolante (= pont thermique) et les courants de convection.

Schéma pose des panneaux isolants.

Courants de convection.

Remarque : le risque de courants de convection est encore plus important lorsqu’il y a une lame d’air ventilée entre l’isolant et le parement extérieur.

> Afin d’éviter les ponts thermiques, l’isolation de l’enveloppe doit être continue. Elle doit être dans le prolongement et en contact avec le dormant du châssis muni d’un vitrage isolant. La couche isolante du mur doit être raccordée aux couches isolantes des autres parois du volume protégé.

> Il faut protéger et manipuler les panneaux isolants avec précautions pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Choix de l’enduit éventuel

Lorsque le mur est isolé par l’extérieur, mur et isolant doivent rester parfaitement secs.

Lorsque le système d’isolation par l’extérieur choisi comporte un enduit, c’est celui-ci qui assure l’étanchéité à l’eau.

Les enduits disponibles sur le marché – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent une absorption d’eau faible et assure ainsi l’étanchéité à l’eau pour autant qu’ils soient appliqués en suivant les recommandations et qu’ils ne présentent pas de fissurations importantes (> 1 à 2 mm).

Outre l’étanchéité à l’eau, les enduits doivent également :

Être perméable à la vapeur afin de permettre le séchage de la maçonnerie et de laisser sortir l’humidité qui aurait pénétré sous forme de vapeur. La plupart des enduits disponibles sur le marché – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent cette perméabilité à la vapeur élevée.

Présenter une bonne résistance mécanique : ils doivent pouvoir résister à des chocs modérés principalement au rez-de-chaussée, adhérer suffisamment à leur support, disposer d’une cohésion adéquate et résister à la fissuration. Les enduits – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent, en général, ces qualités pour autant qu’ils soient appliqués en suivant les recommandations et sur un support bien préparé. Lorsque l’enduit est appliqué directement sur l’isolant thermique, une armature est généralement prévue pour limiter le risque de fissuration.

Donner l’aspect décoratif recherché. Cette variété décorative est donnée par la grande variété de composition, de teinte et d’état de surface : lisse, gratté, tyrolien, ….).

Les enduits, aussi bien minéraux que synthétiques, sont préparés en usine afin d’obtenir une meilleure constance dans les mélanges et limiter de ce fait les variations de teinte et d’état de surface.

Vu les sollicitations importantes dues aux variations thermiques que peuvent subir les enduits, on choisit, de préférence, un enduit de couleur claire. Il sera suffisamment déformable pour limiter le risque de fissuration.

L’enduit nécessite un entretien tous les 10 à 15 ans pour des raisons esthétiques (encrassement).

Détails d’exécution

L’isolation par l’extérieur est un système qui permet d’isoler un mur de manière continue pour autant que les détails aux interruptions dans le mur (tels que ceux montrés ci-dessous) et les raccords avec les parois adjacentes soient réalisés avec soin. Seul le pont thermique au droit d’un balcon reste difficile à éviter.

La baie de fenêtre

Seuil et linteau – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Mur existant + enduit intérieur.
Arrêt d’enduit + mastic.
Panneau isolant collé.
Armature et mortier d’enrobage.
Enduit de finition.
Armature d’angle.
Retour d’isolation au niveau du linteau (panneau collé revêtu des mêmes couches que le mur).
Profilé d’interruption fixé mécaniquement à la maçonnerie.
Retour d’isolation au niveau du seuil.

Bruxelles Environnement a édité une vidéo illustrative de la mise en œuvre de ce détail :

Isolation : Pose d’un seuil de fenêtre – [Vidéo réalisée dans le cadre du projet Conclip, soutenu par Bruxelles Environnement].

Ébrasement de baie – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Mur existant + enduit intérieur.
Arrêt d’enduit + mastic.
Panneau isolant collé.
Armature et mortier d’enrobage.
Enduit de finition.
Armature d’angle
Retour d’isolation au niveau de l’ébrasement (panneau collé revêtu des mêmes couches que le mur).

Seuil et linteau – cas de l’ isolant protégé par un bardage

Retour d’isolation au niveau du linteau.
Retour d’isolation au niveau du seuil de fenêtre.
Retour au niveau de l’ébrasement de fenêtre.
Feuille métallique.

Retour d’isolation au niveau du linteau et au niveau de l’ébrasement : des lattes sont fixées sur le linteau et sur l’ébrasement de fenêtre. L’isolant est posé entre les lattes. Le tout est recouvert d’une finition ( feuille métallique par exemple).

Joints de mouvement – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Les joints de dilatation ou de tassement doivent être répercutés dans l’isolation et dans l’enduit. Les rives libres des panneaux, ainsi que les bords des joints de mouvement sont protégés par des profilés « ad hoc » faisant partie du système.

Joint de mouvement en partie courante

Schéma joint de mouvement en partie courante.

Joint de mouvement dans un angle

Schéma joint de mouvement dans un angle.

Raccord avec une paroi adjacente

Schéma raccord avec une paroi adjacente.

Mur existant.
Panneau isolant collé.
Armature et mortier d’enrobage.
Enduit de finition.
Profil protecteur.
Joint élastique d’étanchéité.
Fond de joint.
Joint mécanique.

Construction en encorbellement – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Schéma panneau isolant revêtu d'un enduit.

Enduit.
Revêtement de sol.
Chape.
Isolant acoustique.
Dalle de plancher.
Mur plein.
Panneau isolant.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation de puissance des groupes frigorifiques [Climatisation]

La régulation « tout ou rien » par marche / arrêt du compresseur

Appliquons le principe d’une régulation par « tout ou rien » à une machine frigorifique.

Le thermostat d’ambiance agit directement sur l’alimentation du compresseur. En général, il agit en parallèle sur l’électrovanne placée sur la ligne liquide.
Les pressostats de sécurité (pressostats HP et BP) peuvent également agir sur le compresseur et sur l’électrovanne de la ligne liquide, mais en cas de fonctionnement anormal cette fois.

C’est de cette manière, simple et fiable, que sont régulées les armoires de climatisation, les groupes de production d’eau glacée, …
Pour les machines plus puissantes, il y aurait un risque trop élevé d’échauffement des bobinages du moteur.

La régulation « tout ou rien » par vidange de l’évaporateur (ou « pumpdown »)

Le principe consiste à arrêter le fonctionnement du compresseur par le pressostat BP, suivant la cascade d’événements suivants :

supposons que le niveau de froid soit atteint dans l’ambiance : le thermostat coupe l’alimentation de l’électrovanne sur la ligne liquide,
le fluide frigorifique ne peut plus alimenter l’évaporateur,
le peu de fluide qui s’y trouve encore s’évapore,
comme le compresseur continue d’aspirer les vapeurs, la pression chute,
le pressostat BP détecte l’insuffisance de pression et arrête le compresseur.

La remise en marche suit la même logique :

la sonde d’ambiance informe le thermostat d’une remontée en température,
le thermostat alimente l’électrovanne qui s’ouvre,
le fluide frigorigène envahit l’évaporateur,
la pression remonte,
le compresseur se remet en marche sous l’impulsion du pressostat BP et le cycle continue.

Remarques.

On constate cette fois que deux pressostats BP seront nécessaires : un pressostat BP d’arrêt ou de mise en marche du compresseur et un pressostat de sécurité qui intervient en cas de fonctionnement anormal.
Suivant les schémas électriques :
- soit le pressostat n’autorise le redémarrage que s’il y a demande de froid (mise en série des interrupteurs),
- soit le pressostat enclenche le compresseur même s’il n’y a pas de demande de froid, ce qui est à éviter car cela entraîne des démarrages trop fréquents.

L’avantage de ce type de régulation est qu’il va vider l’évaporateur et le circuit basse pression de la majorité du fluide frigorifique. Or celui-ci risquait de se condenser à l’arrêt du groupe, de former des gouttes de liquide, gouttes dangereuses au redémarrage (coups de liquide au compresseur).

De plus, cette technique abaisse la pression du carter du compresseur. Le fluide frigorifique dissous dans l’huile, s’évapore en bonne partie grâce à cette basse pression. Et lors du redémarrage, l’émulsion de l’huile sera plus faible. Ceci ne permet pas de couper le chauffage de l’huile du carter pour autant.

Ce type de régulation est couramment utilisé, particulièrement lorsqu’il est nécessaire de vider l’évaporateur du fluide frigorifique avant l’arrêt.

On le rencontre dans les groupes frigorifiques dont l’évaporateur travaille à « détente directe » (batterie de caissons de traitement d’air), dans les groupes de production d’eau glacée, …

La régulation « progressive » de la pression d’évaporation

Comment adapter la puissance frigorifique à la charge réelle de l’ambiance ? La régulation par « tout ou rien » entraîne un nombre élevé d’enclenchements et de déclenchements du compresseur, et une fluctuation de la température intérieure peu confortable.

On cherche dès lors une adaptation plus progressive de la puissance frigorifique aux besoins des locaux.

Le régulateur de pression d’évaporation

Imaginons une charge assez faible. Le compresseur va aspirer les vapeurs mais celles-ci sont peu importantes. La pression à l’aspiration va diminuer, entraînant une diminution de température d’évaporation, et même un risque de gel de l’évaporateur.

On introduit alors un régulateur de pression entre l’évaporateur et le compresseur, un robinet qui va laminer les vapeurs de fluide frigorigène et créer une perte de charge : la pression dans l’évaporateur restera constante mais la pression côté compresseur va baisser fortement.

On parle d’ailleurs d’un « robinet à pression constante. Il assure le « laminage des vapeurs aspirées ».

La puissance frigorifique va diminuer, mais les températures à la sortie du compresseur vont s’élever (parfois jusqu’à 100°C).

Bien sûr, si la charge augmente, la vanne s’ouvre et le débit de fluide augmente. A charge thermique maximale, le robinet est totalement ouvert.

Le régulateur de pression d’évaporation prévient contre le risque de gel de l’évaporateur, en supprimant le risque d’avoir une pression si basse que l’évaporateur ne prenne en glace.

Mais le rendement énergétique de la machine s’en trouve dégradé… Et pourtant ce type de régulation est fréquemment employé, lorsque la réduction de puissance n’excède pas 40 à 50 %.

La régulation par « étages »

Comme pour les cascades de chaudières, le principe consiste à découper la tâche par palier !

La puissance frigorifique totale est éclatée en plusieurs machines en parallèle qui s’épauleront en fonction de la puissance à atteindre.

Différentes configurations sont possibles.

> un évaporateur et plusieurs compresseurs : il est alors fréquent que l’évaporateur soit lui aussi décomposé en plusieurs circuits. Il est nécessaire d’égaliser les niveaux d’huile dans les carters, à partir une tuyauterie de connexion.

On rencontre parfois le fait que les deux moto-compresseurs sont enfermés dans le même carter.

> deux machines frigorifiques distinctes en parallèle : il faut alors qu’un fluide caloporteur fasse la liaison entre les évaporateurs. C’est par exemple le cas du réseau d’eau glacée d’une installation de climatisation importante.

Ce système est recommandé, tout particulièrement lorsque les variations de charge sont importantes. Le montage est simple et fiable puisque les machines restent indépendantes. De plus, il permet une variation progressive de la puissance énergétiquement favorable (aucune machine n’est dégradée dans son fonctionnement).

Bien sûr, le coût d’investissement est plus élevé que si l’on utilisait une seule grosse machine.

La régulation de la vitesse de rotation ou « inverter »

Le contrôle traditionnel par mode MARCHE/ARRET entraîne des fluctuations inconfortables de la température à l’évaporateur et des mauvaises conditions de rendement du compresseur.

Les compresseurs dont on fait varier la vitesse vont comprimer un volume de fluide variable et ainsi adapter leur puissance frigorifique à la charge thermique du local. Quand l’écart mesuré entre le point de consigne et la température du local augmente, le système de régulation agit sur la vitesse de rotation du compresseur qui voit sa puissance frigorifique augmenter. Ce mode de régulation est appelé « INVERTER ». Il permet une variation de vitesse du compresseur sans pertes importantes de rendement.

Notons que le démarrage du compresseur se fait toujours à basse vitesse, contrairement au fonctionnement MARCHE/ARRET. La pointe de courant nécessaire au démarrage est ainsi fortement réduite.

La technologie INVERTER de plus en plus utilisée dans les machines frigorifiques ainsi que dans les pompes à chaleur car elle engendre des économies importantes à charge partielle.

Dans ce but, la technique traditionnelle du compresseur alternatif (piston et vilebrequin), d’une fiabilité légendaire, est progressivement remplacée par :

> le compresseur rotatif :

rendement similaire,
niveau sonore moindre,
fonctionnement à vitesse variable.

> le compresseur scroll :

rendement plus élevé,
niveau sonore encore plus faible,
fonctionnement à vitesse variable.

Dans certains cas, compresseurs à vis travaillant souvent à faibles charges se voit remplacé par des compresseurs Turbocor (dont le COP est proche de 10 entre 20 % et 60 %).

La mise hors service de cylindres

Le réglage de la puissance frigorifique peut se faire par la mise hors service d’un ou de plusieurs cylindres de compresseurs à pistons. Pour supprimer l’action d’un piston, il suffit de maintenir ouvert en permanence la soupape d’aspiration. C’est une méthode très répandue.

Un tel système est simple et fiable, moyennement efficace sur le plan énergétique. Les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 % par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.

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

Par contre, la variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance). Et, autre inconvénient, l’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

L’obturation de l’orifice d’aspiration

Dans les compresseurs à piston, un obturateur commandé par une électrovanne bouche l’entrée d’un ou de plusieurs cylindres, réduisant ainsi le débit et donc la puissance de la machine frigorifique.

Ce système provoque un échauffement du compresseur, ce qui n’est énergétiquement pas favorable, et entraîne le besoin de laisser au moins un ou deux cylindres sans obturateur.

La régulation par injection des gaz chauds

Le principe consiste à reboucler les gaz chauds sortis du compresseur vers l’entrée de l’évaporateur, juste après le détendeur. Un régulateur de capacité (ou de puissance) maintient la pression d’évaporation à la grandeur préréglée. Tandis que le détendeur régule toujours la surchauffe à la sortie de l’évaporateur, donc la température des vapeurs en sortie de l’évaporateur reste constante.

Tout ceci permet de rendre constant le débit de frigorigène qui traverse l’évaporateur.

Lorsque la charge thermique diminue (= lorsque le besoin de refroidir les locaux est faible), le régulateur de capacité s’ouvre (il maintient la pression en injectant du fluide frigorigène) et des vapeurs, chaudes mais détendues, constituent une charge thermique complémentaire de l’évaporateur. (Voir aussi « fonctionnement global de la machine frigorifique« ).

De même, dans les compresseurs centrifuges, une tuyauterie relie le condenseur à l’évaporateur, par la partie des échangeurs où le fluide frigorigène est à l’état vapeur. Un robinet solénoïde placé sur cette tuyauterie isole normalement les deux appareils (commande manuelle ou automatique).

Bien sûr, avec un tel système, la puissance de l’évaporateur peut varier pratiquement de 0 à 100 % !

Mais ce fonctionnement est pervers : si le besoin de froid diminue, et que le compresseur pourrait « être mis au chômage », on réinjecte de la chaleur pour donner du travail au compresseur !!!

Comparaison : imaginons une pompe qui vide un réservoir « bas » vers un réservoir « haut ». De peur du risque qu’elle se désamorce si elle n’a plus assez d’eau à pomper, on lui réinjecte de l’eau venant du réservoir « haut ». Ainsi elle peut continuer à fonctionner sans problème !

Il faut qualifier cette technique de « pur anéantissement d’énergie ». En effet, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, elle provoque un échauffement du moteur. Elle se rencontre assez souvent car elle met en œuvre un matériel peu coûteux. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système hors service dans les installations existantes.

La régulation « par tiroir » des compresseurs à vis

Les compresseurs à vis sont munis d’un dispositif qui rend leur puissance réglable dans une plage allant de 100 à 10 %. Le rendement reste satisfaisant, du moins jusqu’à 50 % de la charge nominale. En dessous, le rendement se dégrade et il faut donc éviter ces fonctionnements à basse puissance. L’intérêt de ne pas surdimensionner les installations reste déterminant.

Le principe consiste à limiter la course de la vis : en délaçant un « tiroir », c.-à-d. un élément du stator déplaçable par translation comme un tiroir, on modifie la section d’entrée du volume aspiré et donc on module le débit.

Un tel mécanisme permet d’assurer également le démarrage à vide de la machine.

La prérotation du fluide frigorigène dans les turbocompresseurs

Des ailettes pivotantes sont disposées dans la tuyauterie d’aspiration. En se fermant progressivement, elles génèrent un mouvement giratoire des gaz frigorigènes pénétrant dans l’ouïe d’aspiration. Comme pour un ventilateur, le point de fonctionnement se modifie par déplacement sur une nouvelle courbe caractéristique du compresseur.

C’est le mode de régulation le plus souvent rencontré dans les turbocompresseurs.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Préparateur d’eau chaude à accumulation

Éléments communs aux différentes technologies

Un préparateur d’eau chaude à accumulation est un réservoir dans lequel l’eau froide est chauffée puis accumulée. Cette fonction « accumulatrice » lui permet de répondre rapidement à une demande importante.

Les technologies se distinguent notamment en fonction du vecteur énergétique : gaz, électricité ou à eau chaude.

Cuve résistantes à la corrosion

L’eau est naturellement agressive suite à la présence de l’oxygène. Si dans un circuit de chauffage cette eau tourne sur elle-même et est considérée comme « morte », l’eau sanitaire est au contraire toujours renouvelée. Différents types de matériaux existent

L’acier St 37 galvanisé au bain, à chaud, mais cette technique est abandonnée aujourd’hui.
Le cuivre et les alliages de cuivre, qui semble doté d’une bonne résistance à la corrosion mais pour lequel nous manquons d’expérience. Il est couramment utilisé dans les pays scandinaves et en Angleterre.
L’acier inoxydable (acier CrNiMo), qui doit être suffisamment allié pour la construction d’un chauffe-eau. On utilise généralement les nuances DIN 1.4435 ou 1.4571, soit des aciers à faible taux de carbone avec adjonction de molybdène. Pour les gaines de corps de chauffe, plus fortement sollicitées, on adopte des alliages plus performants à teneur élevée de nickel, tels que le IN 1.4539, l’Inconel, etc… La qualité de l’équipement est souvent liée à la réalisation des soudures et au décapage intérieur des cuves.
L’acier St 37 avec revêtement organique ou synthétique. L’acier est soumis à différents traitements préparatoires (traitement chimique ou sablage) pour assurer l’accrochage de l’enduit. Son usage est limité puisqu’il requiert de ne pas dépasser la température prescrite par le fournisseur (généralement 60°C).
Enfin l’acier St 37 émaillé. L’acier est du type pauvre en carbone. Différents traitements (chimiques ou mécaniques) sont nécessaires avant l’émaillage. Celui-ci est réalisé généralement par deux couches successives cuites au four à 890°C.

Protection cathodique contre la corrosion

Les revêtements émaillés comportent quelques pores après la cuisson. Pour exclure tout risque, les appareils émaillés sont munis d’une protection cathodique ou galvanique. Lors de la formation d’une pile électrique, c’est toujours l’anode qui se corrode. Le principe est donc de protéger l’acier (= la cathode) en le mettant en contact avec un métal moins noble que lui (= l’anode).

L’anode, plongée dans l’eau, est généralement en alliage de magnésium. Le fer « ennobli » reste intact et le magnésium sacrifié se dissout. L’anode devra être remplacée lorsque son usure dépasse 60 %.

Ce type d’anode est dégradable, mais il existe également des anodes électroniques (généralement en titane) fonctionnant sur le secteur, et qu’il ne faut en principe jamais remplacer. En cas de panne de courant, elles sont alimentées par une batterie rechargeable. Mais celle-ci n’a qu’une capacité de 1 à 2 jours. Cela suffit si le courant est coupé pendant la journée, parce que le boiler ne fonctionne que la nuit. Cela pourrait poser problème si le courant est coupé durant une période de vacances, par exemple. Le boiler ne serait plus protégé contre la corrosion.

Les pertes thermiques du ballon

Elles sont évaluées via sa constante de refroidissement Cr (puissance de déperditions du ballon) et sa constante d’entretien ce (pertes annuelles).

Mais les performances des ballons usuels sont généralement très proches de la valeur du ballon dit « surisolé » dans la norme française NF C 73-221.

Voici les critères proposés par l‘Ordonnance sur la procédure d’expertise énergétique des réservoirs d’eau chaude en Suisse (22/01/92) :

Capacité	Pertes maximum admissibles [kWh/24h]	Capacité	Pertes maximum admissibles [kWh/24h]
30	0,75	1 000	4,70
50	0,90	1 100	4,80
100	1,30	1 200	4,90
200	2,10	1 300	5,00
300	2,60	1 400	5,05
400	3,10	1 500	5,10
500	3,50	1 600	5,12
600	3,80	1 700	5,14
700	4,10	1 800	5,16
800	4,30	1 900	5,18
900	4,50	2 000	5,20

Le préparateur à accumulation gaz

Le préparateur à accumulation gaz est conçu pour chauffer et maintenir en température un certain volume d’eau variant de 75 à 200 litres.

Ce système permet de distribuer de grandes quantités d’eau chaude à plusieurs postes de puisage. L’eau est chauffée avant et durant les puisages. La reconstitution de la réserve d’eau chaude est rapide (entre 20 et 90 minutes, suivant les modèles).

Le réservoir est calorifugé et l’eau est ainsi maintenue à une consigne de 45 à 60°C.

Il existe des préparateurs « haut rendement » et des préparateurs à condensation.

L’accumulateur électrique

Le petit accumulateur décentralisé (contenance de 5 à 30 litres)

Prévu pour la fourniture d’un ou deux postes, il répond à des besoins ponctuels et supprime la nécessité de raccordement à une installation centralisée.

Certains appareils résistent à la pression (circuit fermé), d’autres sont à écoulement libre mais doivent être suivi d’une robinetterie permettant la dilatation de l’eau chauffée.

Il existe également des chauffe-eaux rapides, dotés d’une puissance de 120 à 200 Watts/litre et dont le temps de chauffe n’excède pas 45 minutes.

Il est possible de les encastrer (comme un réfrigérateur ou un lave-vaisselle).

L’accumulateur électrique prévu pour une préparation centralisée

La capacité d’accumulation est de plusieurs centaines de litres. Il est possible de le faire fonctionner en continu (alimentation électrique permanente) ou en accumulation en période tarifaire creuse (heures de nuit). Dans ce cas, le dimensionnement est basé sur la couverture des besoins quotidiens.

La puissance installée est de l’ordre de 10 à 12 Watts/litres (exemple : un ballon de 200 litres sera équipé d’une résistance de 2 ou 2,5 kW).

Il existe également des accumulateurs à double résistance électrique, un dans la partie inférieure assurant la charge nocturne à bas tarif, alors que l’élément chauffant supérieur couvre les demandes de pointe en eau chaude pendant la journée. L’enclenchement simultané des deux résistances n’est pas réalisé pour limiter la puissance cumulée.

Les thermostats installés sur les chauffe-eau sont préréglés (60 à 65°C) et le point de consigne ne peut pas toujours être modifié.

Pour permettre la dilatation de l’eau lors du chauffage, on trouve en amont du chauffe-eau un groupe de sécurité (un par appareil). Il comporte :

un robinet d’arrêt, pour couper l’arrivée d’eau froide dans le chauffe-eau (démontage),
un clapet de retenue, pour éviter le retour d’eau chaude dans la canalisation d’eau froide,
une soupape de sûreté, pour limiter la pression dans le chauffe-eau,
un dispositif de vidange, pour vidanger le réservoir.

Carrosserie.
Calorifuge (laine minérale, polyuréthane sans CFC).
Cuve (acier galvanisé, cuivre ou acier).
Thermovitrification / émail / plastique.
Prise d’eau froide.
Brise-jet.
Fond.
Tube plongeur pour sonde de thermostat.
Corps de chauffe.
Pieds réglables.
Capot de recouvrement.
Raccordement électrique.
Thermostat de réglage et de sécurité.
Flasque.
Anode en magnésium.
Thermomètre.
Prise d’eau chaude.
Groupe de sécurité (là, il faut le deviner !).
Vidange à l’égout.

En voici le fonctionnement. Au fur et à mesure que l’eau monte dans la cuve, la pression augmente. Un clapet de sécurité évacue l’excès de pression. Le trop-plein d’eau s’écoule par le tuyau de décharge. Un bouton ou une manette fixée sur le groupe de sécurité permet d’actionner manuellement le clapet.

En l’actionnant régulièrement (tous les mois, par exemple), on évite qu’il ne s’encrasse ou ne s’entartre.

Les corps de chauffe électriques

On rencontre essentiellement deux systèmes :

> Les résistances blindées (ou thermoplongeurs), barres chauffantes de 6 à 9 mm environ. Le fil électrique chauffant est noyé dans de l’oxyde de magnésium (MgO) très pur à haute densité, matériau qui est à la fois un très bon conducteur de la chaleur et un protecteur de l’oxydation du conducteur chauffant.

Avantages.

Moins de dépôt de calcaire suite aux dilatations et retraits successifs de la barre blindée.
Une faible masse et donc une transmission très rapide de la chaleur vers l’eau.
Un flasque de plus petite surface que celle d’une résistance céramique et donc une limitation des pertes énergétiques.
Une possibilité, lors de sa construction à froid, de préformer la barre en fonction de la forme du chauffe-eau et donc de réduire la zone froide du fond (mesure anti-légionelle).

Inconvénients.

La puissance élevée peut provoquer du bruit pendant la phase de réchauffage de l’eau.
Il est nécessaire de vider le réservoir pour remplacer le corps de chauffe.

> Les corps de chauffe en céramique, où les résistances spiralées sont tirées dans les gorges des éléments en céramique, le tout étant introduit dans un tube de protection plongeur.

Avantages.

Une inertie relativement importante et donc une charge plus lente qui limite la production de bruit.
Un remplacement aisé de la garniture céramique contenue dans un tube plongeur sans devoir vidanger le ballon.
Un flasque plus grand, facilitant les travaux d’entretien.

Inconvénients.

La formation d’une couche calcaire sur le tube plongeur et donc une moins bonne transmission de chaleur.
Des pertes thermiques plus élevées par les flasques, et cela malgré l’isolation thermique en céramique à l’extrémité du flasque.
Zone morte plus importante au bas de la cuve, favorisant la stagnation d’eau à température faible et donc le développement de la légionelle.

Appareil à double corps de chauffe

Il existe des appareils équipés de 2 résistances : l’élément chauffant inférieur assure la charge nocturne à bas tarif, alors que l’élément chauffant supérieur couvre les demandes de pointe en eau chaude durant la journée. L’enclenchement simultané des deux résistances n’est généralement pas autorisé en raison de la puissance cumulée.

L’accumulateur à échangeur intégré

Un serpentin de chauffage ou un faisceau tubulaire est intégré. C’est un échangeur de chaleur parcouru par un fluide caloporteur, généralement de l’eau chaude, parfois de la vapeur. Il offre la possibilité de préparer l’eau chaude via une chaudière (gaz, fuel, …), via un capteur solaire ou via une pompe à chaleur.

L’échangeur est généralement en acier inoxydable ou en tube d’acier émaillé.

L’échangeur peut également consister en un faisceau de tubes lisses ou à ailettes, fixé sur un flasque lui-même intégré au chauffe-eau ou monté sur celui-ci.

L’accumulateur mixte

L’accumulateur mixte dispose d’un double raccordement : un serpentin d’eau chaude et une résistance électrique.

Deux types d’alternance sont possibles :

Soit suivant la saison : chauffer par la chaudière en hiver et électriquement en été.
Soit suivant la complémentarité des sources : chauffage de base par capteur solaires/pompe à chaleur/récupérateur de chaleur et chauffage d’appoint électrique lorsque le niveau de température de consigne n’est pas atteint.

Schéma accumulateur mixte.

Thermomètre.
Tube plongeur pour sonde de thermostat.
Anode en magnésium.
Tube de retour de circulation.
Cuve (acier galvanisé, cuivre ou acier).
Thermovitrification / émail / plastique.
Capot de recouvrement.
Thermostat de réglage et de sécurité.
Corps de chauffe.
Prise d’eau froide.
Brise-jet.
Tube plongeur pour sonde de thermostat.
Pieds réglables.
Calorifuge (laine minérale, polyuréthane sans CFC).
Retour chauffage.
Serpentin.
Aller chauffage.
Prise d’eau chaude.

S’il s’agit d’un chauffage par pompe à chaleur ou par énergie solaire, la position de l’échangeur électrique doit ors se placer en position médiane, créant 2 ballons : un demi-ballon inférieur pour le préchauffage solaire et un demi-ballon supérieur pour l’appoint électrique…

Une séparation totale en 2 ballons en série restera toujours préférable.

La stratification des températures

Lors de la charge, l’eau est chauffée, elle se dilate, sa densité diminue et elle se déplace vers le haut. Au-dessus de l’échangeur, l’eau chaude s’élève comme de la fumée au-dessus d’un feu.

Par contre, l’eau située au-dessous du corps de chauffe n’est pour ainsi dire pas chauffée et reste pratiquement froide.

Lors de la décharge du réservoir, l’eau chaude est progressivement remplacée par l’eau froide. Des perturbations peuvent se produire dans la stratification des températures. Or un « mélange » des températures intérieures est préjudiciable à la bonne utilisation du ballon.

Exemple.

Un ballon contient 200 litres à 60°C. Un puisage de 100 litres est réalisé. Il contient donc encore 100 litres à 60°C et 100 litres à 10°. Il peut être utilisé valablement.

Si des tourbillons ont entraînés le mélange de l’eau, c’est 200 litres à 35°C qui seront présents… Aucune énergie n’est perdue, mais l’eau est « inutilisable ». Un réchauffement sera nécessaire pour ramener l’eau à 60°C.

Cette situation (caricaturale) est surtout à éviter pour l’accumulateur électrique, car il appellera un appoint de jour, mais aussi pour un système traditionnel à eau chaude car il risque de relancer la chaudière suite au moindre soutirage.

Des perturbations de la stratification peuvent avoir lieu suite à :

une vitesse d’arrivée d’eau trop élevée,
une circulation interne quand l’isolation est insuffisante (refroidissement de l’eau le long des parois),
un retour de boucle de circulation trop froid,
une disposition horizontale du ballon.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Auto-excitation des moteurs asynchrones

Lorsqu’un moteur entraîne une charge de grande inertie et qu’il y a coupure de la tension d’alimentation, il peut continuer à tourner en utilisant l’énergie cinétique du système. La présence de batteries de condensateurs peut alors entraîner son « auto-excitation », c’est-à-dire lui fournir l’énergie réactive nécessaire à son fonctionnement en génératrice asynchrone.

Cette auto-excitation provoque des surtensions qui peuvent être considérablement supérieures à la tension du réseau.

Compensation individuelle des moteurs asynchrones

Dans tous les cas où une batterie de condensateurs est installée aux bornes d’un moteur, il y a lieu de s’assurer que la puissance de la batterie de condensateurs est inférieure à la puissance nécessaire à l’auto-excitation du moteur.

Dans toute installation comportant des moteurs à grande inertie et des batteries de condensateurs, l’appareillage de commande des batteries devra être conçu de telle sorte qu’en cas de manque général de tension, aucune liaison électrique ne subsiste entre ces moteurs et les condensateurs.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Changer les comportements

Les améliorations techniques se font lentement. Comment y associer les utilisateurs ?

« On a fait un audit sérieux. Les améliorations techniques se font au fur et à mesure des possibilités budgétaires. Comment fait-on pour associer les utilisateurs aux efforts consentis ? »

À ce stade du travail, il est important d’associer les utilisateurs à un projet particulier, de les consulter pour des problèmes les concernant directement (les températures souhaitables, les heures, …) Il faut leur donner la possibilité d’être écouté, de faire des suggestions, de formuler des propositions pour résoudre les problèmes qui ne vont pas manquer de se poser.

Voici, à titre indicatif, une procédure possible :

informer les utilisateurs de ce qui a été réalisé en matière d’URE et ce qui est en cours.
multiplier les relations avec les utilisateurs pour connaître la situation et les comportements des utilisateurs.
afficher des informations contenant de bonnes raisons de faire de l’URE.
proposer une réunion d’information et de discussion sur une action à mener pour diminuer la consommation énergétique.
décider avec les utilisateurs des modalités d’une action à mener pour faire changer les comportements;
appliquer les décisions prises.
réunir les personnes à nouveau quand des résultats peuvent être diffusés à propos de l’action …

Les lumières restent allumées… Que faire ?

« Moi, je ne peux pas obliger les gens à éteindre la lumière quand ils quittent une pièce. Alors, comment faire ? »

Diffuser des « pourquoi » : il existe des affiches qui donnent de bonnes raisons d’économiser l’énergie.
Diffuser parallèlement des « comment » : créer des petites affiches humoristiques, les placer près des interrupteurs, rappelant qu’il faut éteindre en partant. Pour qu’elles continuent à être lues, il faut les remplacer de temps en temps.
Favoriser les relations personnelles avec les utilisateurs et parler avec eux de ce qui devrait être fait tant par le responsable énergie que par les utilisateurs pour faire diminuer la consommation énergétique.

Les gens ont peur qu’on nuise à leur confort. Que faire ?

« Et quand les gens sont convaincus que l’URE va à l’encontre de leur confort, comment faire pour qu’ils ne vandalisent pas mes installations ? »

Les mentalités changent PETIT A PETIT.

Inutile d’attendre de grands bouleversements : les gens ont autre chose à faire.

En plus de diffuser des « pourquoi » et des « comment » économiser l’énergie, il faut idéalement que les personnes puissent faire plusieurs fois l’expérience que confort et URE ne sont pas nécessairement antagonistes.

Faites leur part d’expériences réalisées ailleurs et de ce qui a été fait chez eux sans nuire à leur confort.

Vous pouvez aussi rappeler de manière redondante que confort et gaspillage, ce n’est pas la même chose.

Comment organiser une campagne de sensibilisation ?

On a fait ce qu’on pouvait avec le budget disponible. On ne peut pas automatiser plus. Il faudrait mener une campagne de sensibilisation à l’URE pour tout le personnel. Comment faire ?

Organiser une campagne de sensibilisation interne est un travail de longue haleine qui nécessite un investissement en temps et en informations considérable. Parfois, il est plus intéressant de se concentrer sur un service seulement (voir « Les améliorations techniques se font lentement. Comment y associer les utilisateurs ? »). Mais parfois, une action de grande envergure vous paraîtra plus appropriée.

Toucher tout le monde, tout de suite, c’est impossible. Alors, il faut compter sur la conscientisation d’un petit nombre au début, puis sur un probable effet d’entraînement, puis sur un retour en arrière parce qu’une urgence est venue contrecarrer vos projets, sur un redémarrage lent et progressif, sur des résistances au changement logiquement incompréhensible, sur des comportements qui finissent par s’adapter, mais après combien de temps …
À propos, vous êtes-vous déjà fait la réflexion que Coca-Cola fait toujours de la publicité ?

Nous vous proposons une procédure en 6 phases que vous adapterez bien entendu en fonction des situations que vous rencontrerez chez vous.

Et souvenez-vous de cette parole de Rivarol :

« Il faut attaquer l’opinion avec ses armes. On ne tire pas de coups de fusil aux idées ! ».

1ère phase : phase d’information

S’informer

Savoir ce que veut dire URE pour les différents acteurs (décideurs, utilisateurs, collaborateurs).

Auprès d’autres responsables énergie, récolter des informations sur la façon dont ils envisagent une campagne, quelles sont leurs expériences, où on peut trouver des affiches, des slogans …

S’inscrire à un cycle de formation pour renforcer ses propres compétences techniques.

Le maître mot : ÉCOUTER.

Considérer que toutes les représentations peuvent être utiles. Si vous désirez que quelqu’un change d’avis, il vous faut d’abord savoir de quoi est fait son avis.

Connaître les problèmes de chauffage ou d’éclairage comme les voient les autres personnes : ceci est très important pour pouvoir remédier aux problèmes manifestes avant d’entamer (ou parallèlement à) une campagne de sensibilisation. Il serait inopportun de lancer une vaste campagne de sensibilisation si les acteurs n’ont pas les moyens matériels pour appliquer vos consignes (vannes de radiateur saccagées, interrupteurs cassés,…).

Informer

Vos collaborateurs à propos de votre projet.

D’autres acteurs que vous souhaiteriez associer dès les phases de réflexions (par exemple, dans une école, les professeurs et les élèves s’il s’agit d’un concours d’affiches et de l’insertion de l’URE dans un cours ou une leçon).

Les décideurs pour obtenir leur accord et leur soutien sur votre projet.

L’information des autres et votre propre information sont deux processus fortement imbriqués. Assumer les deux processus en même temps permet au responsable énergie d’associer plus vite les différents acteurs à ses projets URE.

2ème phase : construction du projet de sensibilisation

Trois questions à vous poser :

Que faire ?
Pour qui ?
Comment ?

Que faire ?

des conférences,
des réunions d’informations,
des lettres-circulaires,
des affiches,
des activités de loisirs,
des articles dans le journal d’entreprise,
une permanence à votre bureau,
un questionnaire / une enquête,
un séminaire, une action de formation,
un concours, un parrainage,
une soirée, un dîner, une réception,
une séance « portes ouvertes »,
un peu de tout …, mais dans un certain ordre ! Planifier plusieurs actions dans le temps assure une meilleure persistance des nouveaux comportements,
vous préférez en décider avec les bénéficiaires.

Pour qui ?

Tout le monde,
un groupe cible particulier dans un premier temps et ensuite profiter de l’expérience pour étendre l’action,
les opérateurs,
les décideurs,
quelles personnes relais pouvez-vous dès maintenant associer et conscientiser ?

Comment ?

Avez-vous besoin d’un budget ? Si oui, où allez-vous aller le chercher ? Si vous ne pouvez pas en avoir, comment allez-vous faire ?
Avec quels partenaires internes ou externes pouvez-vous travailler (le chef sécurité hygiène, la Région wallonne, un expert, un scientifique, …) ?
Élaborez un planning indicatif avec un premier jet des actions projetées.

Exemple.

À court terme : informer les personnes de la nécessité d’adopter des comportements plus responsables en matière d’URE pendant le premier trimestre dans une école, par exemple en septembre et en octobre. Mettre en œuvre une action d’affichage. Les affiches sont dessinées par les élèves en novembre. Elles sont reproduites et affichées, par exemple, en janvier. Un deuxième affichage avec d’autres affiches aura lieu un mois plus tard, soit en février. En avril on lance une boîte à suggestions pour pouvoir obtenir des informations qui permettront d’améliorer l’installation pendant l’été. En juin, en fin de période de chauffe, le bilan de l’action est communiqué.

À moyen terme : le suivi apporté la première année : comment informe-t-on les personnes sur les économies réalisées ? Un affichage aux valves, une lettre circulaire, le bouche à oreille, tout cela en même temps ? Qu’est-ce qu’on fait des économies générées ? On restitue une partie aux utilisateurs pour qu’ils achètent du matériel pédagogique, des plantes vertes, … Mais alors quelle partie et sur base de quoi ? Il faut aussi penser à donner toutes ses informations aux utilisateurs pour favoriser leur motivation.

À long terme : et la deuxième année, et si les acteurs changent, comment renouveler l’opération, sur quelles bases, … ?

Comment allez-vous savoir que des économies ont été générées ?
- comparaison mois / saison / année,
- la première année,
- les années suivantes.

Sur quelles bases pouvez-vous imaginer une « récompense » ?
- la baisse des consommations,
- la baisse des factures,
- un montant forfaitaire quelles que soient les économies réalisées,
- quelle partie pour les utilisateurs, quelle partie pour le responsable énergie (son salaire par exemple), quelle partie pour qui d’autre,
- s’il n’est pas possible de redistribuer de l’argent, quelle autre forme peut prendre la « récompense » : un confort accru, une meilleure écoute des problèmes, une prise en compte plus rapide des plaintes, une information de bonne qualité sur les moyens d’économiser aussi à la maison …

Dans quelle mesure pouvez-vous responsabiliser à long terme les occupants des bâtiments par une décentralisation budgétaire du poste « énergie » ? Si un système de récompense est choisi, il devra être offert chaque année… Par contre, si le budget chauffage est géré par l’utilisateur en parallèle avec son budget de fonctionnement, il sera automatiquement soucieux d’une gestion économe.
Par exemple, le directeur du centre sportif est-il intéressé à économiser sur ses consommations pour augmenter son budget « matériel de sport » ?

La source, c’est-à-dire l’émetteur, a beaucoup d’importance pour assurer une crédibilité à vos messages. La communication interpersonnelle directe est le canal d’influence le plus puissant.
Les communications avec supports (affiches, lettres, …) permettent d’assurer la persistance de l’information et la répétition des messages. Dans toute campagne de sensibilisation, le responsable énergie s’efforcera donc de maintenir de bonnes relations et d’informer de manière privilégiée les « leaders d’opinion ».
Par exemple : associer le plus tôt possible le délégué syndical s’il a une grande influence et s’il veut bien; le chef de sécurité et hygiène pour les aspects relatifs à la santé et aux conditions de travail; la ou les secrétaire(s) par qui passent toutes les informations …

3ème phase : construction des outils

Il existe déjà des affiches, des autocollants, des slogans … N’hésitez surtout pas à vous en servir : les bonnes idées sont faites pour être volées (respectez la législation sur les droits d’auteurs quand même quand il y en a) !

Tentez d’élaborer un slogan qui sera rappelé le plus souvent possible.

Quels que soient les supports adoptés, les messages doivent contenir des « pourquoi » et des « comment ». Les « pourquoi » aident à motiver. Les « comment » aide à changer les comportements de manière concrète.

Les campagnes antitabac ont permis de faire chuter le nombre de fumeurs de manière très importante. « Le tabac nuit gravement à la santé » est un « pourquoi » répété à l’infini. Le « plan de 5 jours », la méthode « point contact » sont des « comment » qui permettent de changer l’habitude.

Il est important de multiplier les types de messages, les types de supports et les périodes pendant lesquelles les personnes seront soumises aux messages. La répétition est indispensable à la sensibilisation d’un groupe.

Les outils peuvent aussi être construits en groupe (une classe, un service …) : ils seront plus efficaces, au moins pour les personnes qui ont participé à leur élaboration.

Vous pouvez aussi imaginer une « année de la gestion des ressources humaines dans la commune » dans le cadre de l’année européenne de la conservation de la nature, par exemple. Vous organiserez alors une grande conférence inter-services – sommet de la commune – à la fin de l’année avec diffusion des informations sur les actions réalisées, les économies générées, ce qu’on n’a pas consommé, … et l’impact que cela a pu avoir sur l’environnement.

Avec une action de ce genre, l’URE est intégrée de manière explicite dans un projet bien plus large, ce qui lui donne, au moins pour certaines personnes, une instrumentalité immédiate.

Quels supports contiennent quels types d’informations ?

Exemples.

Des « pourquoi » :

Quelques affiches sur la « planète bleue ».
Une séance d’informations sur les directives européennes en matière d’URE.
Une séance d’information sur les améliorations techniques prévues ou effectuées avec les effets escomptés. Les économies générées et les économies possibles si on peut compter sur des comportements responsables.
Des informations dans le journal d’entreprise sur ce qui se fait en matière d’URE dans l’institution pour sauvegarder l’environnement.
Des informations sur le développement durable, l’utilisation responsable des ressources naturelles, sur la dépendance énergétique, sur les quantités encore disponibles dans le monde, sur le coût de l’énergie pour l’institution …

Des « comment » :

Une affiche humoristique à côté des interrupteurs rappelant la nécessité d’éteindre la lumière en partant.
Une affiche à côté d’une fenêtre indiquant qu’il faut la fermer en partant ou quand on ouvre le radiateur.
Un autocollant coloré à côté de la machine à café incitant à utiliser le Thermos …

les questionnaires :
Les questionnaires et les enquêtes peuvent aussi être utilisés pour conscientiser aux problèmes URE. En lisant les questions, un certain nombre de personnes peuvent modifier quelques-uns de leurs comportements. Mais soyez attentif au fait que les questions doivent être non culpabilisantes, le questionnaire doit de préférence être anonyme.

Les questionnaires peuvent :

Soit poursuivre un objectif de conscientisation ET vous permettre de récolter de l’information. Dans ce cas, il est évidemment nécessaire que vous les repreniez.

Soit être conçus comme une sorte de test pour vous permettre de diffuser des informations à propos de l’URE. Ils contiennent alors les « bonnes » réponses ou mieux, vous afficherez ces réponses quelque temps plus tard, de telle sorte que les personnes aient eu l’occasion d’en parler entre elles.

Exemples.

Combien pensez-vous que nous dépensons en chauffage par an ?

2 500 €
de 25 à 5 000 €

A votre avis, quel service de l’hôpital consomme le plus d’électricité ?

la cuisine
la salle d’opération
l’ensemble des chambres des malades

Quelle que soit la formule choisie, il faut être clair et précis avec votre public-cible et dire pourquoi vous avez opté pour la formule « questionnaire ».

A quoi faut-il absolument penser : à la VIE ! (voir Valence – Instrumentalité – Expectation).

Valence

Vous devrez avoir bien écouté les gens et leurs idées à propos de l’URE pour ensuite pouvoir les aider à élargir leurs avis.

Exemple.

L’URE = Utilisation Restreinte d’Énergie pour une personne. Un message que vous pouvez faire passer alors, c’est : « Évidemment, l’URE, c’est utiliser moins d’énergie. Mais c’est aussi l’utiliser mieux, en maximisant le confort des occupants. Confort et URE vont parfois très bien ensemble, il faut profiter de l’un pour faire de l’autre. »

Vous pouvez aussi ajouter des sens qui ne sont pas encore associés à l’URE dans votre contexte.

Exemple.

URE = conservation de la nature, gestion de l’environnement, augmentation du confort, diminution du gaspillage, éviter des surconsommations inutiles, gestion durable des ressources naturelles, penser aux générations futures, diminution de l’individualisme et de l’égoïsme que tout le monde déplore, une action à notre disposition pour faire un petit pas vers un développement soutenable, la possibilité de créer un emploi … pour que chacun puisse choisir en fonction de ses valeurs.

Instrumentalité

Chaque fois que vous pouvez trouver une « carotte », c’est mieux !

Exemples.

Un concours d’affiches, la motivation peut être immédiate si par exemple les meilleurs sont affichées; quand c’est possible, restitution de tout ou une partie des économies réalisées pour un voyage, un jeu, une amélioration du cadre de travail, un matériel…

Il ne suffit pas de le faire, il faut aussi dire qu’on l’a fait. Et si on peut l’écrire en plus, ce ne sera certainement pas plus mal.

pensez aussi à associer les objectifs URE avec des buts de mission (voir « Les buts liés à la mission« ) de l’institution

Exemples.

Dans une école, l’URE peut devenir un projet dans un cours; dans un CPAS : un projet URE et des comportements éco-civiques qui permettent à des assistés sociaux de réapprendre quelques éléments dans un processus d’autonomisation.

Expectation

Il vous faudra surtout traiter les problèmes de comparaison : on se rend « incapable » de faire de l’URE, en se comparant à d’autres qui ne le font pas.
Dans ce cas, et en prenant le temps qu’il faut, sans culpabiliser les personnes, il faut amener vos propres comparaisons. Ailleurs, d’autres personnes font de l’URE. Elles n’imitent pas des personnes qui ne s’en préoccupent pas. Elles prennent plutôt leurs exemples là où les gens sont conscients des problèmes que posent une surconsommation inutile d’énergie. De plus, le gaspillage n’augmente le confort de personne, a un impact négatif sur l’air que nous respirons …

Mais vous aurez surtout à faire face à des habitudes très ancrées. Les gens penseront qu’ils sont « éternellement distraits » et ils n’éteindront pas leur lampe avant de partir. C’est une manière de se penser incapable de se soumettre à la conduite demandée. Les habitudes ne changent qu’avec le temps et si l’information est suffisamment redondante (ou en cas d’urgence).

4ème phase : la mise en œuvre

Quand les étapes précédentes ont été suffisamment réfléchies, cette phase est facile. Laissez démarrer une première étape de l’opération prévue. Récoltez des informations sur ses effets. Tous les effets : ceux que vous avez prévus et les autres, non prévus.

Utilisez ce que les gens disent, font, vous disent, disent à d’autres, ce qu’ils font des informations que vous avez diffusées, combien de temps durent les affiches, sont-elles barbouillées, arrachées, enjolivées, tellement belles qu’on les pique pour garnir ailleurs …Vérifier le plus possible ce qui change dans les consommations.

Être à l’affût des petites actions qui ont lieu pour économiser l’énergie ou pour vous faire savoir que personne ne s’en préoccupe.

5ème phase : l’évaluation

Maintenant que la première étape a été mise en œuvre, quels sont les résultats obtenus ?

C’est à partir de cette nouvelle situation qu’il faut continuer.

Les résultats sont positifs, les gens ont bien réagi :
- surtout dites-le,
- continuez l’action, pensez à renouveler les messages et à assurer la répétition des slogans;

Les résultats sont mitigés, mais certains comportements ont quand même changé :
- dites ce qui a changé en bien,
- élaborez des correctifs et de nouvelles actions en tenant compte des résistances qui sont apparues lors de la première étape;

Les résultats sont négatifs, rien n’a changé ou, pire, tout le monde vous en veut maintenant :
- il y a sûrement des améliorations techniques à faire avant. Si ce n’est pas possible, ne comptez pas trop non plus sur la sensibilisation des utilisateurs,
- les gens n’ont pas assez compris, ils se sont sentis trop culpabilisés; ils sont débordés… Il faut prendre le temps et introduire l’URE dans un cadre plus vaste de confort, d’environnement, d’amélioration des conditions de travail …

6ème phase : Assurer la persistance des nouvelles habitudes

Nous nous habituons à notre environnement si fort, que finalement, nous ne le voyons même plus. Or la répétition d’un message atténue la vitesse de l’oubli. Il faut donc changer les affiches, mettre d’autres couleurs, trouver un nouveau stimulus étrange, un tout petit peu bizarre, suffisamment différent du précédent pour qu’il attire le regard, mais contenant des éléments semblables pour que le public perçoive la continuité (par exemple, utilisez le même slogan, le même logo).

On constate une modification d’attitudes plus stables chez les personnes qui ont eu l’occasion d’élaborer elles-mêmes les messages persuasifs. La réception passive d’un message assure moins sa persistance. Pensez-y lors des phases précédentes. Mais aussi, vous pouvez maintenant vous informer auprès des gens sur la façon dont ils auraient écrit, dessiné , sur la façon dont ils mettent quelles informations en relation avec quoi. Ces idées vous en donneront pour concevoir vos communications.

Le contexte est un déterminant de la stabilité de l’attitude dans le temps. Il faut donc rendre le contexte propice à l’URE.
Par exemple, en diffusant régulièrement de l’information sur les consommations et ce qu’on a pu faire depuis qu’on consomme moins pour l’organisation ou pour l’air, l’eau, le confort des occupants, maintenir l’emploi …
On peut aussi continuer à diffuser des petits conseils oralement, par écrit, par le réseau sur les ordinateurs, … : si vous m’éteignez, vous faites économiser XX € à l’heure. Si XX personnes le font, ça fait … Au bout de l’année, nous aurons … Ce n’est rien pour vous, peu de choses pour la commune, mais beaucoup de CO₂ en moins dans l’atmosphère et les personnes sensibles qui respirent mieux, de même d’ailleurs que les petits oiseaux …

Écoutez les contre-arguments que certaines personnes ne manqueront pas de produire et utilisez-les dans vos messages pour les réfuter.
Par exemple : certains diront qu’ils ne sont pas intéressés par l’URE. Ils veulent avoir chaud et qu’on ne les embête pas avec des contraintes supplémentaires. On peut bien entendu comprendre ce point de vue : il faut se trouver dans une ambiance confortable pour travailler. Toutefois, avoir chaud ne veut pas dire avoir trop chaud au point de devoir ouvrir la fenêtre quand le radiateur est allumé. Le confort, c’est un équilibre à trouver.

Outil

Cahier technique sectoriel: sensibilisation aux économies d’énergie en entreprise

Ce cahier se propose d’aborder la question de la sensibilisation aux économies d’énergie en entreprise, et ce par le prisme des acteurs qui la composent. Les études et articles décrivant des méthodes de sensibilisation sont nombreux mais ils négligent souvent la spécificité des cibles auxquelles la démarche de sensibilisation s’adresse. Or cette cible de la sensibilisation (qui n’est jamais qu’une « communication visant à créer l’adhésion et à mettre en mouvement et changer les comportements») est déterminante pour que la démarche soit efficace.

Lien vers l’outil :

Sensibilisation aux économies d’énergie en entreprise

Document réalisé par l’ICEDD (Institut de Conseil et d’Etudes en Développement Durable) – https://www.icedd.be/. Mise à jour du document en mars 2024.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’isolation thermique des murs

Connaître les valeurs de référence

Une paroi est caractérisée par un coefficient de transmission thermique U. Plus ce coefficient est petit plus la paroi est isolante. La réglementation thermique wallonne impose, pour les parois neuves et assimilées délimitant le volume protégé, une valeur maximale du coefficient de transmission thermique.
Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Ces valeurs à respecter au minimum dans un nouveau bâtiment peuvent néanmoins servir de base pour évaluer la qualité d’un bâtiment existant.

Calculer le niveau d’isolation lorsque la nature et l’épaisseur des matériaux isolants sont connues

Calcul approximatif

Les blocs isolants (béton cellulaire, terre cuite légère, …) et l’isolant thermique sont les couches du mur qui influencent le plus sa qualité thermique. Les calculs approximatifs ci-dessous sont suffisamment précis lorsqu’on s’approche de la gamme des valeurs admises.

Mur en blocs lourds + isolant

En première approximation, le calcul du niveau d’isolation peut se faire en ne tenant compte que de l’isolant sur base de la formule simplifiée :

U = λ_i/e_i,

avec,

λ_i : la conductivité thermique de l’isolant
e_i : l’épaisseur de l’isolant

Exemple.

9 cm de laine minérale certifiée, de marque non déterminée, dont λ vaut 0.044 W/mK (suivant Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), entraîne un U approximatif du mur de :

0,044 W/mK / 0,09 m = 0,49 W/m²K

On obtient une valeur de U < 0,5 W/m²K, dont il est question ci-dessus, avec des épaisseurs :

de 9 cm de laine minérale ou mousse de polystyrène expansé,(λ = 0,044 W/mK, selon selon Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014)
ou de 8 cm de mousse de polystyrène extrudé (λ = 0,038 W/mK),
ou de 11 cm de verre cellulaire (λ = 0,050 W/mK).

On obtient une valeur de U < 0,8 W/m²K, dont il est question ci-dessus, avec des épaisseurs :

de 6 cm de laine minérale ou mousse de polystyrène expansé, (λ = 0,044 W/mK, selon Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014).
ou de 5 cm de mousse de polystyrène extrudé (λ = 0,038 W/mK),
ou de 7 cm de verre cellulaire (λ = 0,050 W/mK).

Murs en blocs isolants sans couche isolante supplémentaire

En première approximation, le calcul du niveau d’isolation peut se faire en ne tenant compte que des blocs isolants, sur base de la formule simplifiée :

U (=1/R) = λ_bl/e_bl,		pour les matériaux homogènes.
U = 1/Ru,		pour les matériaux hétérogènes.

Avec,

λ_bl : La conductivité thermique du bloc isolant,
e_bl : l’épaisseur du bloc isolant,
R : la résistance thermique des matériaux homogènes,
R_u : la résistance thermique utile des matériaux hétérogène.

Exemples.

Avec une épaisseur de 29 cm de bloc de béton cellulaire (700 < ρ < 800 kg/m³, λ = 0,26) et sec, on obtient une valeur de U = à 0,9 W/m².K.

Avec des blocs creux de béton léger de 29 cm d’épaisseur (ρ < 1 200 kg/m³, R_u = 0,450 m²K/W) et sec, on obtient une valeur approximative de U = à 2,2 W/m².K.

Remarque : seuls des blocs de béton cellulaire très léger (ρ < 500 kg/m³) (ou équivalent) mis en œuvre avec une épaisseur > 29 cm et dans un état parfaitement sec permettent d’atteindre un niveau d’isolation de U < 0,6 W/m².K sans isolant complémentaire.

Murs en blocs isolants avec isolant

En première approximation, le calcul du niveau d’isolation peut se faire en ne tenant compte que des blocs isolants et de l’isolant, sur base de la formule simplifiée :

U = 1/(e_i/λ_i + e_bl/λ_bl)		en cas de blocs isolants homogènes.
U = 1/(e_i/λ_i + R_u)		en cas de blocs isolants hétérogènes.

avec,

λ_i : la conductivité thermique de l’isolant
e_i : l’épaisseur de l’isolant
λ_bl : la conductivité thermique du bloc isolant
e_bl : l’épaisseur du bloc isolant
R_u = la résistance thermique utile des matériaux hétérogènes

Exemple.

Avec une épaisseur de 19 cm de bloc de béton léger (800 < ρ < 900 kg/m³, λ = 0,46 W/m.k) + une couche de 3 cm de laine minérale (λ = 0,045 W/m.K, selon Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), on obtient une valeur de U = à 0,8 W/m².K.

Avec des blocs creux de béton léger de 29 cm d’épaisseur (ρ < 1 200 kg/m³, Ru = 0,450 m²K /W) + une couche de 3 cm de laine minérale (= 0,045 W/m.K, selon Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), on obtient une valeur approximative de U = à 0.90 W/m².K.

Calcul plus précis

Si les autres matériaux constituant le mur sont connus, il est possible de calculer exactement le coefficient de transmission thermique U de celui-ci.

Calculs

Pour calculer le coefficient de transmission thermique du mur.

Mais attention, tous les résultats ainsi obtenus ne sont fiables que si l’isolant est bien posé, sec et en bon état…

…ce qui n’est pas toujours le cas…! :

Par exemple …

Les premiers bâtiments isolés datant de la fin des années ’70 et des années ’80, ont connu beaucoup d’erreurs de conception. On a, en outre, employé des matériaux inadéquats : les coulisses ont été remplies de laines minérales trop souples et non hydrofugées.

Même dans les bâtiments récents, des défauts d’exécution sont très fréquents lors d’un remplissage partiel de la coulisse.

Exemple : Les panneaux isolants ne sont pas placés contre le mur intérieur (en remplissage partiel) : ce qui engendre des pertes de chaleur par convection autour des panneaux.

Exemple.

La KUL a effectué des mesures de coefficients de transmission thermique moyens réels sur des murs creux avec remplissage partiel où la mise en œuvre de l’isolant a été soignée et sur les mêmes murs creux où la mise en œuvre a été exécutée sans soin particulier.

En voici les résultats :

	U_théorique (W/m².K)	U_pratique (W/m².K)
Pas d’isolant dans le mur creux	1,34	1,35
*Remplissage partiel du creux*
Pose correcte de l’isolant	0,42 à 0,49	0,54 à 0,61
Pose déficiente de l’isolant	0,42 à 0,49	0,99

En cas de doute, des sondages effectués prioritairement aux endroits suspects peuvent être très utiles.

Repérer les indices d’une isolation thermique insuffisante

Dans l’idéal …

Idéalement, lorsque la nature, l’épaisseur et/ou l’état de la couche isolante n’est pas connue, il convient d’effectuer un sondage à travers le mur pour la déterminer.

À défaut, un indice pratique

Avant d’effectuer ce sondage, un indice peut indiquer un manque d’isolation efficace : la faible température du mur côté intérieur en période hivernale.

La condensation sur le mur en est une conséquence visible dans les locaux humides.

La condensation sur une paroi est signe d’absence ou de faiblesse de l’isolation.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Prescriptions relatives à l’éclairage dans les ateliers

Principe

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

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

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

Dans la nomenclature ci-dessous, on reprend les principaux types de locaux et d’activité dans les ateliers.

Entrepôts/entrepôts réfrigérés

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Magasins et entrepôts	100	25	0,40	60	200 lux en cas d’occupation permanente.	Éclairement 0.1 m au dessus du niveau du sol.
Zones de manutention	300	25	0,60	60	–
Allées centrales : non occupées	20	–	0,40	40	–
Allées centrales : occupées	150	22	0,40	60	–

Boulangerie et pâtisserie

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Préparation et cuisson	300	22	0,60	80	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Finition	500	22	0,70	80	0.85 m au dessus du sol par défaut.

Électricité, électronique

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Assemblage de moyenne dimension	500	22	0,60	80	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Assemblage de petite dimension	750	19	0,70	80
Assemblage de précision	1 000	16	0,70	80
Assemblage de composant électronique	1 500	16	0,70	80

Blanchisserie et nettoyage à sec

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Lavage et repassage	300	25	0,60	80	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Contrôle et réparation	750	19	0,70	80	0.85 m au dessus du sol par défaut.

Mécanique

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Plan de référence
Soudure, usinage grossier, …	300	25	0,60	80	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Usinage de précision,…	500	19	0,70	80
Mécanique de précision	1 000	19	0,70	80

Imprimerie

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Composition typographique, retouche, lithographie	1 000	19	0,70	80	–	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Contrôle des couleurs en polychrome	1 500	16	0,70	90	5000 K ≤ Tcp ≤ 6500 K	0.85 m au dessus du sol par défaut.

Textile

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Couture	750	22	0,70	80	–	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Contrôle des couleurs et des tissus	1 000	16	0,70	90	4000 K ≤ Tcp ≤ 6500 K	0.85 m au dessus du sol par défaut.

Menuiserie

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Travail à l’établi	300	25	0,60	80	–	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Tour à bois	500	19	0,60	80	Eviter les effets stroboscopiques.	à la hauteur de l’axe du tour.
Travail de précision	750	22	0,70	90	4000 K ≤ Tcp ≤ 6500K	0.85 m au dessus du sol par défaut.
Contrôle de qualité et inspection	1000	19	0,70	90	4000 K ≤ Tcp ≤ 6500K	0.85 m au dessus du sol par défaut.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Se poser les questions les plus fréquentes sur la ventilation

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Voici les affirmations et les questions les plus couramment formulées par des gestionnaires de bâtiment à l’adresse de l’Administration régionale wallonne concernant la mise en œuvre de la réglementation wallonne en matière d’isolation et de ventilation :

C’est à cause de l’isolation que l’on connaît des problèmes de salubrité dans les bâtiments. Mieux vaut donc ne pas trop isoler

Cette affirmation est en grande partie fausse. Pour comprendre pourquoi, il est utile de retracer l’historique de l’isolation.

Les années d’insouciance :

Avant la crise pétrolière des années ’70, l’énergie était bon marché. Les habitations non isolées pouvaient être bien chauffées à peu de frais.

Les années de crise :

Dans les années ’70, les pays producteurs de pétrole augmentèrent fortement les prix. Le choc fut rude pour nos économies et il devint urgent de diminuer nos dépenses énergétiques. À cette fin, tous les moyens furent bons. Quelques-uns tentèrent d’isoler avec les moyens et les connaissances d’alors …

Mais, on a surtout

réduit le chauffage que l’on a même coupé dans certaines pièces,
calfeutré portes et fenêtres,
limité l’aération.

Les conséquences de ces actes uniquement basés sur une logique d’économie d’énergie furent désastreuses pour les bâtiments : de nombreux problèmes d’humidité apparurent suite à la « fermeture complète » du bâtiment. L’isolation mal réalisée agit en effet comme révélateur d’humidité : sans isolation, la condensation de la vapeur d’eau se répartissait sur toutes les surfaces. Mais lorsqu’on a commencé à isoler, les problèmes d’humidité se sont concentrés uniquement sur les nombreux défauts provoquant l’apparition de moisissures. Très rapidement, l’idée d’isolation fut alors confondue avec l’idée de calfeutrage et associée à celle d’humidité.

Les années de tâtonnement :

À cette époque, la conception des bâtiments était fondée sur la logique de « fermeture » : on isole et on supprime quasiment toute ventilation. De plus, la combinaison des techniques traditionnelles et des exigences nouvelles génère toute une série de problèmes (ponts thermiques, mauvaise mise en œuvre de l’isolant). Suite à la parution du règlement régional wallon, l’isolation des bâtiments neufs est devenue obligatoire. Elle s’est généralisée, mais quelques problèmes ont subsisté.

Les années raisonnables :

L’observation des pathologies apparues dans le parc immobilier, ainsi que les recherches menées pour améliorer les performances énergétiques des bâtiments, ont permis de dégager trois règles essentielles à respecter pour éviter les problèmes de condensation

assurer un chauffage suffisant des locaux,
contrôler la ventilation,
réaliser une isolation de qualité (absence de ponts thermiques, de discontinuités de la surface isolante, …).

Ainsi réalisée, l’isolation est une source de confort et d’économies sans ennuis.

Et l’avenir …

La réglementation thermique va devenir plus exigeante afin de protéger le consommateur et l’environnement. L’isolation doit progresser en efficacité. Il est donc impératif d’assurer une conception et une exécution de qualité.

Pourquoi rendre étanches les châssis et isoler le bâtiment pour ensuite créer des « trous » pour laisser rentrer de l’air froid ?

1^er élément : pertes par transmission et pertes par ventilation

Il faut distinguer « perte de chaleur par ventilation et infiltration » et « perte de chaleur par transmission ». La première est due au renouvellement de l’air intérieur (chaud) du bâtiment par de l’air (froid) extérieur. La seconde est due au transfert de chaleur d’un espace chaud vers un espace froid au travers des matériaux d’une paroi.

Placer de l’isolant dans une toiture, dans un mur, … n’a donc théoriquement aucun impact sur la perte de chaleur par ventilation, mais bien sur la perte par transmission. En effet, on ne modifie pas le renouvellement d’air du bâtiment mais le pouvoir isolant de ses parois.

À l’inverse, calfeutrer un bâtiment, c’est-à-dire le rendre étanche à l’air (par des joints au niveau des fenêtres, …) c’est diminuer les pertes par ventilation et infiltration.
On peut faire une comparaison avec un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire :

Les pertes par ventilation équivalent au chauffage nécessaire pour chauffer l’eau froide qui rentre dans le ballon lorsqu’il y a puisage à un robinet.
Les pertes par transmission, c’est la chaleur qui s’échappe par les parois du ballon puisque celui-ci est plus chaud que l’ambiance.

Isoler le ballon ou le bâtiment, c’est donc limiter les pertes par « transmission »; fermer le robinet ou calfeutrer le bâtiment, c’est éliminer les pertes par « ventilation » (ou irrigation dans le cas de l’eau).

2^ème élément : manque de ventilation et pollution de l’air intérieur

Si le taux de ventilation d’un local fortement occupé est insuffisant, l’air y est rapidement vicié par de multiples agents (CO₂, micro-organismes, matières odorantes, émissions des imprimantes et photocopieurs, …) : la respiration est moins active, une fatigue prématurée apparaît, la concentration diminue, le risque de contamination augmente, …

3^ème élément : ventilation et utilisation rationnelle de l’énergie

L’URE consiste à assurer le confort des occupants, tout en maîtrisant les consommations énergétiques. Il faut donc limiter les apports d’air extérieur à la quantité nécessaire et suffisante (ni plus, ni moins !) pour maintenir la qualité de l’air intérieur. Ce principe est difficilement respecté dans les anciens bâtiments, 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 incontrôlables, 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.
En fonction de la direction du vent, la répartition des flux d’air dans le bâtiment change alors que les besoins en air neuf sont, eux, théoriquement constants.
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.

Éliminer les infiltrations d’air parasites (c’est-à-dire incontrôlables) et créer une ventilation organisée (c’est-à-dire intentionnelle, grâce à des grilles, des ventilateurs, …) fournit au contraire la quantité d’air frais juste nécessaire aux occupants, limitant ainsi les consommations énergétiques au minimum.

Notons en outre que le contrôle de la consommation énergétique liée à la ventilation est d’autant plus important que les bâtiments deviennent fortement isolés. En effet, dans ce cas la perte de chaleur par transmission diminuant, la perte de chaleur par ventilation prend une part plus importante dans la consommation globale du bâtiment. C’est donc elle qu’il faut surveiller pour avoir un impact sur la consommation totale.

Pourquoi la ventilation par les fenêtres n’est-elle pas adéquate ?

La ventilation par les fenêtres est une ventilation intensive périodique qui permet une élimination rapide des polluants émis dans l’ambiance.

Taux de CO₂ mesuré dans une salle de classe dans laquelle
on ventile par ouverture de fenêtre lors des intercours.

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 va fluctuer fortement dans le local entre les périodes d’ouverture et les périodes de fermeture et dépassera bien souvent la valeur couramment admise de 1 000 ppm. Par exemple, le confinement de l’air d’une classe normalement occupée et ventilée uniquement aux intercours est atteint après un quart d’heure d’occupation.
Elle est source d’inconfort pour les occupants étant donné les débits importants d’air neuf, souvent froid.
Elle est difficilement réglable, exception faite des petits vasistas réglables.

Pourquoi exiger un système de ventilation alors que l’on n’est pas obligé de s’en servir ?

La norme NBN D50-001, relative à la ventilation des logements impose la présence de dispositifs corrects de ventilation, mais les habitants sont libres d’en faire usage ou non.

Cette approche ne garantit donc pas une ventilation permanente et suffisante du bâtiment. Elle est par exemple différente de l’approche française qui impose des entrées d’air non obturables.

La philosophie adoptée en Belgique consiste à laisser aux utilisateurs la possibilité de réduire les amenées en cas de courant d’air, de crainte de voir celles-ci complètement et définitivement obturées si aucune maîtrise n’est laissée à l’utilisateur.

La norme prévoit en outre que toute amenée d’air peut avoir un débit de fuite minimum en position fermée ce qui garantit quand même une ventilation minimum.

Les annexes C2 et C3 de la PEB prescrivent, respectivement pour les immeubles résidentiels et non-résidentiels, les débits de conception minimale à respecter. En outre, l’annexe C3 précise que les systèmes de ventilation mécaniques équipés d’un système de régulation appartenant à l’une des catégories suivantes sont interdits :

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

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

Si, dans une école, on aménage une ancienne chapelle en classes, la réglementation impose-t-elle un système de ventilation ?

La réglementation wallonne fait la distinction entre « transformation avec changement d’affectation » et « transformation sans changement d’affectation ».

La notion de changement d’affectation s’adresse au bâtiment et non au local. Ainsi, la transformation d’une chapelle d’école ne modifie pas l’affectation de l’école, celle-ci restant un bâtiment scolaire. Dans ce cas, seules des amenées d’air naturelles sont à prévoir si les fenêtres sont modifiées (remplacement ou nouveau percement). Dans le cas contraire, la réglementation n’impose rien.

Ainsi dans la chapelle traitée ici, si aucune fenêtre n’est créée ou remplacée, la réglementation n’impose pas de système de ventilation.

Cependant, il faut faire preuve de bon sens. Ce n’est pas parce que la réglementation ne prévoit rien que la qualité de l’air sera d’office assurée. Les règles de l’art veulent ainsi qu’un système de ventilation correct soit prévu dans les nouvelles classes.

Pour le réaliser, on peut se baser sur les débits imposés dans le cadre des « transformations avec changement d’affectation ».

Faut-il tenir compte des débits de ventilation lors du calcul de l’installation de chauffage ?

La puissance de chauffage à installer doit compenser les pertes par transmission au travers des parois du bâtiment et les pertes par ventilation due au renouvellement de l’air intérieur.

La norme NBN B62-003 est utilisée pour le dimensionnement des chaudières, prend déjà en compte ces deux pertes.

Pour les pertes par ventilation, la norme utilise la formule :

P_ch= 0,34 x q_vx (T_int– T_ext)

où :

P_ch= puissance nécessaire au chauffage de l’air neuf [W],
0,34 = capacité calorifique de l’air [Wh/m³.K],
q_v= débit d’air neuf [m³/h],
T_int= température intérieure de consigne [°C],
T_ext= température extérieure de base [°C].

En résumé, q_vvarie suivant les situations :

Type de ventilation	q_v=
Bâtiments sans ventilation mécanique	1 renouvellement par heure [vol/h] x volume des locaux [m³]
Bâtiments sans ventilation mécanique	ou 10 [m³/h.pers] (locaux non-fumeurs) à 20 [m³/h.pers] (locaux avec fumeurs) x nombre de personnes
Bâtiments avec ventilation mécanique	(taux de renouvellement d’air prévu par le concepteur [vol/h] + 0,3) x volume des locaux

À titre de comparaison, la réglementation wallonne de ventilation impose dans les bureaux un débit d’environ 2,5 [m³/h.m²] (dépendant du taux d’occupation minimal prévu), ce qui équivaut dans des locaux de 2,5 m de haut à un taux de renouvellement d’air de 1 [vol/h].

En conclusion, il n’est pas nécessaire de surdimensionner l’installation de chauffage pour tenir compte de la réglementation en matière de ventilation si cette installation a été dimensionnée suivant la norme NBN B 62-003.

L’évacuation de l’air vicié doit-elle toujours se faire en toiture ?

Dans le cas d’une évacuation d’air vicié naturelle, celle-ci doit toujours se faire via un conduit vertical débouchant en toiture, en respectant certaines dispositions d’emplacement par rapport au faîte du toit et par rapport aux bâtiments voisins.

Lorsque l’évacuation d’air est mécanique (on parle alors d’extraction d’air), le rejet d’air peut se faire aussi bien au niveau de la façade que de la toiture. Il faudra aussi veiller à son emplacement pour éviter les gênes pour le voisinage et pour la prise d’air neuf.

Comment calculer le débit d’évacuation des sanitaires dans les bureaux et les écoles ?

La réglementation wallonne indique qu’il faut respecter un débit de conception minimal dans les toilettes de 25 m³/h par wc (au minimum) ou 15 m³/h par m² de surface si le nombre de wc n’est pas connu lors du dimensionnement.

Doit-on prévoir des amenées d’air neuf dans les locaux sanitaires ?

Non !

Du point de vue qualité de l’air, le système de ventilation idéal consiste à pulser de l’air frais dans chaque local et d’en extraire l’air vicié. C’est le système de ventilation double flux unizone. Cependant, ce principe de ventilation est énergivore puisque c’est celui qui conduit au plus grand apport d’air neuf dans le bâtiment.

C’est pour cela que l’on admet le principe du « balayage ». Il consiste à ventiler les locaux dits « humides » avec l’air provenant des locaux dits « secs », grâce à un transfert de l’air d’une zone à l’autre.

Faut-il équilibrer les débits de pulsion et d’extraction ?

Lorsque l’on dimensionne une installation de ventilation suivant la réglementation wallonne, on ne parvient jamais à une égalité entre les débits d’amenée d’air neuf, les débits de transfert et les débits d’évacuation d’air vicié.

Faut-il, dés lors, surdimensionner l’une ou l’autre de ces trois composantes pour équilibrer le système ?

Raisonnons tout d’abord de manière théorique : « de l’air ne peut entrer dans un local que s’il ne peut en sortir ».

Ainsi, idéalement, il faut équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, ce sera souvent en disposant des évacuations complémentaires aux évacuations sanitaires.

La réglementation wallonne et la norme NBN D 50-001 relative au logement ne l’imposent cependant pas, et ce, pour plusieurs raisons :

Pour ne pas imposer des investissements trop importants, et tenir compte ainsi des difficultés constructives liées notamment à la rénovation de bâtiments existants.
Pour tenir compte des inétanchéités de l’enveloppe des bâtiments. En effet, le bâtiment existant moyen belge est relativement peu étanche à l’air. On en conclut que la différence de débit entre amenée et évacuation d’air pourrait être reprise par les infiltrations ou évacuations parasites.
Parce que l’impact de la qualité de l’air sur les occupants reste flou. Des essais de confort, réalisés dans le cadre de recherches internationales, montrent par exemple que de très grandes variations de taux de ventilation (de l’ordre de 200 %) ne modifient que peu le nombre d’occupants insatisfaits (variant de 15 à 30 %). Cette imprécision justifie d’ailleurs les différences existant entre les législations des différents pays.

Pourcentage de personnes insatisfaites de la qualité de l’air, lorsqu’elles rentrent dans un bureau individuel occupé en fonction du taux de renouvellement d’air du bureau (source : Rapport technique du Comité Européen de Normalisation (CEN), CR 1752, 1998).

Il faut dès lors comprendre la réglementation comme un minimum permettant un certain renouvellement d’air des locaux, mais sûrement pas comme une garantie de ventilation correcte des locaux comme l’exige, par exemple, le RGPT (soit 30 m³/h et par personne).

Par exemple, faire confiance aux infiltrations pour assurer une partie du débit d’air, c’est s’exposer à des éléments non maîtrisables comme l’étanchéité de l’enveloppe et la pression du vent.

En résumé, on peut établir une gradation dans la garantie d’obtenir une ventilation correcte des locaux en fonction de l’installation mise en œuvre :

Pas de garantie : aucun système
Garantie minimum : réglementation wallonne avec ventilation naturelle
Garantie maximum : système double flux équilibré

Pratiquement, certains bureaux d’études choisissent un compromis entre l’application stricte des débits recommandés par la réglementation qui conduit à des débits d’amenée d’air nettement supérieurs aux débits d’évacuation et le système totalement équilibré. Ils configurent l’installation de telle sorte qu’en fonctionnement :

Débit d’air neuf = Débit d’air évacué + Taux d’infiltration du bâtiment

Un taux d’infiltration de 0,5 vol/h est souvent choisi comme valeur usuelle. Ceci permet d’ « imaginer » que le surplus d’amenée d’air neuf prévu pourra effectivement sortir du bâtiment et donc … y entrer réellement.

Lors d’une rénovation de châssis, est-on obligé de prévoir des grilles d’amenée d’air ?

Oui !

Dans le cas de transformations sans changement d’affectation et demandant un permis d’urbanisme, la réglementation wallonne précise :

Pour les logements (et les zones d’hébergement), il faut respecter la norme NBN D50-001, avec au minimum des amenées d’air réglables (OAR) dans les châssis rénovés.
Pour les bureaux et les écoles, tous les locaux dont on remplace les châssis de fenêtres doivent au minimum être pourvus d’amenées d’air réglables (OAR) qui fournissent les débits recommandés pour une pression de 2 Pa.

Que faire si la qualité de l’air extérieur est mauvaise ?

Lorsque la qualité de l’air extérieur est insuffisante (pollution, bruit, …), il est nécessaire de traiter celui-ci avant son introduction dans le bâtiment.

Seule une filtration efficace de l’air permettra d’éliminer les particules extérieures. Cela ne sera possible que si on installe un système de ventilation avec pulsion mécanique (double flux). L’emplacement des prises d’air extérieures joue aussi un rôle sur la transmission possible des polluants au sein du bâtiment :

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 ou réchauffé (le long des terrasses, toitures, ou murs soumis à l’insolation). 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.
Ne pas aspirer au niveau du sol, respecter une distance d’un mètre minimum.

Avec une ventilation simple flux, il est possible d’éviter le transfert de bruit au moyen de bouches d’amenée d’air isophoniques. Cependant, dans les zones les plus bruyantes, on évitera de créer des « trous » dans les façades. Dès lors, seul un système de ventilation double flux permettra le renouvellement de l’ intérieur tout en limitant le transfert de bruit.

Existe-t-il d’autres possibilités d’amenées d’air naturelles que les grilles dans les châssis ?

Une amenée d’air naturelle est définie par la norme NBN D 50-001 relative à la ventilation des locaux d’hébergement sous le terme « ouverture d’alimentation réglable pour alimentation naturelle ou libre (OAR) ».

Les critères de définition sont :

être pratiquée dans une paroi extérieure (maçonnerie ou menuiserie);
ne pas augmenter les risques d’effraction;
être réglable en 3 positions minimum entre la position ouverte et la position fermée;
posséder un débit de fuite minimum en position fermée (critère facultatif).

Plusieurs systèmes peuvent répondre à ces critères et peuvent donc être utilisés comme amenée d’air naturel :

les grilles placées dans les fenêtres, soit entre vitrage et châssis, soit dans le châssis, soit entre châssis et maçonnerie;
les grilles disposées dans la maçonnerie, principalement au dos des émetteurs de chaleur;
les vasistas, c’est-à-dire des petites fenêtres basculantes.

Existe-t-il des installations de ventilation mécanique silencieuses ?

On repère différentes sources de bruits dans une installation de ventilation : en provenance de l’extérieur, du ventilateur, des locaux voisins (notamment technique), du réseau de distribution, …

Évaluer

Pour visualiser la qualité acoustique d’une installation.

Chacune de ces sources de bruit peut être maîtrisée moyennant une conception correcte de l’installation (choix correct du ventilateur, du silencieux, de la vitesse de l’air, des bouches, …). Le calcul acoustique d’une installation de ventilation est cependant complexe et doit souvent être réalisé par un spécialiste, ce qui est peut-être parfois négligé.

Calculs

Pour visualiser un exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation.

La correction d’une installation existante est également possible mais demandera des investissements souvent plus importants.

Améliorer

Pour visualiser les possibilités d’amélioration acoustique d’une installation existante.

Quelles sont les interactions entre l’obligation de ventilation et la réglementation incendie ?

L’A.R. du 19 décembre 97 impose que toute paroi séparant un lieu d’occupation (bureau, classe, dortoir, …) d’un chemin d’évacuation (en gros les couloirs) soit classée « Rf 1/2 h ».

Cela signifie que les ouvertures de transfert prévues entre les locaux où l’air neuf est amené et les couloirs par lesquels l’air transite vers les sanitaires doivent avoir la même résistance au feu.

Cela est possible grâce à des grilles de transfert coupe-feu. Pour ce qui est du détalonnage des portes, cela peut prêter à discussion.

Cependant, si on désire aller plus loin dans l’analyse des risques liés aux incendies, il faudrait également se poser la question du transfert des fumées. En effet, les grilles coupe-feu, comprennent un élément qui bouche la grille lorsque la température dépasse 70°C. Entre-temps, les fumées ont peut-être pu envahir les couloirs.

Bien que cela ne soit pas imposé par la législation, on peut dans ce cas se demander s’il n’est pas nécessaire d’équiper chaque local d’une amenée et d’une évacuation d’air local par local et d’éviter ainsi tout transfert entre locaux. Ceci est évidemment nettement plus onéreux.

En outre, pour les bâtiments d’une hauteur comprise entre 25 et 50 m, il est imposé de maintenir les cages d’escalier en surpression en cas d’incendie. À cela vient s’ajouter le désenfumage obligatoire des couloirs par pulsion et extraction pour les bâtiments de plus de 50 m de haut. Ces deux exigences se réalisent par un système de ventilation tout à fait indépendant de la ventilation hygiénique qui met en œuvre des débits nettement plus importants, de l’ordre de 10 renouvellements d’air par heure. De plus en cas d’incendie, la ventilation hygiénique doit être coupée pour limiter au maximum les transferts de fumée.

Enfin, tous les bâtiments doivent être compartimentés en cas d’incendie. Un compartiment est un plateau de maximum 2 500 m² et délimité à un étage. Les parois séparant les compartiments doivent être « Rf 2 h ». Ceci implique notamment que tout transfert d’air entre deux étages est soit interdit (pas de pulsion à un étage et d’extraction à un autre), soit obturable automatiquement (porte coupe-feu automatique, clapet coupe-feu).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Plan d’action [Chauffage – nouvelle chaudière]

… ou vaut-il mieux investir dans le remplacement des chaudières ou dans une nouvelle régulation ?

Les améliorations obligatoires

Certaines situations peuvent être qualifiées d’inadmissibles : soit l’investissement à consentir est faible, et directement remboursé par les économies, soit les équipements sont performants mais leurs qualités ne sont pas exploitées correctement (mauvais réglage ou d’un défaut de raccordement).

Améliorer

Dans la première catégorie, on peut classer :

On retrouve dans la seconde catégorie :

Évaluer

la condensation correcte des chaudières du même nom, …

Si on ne peut tout faire … choisir l’amélioration adéquate

Ensuite, si le budget d’investissement est limité, se pose l’alternative suivante : vaut-il mieux investir dans l’amélioration, voire le remplacement des chaudières ou dans l’amélioration de la régulation ?

Un essai de réponse peut être donné au départ d’un exemple :

Exemple.

Une école est chauffée par une chaudière de 500 kW. Sa consommation est de l’ordre de 58 000 litres de fuel par an.

Le rendement saisonnier des chaudières est estimé à 76 % (situation des plus mauvaises).

La régulation globale de l’installation est défaillante, de sorte qu’en moyenne une surchauffe de 2°C est souvent constatée dans de nombreuses zones du bâtiment et aucune intermittence n’est appliquée au chauffage en période d’inoccupation (situation la plus mauvaise : chauffage durant les nuits et les week-ends) .

Comparons le gain réalisable grâce à chacune des améliorations prises séparément. Évidemment ces économies ne sont pas cumulables puisque si on améliore les chaudières, l’amélioration de la régulation aura moins d’impact.

Action	Gain			Investissement	Temps de retour
	[%]	[Litres fuel/an]	[€/an] (à 0,2116 [€/l])	[€]	[ans]
Remplacement du brûleur par un brûleur 2 allures avec clapet d’air fermant à l’arrêt et permettant un rendement de combustion de 89 % (au lieu de 84 %) (faisable uniquement si l’état mécanique de la chaudière le permet).	12	7 000	1 500	4 500	3
Remplacement de la chaudière par une chaudière traditionnelle haut rendement redimensionnée de 350 kW.	17	10 000	2 100	11 000	5,2
Remplacement de la régulation (remplacement de 4 vannes mélangeuses, placement d’un régulateur climatique gérant ces 4 circuits et intermittence par optimisation et placement de vannes thermostatiques sur 80 radiateurs)	30	17 000	3 600	8 000	2,2

En fait, le choix ne se limite pas à l’installation de chauffage. L’isolation de l’enveloppe entre également en balance. Celle-ci doit être pratiquée avant le remplacement de la chaudière. Il est en effet logique de diminuer les besoins énergétiques avant d’améliorer la façon dont on les satisfait. Cette opération est aussi plus rentable et permet de diminuer la puissance de la nouvelle chaudière.

On peut également dire que l’impact de la régulation peut être différent en fonction du type de bâtiment. Ainsi, pratiquer une coupure du chauffage dans un bâtiment à fort degré d’isolation et grande inertie n’apporte guère d’économie, ce ne sera pas le cas dans un bâtiment sans isolation et peu inerte.

Concevoir	Isoler une toiture plate.
Concevoir	Isoler une toiture inclinée.
Améliorer	Améliorer les chaudières.
Améliorer	Remplacer la ou les chaudières.
Améliorer	Améliorer la distribution.
Améliorer	Améliorer les corps de chauffe.
Améliorer	Améliorer la régulation.
Améliorer	Améliorer la maintenance.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le système de production de vapeur

Générateur électrique ou au gaz ?

Générateur électrique

Il n’y a pas photo, l’électricité est très souvent pris comme vecteur énergétique. Pourquoi ? Par souci de facilité peut-être.

Essayons de voir ce qui motive les concepteurs à proposer l’électricité comme vecteur énergétique en synthétisant les avantages et les inconvénients:

(+)

l’électricité peut facilement être amenée à tout point du bâtiment, c’est une énergie propre au niveau même de la stérilisation centrale où l’hygiène est un critère important de sélection de la source de production de vapeur;
pas de nécessité de local adapté, d’équipements coûteux telle qu’une cheminée;
peu d’entretien;
pas de risque lié à l’utilisation du gaz par exemple (moyen de protection réduit);
…

(-)

la stérilisation fonctionne principalement en heure de pointe, la facture énergétique est donc importante (0,11 €/kWh);
la pointe quart horaire peut être importante si l’on n’y prend pas garde;
les résistances électriques sont relativement fragiles;
…

Générateur au gaz

Il arrive encore régulièrement que les hôpitaux, où la cuisine utilisant de la vapeur basse pression comme moyen de cuisson (« douche de cuisson », lave-vaiselle, …), soient équipés d’une chaudière à vapeur. Est-ce l’opportunité rêvée pour alimenter une installation de stérilisation centrale ?

La réponse dans la synthèse ci-dessous :

(+)

le gaz est un vecteur énergétique intéressant et propre;
le prix du kWh (0,05 €/kWh) est plus intéressant par rapport à l’électricité (0,11 €/kWh);
…

(-)

l’investissement dans un système de production de vapeur est important. Même si la chaudière vapeur est déjà présente dans le bâtiment, la pose de la distribution est onéreuse (conduite, équipements de purge, pompe de relevage des condensats, …);
les pertes en ligne sont importantes;
la souplesse de la régulation est moins bonne que le système étagé de résistances électriques;
la chaudière existante alimentant la cuisine travaille souvent en basse pression. Il est nécessaire de placer un surchauffeur pour atteindre la pression voulue en bout de ligne (surchauffeur au gaz ou électrique ?);
…

Conclusions

Dans le choix du vecteur énergétique entre l’électricité et le gaz, on peut en conclure ceci :

En essayant de récupérer l’énergie présente dans l’hôpital sous forme de vapeur à basse pression on se complique la vie à tous points de vue pour l’amener à pression de service de stérilisation (0,3 à 3 bar).
Si l’hôpital dispose d’une chaufferie vapeur haute pression (3,5 bar par exemple), il peut être intéressant d’utiliser la vapeur au travers d’un générateur-échangeur vapeur/vapeur; les constructeurs le proposent dans leur catalogue. Mais l’investissement et l’exploitation risquent d’être coûteux au niveau de la distribution de vapeur.
L’électricité semble le moins mauvais choix. En terme d’investissement, il est réduit et la technologie est fiable. En terme de facturation énergétique, il sera nécessaire d’être attentif à la gestion du lancement des cycles afin d’éviter une pointe quart-horaire trop importante.

Pour les réfractaires à l’électricité, il existe aussi des chaudières vapeur au gaz/fuel. Dans le cas précis de la stérilisation, il n’est pas possible de prévoir une chaudière au gaz à condensation; les températures mises en jeu sont trop importantes. Alors chaudières gaz ou fuel, c’est le même combat ! Mais de nouveau, l’investissement est très conséquent par rapport aux générateurs individuels intégrés électriques.

Générateur local ou central ?

1. Critères de choix

Le choix d’une configuration centrale ou locale est liée à plusieurs critères:

Confort thermique des zones de travail

Le confort thermique des occupants de la stérilisation centrale est très sensible. En effet, l’ambiance est souvent surchauffée de part le contact direct et quasi permanent avec les déperditions des parois des autoclaves lorsque les portes sont fermées (500 W par stérilisateurs selon un constructeur) et de l’intérieur des chambres de stérilisation lorsque les portes sont ouvertes (1 400 W par stérilisateur selon le même constructeur). Il faut ajouter à cela les déperditions des parois de séparation de l’ambiance de travail (zones stérile et propre) et de l’espace technique qui sont, en général, de simples parois de propreté en inox sans isolation.

Si cet espace technique est mal ventilé, il risque de surchauffer de part les apports internes importants et de transmettre au travers des parois de propreté une chaleur importante. On y relève les apports internes de déperdition au travers des parois :

de la double enveloppe de l’autoclave et de la distribution (de l’ordre de 2 100 W);
du générateur de vapeur (800 W).

Les apports internes, s’ils ne sont pas :

limités par une bonne isolation des parois des équipements,
confinés dans l’espace technique par une bonne isolation des parois de propreté,
évacués par une ventilation intelligente (récupération des calories au niveau d’un quai fournisseur en période froide par exemple),
…

cela risquent de rendre les zones de travail incorfortables; d’où nécessité de climatiser.
Il est pratiquement certain que la conception d’une stérilisation centrale passe par la climatisation des zones de travail car il est difficile, de toute façon, de réduire les apports internes de manière à passer en dessous du seuil de climatisation (gestion des déperditions des portes des autoclaves, de l’ouverture limitée de ces portes, …) mais on peut du moins les limiter au maximum comme, par exemple, la centralisation des générateurs dans un local technique annexe.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la climatisation, cliquez ici !

Puissance installée

Il est clair que lorsqu’on choisi comme vecteur énergétique de l’électricité directe, il est nécessaire de se soucier de l’appel de courant ou de la pointe quart-horaire. Avec la centralisation, on pourrait espérer réduire la puissance installée sachant que le coefficient de foisonnement des cycles de l’ensemble des stérilisateurs est faible. Mais vu que la priorité reste la garantie de résultat au niveau du cycle de stérilisation, le sous-dimensionnement n’est pas une solution en soi car rien n’empêche la possibilité de démarrer tous les stérilisateurs en même temps; une piste à suivre ?

Enfin la centralisation d’une production électrique de vapeur n’est pas le cheval de bataille des constructeurs. A puissance égale, l’investissement est donc beaucoup plus important dans le cas d’un générateur central que celui de la somme des générateurs locaux (rapport annoncé de 1 à 4)

Pertes en ligne

Les pertes en ligne d’une configuration centrale sont plus importantes qu’une configuration locale. Il faudra en tenir compte lors du dimensionnement si on choisit quand même cette option.

Intermittence

L’intermittence permet de réduire les consommations énergétiques et d’eau osmosée. Pourquoi maintenir une installation sous pression entre les cycles ? sachant que :

les déperditions inutiles au travers des parois continuent de se produire;
les condensats dans la double enveloppe continuent de se former;
les temps d’intercycle sont, en général, importants,
le temps de remise en pression faible;
les contraintes mécaniques peuvent être maîtrisées;
…

Théories

Pour en savoir plus sur l’intermittence, cliquez ici !

Dans une configuration locale, l’intermittence pourrait être pratiquée sans trop de problème en coupant l’alimentation électrique du générateur à la fin d’un cycle de stérilisation et en la rétablissant au cycle suivant. C’est vrai que l’on va légèrement allonger le temps de cycle effectif pour relancer le générateur afin qu’il puisse fournir une vapeur correcte en terme de pression et de température. Par contre, les consommations vont s’améliorer.

Dans une configuration centrale, l’intermittence ne peut être pratiquée puisque, par son principe même, la centralisation permet une mise à disposition permanente de la vapeur pour les autoclaves.

2. Synthèse

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 suivants :

(+)

le générateur réagit rapidement à la demande du stérilisateur;
l’intermittence peut être pratiquée aisément;
les pertes en ligne sont limitées;
le dimensionnement de la puissance du générateur est plus aisé puisqu’il ne dépend pas d’un coefficient de foisonnement;
la mise en parallèle de deux ou plusieurs générateurs peut être envisagée comme secours;
…

(-)

la source de chaleur reste à proximité immédiate de l’ambiance de travail;
la compacité de l’installation pose des problèmes de maintenance;
une panne du générateur entraîne souvent l’abandon du cycle et l’indisponibilité de l’autoclave (sauf si les générateurs sont reliés par une conduite de secours);
…

Configuration centralisée

Si le service de 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 ensemble.

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;
Une des sources de chaleur est sortie de la zone de travail;
…

(-)

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;
…

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 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 !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Pompe à vide

Les sortes de pompes à vide

Pompes classiques

Sur le marché il existe différentes sortes de pompe à vide telles que les pompes :

À anneau liquide.

(+)

supporte les mélanges de gaz et de liquide;
simple de conception et de prix abordable;
résiste bien à la corrosion;
évite l’utilisation de huile et par conséquent les vapeurs d’huile nocives.

(-)

consommation d’eau importante;
le mélange à la sortie de la pompe est contaminé;
la pression de vide est limitée à 30 mbar et se dégrade vite avec l’augmentation de température du fluide de l’anneau liquide.

Sèche à vis.

(+)

pas de liquide d’étanchéité;
basse pression de vide (< 1 mbar);
compact;
fiable;
…

(-)

prix élevé.

On trouve encore d’autres pompes sur le marché mais moins utilisée en stérilisation. Citons :


Pompe à palettes.	Pompe à crochet.

Probablement pour une question de coût, de résistance aux températures élevées (par le réglage du mélange de l’eau de l’anneau liquide et de la vapeur extraite) dans la pratique on retrouve souvent la pompe à vide à anneau liquide; c’est celle que l’on détaillera un peu plus ci-dessous.

Pompe à éjecteur

Ce type de pompe accompagne régulièrement les pompes classiques à anneau liquide afin de renforcer l’effet de vide qui dans ce type de pompe est sensible à la température du liquide de refroidissement.

Pompe à anneau liquide

Principe de l’anneau liquide

Lorsque la roue à aube est mise en rotation par le moteur électrique, les pales entrainent l’eau adoucie (alimentant directement l’anneau liquide de la pompe à vide) et la vapeur d’eau issue de la chambre de stérilisation. Sous l’action de la force centrifuge, le liquide, plus lourd, est plaqué sur la paroi interne du corps de pompe et forme un anneau liquide autour des pales et du moyeu. De part l’exentricité de la roue par rapport au corps de pompe, une zone en forme de croissant prend naissance autour du moyeu. Dans cette zone, la pression évolue progressivement. Au point de contact théorique entre l’anneau liquide et le moyeu, dans le sens de rotation, le volume compris entre deux pales augmente et crée ainsi une dépression en aspirant le gaz : c’est la « zone d’aspiration« . Ensuite le volume décroît progressivement dans la « zone de refoulement« . Ces deux zones, diamétralement opposées, sont mises en contact avec l’extérieur par l’intermédiaire des lumières d’aspiration et de refoulement situées dans les flasques latérales.

Le fonctionnement de la pompe est pratiquement isotherme car le liquide de l’anneau récupère et évacue les calories dues à la fois à la compression et à la température de la vapeur de stérilisation.

Influence de la tension de vapeur de l’anneau liquide

En technique de vide, la tension de vapeur de l’anneau liquide influence la qualité du vide obtenu. Plus la tension de vapeur (pression maximale à laquelle la vapeur du liquide considéré peut exister) est faible, plus poussé sera le vide. On notera que, dans des conditions de températures identiques, une pompe à vide à anneau liquide tel que de l’huile aura une meilleure performance que de l’eau.

Exemple.

Avec un anneau liquide constitué d’eau à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
Avec un anneau liquide constitué d’éthylèneglycole à 80 °C, la tension de vapeur est de 1 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 10 mbar.

Influence de la température de l’anneau liquide

Au niveau de l’anneau liquide, plus la température d’un fluide tel que de l’eau est élevée plus sa tension de vapeur augmente et, par conséquent, diminue la qualité du vide obtenu :

Exemple.

Avec un anneau liquide constitué d’eau à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
Avec un anneau liquide constitué d’eau à 35 °C, la tension de vapeur est de 57 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 70 mbar.

Les systèmes de récupération des effluents

Une grande partie de la vapeur produite par le générateur de vapeur est utilisée dans la chambre de stérilisation de l’autoclave et évacuée à l’égout via la pompe à vide sous forme de condensats et de vapeur. Ces effluents se mélangent à l’eau de l’anneau liquide.

Les consommations d’eau adoucie pour l’anneau liquide sont importantes afin de remplir plusieurs fonctions :

Assurer étanchéité de l’anneau et donc le niveau de vide (influencé par la température de l’eau et des condensats).
Évacuer les calories dues au travail de compression pur.
Refroidir la vapeur issue de la chambre de stérilisation.

On se rend vite compte que le mélange dans et à la sortie de la pompe à vide risque de monter rapidement en température sachant que la vapeur à l’admission de la pompe est encore au-dessus de 100°C. Pour préserver la pompe et éviter de rejeter à l’égout des effluents trop chauds, le constructeur de système de stérilisation a tendance à augmenter le débit d’eau adoucie et par conséquent les coûts dus à la consommation.

Dans la pratique plusieurs configurations se présentent au niveau du traitement des effluents :

Circuit sans recyclage

Schéma circuit sans recyclage.

Les condensats sont évacués dans un séparateur (séparation vapeur/liquide) puis à l’égout via le trop-plein sans aucune forme de récupération d’énergie. Afin de respecter les normes de rejet en terme de température, il est nécessaire d’avoir un volume tampon.

Circuit à recyclage partiel

Schéma circuit à recyclage partiel.

Une partie des condensats liquides sont renvoyés dans la pompe, l’appoint d’eau adoucie étant régulé en fonction de la température de la cuve. On réduit un peu la consommation d’eau adoucie mais on ne récupère aucune énergie.

Circuit à recyclage total

Schéma circuit à recyclage total.

A la sortie du séparateur, les condensats liquides traversent un échangeur de chaleur et se refroidissent. Ensuite, ils sont réinjectés dans la pompe. Le primaire de l’échangeur peut être par exemple une extension de la boucle d’eau glacée (souvent présente en stérilisation centrale).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Plaque de cuisson vitrocéramique à infrarouges

Principe et description

Des résistances à base de matériaux supportant les hautes températures rougissent très rapidement et rayonnent à travers la vitrocéramique.
La chaleur produite est transmise en partie par conduction et en partie par rayonnement.
Le détecteur de casserole a une action de contrôle qui permet de déclencher le chauffage si une casserole est posée. Il est recommandé de choisir ce principe dans la restauration.

La vitrocéramique

La vitrocéramique est un matériau dont les performances sont appréciées pour la cuisson :

Elle est transparente au rayonnement infrarouge et au rayonnement magnétique. C’est la casserole en métal ferritique qui devient élément chauffant par effet joule, la plaque reste froide. Elle s’adapte à divers foyers.
Elle est bon conducteur thermique.
Elle est étanche et facile à entretenir. L’étanchéité est un avantage important pour le respect de l’hygiène en cuisine.
Elle est plus dure que l’acier, elle ne se raye pas.
Elle résiste aux chocs thermiques, elle possède un faible coefficient de dilatation.
Elle est esthétique.

Commande et régulation

Elle est réalisée par un doseur d’énergie et/ou un thermostat à plusieurs positions.

Gamme

Puissance de 1 200 et 4 000 W.

Utilisation

Elles permettent tout type de cuisson réalisé en casserole avec une souplesse voisine de celle de l’induction.

Les foyers rapides sont appréciés en restauration car ils chauffent en 5 à 6 secondes.

Pour les casseroles, tous les métaux peuvent être utilisés sur les foyers radiants dont le cuivre « traité alimentaire » et les aciers inoxydables.

Les casseroles devront avoir un fond plan pour obtenir une bonne conduction de la chaleur.
Les récipients de grandes dimensions peuvent être utilisés sur ces foyers.

Avantages

Inertie faible.
Régulation facile, aidée par la visualisation.
Utilisation de tous les types de casseroles.
Respect de l’hygiène facilité, le nettoyage est aisé si on évite les débordements, la plaque étant étanche.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Plafond filtrant [ventilation]

Caractéristique du plafond filtrant

Un plafond filtrant est un faux plafond composé d’éléments modulaires. Ces éléments sont soit des éléments actifs d’extraction, soit des éléments actifs de pulsion, soit des éléments passifs ou tôles de liaison. Les éléments actifs d’extraction sont placés au-dessus des appareils qui dégagent de la chaleur. Le plafond filtrant consiste donc en une ou plusieurs hottes intégrées dans la surface du plafond.

Deux fabrications différentes sont possibles : les plafonds plats ou les plafonds voutés.

Avantages

Les retombées de la hotte par rapport au plafond étant supprimées, le plafond revêt un aspect plus lisse et la cuisine semble plus spacieuse.

Le plafond filtrant couvrant la zone de cuisson en entier ou en partie rend possible l’ajout ou suppression d’appareils dans la cuisine. Seule la vitesse du ventilateur devra être adaptée.

Gérer

Pour en savoir plus sur la modification du débit d’un ventilateur.

Inconvénients

Comme le niveau bas du plafond filtrant est installé à une hauteur supérieure par rapport à celle des hottes, en général 2.5m au lieu de 2m, le débit doit être augmenté de 10% par rapport à ces dernières.

Le débordement nécessaire de la zone d’extraction est de 20cm par mètre entre la surface de travail et le niveau bas du plafond (15cm par mètre avec des hottes).

Le coût du plafond ventilé (système complet intégrant toute la surface du plafond, y compris les luminaires et grilles de pulsion éventuelles) est en général similaire (max 10% supérieur) à celui des hottes incorporant les mêmes techniques et en tenant compte du prix du faux-plafond, des luminaires et autres. Toutefois, le plafond ventilé demande des débits plus importants que les hottes et les groupes d’extraction seront donc plus puissants et plus chers.

Le plafond vouté

Le plafond vouté correspond au mieux à la qualification de hotte intégrée dans le plafond. Il est donc composé de zones creuses qui permettent de bien emmagasiner l’air vicié et ainsi de limiter le débit total d’extraction nécessaire.

Le plafond peut également être fourni avec système d’induction mais à cause de la hauteur d’installation (2.5m au lieu de 2m pour les hottes) l’effet est cependant réduit. La diminution du débit net à extraire grâce à l’induction par rapport à un plafond à extraction simple n’est que de 20% là ou l’effet d’induction permet une réduction du débit net extrait de 40% avec des hottes.

Le plafond plat

Comme le plafond plat ne peut retenir aucune émanation de buées, toute vapeurs qui sort de la zone d’extraction est « perdue », le plafond plat doit donc les extraire immédiatement. Le débit doit par conséquent être augmenté de +/- 40% par rapport au débit calculé pour un plafond vouté. Pour y remédier partiellement il peut également être fourni avec un système d’induction.

Le plafond « plat » existe en deux versions : le plafond ouvert et le plafond fermé.

Avantages

Aspect plus lisse que le plafond vouté
Coût d’installation du plafond réduit par rapport au plafond vouté

Désavantages

Peu fiable en matière de sécurité incendie et d’hygiène (type ouvert)Débit plus élevés, plus +/-40% par rapport aux plafonds voutés. Et donc installation technique (gainage et groupes) et consommation plus importante.

Le plafond ouvert

Le plénum d’extraction est formé par la zone au dessus du faux plafond. Les grilles d’extraction ne sont pas gainées. L’entièreté du faux plafond doit dès lors être recouvert d’une couche de protection pour réduire les adhérences et favoriser l’hygiène et la résistance au feu.

L’avantage du plafond ouvert est son coût réduit. Cependant, il y a des risques accrus d’incendie et de manque d’hygiène dans le plénum d’extraction. Le nettoyage au-dessus de ces plafonds est difficile; d’autant plus qu’il peut y avoir des conduites (eau, électricité, gaz,…) dans le plénum. Le plafond doit être démonté complètement. Ce qui complique le respect des règles d’hygiène

La hauteur sous le plafond filtrant est de minimum 2.50 m.

Le plafond fermé

Chaque grille d’extraction est connectée par un plénum au gainage d’extraction, ce qui permet le réglage du débit en fonction de l’appareil se trouvant en dessous. Le coût d’installation est cependant supérieur à celui du plafond dit « ouvert ».

Quelques critères de qualité

L’ensemble doit être réalisé en acier inoxydable sur ses faces apparentes.

Pour l’entretien, les différents éléments du plafond ouvert ou les filtres des plafonds fermés doivent être démontables sans outil. Les dimensions des éléments doivent permettre leur nettoyage au lave-vaisselle.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le lieu d’implantation

Suivant le lieu d’implantation, la consommation liée au transport des occupants
risque de dépasser la consommation de l’immeuble de bureaux …

Valoriser les réseaux de transport en commun

Dans un immeuble de bureaux, la consommation journalière des 12 m² occupés par une personne correspond à un parcours aller/retour en voiture de 30 km.

La consommation liée au transport des occupants du bâtiment est donc souvent plus élevée que la consommation du bâtiment lui-même !

Lors du choix d’implantation, parmi les autres critères, on prendra en compte l’intégration dans un réseau de transport en commun.

Pour plus d’info sur ce thème, vous pouvez consulter le site http://mobilite.wallonie.be de la Région Wallonne.

Favoriser le transport à pied ou à vélo

L’accessibilité des piétons et des cyclistes est essentiellement du ressort de l’urbanisme. Cependant, localement, il est possible de favoriser cette politique, par la réservation d’une zone de parkings pour les vélos, par exemple. Ou l’insertion au programme du bâtiment d’une salle de douches pour les occupants cyclistes.

Valoriser les services de proximité

Dans un zoning industriel, les repas de midi, les courses durant la pause, … génèrent des déplacements énergivores.

On peut donc penser au contraire à une implantation qui limite cet usage :

présence de restaurants, de commerces,
présence de sociétés de services à proximité,
…

Valoriser les ressources locales

Les matériaux qui entreront dans le projet représenteront chacun un investissement énergétique.

On privilégiera donc le choix de matériaux de construction locaux, l’utilisation de matériaux recyclables ou recyclés,…

Plus largement encore, une réflexion peut être menée sur la valorisation de la main-d’œuvre locale, voire sur l’appel à des organismes locaux d’insertion professionnelle.

Intégrer le bâtiment au sein d’un projet urbain global

Est-il normal de concevoir des immeubles similaires dans nos régions et sous les tropiques… ?

Ceci dépasse le seul critère énergétique, mais peut être porteur d’une réflexion intéressante :

Intégrer le bâtiment dans son contexte topographique, architectural, urbanistique, culturel, …
Apporter de la mixité dans les affectations urbaines (bureaux, logements, écoles, commerces, …).
Proposer un aménagement local dont la logique s’intègre au projet urbain existant ou peut s’étendre ultérieurement au voisinage futur.
Valoriser les espaces publics et semi-publics.

Plus localement, il est aussi utile de réintroduire le contact avec l’environnement grâce aux espaces extérieurs qui environnent le bâtiment.

Les fontaines, les bassins,… créent un rapport ludique et symbolique avec l’eau.
Ils favorisent la diversité biologique.

Mais aussi, ils modifient le microclimat dans l’espace environnant, réduisant en été la température de l’air extérieur par évaporation (chaleur latente).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vernis d’adhérence

Le vernis d’adhérence a pour fonction d’assurer un meilleur accrochage du bitume chaud, de la colle bitumineuse à froid ou des membranes soudées, sur certains supports.

Sur les matériaux poreux comme le béton ou la maçonnerie, le vernis fixe la poussière résiduelle et il les rend moins perméables à l’eau.

Il s’applique uniformément à la raclette, à la brosse ou à l’arrosoir sur le support bien nettoyé en évitant les surépaisseurs. Il doit être sec avant de continuer les travaux.

Le vernis d’adhérence s’applique à raison de 200 à 300 gr/m².

On distingue deux type de vernis d’adhérence :

Les émulsions bitumineuses à l’eau

Il s’agit de vernis à base de bitume en suspension dans l’eau. De par leur nature, ils peuvent être utilisés sur un support poreux en béton ou en maçonnerie légèrement humide.

Les vernis bitumineux à solvants volatils

Aussi appelés « cutbacks » ils contiennent des bitumes en suspension dans des solvants volatils.

Ils ne peuvent être appliqués que sur des supports secs, et sont recommandés pour les supports non poreux comme ceux en tôles profilées.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Résoudre un problème de condensation

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Black_mold_in_a_building.JPG

Isoler les parois

Au mieux une paroi est isolée, au moins les déperditions thermiques au travers de celle-ci sont importantes. En hiver, la température de surface intérieure est de ce fait plus élevée. L’isolation des parois délimitant le volume protégé diminue le risque de condensation superficielle mais améliore également le confort et diminue les consommations en chauffage.

L’isolation des nœuds constructifs doit conçue afin d’éviter tout pont thermique responsable de point froid.

Cas particulier des vitrages

La surface vitrée, étant souvent la surface intérieure la plus froide du local, constitue un lieu privilégié à la formation de condensation superficielle. Or, la température de la face intérieure d’un vitrage isolant est nettement supérieure à celle d’un simple vitrage. La pose d’un tel vitrage permet donc de diminuer les risques de condensation.

Température d’un simple vitrage.

Température d’un double vitrage.

Température d’un double vitrage basse émissivité.

Remarque.
La condensation sur la face externe du vitrage est, par contre, signe d’une bonne isolation. Elle peut se produire le matin sur les vitrages « à haut rendement »‘ (ou « basse émissivité »‘). En effet, étant bien isolée de l’espace intérieur, la face extérieure du vitrage se refroidit fortement pendant la nuit. Au matin, un air chaud et humide (l’air se réchauffe plus vite que le vitrage) va provoquer de la condensation de surface sur celle-ci.

Il faut s’en accommoder…!

Remarque importante.
La présence d’un vitrage peu isolant contribue à l’équilibre hygrométrique d’un local : la condensation superficielle s’y forme plus rapidement que sur n’importe quelle autre paroi ou n’importe quel pont thermique présent dans le local.
Dans certains cas la pose d’un vitrage plus isolant perturbe cet équilibre et entraîne la formation de condensation sur d’autres surfaces du local où elle n’est pas souhaitable : sur les châssis, autour des baies, dans les angles des murs avec le plafond, …. entraînant champignons, moisissures, altération des finitions.
Avant la rénovation, on procède donc à une étude judicieuse des parois et des ponts thermiques du local : on vérifie qu’après changement des vitrages, ceux-ci restent la surface sur laquelle la température est la plus basse en hiver, autrement dit que le vitrage reste « le pont thermique le plus important du local ». Si ça n’est pas le cas, on vérifie que la combinaison des 3 autres paramètres (chauffage, production de vapeur, ventilation) empêche la condensation superficielle.

Évaluer

Pour évaluer si la combinaison des 4 paramètres influençant le risque de condensation superficielle va effectivement mener à de la condensation superficielle.

S’il y a condensation superficielle sur les vitrages mais qu’un remplacement des châssis n’est pas envisageable, la seule façon de limiter les dégâts est :

De pouvoir recueillir et évacuer l’eau condensée au moyen de gouttières de condensation, loin des parties de la construction non prévues pour être mouillées.
D’empêcher la pénétration de l’eau de condensation dans la feuillure à l’aide de mastic performant.
De traiter la surface des châssis en bois afin d’empêcher des infiltrations d’eau au sein du châssis par capillarité.

La condensation superficielle peut se former au sein même d’un double vitrage lorsqu’un défaut d’étanchéité permet à l’humidité de pénétrer entre les deux vitres. Dans ce cas, l’efficacité thermique des vitrages se trouve réduite et les risques de bris augmentent. On doit procéder au remplacement de ceux-ci.

Parfois, il suffit de supprimer un obstacle…

Parfois, la paroi est suffisamment isolée, mais un obstacle empêche l’air de circuler et peut même éventuellement agir comme isolant avec, comme conséquence, dans les deux cas, une diminution de la température de surface de la paroi intérieure.

C’est le cas, par exemple, lorsque des meubles sont placés le long d’un mur en contact avec l’extérieur, lorsque des rideaux sont tirés devant la fenêtre, lorsqu’un appui de fenêtre couvre le radiateur empêchant l’air de monter vers la fenêtre, lorsque la maçonnerie est épaisse et la fenêtre profondément encastrée, …

Dans ce cas, il suffit de supprimer l’obstacle : déplacer les meubles, rendre l’espace entre rideaux et fenêtre accessible au passage de l’air chaud de l’intérieur, prévoir des ouvertures dans l’appui de fenêtre de sorte que l’air chaud puisse atteindre la fenêtre, …. pour supprimer la condensation.

Chauffer les locaux

Le fait de chauffer les locaux engendre une augmentation de la température de surface des parois, ce qui réduit donc le risque de condensation des parois.

Chauffage

Si vous voulez en savoir plus sur le chauffage des locaux.

Le principal risque de condensation de longue durée sur une paroi froide n’apparaît pas en cas de températures extérieures très basses, mais lorsque celles-ci restent relativement élevées (surtout de 0 à 10°C) et qu’elles sont accompagnées d’une humidité relative élevée (pluie ou brouillard). Les périodes avec de telles températures extérieures sont fréquentes et on sera tenté de ne pas chauffer certains locaux ou de les chauffer très modérément.

Si certains locaux ne sont pas chauffés, il faut éviter que la vapeur d’eau produite dans les locaux occupés ne soit diffusée vers ces locaux en maintenant les portes fermées ou alors il faut ventiler.

Limiter la production de vapeur

Il n’est, en général pas possible d’éviter la production de vapeur provenant des occupants ou des plantes.

Par contre, une production de vapeur trop importante peut être évitée dans certains cas tels que ceux ci-dessous :

un grand aquarium sans recouvrement adéquat,
des étangs à l’intérieur,
des appareils à cycle de combustion ouvert sans évacuation vers l’extérieur (poêle au gaz ou au mazout, petit chauffe-eau mural, etc.),
l’usage intensif d’humidificateur.

Un taux trop important d’humidité peut également provenir des causes extérieures suivantes :

les infiltrations d’eau de pluie,
l’humidité ascensionnelle,
l’humidité de construction,
l’humidité accidentelle.

Ces causes extérieures considérées comme des anomalies doivent être supprimées avant d’envisager toute autre mesure pour éliminer les problèmes de condensation ou de moisissure.

Ventiler

Il est difficile de diminuer de manière significative la production de vapeur à l’intérieur d’un bâtiment. Par contre, afin que l’augmentation du taux d’humidité due à cette production de vapeur reste acceptable, celle-ci doit être compensée par une ventilation suffisante. L’air humide intérieur est ainsi remplacé par de l’air extérieur plus sec.

Cette ventilation consiste, d’une part, en une ventilation de base qui doit assurer la qualité de l’air en temps d’occupation normale (occupants, plantes, nettoyage, …) et d’autre part, en une ventilation intensive qui doit compenser une production spécifique de vapeur (ventilation dans les cuisines, dans la buanderie, dans les douches…).

Une ventilation correcte des bâtiments se fait par ventilation contrôlée.

Cela implique une amenée d’air extérieur dans certains locaux et une évacuation de l’air intérieur humide dans d’autres.

La ventilation de base des bâtiments doit répondre à la réglementation wallonne. Les débits de ventilation y sont, entre autres, définis.

La réglementation wallonne est d’application depuis le 1er décembre 1996.

Elle concerne les logements, les bâtiments d’hébergement (hôpitaux, homes, hôtels, internats, casernes, prisons, …), les bâtiments scolaires (y compris centre PMS) et les immeubles de bureaux (administration d’une entreprise, d’un service public, d’un commerce) ou les bâtiments qui, à la suite d’une modification de leur utilisation, sont affectés à l’une ou l’autre de ces destinations.

La ventilation peut se faire de manière naturelle ou mécanique.

Mais attention, le respect de la norme garantit simplement aux occupants qu’ils disposent de la possibilité de ventiler correctement…., ….reste à les utiliser correctement !

Concevoir	Pour en savoir plus sur l’installation de ventilation à choisir pour ventiler votre bâtiment (exemple d’un espace de bureau).
Concevoir	Pour en savoir plus sur l’installation de ventilation à choisir pour ventiler votre cuisine collective.

Supprimer un problème de condensation interne dans les châssis en bois pleins

La condensation interne ne concerne que les châssis en bois, elle n’est pas à craindre dans d’autres types de châssis (Aluminium, PVC, polyuréthane….).

Comment la limiter ?

Des précautions permettant de limiter les risques de condensation interne, peuvent être prises lors du traitement du bois.

La condensation de vapeur d’eau dans la masse du bois des menuiseries est évitée lorsque la résistance à la diffusion de vapeur de la finition intérieure est suffisamment grande par rapport à celle de la finition extérieure.

En effet, le bois étant perméable à la vapeur d’eau, celle-ci aura tendance à traverser le châssis de l’intérieur (zone à forte concentration en vapeur d’eau) vers l’extérieur (zone à faible concentration en vapeur d’eau).
Si une couche de finition extérieure peu perméable à la vapeur empêche celle-ci de sortir du châssis, celle-ci risque de rester piégée au sein du châssis.
C’est pourquoi on préfère limiter les risques d’infiltration et empêcher au maximum la vapeur de pénétrer dans le châssis par l’intérieur.

Ce principe est respecté :

Lorsque la finition intérieure est filmogène (peinture ou vernis) et la finition extérieure est non filmogène.
Si les finitions intérieures et extérieures sont toutes 2 des peintures, le nombre de couches intérieures doit être suffisant par rapport au nombre de couches extérieures.
Si ce n’est pas possible, il faut poser une peinture pare-vapeur du côté intérieur du châssis pour provoquer une chute de la pression de vapeur avant la diffusion dans le châssis.

L’erreur classique…

On décide de protéger ses châssis … On applique une peinture protectrice uniquement sur la face extérieure du châssis croyant ainsi protéger le bois contre les agressions extérieures ! en fait, on s’expose à de graves dangers de pourrissement du châssis. La vapeur venant de l’intérieur migre vers la face extérieure et est arrêtée par la présence de la couche de protection extérieure, piégeant ainsi la vapeur au sein du châssis avec le risque que celle-ci atteigne sa température de rosée et condense….

Si c’est trop tard…

Si le châssis s’avère trop abîmé, on le remplace.

En effet, la prolifération des moisissures engendrée par un excès d’humidité peut être à l’origine de graves problèmes de qualité de l’air et diminue l’efficacité énergétique des châssis.

Concevoir

Si vous voulez en savoir plus sur le choix des châssis.

Si seul l’ouvrant est endommagé, il est possible de remplacer uniquement ce dernier.

Améliorer

Si vous voulez en savoir plus sur le remplacement d’une partie d’un châssis.

Si seul une partie d’un cadre est endommagé et lorsqu’il est possible de les remplacer sans causer d’autres dommages (vitrage + calage), on peut remplacer seulement une partie du châssis (montant, traverse). Il convient d’utiliser du bois de durabilité suffisante.

Si les dégâts sont très ponctuels, des résines réparatoires à 2 composants peuvent être appliquées sur les zones moisies, afin d’en limiter la propagation.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Salle de conférence équipée d’une sonde CO2

Salle de conférence équipée d'une sonde CO2

Description

Il s’agit d’une salle de conférence de 150 places en gradins située en Alsace.

Cette salle a fait l’objet d’une instrumentation par le COSTIC et les résultats de l’analyse, fort intéressants, ont été publiés dans Les Actes du COSTIC n°155 : Les capteurs de qualité d’air pour réguler la ventilation à la demande.

En voici un extrait :

La salle de conférence est alimentée par une centrale de traitement d’air indépendante, à débit constant, sans contrôle d’humidité.

Une sonde CO₂, placée dans le conduit de reprise, assure la régulation du volet d’air neuf, avec entière satisfaction de l’exploitant.

Régulation

L’ouverture des registres d’admission d’air neuf répond à deux exigences :

> La présence des occupants, par l’intermédiaire de la lecture du taux de CO₂. La consigne est réglée sur 1 200 ppm, avec une bande proportionnelle de 500 ppm autour de cette valeur.

> Le free cooling de la salle, par rafraîchissement par l’air extérieur. Si la température intérieure est dépassée et si l’air extérieur est plus frais que l’air intérieur, un maximum d’air neuf extérieur est fourni aux occupants (principalement en mi-saison).

Un sélecteur permet d’attaquer les registres avec la demande la plus forte.

La régulation doit de plus prévoir un renouvellement minimum, même en cas d’absence totale d’occupants.

Résultats

Le bâtiment ayant été équipé dès l’origine de ce type de système, il n’est pas possible d’estimer l’économie résultant de cette régulation.

Par contre, il est intéressant d’observer les résultats du monitoring (une journée de juin) :

Enregistrement des paramètres

Il apparaît clairement une utilisation très partielle de la salle durant la matinée, puis une occupation élevée à partir de 11h00. Dès 12h30, la salle s’est probablement vidée.

Ce n’est que vers 11h15 que la teneur en CO₂ de la salle a dépassé les 950 ppm, seuil minimum d’ouverture des registres d’air neuf

Durant la matinée, la température extérieure est inférieure à la température de l’air repris.

On peut en profiter pour rafraîchir la salle.

Commande du volet d’air neuf

Le volet d’air neuf est bien ouvert au matin (modulé par les besoins de rafraîchissement), puis fermé à 11h00 (T°ext > T°int).

Les pics correspondent à la demande d’ouverture pour les besoins hygiéniques des occupants (avec un maximum à 30 % d’ouverture, correspondant bien au 1 100 ppm de CO₂ enregistrés).

Enfin, dans l’après-midi, quelques ouvertures périodiques afin d’assurer un minimum d’air neuf hygiénique.

On imagine clairement l’économie résultant de l’utilisation adéquate du free cooling et du contrôle optimal du débit d’air neuf extérieur à refroidir (ou à réchauffer en hiver) !!!

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le lave-vaisselle

Type de lave-vaisselle

La machine à panier statique à capot est utilisée dans les petits établissements (jusque 200 repas – repas complets). Dans les plus grands établissements, on choisira une machine à déplacement automatique de la vaisselle.

Le choix entre une machine à paniers mobiles ou à convoyeur se fait en fonction du système de lavage et du nombre de couverts à nettoyer en un certain temps.

Avec une machine à convoyeur, la vaisselle est introduite pièce par pièce dans la machine au fur et à mesure de son arrivée. Elle est donc utilisée avec un système de lavage instantané, ce qui est peu intéressant au niveau du prix des consommations électriques.

De plus, à cause du convoyeur, il nécessite beaucoup de place dans la laverie. Un local exigu pourra plus facilement accueillir un lave-vaisselle à paniers avec lequel il est possible de faire des configurations en angle (90 ou 180 degrés) alors qu’une machine à convoyeur ne peut être que rectiligne.

Par contre avec un lave-vaisselle à paniers mobiles, à cause de la place perdue par les paniers (évaluée à 20 %), le nombre de couverts nettoyés dans un laps de temps déterminé est plus faible que celui nettoyé par une machine à convoyeur.

Dans certaines organisations, la combinaison des deux types de lave-vaisselle est réalisée.

Dimensionnement

Un dimensionnement correct du lave-vaisselle permet une utilisation à sa pleine charge; ce qui est optimal au niveau de la consommation en eau et en électricité.

La méthode de dimensionnement simplifiée est utilisée lors de l’avant-projet. La méthode précise de dimensionnement pour les machines à paniers aussi bien que celle pour les machines à convoyeurs, sont utilisées lors du projet.

Quel que soit le type de lave-vaisselle envisagé (à panier ou à convoyeur), les principaux paramètres de dimensionnement sont le temps imparti au lavage, l’inventaire des pièces à laver et le temps de contact dans la zone de lavage. le temps imparti au lavage.

Le choix d’un lavage instantané nécessite un sur-dimensionnement de la machine. Ce sur-dimensionnement est donné par le coefficient d’utilisation. Lorsque le lavage est différé, ce coefficient peut être pris égal à 1.

Si la vitesse d’avancée du convoyeur calculée par le dimensionnement est supérieure à 2,50 m/min, il faudra dédoubler le nombre de machine à laver.

À partir de 1 000 repas, on prévoit en général deux machines à laver.

Si des machines spécifiques sont utilisées (laveuse de plateaux ou machine à laver les verres), la capacité du lave-vaisselle polyvalent devra être moindre. Le dimensionnement simplifié aussi bien que les méthodes plus précises devront en tenir compte au niveau de la composition d’un couvert-type.

Choix des équipements améliorant l’efficacité énergétique des lave-vaisselle

Toute l’énergie consommée par un lave-vaisselle est, finalement, transformée en chaleur. À l’entrée, environ 90 % de l’énergie est utilisée pour chauffer l’eau de lavage et 10 % pour actionner les moteurs. A la sortie, environ 70 % de la chaleur est perdue sous forme de buées et de dégagements de chaleur dans l’environnement (au détriment du confort des travailleurs). Les 30 % restant vont à l’égout.

Exemple.

Puissances injectées et perdues sur un lave-vaisselle sans mesures particulières d’économies d’énergie. (Source : société Stierlen).

vaissellepuissancesschema2.gif (7904 octets)

vaisselllepuissancedessin.gif (11056 octets)

Les lave-vaisselle actuels utilise le principe de la cascade :

Dans les lave-vaisselle à bacs multiples, l’eau est amenée par cascade de la zone la plus propre vers la zone la plus sale : rinçage -> pré-rinçage -> lavage -> prélavage. De l’eau claire n’est introduite dans le lave-vaisselle que lors de son remplissage initial et lors du rinçage. Un volume équivalent à l’eau utilisée lors du rinçage est évacué à l’égout au départ de la première zone de la machine (prélavage ou lavage). Ceci permet de limiter la consommation d’énergie, d’eau et des produits lessiviels.

Dans les lave-vaisselle « mono-bac » ou « à panier statique », le principe est le même, l’apport d’eau fraîche (claire) se fait également lors du rinçage, eau qui régénère l’eau de lavage.

Plusieurs autres techniques permettent de diminuer la consommation d’énergie des lave-vaisselles et d’augmenter le confort par la même occasion :

l’isolation du lave-vaisselle,
le récupérateur de chaleur,
la pompe à chaleur,
la comparaison entre les effets d’un récupérateur de chaleur et d’une pompe à chaleur,
le détecteur de vaisselle.

L’isolation du lave-vaisselle

Les pertes de chaleur par rayonnement d’un lave-vaisselle représentent quelques pour-cent (environ 5 %) des pertes de chaleur totales. Une bonne isolation permet de diminuer ces pertes.

Outre la diminution des consommations d’énergie et l’augmentation du confort des travailleurs, l’isolation de la machine va engendrer un abaissement du niveau sonore de la machine. Les bruits émis sont réduits d’environ 80 %.

L’isolation des lave-vaisselle n’est pas systématique. Elle est, selon les fabricants, en option ou standard.

Le récupérateur de chaleur

Un récupérateur de chaleur intégré dans un carter se trouve sur la machine.

L’air humide est aspiré au niveau du bac de rinçage pour qu’aucune vapeur ne s’échappe de la machine.
La chaleur contenue dans l’air d’évacuation humide est extraite et sert à réchauffer l’eau de rinçage à environ 45°C.
L’air refroidi et déshumidifié s’en va dans la conduite d’évacuation.

Exemple.

Machine à 4 zones de lavage équipée d’un récupérateur de chaleur.

vaisselllerecuperateurchaleur.gif (13485 octets)

Où :

A : prélavage
B : lavage
C : rinçage
D : séchage

Vu qu’avec un récupérateur de chaleur, l’eau de rinçage est réchauffée de la température du réseau à environ 45°C, il est évident que l’alimentation de rinçage se fait à l’eau froide.
Lorsque le lave-vaisselle est équipée récupérateur, la puissance du surchauffeur est adaptée en conséquence : il lui suffira de faire passer l’eau de rinçage de 45°C à environ 85°C.

La puissance totale installée ainsi que les consommations sont diminuées d’environ 20 %.

À titre de comparaison, les puissances installées et les consommations électriques sont équivalentes à celles du même lave-vaisselle alimenté au rinçage à l’eau chaude. Mais dans ce dernier cas, il faut ajouter l’énergie nécessaire pour chauffer au préalable cette eau de rinçage avec un autre combustible (fuel, mazout).

D’autre part,avec un récupérateur, les buées sortant de la machine sont refroidies jusqu’à environ 35°C et déchargées d’une bonne partie de leur humidité. On diminue ainsi les risques de condensation dans le système de ventilation qui va évacuer ces buées.

On ne trouve des récupérateurs de chaleur que sur les lave-vaisselle à déplacement automatique.

Les gains énergétiques sont à mettre en rapport avec le surcoût à l’achat.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer ce que peut vous faire gagner un récupérateur sur un lave-vaiselle adapté à votre établissement, cliquez ici !

Attention, avec les graisses le récupérateur s’encrasse. Celui-ci doit régulièrement être nettoyé.

La pompe à chaleur

Lorsqu’une pompe à chaleur avec récupération sur les buées est installée sur un lave-vaisselle, celle-ci récupère la chaleur des buées au niveau de l’extraction pour la restituer à l’eau de rinçage.

L’eau de rinçage est ainsi chauffée de la température du réseau de distribution à environ 75°C. L’alimentation de rinçage se fait donc, bien entendu, à l’eau froide.

Lorsque le lave-vaisselle est équipé d’une pompe à chaleur, la puissance du surchauffeur est adaptée en conséquence : il lui suffira de faire passer l’eau de rinçage de 75°C à environ 85°C.

La puissance totale installée ainsi que les consommations sont diminuées d’environ 45 %.

D’autre part,avec une pompe à chaleur, les buées sortant de la machine sont refroidies et déchargées d’une bonne partie de leur humidité. On diminue ainsi les risques de condensation dans le système de ventilation qui va évacuer ces buées.

On ne trouve des pompes à chaleur que sur les lave-vaisselle à déplacement automatique.

Les gains énergétiques sont à mettre en rapport avec le surcoût à l’achat.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer ce que peut vous faire gagner un récupérateur sur un lave-vaisselle adapté à votre établissement, cliquez ici !

On peut également trouver des lave-vaisselle avec pompes à chaleur encore plus performantes qui récupèrent la chaleur sur les buées d’extraction mais aussi sur l’air ambiant.

Dans ce cas, non seulement l’eau de rinçage est chauffée de la température du réseau à 75°C, mais en plus, l’eau de lavage est maintenue à la bonne température. Une résistance de maintien en température n’est plus nécessaire. Le lave-vaisselle doit, dans ce cas, être alimenté au remplissage à l’eau chaude.

Les puissances installées et les consommations électriques sont diminuées de 55 %.

Ce système présente un deuxième avantage non négligeable : l’air ambiant de la cuisine est refroidi, ce qui va améliorer le confort des occupants.

Attention : si l’humidité absolue de l’air du local diminue par condensation dans l’évaporateur de la pompe à chaleur, l’humidité relative du local va augmenter, ce qui ne contribuera pas à l’amélioration du confort à ce niveau.

On en conclut que de l’air sec devra de toute façon être apporté au local pour diminuer son taux d’humidité, mais en quantité nettement plus faible. Autrement dit, la présence d’une pompe à chaleur sur le lave-vaisselle qui extrait l’humidité de l’ambiance permettra un débit d’extraction d’air dans la laverie nettement plus faible.

Exemple.

Source : « Steun voor demonstratieprojecten energietechnologieen » – Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap – departement Économie, Werkgelegenheid, Binnenlandse Aangelegenheden en Landbouw – administratie Économie – afdelong Natuurlijke Rijkdommen en Énergie)

Un lave-vaisselle avec pompe à chaleur intégrée a été installé dans la laverie de deux hôpitaux. L’un de 350 lits, l’autre de 320 lits.

Description

Ce lave-vaisselle comporte une zone de pré-lavage, de lavage, de rinçage et de séchage.

vaisselllepompechaleurexemple.gif (29766 octets)

Son fonctionnement est identique à celui d’une autre machine à laver.

Cependant, ici, la pompe air/eau utilise la chaleur de l’air ambiant du local (26°C) et la chaleur récupérée de la zone de séchage (57°C) pour maintenir l’eau introduite dans le bac de lavage à 63°C. Cette eau est utilisée pour le pré-lavage et le lavage.
La pompe sert également à préchauffer l’eau de rinçage jusqu’à 70°C. Cette eau est ensuite réchauffée jusqu’à 85°C dans un boiler électrique.

Après rinçage, l’eau est recueillie et va servir au lavage.

L’air de la zone de séchage qui passe dans l’évaporateur est refroidi de 57°C à 19°C et est rejeté à l’extérieur.
L’air ambiant qui passe dans un filtre puis dans l’évaporateur de la pompe à chaleur est refroidi de 26°C à 18°C et sert à rafraîchir le local.

Rendement

Le COP de la pompe à chaleur varie donc entre 2,7 et 3,4.

Avantages

Des mesures ont été réalisées sur les lave-vaisselles des deux hôpitaux.

La consommation électrique du lave-vaisselle équivaut à 45 % de ce qu’elle aurait été sans pompe à chaleur.
La consommation électrique du lave-vaisselle du premier hôpital s’élève à 180 kWh/jour, celle du second à 195 kWh/jour.
Les consommations sans pompe à chaleur auraient donc été de 400 kWh/jour ( = 180 x (100/45)) dans le premier hôpital et de 433 kWh/jour ( = 195 x (100/45)) dans le second.

Économies et temps de retour

La machine sans pompe à chaleur et équipée d’une résistance électrique coûte 55 000 €. La machine à laver avec pompe à chaleur coûte 75 000 €. L’énergie économisée permet-elle de rembourser le sur-investissement ? D’autant que les coûts annuels d’entretien de la pompe à chaleur s’élèvent à 750 €.
Le gain énergétique réalisé grâce à la pompe à chaleur est de 55 %.

L’économie d’énergie annuelle par rapport à une situation de référence avec un lave-vaisselle sans pompe à chaleur est de 80 300 kWh [365 x 0,55 x 400] dans le premier hôpital et de 86 992 kWh [365 x 0,55 x 433] dans le second.

On peut alors calculer le temps de retour de l’investissement, c’est-à-dire le rapport entre le surcoût d’investissement et l’économie annuelle. Avec un prix moyen du kWh de 6,5 c€, ce temps de retour varie de 4,5 ans [20 000 / [(0,065 x 80 300) – 750]] à 4,1 ans [20 000 / [(0,065 x 86 992) – 750]].

Un autre regard consiste à faire le bilan sur les 15 années de vie du lave-vaisselle : le bilan (simplifié car les valeurs ne sont pas actualisées) donnerait une économie totale de :

(0,065 x 80 300 – 750) x 15 – 20 000 = 47 042,5 € économisés…!

Comparaison entre les effets d’un récupérateur de chaleur et d’une pompe à chaleur

Exemple.

Effets d’un récupérateur de chaleur ou d’une pompe à chaleur sur une machine à convoyeur – Source Stierlen.

Lavevaissellecomparaison.gif (12807 octets)

Le détecteur de vaisselle

Lorsque le lavage est instantané, on choisira un lave-vaisselle avec détecteur de vaisselle. Apparemment, tous les nouveaux lave-vaisselle serait actuellement équipés de ce dispositif.

En effet, lorsque le lavage est instantané, les casiers de vaisselles sont introduits dans la machine à déplacement automatique au fur et à mesure qu’ils reviennent en cuisine. Du fait des espacements entre les casiers qui défilent sur le tapis roulant, une quantité importante d’énergie, d’eau et de détergent est gaspillée.

Les lave-vaisselles avec détecteur de vaisselle sont équipés d’un système comprenant une cellule photoélectrique qui identifie les casiers et d’un système de contrôle qui dirige les opérations du lave-vaisselle.

A l’entrée du tunnel, une cellule photosensible identifie les casiers qui sont chargés dans le lave-vaisselle. Lorsqu’un espacement entre les dits casiers apparaît, le système interrompt les opérations du lave-vaisselle et le maintient en stand-by.

Le système de contrôle maintient le lave-vaisselle hors fonction si la chaîne des casiers est interrompue.

Dès que le système détecte le casier suivant, au début du tunnel, le processus de lavage est repris.

Lorsque la durée de stand-by dépasse un certain temps, le système de contrôle remet la machine en route de manière à ce que le résultat de lavage reste bon.

Avec d’autres systèmes, il y a une temporisation entre l’arrêt et la détection correspondant au temps de passage.

Un bouton de dérogation permet également des interventions par le personnel.

Exemple.

Dans un hôtel en Finlande, on a fait placer ce type de système de contrôle sur un lave-vaisselle d’une capacité de 150 casiers/heure. En moyenne, les besoins de cet hôtel est de 500 casiers par jour. Le but recherché était de diminuer les temps de fonctionnement à vide de telle manière qu’ils ne dépassent pas 10 % du temps total de fonctionnement.

Les campagnes de mesures réalisées ont révélé une consommation électrique avant le placement du détecteur de 0,74 kWh par casier et après placement de 0,38 kWh par casier, soit une réduction de 49 %.

On doit ajouter à cela les économies en eau et en détergent.

D’autres avantages viennent se greffer sur ces premiers résultats :

diminution du niveau de bruit (du fait de la réduction du temps de fonctionnement),
diminution du coût de la maintenance.

Aspects économiques.

L’investissement pour le système de contrôle a été d’environ 8075 €. L’économie sur la consommation d’électricité est de 5 400 kWh/mois, à 6,5 c€/kWh, soit 351 €/mois. L’économie totale, détergent et eau inclus, est de 580,25 €/mois.

Le temps de retour simple de l’investissement est donc de 22 mois sur les seules consommations électriques et de 14 mois en considérant les économies totales.

Lave-vaisselle électrique, au gaz ou à la vapeur

Des lave-vaisselle au gaz et à la vapeur ont vu le jour sur le marché.

Un lave-vaisselle nécessite différentes puissances de chauffage internes :

Une puissance pour l’eau de lavage. Celle-ci va soit maintenir l’eau du bac de lavage à température lors du lavage si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau chaude au remplissage, soit monter l’eau de remplissage de la température du réseau de distribution à la température de lavage (environ 60°C) si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau froide au remplissage.
Une puissance pour l’eau de rinçage. Celle-ci va amener l’eau de rinçage de la température du réseau de distribution à 85 °C si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau froide au rinçage, d’environ 45 °C à 85 °C si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau chaude au remplissage ou à l’eau froide et équipé d’un récupérateur de chaleur ou enfin, de 75°C à 85°C si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau froide au rinçage mais équipé d’une pompe à chaleur.
Une puissance de séchage pour les lave-vaisselle disposant d’une telle zone.

Ces puissances internes peuvent provenir de résistances électriques. Elles peuvent également provenir d’un circuit de vapeur.

L’alimentation vapeur consiste en le raccordement des organes de chauffe à une installation produisant de la vapeur. La vapeur circule dans des tubulures placées dans les différents bacs, l’échange de chaleur se faisant par contact de l’eau des bacs ou du surchauffeur avec les tubulures contenant la vapeur.

Le lave-vaisselle à la vapeur n’est intéressant que lorsque le prix de revient du kWh est plus intéressant que celui du kWh électrique. Ce qui n’est en général le cas que lorsqu’on dispose déjà d’une distribution de vapeur en bon état. Ce qui est fréquent dans les hôpitaux. La vapeur provient soit d’une chaudière au gaz ou au mazout, soit d’un réseau de distribution.

Les différentes puissances ci-dessus peuvent également provenir d’une chaudière au gaz propre au lave-vaisselle. Le fonctionnement est similaire à un chauffe-eau domestique. La chaudière chauffe de l’eau qui circule en circuit fermé. L’eau chaude alimente des échangeurs de chaleur (réservoir de lavage, eau de rinçage et tunnel de séchage). Ce choix est intéressant lorsque le sur-investissement du lave-vaisselle à gaz et de son installation est compensé par la différence de prix entre le kW gaz et le kWh électrique.

Les prix du kWh_fuel et du kWh_gaz sont indépendants de la période d’utilisation.

Le prix du kWh_électrique dépend fortement de la période d’utilisation mais également de la tarification de l’établissement. Le prix moyen du kWh électrique varie en fonction de la période d’utilisation. Pour d’autres tarifications, on peut calculer le prix moyen du kWh à partir de la valeur des différents termes intervenant dans la facturation.

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Calculs	Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer la quantité d’énergie nécessaire à la vaisselle dans votre propre situation, cliquez ici !

Le choix d’un lave-vaisselle au gaz peut également être faire lorsque la puissance électrique disponible n’est pas suffisante pour un lave-vaisselle électrique.

Lave-vaisselle spécifique

Le lave-ustensiles

La plonge des ustensiles de cuisine constitue sans doute le travail le plus pénible et le plus ennuyeux dans une cuisine.

La tendance actuelle va donc vers la suppression du poste de plongeur batterie après s’être équipé d’un lave-ustensiles.

Selon les fabricants, son temps de retour d’investissement est estimé à 12 à 18 mois.

La laveuse de plateau et la machine à laver les verres

Une machine à laver les verres n’est pas nécessaire si l’aspect des verres ne doit pas nécessairement être impeccable ou si le lave-vaisselle polyvalent est équipé d’un système mécanique, optique ou magnétique d’enclenchement automatique des jets d’eau déminéralisée au passage de paniers de verres (ou couverts) lors du rinçage final.

Les lave-vaisselle spécifiques présentent cependant une certaine souplesse au niveau des changements d’organisation. Ainsi, certains établissements choisissent un lave-vaisselle à part pour laver les verres en prévision du cas où ils passeraient un jour à la vaisselle jetable.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer le niveau de bruit

Le sonomètre

La mesure du niveau sonore global

Si l’on souhaite obtenir le niveau sonore d’un local, on utilise un sonomètre. Le microphone capte toute l’énergie acoustique de ce bruit indépendamment des fréquences des sons qui le composent.

Le résultat est donné par un seul chiffre qui représente le « niveau global » du bruit, affiché en dB.

La mesure du spectre sonore

Si c’est le spectre sonore complet du bruit qui est recherché (notamment pour pouvoir mieux comprendre l’origine du bruit et les mesures correctrices les plus adéquates), il est dès lors d’usage de réaliser une mesure par bandes de fréquence, c’est-à-dire par octaves ou 1/3 d’octaves. L’octave est une bande de fréquences d’une largeur telle que la plus grande fréquence de la bande soit le double de la plus petite (aux arrondis près).

Par exemple, le niveau acoustique mesuré dans « la bande d’octave des 500 Hz » représente l’amplitude moyenne de tous les sons dont les fréquences sont comprises entre 355 et 710 Hz.

Par exemple, le comptable de votre institution se plaint d’entendre sa voisine quand elle prend sa douche (ndlr: tout dépend de la voisine et de sa voix !). Un acousticien sera appelé, il placera un émetteur de bruit uniforme (appelé « bruit rose ») dans la douche de la voisine : une même intensité de 60 dB dans toutes les fréquences, par exemple. Puis, il viendra enregistrer le spectre de bruit chez votre comptable. Par différence, il déduira l’atténuation acoustique de la paroi et la comparera aux exigences normalisées. En cas d’insuffisance, si la composition de la paroi mitoyenne proposée dans les plans de l’architecte est correcte, c’est l’entrepreneur qui sera jugé responsable pour malfaçon dans la mise en œuvre.

Et ce dossier se clôturera par le mariage de la voisine avec l’acousticien, … et donc de son déménagement !

Tiens, ne manquerait-il pas quelque chose de scientifique dans tout ceci ? Ah oui, voici ce qu’est un bruit rose :

Décevant, non ?

L’utilisation de filtres de pondération

L’oreille humaine n’est pas objective !

Le nombre de décibels mesurés par le sonomètre constitue une mesure objective de l’intensité de la pression sonore.

Mais il ne correspond pas tout à fait à la sensation auditive perçue par l’oreille… Celle-ci varie en effet en fonction de la fréquence.

On a défini des courbes d’isosonie, c’est-à-dire des courbes d’égale sensation de l’oreille.

Dans le diagramme ci-dessous, la zone en bleu clair correspond au spectre généralement rencontré lors d’une conversation entre des personnes.

On constate que l’oreille humaine :

Ne peut entendre que les sons de fréquence comprise entre 20 et 15 000 Hz.
Présente une sensibilité diminuée aux basses fréquences. Par exemple, un son de 40 dB à 1 000 Hz aura la même impression de niveau sonore qu’un son de 60 dB à 62,5 Hz.
Perçoit les bruits moyens et forts (Lp > 70 dB) avec une sensibilité presque identique, quelle que soit la fréquence.

L’introduction de filtres de pondération

Afin que le niveau mesuré corresponde au mieux à celui perçu par l’oreille, on introduit dans l’appareil des filtres de pondération :

Le premier traduit le comportement de l’oreille « aux bas niveaux », c’est le filtre (A); il est utilisé pour les niveaux compris entre 0 et 55 dB, c’est-à-dire la zone des bruits gênants dans le bâtiment.
Le deuxième représente le comportement de l’oreille aux niveaux moyens, entre 55 et 85 dB ; c’est le filtre (B).
Au-dessus de 85 dB, on utilise le filtre (C).

En quelque sorte, on « triche » sur la mesure du sonomètre pour que celui-ci indique non pas le niveau sonore effectif, mais bien le niveau sonore perçu par notre oreille.

En fonction de la correction apportée par le filtre utilisé, les résultats seront :

Soit exprimés par les unités dB(A), dB(B) ou dB(C), bien que cette forme n’est plus reconnue officiellement par les normes ISO,ex : L = 60 dB(A)

Soit exprimé par l’indice :ex : L_A= 60 dB

Fréquence de la bande d’octave	Pondération du filtre A [dB]
125	– 15,5
250	– 8,5
500	– 3
1 000	0
2 000	+ 1
4 000	+ 1

Le choix de la constante de temps du sonomètre

La plupart des sons à mesure ont un niveau fluctuant. Et la valeur mesurée pourra dépendre de la constante de temps utilisée pour la mesure :

S = Slow = Lent = constante de temps de 1 seconde = les fluctuations sont fortement « moyennées »
F = Fast = Rapide = constante de temps de 125 millisecondes =
I = Impulse = Impulsif = constante de temps de 35 millisecondes à la montée et 1,5 seconde à la descente = plus sensible aux pointes sonores momentanées.

Exemple.

LA,F = 60 dB signale une mesure d’un niveau sonore de 60 dB, effectuée avec un filtre A et une constante de temps « FAST ».

La classe de précision

Selon le degré de précision du sonomètre, les prix d’achat varient considérablement.

Pour des mesures simples d’usage interne, un sonomètre de classe 3 selon DIN / IEC suffit généralement.

Dans le cas où les résultats doivent faire autorité lors de litiges auprès des tribunaux, un sonomètre de classe 1 ou 2 sera requis.

La campagne de mesures

Les mesures seront effectuées en plusieurs points du local à étudier durant une période de temps significative, avec une pondération par le filtre A.

La difficulté consiste « à isoler » le son litigieux de l’ensemble du son perçu !

Idéalement, pour s’assurer de son effet, on réalisera une mesure avec et une mesure sans enclenchement de l’appareil suspecté ! Et l’intensité sonore sera déduite, en utilisant la loi d’addition des sons en acoustique.

Exemple.

si le son mesuré est de 53 dB pendant le fonctionnement du climatiseur, et de 50 dB à l’arrêt de celui-ci, le niveau sonore du climatiseur est de 50 dB (puisque, en acoustique, 50 dB + 50 dB = 53 dB !)

À noter que le niveau mesuré est influencé par le temps de réverbération de la pièce. En cas de litige avec le fabricant d’un matériel de climatisation, il pourrait, à juste titre, vous faire remarquer que l’usage de carrelages au sol et de murs de béton lisses dans vos bureaux entraîne une réverbération très forte du bruit de son appareil et donc un accroissement général du niveau sonore de la pièce !

Afin de vous mettre d’accord, la norme prévoit une réverbération « normalisée » du local : celle correspondant à un local dont la surface d’absorption équivalente est de 10 m².

À défaut de courir rapidement chez Tonton-Tapis, faites appel à un acousticien qui rectifiera mathématiquement la mesure, après enregistrement du temps de réverbération de votre local.

Les bruits normalisés

Bruit « rose »

C’est un bruit normalisé qui a une énergie constante par bande d’octave. Il est utilisé pour simuler les bruits aériens émis dans les bâtiments, ainsi que les bruits d’avion.

Bruit « routier »

C’est un bruit normalisé utilisé pour simuler le bruit des trafics routiers et ferroviaires. Il est plus riche en grave que le bruit rose. L’énergie contenue dans chaque bande d’octave est fixée par rapport à l’énergie contenue dans la bande d’octave centrée sur 1 000 Hz.

125	250	500	1 000	2 000	4 000	Hz
+ 6	+ 5	+ 1	0	– 2	– 8	dB

Bruit « d’une machine à choc normalisée »

Pour la vérification de l’isolation aux bruits de chocs, on utilise une machine normalisée, sorte de marteau qui viendra frapper la paroi avec une intensité connue. La mesure du bruit enregistrée dans un autre local permet de juger de la qualité de l’atténuation des parois intermédiaires.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir l’esquisse du projet – généralité

Préalable, un document de synthèse peut être imprimé à destination du Maître d’Ouvrage.

Avertissement : l’esquisse décrite ici ne prend en compte que des considérations énergétiques et de confort s’adressant aux bâtiments du tertiaire de manière générale. La prudence est de mise lorsqu’on aborde certaines zones à risque de l’hôpital.

Conception énergétique d’un bâtiment tertiaire :

> version PDF

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Projet et cahiers des charges

Pour intégrer l’efficacité énergétique dans les projets :

Le bureau d’études doit rédiger des clauses énergétiques dans ses prescriptions :
c’est l’objet des « Cahiers des Charges énergétiques ».
L’architecte ou encore le Maitre d’ouvrage doivent pouvoir vérifier la qualité énergétique à chaque étape du chantier :
c’est l’objet des « Check-Lists énergétiques ».

Attention : ces documents ont été rédigés en 2004 et datent donc quelque peu. Il est important de les utiliser avec précaution même si l’esprit général reste valable.

Des cahiers des charges pour le bureau d’études Les clauses énergétiques à intégrer dans les prescriptions.
Le chauffage	> pdf
L’eau chaude sanitaire	> pdf
L’éclairage	> pdf
La climatisation (HVAC)	> pdf


Des check-lists pour l’architecte et le Maitre d’Ouvrage Les critères de qualité énergétique pour chaque étape du chantier.
Le chauffage	> pdf
L’eau chaude sanitaire	> pdf
L’éclairage	> pdf
La climatisation	> pdf
La ventilation hygiénique	> pdf

À ce stade, il sera aussi utile de préparer l’exploitation du bâtiment

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Modèles d’isolation – plancher lourd avec aire de foulée

L’isolation du plancher lourd de combles circulables peut se faire par divers systèmes :

Panneaux semi-rigides ou matelas souple sur le plancher

L’isolant utilisé, généralement de la laine minérale, peut être souple (en rouleaux) ou semi-rigide (en panneaux). Les rouleaux peuvent éventuellement être revêtus d’un papier kraft.

Le pare-vapeur éventuel est déroulé soigneusement sur le plancher lourd.

On place ensuite, à intervalles réguliers, des lambourdes qui vont servir à porter le plancher. L’intervalle entre les lambourdes est déterminé par la largeur des rouleaux ou des plaques d’isolant et par les caractéristiques des plaques de l’aire de foulée.

L’isolant est posé entre les lambourdes.

Les plaques de l’aire de foulée sont clouées sur les lambourdes.

Matelas isolant souple ou semi-rigide au-dessus d’un plancher lourd circulable.

Aire de foulée.
Lambourde.
Isolant souple ou semi-rigide.
Pare-vapeur éventuel.
Support lourd.
Finition du plafond.

Panneaux rigides sur le plancher

L’isolant utilisé peut être de la mousse synthétique ou du verre cellulaire.

Les panneaux rigides nécessitent un support lisse pour pouvoir bien s’emboîter. Il faut donc, au besoin, égaliser le plancher lourd au moyen d’une fine chape d’égalisation ou d’une fine couche de sable.

Le pare-vapeur éventuel est déroulé soigneusement sur le plancher lourd avant la pose de l’isolant.

L’isolant est ensuite déposé de façon continue.

Les panneaux en mousse synthétique sont munis de rainures et languettes, ils doivent être correctement emboîtés.

Les panneaux en verre cellulaire sont posés jointifs.

Les plaques de l’aire de foulée sont posées soit directement sur l’isolant, soit sur des lattes posées sur l’isolant. Les plaques (généralement des planches de bois) sont alors cloués sur ces lattes.

Isolant rigide au-dessus d’un plancher lourd circulable.

Aire de foulée.
Lattes éventuelles.
Isolant.
Emboîtement.
Pare-vapeur éventuel.
Égalisation éventuelle.
Support lourd.
Finition du plafond.

Isolation sous le plancher : une solution à éviter !

L’isolant est fixé sous le plancher lourd.

La fixation est difficile et dépend du type d’isolant. Un pare-vapeur efficace indispensable (sauf en cas d’utilisation du verre cellulaire) est soigneusement placé sous l’isolant. Les joints seront particulièrement soignés. Il ne peut pas être déchiré.

La finition du plafond est ensuite réalisée en prenant toutes les précautions nécessaires pour éviter de blesser le pare-vapeur.

Aucune installation technique ne pourra être aménagée dans le plafond.

Le plancher lui-même ne pourra être percé.

Un espace technique pourrait éventuellement être aménagé entre le pare-vapeur et le plafond.

Toute cette mise en œuvre nécessite un soin parfait difficile à réaliser sur chantier.

L’aménagement de l’aire de foulée se fera de façon traditionnelle sur un plancher lourd (chape + carrelage, par exemple).

Isolation en dessous du plancher lourd circulable.

Plancher lourd.
Isolant.
Pare-vapeur.
Finition du plafond.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Définir la rentabilité d’un projet « Pompe à chaleur »

Avis Important aux Lecteurs (mars 2024)

Cet article présente des informations basées sur les données et le contexte de 2007 concernant les pompes à chaleur (PAC). Bien que les principes fondamentaux et les concepts expliqués restent pertinents, il est important de noter que l’article restera inchangé et peut ne pas refléter les dernières avancées technologiques, les changements dans le marché de l’énergie, ou les évolutions des politiques d’incitation financière. En gardant cela à l’esprit, voici quelques conseils pour aider les lecteurs à mettre en perspective les informations fournies :

Considérez l’Évolution des Technologies : Les technologies des PAC ont considérablement évolué depuis 2007, offrant de meilleures performances et une efficacité accrue. Les valeurs de COP mentionnées peuvent donc avoir été dépassées par les modèles plus récents.
Tenez Compte des Changements dans le Mix Énergétique : La consommation en énergie primaire et les émissions de CO2 liées à l’utilisation des PAC peuvent avoir changé, notamment en raison d’une part accrue des énergies renouvelables dans le mix énergétique.
Actualisez les Informations sur les Coûts : Les données sur les coûts d’investissement et d’utilisation des PAC, ainsi que les incitations financières disponibles, peuvent avoir évolué. Il est conseillé de consulter des sources actuelles pour des estimations de coûts et de rentabilité plus précises.
Recherchez les Dernières Subventions et Incitations : Les programmes de subventions et les incitations fiscales pour l’installation de PAC sont susceptibles d’avoir changé. Il est important de se renseigner sur les aides financières les plus récentes pour maximiser la rentabilité de votre investissement.
Évaluez l’Impact Environnemental Actuel : Les impacts environnementaux des PAC, notamment en termes d’émissions de CO2, doivent être évalués à l’aune du mix énergétique actuel et des avancées dans les technologies de production d’électricité.

Nous invitons les lecteurs à utiliser cet article comme une base de connaissances tout en recherchant des informations supplémentaires et à jour pour prendre des décisions éclairées concernant l’utilisation des pompes à chaleur dans le contexte énergétique et environnemental actuel.

Une efficacité dépendante de la performance de la pompe

Quelle efficacité en énergie primaire si la PAC fonctionne avec l’électricité du réseau belge ?

A en croire certains fabricants, la pompe à chaleur « crée » de l’énergie gratuite « récupère » l’énergie solaire gratuite et renouvelable…

En analysant le bilan énergétique, on constate en effet que pour 3 kWh thermiques fournis, environ 2 kWh thermiques peuvent provenir de l’air extérieur ou de l’eau d’une rivière, donc des sources d’énergie renouvelable. Néanmoins, pour fonctionner, elle utilise alors 1 kWh d’énergie électrique. Or la production électrique provenant du réseau a un rendement moyen de 35 % (qui provient la production et des pertes de transport et distribution de l’électricité). Il faut donc approximativement 3 kWh en centrale pour donner 1 kWh à la PAC, … qui fournira 3 kWh en chaleur. Sur base de cette analyse, on voit que le potentiel de réduction de consommation en énergie primaire par rapport à un chaudière traditionnelle au gaz ou mazout n’est pas si évident. Sur base de chiffres plus précis, il est effectivement possible de démontrer que les PAC permettent un réduction de la consommation en énergie primaire. Néanmoins, comme montré dans le raisonnement ci-dessus, il faut s’attendre à une réduction de dizaines de pour cent, mais pas une diminution drastique par un facteur 2 ou 3.

Remarque : Par rapport au chauffage à résistances électriques, le chauffage par pompe à chaleur est donc écologiquement beaucoup plus performant. Mais si le maître d’ouvrage envisage de remplacer ses accumulateurs, il va ouvrir la comparaison à l’ensemble des moyens de chauffage …

Les performances en termes d’énergie primaire dépendent essentiellement de deux facteurs, le coefficient de performance annuel (COPA) ainsi que le facteur de conversion en énergie primaire, que nous appellerons ici « f », de l’électricité disponible sur le réseau belge. Nous reprenons ci-dessous la valeur de COPA pour les différents types de PAC selon trois sources différentes. Dans les deux dernières colonnes, on reprend la valeur minimale et maximale de COPA que l’on considère dans les estimations de performance que nous allons réaliser dans cette page.

Type	COPA (Source 2009 : EF4, facilitateur PAC de la Région wallonne)	COPA (Source 2008 : Paul Cobut, Energy Saving Services)	COPA (Source : rapport Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, ANRE)	COPA minimum calcul	COPA maximum calcul
Air-Air		2.8-3.5	2.7	2.5	3.5
Air-Eau	2.5-3.5	3.0-3.5	2.7	2.5	3.5
Eau-Eau	3-4.5		3.0-3.8	3.0	4.5
Eau glycolée-Eau	3-4	3.2-4.0	3.2-3.6	3.0	4.0
Sol-Eau	3-4	3.2-4.0	3.2-3.6	3.0	4.0
Sol-Sol	3-4	3.2-4.0	3.2-3.6	3.0	4.0
ECS		2.5-3.0		2.0	3.0

Synthèse des différentes valeurs de COPA diffusées par différentes sources : le facilitateur PAC de la Région wallonne, EF4, un spécialiste de la PAC en Belgique, Paul Cobut, un rapport du ministère du Ministère de la Communauté flamande sur l’installation des PAC.

La quantité d’énergie primaire consommée par kWh d’énergie thermique utile est calculée pour les différents types de PAC : plus la valeur est faible et plus la technologie est intéressante au niveau de la consommation en énergie primaire. À titre comparatif, les chaudières au gaz et au mazout se situent approximativement autour de 1.2-1.3.

On considère un scénario conservatif avec les valeurs les plus basses de COPA et un scénario positif avec les valeurs maximales. Premièrement, on considère un facteur de conversion pour l’électricité de notre réseau de 3.1. Cela veut dire que pour obtenir 1 kWh électrique en distribution, il faut compter 3.1 kWh en énergie primaire. Cette valeur correspond au cas réel de notre réseau qui produit essentiellement son électricité sur base d’énergie nucléaire (approximativement 60 %). A titre indicatif, on peut considérer la valeur de facteur de conversion prescrite par la PEB qui correspond à la part non nucléaire du réseau.

Type	COPA minimum calcul	COPA maximum calcul	Rapport Eprimaire/Eutile pour f = 3.1 et COPA minimum	Rapport Eprimaire/Eutile pour f= 3.1 et COPA maximum	Rapport Eprimaire/Eutile pour f =2.5 (PEB) et COPA minimum	Rapport Eprimaire/Eutile pour f = 2.5 (PEB) et COPA maximum	Rapport Eprimaire/Eutile par ANRE
Air-Air	2.5	3.5	1.25	0.88	1.0	0.71	0.9
Air-Eau	2.5	3.5	1.25	0.88	1.0	0.71	0.9
Eau-Eau	3.0	4.5	1.0	0.68	0.83	0.55	0.66-0.83
Eau glycolée-Eau	3.0	4.0	1.0	0.77	0.83	0.62	0.76
Sol-Eau	3.0	4.0	1.0	0.77	0.83	0.62	0.73
Sol-Sol	3.0	4.0	1.0	0.77	0.83	0.62	0.73
ECS	2.0	3.0	1.5	1.0	1.25	0.83

Rapport entre consommations en énergie primaire et énergie utile pour les différentes technologies de PAC suivant deux scénarios de COPA (conservatif et optimiste) et deux facteurs de conversion de l’électricité du réseau en énergie primaire.

Si on prend l’hypothèse la plus défavorable de COPA minimum avec un facteur de conversion de 3.1 (avec nucléaire), on voit que le rapport entre énergie primaire et énergie thermique utile délivrée est du même ordre de grandeur que pour les chaudières gaz ou mazout. Seule la production d’ECS donne des résultats moins intéressants. Par contre, dès que l’on travaille avec les meilleures performances de PAC (COPA max), les valeurs sont nettement plus intéressantes. Sur base de cette observation, nous proposons la conclusion suivante : avec les COPA attendu les plus faibles, les PAC sont aussi performantes que les chaudières en ce qui concerne l’énergie primaire, par contre, en travaillant sur base des meilleures performances, un gain substantiel est possible.

Cela met aussi clairement en évidence l’intérêt de travailler avec dans les meilleures conditions pour obtenir les meilleures performances : bon matériel, bonne conception, bonne régulation et bon maintien, entretien de l’installation. La qualité est un aspect très important. Il existe un label au niveau wallon pour l’installation des pompes à chaleur, le label PACQUAL : voir le site internet de RBF (Renewable Buiseness Facilitateur) qui représente les intérêts d’entreprises wallonnes actives dans le renouvelable.

Logo du label PACQUAL (Source : site internet RBF).

Quelle efficacité en émission de CO₂ si la PAC fonctionne avec l’électricité du réseau belge ?

Comme pour l’analyse de la consommation en énergie primaire, le coefficient de performance annuel de la PAC, le COPA, est un paramètre de première importance. Les valeurs introduites dans le tableau ci-dessus, valeurs typiques minimales et maximales, seront reprises pour l’évaluation des émissions de CO₂. En ce qui concerne l’électricité du réseau, nous tenons compte de la production des centrales nucléaires. Cela donne une émission de 302 grammes d’équivalents-CO₂ par kWh électrique consommé sur le réseau. À titre comparatif, nous avons placé dans le tableau les émissions caractéristiques de CO₂ pour un chauffage direct par l’électricité et par une chaudière au gaz (dont on considère que le rendement saisonnier est de 90 %, le cycle complet du combustible avec 232 grammes d’équivalent-CO₂ produits par kWh thermique final).

Type	COPA minimum calcul	COPA maximum calcul	Emission de CO₂ : COPA mininmum [gramme équivalent CO2/kWh]	Emission de CO2 : COPA maximum [gramme équivalent CO2/kWh]
Air-Air	2.5	3.5	120	86.28
Air-Eau	2.5	3.5	120	86.28
Eau-Eau	3.0	4.5	100	67.11
Eau glycolée-Eau	3.0	4.0	100	75.5
Sol-Eau	3.0	4.0	100	75.5
Sol-Sol	3.0	4.0	100	75.5
ECS	2.0	3.0	151	100
Chauffage électrique direct			302	302
Chauffage au gaz naturel			257	257

Émission de CO2 pour les différentes technologies de PAC suivant les deux scénarios de performance COPA.

Le résultat est sans appel : quelque soit le niveau de performance, COPA, considéré, les PAC émettent nettement moins de CO₂ que le chauffage traditionnel et, évidemment, que le chauffage électrique direct. C’est parfois un argument qui est avancé pour promouvoir l’installation des pompes à chaleur. Cet argument est correct, mais nous tenons néanmoins à donner une nuance. Le lecteur pourra ainsi se faire sa propre opinion.

Ces performances en émission de CO₂ des PAC proviennent essentiellement de la structure de la production électrique en Belgique, essentiellement dominée par les centrales nucléaires. Sur base des analyses de bilan CO₂ actuelles, le nucléaire émet très peu de CO₂. Dans le débat, il faut savoir aussi que certains groupes remettent en question cette hypothèse de départ. D’après ceux-ci, la production d’énergie par centrales nucléaires contiendrait beaucoup d’ « énergie grise » (pour la construction, démantèlement, gestion des déchets, …). Comme les centrales nucléaires émettent relativement peu de CO₂ et que les PAC consomment de l’électricité, les émissions de CO₂ sont donc relativement plus faibles, ce qui est tout bénéfice pour éviter le réchauffement climatique. Néanmoins, il ne faut pas perdre de vue que le nucléaire produit des déchets qui peuvent être potentiellement très dangereux pour l’environnement. La problématique des déchets nucléaires est un sujet bien connu. En conclusion, on a, quelques part déplacé le risque du réchauffement climatique (CO₂) vers le danger des déchets nucléaires.

Quelle efficacité environnementale si la PAC fonctionne avec l’électricité produite de manière renouvelable ?

Les conclusions données précédemment considéraient que l’électricité consommée par la PAC provenait du réseau, réseau essentiellement dans son état actuel. Les conclusions sont tout à fait différentes si on considère que l’électricité qui alimente la PAC est produite sur base d’énergie renouvelable. Dans ce cas, les performances environnementales des PAC sont remarquables.

Quelle rentabilité financière ? Investissement et coût à l’utilisation

Une installation de chauffage basée sur une PAC est généralement plus chère à l’investissement qu’une installation équivalente basée sur des chaudières traditionnelles. On l’observe du moins clairement dans le secteur domestique. Par contre, pour le domaine du tertiaire, nous manquons d’information.

En ce qui concerne le coût d’utilisation, les frais liés à la consommation d’électricité, le coefficient de performance annuel, COPA est encore central.

Nous allons reprendre notre petite étude avec la plage de valeurs de COPA rencontrées en pratique. Le prix de l’électricité est pris à 192 c€/kWh en heures pleines et 105 c€/kWh en heures creuses. Le prix du gaz est fixé à 70 c€/kWh. Ces valeurs sont caractéristiques du secteur domestique en juin 2009 (Source : Apere, Renouvelle). Les calculs suivants sont bien sûr des instantanés dans la mesure où le prix de l’énergie est amené à évoluer dans le temps.

Type	COPA minimum calcul	COPA maximum calcul	Coût : COPA minimum [c€/kWh] (elec de jour)	Coût : COPA maximum [c€/kWh] (elec de jour)
Air-Air	2.5	3.5	76.8	54.8
Air-Eau	2.5	3.5	76.8	54.8
Eau-Eau	3.0	4.5	64	42.6
Eau glycolée-Eau	3.0	4.0	64	48
Sol-Eau	3.0	4.0	64	48
Sol-Sol	3.0	4.0	64	48
ECS	2.0	3.0	96	64
Chauffage électrique direct (élec. de jour)			192	192
Chauffage électrique accumulation (élec. de nuit)			105	105
Chauffage au gaz naturel			77.8	77.8

Coût du kWh thermique utile produit pour des PAC fonctionnant avec l’électricité de jour (heures pleines). Le prix de l’énergie est aligné sur le secteur domestique à la date de juin 2009.

Le Tableau ci-dessus considère que les PAC fonctionnent essentiellement sur l’électricité de jour, en heures pleines durant lesquelles les prix sont les plus élevés. C’est donc un cas assez défavorable. Comparé à un système conventionnel comme une chaudière au gaz, on voit que les PAC air-air et air-eau sont comparables au gaz avec les COPA faibles. Pour les autres approches, l’énergie fournie est légèrement moins chère que le gaz. Par contre, en considérant les meilleures performances, on obtient des prix sensiblement plus intéressants que le gaz. Cela met encore une fois en évidence l’importance d’installations de PAC qui fonctionnent de manière optimale, et donc, présentant les meilleurs COPA.

On voit donc l’équilibre qu’il faut atteindre pour réaliser une installation rentable basée sur une PAC. L’investissement sera généralement plus cher que pour une chaudière traditionnelle, mais le coût d’utilisation sera moindre. Ces gains durant la durée d’utilisation du matériel doivent contrebalancer ce surinvestissement. Dans ce genre de calcul, on considère typiquement que la durée d’utilisation d’une pompe à chaleur ou une chaudière est de 20 ans. En d’autres termes, il faut récupérer les surinvestissements sur ces 20 années au maximum pour que le projet soit rentable.

Dans les calculs précédents, nous avons supposé que la PAC fonctionnait avec l’électricité de jour, en heures pleines. En fait, il est possible de stocker en partie la chaleur fournie par la PAC durant la nuit (chauffage par le sol, par ex.) et donc d’avoir une partie substantielle du coût en électricité de nuit. Néanmoins, cette gestion détériore le rendement du système de chauffage (forte inertie, difficulté de régulation en période ensoleillée, air extérieur plus foid la nuit si PAC Air/eau, …). En conclusion, il est difficile d’établir un prix du kWh en travaillant de cette manière.

Pourquoi ne trouve-t-on pas plus de pompes à chaleur dans nos maisons ?…

Supposons une PAC air-air. Elle doit fonctionner avec du courant de jour. Pour le particulier, le prix du kWh électrique est 3 x plus élevé que le prix du kWh thermique (gaz, fuel, …). Avec un COPA inférieur à 3, la rentabilité financière n’existe plus pour la PAC… Malgré un rendement de près de 300 % sur l’énergie électrique fournie, c’est pratiquement aussi cher que de produire la chaleur par un système traditionnel au gaz ou au fuel…

Supposons une PAC air-eau, avec un système de chauffage par le sol. Cette fois, l’inertie du chauffage par le sol permet d’utiliser le courant de nuit dont le prix du kWh est de l’ordre de 2 fois celui du kWh thermique. Ainsi, la PAC se justifie beaucoup mieux. Seul inconvénient : la régulation du chauffage par le sol est difficile (quelle charge du sol durant la nuit ? Quel temps fera-t-il demain ? Si les occupants sont absents toute la journée, pourquoi chauffer ? Si le sol est déjà chaud, l’arrivée des rayons solaires va provoquer une surchauffe…) et le système reperd une part de sa rentabilité par les pertes de régulation …

Bien sûr, l’usage de la PAC est nettement plus logique que le chauffage électrique, direct ou à accumulation. Ces derniers systèmes devraient d’ailleurs être interdits, pour protéger le consommateur(dépendant du choix fait par des promoteurs immobiliers) et la société (bilan écologique désastreux).

Une performance dépendant de divers facteurs

Dans la section précédente, nous avons clairement mis en évidence l’importance de travailler avec les meilleurs COPA pour atteindre les meilleures rentabilités et performances environnementales (analysées ici en termes d’émission d’équivalent CO₂ et de consommation en énergie primaire).

Ce coefficient de performance annuel, COPA, dépend de multiples facteurs faisant référence à tous les aspects d’un bâtiment. C’est pourquoi, pour assurer les meilleures performances, tous ces critères doivent être respectés au sein d’une approche globale. Suivant les présentations techniques de Paul Cobut (Energy Saving Services) de 2009, les différents paramètres influençant le COPA sont répertoriés de la manière suivante :

Les performances du matériel en tant que tel, de la PAC : Celles-ci sont traduites par le COP évalué en laboratoire dans des conditions d’essai reprises dans des normes. Il faut donc être vigilant par rapport à du matériel proposé par des fabricants ou installateurs dont les performances n’ont pas été certifiées.

Le type de captation de l’énergie (à la source froide) : On a développé longuement l’influence du type de source froides ainsi que de leurs caractéristiques. De manière générale, on dira qu’il est souhaitable d’avoir une source froide la plus chaude possible.

La zone climatique : Si on travaille avec l’air extérieur comme source froide, les performances seront d’autant meilleures que la température extérieure sera élevée. Les performances annuelles de la PAC seront donc influencée par la zone climatique à laquelle on appartient. On peut se rendre de compte de l’évolution des conditions météorologiques à l’échelle de notre territoire en analysant l’évolution des degrés-jours suivant les différentes localités.

Le type de chauffage : On a aussi bien développé l’influence du type de source chaude ainsi que leurs caractéristiques. De manière générale, on favorise les émetteurs basse température, que ce soit un chauffage par le sol ou par radiateurs basse température, pour atteindre la différence de température la plus faible entre la source chaude et froide et ainsi atteindre les meilleurs COP.

Le mode de vie : Sur base de ce constat, on peut aussi en déduire que le mode de vie, la façon dont les occupants gèrent la consigne de température dans le bâtiment a une influence : augmenter la température de consigne est équivalent à augmenter la température de la source chaude et donc synonyme de COP plus faible.

Affiches tirées de la partie Sensibilisation

Le mode de régulation : De même, l’influence du mode de régulation a été développée dans une autre page. Il s’agit d’une part, de la régulation de la PAC (mode « tout ou rien », avec « by-pass » ou « modulation de fréquence) mais aussi de la régulation de la PAC avec son appoint.

Fonction simple ou mixte : Le fait que la PAC doive produire la chaleur pour le chauffage des pièces et de l’ECS (fonctionnement mixte). La production d’ECS demande une température de la source chaude plus élevée (notamment pour la stratégie d’élimination du risque de légionnelles). Du coup, les performances seront plus faibles que pour le chauffage des locaux. Dans les raisonnements ci-dessus, un COPA distinct pour la production d’ECS a été considéré.

Une campagne de mesure sur site en Belgique

Généralement, les fiches techniques des fabricants de pompes à chaleur indiquent un COP instantanés mesuré en usine dans des conditions idéales. Les valeurs proposées sont donc peu instructives pour un calcul de rentabilité.
La Faculté Polytechnique de Mons procède à une campagne de mesure des performances de pompes à chaleur à usage domestique (chauffage d’habitation) dont les résultats partiels (après 5 mois d’études) sont les suivants :

PAC Air/ Air

Une première installation, d’une puissance de 13,4 kW + appoint électrique de 7,5 kW a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,15 (2.63 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,53 dans des conditions de température intérieure de 20°C et extérieure de 7°C.
Une seconde installation, d’une puissance de 10.5 kW + appoint électrique de 2,5 kW a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 1,41 (1,74 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,09 dans des conditions de température intérieure de 21°C et extérieure de 8°C.

PAC Air/ Eau

Une première installation, d’une puissance de 10,4 kW + convecteurs électriques d’appoint dans certaines pièces et résistance électrique d’appoint sur le circuit, a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,08 (3 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,92 dans des conditions de température extérieure de 7°C et d’eau de chauffage de 35°C.
Une seconde installation, d’une puissance de 16,28 kW + convecteurs électriques d’appoint dans certaines pièces (700 W) et résistance électrique d’appoint sur le circuit (6 kW) a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,8 (3,45 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 4,35 dans des conditions de température extérieure de 7°C et d’eau de chauffage de 35°C.

PAC Sol/Sol

Une première installation couvrant une partie de l’habitation (125 m²), d’une puissance de 10,1 kW + 3 appoints électriques dans les pièces chauffées par la PAC (total = 3,25 kW) et 5 appoints dans les pièces non chauffées (total = 4,25 kW), a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,54. Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,99 dans des conditions – 5°C/30°C (surchauffe de 10°C et sur refroidissement nul).
Une seconde installation couvrant une partie de l’habitation (75 m²), d’une puissance de 6.8 kW + 3 appoints électriques dans les pièces chauffées par la PAC (total = 3 000 W) et 4 appoints dans les pièces non chauffées (total = 4 250 W), a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,91. Le COP annoncé par le fournisseur était de 4,45 dans des conditions – 5°C/30°C (surchauffe de 10°C et sur refroidissement nul).
De quoi remettre les pendules à l’heure…

Frais d’investissement

Le principal facteur influençant le coût d’investissement de la PAC est la puissance du compresseur. Plus elle sera élevée, plus la pompe à chaleur sera chère.

Pour les petites puissances, la relation théorique entre la puissance du compresseur Q_c et le coût d’investissement (CI) est de l’allure suivante pour les PAC Air/Eau et Eau/Eau :

CI = 2 500. (Q_C) ^0,4

Frais d’investissement pour les PACs Air-Eau et Eau-Eau (Source KUL).

À cela, il ne faut pas oublier d’ajouter le coût du réseau de distribution (chauffage par le sol, par exemple) et des différents appareils annexes (compteur électrique,…). Pour les PAC bivalentes, il faut aussi tenir compte du coût de la chaudière traditionnelle.

Les ordres de grandeur des coûts d’investissement pour des pompes à chaleur de 10 à 12 kW présentes sur le marché belge (puissances typiques pour un logement d’une surface habitable de 150 m² isolée au niveau d’isolation K55) sont repris ci-dessous. Ces coûts comprennent les équipements d’appoints. Il est probable que ces coûts vont diminuer dans les prochaines années.

Système	COPs (y compris pertes de distribution)	Coûts d’investissement pour une puissance installée de 10 à 12 kW [€]
Air/ Air	2.5	8 750 à 9 400
Air/ Eau	2.9	9 400 à 10 500
Sol/ Eau	3.3	11 250 à 13 750

Source : Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable (ICEDD).

Néanmoins, l’utilisateur peut avoir intérêt à choisir des pompes de forte puissance. En effet, ramené au kW, les frais d’investissement décroissent avec la puissance. À titre d’exemple, voici l’évolution des frais d’investissement de pompes à chaleurs en Suisse en 1992 en fonction de la puissance nominale de chauffage (source Ravel). On voit ainsi que plus l’installation sera puissante, moins le kW thermique installé sera cher.

À noter qu’une pompe à chaleur n’a besoin ni de cheminée, ni de citerne, ce qui permet de réduire le coût du gros œuvre.

Dans les études de rentabilité des PAC, on considère typiquement que le durée d’utilisation de l’installation est de 20 ans. A titre d’exemple, les expériences d’installations aux États-Unis (on estime à environ 940 000 le nombre d’installations ces dernières années) indiquent des durées de vie moyennes de l’ordre de 17 ans.

Dans le cas particulier des pompes domestiques alimentées par nappe phréatique, il faut tenir compte du coût du forage (de 500 à 850 € par mètre) et de frais annexes : étude de faisabilité (850 à 2 500 €), analyse de l’eau (850 €). Ces valeurs sont uniquement des ordres de grandeur indicative.

Si la demande de puissance est plus importante, les frais d’investissement seront plus lourds :

Puissance nominale du chauffage [kW]

Diamètre du puits [mm]

Frais spécifiques [€/m]

< 70

71 à 140

141 à 550

150

300

800

200 à 250

300 à 400

350 à 500

Source : Ravel-Suisse. (Chiffres de 1995).

Le coût des installations géothermiques à forage vertical est aussi très important : entre 600 et 900 € par kW de chaleur récupérée, à savoir 55 à 65 € le mètre de profondeur et un besoin d’une quinzaine de mètres par kW.

Frais d’exploitation

Il est impossible d’évaluer simplement la consommation d’une PAC d’un bâtiment tertiaire, d’autant que celle-ci reprend souvent autant des consommations de chaud que de froid. Seule une simulation informatique peut atteindre cet objectif, avec un encodage lourd des caractéristiques du bâtiment et de ses critères d’exploitation.

Méthode proposée par Electrabel pour le domestique

Par contre, selon Electrabel, une estimation des consommations d’une pompe à chaleur domestique peut être calculée a priori selon la formule :

Où,

K₁ est un facteur tenant compte du ralenti de nuit éventuel. En cas de ralenti, il vaut 0.85 si PAC air/air et 0,9 si PAC air/eau,
K₂ est un facteur prenant en compte l’occupation ou la non-occupation de jour,

Régime d’occupation	K2
Occupation de jour Non-occupation de jour PAC air/air Non-occupation de jour PAC air/eau	1 0.90 0,95

K₃ est un facteur prenant en considération l’impact d’un chauffage auxiliaire par convecteurs électriques,

Watts aux. / PAC Watts + 7°C	K3 si air/air	K3 si air/eau
0.15 0.20 0.25 0.30 0.35	1.15 1.19 1.23 1.25 1.30	1.17 1.21 1.26 1.30 1.35

K₄est un facteur de rendement de la pompe à chaleur relatif à sa température d’équilibre (= T° correspondant à la puissance de dimensionnement de la PAC) et à la température minimale extérieure. C’est la valeur inverse du COP annuel (COPA),

	K4 si air/air
	T°_équilibrePAC	T°_équilibrePAC
T_{°min. ext.} [°C]	– 5 < T° éq. < – 2	– 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C < – 10°C	0.37 0.40	0.38 0.44

	K4 si air/eau
	T°_équilibre PAC	T°_équilibre PAC
T°_{min. ext.} [°C]	– 5 < T° éq. < – 2	– 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C < – 10°C	0.34 0.37	0.35 0.41

DJ sont les degrés jours en base 15/15 dans la région considérée,
Q représente les déperditions thermiques,
ΔT°_max est la différence entre la température moyenne ambiante (en général 19°C) et la température extérieure minimale.

Pour les pompes bivalentes parallèles, les choses sont plus compliquées. Les paramètres deviennent très nombreux et il est difficile de formuler des règles générales. Cependant, il est important de voir qu’il existe, en fonction de la situation et des équipements choisis, une puissance de dimensionnement qui minimise les coûts annuels.

Globalement, les PAC domestiques bivalentes sont plus économiques que les monovalentes, puisque la chaudière supplée à la PAC lorsque celle-ci présente son plus mauvais rendement. Mais l’investissement est plus important.

Temps de retour de l’investissement

Le temps de retour de l’investissement est calculé par sur base du surinvestissement par rapport aux systèmes de chauffage classiques et du bénéfice fait annuellement sur les frais de fonctionnement (aussi appelé ci-dessous frais d’exploitation). Il est bien sûr dépendant de l’efficience de la pompe installée, de son prix à l’achat, de sa puissance, du coût de l’énergie,…

Pompe à chaleur domestique : nos estimations en 2009

Sur base de nos estimations dans le domestique, hors subsides, primes et incitants fiscaux, les pompes à chaleur peuvent être intéressantes économiquement si on peut compter sur les meilleures performances annuelles COPA (dont les valeurs cibles réalistes sont reprises dans le tableau ci-dessus). Dans ce cas, on est en mesure d’amortir en un temps inférieur à la durée d’utilisation de la PAC (c’est-à-dire 20 ans) le surinvestissement par rapport à des chaudières classiques fioul ou gaz. De beaux gains sont possibles.

Cependant, il faut aussi être vigilant concernant les performances du bâtiment, de son enveloppe, à chauffer. Techniquement, le bâtiment doit être suffisamment bien isolé pour permettre de travailler avec des émetteurs basse température (BT) et donc atteindre les meilleurs rendements. D’un autre côté, il faut que le besoin net de chauffage du bâtiment soit suffisamment important pour pouvoir amortir le matériel (son surinvestissement) sur base de frais d’utilisation plus faibles que les chaudières classiques. Par exemple, hormis quelques modèles spécifiques, on rencontre rarement des PAC installées dans les maisons passives. Une des raisons est le surinvestissement pour une installation de PAC et les faibles consommations qui rendront l’amortissement plus délicat.

Pourquoi ne pas citer des chiffres sur les temps de retour ou d’autres indicateurs économiques ? Simplement parce que l’investissement est très variable suivant les circonstances : d’une part selon le projet, le type d’émetteurs que l’on choisit (chauffage par radiateurs BT ou par la sol), la production d’ECS combinée ou pas et, d’autre part, selon les installateurs et les marques. Il y a de grosses variations qui ne permettent pas de donner des chiffres précis, mais plutôt des tendances comme nous l’avons fait ci-dessus. Cette remarque nous permet, premièrement, d’encourager les candidats à comparer les prix tout en s’assurant de la qualité du matériel et de l’installation (cfr. label PACQUAL) et, deuxièmement, d’encourager les candidats à réaliser sur base des devis obtenus une étude de la rentabilité du projet. Les fourchettes de valeurs de performances données dans le tableau ci-dessus devraient donner une bonne estimation du temps de retour.

Finalement, il ne faut pas oublier d’intégrer les incitants fiscaux (primes, subsides ou réductions fiscales) qui rendent les investissements encore plus attrayants.

Pompe à chaleur domestique : autre point de vue, étude de la KUL de 1997

Les tableaux ci-dessus résument une évaluation par la KUL de 1997 des temps de retour d’investissement pour des puissances calorifiques de pompes à chaleur de 5, 10 et 15 kW avec distribution par chauffage par le sol, par rapport à des chauffages au fuel et au gaz avec le même mode de distribution. Ces valeurs concernent l’utilisation de la PAC comme chauffage domestique. Attention : le nombre et la variabilité des paramètres sont tels que ces résultats ne peuvent pas être généralisés. Ils constituent cependant un point de départ utile pour une discussion sur le temps de retour de la PAC.

Puissance calorifique	Chaudière classique	Temps de retour PAC Air/Eau monovalente [années]
Puissance calorifique	Chaudière classique	SPF = 2	3	4	5	6
5 kW	Gasoil	X	523	30	19	16
5 kW	Gaz	X	41	21	16	14
10 kW	Gasoil	X	X	29	16	12
10 kW	Gaz	X	75	20	14	11
15 kW	Gasoil	X	X	26	13	10
15 kW	Gaz	X	147	18	12	10

X = Frais d’exploitation de la pompe > Frais d’exploitation du chauffage traditionnel.

Source : KUL – 1997.

Puissance calorifique	Chaudière classique	Temps de retour PAC Air/Eau bivalente [années]
Puissance calorifique	Chaudière classique	SPF = 2	3	4	5	6
5 kW	Gasoil	X	281	14	9	7
5 kW	Gaz	X	24	12	10	8
10 kW	Gasoil	X	X	5	2	2
10 kW	Gaz	X	52	8	5	4
15 kW	Gasoil	X	X	3	2	2
15 kW	Gaz	X	X	7	5	4

X = Frais d’exploitation de la pompe > Frais d’exploitation du chauffage traditionnel.

Source : KUL – 1997.

On remarque que le temps de retour diminue avec la puissance de la pompe installée et son facteur de performance saisonnier SPF. Il est aussi plus court pour les PAC bivalentes que pour les monovalentes grâce à leur fonctionnement continu durant la période de chauffe.

Si on considère une durée de vie de 15 à 20 ans, la PAC monovalente ou bivalente ne sera rentabilisée que si son coefficient de performance saisonnier SFP est supérieur à 4 ou 3 respectivement. De tels résultats ne peuvent s’obtenir que si l’installation est performante et bien régulée.

Notons que les subsides accordés aux installations de PAC n’ont pas été pris en compte. Ils permettent pourtant de réduire significativement le temps de retour de l’investissement… De plus, certaines économies de gros œuvre permises par les PAC monovalentes (absence de cheminée) n’ont pas été retenues. Enfin, la probable évolution à la baisse des coûts d’investissement et l’évolution favorable des coûts de l’énergie électrique face aux combustibles fossiles vont aussi améliorer rapidement ces performances (les prix de l’énergie pris en compte datent de 1997. On constate d’ailleurs que les prix du fuel étaient très bas à l’époque. En 2002, le prix du fuel a rejoint celui du gaz, qui lui-même a fortement augmenté depuis 1997). Malgré qu’elle soit dépassée, nous avons volontairement gardé cette étude parce qu’elle montre l’importance d’une évaluation sur le long terme du prix de l’énergie.

Pompe à chaleur tertiaire

Les pompes à chaleur utilisées dans le tertiaire sont plus rentables du fait du coût plus élevé des éléments qu’elles remplacent, comme des systèmes de traitement d’air, de leur valorisation en chaud comme en froid, ou de leur utilisation directement destinée la récupération de chaleur. Il est cependant difficile de donner des évaluations du temps de retour tant le nombre de facteurs impliqués est grand et la diversité des solutions importante.

Il est possible de se faire une idée à partir de quelques études de cas extraites de la littérature :

Études de cas

Pour découvrir la rentabilité de quelques applications tertiaires de la PAC.

Subventions

Sous conditions, la Région wallonne accorde une prime sur le placement d’une pompe à chaleur. En outre, dans le cas du remplacement d’une chaudière existante, on peut bénéficier de réductions fiscales. Pour tout renseignement utile, voir

le portail de la Région wallonne ou

le site du facilitateur pompe à chaleur de la Région wallonne EF4.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer la consommation de fuel

Le suivi de la consommation de gaz naturel est relativement aisé puisque l’on dispose toujours d’un compteur volumétrique sur l’alimentation (encore faut-il effectuer des relevés périodiques). Le suivi d’une consommation de fuel est moins évident. Soit on se fie aux quantités livrées, soit il faut installer un appareil de mesure : jauge ou compteur.

Quantité livrée et niveau de cuve

La consommation annuelle de combustible fuel d’une chaufferie peut être estimée d’après les quantités livrées et la mesure du stock présent dans la cuve. Les stocks sont définis en mesurant le niveau de la cuve :

Consommation annuelle = stock au 1er janvier + somme des livraisons annuelles – stock au 31 décembre.

Mesure grâce à une latte graduée

On peut mesurer le niveau d’une cuve au moyen d’une latte graduée. On en déduit facilement la contenance du réservoir.

Pour les réservoirs à l’air libre :

Rectangulaires : le volume du stock est directement proportionnel au niveau.
Cylindriques : pour calculer la contenance en fonction du niveau mesuré, il est nécessaire de connaître le diamètre de la cuve et son volume total.
D’une autre forme : une mesure des dimensions exactes de la cuve permettra par calcul d’établir un rapport entre le volume contenu et le niveau.

Les réservoirs enterrés sont quant à eux toujours cylindriques. Il faudra au minimum connaître le diamètre de la cuve et sa contenance.

Méthode graphique

Des abaques ont été établis; on peut y lire, pour différents diamètres de cuve, la contenance en % de la capacité totale en fonction de la hauteur du combustible dans la cuve.

Exemple.

Dans une citerne de 10 000 l et de 2 m de diamètre le niveau de combustible est de 1,075 m. Le graphique montre que la contenance est de 55 % du volume total, soit 5 500 litres.

Méthode algébrique

Le tableau suivant indique, en fonction du rapport Hauteur/Diamètre (H/D), le pourcentage de la citerne encore remplie de mazout [en pourcentage du volume total].

H/D	0,05	0,10	0,15	0,20	0,25
% vol	1,87	5,20	9,41	14,24	19,55
H/D	0,30	0,35	0,40	0,45	0,50
% vol	25,23	31,19	37,35	43,64	50,00
H/D	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75
% vol	56,36	62,65	68,81	74,77	80,45
H/D	0,80	0,85	0,90	0,95	1,00
% vol	85,76	90,59	94,80	98,13	100,00

Exemple.

En reprenant le même exemple, on voit que le rapport entre le niveau et le diamètre de la cuve (H/D) est de

H/D = 1,075/2 = 0.5375

pour H/D = 0.50 x V = 50 %
pour H/D = 0.55 x V = 56.36 %
pour H/D = 0.5375 x V = 50 + ( (56.36 – 50) / (0.55 – 0.5) * (0.5375 – 0.5) ) = 54.77 %

Le volume total « V » de la citerne étant de 10 000 litres, le stock encore disponible est de 10 000 litres x 54.77 % = 5 477 litres.

Programme de calcul

Calculs

Le programme accessible ici permet de calculer le volume contenu dans une cuve à mazout cylindrique (cuve enterrée) connaissant la quantité livrée et l’écart de graduation avant et après livraison.

Mesure grâce à une jauge

Le niveau de la cuve est généralement déterminé au moyen d’une jauge délivrant une mesure proportionnelle au niveau (% de la hauteur) ou parfois directement en litres.

Dans le cas de cuves cylindriques, il est préférable, pour faciliter l’exploitation des mesures, de choisir un appareil dont le signal transmis est proportionnel au volume et non pas à la hauteur de liquide; contrairement aux cuves parallélépipédiques, le niveau n’a pas de correspondance directe avec le volume.

Si l’appareil fournit une mesure de la hauteur du liquide, on emploiera une des méthodes décrites ci-avant pour connaître la contenance de la cuve.

Différents types de jauges

Mécanique : il existe quantité de modèles d’appareils qui se posent sur le réservoir même. Ce sont généralement des jauges mécaniques à flotteur.
Pneumatique ou électropneumatique : le principe de fonctionnement repose sur l’action d’une petite pompe qui crée une pression, permettant de repousser la colonne de combustible; cette pression donne une indication de la hauteur du liquide dans le réservoir.

Électronique : elle crée une capacité électrique qui augmente avec le niveau de liquide dans la citerne.

Précision de la méthode

Cette méthode de calcul des consommations fuel ne permet généralement pas de disposer d’une information précise. Dans le cas d’un suivi régulier (mensuel) des consommations, la règle graduée ou les indicateurs de niveau peuvent ne pas avoir une précision suffisante pour détecter de faibles variations. Dans le cas d’une estimation annuelle des consommations, celle-ci est cependant suffisante. De plus, certaines formes de cuve peuvent rendre la mesure impossible.

Coût d’une jauge

Le coût d’une jauge pneumatique est d’environ 100 € HTVA.

Comptage volumétrique

Généralement, les compteurs fuel sont des compteurs volumétriques à piston oscillant. Notons que certains compteurs sont munis d’un dispositif d’émission d’impulsions permettant une lecture à distance.

Compteurs fuel.

Emplacement du compteur fuel

Installation en aval de la pompe d’alimentation

Gicleurs.
Électrovanne.
Compteur.
Pompe.

Pour mesurer la consommation d’un brûleur, le compteur se place généralement en aval de la pompe et en amont de ou des électrovannes. À cet endroit (sur la « ligne du gicleur« ), le compteur ne comptabilise que le volume de fuel effectivement consommé, que l’alimentation du brûleur soit bitube ou monotube.
La pose du compteur sur la ligne du gicleur peut toutefois poser des problèmes, en particulier si le brûleur est compact. Par ailleurs, la pression en aval de la pompe pouvant atteindre 20 bar, ou plus, il faut choisir un compteur de pression nominale suffisante. Certains fabricants de brûleurs commercialisent un matériel de comptage qui s’adapte directement à leur matériel dans cette configuration. Il conviendra donc de les interroger.

Installation en amont de la pompe

Gicleurs.
Électrovanne.
Pompe.
Compteurs.

Lorsque la disposition du brûleur ne permet pas l’installation du compteur en aval de la pompe, une première solution consiste à installer deux compteurs « C1 » et « C2 », un sur l’aller, un sur le retour.
Cette disposition est également nécessaire pour les brûleurs modulants utilisant un gicleur à retour.

	Gicleurs. Électrovanne. Pompe. Compteurs.
Cas d’un gicleur à retour.

Dans ces deux cas, la consommation est donnée par la différence de mesure entre les deux compteurs.
Cette solution est à éviter car elle cumule les erreurs de mesure de deux compteurs. On lui préférera la solution suivante, par ailleurs, moins coûteuse.

	Gicleurs. Électrovanne. Pompe. Compteurs.
Avec un pot de circulation.

La conduite retour de la pompe vers la cuve est court-circuitée et bouclée sur un pot de circulation. Dans ce cas, un seul compteur suffit. De plus, celui-ci étant en amont de la pompe, les pressions qu’il subira seront moindres.

Plusieurs brûleurs raccordés la même cuve

Le comptage de la consommation totale de l’installation, c’est-à-dire de la consommation globale de l’ensemble des postes consommateurs, en l’occurrence de l’ensemble des brûleurs, à partir d’un seul compteur est souvent impossible. La présence d’une boucle de transfert impose l’installation de deux compteurs, l’un sur le retour et l’autre sur l’aller de la boucle ou mieux, en tenant compte des remarques faites ci-avant :

Pose du compteur fuel

L’installation d’un compteur fuel doit s’accompagner de la pose d’un filtre en amont de celui-ci, d’une soupape de sécurité s’il est raccordé sur la conduite retour et de vannes d’isolement pour faciliter son entretien. Le filtre doit être nettoyé au moins une fois par an.

Choix d’un compteur

Les compteurs de fuel sont choisis principalement d’après les caractéristiques suivantes :

Le débit permanent. Le débit de pointe et le débit le plus faible sont également à prendre en compte lorsque les conditions sont variables : brûleurs à plusieurs allures par exemple.
La pression maximale du fuel. Si le compteur est placé sur la ligne du gicleur, il doit pouvoir supporter des pressions importantes. Le niveau de pression en entrée de gicleur est fonction du débit. Les constructeurs proposent des compteurs dont la pression nominale est égale à 16, 25 ou 30 bars.

Précision d’un compteur fuel

Un compteur fuel a une marge d’erreur de moins de 1 %.

Prix d’un compteur fuel

Le coût d’un compteur fuel varie en fonction de sa taille. Pour les chaudières de 100 à 1 000 kW, le prix varie de 150 à 300 € HTVA.

Durée de fonctionnement du brûleur

Compteurs d’heures intégrées sur un brûleur 2 allures : 1 compteur par allure.

Une troisième solution pour estimer la consommation en fuel est de mesurer le temps de fonctionnement du brûleur au moyen d’un compteur horaire. Il suffit de multiplier le temps de fonctionnement par le débit du gicleur (« q_fuel). Celui peut être calculé à partir des données reprises sur l’attestation d’entretien obligatoire de la chaudière :

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’interprétation de l’attestation d’entretien d’une chaudière fuel.

Cette méthode est possible pour les brûleurs 1 ou 2 allures (1 compteur par allure) mais impossible avec les brûleurs modulants.

En plus du compteur horaire, un compteur d’enclenchements du brûleur (ou de déclenchements) (compteur d’impulsions électromécaniques), permet de déceler des dysfonctionnements par l’observation de séquences d’enclenchements trop fréquentes.

Raccordement du compteur

Le raccordement du compteur doit s’effectuer directement aux bornes d’alimentation de l’électrovanne d’admission du combustible.

Les durées ainsi comptabilisées ne prendront pas en compte les périodes de préventilation. La durée mesurée sera alors l’image la plus exacte possible de la consommation en fuel.

Précision de mesure

L’usage de l’information délivrée par un compteur de temps de fonctionnement pour estimer la consommation d’un brûleur à une allure (voire deux), est sujet à caution pour les chaudières au fuel. Une mesure soigneuse du débit du brûleur doit être faite : la quantité de fuel effectivement consommée est mesurée sur une durée fixée, par lecture d’un vase gradué ou par pesée.

Cette précaution est indispensable car les caractéristiques de débit du gicleur fournies par les fabricants peuvent être fausses jusqu’à 20 %.

L’usure du gicleur peut également jouer un rôle dans la précision de la mesure à long terme. Cette erreur est cependant négligeable sur la durée de vie normale du gicleur.

Prix d’un compteur horaire

Le coût d’un compteur horaire est d’environ 30 € HTVA.

Récapitulatif

Méthode	Précision 0 = moyen, + = bon	Coût	Domaine d’application
Niveau de cuve (latte graduée ou jauge)	0	100 € (*)	suivi annuel des consommations
Comptage volumétrique	+	150 à 300 €	suivi mensuel des consommations
Compteur horaire	0/+ (**)	30 €	mesures ponctuelles et image des cycles de fonctionnement du brûleur

(*) jauge pneumatique; (**) l’obtention d’une faible marge d’erreur implique la mise en œuvre d’un protocole de mesure relativement lourd.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Prédimensionner les condensateurs de compensation

Compensation des transformateurs

Les pertes à vide et les pertes en charge d’un transformateur représentent une puissance réactive de type inductif.

On peut les compenser par des condensateurs raccordés aux bornes basse tension du transformateur.

Les données nécessaires au dimensionnement de la batterie de condensateur sont reprises dans la fiche technique du transformateur et sur la facture électrique (cas du remplacement d’un transformateur sur une installation existante).

Compensation des pertes à vide P_o

P_o = (courant à vide x puissance) / 100 [kVAr]

Compensation des pertes en charge Pc

P_{_C} = X / 100 x puissance

où,

X² = Ucc² – R²
R = (Pcc / puissance) x 0,1

Exemple :

Un transformateur immergé à pertes réduites d’une puissance de 630 kVA a comme caractéristiques :

U_{_cc}= 4 %

Courant à vide = 1,1 %

P_{_{_cc}}= 5 570 [W]

Compensation à vide

P_o = (1,1 x 630) / 100 = 6,93 [kVAr]

Compensation en charge

À pleine charge (8 760 h/an) :

R = (5 570 / 630) x 0,1 = 0,91

X² = 4² – 0,91² = 15,17, d’où X = 3,89

P_C = 3,89 / 100 x 630 = 24,5 [kVAr]

Or le transformateur ne travaille quasiment jamais à pleine charge.

À charge moyenne :

Dans le cas d’une installation existante, il est possible de connaître la charge moyenne du transformateur, en connaissant la pointe 1/4 horaire, le coefficient d’utilisation et le cos φ :

La somme des coefficients d’utilisation mensuel donne le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation à une puissance égale à la pointe 1/4 horaire moyenne de l’année.

Par exemple : la somme des coefficients d’utilisation = 4 200 [h], ce qui équivaut à un coefficient d’utilisation mensuel moyen de 350 [h]. La puissance 1/4 horaire moyenne de l’année est de 150 [kW]. Cela revient à dire que la consommation de ce bâtiment est équivalente à un appel de puissance de 150 [kW] pendant 4 200 [h/an].

La puissance de compensation moyenne en charge est donc de (avec un cos φ de 0,9) :

PC = 24,5 [kVAr] x (4 200 / 8 760) x ((150/0,9) / 630) = 3,11 [kVAr]

Compensation totale

La puissance totale de la batterie de condensateur nécessaire est de :

6,93 [kVAr] + 3,11 [kVAr] = 10,04 [kVAr]

Compensation centralisée de l’ensemble d’une installation

Valeurs connues

(valeurs relevées sur le compteur pendant un temps « t » et divisées par « t » , ou valeurs lues sur la facture mensuelle)

la puissance active P en kW,
la puissance réactive Q en kVAr,
d’où, la valeur de tg phi de l’installation : Q / P, appelée tg phi_₁.

Puissance réactive nécessaire des condensateurs

Puissance réactive des condensateurs :

Q_{_c}= P x p

où, p = coefficient figurant sur le tableau ci-dessous

Remarque.

Le tableau fournit le coefficient p permettant de passer du cos phi₁ initial au cos phi₂ souhaité. Ce coefficient p est encore obtenu par : p = tg phi₁ – tg phi₂.

Exemple :

Relevé au compteur actif pendant 10h = 1 670 [kWh]

Relevé correspondant au compteur réactif pendant 10h = 2 000 [kVArh]

Puissance active P = 1 670 / 10 = 167 [kW]

Puissance réactive Q = 2 000 / 10 = 200 [kVAr]

Il en résulte : tg phi₁ = 200 / 167 = 1,2

d’où cos phi1 = 0,64

Le cos phi2 souhaité = 0,9 (tg phi₂ = 0,48)

Le facteur p correspondant est alors de 0,72 (voir tableau ci-dessus ou tg phi₁ – tg phi₂ = 1,2 – 0,48).

Il en résulte la puissance des condensateurs à installer :

Q_C = 167 x 0,72 = 120 [kVAr].

Calcul du temps de retour

Il est alors possible de calculer le temps de retour de l’installation :

POUR CONVAINCRE LE DÉCIDEUR FINANCIER
Prendre, parmi les factures d’électricité, celle où la facturation d’énergie réactive est la plus importante	Éléments à extraire de la facture : 1. Puissance de l’installation : P = …………..kW 2. cos phi (ou tg phi) de l’installation : phi = ………. Éléments à extraire du tableau (calcul de puissance de la batterie) : 1. déterminer le cos phi que l’on souhaite obtenir. (en général, on choisit un cos phi = 0,92) 2. coefficient : p = …………….
Puissance du condensateur	QC = P x p = …………. x …………. = ………… kVAr Critères pour le choix du condensateur : type : tension du réseau (220 ou 380 V) : puissance : kVAr place disponible pour la batterie de condensateurs référence :
Calcul du retour d’investissement du condensateur	1. montant de la pénalité d’énergie réactive : Fr = ………… € (voir facture)·2. prix indicatif du condensateur : Fc = ……………. € 3. période de retour d’investissement : Fc / Fr = ……………… mois

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer la machine frigorifique [Froid alimentaire]

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 glycolée alimentant les meubles frigorifiques de l’espace de vente d’un supermarché. Il est possible d’envisager 3 niveaux d’intervention :

les espaces à proximité des meubles frigorifiques;
la boucle d’eau glycolée;
les machines frigorifiques.

Voisinage des meubles : réduction des apports internes et externes

La mesure la plus évidente consiste à réduire les apports externes et internes, entraînant de facto la mise au repos du compresseur ou la réduction de la puissance frigorifique d’une centrale de froid par la réduction de la demande des évaporateurs au niveau des meubles frigorifiques, des ateliers et des chambres frigorifiques.

Apports externes : rayonnement direct solaire.

Apports internes : four, condenseur des meubles frigorifiques, …

Améliorer	Améliorer l’étanchéité des bâtiments.
Améliorer	Diminuer les charges internes.

Une mesure toute aussi évidente, mais peu respectée actuellement, est la fermeture des meubles frigorifiques ouverts afin de réduire l’impact direct des apports tant internes qu’externes.

Boucle d’eau glycolée : pertes de la distribution

La diminution des pertes en ligne du fluide réfrigérant ou du frigoporteur pour les installations importantes (supermarchés, hypermarchés) constitue un troisième axe de réflexion : isolation des conduites, augmentation de la température de la boucle secondaire sans mettre en puéril le respect des températures de la chaîne de froid. Sur ce dernier point, le respect des températures de conservation est primordial.

Isolation des conduites indispensable.

La machine frigorifique : travail du compresseur

Pour diminuer le travail du compresseur, et par conséquent améliorer le rendement volumétrique du compresseur, il faut diminuer le taux de compression, entre la pression d’évaporation (BP) et la pression de condensation (HP). Or la thermodynamique montre que ces pressions de fluide frigorigène ne correspondent pas 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 (prévoir une consigne de température la plus haute possible) et à diminuer la température au condenseur (profiter d’un air refroidisseur à plus basse température).

Dans le cadre du froid alimentaire, l’augmentation de la température d’évaporation est sensiblement réduite dans le sens où elle est conditionnée par l’application de conservation des denrées.

Dans la pratique moderne, on tend à réduire au maximum des possibilités techniques des groupes de froid la température de condensation (ou pression de condensation).

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.

Rappelons aussi que le rendement volumétrique du compresseur peut s’exprimer par la relation : η_Volume = 1 – (0,05 x τ)

Diagramme log p,h (pression, enthapie) du fluide frigorigène R22.

Dans le graphique qui précède, le rendement volumique est de :

1 – (0,05 x 15/3) = 0,75

avec τ = HP / BP (ou P_k/P₀ selon le diagramme).

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;
…

La machine frigorifique : désurchauffe

Il faut adapter la puissance à la demande. 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

Tous les tarifs électriques privilégient la consommation d’électricité nocturne. Or, dans les commerces, l’appel de puissance et la consommation électrique s’effectuent en journée lorsque les magasins sont ouverts. On peut donc se douter que la facture risque d’être salée.

Audit

Pour en savoir plus sur le tarif de la facture électrique.

Pour cette raison, une gestion de la charge par délestage ou par déplacement des périodes de fonctionnement doit être étudiée. Par exemple, l’étalement des périodes de dégivrages permet de réduire l’appel de puissance électrique après dégivrage.

Gérer	Pour en savoir plus sur le délestage.
Gérer	Pour en savoir plus le déplacement des périodes d’utilisation.

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.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

Vérifier la surpuissance éventuelle

Puissance spécifique utile des évaporateurs

Pour vérifier l’ordre de grandeur de la puissance installée, le ratio souvent rencontré en froid commercial est la puissance spécifique en Watts/mètre de linéaire [W/ml] de l’évaporateur. Rappelons que la puissance spécifique représente la puissance nécessaire à l’évaporateur du meuble frigorifique pour combattre les apports internes et externes par mètre de meubles frigorifiques alignés comme le montre la figure suivante.

Pour différents meubles frigorifiques, on peut établir une puissance spécifique qui peut être certifiée par des essais en laboratoire chez EUROVENT par exemple. Le dimensionnement des évaporateurs et des machines frigorifiques dépendent des bureaux d’étude et des constructeurs de meubles.

Normalement, les évaporateurs des meubles sont dimensionnés pour juste maintenir les denrées à la température requise pour la conservation sans fonction de refroidissement propre. La puissance des évaporateurs devrait juste être suffisante pour s’opposer aux agressions thermiques des apports externes et internes.

Les tableaux suivants montrent les valeurs des puissances spécifiques en fonction des types de meuble.

Meuble à application positive
Famille de meubles	Surface d’exposition [m²/ml]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Vitrine service par le personnel en convection naturelle	0,8	2 à 4	0,2 à 0,25
Vitrine service par le personnel en convection forcée	0,8	2 à 4	0,25 à 0,28
Comptoir horizontal self-service en convection	0,9	0 à 2	0,4 à 0,43
Meuble vertical self-service en convection forcée	1,3	4 à 6	1,2 à 1,3

Meuble à application négative
Famille de meubles	Type de rideau d’air	Surface d’exposition [m²/ml] ou [m²/porte]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Gondole self-service en convection forcée	horizontale, asymétrique, laminaire	0,8	-18 à -20	0,42 à 0,45
Vitrine service par le personnel en convection forcée	horizontal, asymétrique, laminaire	1,1	-23 à -25	0,63 à 0,67
Meuble vertical self-service en convection	verticale, à 3 flux parallèles, turbulents	1,1	-18 à -20	1,9 à 2,1
Meuble vertical self-service en convection forcée	portes vitrées, rideau d’air interne turbulent	0,84	-23 à -25	0,8 0,86

Puissance de la production : application positive

A travers différents exemples en froid positif, on tente de déterminer la puissance frigorifique de la production.

Exemple 1

Dans un hypermarché de 12 000 m² de surface de vente, des meubles frigorifiques à application positive forment 136 m de linéaires. Le tableau suivant montre la composition de la centrale qui alimente ces meubles..

Type de compresseur	Type de réfrigérant	Nombre de compresseurs	Capacité [kW]	Régime de température [°C]
Semi-hermétique	R404A	2	54	– 12,5 (évaporateur) / 45 (condenseur)
		2	64
		1	63
Total puissance			300

La plupart des meubles frigorifiques sont de type ouvert vertical en self-service. La puissance spécifique est de l’ordre de 1,2 à 1,3 kW voire 1,4 à 1,5 kW pour les comptoirs actuels.

Pour 136 m de meubles, la puissance totale qui risque d’être appelée dans des conditions de température et d’humidité internes de l’ordre de 25°C, 60 % (base EUROVENT) et pour une température de condensation externe de 45°C, est de :

P_évaporateur = 136 [m] x 1,4 [kW]

soit,

P_évaporateur = 190 [kW]

Pour une puissance frigorique nécessaire aux évaporateurs des meubles de 190 [kW], la puissance de la centrale est de l’ordre de 300 [kW]. Le coefficient de surdimensionnement est alors de :

Coefficient_{dimensionnement} = 300 [kW] / 190 [kW]

soit,

Coefficient_{dimensionnement} = 1,6

Exemple 2

Dans un magasin d’alimentation biologique, deux meubles frigorifiques à application positive (fruit et légume) forment 5 m de linéaires. Le tableau suivant montre la composition de la centrale qui alimente ces meubles..

Type de compresseur

Type de réfrigérant

Nombre de compresseurs

Capacité unitaire [kW]

Régime de température [°C]

Semi-hermétique

R404A

– 12,5 (évaporateur) /

45 (condenseur)

On a aussi affaire à des meubles frigorifiques du type ouvert vertical en self-service. La puissance spécifique est de l’ordre de 1,2 à 1,3 kW.

Pour 5 m de meubles, la puissance totale qui risque d’être appelée dans des conditions de température et d’humidité internes de l’ordre de 25°C, 60 % (base EUROVENT) et pour une température de condensation externe de 45°C, est de :

P_évaporateur = 5 [m] x 1,3 [kW]

soit,

P_évaporateur = 6,5 [kW]

Pour une puissance frigorique nécessaire aux évaporateurs des meubles de 6,5 [kW], la puissance de la centrale est de l’ordre de 12 [kW]. Le coefficient de surdimensionnement est alors de :

Coefficient_{dimensionnement} = 12 [kW] / 6,5 [kW]

soit,

Coefficient_{dimensionnement} = 1,84

Les exemples ci-dessus montrent que le coefficient de dimensionnement de la production de froid est de l’ordre de 1,6 fois la puissance frigorifique des évaporateurs des meubles. Cette valeur du coefficient permet de se situer au niveau de la surpuissance des installations. Cette surpuissance tient souvent compte de la nécessité de bénéficier de suffisamment de réserve en cas de panne d’un des compresseurs. En effet, les réglementations étant de plus en plus sévères en terme de respect des températures de conservation, les commerçants demandent en général, d’augmenter la redondance des compresseurs pour palier à toute défectuosité éventuelle. Cette manière de réagir est compréhensible dans le sens où le commerçant n’a pas envie de jeter sa marchandise pour cause de dépassement des températures fixées pendant un temps trop long.

En reprenant l’exemple 1, parmi les 300 [kW] de puissance de la centrale positive, si l’on considère qu’un des cinq compresseurs est redondant pour palier à toute défectuosité d’un des quatre autres, la puissance réelle nécessaire pour alimenter les meubles frigorifiques est de l’ordre de 250 [kW], soit un coefficient de surdimensionnement de 250 / 190 ou 1,3.

Certains constructeurs confirment que la puissance installée de la production frigorifique est majorée de 30 % par rapport à la puissance utile réelle nécessaire au niveau des évaporateurs des meubles.

Dans ce type d’installation, il est donc nécessaire, pour réduire les consommations énergétiques, d’adapter la puissance frigorifique du compresseur à la charge utile des meubles.

Puissance de la production : application négative

Exemple

Dans notre hypermarché de 12 000 m² de surface de vente, des meubles frigorifiques à application négative forment :

48 m de linéaires vitrés verticaux mixtes;
48 m de gondoles horizontales.

Le tableau suivant montre la composition de la centrale qui alimente ces meubles..

Type de compresseur	Type de réfrigérant	Nombre de compresseurs	Capacité unitaire [kW]	Régime de température [°C]
Semi-hermétique	R404A	3	17	– 37,5 (évaporateur) / 40 (condenseur)
Semi-hermétique	R404A	2	20	– 37,5 (évaporateur) / 40 (condenseur)
Total puissance			90

Les 48 m de gondoles horizontales ouvertes ont une puissance spécifique de 860 [W/ml], soit 41,3 [kW] de puissance aux évaporateurs ;
Les 48 m de linéaires vitrés ont une puissance spécifique de 450 [W/ml], soit 21,6 [kW] de puissance aux évaporateurs ;

Attention de la puissance de 90 [kW], il faut déduire de l’ordre de 30 [kW] nécessaire pour assurer l’alimentation des chambres froides (300 m³).

Pour une puissance frigorifique nécessaire aux évaporateurs des meubles de l’ordre de 60 [kW], la puissance de la centrale est de l’ordre de 60 [kW]. Le coefficient de surdimensionnement est alors de :

Coefficientdimensionnement = 60 [kW] / 60 [kW]

soit,

Coefficientdimensionnement = 1

La machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes…

Solution ?

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.

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.

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds …

Principe

Le réglage par « injection » doit être qualifié de « pur anéantissement des gaz chauds 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. 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 eacute;quipements 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 fortes chaleurs, 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 groupes frigorifiques de telle sorte que ceux-ci ne s’enclenchent pas simultanément au démarrage des fours à pain, lorsque le bâtiment est en période de pointe électrique. L’inertie des équipements frigorifiques est telle que l’arrêt de quelques minutes ne pose pas de difficulté majeure. Et l’économie tarifaire est appréciable !

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

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.

Éviter la recirculation de l’air aspiré

Si le condenseur est situé trop près 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).

On favorise donc l’échange de chaleur au condenseur 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).

un détartrage régulier des conduites (condenseurs à eau).

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 de condensation devrait être de l’ordre 24 à 32°C. 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.
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

Condenseur : 4 ventilateurs sur 10 à vitesse régulée électroniquement ( Delhaize).

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 provoquées 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.

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. Certains constructeurs annonce des temps de retour simple de l’ordre de 2,5 ans.

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 Tdeg;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).

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.

Récupérer l’eau de pluie et des condensats

Principe d’amélioration

Sur le principe des condenseurs évaporatifs, il serait intéressant d’étudier la récupération possible des condensats issus du dégivrage des meubles frigorifiques pour les vaporiser au niveau du condenseur à air.

Condenseur évaporatif : principe.

Un « truc » vieux comme le monde qu’utilisent tous les frigoristes est l’aspersion des batteries des condenseurs avec de l’eau du réseau afin de diminuer la température de condensation en période caniculaire.

Système D pour abaisser la température de condensation.

Ce procédé a toujours fait sourire les puristes sachant que ce genre de technique de refroidissement :

coûte cher. En effet, l’eau utilisée est de l’eau de « ville ». Considérant qu’un litre peut coûter jusqu’à; 2,5 €/m³; (et ce n’est qu’un début), le refroidissement des condenseurs peut s’avérer prohibitif à moyen terme;

risque d’endommager les ailettes du condenseur vu que l’eau de ville est entartrante. 1 mm d’épaisseur de dépôt de tartre sur les ailettes des condenseurs réduit la puissance des condenseurs de l’ordre de 10 à 20 % (source Baltimore).

L’eau qui serait récupérée à partir des condensats est semblable à de l’eau de pluie qui, dans notre beau pays, tombe déjà souvent sur le condenseur. Cette eau n’est pas incrustante et donc intéressante, moyennant filtration à vaporiser sous les condenseurs lorsque c’est nécessaire.

Refroidissement adiabatique de l’air.

L’évaporation de l’eau nécessite un changement d’état, et donc une quantité de chaleur appelée « chaleur de vaporisation ». Cette énergie est prise sur l’air, … qui se refroidit en s’humidifiant.

Globalement, dans le système « eau + air », rien ne se perd, rien ne se crée. L’énergie totale est conservée : l’énergie de l’air « sec et chaud » est égale à l’énergie de l’air « froid et humide ». On dit que la transformation est « isenthalpique » ou encore « adiabatique« .

Sur le diagramme de l’air humide, l’évolution de l’air suit une isenthalpie. Au maximum, l’air peut atteindre la saturation.

Évaluation de l’amélioration

Un litre d’eau évaporée évacue 2 500 kJ de chaleur.

Pour obtenir le même effet avec le refroidissement de l’eau, on devrait refroidir 60 litres d’eau de 10°C… (sur base d’une capacité calorifique de l’eau de 4,18 [kJ/kg.K]).

Dans le cas qui nous intéresse, si de l’eau de condensats est vaporisée au niveau du condenseur sur de l’air extérieur à 30°C , 40 % HR, la température humide est de 20°C 100 % HR (déplacement isenthalpique sur le diagramme de l’air humide). En réalité la température de l’air n’atteint pas cette valeur; elle sera de l’ordre de 5 °C en-dessous de la température de l’air extérieur de 30°C

Comparons les systèmes en fixant des valeurs moyennes : une température d’air de 30°C 40 % HR, une réduction de la température d’entrée par refroidissement adiabatique de 5°C, un pincement des échangeurs de 6°C :

–	–	–	Entrée condenseur	Sortie condenseur	T°condens. fluide frigorifique
Condenseur à air	normal	T° air sec = 30°	T° air = 30°	T° air = 37°	43°
Condenseur à air	avec évaporation d’eau	T° air sec = 30°	T° air = 25°	T° air = 32°	38°

Cette approche simplifiée situe l’ordre de grandeur de la température de condensation, et donc l’impact sur la consommation du compresseur. En effet, si l’on prend un cycle de machine frigorifique, on se rend compte que l’abaissement de température de 5°C peut réduire les consommations du compresseur de l’ordre de 10 %.

Débits d’eau nécessaires

Les débits d’eau nécessaires pour refroidir les condenseurs peuvent être importants. L’exemple suivant nous donne une idée des débits d’eau rencontrés lorsque l’on veut pré-refroidir l’air à l’entrée du condenseur afin de faire chuter la température de condensation.

Exemple.

Sur le même principe que le système D souvent utilisé par les frigoristes, un fabricant a mis au point un condenseur adiabatique, à savoir que la température de l’air à l’entrée du condenseur est abaissée par refroidissement adiabatique par l’humidification d’un matelas au travers duquel l’air de refroidissement du condenseur passe.

Condenseur adiabatique (source : Balticare).

Pour une puissance de condensation de l’ordre de 300 kW, ce qui correspond à la puissance utile de condensation pour un supermarché de 2000 m² (150 m de meubles frigorifiques linéaires), de 10 à 40 l/min ou de 600 à 2 400 l/h d’eau sont nécessaires afin d’abaisser la température de l’air d’entrée de 6 à 8°C.

Si l’on considère que 150 m de meubles condensent 150 l/h, le débit d’eau récupéré n’est pas suffisant.

Récupération des condensats des meubles frigorifiques, des chambres froides, …

La quantité de condensats issue du dégivrage des meubles frigorifiques et des chambres de refroidissement peut être importante.

Calculs

Pour en savoir plus la quantité de condensats piégée dans les meubles frigorifiques ouverts.

Cette quantité est évaluée par le calcul à une valeur de 0,65 litre/mètre linéaire de meuble frigorifique ouvert. Cette valeur dans la pratique est plus importante (source des constructeurs) et peut atteindre de l’ordre de 1 litre /ml voire plus pour les congélateurs ouverts (gondole par exemple).

À l’heure actuelle, les condensats sont envoyés directement à l’égout. Pourtant la teneur en énergie de refroidissement est relativement importante puisqu’on dispose d’une eau à une température un peu supérieure à 0°C. Cette eau pourrait très bien être utilisée pour refroidir le condenseur lorsque les températures extérieures dépassent les 24°C par exemple.

Récupération de l’eau de pluie

L’utilisation de l’eau de pluie peut se révéler intéressante vu, qu’en général, les supermarchés disposent de surface de toiture importante. En effet, pour un supermarché de 2 000 m² de surface de vente, on peut arriver à des surfaces de toiture de l’ordre de 3 000 m² comprenant les locaux sociaux, les réserves, les ateliers, …

Exemple.

En Belgique, les précipitations atteignent en moyenne 60 mm d’eau/m².mois. Ce qui veut dire qu’une surface de 3 000 m²; est capable de capter en moyenne de l’ordre de :

volume d’eau horaire = 3 000 [m² x 0.06 [m³/m².mois] / (24 [heures] x 30 [jours]);

volume d’eau horaire = 150 litres

Toiture de supermarché (source : Delhaize).

C’est un calcul théorique; ce qui implique que, par moment, les précipitations peuvent être très importantes et par d’autres nulles.

Si l’on veut en amélioration pouvoir profiter d’un refroidissement adiabatique avec de l’eau de pluie il est nécessaire d’accumuler l’eau dans une citerne.

En amélioration, pour autant qu’il y ait de la place disponible, ce système pourrait être couplé avec la récupération d’eau de pluie pour les chasses de WC du personnel; à approfondir.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Motiver les utilisateurs

« Qui ne veut pas quelque chose cherche une excuse, qui veut quelque chose cherche un moyen »

La personne qui est en face de vous n’est pas vous.

Il garde une liberté de pensée, d’action, de réponse qui ne dépend pas toujours de vous ni du contexte. Excepté dans des situations de contraintes et de dépendance extrêmes, les comportements des êtres humains dépendent autant des situations que des décisions qu’ils prennent eux-mêmes en référence à leurs propres désirs, caractères, croyances, valeurs … ET des informations disponibles dans leur environnement.

Comme le disait déjà Vauvenargues, « la science des projets consiste à prévenir les difficultés de l’exécution ». Il est important de savoir que des difficultés surviendront même si les projets sont bons. La qualité du gestionnaire vient surtout de sa capacité à prendre en compte des difficultés et à les résoudre, et à ne pas se laisser décourager devant les impondérables qui ne manqueront pas de survenir.

Ce sont des pistes possibles d’actions qui seront décrites dans cette deuxième partie du document.

Comme pour la première partie, nous vous proposons une série de situations types parmi lesquelles, nous vous engageons à rechercher celle qui ressemble le plus aux problèmes auxquels vous êtes confrontés. Pour la facilité de la recherche, nous avons groupé ces situations selon 5 axes :

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.

Découvrez ces exemples de sensibilisation des occupants : le projet Kyoto des élèves de Saint-Louis, « quand les élèves s’y mettent!« , économies d’énergie au Collège Notre Dame de Basse Wavre, construire un mur avec les économies d’énergie.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation du chauffage au Collège St Paul de Godinne

Objectif de la rénovation

Le check-up complet des installations de chauffage du Collège St Paul effectué dans le courant de l’année 1997 amène une constatation générale : les installations et leurs composants vieillissent et ne répondent pas toujours ou ne répondent que partiellement au rôle auquel ils sont dévolus.

La conduite, les contrôles, les modifications horaires, les arrêts de chauffe et leur remise en route sont, à cette époque, toujours effectués manuellement par le responsable technique, obligé pour ce faire d’intervenir dans les nombreuses sous-stations dispersées sur tout le site. Des moteurs de vannes sont inopérants (ouverture manuelle pour assurer la chauffe), des horloges sont défectueuses et n’assurent plus les ralentis, la conduite des installations de chauffage devient de plus en plus ardue. Une modernisation de l’ensemble des installations s’impose.

Sous-station avant rénovation.

Les enregistrements de température effectués montrent clairement l’absence de ralenti nocturne.

Il faut remettre en état les régulateurs de tous les circuits, optimaliser les températures des locaux en agissant à la fois sur l’ambiance du local et sur la température de l’eau. Les ralentis doivent être performants et les dérogations aux horaires imposés doivent être facilement applicables (sans imposer un déplacement du responsable technique). Il faut également prévoir la protection anti-gel. Il s’agit d’une rénovation totale avec comme difficulté l’ancienneté du matériel déjà en place, aux performances déclinantes.

État des lieux

Le Collège, construit en pleine nature, fut inauguré en 1927. Sa surface au sol s’élève à plus de 7 000 m². Les bâtiments, tous en béton et érigés sur 5 niveaux abritent quelques 540 élèves, dont 318 internes. Parmi ces derniers, 308 bénéficient de chambrettes individuelles.

Les trois premiers étages sont réservés à l’enseignement proprement dit avec 37 classes et 162 locaux à destinations particulières (labos, salles d’étude, locaux informatiques, locaux paramédicaux, restaurant et cuisines, salle des fêtes, locaux techniques, chaufferies et sous-stations, sanitaires, 27 locaux administratifs).

Les deux derniers étages sont réservés aux dortoirs et à leur équipement sanitaire. Un complexe sportif se composant d’un hall de sports et d’une piscine couverte complète l’infrastructure.

Implantation telle que reprise sur la nouvelle GTC (on y retrouve la température mesurée par les sondes extérieures).

Les bâtiments sont occupés toute la semaine, sauf le week-end. Les internes rentrent le dimanche soir. Les vacances scolaires sont mises à profit pour héberger d’importants groupes extérieurs (stages de langue, sportifs…).

Avant novembre 1998, la puissance totale des installations de chauffage (hors complexe sportif) était de 4 357 kW répartie sur 9 chaudières :

8 alimentées au fuel dont 2 produisant de la vapeur,
1 alimentée au gaz propane (salle d’escalade).

Ces chaudières assurent le chauffage de tous les locaux ainsi que la production d’eau chaude sanitaire via des boilers ou échangeurs rapides.

La consommation annuelle moyenne s’élève à 403 000 litres fuel, pour un coût total TVAC de 108 000 €/an.

Les corps de chauffe sont en fonte pour les plus anciens, en acier avec ailettes pour les plus récents (80 %). La plupart des radiateurs sont déjà équipés de vannes thermostatiques du type institutionnel (anti-vandalisme) avec limitation de température haute.

Les circuits hydrauliques sont bien séparés et desservent des groupes de locaux de même nature (classes, dortoirs, restaurant, … ) en fonction des périodes d’occupation équivalentes. Leur régulation s’effectue via des vannes mélangeuses activées par des sondes extérieures ou d’ambiance et des panneaux installés dans les chaufferies et sous-stations.

Centrale de gestion technique

Pour la conduite et le suivi de l’ensemble des installations rénovées, le responsable technique dispose maintenant d’une GTC (Gestion Technique Centralisée). Elle permet de consulter immédiatement une sélection de graphiques, tous les jours et à n’importe quelle heure. Des schémas synoptiques donnent une parfaite vision de la situation réelle au moment de la consultation. On pourra ainsi relever :

les températures extérieures aux points cardinaux,
la température des chaudières, des collecteurs et des boilers,
l’ouverture en pourcentage des vannes mélangeuses avec la température de l’eau de départ et du local témoin correspondant,
l’état des circulateurs,
l’état des brûleurs,
l’état des cascades des chaudières,
les horaires de fonctionnement et dérogations de tous les circuits,
les relevés temporels graphiques ou numériques des températures extérieures, des classes, des dortoirs…
les points de consigne (températures jour, ralentis, courbes de températures).

Écrans de la GTC.

Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de ces données. La gestion est grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents. Les horaires, les dérogations et les vacances sont programmés de façon précise (à la date, au jour et au 1/4 d’heure près). Les pannes sont décelées rapidement avec leurs causes. Le fonctionnement en alternance des équipements (cascade de chaudières, circulateurs) est garant de leur longévité et de la sécurité. La planification de la maintenance est assurée par la comptabilisation des heures de fonctionnement. Les interventions du service technique sont ponctuelles et garantes de la bonne marche de l’installation.

Par ailleurs, et compte tenu des conditions d’exploitation décrites ci-dessus, les économies d’énergie furent significatives.

La rénovation des installations de chauffage s’est effectuée en plusieurs phases :

Phase 1 – le Collège central (du 25 mai 98 au 30 novembre 98)

Le service technique du collège remplace ou adapte les vannes mélangeuses, sondes d’eau et d’ambiance, sondes extérieures et autres composants pour les rendre compatibles à la nouvelle régulation.

De plus, les deux chaudières à vapeur et leurs 4 circuits sont automatisés.

Le service technique du collège tirera environ 2 km de câbles divers ainsi que le bus permettant de véhiculer les informations relatives à plus de 200 points traités.

Les citernes mazout sont équipées de sondes pour permettre une lecture directe des stocks de fuel.

En chaufferie, les armoires électriques sont remplacées et modernisées pour la protection des moteurs, circulateurs, brûleurs…

Nouveaux régulateurs, nouvelles sondes et vannes.

Un support informatique performant est mis en place (pc, imprimante, logiciel) et rassemblé dans un bureau réservé à son usage exclusif.

Local de gestion.

Un transmetteur téléphonique signale immédiatement les pannes critiques.

Quelques chiffres budgétaires :

Facture fournisseurs externes : matériel : 31 400 €
Facture fournisseurs externes : support informatique : 10 000 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 13 700 €

Phase 2 – le Bloc Pavillon ( 13 septembre 99 – 20 décembre 99)

Conçue selon les mêmes principes que le Collège central, celle-ci est opérationnelle depuis décembre 1999 et offre directement les mêmes atouts dans la conduite des installations.

Le coût de cette seconde phase :

Facture fournisseurs externes : 16 300 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 4 600 €

Phase 3 – le complexe sportif et la piscine (année 2000)

Réalisée en 2000, cette phase était plus complexe, surtout au niveau piscine où de nombreux paramètres ont dû être pris en compte pour assurer une conduite optimale de ces installations très spécifiques (qualité de l’eau, température, humidité relative, pH, filtration, conditionnement d’air…).

Budget (hors réalisation en interne) :

Facture fournisseurs externes : 14 600 €

Résultats

Investissement

Budget Total de la centrale de Gestion Technique
Phase 1 bloc – Central collège (1998)	55 100 €
Phase 2 bloc – Pavillon (1999)	20 900 €
Phase – Complexe sportif (2000)	14 600 €
Total	90 600 €

Remarque : dans le cas du complexe sportif et de la piscine, il s’agit de montants hors prestations de main d’œuvre du service technique interne.

Économie

Évolution des consommation annuelle depuis la rénovation de la régulation. Il s’agit de consommation normalisées, c’est-à-dire recalculée pour des conditions météorologiques moyennes communes.

En 2001, on a enregistré par rapport à l’année 1998, une économie de 125 000 litres de fuel/an, au prix moyen de 0,2116 €/litres de fuel. Soit une économie annuelle de 26 450 €/an, pour un investissement total de 90 600 €. Le temps de retour de l’investissement est donc de 3,4 ans.

Toutes ces interventions datent du début des années 2000, le temps de retour estimé est largement écoulé et avant 2006 l’investissement a été récupéré. En 2016, (plus de 10 ans plus tard) , l’institution a économisé au moins 1 250 000 litres de fuel. Au prix moyen de ces 10 dernières années cela représente un montant de 860 000,00 €.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la gestion de trafic

Pour rappel, différentes sortes de gestion de trafic existent sur le marché. On citera :

la manœuvre à blocage,
la manœuvre collective en descente,
la manœuvre collective complète,
la manœuvre à destination.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

Dans les bâtiments tertiaires neufs, seules les deux dernières nous intéressent; elles permettent d’optimiser le trafic et les consommations énergétiques.



Gestion classique collective.	Gestion à destination.

La manœuvre collective complète se base sur :

Une optimisation du trafic par rapport à une proximité d’appel et une direction donnée (montée ou descente).

Un appel à la montée ou à la descente à l’extérieur de la cabine d’ascenseur (commande palière). La gestion sélectionne l’ascenseur le plus proche ou celui ayant honoré toutes ses destinations (capacité de repartir dans une autre direction).

Une sélection de l’étage à l’intérieur de la cabine.

La manœuvre à destination se base, elle, sur :

Une optimisation du trafic par rapport au regroupement d’un maximum d’utilisateurs ayant la même destination dans le même ascenseur. En d’autres termes, la gestion trouve la meilleure adéquation pour amener un maximum d’utilisateurs à destination en un minimum de temps (le moins possible d’arrêts).

La commande palière à la montée ou à la descente est remplacée par une commande palière de l’étage de destination. Un clavier à minimum 10 touches est placé au niveau du palier ou au-delà.

Sur base de cet appel d’étage, la gestion sélectionne l’ascenseur dans le but de constituer un groupe le plus large possible.

La commande d’étage à l’intérieur de la cabine est remplacée par un afficheur de destination.

Le passage d’une gestion à manœuvre collective complète à une gestion à manœuvre de destination permet théoriquement d’optimiser le trafic. Néanmoins, là où « le bât blesse », c’est que ce type de gestion est très sensible à la motivation des utilisateurs; en effet, la gestion à manœuvre de destination nécessite de leur part une discipline qui ne fait pas en général partie de notre bonne mentalité belge !
Pourquoi ? Pour la simple raison qu’un utilisateur mal intentionné peut perturber le système :

En poussant, par exemple, 10 fois sur le même bouton d’étage, la gestion enregistre une commande pour grouper dix personnes se rendant au même étage; une fausse aubaine pour la gestion. Une fois le « truc » trouvé le système sature directement.

Un utilisateur opportuniste peut très bien, lorsque une cabine se présente en même temps que lui à un étage, entrer dans la cabine sans pousser préalablement sur le clavier de commande de destination et « gonfler » artificiellement le groupe constitué dans la cabine. Il s’ensuit qu’une personne risque, si le groupe constitué est complet, de rester à son étage sans pouvoir rentrer dans la cabine.

Bref cette gestion est très prometteuse mais nécessite de trouver des parades à la malveillance.
Les autres critères de choix ici sont plutôt intuitifs ou basés sur l’expérience des constructeurs et des installateurs d’ascenseurs. On pourrait directement citer :

le nombre d’étages,
la fonction et l’occupation du bâtiment,
le budget,
l’efficacité énergétique,
…

Le nombre d’étages

Parmi les critères pratiques que les constructeurs utilisent souvent pour départager la manœuvre collective complète de la manœuvre à destination, on retrouve celui du nombre d’étages.

Plus le nombre d’étages est important plus les courses seront longues; c’est mathématique ! Ce qui signifie que l’on doit essayer de charger au maximum la cabine d’ascenseur (tout en respectant le confort) et de limiter le nombre d’arrêts. Dans ce cas, la manœuvre à destination est conseillée par les constructeurs pour autant que le nombre d’étages soit suffisant, comme le montre la figure ci-dessous :

La manœuvre collective complète convient pour des immeubles allant jusqu’à 20 étages.

La manœuvre à destination, quant à elle, convient pour des bâtiments ayant plus de 8 étages.

Enfin, restons modestes, les bâtiments tertiaires avec plus de 20 étages ne courent pas les rues en Belgique; ce qui veut dire que le critère de choix d’une gestion par rapport à l’autre est plutôt basé sur la fonction et le type d’occupation du bâtiment.

La fonction et le type de bâtiment

Suivant le type de bâtiment (public, privé, hôpital, bureaux, …), la réaction des utilisateurs face au fonctionnement des ascenseurs est très différente.

Dans les bâtiments à forte fréquentation d’utilisateurs « d’un jour » ou « de passage », on préfère ne pas trop compliquer le principe de la manœuvre en utilisant une gestion plus classique comme la manœuvre collective complète.

Par contre dans les bâtiments où les utilisateurs sont des habitués disciplinés (bâtiments privés), la manœuvre à destination devient très efficace.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

Le budget

Il est clair que le budget entre en ligne de compte dans le choix du placement d’une gestion efficace comme la manœuvre à destination. En effet, il vaut mieux investir dans ce type de gestion sachant que l’on peut éviter le placement d’un ascenseur supplémentaire rien qu’en optimisant les trajets verticaux.

Exemple.

Lors du dimensionnement de l’installation, le bureau d’étude hésite entre le placement de 4 ou 5 ascenseurs pour satisfaire une demande. Le constructeur annonçant une amélioration théorique du trafic de l’ordre de 25 %, le bureau d’étude pourrait très bien prévoir d’équiper le bâtiment de 4 ascenseurs réels et un cinquième ascenseur « virtuel » matérialisé par la gestion de trafic par manœuvres à destination.

L’efficacité énergétique

L’efficacité énergétique est renforcée lorsqu’on prévoit dans le projet de conception une gestion de trafic performante. En effet, la réduction du nombre de courses, tout en optimisant le facteur de charge (ou le taux de remplissage de la cabine), diminue :

les appels de puissance au démarrage (courant de démarrage des motorisations),
les consommations énergétiques.

Mais il nous est difficile, aujourd’hui, de comparer l’impact énergétique d’un type de gestion par rapport à l’autre.

Découvrez cet exemple d’ascenseurs équipés d’un système de gestion de trafic.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Faut-il ventiler la toiture ?

Couverture traditionnelle

Lattes
Contre-lattes
Sous-toiture
Isolant (remplissage partiel)
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond.
Lame d’air ventilée

Faut-il ventiler l’espace entre l’isolant et la sous-toiture ?

Non, car :

Contrairement à ce que l’on croit souvent, l’air amené en hiver par la ventilation ne sèche pas la toiture car il est froid et très humide (80 à 90 % d’humidité relative).

L’introduction d’air humide extérieur par l’espace ventilé peut produire de la condensation sur la face inférieure de la sous-toiture qui peut être plus froide que l’air par sur-refroidissement. L’eau ainsi produite, va couler sur l’isolant et le mouiller.

En cas de mauvaise étanchéité à l’air des couches situées sous la sous-toiture (isolant, pare-vapeur, finition), la lame d’air ventilée crée une dépression et un appel d’air intérieur, ce qui amplifie les pertes de chaleur et les risques de condensation.

Pour empêcher la ventilation de la toiture, il faut fermer les entrées d’air entre la sous-toiture et l’isolant tant au pied qu’au faîte de la toiture.

Faut-il une lame d’air entre l’isolant et la sous-toiture ?

De préférence pas, car la présence d’une lame d’air favorise les courants convectifs qui augmentent les pertes de chaleur et les risques de condensation.

Si l’étanchéité à l’air est correcte, on peut laisser une lame d’air mais celle-ci doit être non ventilée. En cas de doute sur l’étanchéité à l’air, cette solution n’est pas recommandée.

Et pourtant…. !

La lame d’air ventilée a été préconisée pendant longtemps… !

En effet, en cas de remplissage total, on pense souvent que le bois de charpente pourrit car l’humidité présente est emprisonnée entre deux couches étanches : le pare-vapeur et la sous-toiture.

[A]	Sous-toiture étanche à la vapeur Ecran insuffisamment étanche à la vapeur ou mal réalisé : La vapeur d’eau entrée ne peut sortir. Risque important de condensation !
[B]	Sous-toiture étanche à la vapeur Ecran étanche à la vapeur : La vapeur d’eau résiduelle est piégée. Risque de condensation !

Pour remédier à ce problème on a proposé, à tort, de laisser une lame d’air ventilée pour sécher la charpente.

La solution au risque de pourrissement de la charpente évoqué ci-dessus, se trouve plutôt dans le choix des matériaux et dans le soin apporté à l’exécution. Les points suivants doivent être respectés :

Côté intérieur, un écran étanche à l’air ou, le cas échéant, un pare-vapeur adéquat dont les joints sont bien réalisés.

La sous-toiture doit être étanche à l’eau et à l’air mais perméable à la vapeur d’eau; ainsi la vapeur d’eau qui serait présente entre le pare-vapeur et la sous-toiture peut être évacuée vers l’extérieur.
La sous-toiture est, de préférence, capillaire afin de jouer le rôle de régulateur d’humidité.

Le bois de charpente doit respecter les prescriptions techniques en vigueur : il doit avoir un taux d’humidité non excessif (max. 15 %) et avoir reçu un traitement fongicide et insecticide.

Ces précautions éliminent le risque de condensation et de pourrissement de la charpente.

Sous-toiture perméable à la vapeur
Ecran étanche à la vapeur :
La vapeur d’eau résiduelle peut sortir
Pas de risque de condensation !

Cas particulier : la couverture métallique

Faut-il ventiler la toiture et comment ?

Couverture métallique
Voligeage
Chevrons
Ventilation
Isolant (remplissage partiel)
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

Oui, si la ventilation est exigée par le fabricant pour garantir son produit. Mais dans ce cas, elle doit se faire entre le voligeage et la sous-toiture. (c’est-à-dire : AU-DESSUS de la sous-toiture).

Couverture métallique
Voligeage
Contre-latte
Ventilation
Sous-toiture
Chevrons
Isolant (remplissage partiel)
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

La ventilation permet de créer, en sous-face de la couverture, une couche de patine qui protège le métal.

Pratiquement, l’air circule :

au bas du versant, grâce aux espaces laissés libres entre les contre-lattes;
au sommet du versant, grâce aux ouvertures aménagées dans la faîtière.

Dans cette configuration, la sous-toiture est indispensable. En effet, les températures de la couverture peuvent descendre sous la température de l’air ambiant par sur-refroidissement. L’air amené par la ventilation va donc condenser au contact de la face inférieure de la couverture. La sous-toiture va récolter ces eaux de condensation et les envoyer vers la gouttière, protégeant ainsi l’isolant.
Ici aussi, il est indispensable que le bois des voliges ait reçu un traitement fongicide.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la consommation et l’appel de puissance

Consommation et appel de puissance des ascenseurs

L’étude ci-dessous des consommations et des appels de puissances s’inspire largement du manuel RAVEL de l’Office fédéral des questions conjoncturelles en Suisse (L’électricité à bon escient : « Ce qu’il faut savoir en matière URE »).

1. Consommation des ascenseurs

Généralité

Les ascenseurs du parc existant nécessitent une puissance installée importante qui peut être évaluée assez facilement.

La consommation, quant à elle, reste modeste dans le sens où les personnes et les charges dans la cabine moins la charge du contre-poids (si existant) ne constituent pas en soi une perte d’énergie. En effet, aux pertes près, l’énergie consommée par le transport des personnes à la montée est restituée (énergie potentielle) lors de la descente. L’énergie réellement perdue est composée :

des pertes par frottement,
des pertes de ventilation,
des pertes thermiques dans les moteurs,
…

Par rapport aux anciens systèmes d’ascenseur, la consommation actuelle a été réduite d’un facteur 2 environ pour les bâtiments du tertiaire au point que les consommations des équipements auxiliaires tels que les moteurs de porte, les ventilations des armoires de commandes et de régulation, … et l’éclairage de la cabine, prennent une place prépondérante dans la consommation énergétique des ascenseurs.

Quant à la consommation énergétique de la motorisation d’un ascenseur, elle est très complexe à établir car elle dépend de nombreux facteurs dont les principaux sont :

la charge de la cabine (fonction du nombre de personnes),
le profil de vitesse (accélération, palier de vitesse constante, décélération, freinage, …),
le nombre de course,
le système de motorisation,
les pertes mécaniques dans la gaine,
…

Consommation de la motorisation en fonction du nombre de courses et influence de l’éclairage

Des données statistiques du nombre de courses en fonction du type d’immeuble peuvent aider à cibler son influence sur les consommations énergétiques. Le tableau ci-dessous montre l’influence du type de bâtiment sur le nombre de courses journalières :

Type d’immeuble	Nombre de course par jour	Moyenne
bureau	600 à 1 800	1 200
Hébergement	600 à 2 000	1 300
Hôpital	500 à 1 800	1 150
Bâtiment public	500 à 1 500	1 000

Exemple.

Cet exemple illustre de manière simplifiée l’influence du nombre de courses sur les consommations énergétiques.

Sachant que la durée moyenne d’une course d’ascenseur est de l’ordre de 10 secondes, on se rend compte que pour un ascenseur peu utilisé la consommation due à la motorisation de l’ascenseur intervient très peu dans le bilan énergétique par rapport à une source de consommation permanente comme la ventilation de l’armoire de commande.

Soit un ascenseur pour personnes à mobilité réduite de bâtiment public. Il effectue 100 courses par jour.

On a :

nbre d’heure de trajet par an = nbre de course x temps d’une course x nbre jour annuels

nbre d’heure de trajet par an = 100 [course/j] x (10 [s/course] / 3 600 [s/h]) x 365 [j/an]

nbre d’heures de trajet par an = 101 [h/an]

Ce calcul simple montre que 1 [W] utilisé pour faire tourner le ventilateur de l’armoire de commande agit 86 fois plus (8 760 [h/an] / 101 [h/an]) sur la consommation électrique que 1 [W] nécessaire pour faire tourner la motorisation.

À l’inverse, un ascenseur pour le personnel d’un hôpital effectuant 1 800 courses par jour, fonctionne 1 825 [h/an]; ce qui signifie que 1 [W] servant à faire tourner le même ventilateur agit seulement 5 fois plus sur la consommation électrique que 1 [W] de puissance pour la motorisation.

Exemple.

Cette étude a été réalisée pour un immeuble de logements de 48 personnes, équipé d’un ascenseur avec les caractéristiques suivantes :

ascenseur existant de 450 [kg],
6 arrêts,
vitesse de 1 [m/s],
éclairage permanent de 2 x 40 [W],
nombre de courses annuel de 60 216,
motorisation à deux vitesses de 6 [kW].

Les consommations ont été extrapolées pour des nombres de courses plus important correspondant à des immeubles plus fréquentés comme ceux du secteur tertiaire.

Motorisation à 2 vitesses + éclairage permanent.

La courbe présentée dans le graphe ci-dessus montre que la consommation annuelle d’un ascenseur est proportionnelle au nombre de courses effectué par la cabine de l’ascenseur.

Au même titre que le nombre de course, le système de motorisation joue naturellement un rôle prépondérant dans la consommation énergétique. Cependant, on oublie souvent de parler de l’éclairage de la cabine de l’ascenseur qui, dans certains cas, peut représenter la majeure partie de la dépense énergétique. Dans le cas concret d’une motorisation récente (motorisation commandé en puissance par un variateur de fréquence par exemple), si la gestion de l’éclairage n’est pas prise en compte, la facture énergétique se résume pratiquement à :

un poste réduit pour la commande et la motorisation,
un poste important pour l’éclairage allumé en permanence.

On entend parfois que « par mesure de sécurité, l’éclairage d’une cabine d’ascenseur doit être permanent ». Il n’en est rien ! Les techniques modernes d’éclairage (détecteur de présence, horloge hebdomadaire, …) permettent de gérer efficacement et en toute sécurité les luminaires de la cabine.

Exemple.

Cette étude a été réalisée pour un immeuble de logements de 48 personnes, équipé d’un ascenseur avec les caractéristiques suivantes :

ascenseur existant de 450 [kg],
6 arrêts,
vitesse de 1 [m/s],
éclairage permanent de 2 x 40 [W],
nombre de courses annuelles de 60 216,
motorisation à deux vitesses de 6 [kW].

Pour prendre un cas standard, les consommations ont été extrapolées pour un ascenseur de 630 [kg] beaucoup plus courant.

Différentes motorisations ont été comparées :

Une motorisation à traction à deux vitesses de 6 [kW] à commande à relais.
Une motorisation de 6 [kW] commandée en puissance par un variateur de vitesse.
Une motorisation hydraulique.

Chaque type de motorisation est combinée avec une gestion d’éclairage permanente ou ne s’allumant que lorsque la cabine effectue une course; soit 5 cas différents.

Les différentes courbes montrent que :

Les ascenseurs hydrauliques sont gourmands en énergie (sans compter les appels de puissance importants et le surdimensionnement nécessaire de l’installation).

Le variateur de vitesse commandant un moteur équivalent de 6 [kW] est une solution intéressante (on divise par 2 les consommations par rapport à la configuration initiale).

L’éclairage de la cabine devient importante lorsque les consommations de la motorisation diminuent.

Le graphe suivant montre l’évolution des consommations en fonction du type de motorisation et de l’option prise pour la gestion de l’éclairage de la cabine :

On peut aussi mettre en évidence l’importance que prend la gestion ou non gestion de l’éclairage de la cabine par rapport à la motorisation.

De ce qui précède, on voit tout de suite que les ascenseurs hydrauliques sont des gros consommateurs d’énergie par rapport aux ascenseurs modernes à traction équipés d’un variateur de vitesse sans réducteur.

2. Rendements des motorisations

Un bon indicateur pour appréhender la consommation électrique des motorisations est de situer approximativement leurs rendements. Pour pouvoir comparer les rendements énergétiques des motorisations d’ascenseur, un bon départ consiste à différencier principalement les types :

d’ascenseur,
de motorisation composée d’une commande de vitesse, d’un moteur électrique, d’un réducteur ou pas et d’un treuil.

Types d’ascenseur

Deux types d’ascenseur dominent le marché. Ils sont repris ci-dessous :

Les ascenseurs hydrauliques, utilisés pour déplacer verticalement des charges lourdes sur des faibles distances. Ce sont des consommateurs importants d’énergie électrique et les courants de démarrage élevés altèrent la pointe quart-horaire. En effet, ce type d’ascenseur n’étant pas doté d’un contre-poids, l’effort de mise en pression de l’huile par la pompe pour déplacer verticalement la charge, est élevé.

Les ascenseurs à traction à câbles dominant de loin le marché du secteur tertiaire. Ce type d’ascenseur est moins gourmand en énergie pour la simple raison qu’il est équipé d’un contre-poids réduisant la charge que doit mettre en mouvement la motorisation. Une règle de bonne pratique veut que la charge du contre-poids soit de 50 % celle de l’ensemble cabine-câble-charge utilisateurs.

Types de réducteur

Plusieurs types de motorisation sont installés sur les ascenseurs. On entend par motorisation le couplage mécanique :

d’un moteur électrique (avec sa commande et sa régulation),
et d’un système d’entraînement mécanique de la cabine.

Parmi les systèmes d’entraînement mécanique de traction classique on retrouve les équipements suivants :

La pompe hydraulique nécessite de prendre des précautions particulières par rapport à la ventilation de la salle des machines. En effet, l’échauffement de l’huile est important durant son retour au passage de la vanne contrôlant la course retour (lorsque la cabine d’ascenseur descend) nécessitant l’évacuation :

des calories (radiateur de déperdition),
des vapeurs d’huile (dispositif de ventilation du local).

À noter que dans ce type d’installation, la perte d’huile est loin d’être négligeable et doit être compensée lors d’un contrôle régulier. Cette perte se chiffre (vidange comprise), pour certains ascenseurs, à des dizaines voire des centaines de litres par an.

Le réducteur à vis sans fin possède un rendement moyen, pour les installations les plus récentes, de l’ordre de 60 à 65 %. Ce type de motorisation est encore très présent dans les bâtiments tertiaires. On le reconnaît facilement sachant que l’axe de rotation du treuil est perpendiculaire à l’axe de rotation du moteur électrique d’entraînement (gain de place dans le local des machines).

Le réducteur à treuil planétaire offre des rendements de l’ordre de 97 à 98 % permettant de diminuer la puissance du moteur et, par conséquent, les consommations d’énergie. On en trouve malgré tout peu au niveau des ascenseurs; par contre, ce système est souvent utilisé dans la conception des escaliers mécaniques.

Le système sans réducteur (« gearless »), à attaque directe, est une technique assez récente qui a vu le jour lorsque les variateurs de fréquence ont fait leur apparition. Le rendement est de 100 % puisqu’il n’y a pas d’équipement intermédiaire entre le moteur d’entraînement et le treuil.

Types de moteur électrique

Les moteurs électriques interviennent aussi dans la consommation de la motorisation puisque qu’ils ont, comme tout équipement, un rendement.
Les moteurs électriques peuvent être de différents types :

les moteurs à courant continu,
les moteurs à courant alternatif asynchrones et synchrones.

Les moteurs à courant continu sont des moteurs dont les rendements avoisinent les 95 %. On les distingue des autres moteurs couramment utilisés dans les ascenseurs, par la présence des balais et des collecteurs bien visibles.

Le moteur à courant alternatif asynchrone, de part sa robustesse et sa simplicité, est un moteur très utilisé. Son rendement est de l’ordre de 90 % et permet de ne pas trop altérer la consommation de l’ensemble de la motorisation.

Au même titre que le moteur asynchrone, le rendement du moteur synchrone avoisine les 90 % et plus, sachant que pour des rotors à aimant permanent les pertes sont plus faibles.

Types de commande et de régulation de vitesse

Les commandes et les régulations de vitesses des moteurs électriques génèrent aussi des pertes influençant le rendement énergétique.

Dans les ascenseurs, les moteurs électriques à courant continu sont commandés et régulés par :

des groupes Ward-Lénard,
des variateurs de vitesse électronique,
…

Par contre, les moteurs à courant alternatif peuvent être commandés et régulés en vitesse par :

des commandes à deux vitesses,
des variateurs de fréquences.

Un système appelé groupe Ward – Léonard permettait de démarrer et de faire varier la vitesse de rotation du moteur dans une large plage. La nécessité de faire tourner en permanence le moteur asynchrone et la génératrice (perte à vide non négligeable), l’entretien et l’encombrement important, a entraîné sa disparition au profit des variateurs de vitesse statiques couplés électriquement avec le moteur à courant continu uniquement.

Les variateurs de vitesse se présentent comme les sauveurs des rendements énergétiques de la motorisation des ascenseurs. En effet, leur rendement est élevé (> 90 %). Il peuvent, sous certaines conditions, renvoyer de l’énergie sur le réseau; ce qui permet au système de motorisation de dépasser momentanément les 100 % de rendement. Les variateurs de vitesse peuvent alimenter :

les moteurs à courant continu en faisant varier la tension de sortie,
les moteurs à courant alternatif (la grande tendance) en agissant sur la fréquence et sur la tension.

Les démarreurs à deux vitesses commandent plutôt les moteurs à courant alternatif à double enroulement statorique. A proprement parler, les démarreurs à deux vitesses n’ont pas la capacité de réguler la vitesse des moteurs.

Conclusions

On voit tout de suite qu’en repérant le type d’ascenseur et de motorisation, il est possible d’évaluer intuitivement la qualité énergétique de l’installation. Le tableau suivant donne des indications de rendement global de motorisation..

Type de motorisation classique	Rendement
	Commande et régulation		Moteur électrique			Réducteur			Roue	rendement global
	Groupe ward-léonard	variateur de vitesse	moteur dc	moteur asynchrone	moteur synchrone	Vis sans fin	Planétaire	« gearless »
motorisation dc Ward-Léonard +vis sans fin	0,5	> 0,9	0,95	0,9	> 0,9	0,65	0,98	1	0,95	0,29
motorisation dc + variateur de vitesse + vis sans fin	0,5	> 0,9	0,95	0,9	> 0,9	0,65	0,98	1	0,95	> 0,52
motorisation asynch à 2 vitesses + vis sans fin	0,5	> 0,9	0,95	0,9	> 0,9	0,65	0,98	1	0,95	> 0,55
motorisation async à variateur de vitesse + vis sans fin	0,5	> 0,9	0,95	0,9	> 0,9	0,65	0,98	1	0,95	> 0,5
motorisation asynch à variateur de vitesse + planétaire	0,5	> 0,9	0,95	0,9	> 0,9	0,65	0,98	1	0,95	> 0,75
motorisation synch à variateur de vitesse + gearless	0,5	> 0,9	0,95	0,9	> 0,9	0,65	0,98	1	0,95	> 0,77
…

La notion de rendement global permet donc de comparer un système de motorisation par rapport à un autre et naturellement d’évaluer l’intérêt d’une modernisation.

Le graphique suivant traduit le tableau des rendements globaux en fonction du type de motorisation :

Exemple.

Un constructeur d’ascenseur annonce un rendement de 0,78 pour une motorisation composée d’un variateur de fréquence et d’un gearless; ce qui permet :

Lors d’une amélioration, de sérieusement réduire les consommations électriques.
Lors d’une conception nouvelle, de réduire le dimensionnement de l’installation (câbles électriques, équipement électrotechnique, moteur, …) et de prévoir un budget « consommation » moins élevé.

3. Mesure des consommations de la motorisation

Une analyse des consommations peut être réalisée au moyen d’un analyseur d’énergie à mémoire. À l’heure actuelle, ce type d’appareillage est performant et peut donner en plus des indications intéressantes comme :

La valeur du facteur de puissance (cos φ) pour s’assurer qu’il ne soit pas trop mauvais. Une valeur inférieure à 0,9 est pénalisante au niveau de la facture électrique ou sollicite la batterie de condensateurs (ce qui constitue une perte en soi).

L’équilibrage des phases (courant égaux dans les trois phases. Un circuit déséquilibré trahit un mauvais état de santé du moteur électrique).

Pour situer une consommation électrique représentative d’un bâtiment tertiaire, l’échantillon type est au minimum d’une semaine. En effet, le trafic hebdomadaire peut être considéré comme reproductible au cours des semaines et proportionnel à la fréquentation du bâtiment.

Si l’on veut établir une consommation annuelle, on peut extrapoler avec prudence la consommation moyenne hebdomadaire par rapport au nombre de semaines ouvrables.

Exemple.

Le CADDET (Centre for the Analysis and Dissémination of Demonstrated Energy Technologies) rapporte qu’une analyse comparative de la consommation d’une motorisation classique par rapport à une motorisation innovante d’un constructeur pendant 3 mois a permis de mettre en évidence des différences importantes au niveau du bilan énergétique annuel.

Le tableau suivant résume cette analyse :

	Type de motorisation
Paramètres	Hydraulique	Traction classique	Gearless
Vitesse de déplacement de la cabine [m/s]	0,63	1	1
Charge de l’ascenseur [kg]	630	630	630
Puissance du moteur électrique [kW]	11	5,5	3,3
Calibre de la protection moteur [A]	50	35	16
Quantité d’huile nécessaire [litres/an]	200		3,5
poids de la motorisation [kg]	650	430	230
Niveau acoustique [dB]	65-70	65-75	50-55
Nombre de courses pour 3 mois	27 444
Consommation électrique pour 3 mois [kWh/3 mois]	–	958	447
L’économie d’énergie est importante (de l’ordre de 53 %)

4. Évaluation du courant de démarrage

À ce niveau-ci, on s’intéresse au courant nominal et de démarrage qui, d’une part caractérise les types de motorisation en permettant un point de comparaison sur l’aspect « appel de puissance », et d’autre part donne des renseignements utiles concernant l’état de santé de la motorisation.

L’évaluation de la pointe de démarrage peut être effectuée au moyen d’une pince ampèremétrique par exemple sur les phases du moteur ou au niveau du départ de puissance dans le tableau de l’ascenseur sans toucher au câblage de puissance de la motorisation.

Les pinces ampèremétriques modernes peuvent depuis longtemps à la fois mesurer :

des courants alternatifs,
des pics de courant comme le courant de démarrage,
…

Mesures ponctuelles

Des mesures de courant de démarrage au niveau des phases de la motorisation permettent de :

vérifier que le circuit électrique de la motorisation est un circuit équilibré. L’inverse signifie une dégradation des bobinages du moteur ou du circuit puissance du variateur de vitesse,

évaluer si le courant de démarrage est dans des limites acceptables,

se rendre compte que, décidément, ces vieux ascenseurs consomment vraiment trop !

Valeurs moyennes des courants nominaux et de démarrage

Les comparaisons des courants nominaux et de démarrage sont consignées dans le tableau suivant :

Type d’ascenseur	Courant nominal	Courant de démarrage
Ascenseur à traction à deux vitesses	In	2,5 à 3,5 In
Ascenseur hydraulique classique	3 In	6 à 15 In
Ascenseur à traction avec variateur de fréquence	0,8 In	1,6 In

Valeurs des courants de démarrage de différentes motorisations.

Ce tableau montre bien l’intérêt surtout des commandes de vitesse par variateur de fréquence. Le courant de démarrage des ascenseurs hydrauliques est de loin plus important que celui des ascenseurs à traction; c’est dû, entre autre, à l’absence de contre-poids dans les installations courantes hydrauliques.

La question vient tout de suite à l’esprit : pourquoi ne pas mettre de contre-poids aux ascenseurs hydrauliques ? Cela existe, c’est vrai, mais en plaçant un contre-poids, l’ascenseur hydraulique perd de son intérêt qui est la compacité de la gaine d’ascenseur et l’absence de suspension à son sommet.

Chute de tension en ligne

Le courant de démarrage des ascenseurs perturbe le réseau électrique interne et externe au bâtiment si celui-ci n’est pas bien dimensionné. La perturbation se matérialise par des chutes de tension en ligne (perturbation de l’électronique, de l’informatique, …). Les producteurs d’électricité en Allemagne et en Suisse prescrivent, eux, des chutes de tension admissibles (en % de la tension nominale) en fonction du nombre de démarrages par heure des ascenseurs.

Le tableau suivant illustre ces prescriptions :

Nombre de démarrages	Chute de tension admissible [% de la tension nominale]
Nombre de démarrages	Allmagne	Suisse
30		3,5
45	1,5
60	1,4
120		2,3
180		2,0
240		1,9

Ces prescriptions sont exigeantes dans le sens où seules les installations à variation de fréquences y arrivent.

5. Évaluation de l’appel de puissance

Comparaison des consommations en fonction du mode de démarrage

La pointe quart-horaire est influencée par l’appel de puissance :

au démarrage,
pendant la phase à vitesse constante.

On a souvent le sentiment que la puissance d’appel au démarrage influence prioritairement la pointe quart-horaire. Mais on oublie de dire que cet appel de puissance important au démarrage ne dure que peu de temps. Dans quelle proportion ?

Pour éclaircir les idées, prenons l’exemple simple suivant où l’on compare un démarrage classique direct et un démarrage avec variateur de fréquence.

Exemple.

Soit une installation d’ascenseur classique dont les données principales simplifiées, pour une charge utile de 630 [kg], sont :

le démarrage est direct (courant de démarrage I_d = 3 x courant nominal I_n),
temps moyen d’une course t_c = 10 [s],
temps moyen d’arrêt t_a= 20 [s],
temps de démarrage t_d = 1 [s],
puissance du moteur P_a = 5,5 [kW],
tension d’alimentation U_c = 380 [V].

Deux profils de courbes de démarrage sont possibles suivant la présence ou non d’un convertisseur de fréquence :

Courbes de démarrage.

1° – Cas du moteur classique

Adoptons les hypothèses simplificatrices suivantes :

Le profil du courant du démarrage direct est de forme carrée (l’énergie consommée pendant le démarrage sera plus importante qu’en réalité).

On se situe durant les heures de pointe où la cabine d’ascenseur effectue des courses d’un étage en continu et pendant un quart d’heure.

Les temps de démarrage, quelle que soit la motorisation, sont identiques.

La courbe de puissance en fonction du temps suit le même profil que celle du courant de la figure ci-dessus.

Profil de course en démarrage direct.

Le calcul de la puissance de pointe quart-horaire revient à diviser l’énergie consommée pendant 15 minutes de fonctionnement par un temps de 15 min.

Soit le calcul suivant :

> L’énergie consommée à chaque démarrage est :

E_d = P_a x 3 x t_d / 3 600 = 5 500 [W] x 3 x 1 [s] / 3 600 [s/h] = 4,6 [Wh]

> L’énergie consommée pendant le reste de la course à vitesse constante est :

E_c = P_a x t_c / 3 600 = 5 500 [W] x 9 [s] / 3 600 [s/h] = 13,7 [Wh]

> L’énergie consommée pendant 15 minutes (soit 30 courses) est :

E_t = 30 x (E_d + E_c + E_a)= 30 x (4,6 + 13,7 + 0) = 549 [Wh/15 min]

> Dans ce cas, la pointe quart-horaire est de :

p_qh = Et / (1/4 h) = 549 [Wh] / 0,25 [h] = 2 196 [W]

2° – Cas du moteur commandé par un variateur de fréquence

Le profil simplifié de la puissance absorbée par le variateur de fréquence évolue comme l’indique la figure suivante :

Profil de course en démarrage progressif.

Soit le calcul suivant :

> L’énergie consommée à chaque démarrage est :

E_d‘ = P_a / 2 x t_d / 3 600 = 11 000 [W] / 2 x 1 [s] / 3 600 [s/h] = 1,52 [Wh]

> L’énergie consommée pendant le reste de la course à vitesse constante est :

E_c‘ = P_a x t_c / 3 600 = 5 500 [W] x 9 [s] x 0,8 / 3 600 [s/h] = 11,0 [Wh]

> L’énergie consommée pendant 15 minutes (soit 30 courses) est :

E_t‘ = 30 x (E_d + E_c + E_a) = 30 x (1,52 + 11,0 + 0) = 376 [Wh/15 min]

> Dans ce cas, la pointe quart-horaire est de :

p_qh‘ = Et’ / (1/4 h) = 376 [Wh] / 0,25 [h] = 1 502 [W]

3° – Comparaison

On constate que la pointe quart-horaire et l’énergie consommée est réduite de :

1 – (E_t‘/E_t) = 1 – (1 502 / 2 196) = 0,32 ou 32 %

Remarque : en réalité, la réduction est moindre par le fait que le profil de l’appel de puissance de démarrage, dans le cas du démarrage direct, est sur-évaluée.

L’appel de puissance au démarrage influence donc non seulement :

le dimensionnement de l’installation (calibre des fusibles, section des câbles, chute de tension admissible, …),
mais aussi la pointe quart-horaire et la consommation énergétique.

Appel de puissance et facture énergétique d’un ascenseur

Reprenons notre exemple simplifié ci-dessus pour évaluer l’impact de la consommation de l’ascenseur sur la facture énergétique. Cette facture est en général établie sur un mois. Elle reprend 2 postes :

la consommation en kWh, avec un prix moyen de l’énergie est de l’ordre de 0,16 [€/kWh],

la pointe quart-horaire mensuelle, qui représente l’appel moyen de puissance durant le quart d’heure le plus élevé du mois, avec un prix moyen de l’ordre de 10 €/kW TVAC… attention, la majorité de ce coût est intégrée, pour ne pas dire cachée…, dans le poste « distribution et transport » !!! (Pour plus d’info sur la tarification, cliquez ici !).

Exemple.

Soit le même ascenseur que dans l’exemple précédent dont les résultats sont indiqués dans ce tableau.

Type de démarrage	Pointe quart-horaire [W]	Énergie consommée par quart d’heure [Wh]
Direct	2 196	549
Progressif par variateur de fréquence	1 502	376

Sur base d’une courbe de débit, on adopte un profil « idéalisé » et très simplifié du trafic dans un immeuble de bureaux.

Profil réel du débit en fonction des heures de la journée et profil simplifié.

On en déduit le profil de puissance appelée :

Profil simplifié de pointe quart-horaire journalière.

Les données sont consignées dans le tableau ci-dessous, avec les hypothèses suivantes :

Pendant les heures « normales », la consommation est réduite de moitié (nombre de courses divisé par deux).
En dehors des périodes d’occupation de l’immeuble, on néglige les quelques courses qui pourraient s’effectuer pour satisfaire les utilisateurs faisant des heures supplémentaires.

		Énergie consommée par quart d’heure [Wh]
Type de démarrage	Pointe quart-horaire [W]	Période d’affluence	Période normale
Direct	2 196	549	274
Progressif par variateur de fréquence	1 502	376	188

Ce profil se répète tous les jours ouvrables de la semaine pendant un mois; soit de l’ordre de 20 jours par mois. Dès lors :

> L’énergie consommée pendant les heures d’affluence est :

E_hp = E_{quart d’heure_hp} [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 3 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

E_hp = 549 [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 3 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

E_hp = 131 760 [Wh/mois] ou 132 [kWh/mois]

> L’énergie consommée pendant les heures normales est :

E_hn = E_{quart d’heure_hn} [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 6 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

E_hn = 274 [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 6 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

E_hp = 131 760 [Wh/mois] ou 132 [kWh/mois]

> L’énergie consommée sur le mois est :

E_tot = E_hp + E_hn = 132 + 132 = 264 [kWh/mois]

> Le coût de l’énergie consommée sur le mois est :

CE_mensuel = E_tot x CE_unitaire = 264 [kWh/mois] x 0,16 [€/kWh] = 42 [€/mois]

Imaginons à présent que la période d’affluence se produise au moment où le bâtiment enregistre sa pointe de puissance maximale du mois (ce qui est fort probable).

> Le coût de la pointe quart-horaire mensuelle est :

CP_mensuel = p_qh x CP_unitaire = 2,196 [kW/mois] x 10 [€/kW] = 22 [€/mois]

> L’impact de la pointe quart-horaire sur la facture de l’ascenseur est :

CP_mensuel / CE_mensuel = 22 / (22 + 42) = 0,34 ou 34 % !

Le calcul pour un ascenseur à démarrage progressif (variateur de fréquence) s’effectue de la même manière. Les résultats de ce calcul sont consignés dans le tableau ci-dessous.

	Coût de la pointe quart-horaire [€/mois.asc]	Coût de l’energie consommée [€/mois.asc]	Coût total de la facture énergétique [€/mois.asc]	réduction
Type de démarrage	Coût de la pointe quart-horaire [€/mois.asc]	Coût de l’energie consommée [€/mois.asc]	Coût total de la facture énergétique [€/mois.asc]	réduction
Direct	22	29	51
Progressif par variateur de fréquence	15	20	35	– 31 %

Dans l’exemple ci-dessus, on constate donc que la pointe-quart horaire génère 34 % de la facture électrique et que le variateur de fréquence diminue, dans ce cas-ci, la facture énergétique de l’ordre de 31 [%].

Dans la réalité, la réduction de la facture doit être moins importante sachant que :

Le démarrage direct peut être plus court que le démarrage progressif (moins d’1 seconde par exemple).
Les courses risquent d’être plus longues (l’impact de la consommation énergétique et de la composante pointe quart-horaire de démarrage diminue).
…

Influence du trafic

Comme on l’a vu précédemment, la consommation énergétique est, entre autres, proportionnelle au nombre de courses effectuées par les ascenseurs.

La mesure du trafic par des analyseurs spécifiques, permet de se rendre compte du nombre de courses effectuées par jour et par semaine pour établir le profil du débit de transport.

Débit de transport

Un paramètre important pour évaluer le trafic des ascenseurs est le « pourcentage de la population totale du bâtiment transportée pendant 5 minutes en période de pointe » ou le débit. Ce paramètre représente en quelque sortes, la capacité de pointe d’un ascenseur. Le tableau ci-dessous exprime ce pourcentage en fonction du type de bâtiment :

Type de bâtiment	Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes (%)
Bureau, hôpital, école, …	12-15
Résidentiel	5-8
Hébergement	10-15

Le graphe suivant exprime un profil typique de fonctionnement des ascenseurs dans un bâtiment tertiaire.

Les résultats de la mesure permettent de savoir si les ascenseurs sont saturés ou pas en comparant les valeurs mesurées par rapport aux moyennes établies pour différents bâtiments tertiaires.

Saturation du trafic

Si la mesure de débit montre que les ascenseurs sont saturés, il est nécessaire de comprendre pourquoi.
Cette saturation peut être due :

À une mauvaise utilisation des ascenseurs. On rencontre ce genre de problèmes dans les bâtiments tertiaires à forte fréquentation (comme dans les hôpitaux). En soi le dimensionnement est bon, mais le comportement des utilisateurs perturbe le trafic au point, à certains moments, de le saturer et d’augmenter par ailleurs les consommations d’électricité.

À un mauvais réglage des vitesses d’ouverture des portes palières, du profil de vitesse, … À ce niveau, seul un réglage du service de maintenance des ascenseurs peut améliorer la situation tout en préservant le confort des utilisateurs.

À une capacité trop faible des ascenseurs en place. A ce moment, il est nécessaire d’envisager des frais d’investissement, soit dans une gestion de trafic plus performante, soit dans un nouvel ascenseur.

Type de gestion de trafic

Généralement, on rencontre dans les bâtiments tertiaires différents systèmes qui gèrent le trafic des ascenseurs.
Du plus simple au plus sophistiqué, on parle de gestion :

à manœuvre à blocage,
à manœuvre collective de descente,
à manœuvre collective complète,
à manœuvre de destination.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

La détermination du type de gestion permet, en première approche, d’évaluer la performance énergétique de l’installation sans rien mesurer. Par exemple, dans les deux cas étudiés au niveau des types de gestion de trafic :

La manœuvre à blocage est deux fois plus énergivore que la manœuvre collective de descente

La manœuvre collective de descente est aussi deux fois plus énergivore que la manœuvre collective complète.

Une manière simple de déterminer le type de gestion de trafic réside simplement dans l’observation de l’affichage palier des destinations par rapport à la prise en compte de sa propre commande :

Photo système ascenseur à manœuvre à blocage.

Un ascenseur à manœuvre à blocage (MB) est équipé d’un seul bouton d’appel de palier à chaque étage et d’un clavier de commandes de destinations dans la cabine. Le contrôleur MB n’accepte qu’un seul appel ou une commande à la fois; la commande de destination dans la cabine étant prioritaire. Un nouvel appel d’étage à partir du bouton d’appel de palier n’est accepté que lorsque la course précédente est terminée. Le bouton d’appel de palier n’est alllumé que lorsque le contrôleur MB a enregistré sa demande et s’éteint dès que la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Photo système ascenseur à manœuvre collective de descente.

Un ascenseur à manœuvre collective de descente (MCD) est équipé d’un seul bouton d’appel de palier et de deux indicateurs (de montée et de descente) à chaque étage. Un clavier de commande de destination est présent dans la cabine. Le contrôleur MCD enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, la cabine dessert toutes les destinations commandées dans la cabine et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, la cabine s’arrête au plus proche appel d’étage et dessert tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCD. Les boutons d’appel sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Photo système ascenseur à manœuvre collective complète.

Un ascenseur à manœuvre collective complète (MCC) est équipé de deux boutons d’appel lumineux de palier (montée et descente) à chaque étage. Un clavier de commande de destination est présent dans la cabine. Le contrôleur MCC enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, la cabine dessert toutes les destinations commandées et les appels d’étage à la montée, et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, la cabine s’arrête au plus proche appel d’étage et dessert tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCC. Les boutons d’appel de montée et de descente sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

La manœuvre collective de descente est souvent utilisée en partage par une batterie d’ascenseurs (duplex, triplette). Lorsque c’est le cas, on l’appelle la manœuvre collective de descente à interconnexion (MCDI). Dans cette configuration, les ascenseurs partagent à chaque palier le même bouton d’appel d’étage.

Le contrôleur MCDI enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, chaque cabine dessert toutes les destinations commandées dans la cabine et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, les cabines desservent tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCD. Les boutons d’appel sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Consommation de l’éclairage des cabines

Comme vu précédemment, les consommations électriques liées à l’éclairage peuvent prendre un poids important par rapport aux installations de motorisation peu gourmandes en énergie (commande de vitesse par variation de fréquence par exemple).

Comment repérer les indices de consommations de l’éclairage ? Elle est souvent due :

à l’absence de gestion des luminaires lorsque l’ascenseur n’effectue pas de course,

au niveau d’éclairement (en lux) trop élevé lorsque, à tort, on désire un certain confort de « standing »,

au manque d’efficacité énergétique des lampes et du luminaire.

La norme NBN EN 81-1 (concernant la sécurité de la construction et de l’installation des ascenseurs. Partie 1 : les ascenseurs électriques) préconise un niveau d’éclairement minimum de 50 lux. Cette valeur est souvent dépassée dans les cabines d’ascenseur. On s’assurera par une mesure que le niveau d’éclairement est proche de 50 lux au niveau de la zone de travail (le sol par analogie au couloir et escalier dans la norme EN 12464-1 concernant l’éclairage des lieux de travail intérieur).

Gestion de l’éclairage

L’éclairage prend une part importante dans la consommation électrique annuelle de l’installation d’ascenseur si la gestion est inexistante. Cette gestion se matérialise souvent par la coupure électrique des luminaires lorsque l’immeuble est inoccupé. Pour le savoir, vous devrez vérifier ou demander à l’équipe de maintenance ou au fabricant s’il y a une minuterie hebdomadaire sur le circuit des lampes de la cabine ou, plus contraignant, de venir en dehors des heures voir si l’éclairage est éteint.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de l’éclairage.

Mesure du niveau d’éclairement

Le niveau d’éclairement est mesuré au moyen d’un luxmètre placé au niveau du sol. Plusieurs points de mesure sont nécessaires pour établir le niveau d’éclairement moyen qui doit correspondre à 50 [lux] minimum.

Photo luxmètre.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de l’éclairage.

Efficacité des luminaires

L’efficacité énergétique des luminaires s’exprime en W/m².100 lux et permet de comparer différents luminaires. Une valeur moyenne courante de l’efficacité énergétique est de 2,5 [W/m².100 lux]. Pour un ascenseur, cette efficacité se situerait aux alentours des 1,25 [W/m²] sachant qu’il faut 50 [lux] au niveau du sol.

Photo ascenseur éclairé - 01. Photo ascenseur éclairé - 02.

Souvent c’est la catastrophe dans les cabines d’ascenseur, car sous prétexte d’avoir une atmosphère « chaude », les luminaires sont mal choisis et donnent une efficacité énergétique médiocre tout en posant un problème de surchauffe thermique (éclairage indirect, lampe halogène, …).

Pour évaluer l’efficacité énergétique des luminaires, il sera nécessaire de connaître le niveau d’éclairement en lux, la surface au sol en m² de la cabine et la puissance des lampes. On la comparera à la valeur de 1,25 [W/m².50 lux].

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de l’éclairage.

Consommations des auxiliaires

Comme auxiliaires, on prend surtout en compte les consommations des armoires de commande de puissance et de régulation des ascenseurs. En effet, les composants électro-techniques et électroniques des armoires, dans certains cas l’électronique de puissance des variateurs de vitesses, …, participent à la dépense énergétique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Repérer les situations anormales

La facture permet de repérer certaines anomalies :

Analyse	Solutions
Repérer une consommation réactive anormale (fortement pénalisée par le distributeur).	Placer des condensateurs afin de réduire la consommation réactive.
Repérer une puissance 1/4 horaire trop importante.	Lisser la pointe 1/4 horaire par délestage, peak-shaving.
Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale.	Placer des horloges afin de diminuer les consommations électriques de nuit
Repérer un surdimensionnement du transformateur installé.	Changer de puissance lors du remplacement du transformateur. Faire fonctionner un seul transformateur s’il y en a 2 afin de réduire les pertes à vide.
Repérer l’intérêt d’une modification du régime de tarification.	Changer de tarif.
	Enregistrer le diagramme de charge. Analyser les consommations sur le terrain.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Des capteurs solaires au home La Charmille de Gembloux

Synthèse des résultats de l’audit solaire

Projet
Établissement	Maison de repos La Charmille (CPAS de Gembloux)Rue Chapelle Marion, 1 à 5030 Gembloux

Consommations
Eau chaude sanitaire	730 m³ d’eau à 60°C par an (soit 42 340 kWh/an)
Pertes boucle sanitaire	13 135 kWh/an
Pertes ballons	4 927 kWh/an (pour 3 ballons)
Électricité pour l’ECS	60 402 kWh/an (rendement 100 %) [BHU1]
Facture électrique	7 248 € (selon l’hypothèse de 0.12 €/kWh)

Prédimensionnement du système	Eau chaude sanitaire + Appoint gaz
Superficie de capteurs plans	50 m²
Vol. stockage solaire + vol. stockage appoint	1 000 + 1 000 litres
Bilan Énergétique
Économie d’énergie primaire	2 862 m³ de gaz (soit 28 627 kWh)
Fraction de l’énergie utile non fournie par l’appoint	40.5 % [RDC2]
Bilan Économique
Coût estimé du système (HTVA, hors subsides)	40 682 € HTVA
Économie annuelle	887 €/an
Coût du kWh solaire	0.072 €/kWh
Bilan Environnemental
Émissions de CO₂évitées par an	5 659 kg CO₂/an
Émissions de CO₂évitées sur 25 ans de durée de vie du système	141 tonnes
Coût de la tonne des émissions de CO₂ évitée	288 €/tonne

Présentation de l’établissement

Affectation principale

L’établissement audité est une maison de repos et de soins, appartenant au CPAS de Gembloux, qui accueille des personnes âgées valides, semi-valides et invalides.

La maison de repos possède 79 lits ainsi qu’une cuisine.

En annexe à la maison de repos se trouvent les bureaux du CPAS, dont la consommation d’eau chaude n’est pas prise en compte dans le pré-dimensionnement du système solaire.

Taux d’occupation

La maison de repos La Charmille possède un taux d’occupation de 100 % durant la plus grande partie de l’année.

Descriptif de l’installation de production d’eau chaude

Actuellement, l’ECS est produite par 4 ballons électriques (de 1988) de 1 000 litres chacun, raccordés en série (avec une résistance électrique de 10 kW chacun). Un des ballons a rendu l’âme, un autre est sur le point de le faire.

L’eau « devrait » être chauffée durant la nuit sur le tarif exclusif nuit (un compteur dédié au chauffage exclusif nuit a été installé). De fait, étant donné que la consommation d’eau chaude est plus importante que la quantité chauffée la nuit (3 ballons en fonctionnement au lieu des 4 initialement prévus), plusieurs relances en journées sont nécessaires pour maintenir une eau suffisamment chaude.

Combinaison avec le chauffage des locaux

Les locaux sont actuellement chauffés par des accumulateurs électriques statiques datant de la construction du bâtiment, l’eau chaude sanitaire est donc produite de manière indépendante.

Consommation d’électricité du bâtiment

Selon le rapport de l’audit URE remis par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable, la consommation annuelle en chauffage est estimée à 670 000 kWh/an pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire. Le montant total de la facture correspondant à cette consommation est de 33 182,21 € HVAC, soit 0,12 €/kWh (mélange des tarifs exclusif nuit, binôme A et électrothermie).

Estimation de la consommation d’eau chaude

Méthodologie

Étant donné que la consommation d’eau chaude annuelle de la maison de repos La Charmille n’est pas connue, elle doit être estimée à partir des relevés de consommation.

Un compteur a été installé sur l’alimentation en eau froide des ballons d’ECS. Cependant, les relevés de consommation s’avèrent incorrects vu la mauvaise position du compteur sur le circuit d’alimentation. En effet, ce compteur ne prend pas en compte la consommation d’eau froide qui alimente la vanne thermostatique en aval des ballons d’ECS.

Au lieu de changer la place du compteur, nous avons fermé l’alimentation en eau froide de cette vanne thermostatique, d’ailleurs défectueuse. Ainsi, les données de consommation disponibles ne concernent que deux périodes de mesures : du 18 au 25 janvier 2002 et du 16 au 19 avril 2002.

Outre le volume d’eau consommé, il est important de connaître la température d’utilisation. Étant donné le système de production d’ECS (électrique exclusif nuit), cette température évolue tout au long de la journée, contrairement à un système raccordé à une chaudière qui permettrait de respecter une consigne de température constante. On ne peut dès lors pas considérer une température d’utilisation constante équivalente à la consigne de température des ballons (soit 60°C).

Nous avons placé une sonde de température digitale à la sortie des ballons d’ECS. Ces mesures permettent d’affiner la consommation d’énergie nécessaire à la production d’ECS. Par la suite, cette consommation d’énergie est convertie en m³ d’eau chaude à une température de référence de 60°C.

Estimation de la consommation d’eau chaude sanitaire

L’eau chaude sanitaire est utilisée pour les bains, les douches, les lavabos et la cuisine de la maison de repos.

Durant la période de relevé du compteur d’ECS (du 18 au 25 janvier 2002), 21 m³ d’ECS à une température variable ont été consommé, soit 3 m³ par jour. Cette valeur moyenne de consommation est confirmée par la deuxième période de mesures. En effet, entre le vendredi 18 janvier et le vendredi 19 avril, 262 m³ d’ECS ont été consommés en 90 jours, ce qui nous donne une moyenne de 2.9 m³ par jour, valeur très proche des 3 m³.

Pour déterminer la température de consommation, nous effectuons une moyenne arithmétique des mesures de température obtenues avec la sonde entre le 18 et le 25 janvier 2002. Cette température moyenne est égale à 41°C. Convertis en eau chaude à la température de référence de 60°C, 3 m³ d’ECS à 41°C correspondent à 1.9 m³ d’ECS à 60°C.

Cependant, nous prenons une marge de sécurité en arrondissant à 2 m³ de consommation d’ECS à 60°C, ce qui nous donne un ratio de consommation de 25 litres d’ECS à 60°C par lit et par jour. À titre de comparaison, dans la littérature, ce ratio de consommation est estimé à 40 litres d’ECS à 60°C par lit et par jour, pour une maison de repos.

Profil journalier des besoins en eau chaude

Le profil journalier de consommation d’ECS est illustré par l’histogramme de la figure ci-dessous. Les barres en rouge foncé représentent les mesures, celles en bleu clair représentent une estimation de cette consommation car les mesures n’ont pas pu être relevées pour ces plages horaires nocturnes. L’estimation se base sur le profil de température (à une chute de température correspond un puisage important) et sur les habitudes du personnel (bains et toilette des résidents le matin et faible consommation en soirée), tel que la somme de ces estimations soit égale à la quantité d’eau prélevée qui a été mesurée durant ces plages horaires.

En outre, cette figure montre que l’installation actuelle de production d’ECS ne fonctionne pas de manière optimale. En effet, nous constatons de nombreuses relances des résistances électriques en journée, à un tarif électrique très désavantageux pour la maison de repos. Ces périodes de relance sont représentées par une hausse de la température en sortie des ballons d’ECS. Il est également étonnant que la consigne des 60°C ne soit pas respectée lors du réchauffage de l’ECS la nuit.

Profil journalier de consommation d’ECS et profil journalier de température (mesures et estimations).

Dans la suite du rapport, nous considérons que ce profil journalier se répète de manière cyclique tous les jours de l’année.

Profil hebdomadaire des besoins en eau chaude

Le profil hebdomadaire a été obtenu à partir de la première période de mesure (du 18 au 25 janvier 2002).

Profil hebdomadaire mesuré de consommation d’ECS à 60°C.

Nous remarquons que la consommation d’eau chaude sanitaire est quasi constante d’un jour à l’autre, excepté le dimanche. Pour cette semaine, la consommation moyenne d’eau chaude à la température de référence de 60°C est de 1.9 m³ par jour. Par la suite, nous supposerons un profil hebdomadaire de 7 jours de consommation égale à 2 m³ d’ECS à 60°C par jour, et ce pour toutes les semaines de l’année.

Variations mensuelles des besoins en eau chaude

Le profil mensuel de consommation d’ECS à 60°C considéré dans ce rapport est illustré ci-dessous. Ce profil a été obtenu en multipliant le nombre de jours compris dans un mois par le ratio de consommation de 2 m³. Ainsi, la maison de repos La Charmille consomme annuellement 730 m³ d’ECS à 60°C.

Profil annuel type de consommation d’ECS à 60°C.

Descriptif du système solaire proposé

Stratégie de conception de l’installation

L’étape suivante consiste concevoir l’installation solaire thermique de production d’eau chaude en fonction des besoins en eau chaude déterminés ci-dessus.

Le système solaire proposé tient compte des contraintes techniques (place disponible, orientation de la toiture…) ainsi que des opportunités présentes pour l’intégration d’un système solaire dans l’installation existante (travaux de rénovations en cours, adéquation des besoins…).

Contraintes et opportunités

Les différentes contraintes et opportunités techniques et/ou architecturales concernent essentiellement :

l’installation des capteurs (surface disponible, orientation, ombrage, accès…),
l’installation des ballons de stockage (place disponible, accès…),
l’appoint (électrique, gaz, mazout, cogénération…).

Installation des capteurs solaires

Contraintes

Le toit plat de la maison de repos La Charmille est séparé en deux par un local technique, comprenant les moteurs des ascenseurs, créant un ombrage sur la portion de toit située au nord de ce local. De cette façon, la surface horizontale disponible est limitée à la partie de toit située au sud du local technique, soit 230 m².

Généralement, la surface des capteurs qu’il est possible de poser sur un toit plat, en évitant l’ombrage des champs de capteurs entre eux, est égale à la moitié de la surface du toit. En terme de surface installée de capteurs, cette contrainte se traduit par une surface maximale de 115 m².

Comme nous le verrons par la suite, d’un point de vue économique, la surface optimale de capteurs se trouve bien en-dessous de cette contrainte.

Opportunités

Étant donné que la portion de toiture pressentie est plate et n’est soumise à aucun ombrage, il est possible de choisir l’orientation et l’inclinaison optimale des champs de capteurs.

Installation des ballons de stockage

Contraintes

Aucune contrainte pour l’installation des ballons de stockage dans le local technique du sous-sol n’a été inventoriée.

Par contre, nous déconseillons l’installation des ballons de stockage dans le local technique du toit, où la place disponible est réduite et d’accès difficile.

Opportunités

Étant donné la vétusté de l’installation de production d’ECS existante (un ballon hors service et un deuxième qui menace de percer) et le souhait du gestionnaire d’effectuer des économies d’énergies et financières (production d’ECS et chauffage électrique), un projet de rénovation est en cours. Le moment est donc bien choisi pour évaluer la pertinence d’un système solaire de production d’eau chaude.

Le local technique du sous-sol est suffisamment spacieux (4 ballons de 1 000 litres chacun sont déjà installés) et l’accès est aisé (porte d’environ 2 m de large sur 2 m de haut).

Appoint

Contraintes

Actuellement, l’appoint ne peut être qu’électrique. Outre le coût plus élevé du kWh électrique par rapport au kWh gaz, cet appoint exige, si l’on désire faire fonctionner les résistances au tarif exclusif nuit, un surdimensionnement important du volume de stockage. En effet, il faut qu’en début de journée les ballons de stockage soient chargés au maximum afin d’assurer la satisfaction des besoins en ECS tout au long de la journée. Il faut qu’ils contiennent, dans le cas présent, minimum 3 000 litres d’eau à 60°C (correspondant au pic de consommation mesuré) majoré d’un facteur de surdimensionnement tenant compte des pertes thermiques de la boucle sanitaire et des ballons eux-mêmes.

Opportunité

Étant donné qu’une conduite de gaz passe juste devant la maison de repos La Charmille et qu’il s’avérerait très intéressant d’y installer le chauffage central, il serait plus judicieux d’ assurer l’appoint du système solaire par un échangeur raccordé à la chaudière au gaz. C’est cette option qui sera considérée dans la suite du rapport.

Schéma technique de l’installation

Pour la maison de repos La Charmille et selon la stratégie de conception adoptée, le schéma ci-dessous présente le système solaire optimal pour le préchauffage de l’eau sanitaire.

Schéma de l’installation solaire thermique proposé pour la production d’eau chaude.

D’autres schémas sont possibles, mais celui-ci présente une approche couramment utilisée. Le schéma est expliqué en détail ci-dessous.

Les composants du système solaire présenté peuvent être groupés en 5 catégories.

1. Les capteurs solaires

Pour la production d’eau chaude sanitaire nous choisirons des capteurs plans atmosphériques. En effet, des capteurs solaires sous vides ne conviennent bien souvent que pour des applications à hautes températures ou lorsque la surface disponible en toiture est limitée, ce qui n’est pas le cas de la maison de repos La Charmille. Les capteurs sous-vide possèdent des performances supérieures pour une même surface installée. Cependant, ces capteurs sont, à production identique, plus chers que des capteurs plans atmosphériques.

2. Le circuit primaire

Le circuit primaire est un circuit fermé composé de tuyauteries, généralement en cuivre, qui relient le capteur (13) à un échangeur de chaleur (6) externe au ballon de stockage solaire (23).

Typiquement, pour les grands systèmes solaires, au-delà de 30 m² de capteurs, un échangeur de chaleur externe est utilisé. En effet, les puissances importantes mises en jeu nécessitent de grandes surfaces d’échange. Il n’est cependant pas rare de rencontrer des ballons de stockage solaires à échangeur interne, même pour ces grands systèmes. Ce choix est à discuter avec le fournisseur.

Le circuit primaire, relatif à l’installation sous pression, est totalement rempli d’un fluide caloporteur résistant au gel. On pourrait également travailler avec de l’eau pure non glycolée dans le cas d’un système à vidange. Dans ce cas précis, on peut omettre le vase d’expansion car le circuit primaire n’est pas mis sous pression, mais il faut prévoir la place pour installer le réservoir à vidange entre le champ des capteurs et le ballon de stockage solaire. Le choix d’un système « sous pression » ou « à vidange » peut encore s’effectuer lors de la rédaction du cahier des charges ou même lors de l’adjudication.

Le circuit primaire est muni des accessoires suivants :

Une soupape de sécurité (9) munie d’un manomètre destinée à évacuer les surpressions en cas de surchauffe de l’installation. Cette vanne est raccordée à un réservoir de collecte du fluide caloporteur avec anti-gel pour éviter tout rejet toxique dans le réseau d’égout.

Un vase d’expansion (10), placé du côté aspiration de la pompe de circulation, chargé d’absorber les différences de volume et de récolter la totalité du fluide caloporteur expulsé des capteurs en cas de surchauffe.

Une pompe de circulation (12) assurant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit.

Un purgeur manuel (14) permettant d’éliminer l’air en partie haute du circuit lors du remplissage et des entretiens.

Un clapet anti-retour (18) pour éviter la formation d’un contre-courant de thermocirculation qui déchargerait le ballon de stockage solaire de sa chaleur.

Plusieurs vannes d’isolement (11) et (16) pour isoler les composants principaux du système en cas d’entretien ou de remplacement.

Un robinet (8) permettant le remplissage et la vidange du circuit en fluide caloporteur.

3. Le circuit d’eau sanitaire

En amont des ballons de stockage, le circuit d’eau sanitaire est équipé des dispositifs suivants :

Une vanne d’arrêt (1) permettant d’isoler le chauffe-eau solaire du réseau de distribution d’eau sanitaire.

Une soupape de sécurité (4) destinée à protéger le circuit des surpressions.

Un robinet (5) permettant de vidanger l’installation.

Le risque de fuite de liquide caloporteur du circuit primaire au niveau de l’échangeur de chaleur externe ne pouvant être totalement exclu, le réseau d’eau froide sanitaire doit être protégé de toute contamination par le fluide caloporteur. L’alimentation en eau sanitaire est donc équipée du dispositif suivant :

Un disconnecteur non contrôlable à zones de pression différentielle (2) interdisant le retour de l’eau sanitaire du ballon de stockage solaire vers le réseau.

Précisons que ce disconnecteur, les soupapes et robinet de vidange sont raccordés à des réservoirs de collecte du fluide caloporteur (3), l’évacuation directe vers les égouts étant interdite, vu la toxicité de ce fluide.

Les deux ballons de stockage ont une fonction différente : le premier (23), alimenté par le circuit de transfert (19), stocke temporairement l’énergie apportée par l’échangeur (6), tandis que le deuxième (28) permet, grâce à l’appoint, de disposer d’une eau à la température souhaitée, quelles que soient les conditions d’ensoleillement.

Le circuit d’eau sanitaire est également pourvu des composants suivant :

Une vanne thermostatique à trois voies (24) dirigeant l’eau sortant du ballon de stockage solaire, en fonction de sa température, soit vers l’installation de chauffe complémentaire, soit directement vers les points de puisage.

Une conduite (25) permettant de by-passer le ballon d’appoint pré-existant chaque fois que le ballon de stockage solaire peut assurer seul la satisfaction des besoins en eau chaude.

Une conduite (27) équipée d’une vanne on/off motorisée et d’un circulateur reliant la partie haute du ballon d’appoint à la partie basse du ballon de stockage solaire.

Une conduite (29) équipée d’un clapet anti-retour et d’un circulateur permettant de transférer l’eau chaude du premier ballon (23) au second (28).

En outre, en cas d’ensoleillement important (été), l’eau chaude sanitaire peut sortir du ballon de stockage solaire (23) à une température supérieure à la consigne (soit 60°C pour la maison de repos La Charmille). Afin d’éviter tout risque de brûlure aux points de puisage, l’installation est donc munie du dispositif suivant :

Une vanne thermostatique à 3 voies (22) mélangeant de l’eau froide à l’eau chaude de façon à produire de l’eau à une température maximale égale à la consigne de 60°C.

4. Régulation

L’installation solaire thermique de production d’eau chaude est totalement automatisée. Ce système possède trois organes de régulation (généralement contenu dans un seul boîtier), chacun ayant une mission qui lui est propre :

Un appareil de régulation (17) pour le circuit primaire, qui commande le circulateur (12) et celui du circuit de transfert (19).

Un appareil de régulation (26), qui commande la vanne et le circulateur de la conduite (27).

Un appareil de régulation (31) commandant le circulateur de la chaudière (30) et le circulateur de la conduite (29).

Les règles de décision de ces 3 organes de la régulation seront explicitées dans le fonctionnement du système solaire.

5. L’appoint

Les panneaux solaires ne peuvent à eux seuls satisfaire l’entièreté des besoins en eau chaude. Un système solaire comprend donc toujours une connexion à un appoint. Dans le cas présent, l’appoint sera assuré par une chaudière au gaz (30) qui chauffe le ballon d’appoint (28).

Fonctionnement du système solaire

Toujours sur base du schéma technique général, nous allons passer en revue la régulation du système solaire.

1. Régulation du circuit primaire

Le principe qui régi la régulation est de véhiculer l’énergie contenue dans les capteurs (13) vers le ballon de stockage solaire (23) de façon à maximiser la production solaire.

Le circulateur (12) du circuit primaire et celui du circuit de transfert (19) sont mis en marche lorsqu’une différence de température supérieure à la consigne de démarrage programmée dans la régulation (17) est mesurée entre la sonde capteur (15) et la sonde en fond de ballon de stockage solaire (20). typiquement, cet écart de température est de l’ordre de 5 à 10°C. La régulation met les deux circulateurs à l’arrêt dans deux cas :

Soit, pour un ensoleillement trop faible, lorsque la différence de température est inférieure à la consigne d’arrêt (typiquement 2°C et en tout cas toujours inférieure à la consigne de démarrage pour éviter des conflits de régulation c.-à-d. marche – arrêt intempestif).

Soit, pour un ensoleillement trop abondant, lorsque la température en pied de ballon de stockage solaire dépasse la température limite programmée dans la consigne. Cette température varie entre 60 et 75°C selon le fournisseur.

De par sa conception, une installation à circuit primaire classique sous pression peut atteindre des températures de fonctionnement supérieures à 100°C (jusqu’à 130°C avec une pression de 6 bars). De ce fait, certains constructeurs équipent leurs installations d’une autre sonde de température (21) positionnée en tête de ballon de stockage solaire. Dans ce cas la mise à l’arrêt en cas de surchauffe est commandée lorsque la température mesurée par cette sonde atteint 95°C.

2. Régulation des ballons de stockage

Les ballons de stockage ne nécessitent pas de régulation particulière, ils chauffent et refroidissent selon les apports et les soutirages d’eau chaude.

Cependant, une désinfection thermique du ballon de stockage solaire doit être prévue afin d’éviter les risques de légionellose. La régulation des ballons de stockage gère la conduite (27) permettant d’assurer cette désinfection thermique. Cette désinfection consiste à porter l’ensemble du ballon de stockage solaire à une température de 60°C par transfert d’eau chaude provenant du ballon d’appoint. Pour ce faire, la vanne motorisée est ouverte et le circulateur du circuit (27) est mis en fonctionnement jusqu’à obtenir la température requise en tête de ballon de stockage solaire. La manœuvre est commandée par la régulation (26) raccordée à une horloge programmable. En effet, pour la prévention de la prolifération de légionelles, il est recommandé de porter l’ensemble du ballon de stockage solaire à 60°C toutes les 24 heures.

3. Régulation de l’appoint

Finalement, le troisième organe de régulation (31) commande l’appoint. Le système d’appoint assure la fourniture constante d’eau à la température de consommation requise. La chaudière est également commandée par la régulation de l’appoint pour la désinfection thermique du ballon de stockage solaire, indépendamment des prélèvements aux points de puisage.

Pré-dimensionnement du système solaire

Méthodologie

La méthodologie suivie pour le pré-dimensionnement du système solaire est la suivante :

Détermination d’une dimension du système permettant de répondre aux besoins en tenant compte des contraintes techniques et architecturales.

Recherche du dimensionnement optimal du point de vue économique. Les deux variables considérées sont la superficie des capteurs et le volume de stockage.

Cet ajustement est réalisé en effectuant plusieurs simulations avec le logiciel suisse Polysun 3.3 Plus (version 2001) et tient compte du coût des composants du système solaire.

Le paramètre calculé est le coût du kWh d’eau chauffée par le système solaire (hors appoint). Le coût du kWh solaire le plus faible détermine la dimension optimale du système solaire.

Hypothèses de calcul

Les hypothèses de calcul concernent essentiellement la consommation d’eau chaude sanitaire.

La maison de repos La Charmille consomme 2 m³ d’ECS à 60°C par jour, soit 116 kWh par jour.

Le profil hebdomadaire correspond à 7 jours de consommation constante égale à 2 m³.

Le profil mensuel de la figure 7 est pris en compte pour la simulation.

La consommation annuelle d’ECS à 60°C est de 730 m³, soit une énergie équivalente de 42 340 kWh.

L’eau froide qui entre dans le système a une température égale à 10°C.

L’existence d’une boucle d’ECS entraînant des pertes d’environ 13 135 kWh par an.Les caractéristiques suivantes ont été considérées :longueur : 200 m,
diamètre : 50 mm,
delta de température : 40°C, isolation en laine minérale de 40 mm d’épaisseur,
fonctionnement : de 5h à 22h, soit un total de 6 570h par an.

Paramètres de simulation

Les paramètres de simulation se rapportent au système solaire : les conditions d’ensoleillement, les capteurs, les ballons de stockage, la puissance de la chaudière d’appoint, …

Conditions d’ensoleillement

Les conditions d’ensoleillement correspondent à une année météorologique type en région namuroise (données fournies par le logiciel de simulation : Météonorme 95 valeurs horaires).

Capteurs solaires

Orientation optimale, plein sud.

Inclinaison optimale de 40° par rapport à l’horizontale.

Aucun ombrage des capteurs (par des arbres, bâtiments ou collines, ou par les rangées successives de capteurs).

Capteurs plans atmosphériques : h₀= 0.8060, h₁= 3.551 W/m²K et ₂= 0.013 W/m²K (moyenne de trois marques réputées de capteurs, proposées sur le marché wallon).

Ballons de stockage

Le ballon de stockage solaire possède un échangeur de chaleur externe et est isolé par 150 mm de laine de verre.

Le ballon de stockage d’appoint possède un échangeur interne et est isolé par 150 mm de laine de verre.

Chaudière d’appoint au gaz

Puissance nominale de 250 kW (fixée arbitrairement).

Consigne de marche : 60°C, consigne d’arrêt : 65°C.

Schéma du système solaire simulé

Le schéma proposé par Polysun (le plus proche du schéma souhaité) est illustré ci-dessous. Les chiffres de surface de capteurs et de volume de stockage concernent les dimensions optimales du système solaire pour la production d’ECS.

Schéma du système solaire simulé avec Polysun.

Premier dimensionnement

Généralement, pour une première estimation de la surface de capteurs nécessaires pour couvrir une fraction des besoins en ECS, il est d’usage de diviser la consommation d’ECS à 60°C par jour, exprimé en litres, par le facteur 75, tel que le montre la formule suivante :

où :

S_capteurs = Surface des capteurs selon un premier dimensionnement (en m²).
V_{ECS à 60°C} = Volume d’ECS consommé par jour à 60°C (en litres).

Ce premier dimensionnement nous donne une surface de capteurs d’environ 27 m³.

De même, pour estimer le volume de stockage correspondant à cette superficie de capteurs, il est d’usage de multiplier cette surface par le facteur 20 (dans le cas d’une maison de repos), tel qu’illustré par la formule suivante :

où :

V_stockage= Volume de stockage du système solaire (en litres).

Ce premier dimensionnement nous donne un volume de stockage solaire égal à 540 litres.

Dimensionnement optimal pour la production d’ECS seule

Estimation du coût du système

L’optimisation du dimensionnement s’effectuant selon une recherche du coût minimum du kWh solaire, il est nécessaire d’évaluer ce coût.

Pour ce faire, nous avons demandé à différents fournisseurs de réaliser un devis pour 4 dimensions différentes du même système solaire.

Les coûts des composants repris dans ce rapport font la moyenne des prix proposés par deux fournisseurs ayant répondu favorablement, majorée de 4 %.

Le tableau ci-dessous indique un coût moyen par poste principal.

Les prix sont exprimés en € et s’entendent hors TVA. La main d’œuvre pour le montage de l’installation est comprise dans le prix. Il s’agit d’un ordre de grandeur donné à titre d’information.

Coût moyen d’un système solaire par poste principal.

Surface optimale

Le tableau ci-dessus montre que la surface installée de capteur est le facteur qui influence le plus largement les coûts. Nous allons donc, en premier lieu, estimé la surface optimale de capteurs qu’il faut installer à la maison de repos La Charmille.

Une première série de simulations ont été effectuées pour quatre surfaces de capteurs (25, 50, 75 et 100 m²) et pour le même volume de stockage 2 000 litres au total). Le logiciel Polysun fournit l’apport solaire annuel (en kWh/an) pour ces quatre superficies de capteurs.

Ensuite, il faut calculer le coût du kWh solaire. Pour ce faire, on considère une durée de vie réaliste du système de 25 ans. La formule permettant de calculer ce coût est la suivante :

où :

C_{kWh solaire} = coût du kWh solaire (en € / kWh )
INV = Investissement total du système solaire (en €)
n = durée de vie escomptée du système solaire (en année)
A_{kWh solaire} = apport solaire annuel (en kWh / an)

Finalement, cette formule, appliquée aux quatre surfaces de capteurs considérées (25, 50, 75 et 100 m²), donne le coût moyen estimé du kWh solaire :

Optimisation de la surface de l’installation qui minimise le coût moyen du kWh solaire.

Nous remarquons qu’à l’optimum économique, soit une surface de capteurs d’environ 50 m², le coût du kWh solaire est d’environ 0,072 €.

Volume de stockage optimal

Nous allons à présent déterminer l’optimum économique du volume de stockage du système solaire correspondant à la surface de capteurs optimale (50 m²). nous calculons le coût moyen du kWh pour quatre volumes différents, à savoir 1 500, 2 000, 3 000 et 4 000 litres, le coût du stockage solaire est estimé quant à lui à environ 3 300 € par 1 000 litres.

D’après les résultats de simulation, le volume de stockage correspondant à l’optimum économique est d’environ 2 000 litres au total, soit 1 000 litres pour le ballon de stockage solaire et 1 000 litres pour le ballon de stockage d’appoint.

Cet optimum pour le volume de stockage est illustré ci-dessous.

Optimisation du volume de stockage qui minimise le coût moyen du kWh solaire.

Conclusion

Pour la production d’ECS à la maison de repos La Charmille, les dimensions optimales du système solaire, du point de vue économique, sont les suivantes :

Une surface installée de capteurs d’environ 50 m²,

et un volume de stockage d’environ 2 000 litres (1 000 litres pour le ballon de stockage solaire et 1 000 litres pour le ballon de stockage d’appoint).

Faisons remarquer que si l’appoint est électrique et que l’on désire faire fonctionner les résistances sur le tarif exclusif nuit, il faudra majorer le volume stockage d’appoint d’environ 3 à 4 000 litres.

À noter qu’il s’agit d’un optimum économique. Il est tout à fait possible d’installer une superficie de capteurs plus importante, qui aura l’avantage d’augmenter l’économie en énergie primaire et donc de réduire davantage les émissions de CO₂pour la production d’ECS à la maison de repos La Charmille.

Bilan de l’opération

Bilan énergétique

Fraction de l’énergie utile non fournie par l’appoint (en %)

L’énergie utile Q_u représente la quantité de chaleur qui a été nécessaire pour chauffée l’eau consommée. Cette valeur tient compte des pertes du circuit solaire (tuyaux, pompe, capteurs, …), des pertes de stockage et de l’énergie auxiliaire qui a du être fournie par le chauffage d’appoint. Si l’on retire de Q_u la partie fournie par l’appoint Q_aux.net, et que l’on rapporte cette quantité obtenue par l’énergie utile Q_u, nous obtenons la fraction solaire utile, soit le fraction de l’énergie utile qui n’a pas dû être fournie par l’appoint, telle que le montre la formule suivante :

Pour le système solaire possédant les dimensions optimales, l’énergie utile nécessaire pour produire 730 m³ à 60°C est de 56 570 kWh/an (pertes comprises). L’énergie auxiliaire de l’appoint est de 33 668 kWh/an.

Ainsi, la fraction solaire utile est de 40.5 % telle que le montre la formule suivante :

Économie d’énergie primaire

Cette énergie fournie chaque année par le rayonnement solaire ne doit pas être produite par la chaudière. S’agissant d’une chaudière au gaz à haut rendement dont le rendement annuel global est égal à 80 %, l’économie d’énergie primaire réalisée est de 28 627 kWh/an, d’après la formule suivante :

Un m³ de gaz ayant un PCI d’environ 10 000 Wh/Nm³, le système solaire permet d’économiser 2 863 m³ de gaz par an.

Bilan économique

Estimation du coût du kWh solaire

Le coût du système solaire optimal est de 40 682 € HTVA, hors subsides, main d’œuvre comprise. Ce système solaire permet de produire 22 902 kWh/an par le soleil. Ainsi, comme mentionné précédemment, le coût du kWh solaire est d’environ 0,072 € avec une durée de vie du système estimée à 25 ans.

Gain économique

Au prix du gaz de 2001, soit environ 0.31 €/m³ (tarif ND2), le gain économique annuel consécutif à l’installation du système solaire est d’environ 887 €, correspondant à une réduction de la facture de 40.5 % pour la production d’ECS.

L’avantage économique majeur du système solaire réside dans le prix constant du kWh solaire. Alors que, pour les énergies fossiles, les scénarios les plus réalistes tablent sur une augmentation des prix de ces énergies dans les prochaines années. Comme nous l’avons constaté entre 1998 et 2001, le prix du gaz a augmenté de 41 % en 3 ans ! Il va de soi que si le prix du gaz double, l’économie financière réalisée est également doublée.

À noter que les éventuelles primes et subsides que la maison de repos La Charmille peut obtenir pour l’installation d’un système solaire de production d’eau chaude ne sont pas prises en compte dans les calculs de coût du kWh solaire ni du gain économique.

Bilan environnemental

Émissions de CO₂ évitées

Le facteur d’émission du gaz naturel est de 249 grammes de CO₂par kWh d’énergie primaire.

Ce facteur, issu du Décret du 12 avril 2001 relatif à l’organisation du marché de l’électricité en Wallonie, tient compte des émissions de CO₂liées à la production du gaz naturel. Le système solaire permet une réduction de 5 659 kg de CO₂ chaque année, soit un total de 141 tonnes sur la durée de vie du système (25 ans).

Nous pouvons également calculer le coût des émissions de CO₂évitées en divisant le coût total du système solaire par la réduction de CO₂.

Le système solaire optimal coûte 40 682 € (hors subsides) et permet d’éviter l’émission de 141 tonnes de CO₂sur 25 ans. Le coût des émissions de CO₂évitées est par conséquent de 288 €/tonne.

Autres Impacts

Les autres impacts positifs d’un tel projet résident dans la visibilité du système solaire, rejaillissant sur l’image « durable » de la maison de repos La Charmille, ainsi que dans l’aspect didactique de l’installation : le personnel pourra s’apercevoir de l’intérêt évident et de la facilité de fonctionnement d’une installation solaire de production d’eau chaude.

En outre, la maison de repos La Charmille se positionnera parmi les premiers projets de maison de repos « solaire » de la nouvelle génération.

Contrôle des performances

Garantie de Résultats Solaires

Appliquée à la production collective d’eau chaude sanitaire, la Garantie de Résultats Solaires correspond à un engagement contractuel de fourniture d’énergie thermique d’origine solaire pour un besoin donnée d’ECS. Cette garantie permet à l’auteur de projet d’avoir un seul interlocuteur qui représente solidairement le fournisseur, le bureau d’études et l’installateur. Comme toute garantie, si le consortium ne respecte pas ses engagements, il devra dédommager l’auteur de projet. Cette garantie, d’ailleurs proposée par certains fournisseurs en Belgique, est vivement conseillée.

Monitoring

Les fournisseurs peuvent également assurer, en dehors de la garantie de résultats solaires, le monitoring du système solaire (mesures énergétiques, acquisition et transfert des données). Le monitoring a l’avantage de faire connaître avec précision l’apport solaire pour le pré-chauffage de l’eau mais également de déceler tout dysfonctionnement du système ou une consommation anormale de l’établissement.

Ce qui a été réalisé

En 2003 les travaux furent entrepris et l’installation entra en service en mai à la grande satisfaction des utilisateurs.

Les installations

L’installation réellement mise en place fut légèrement différente de ce qui avait été prévu.

75 m² de capteurs furent placés au lieu de 50 m² : 32 panneaux de 2.32 m² utiles.

32 panneaux de 2.32 m².

Le circuit primaire ne fut pas installé. Il fut remplacé par des ballons de stockage solaire à échangeur interne. Il n’y donc pas d’échangeur de chaleur externe. De plus, le système n’est pas « sous pression » mais « à vidange gravitaire ». De cette manière, dès que les pompes s’arrêtent le circuit extérieur se vide dans des réservoirs de stockage et tous les risques de gel des installations disparaissent. Cela nécessite cependant beaucoup de soin dans la mise en place afin qu’à tout endroit il y ait une pente suffisante vers les réservoirs. Toute contrepente est à proscrire.

La pente des canalisations permet la vidange automatique à l’arrêt.

Les réservoirs à vidange.

Trois ballons de stockage solaire de 1 000 litres furent installés.

Trois ballons de stockage de 1000 litres = 3000 litres.

L’appoint se faisant en série, l’eau passe ensuite dans deux ballons de 850 litres qui permettent grâce à l’appoint fourni par le chauffage central de disposer d’une eau à la température souhaitée. Un des ballons est dédié à la fourniture de l’eau chaude sanitaire à 45 °C, l’autre à l’eau chaude de cuisine à 60 °C. Des vannes mélangeuses thermostatiques à trois voies règlent la température des boucles de distribution.

Deux ballons de 850 litres branchés sur le chauffage central permettent grâce à l’appoint de disposer d’une eau à température souhaitée quelles que soient les conditions d’ensoleillement.

Les radiateurs électriques à accumulation installés dans le bâtiment ont été remplacés par un chauffage central au gaz. Deux chaudières de 290 kW chacune ont été placées dans un local technique en toiture. Le choix de cet emplacement a été justifié par des raisons pratiques de sécurité et par l’absence de cheminée déjà existante. Ce sont ces chaudières qui fournissent l’appoint en eau chaude sanitaire. La puissance de ces chaudières est largement suffisante, car le bâtiment, bien qu’ancien, est thermiquement isolé. L’isolation doit sa présence au chauffage électrique qui a été installé à l’origine de l’immeuble.

Les deux chaudières de 290 kW.

Les rendements

Mis à part quelques réparations effectuées sous garantie en début de fonctionnement, l’installation s’est révélée fiable et facile d’usage. Dès 2004 la production solaire atteignait 29 000 kWh soit environ 380 kWh/m². Depuis, la production tourne autour des 35 000 kWh par an.

Grâce aux subsides, l’installation a été amortie en deux ans. Il en aurait fallu vingt sans les subsides !

Un deuxième home du CPAS de Gembloux, situé à Grand-Leez a été équipé d’un système semblable tout aussi efficace.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir le réseau électrique avec un regard URE

Gestion manuelle des équipements

Un premier niveau dans la gestion des équipements électriques est la commande manuelle ou la simple gestion par horloge.

La première étape est de définir les équipements que l’on souhaite pouvoir couper de façon autonome.

Il s’agit des équipements qui restent systématiquement en fonctionnement en période d’inoccupation :

l’éclairage,
les équipements raccordés sur des prises (bureautique, éclairages individuels, chaufferettes, …),
les équipements de ventilation, …

Ensuite, il faut donner aux utilisateurs les outils de commande nécessaires. Cela signifie que ces équipements devront se trouver sur des circuits propres.

Le principal poste sur lequel il convient d’agir est l’installation d’éclairage.

Il faut prévoir au stade de l’avant-projet le mode de câblage des luminaires de manière à pouvoir effectuer une gestion en fonction de l’éclairage naturel et une gestion en fonction de l’occupation.

La gestion manuelle de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel n’est faisable que s’il est possible d’éteindre séparément les rangées de luminaires en fonction de leur éloignement des fenêtres. On peut aussi, par exemple, raccorder un luminaire sur trois dans les couloirs pour assurer un éclairage de veille ou d’entretien. Ou encore répartir les commandes au sein d’un plateau paysager.

Une réflexion semblable peut se faire pour tous les équipements qui pourraient être délestés de façon centralisée.

Gérer

Pour en savoir plus sur le délestage, cliquez ici !

Pratiquement, réaliser des circuits d’alimentation séparés avec un minimum de câblage peut se faire en utilisant des câbles à 4 fils (3 phases et 1 terre) plutôt que des câbles à 3 fils. Cela permet de réaliser 2 circuits avec un même câble et un surcoût modéré.

Schéma 2 circuits avec un même câble.

De plus l’utilisation de connecteurs électriques rapides permet de diminuer les coûts d’installation et de permettre une réaffectation rapide des équipements en fonction des besoins.

Connexion rapide d’un luminaire.

Exemple.

Au Centre Hospitalier Régional de Mouscron, le Responsable technique, a constaté que la majeure partie de la consommation de nuit du bâtiment était imputable aux différents équipements, laissés en fonctionnement (équipements de bureautique, chaufferettes, …).

Pour résoudre ce problème, il instaura lors de la rénovation des installations électriques vétustes, que le circuit « prises » soit scindé en deux :

un circuit équipé de prises blanches qui, raccordé à une horloge, est automatiquement coupé durant la nuit;

un circuit équipé de prises rouges qui, lui, reste alimenté en permanence et qui permet au personnel de raccorder les équipements vitaux qui ne peuvent être coupés (recharge d’une batterie, fonctionnement d’un programme informatique, …).

Photo prise rouge, prise blanche.

Dans le même ordre d’idée, la commande de l’éclairage des locaux de consultation a été rapatriée vers une commande unique qui permet au gardiennage d’éteindre de façon centralisée tous les luminaires restés en fonctionnement. En parallèle, les circuits d’éclairage des couloirs permettent le maintien d’un éclairage minimum durant la nuit.

Gestion autonome de certains équipements

Il est également possible de gérer indépendamment différents équipements au moyen de systèmes qui leur sont propres :

En bureautique, de plus en plus d’équipements (ordinateurs, photocopieurs, …) possèdent des modes de mise en veille qui diminuent fortement leur consommation lorsqu’ils ne sont pas utilisés.

En éclairage, également, les fabricants ont développé des systèmes de gestion, en fonction de la présence et en fonction de l’éclairage naturel, qui agissent directement sur les ballasts électroniques. Ces systèmes peuvent même être indépendants pour chaque luminaire.

Il existe en ventilation des bouches intégrant un détecteur de présence.

Une telle gestion équipement par équipement doit évidemment s’étudier au cas par cas. Par exemple, la détection de présence sur l’éclairage d’un bureau ne semble pas adéquate puisqu’elle n’est sensible qu’aux mouvements qui risquent d’être trop faible dans un travail de bureau.

Concevoir	Pour en savoir plus sur la gestion de la bureautique, cliquez ici !
Concevoir	Pour en savoir plus sur la gestion de l’éclairage, cliquez ici !
Concevoir	Pour en savoir plus sur la gestion de la ventilation, cliquez ici !

Lorsque la gestion des équipements se fait par un système extérieur comme ce peut être le cas pour les protections solaires ou l’éclairage, on risque de démultiplier les systèmes de gestions différents et séparés sans possibilité de supervision globale et surtout en démultipliant les câblages dans le bâtiment.

Gestion centralisée

La gestion centralisée des équipements électriques répond à plusieurs objectifs :

Gérer de façon centralisée les horaires de fonctionnement des équipements de manière à limiter au maximum les temps de fonctionnement tout en permettant des dérogations.

Suivre le comportement des équipements de manière à détecter les dérives et à adapter les paramètres de réglage.

Prenons un exemple pour situer l’importance d’une gestion centralisée : dans un des nouveaux bâtiments de la Région wallonne (30 000 m²), on enregistre une puissance résiduelle de nuit de plus de 50 kW sur les circuits « prises » non gérés, alors que des équipements de bureau modernes ont été installés !
Il existe deux méthodes pour gérer le fonctionnement des équipements de façon centralisée :

l’une, ne comprenant que des équipements traditionnels (câblage de puissance, contacteurs, …) gérés au niveau du tableau électrique par un automate programmable,

l’autre, utilisant des équipements adressables, raccordés par un bus de communication qui véhicule les informations nécessaires à la gestion.

Gestion par automate programmable

Études de cas

Cette philosophie a été appliquée dans les bâtiments de l’administration régionale wallonne, notamment aux Moulins de Beez.

Toute la gestion est centralisée dans le tableau électrique (par exemple, 1 par plateau). Celui-ci gère l’installation, principalement au moyen de contacteurs disposés également dans le tableau. De là, partent les circuits électriques traditionnels vers les commandes (interrupteurs, boutons poussoirs) et les équipements (prises, luminaires, …). Avec un tel système, il est pratiquement impossible avec un coût de câblage modéré de gérer les installations local par local. Seule une gestion par plateau (par tableau électrique) est possible.

Il est, en outre, possible de raccorder les différents automates ensemble, par un bus de communication et donc de paramétrer l’entièreté d’un bâtiment de façon centralisée.

Exemple : Gestion des équipements aux Moulins de Beez

Schéma gestion des équipements aux Moulins de Beez.

Schéma de gestion des Moulins de Beez : un automate par étage (TE = tableau électrique de l’étage) est supervisé par un automate principal qui permet la gestion de l’ensemble de l’installation.

Automate principal disposé dans le TGBT.

Automate secondaire disposé dans le tableau électrique d’étage.

Cas particulier de la gestion de l’éclairage des bureaux individuels :

Interrupteurs dans chaque bureau.
Contacteurs situés dans le tableau électrique et commandés par l’automate et les boutons relance « bureau ».

L’éclairage des bureaux est commandé via des contacteurs.

Le matin, en fonction d’un horaire programmé, l’automate ferme ceux-ci. À partir de ce moment, l’éclairage peut être allumé via les interrupteurs locaux.

Le soir, l’automate ouvre les contacteurs et coupe ainsi les équipements encore allumés. L’extinction des luminaires n’est pas immédiatement totale. Il y a tout d’abord un préavis d’extinction : le premier signal éteint uniquement les rangées de luminaires côté façade. Après un temps réglable, un deuxième signal éteint la deuxième rangée. Après chaque extinction, il est possible pour l’utilisateur de relancer complètement l’installation à partir d’un bouton poussoir situé dans le couloir. Celui-ci réenclenche les contacteurs. Il dispose alors d’un temps d’éclairage complet réglable avant que le cycle d’extinction ne recommence.

Cette solution demande une réflexion assez complexe sur la configuration que doit avoir le réseau. De plus, elle fournit une solution qui est figée. Elle ne peut donc s’adapter facilement à une modification de l’affectation des locaux. De même, une correction des commandes en fonction du comportement des utilisateurs face au système est difficile.

Gestion par bus de communication

Cette solution est la solution d’avenir. Elle consiste à parcourir le bâtiment avec un bus de communication.
Le principe est le suivant :

Un bus de communication (paire torsadée) parcourt tout le bâtiment.

Tous les équipements et systèmes de commande sont raccordés au bus via des boîtes de dérivation.

Tous les équipements et systèmes de commande sont adressables. Il n’y a plus de liaison de puissance entre eux. Les interrupteurs ne sont plus des éléments qui ouvrent physiquement un circuit électrique, mais des éléments qui envoient des informations sur le bus de communication qui seront traitées par le système de gestion. Chaque équipement possède un code qui permet au système de gestion de lui définir son rôle. Par exemple, on programme dans le système de gestion que l’interrupteur « xx » commande le luminaire « yy ». Une simple modification de la programmation permet de changer son affectation et de le faire commander le luminaire « zz ».

Les luminaires sont alimentés par un circuit de puissance et un module de communication avec le bus. Il existe également une série d’équipements adressables permettant de commander les autres équipements (circuits prises, HVAC, protections solaires, …).

Le bus de communication peut également accueillir une série d’équipements de régulation (sonde de température, d’ensoleillement, d’éclairement, …) qui lui permet de réaliser une régulation intégrée de tous les équipements. Par exemple, on peut faire interagir la commande des protections solaires et de l’HVAC.

Exemple.

Schéma de câblage d’un plateau de bureaux commandé par bus de communication.En fonction de la position des cloisons, une simple reprogrammation permet de dédier un interrupteur à d’autres luminaires, sans recâblage. On peut également remplacer un interrupteur par un dimmer, en gardant le même support de commande ou encore rebrancher sur le bus une sonde de présence, une sonde d’éclairement, une horloge, ….

Le bus parcourant les interrupteurs peut être disposé en faux plancher, ce qui permet plus facilement de rajouter des commandes où on veut (il est toujours plus délicat de rouvrir un faux plafond) et de les raccorder au bus.

Module de commande faisant l’interface entre la commande et par exemple 2 luminaires et une protection solaire.

On obtient ainsi un système de gestion complet, extrêmement flexible (modifications par simple réadressage des équipements) et ne demandant pas d’automate programmable. Le câblage de puissance est fortement simplifié mais il faut rajouter un câble bus qui parcourt tout le bâtiment.

Le surcoût d’une installation gérée par bus provient principalement des donneurs d’ordre (interrupteurs, boutons-poussoirs, …) communicants (actuellement un interrupteur traditionnel coûte environ 8,75 €, tandis qu’un interrupteur communicant coûte environ 62,5 €).

En lui-même le coût du bus n’est pas élevé (0,4 €/m). Une installation peut donc être évolutive.

L’essentiel est d’avoir prévu au départ un bus qui parcourt l’entièreté du bâtiment. Ceci peut se concevoir avec un surcoût de câblage très modéré par rapport à une installation traditionnelle.

Nous pensons que c’est un minimum à prévoir dans tout nouveau bâtiment !

Plusieurs degrés de sophistication sont possibles.

Une solution intermédiaire entre le câblage traditionnel et la gestion totale par bus, consiste à exploiter dès le départ le bus au moyen d’une installation de base, permettant un degré de flexibilité déjà important tout en utilisant des donneurs d’ordre traditionnels.

Il existe en effet des boitiers communicants pouvant se raccorder à des boutons poussoirs traditionnels. Ils permettent les mêmes possibilités d’adressage que tout autre système communicant (on peut définir quel bouton-poussoir commande quel luminaire). La seule différence est que l’on ne sait travailler qu’en tout ou rien au niveau de la commande.

Le coût de cette solution est nettement moindre que pour le système communicant complet puisqu’un boîtier permettant de relayer 4 boutons-poussoirs coûte environ 57,5 €, soit 15 € par point de commande au lieu de 62,5 €.

Boitier de raccordement de 4 boutons-poussoirs on-off.

Si on désire pouvoir dans la suite améliorer les possibilités de gestion, par exemple en plaçant dans certains locaux des dimmers, on peut prévoir dans le câblage un câble « bus » en attente au côté de la liaison entre le boitier et les boutons-poussoirs (en pointillé sur le schéma ci-dessus). On peut alors brancher un dimmer sur le bus en lieu et place du bouton-poussoir, sans aucun recâblage mais en connectant le bus en attente sur l’alimentation bus du boitier.

LON bus ou EIB bus ?

Actuellement, deux systèmes standards de gestion par bus de terrain semblent se développer « LON » et « EIB » (il existe d’autres types de bus mais « LON » et « EIB » semblent être les deux systèmes standardisés appelés à se développer dans le futur).

On peut résumer les avantages et inconvénients (actuels car cela évolue) comme suit :

Le système LON est actuellement plus développé en ce qui concerne la gestion des installations d’HVAC, tandis que EIB est plus spécialisé dans les applications électriques.

Dans le système EIB, tous les éléments sont directement compatibles, sans aucune programmation, tandis que la mise en commun de matériels certifiés « LON » de marques différentes demande une certaine programmation.

Idéalement, un système de gestion complet du bâtiment devrait comprendre les deux systèmes, communicant entre eux au moyen d’un système de supervision.

Cela constitue, cependant une installation de gestion conséquente. Ainsi, pour ne pas consentir dès le départ un investissement important, tout en se donnant la possibilité d’évoluer vers une gestion de plus en plus fine du bâtiment, il faut dès le départ prévoir un câblage minimum : un réseau EIB peut parcourir l’ensemble des plateaux (comme vu ci-dessus) et un câblage LON peut être placé en attente dans les gaines techniques verticales, de manière à pouvoir facilement créer une extension de la gestion vers les équipements climatiques locaux.

Suivi des consommations

Le suivi des consommations des différents postes consommateurs est un outil de gestion important pour optimaliser la facture électrique.

La facture mensuelle permet un suivi global et déjà de détecter des anomalies de fonctionnement, notamment par rapport aux prévisions qui auraient pu être faites.

Calculs

Pour estimer la consommation future d’un bâtiment, cliquez ici !

Cependant, pour affiner le diagnostic, une connaissance plus précise du fonctionnement de chaque poste consommateur est nécessaire.

Par exemple, on peut détecter sur la facture mensuelle une consommation en heures creuses anormale. Pour circonscrire la cause, il faudra vraisemblablement un comptage séparé des principaux types de consommateur.

De même, une gestion efficace de la pointe 1/4 horaire, demande un enregistrement de la charge totale de l’établissement mais également des principaux consommateurs. Dans le cas contraire, il devient difficile de cerner les éléments responsables et donc d’envisager un délestage efficace.

Compteurs disposés dans le tableau électrique (Moulin de Beez).

Cette gestion n’est possible que si le réseau électrique de départ a été conçu de manière adéquate et permet un suivi séparé des consommateurs. Il ne s’agit évidemment pas de disposer d’un circuit par équipement. On peut imaginer, au départ du TGBT, un circuit par grand poste :

l’éclairage,
la cuisine,
les équipements HVAC (séparer le chaud du froid),
les prises équipement (bureautique, …),
autres …

Idéalement, on pourrait, dans le cadre d’une gestion technique centralisée, équiper, dès le départ, chaque circuit d’un compteur avec enregistrement de charge. Cela permettrait un suivi en temps réel, permettant de corriger immédiatement toute dérive, ou simplement d’adapter les paramètres de réglage (horaires de fonctionnement de l’HVAC, de l’éclairage, …).

Sans aller jusqu’à ce degré d’équipement, la configuration minimum du réseau doit rendre possible, par un découpage judicieux des circuits, une analyse plus précise de la consommation globale du bâtiment.

Quelques réflexes URE

Voici quelques « flashs » ou « réflexes » qu’il faut avoir lorsque l’on réalise une installation électrique :

Prévoir un précâblage bus de manière à faire évoluer le bâtiment vers une gestion de plus en plus fine sans complication de câblage dans un bâtiment existant.

Prévoir des alimentations séparées et un comptage des grands postes consommateurs et des gros équipements.

Prévoir dans la distribution électrique et la commande la possibilité d’adapter les horaires de fonctionnement des équipements à l’occupation.

Installer des systèmes de variation de vitesse sur les moteurs (ventilateurs, pompes).

Prévoir des ballasts électroniques dimmables sur tous les luminaires placés en façade, de manière à pouvoir éventuellement les équiper d’une régulation en fonction de l’éclairement naturel sans intervention sur le luminaire et donc sans coût supplémentaire.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Circuit électrique : notions de base

Courant continu et courant alternatif

Le circuit le plus simple que l’on puisse représenter consiste en une source de tension U (pile, dynamo, …) et un récepteur passif R (lampe, résistance chauffante, … ).

Une charge électrique s’écoule à travers la section du conducteur. L’intensité de ce courant s’exprime en ampères.

La source de tension fournit l’énergie nécessaire au maintien du courant. Cette tension se mesure en volts.

Si la tension U fournie par la source est constante, un courant constant I s’écoule : c’est un circuit à courant continu.

Si la tension U fournie par la source varie suivant une loi sinusoïdale, un courant sinusoïdal (lui aussi) s’établit : c’est un circuit à courant alternatif. Alternatif, parce que le courant va traverser le récepteur alternativement dans un sens et puis dans l’autre.

La fréquence du réseau européen est de 50 Hz, contre 60 Hz aux USA.

Représentation vectorielle du courant alternatif

La tension alternative s’exprime par la loi :

u(t) = U_max.sin ωt

avec, ω = 2 x π x fréquence = 2 x 3,14 x 50 = 314 [rad/sec]

Suivant le type de récepteur, le courant engendré peut être soit en phase (en synchronisme) avec la tension, soit déphasé en avance ou en retard par rapport à la tension. Autrement dit, lorsque la tension est maximum, le courant ne l’est pas forcément !

Dans l’exemple ci-dessus le courant est en retard sur la tension d’un angle phi de 60°. C’est l’effet de l’inductance présente dans le circuit.

Pour représenter simplement courant et tension en alternatif, il suffit de représenter son amplitude et sa phase, puisque la fréquence de 50 Hz est constante. C’est exactement l’information donnée par le diagramme vectoriel.

Les différentes impédances : résistance, inductance, condensateur

Résistance

Un filament de lampe, le fil chauffant d’un grille-pain ou d’un chauffage électrique d’appoint, … constituent des résistances R pures. Toute l’énergie fournie par la source s’y trouve entièrement convertie en chaleur. On parle de chauffage par Effet Joule.

Une résistance freine, s’oppose au passage du courant. L’importance de ce frein est mesurée en Ohms (Ω).

Dans ce type d’impédance, le courant engendré est toujours en phase avec la tension. De là, la représentation vectorielle reprise ci-dessous :

Inductance

Une bobine de fil conducteur constitue une inductance, encore appelée « self » ou « réactance inductive ». On la rencontre dans les moteurs (bobinages), dans les ballasts des tubes fluorescents, … Cette bobine réagit constamment aux variations du courant qui la traverse, suite à un phénomène magnétique. Si cette bobine ( considérée comme une self pure) est soumise à un courant continu, elle n’aura aucun effet sur celui-ci. Si par contre on veut lui faire passer du courant d’intensité variable (c’est le cas dans les circuits alternatifs), elle va réagir en opposant une résistance au passage du courant.

L’importance de ce frein est mesurée par la valeur de l’inductance L, exprimée en Henry.

Ce type d’impédance aura un deuxième effet sur le courant : une bobine retarde le courant par rapport à la tension. On dit qu’elle déphase le courant. Ainsi, une inductance pure verra son courant déphasé de 90° en retard sur la tension.

Voici la représentation vectorielle de cette propriété :

Condensateur

Un condensateur, encore appelé « capacité » ou « réactance capacitive », est un réservoir de charges électriques. Si on le soumet à la tension d’un générateur, il va accumuler des charges. Ces charges seront restituées au réseau lorsque la tension d’alimentation diminuera. S’il s’agit d’une tension alternative, le condensateur se charge et se décharge au rythme de la fréquence alternative…

La valeur d’un condensateur C est exprimée en Farad.

Ce type d’impédance aura également un effet de déphasage du courant par rapport à la tension, mais cette fois le courant est déphasé en avance de 90° sur la tension.

Voici la représentation vectorielle de cette propriété :

Schéma du principe de condensateur.

Loi d’Ohm

La loi d’Ohm, loi de base de tout circuit électrique, est basée sur la logique :

Effet = Cause / Frein

L’effet (le courant) sera d’autant plus important que la cause est élevée (la tension) et que le frein est faible (la résistance).

De là, la relation appliquée aux circuits résistifs :

I = U / R
1 ampère = 1 volt/1 ohm

Et ses sœurs jumelles :

U = R x I
1 volt = 1 ohm x 1 ampère

R = U/I
1 ohm = 1 volt/1 ampère

Exemple : une tension de 220 volts qui alimente une résistance de 10 ohms génère un courant de 22 ampères.

Association de résistances en série et en parallèle

Les réseaux sont souvent composés d’association de récepteurs, dont les plus fréquents sont donnés ci-dessous :

Lorsque des résistances sont placées en série, leur résistance totale est donnée par la somme de toutes les résistances :

R_tot = R₁ + R₂ + R₃

Lorsque des résistances sont placées en parallèle, leur résistance totale est donnée par la relation :

1 / R_tot = 1 / R₁ + 1 / R₂ + 1 / R₃

Exemple

Soit 4 lampes de 100 ohms et un générateur de 220 volts.

Montage en série

Chacune ayant une résistance de 100 ohms, elles vont engendrer une résistance totale de 400 ohms, si elles sont placées en série.
Le courant qui va les traverser sera de :

I = U / R = 220 / 400 = 0,55 ampère.

Chacune d’entre-elles sera soumise à une tension de

U = I x R = 0,55 x 100 = 55 volts.

La puissance développée par chaque lampe sera de

P = U x I = 55 x 0,55 = 30,25 watts

Montage en parallèle

Ces mêmes lampes placées en parallèle engendreront une résistance globale de

R_tot = 1/(1/100 + 1/100 + 1/100 + 1/100) = 25 ohms.

Le courant total délivré par la source sera de :

I = U / R = 220 / 25 = 8,8 ampères.

Chaque lampe sera soumise à une tension de 220 Volts, et sera traversée par un courant de

I = U / R = 220 / 100 = 2,2 ampères.

La puissance développée par chaque lampe sera de :

P = U x I = 220 x 2,2 = 484 watts

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la qualité de la chaîne de froid

La chaîne du froid

Définition

Depuis le stade de la production jusqu’à celui de la consommation, la limitation de la dégradation des denrées alimentaires passe par le maintien de la « chaîne froid ».

On distingue 5 étapes dans la chaîne du froid, à savoir :

le froid au stade de la production (refroidissement du lait à la ferme par exemple);
le froid au stade de l’entreposage (refroidissement du lait en centrale laitière);
le transport frigorifique (conteneur refroidi pour le transport de viande par exemple);
le froid au stade de la distribution (conservation de la crème fraîche « light » dans les rayons);
le froid domestique ou ménager.

Celui qui nous intéresse le plus ici est, naturellement, le froid au stade de la distribution.

Les denrées périssables

Souvent utilisé, mais subjectif, l’état de « fraîcheur » traduit à quel stade d’évolution se trouve une denrée périssable dans son cycle de dégradation naturelle. L’objectif du commerçant est de fournir au consommateur un produit sain dont l’évolution a été ralentie ou a évolué de manière admissible.

On retrouve deux types de denrées périssables :

destinées à être vendues « en l’état »;
manufacturées.

Les produits vendus en l’état

Mis à part un séjour dans un espace de conservation, les produits issus de l’agriculture et de la pêche ne subissent pas, en général, de traitement industriel. Tout en contrôlant le processus de dégradation, ces produits sont vendus au consommateur dans leur état initial de récolte (légumes, fruits, œufs, …), d’abattage (viande, gibier, …) ou de capture (poissons, fruit de mer, ..). Mais il se peut que certaines denrées subissent une évolution spéciale et contrôlée pour aboutir dans le bon vieux panier en osier (réutilisable) du ménager ou de la ménagère (ça aussi c’est du durable) dans les conditions optimales de maturation.

Le tableau ci-dessous donne des exemples spécifiques :

Type de denrées	État au niveau de la production	Opération avant distribution	Distribution
Bananes	Immature.	Éventuellement opération de mûrissement (t° = 18°C) pour obtenir la texture et la couleur adéquate.	La texture et la couleur optimale peut varier d’une région à l’autre.
Abricot
Tomates
…
Bœuf		Maturation.	La distribution s’effectue à la même température de conservation.
Mouton		Maturation.
Gibier		Faisandage.
…

Les produits manufacturés

Dans ce cas, le produit final destiné à la vente est différent du ou des composants utilisés pour sa fabrication. On retrouve dans cette classification les produits :

laitiers;
de charcuterie fraîche et de semi-conserve à base de viande;
de la mer vendus cuits (crevettes, langoustines, …);
de boulangerie et de pâtisserie;
comme les plats cuisinés;
comme les crèmes glacées;
…

Type de denrées	État après la production	Opération avant distribution	Distribution
Yogourts	Produit fini.	–	La texture et la couleur optimale peuvent varier d’une région à l’autre.
Fromages blancs
…
Fromages en général	A affiner.	Affinage en milieu industriel sous atmosphère contrôlée pour les pâtes cuites (comté, emmenthal, …).
…	A affiner.		Affinage en comptoir comme les camemberts.

Qualités des denrées

Depuis la fabrication jusqu’à la vente et même au-delà, une denrée doit rester « propre » à la consommation. Elle doit principalement répondre à trois exigences :

Hygiéniques en évitant la présence de germes ou de parasites pathogènes, de toxines sous forme de substances chimiques (pesticide) ou engendrées par la population microbienne ou fongique (champignons) qui s’est installée sur ou dans la substance. Un certain nombre de normes et de textes légaux définissent:
- les caractéristiques hygiéniques des aliments;
- les conditions à satisfaire lors de leur fabrication et distribution;
- les processus de préservation et de contrôle.

Nutritionnelles et organoleptiques. Entre ces deux critères existe une certaine corrélation. En d’autres termes, une denrée apparemment saine et présentant à la fois une saveur, une texture et une couleur satisfaisante devrait être à priori acceptable du point de vue nutritionnel. En particulier, pour les denrées congelées.

Il est évident que les trois exigences doivent être menées de front, car un aliment peut être excellent à la dégustation, mais impropre à la consommation ou, à l’inverse, toxique et avoir un goût altéré.

Exemple.

Le lait fait partie des produits dont la complexité à répondre à ces exigences est bien connue : le lait cru, contenant de l’ordre de 2 millions de germes par cm³, lorsqu’il est pasteurisé est déficitaire en :

qualité nutritionnelle;
en vitamine;
activité enzymatique.

La pasteurisation peut être responsable d’un « goût de cuit ».

Action du froid sur les denrées périssables

Afin de conserver des propriétés hygiéniques acceptables aux denrées périssables et, par la même occasion, garantir leur valeur marchande, il est nécessaire de les traiter par le froid.

On voit sur le graphique qui suit que l’état de fraîcheur d’un poisson augmente de manière importante lorsque la température de conservation diminue :

Durée de conservation du poisson.

Deux méthodes existent, à savoir :

la réfrigération;
la congélation.

Méthodes de conservation par réfrigération

La réfrigération est un traitement frigorifique positif ou proche de zéro degré des denrées alimentaires. La quasi-totalité de ces denrées peut être conservée en « froid positif » pendant des durées allant de quelques jours (lait cru, fraise, …) à plusieurs mois (pommes, carottes, pommes de terre, …). Quelques rares denrées ne peuvent pas être conservées par réfrigération comme par exemple le pain et les produits de boulangerie qui « rassissent plus vide au voisinage de 0°C.

Comme nous l’a montré le graphique ci-dessus, les températures sont étroitement liées au temps de conservation.

Les tableaux suivants montrent des exemples de condition de conservation des produits végétaux réfrigérés. On voit que les fruits et légumes sont classés par catégories de températures. Cette liste non exhaustive est tirée d’un ouvrage de l’Institut International du Froid.

	Fruit	0 à 4°C
	Fruit	°C	Taux d’humidité relatif HR %	Durée totale de conservation
Abricot		0	90	2-4 s.
Cerise		0	90-95	1-2 s.
Citron		0 à 4,5	85-90	2-6 m.
Datte fraîche		0	85	1-2 m.
Fraise		0	90-95	1-5 j.
Framboise		0	90-95	1-4 j.
Kiwi		0	90-95	8-14 s.
Noix de coco		0	80-90	1-2 m.
Orange		0 à 4	85-95	3-4 m.
Pêche		0	90	2-4 s.
Poire		0	90-95	2-5 m.
Pomme		0 à 4	90-95	2-6 m.
Prune		0	90-95	2-4 s.
Raisin		– 1 à 0	90-95	1-4 m.
…

	Légumes	0 à 4°C
		°C	Taux d’humidité relatif HR %	Durée totale de conservation
Artichaut		0	95	3-4 s.
Carotte			85	1-2 m.
Salade			> 95	1-5 j.
Champignon			90-95	1-4 j.
Chou			90-95	8-14 s.
…

	Fruits	4 à 8 °C
		°C	Taux d’humidité relatif HR %	Durée totale de conservation
Mandarine		4 à 6	85-90	4-6 s.
Pastèque		5 à 10	85-90	2-3 s.
…

	Légumes	4 à 8 °C
		°C	Taux d’humidité relatif HR %	Durée totale de conservation
Haricot vert		7 à 8	92-95	1-2 s.
Pdt pour la consommation		4 à 6	90-95	4-8 m.
Pdt pour l’industrie		7 à 10	90-95	2-5 m.
…

	Fruits	> 8°C
		°C	Taux d’humidité relatif HR %	Durée totale de conservation
Ananas vert		10 à 13	85-90	2-4 s.
Ananas mûr		7 à 8	90	2-4 s.
Avocat		7 à 12	85-90	1-2 s.
Banane vert		12 à 13		10-20 j.
Banane colorée		13 à 16		5-10 j.
Citron (vert)		10 à 14		1-4 m.
Goyave		8 à 10	90	2-3 s.
Mangue		7 à 12	90	3-7 s.
Melon		7 à 10	85-90	1-12 s.
Pamplemousse		10	85-90	2-3 m.
…

	Légumes	> 8 °C
	Légumes	°C	Taux d’humidité relatif HR %	Durée totale de conservation
Aubergine		7 à 10	7 à 10	10 j.
Concombre		9 à 12	9 à 12	1-2 s.
Cornichon		13	13	5-8 j.
Patate douce		13 à 16	13 à 16	4-7 m.
Poivron		7 à 10	7 à 10	1-3 s.
Potiron		10 à 13	10 à 13	2-5 m.
Tomate verte		12 à 13	12 à 13	1-2 s.
Tomate mûre		8 à 10	8 à 10	1 s.
…

La conservation des denrées alimentaires passe également par le choix de l’emballage (film plastique transparent, emballage sous vide, …). Il n’empêche que la qualité de l’emballage joue peu sur les consommations énergétiques; ce qui signifie que ce thème ne sera pas développé ici.

Afin d’assurer la qualité optimale des denrées, il est nécessaire de :

garantir le nettoyage simple et facile des parois en contact avec elles;
d’éviter le stockage en mélange des denrées ayant une incompatibilité entre elles.

Méthodes de conservation par congélation

Lorsqu’on abaisse la température d’une denrée au-dessous de 0°C, l’eau gèle dans une proportion d’autant plus grande que la température est basse (ce qui paraît évident !). Aux alentours de 0°C, 30 à 40 % d’eau « congelable » s’est transformée en glace alors que pour des températures nettement plus basse (-18 à – 20°C), plus de 95 % de cette eau est gelée, représentant de l’ordre de 85 % de la quantité totale de l’eau présente dans la substance. Cette congélation de l’eau entraîne la « stabilisation » de la denrée. Cette méthode de conservation est couramment appelée « froid alimentaire négatif ».

Pour garantir la conservation des propriétés organoleptiques et de la structure physique de la substance, l’idéal est d’effectuer une congélation rapide à la production et de maintenir la chaîne de froid à la température de congélation requise (- 20°C) le plus longtemps possible.

La congélation des aliments est une technique très efficace à la prolongation de la durée de leur commercialisation. Cette durée dépend essentiellement :

de la température;
de la denrée;
du type d’emballage.

Le tableau ci-dessous reprend les durées de conservation de différentes denrées pour différentes températures de congélation :

	Fruits	Durée pratique de conservation [mois]
		– 12°C	– 18°C	– 24°C
Framboises-fraises (crues)		5	24	> 24
Framboises-fraises (avec sucre)		3	24
Pêche-abricot-Cerise (crues)		4	18
Pêche-abricot-Cerise (avec sucre)		3	18
Jus de fruit concentré		–	24
…

	Légumes	Durée pratique de conservation [mois]
		– 12°C	– 18°C	– 24°C
Asperges (à pointe verte)		3	12	> 24
Haricots verts		4	15
Brocoli		–	15
Choux de Bruxelles		6	15
Carottes		10	18
Choux-fleurs		4	12
Champignons		2	8
Petit pois		6	24
Poivrons rouges et verts		–	6	12
Pommes de terre Frites		9	24	> 24
Épinards		4	18	> 24
Oignons		–	10	15
Poireaux blanchis		–	18	–
…

	Viandes et volailles	Durée pratique de conservation [mois]
	Viandes et volailles	– 12°C	– 18°C	– 24°C
Bœuf (carcasse non emballée)		8	15	> 24
Bœuf (morceaux, steaks)		8	18	24
Bœuf haché		6	10	15
Veau (carcasse non emballée)		6	12	15
Veau (découpé)		6	12	15
Agneau (carcasse non emballée)		18	24	> 24
Agneau (découpé)		12	18	24
Porc (carcasse non emballée)		6	10	15
Porc (découpé)		6	10	15
Lard-maigre-bacon (tranches sous vide)		12	12	12
Poulet (entier)		9	18	> 24
Poulet (découpé)		9	18	> 24
Dinde (entière)		8	15	> 24
Canards, oie (entiers)		6	12	> 18
foie		4	12	18
…

	Produits de la mer	Durée pratique de conservation [mois]
	Produits de la mer	– 12°C	– 18°C	– 24°C
Poisson gras		3	5	> 9
Poisson maigre		4	9	> 12
Homard (Pans leur carapace, cuit)		4	6	> 12
Crabe (dans leur carapace, cuit)		4	6	> 12
Crevettes (dans leur carapace, cuites)		4	6	> 12
Crevettes (décortiquées, cuites)		2	5	> 9
…

	Divers	Durée pratique de conservation [mois]
	Divers	– 12°C	– 18°C	– 24°C
Pulpe d’œuf		–	12	> 24
Beurre (suivant le type)		8 à 20	12 à > 24	14 à > 24
Crème		–	12	15
Crème glacée		1	6	24
Gâteaux		–	15	24
Pains		–	3	–
Pâtes crues		–	12	18
…

L’opération de congélation ralentit de manière inégale l’évolution des caractéristiques hygiéniques, chimiques et organoleptiques d’un aliment. Par exemple :

les levures ont leur activité arrêtée à – 18°C;
les germes microbiens ne se multiplient pas sous les – 12°C;
…

Il est malheureusement évident que les germes microbiens ne sont pas tués pour autant (l’aliment congelé est non stérile). De plus, quand un produit congelé est dégelé, sa sensibilité au « réveil » et à la prolifération des germes microbiens ou de moisissures est accentuée par rapport à un produit frais; ce qui implique un renforcement de l’hygiène de la chaîne de froid négatif.

L’expérience montre que pour garantir l’hygiène des denrées par la congélation, il est donc nécessaire de tenir compte :

des réactions biochimiques (l’oxydation par exemple) qui se traduisent souvent par une modification perceptible de la saveur et de la couleur (une viande grasse prend à la longue un goût rance, les légumes verts deviennent et acquièrent une saveur de foin). Pour réduire l’effet de ces agents, on traite les aliments avant congélation (certains légumes verts sont « blanchis », des antioxydants sont utilisés, …). Les aliments peuvent aussi être protégés de l’oxydation par un emballage étanche à l’air, aux liquides et à la vapeur d’eau;

de la durée de congélation;

de la température et de sa fluctuation autour d’une valeur moyenne. En effet, les fluctuations de températures risquent de développer du givre à l’intérieur de l’emballage, ce qui accélère la dégradation du contenu.

Méthodes de conservation par surgélation

Les denrées surgelées sont des denrées congelées destinées à la vente directe aux consommateurs. Cette méthode ne se différencie pas vraiment de celle de la congélation si ce n’est que la qualité de la mise en œuvre, de l’emballage, du transport, de l’entreposage, de la distribution et de la vente est renforcée. Les conditions de température de surgélation, les durées de séjour en chambre froide, …, sont plus strictes.

Réglementation

Quel que soit le type de surface commerciale, la chaîne de froid doit obéir à des réglementations et/ou des recommandations. Seules les étapes intermédiaires sont différentes suivant que ce commerce intègre ou pas une unité de production ou de transformation des denrées alimentaires. Le tableau suivant montre à quel niveau la chaîne de froid doit être présente et respectée :

Type de commerce	Étapes intermédiaires
Type de commerce	Réception des marchandises	Stockage	Fabrication ou transformation	Distribution
Boucherie	Camion frigo.	Chambre frigorifique.	Atelier.	Comptoir.
Fromager	Camion frigo.	Chambre frigorifique.	x	Comptoir.
Glacier	Camion frigo.	Chambre frigorifique.	Atelier.	Comptoir.

Pour ces différentes étapes, la chaîne de froid ne doit pas être interrompue.

Différents guides de bonnes pratiques, recommandations et règlements sont disponibles en la matière :

Type de document	titre	Référence et date de parution
Règlement	Règlement du Parlement européen et Conseil relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.	CE n°852/2004
Règlement	Règlement du Parlement européen et Conseil fixant des règles spécifiques d’hygiène applicables aux denrées alimentaires d’origine animale.	CE n°853/2004
Arrêté Royal	AR relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.	AR 57470 paru au moniteur belge du 22.12.2005
Arrêté Royal	AR relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale.	AR 57449 paru au moniteur belge du 22.12.2005
Guides de bonne pratique	HACCP pour PME et artisans dans le secteur produits laitier.	1999
	HACCP pour PME et artisans dans le secteur viandes et poissons.	1999
	HACCP pour PME et artisans dans le secteur autres que les viandes, poissons et produits laitiers.	1999

Règlement du Parlement européen et Conseil relatif à l’hygiène des denrées alimentaires (CE n°852/2004)

Ce règlement met l’accent sur la définition des objectifs à atteindre en matière de sûreté alimentaire, laissant aux exploitants du secteur alimentaire la responsabilité d’adopter les mesures de sécurité à mettre en œuvre afin de garantir l’innocuité des aliments.

Le règlement vise à assurer l’hygiène des denrées alimentaires à toutes les étapes du processus de production, depuis la production primaire jusqu’à la vente au consommateur final. Il ne couvre pas les questions relatives à la nutrition, ni celles concernant la composition et la qualité des denrées alimentaires.

Ce règlement s’applique aux entreprises du secteur alimentaire et non à la production primaire et à la préparation domestique de denrées alimentaires aux fins de l’utilisation privée.

Tous les exploitants du secteur alimentaire veillent à ce que toutes les étapes dont ils sont responsables, depuis la production primaire jusqu’à la vente ou la mise à disposition des denrées alimentaires au consommateur final, soient effectuées de manière hygiénique, conformément aux dispositions du présent règlement.

Les exploitants du secteur alimentaire exerçant des activités de production primaire et certaines activités connexes doivent se conformer aux dispositions générales d’hygiène de la partie A de l’annexe I. Des dérogations peuvent être accordées en ce qui concerne les petites exploitations, tant que cela ne compromet pas les objectifs du règlement.

(Extrait du résumé du règlement européen réalisé par l’Agence Alimentaire : http://www.favv-afsca.fgov.be)

Arrêté Royal du 12 décembre 2005 relatif à l’hygiène alimentaire

En gros, l’Arrêté Royal relatif à l’hygiène alimentaire se calque sur la Réglementation européenne (CE n°852/2004) . L’AR, tout comme la réglementation européenne, ne précise pas les températures de conservation des denrées alimentaires. Il se veut simplement généraliste.

Règlement du Parlement européen et Conseil fixant des règles spécifiques d’hygiène applicables aux denrées alimentaires d’origine animale (CE n°853/2004)

Les denrées alimentaires d’origine animale peuvent présenter des dangers microbiologiques et chimiques. De tels risques nécessitent l’adoption de règles spécifiques d’hygiène qui permettent de contribuer à la réalisation du marché intérieur et d’assurer un niveau élevé de protection de la santé publique. Ces règles viennent en complément de celles fixées par le règlement (CE) n° 852/2004 sur l’hygiène des denrées alimentaires, qui concerne, notamment, l’agrément des exploitants.

Les dispositions de ce règlement s’appliquent aux produits d’origine animale, transformés et non transformés, mais ne concernent pas les denrées composées en partie de produits d’origine végétale. Sauf indication contraire, ces dispositions ne s’appliquent pas non plus au commerce de détail, ni à la production primaire destinée à la consommation privée, pour lesquelles les dispositions du règlement précité sur l’hygiène des denrées alimentaires sont suffisantes.

Ce règlement concerne entre autres :

les agréments;
le marquage de salubrité et d’identification;
les importations en provenance de pays tiers;
les informations sur la chaîne alimentaire.

(Extrait du résumé du règlement européen réalisé par l’Agence Alimentaire :

http://www.favv-afsca.fgov.be).

Dans ce règlement, des températures de conservation des viandes et des poissons sont précisées.

Arrêté Royal relatif à l’hygiène alimentaire d’origine animale

En gros, l’AR relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale se calque aussi sur la Réglementation européenne (CE n°853/2004 ).

Recommandation

Les réglementations en matière d’hygiène alimentaire ne précisent que très peu les températures de conservation à respecter durant toute la chaîne alimentaire froide. Aussi, la plupart se réfèrent au code de bonne pratique HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point). Les Guides HACCP pour les « PME et les artisans » représentent une source importante d’informations concernant les températures réglementées en fonction du type de denrée.

Températures réglementées

Les tableaux suivants reprennent les températures :

de stockage ou de maintien;
de transport;
des locaux de fabrication.

Ces températures sont prises pour la plupart au cœur de la denrée et représentent des valeurs maximales admissibles.

	œufs et produits d’œufs
AR du 7 février 1997 relatif à l’hygiène générale des denrées alimentaire.
Produit		Température de stockage ou de maintien
Contenu des œufs après cassage
Conservation réfrigérée (pendant maximum 48 heures)		+ 4°C
Conservation congelé		– 12°C
Conservation surgelé		– 18°C
AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce des denrées alimentaires à réfrigérer.
Produits d’œufs liquides, dont la teneur en sucre est inférieure à 50 % et dont la teneur en sel de cuisine est inférieure à 15 %		< + 7°C
œufs cuits pelés, conservés dans un liquide

	Produits laitiers
AR du 28 octobre 1976 relatif aux glaces de consommation, aux mélanges et aux préparations de base pour glace de consommation.
Produit		Température de stockage ou de maintien
Glace congelée		< – 5°C
AR du 18 mars 1980 relatif au yaourt et autres laits fermentés.
Laits fermentés, yaourt, laits fermentés traités thermiquement, sauf si ceux-ci sont conditionnés de façon aseptique dans des emballages hérétiques		max. + 7°C
AR du 15 décembre 1994 relatif à la production et à la mise sur le marché du lait de consommation et des produits à base de lait.
Stockage du lait cru en attente d’un traitement thermique, sauf si le lait cru est traité dans les 4 heures qui suivent sa réception		< + 6°C
Stockage du lait pasteurisé		+ 6°C
AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce des denrées alimentaires à réfrigérer.
Lait pasteurisé		< + 7°C
Crème fraîche ou pasteurisée
Lait battu (babeurre), frais ou pasteurisé à l’exception de ces produits ayant subi un traitement U.H.T.
Yaourts et laits fermentés autres que ceux traités thermiquement et rempli aseptiquement
Fromage frais
…

	Toutes denrées alimentaires
AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce des denrées alimentaires à réfrigérer.
Viande, volaille, gibier et poisson préparé		< + 7°C
préparations de viande, Volaille, gibier et poisson à l’exclusion des denrées séchées
Salade de viande, de volaille, de gibier, de poisson, de mollusques et crustacés
Salade de pommes de terre et autres légumes, de tomates
Croquette de viande, de volaille, de gibier, de mollusques et crustacés
Croquette de pomme de terre et autres légumes
Croquette de fromage
Plats et mets d’une ou de plusieurs des denrées susmentionnées
Produits de pâtisserie contenant soit de la crème ou des succédanés de la crème, soit une crème préparée à base d’autres produits
Les denrées alimentaires qui portent une mention qui fait apparaître qu’elles doivent être tenues au frais (cette mention n’est pas applicable s’il existe une indication d’une température qui est supérieure à +10°C
AR du 5 décembre 1980 relatifs aux produits surgelés.
Produits surgelés à cœur (de brèves fluctuations vers le haut de 3°C maximum sont autorisées dans les meubles de vente		< – 18°C

	Poissons ou assimilés et autres denrées animales
AR du 30 avril 1976 relatif à l’expertise et au commerce du poisson.
Conditions applicables à tous types d’établissements
Produits		Température de stockage ou de maintien
Poissons frais réfrigérés		Dans la glace ou à température. < + 4°C
Moules et huîtres		< + 10°C
Poisson congelé		< – 2°C
Poisson surgelé		< – 18°C
Poisson fumé		< + 4°C
Produits de la pêche frais ou décongelés, ainsi que les Produits de crustacés et de mollusques cuits et réfrigérés		Température de la glace fondante
Les produits de la pêche congelés, à l’exception des poissons congelés en saumure et destinés à la fabrication de conserves, doivent être maintenus à une température stable en tout les points du produit		< – 18°C
Les produits transformés doivent être maintenus aux températures spécifiées par le fabricant
AR du 10 novembre 2005 relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale.
Produits de la pêche transformés		< + 4°C
Produits transformés de parties comestibles de mammifères marins et de reptiles aquatiques (non applicable aux produits pouvant être conservés à température ambiante)
Produits transformés d’escargots, de cuisse de grenouille
Produit de la pêche, les parties comestibles des mammifères marins et reptiles aquatiques surgelés		< – 18°C
Escargots et cuisses de grenouilles surgelés
Produits de la pêche transformés pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage		< t° indiquée
Produits transformés de partie comestible de mammifères marins et de reptiles aquatiques pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage
Produits transformés d’escargots, de cuisses de grenouilles pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage
Produits de la pêche frais entiers ou préparés, les parties comestibles fraîches des mammifères marins et reptiles aquatiques ainsi que les produits de crustacés et de mollusques cuits et réfrigérés		< + 4°C
Escargots frais et cuisses de grenouilles fraîches
Mollusques bivalves vivants, échinodermes vivants, tuniciers vivants et gastéropodes vivants		< + 7°c
Les produits de la pêche conservés vivants doivent être maintenus dans des viviers		< + 4 à + 7°C

	Viandes
AR du 10 novembre 2005 relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale.
Viandes fraîches d’ongulées domestiques, de gibier d’élevage ongulé et de gros gibier sauvage		< + 7°C
Abats frais, viandes fraîches de volailles, de ratites d’élevage, de lagomorphes et de petit gibier sauvage, viandes hachées, préparation de viande		< + 4°C
Produits transformés de parties comestibles de mammifères marins et de reptiles aquatiques (non applicable aux produits pouvant être conservés à température ambiante)
Viandes surgelées		< – 18°C
Produits à base de viande (à l’exception de ceux qui peuvent être conservés à température ambiante		< t° indiquée
Produits à base de viande, autres issues traitées d’origine animale pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage

Comment évaluer sa situation

L’évaluation de la qualité de la chaîne de froid au niveau de la distribution des denrées alimentaires passe principalement par le respect et le contrôle :

des températures de conservation et des fluctuations autour de la valeur moyenne de ces températures;
des durées de conservation;
de la qualité des emballages;
…

Les Arrêtés Royaux suivants précisent la méthode de relevé des températures, le matériel nécessaire et le moyen de l’étalonner :

AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce de denrées alimentaires à réfrigérer;
AR du 5 décembre 1990 relatif aux produits surgelés.
AM du 28 janvier 1993 relatif au contrôle de la température des produits surgelés

Mesure de la température d’ambiance

Pour assurer une qualité optimale des aliments en tenant compte des critères énergétiques au sein de la chaîne de froid, on se concentrera essentiellement sur le respect des températures.

Un thermomètre précis à + 1°C doit pouvoir être lu avec précision et facilité, car il constitue l’instrument de référence utilisé pour la mesure de la température préférentiellement au thermomètre enregistreur.

Sonde de contrôle et d’alarme de température.

Plusieurs méthodes de surveillance existent :

surveillance visuelle avec enregistrement manuel;

enregistrement en continu, avec la possibilité d’impression d’un relevé de températures par heure, par journée, par semaines, … Afin d’éviter la rupture de la chaîne de froid, il est nécessaire (selon le HACCP) de mettre au point en interne un système de prévention contrôlant l’évolution des températures heures par heures, …;

enregistrement en continu avec seuil d’alarme de température quand il y a rupture de la chaîne du froid. C’est naturellement la méthode la plus appropriée pour garantir le respect de la chaîne de froid.

Les températures affichées (affichage digital ou à cadran, …) doivent refléter la température ambiante de la chambre froide, du comptoir, du meuble frigo, … Des écarts de température entre la température affichée et la température réelle sont souvent remarqués par le simple fait que le thermomètre n’est pas idéalement placé au sein de la chambre froide, du meuble frigo, du frigo-bar, … Il est donc nécessaire de vérifier la concordance entre les deux températures au moyen de thermomètres étalonnés placés à différents endroits dans l’ambiance.

En ce qui concerne les produits surgelés, le contrôle de la température est régi par une réglementation mentionnant notamment les prescriptions pour le stockage, le transport l’étalonnage des thermomètres, … etc.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Limiter les apports solaires [Froid alimentaire]

Les vitrages

Source : bioshanti.

Source : Mutsaart (Delhaize).

Dans les commerces « non-food », un apport solaire au travers des vitrages constitue vite un inconfort thermique sachant qu’en général les apports internes tel que l’éclairage, les caisses, les occupants, … sont importants.
Dans les commerces où le froid alimentaire prend une place prépondérante, le problème se complexifie dans le sens où les apports solaires au travers d’un vitrage est une source :

d’inconfort thermique pour la clientèle et le personnel dans les zones où les apports internes sont importants ;
d’augmentation des besoins en froid des meubles frigorifiques qu’ils soient ouverts, fermés ou mixtes.

L’idée que l’on pourrait bénéficier des apports solaires pour améliorer le confort thermique des clients à proximité des meubles frigorifiques est un non-sens. En effet, le rayonnement solaire constitue alors un apport direct pour les meubles frigorifiques et augmente nécessairement les consommations énergétiques de la production de froid.

Dans les commerces avec apports internes élevés, il faut limiter les surfaces vitrées comme les vitrines situées au Sud et surtout à l’Ouest.

Prendre la lumière naturelle au Nord (dans la limite des possibilités urbanistiques) est une solution intéressante vu que la prise de lumière se réalise uniquement sur le rayonnement diffus. Par exemple, la prise de lumière en toiture côté Nord sous forme de « shede ».

« Shedes » orientation nord

Source : Greenwich (« Sainsbury ») et Mutsaart (Delhaize).

Pour les commerces, cela représente les avantages et les inconvénients suivants:

(+)

un plus au niveau du confort visuel ;
un éclairage naturel à l’aide du rayonnement diffus restant relativement constant tout au long de l’année ;
ces ouvertures peuvent permettre de réduire les consommations énergétiques des installations d’éclairage artificiel moyennant un « dimming » des installations.

(+ ou -)

une contrainte architecturale limitée ;
des déperditions en chauffage plus importantes. Néanmoins, en considérant une isolation de toiture renforcée et un vitrage de bonne qualité, les déperditions peuvent être réduite au maximum.

Apports solaires directs limités (côté sud), apports de lumière naturelle diffuse favorisé (« shede » de toiture). Un vitrage est un élément de l’enveloppe dont le bilan thermique est particulier.

Ainsi, durant la saison de chauffe :

Il perd constamment de la chaleur par transmission vers l’extérieur plus froid.
Il gagne de la chaleur, pendant les heures d’ensoleillement, par le rayonnement solaire qui le traverse.

Dans les commerces « non food »

Le bilan sur la saison de chauffe est toujours négatif : plus la surface vitrée est importante, et plus la consommation de chauffage est élevée en hiver. Et ceci, quelle que soit l’orientation. La demande de chaleur du magasin est faible, car il est rapidement « saturé » de chaleur par les charges internes (éclairage, caisse, occupation, …). Et lorsque le rayonnement solaire se produit, il ne contribue pas à diminuer la puissance de chauffage qui est nulle à ce moment, mais apporte un état de surchauffe. De plus, si l’on regarde le bilan annuel, l’augmentation de la surface vitrée ne peut que générer un supplément de consommation en été. Toute augmentation de la surface vitrée entraîne donc une augmentation de la consommation globale du bâtiment.

On en conclut que si le magasin a des apports internes importants, il est raisonnable de se fermer au Sud et à l’Ouest pour s’ouvrir au Nord. On ne garde alors de la composante solaire que la fonction d’éclairage naturel des espaces. A fortiori, si la structure est de faible inertie thermique.

Dans les commerces « food »

Le problème est le même. La fausse idée que les apports internes sont peu importants est tenace. En effet, le fait de multiplier les comptoirs ou meubles frigorifiques ouverts tend à réduire l’impression de chaleur permanente que l’on pourrait rencontrer dans des magasins de mode par exemple. En réalité, les apports sont bien là mais les meubles frigorifiques ouverts jouent le rôle d’énorme climatiseur; la consommation énergétique se reportant sur l’installation de production de froid.

L’idéal est nécessairement axé sur la devise d’Énergie+ :

« L’économie énergétique réside dans l’énergie que l’on ne consomme pas ! »

En d’autres termes, pour consommer moins dans les commerces, il est nécessaire de :

fermer les meubles frigorifiques ouverts (d’accord, c’est pas très porteur comme message mais …) ;
réduire les apports internes (éclairage performant par exemple);
limiter les apports solaires directs.

Pour fixer un ordre de grandeur, voici un extrait de la réglementation thermique française RT 2000 relative à la protection contre l’ensoleillement des bâtiments climatisés autres que les habitations.

Le principe de cette réglementation est de compenser des surfaces de vitrage trop importantes par une protection solaire plus sévère et vice-versa.

Ainsi,

(S Sbaies vert x FSbaies vert x Fma) / (S Sfaçades)
+ 2 x (S Sbaies hor x FSbaies hor) / S Stoit

doit être inférieur à 0,35 (pour le Nord de la France).

où,

Sbaies vert et Sbaies hor = surface des baies verticales dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface des baies horizontales.
FSbaies vert et FSbaies hor= facteur solaire des baies verticales et horizontales.
ma = coefficient de masque architectural (= 1 si pas de masque (valeur par défaut), = 0,75 si débord de toit ou auvent orienté du SE au SO de plus de 0,25 x hauteur baie, = 0,7 si auvent orienté du SE au SO de plus de 0,5 x hauteur de baie).
façades et Stoit = surface des façades dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface de toiture.

Concevoir

Choix des vitrages.

Les protections solaires

On a vu dans la réglementation française, ci-dessus, que les apports solaires dépendent évidemment de la surface du vitrage, mais aussi du facteur de la baie, c’est-à-dire du pourcentage d’énergie solaire qui traverse le vitrage par rapport à l’énergie incidente.

Il existe divers moyens de protéger la baie, par des stores enroulables (principalement extérieurs), par des brise-soleil, par des vitrages réfléchissants, …

Photo protections solaires - 01.

Brise-soleil, stores enroulables, vitrages réfléchissants (source Delhaize).

Les protections solaires les plus performantes permettent de diminuer de près de 90 % les apports de chaleur au travers des vitrages. Toute la difficulté du choix consistera à concilier la protection contre les surchauffes et un apport en éclairage naturel suffisant, quelle que soit la saison.

Concevoir

Placer des protections solaires.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Meubles et vitrines frigorifiques

Rôles et caractéristiques des équipements

Introduction

Le meuble frigorifique représente le dernier maillon de la chaîne du froid alimentaire avant que la denrée ne se retrouve en possession du consommateur. À ce stade, la mise en valeur des denrées alimentaires est primordiale tout en assurant leur conservation. En d’autres termes, le meuble frigorifique a donc pour mission de présenter ou d’exposer les denrées dans un volume utile à une température de conservation déterminée. Faisant partie d’une chaîne de froid normalement ininterrompue, cet équipement est uniquement prévu, et par conséquent dimensionné, pour maintenir la température des denrées et non les refroidir. Dans une chaîne de froid alimentaire classique, le refroidissement ou la congélation s’effectue à la production ou à la fabrication. Les étapes suivantes de la chaîne de froid n’ont plus qu’une action de maintien de la température par exemple :

le camion ou le bateau frigorifique lors du transport;
la chambre froide du magasin lors du stockage;
…

Deux fonctions sont donc attribuées aux meubles frigorifiques :

la fonction d’exposition;
la fonction de conservation.

Exposition des denrées

Le but avoué est l’achat de la denrée par le consommateur. Des études très poussées sur l »exposition des denrées (« merchandising ») permettent de déterminer quelle est la meilleure stratégie commerciale pour favoriser la vente.

La fonction d’exposition conduit souvent :

À « l’ouverture » large des ambiances frigorifiques d’exposition par rapport à l’ambiance de vente afin que les consommateurs puissent toucher, palper et soupeser les produits alimentaires.
À éclairer fortement les denrées.

Rôle de conservation des denrées

Durant l’exposition, le meuble frigorifique doit maintenir la température et assurer la conservation des denrées alimentaires refroidies ou surgelées en « amont ». De par les lois de la thermodynamique et à l’inverse de la fonction d’exposition, les meubles devraient au maximum protéger les denrées des agressions thermiques de toutes sortes par :

la fermeture ou l’utilisation d’ouverture des ambiances réfrigérées les plus réduites possible ;
la réduction maximale de leur éclairage;
leur protection des rayonnements externes.

Équilibre des rôles

Sur le plan technique, les rôles d’exposition et de conservation des denrées alimentaires dans les meubles frigorifiques sont en totale contradiction :

D’un côté, le consommateur doit pouvoir disposer des marchandises sans obstacle en bénéficiant de meuble à large ouverture et fortement éclairé ;
de l’autre, le commerçant doit assurer une qualité de conservation des denrées avec comme impératif la fermeture ou la réduction des ouvertures des meubles au maximum, le moins d’éclairage possible, bref le moins d’échange thermique possible avec l’ambiance du magasin.

Comment concilier ces deux fonctions sans privilégier une des deux ?

Dans la pratique, on se rend vite compte que le commerçant va naturellement favoriser le meuble frigorifique qui « fait bien vendre ». Néanmoins, les réglementations et les normes sont heureusement présentes pour rétablir l’équilibre entre les deux rôles que doivent jouer les meubles et les vitrines frigorifiques.

Malheureusement, c’est au détriment de l’efficacité énergétique des équipements. En effet, quelle que soit la qualité de la production frigorifique, le meuble frigorifique ouvert est bien plus consommateur d’énergie que le même meuble fermé par un rideau de nuit par exemple.

Le véritable défi des constructeurs de meubles frigorifiques se résume à optimiser l’efficacité énergétique tout en conservant le rôle d’exposition qui, naturellement, fait vendre les produits.

Technologie des meubles et vitrines frigorifiques

Généralités

La technologie des meubles frigorifiques a été directement importée des États-Unis au début des années 60. Pour cette raison, des termes américains sont restés dans le langage courant utilisés pour caractériser les meubles et les vitrines frigorifiques. On retrouve encore couramment des termes par exemple :

facing;
remodeling;
shelving;
marketing
…

Composition principale des meubles

Qu’ils soient de type vertical, horizontal, positif, négatif, …, les meubles frigorifiques se décomposent en trois parties principales :

la structure portante du meuble;
les éléments frigorifiques;
l’espace utile de vente, en d’autres termes le contenant;
et si présentes les portes.

Meuble vertical fermé et vitrine horizontale.

Structure portante du meuble

C’est la carcasse du meuble. Outre les pièces de renfort, le soubassement, les évacuations des condensats de dégivrage, …, elle se compose principalement d’une enveloppe isolée sous forme de panneaux « Sandwich » (acier-mousse isolante-acier). L’isolant est généralement du polyuréthane injecté (densité moyenne de 30 à 40 kg/m³) ou des panneaux de polystyrène raccordés entre eux. La qualité de la mise en œuvre et l’épaisseur de l’isolant détermineront la performance énergétique du meuble sur le plan des pénétrations (ou déperdition négative).

Les éléments frigorifiques

À l’intérieur du meuble, on trouve les éléments qui constituent le système de réfrigération ou de congélation selon le cas. Ce système se compose essentiellement :

De l’évaporateur (1).
De l’échangeur liquide/vapeur (2).
Du détendeur thermostatique ou électronique (3).
D’un système de distribution du liquide détendu particulièrement important lorsque les évaporateurs sont longs et que la ventilation ne peut être assurée sur toute la longueur des éléments frigorifiques (ce qui est souvent le cas dans les meubles frigorifiques).
De moto-ventilateurs (4) qui pulsent l’air provenant de l’espace utile de vente du meuble au travers des évaporateurs et des circuits de distribution de l’air dans le meuble.
De la gaine de soufflage (5) et de sa buse (6).
Du rideau d’air (7).
De la bouche d’aspiration (8).
De la gaine de reprise (9).
Et d’un rideau de nuit (10).

Les aménagements internes et les accessoires

Les aménagements internes sont constitués essentiellement des étagères, des plateaux, bacs, … qui doivent être de qualité alimentaire lorsqu’ils sont en contact avec les denrées et facilement lavables de manière générale.

Les accessoires aux meubles à caractère de vente sont multiples (support balances, planches à découper, …).

On compte aussi, pour améliorer la vente, sur l’éclairage des denrées.

Les types d’aménagement interne et les accessoires ont une influence non négligeable sur le « comportement frigorifique » et aéraulique du meuble et par conséquent sur leur efficacité énergétique.

Dimensions des meubles

Pour caractériser un meuble ou une vitrine frigorifique, des terminologies sont définies afin que tout le monde parle le même langage. Les constructeurs parlent souvent de :

module ;
meuble ou longueur ;
linéaire.

Les modules

D’origine américaine, les meubles frigorifiques sont cotés en « pieds » au niveau de la longueur. De base, un module mesure 4 pieds ou 1,22 m et permet de loger sous les étagères ou les frontons des tubes fluorescents d’éclairage de 1,20 m (58 W par exemple). Des sous-modules de 2 pieds (ou 0,61 m) existent.

Basé sur la méthode américaine, les Européens ont développé une modulation différente d’une longueur de 1,25 m comme valeur de référence pour les grandes surfaces et des sous-modules de 0.5 m pour les commerces de détail.

Les meubles ou longueurs

Un meuble ou une longueur se compose de plusieurs modules qui doivent être définis d’emblée lors du dimensionnement de l’installation. Cependant, persiste l’option de concevoir une installation sur mesure.

Les linéaires

Un linéaire est un ensemble de meubles ou de longueurs ayant la même désignation (linéaire de boucherie, de produit laitier, de légume et fruit, …). Ces meubles sont juxtaposés, mais pas nécessairement alignés.

Différentes configurations sont possibles. On citera principalement les linéaires :

droits ou alignés ;
en Z ;
en L ;
dos à dos ;
en Y;
fermés.

Les surfaces et le volume

Des paramètres comme les surfaces et les volumes permettent aussi de différencier les meubles ou vitrines frigorifiques.

En ce qui concerne les types de surface, on trouve pour une largeur de meuble unitaire :

La surface de limite de chargement (1).
La surface horizontale de chargement (2).
La surface d’exposition (3).
L’ouverture d’exposition (4).

Le volume utile d’exposition (5) est l’élément qui détermine la capacité de stockage du meuble frigorifique.

Classifications

Critères : généralités

La classification des meubles frigorifiques est très ardue dans le sens où le nombre de modèles est important. Pour cette raison, il est nécessaire de déterminer des critères de classification :

par le type même ;
en fonction de l’ouverture ;
en fonction du niveau d’accès ;
par la manière de l’approvisionner ;
en fonction du type de service ;
par service ;
en fonction de la classe de température ;
en fonction de la nature des denrées
en fonction du type d’emballage ;
en fonction du support prévu pour les denrées ;
en fonction du mode de distribution ;
en fonction du mode de protection des ouvertures ;
par la position de la production frigorifique ;
par la configuration du linéaire ;
par la longueur unitaire ;
par le type de façade.

Critères : application

Deux grandes classes de meubles frigorifiques se dégagent, à savoir les meubles verticaux et horizontaux. Pour chacune de ces classes, les principaux critères peuvent être appliqués.

Les meubles frigorifiques horizontaux

	Comptoir	Vitrine	Etal	Gondole à groupe incorporé	Gondole murale	Mixte
Ouverture	fermé
Ouverture	ouvert
Accès	dessus
	avant
	arrière
Chargement	dessus
	avant
	arrière
Service	libre service
Service	personnel présent
Application	positif
Application	négatif
Produits couramment rencontrés		viandes	traiteur, fromage, viande, pâtisseries	poissons	surgelé, crème glacée	surgelé, crème glacée
protection des produits	emballés
protection des produits	non emballés
Supports	étagères
	plateaux
	table froide
	chariots/palettes
Froid	conductif
	convectif
	mixte
Protection ouvertures	piège à givre		vitrages
	rideau d’air
	soufflage arrière
	portes vitrées
Groupe de froid	Incorporé
Groupe de froid	à distance
Meuble frigorifique	seul
Meuble frigorifique	en linéaire
Longueur	déterminée
	modulaire
	optionnelle
Façade	bandeau panoramique
	éléments mobiles
	superstructure vitrées

Les meubles frigorifiques verticaux

Critères		Vertical n niveau (ouvert)	Vertical à service arrière	Vertical à chargement au sol	vertical basse température	Vertical à porte vitrée (fermé)
Ouverture	fermé
Ouverture	ouvert
Accès	dessus
	avant
	arrière
Chargement	dessus
	avant
	arrière
Service	libre service
Service	personnel présent
Application	positif
Application	négatif
Produits couramment rencontrés		laitiers	pâtisseries	laitiers	surgelés, crème glacée
Protection des produits	emballés
Protection des produits	non emballés
Supports	étagères
	plateaux
	table froide
	chariots/palettes
Froid	conductif
	convectif
	mixte
Protection ouvertures	piège à givre
	rideau d’air
	soufflage arrière
	portes vitrées
Groupe de froid	incorporé
Groupe de froid	à distance
Meuble frigorifique	seul
Meuble frigorifique	en linéaire
Longueur	déterminée
	modulaire
	optionnelle
Façade	bandeau panoramique
	éléments mobiles
	superstructure vitrées

Configurations courantes

Les schémas repris ci-dessous sont des configurations courantes rencontrées dans les commerces.


Comptoir à convection naturelle.	Comptoir en convection forcée et service avant.

Gondole à convection forcée et service par les deux côtés.	Vitrine à étagère et étagère inférieure refroidie.

Meuble horizontal d’exposition mobile.	Etal frigorifique de poissonnerie.

Meuble vertical ouvert en convection naturelle.	Meuble vertical ouvert en convection forcée.

Meuble vertical à palette réfrigérée.	Meuble vertical réapprovisionné par l’arrière.

Meuble vertical négatif à double circuit d’air.	Meuble mixte (gondole et armoire) négatif à porte.

Gondole de type ouverte à convection naturelle.	Gondole de type ouverte à convection forcée.

Gondole dissymétrique simple négative à couvercle.	Double gondole dissymétrique dos à dos à convection forcée et rideaux d’air.

Gondole négative fermée.

La distribution du froid au sein du meuble

Généralités

La distribution du froid dans les meubles frigorifiques est très difficile à mettre en œuvre. Les géométries des meubles pouvant être très complexes, pour assurer l’apport de « frigories » au niveau de chaque denrée et en quantité suffisante, cela nécessite une recherche et des développements complexes de la part des constructeurs.

Les constructeurs se basent sur un régime stationnaire de transmission de chaleur pour dimensionner et tester les équipements composant le meuble frigorifique.

Cependant, les denrées alimentaires exposées dans les meubles frigorifiques, qu’ils soient ouverts ou fermés, subissent en permanence des perturbations ou des agressions dues aux variations des conditions de température et d’humidité de l’ambiance du chargement et du déchargement des denrées, … Concrètement le régime stationnaire est purement théorique, mais néanmoins nécessaire à la classification, la normalisation et le dimensionnement des meubles.

En régime stationnaire (ou permanent), le transfert des « frigories » au sein du meuble frigorifique, suivant les modèles s’effectue de trois manières différentes :

Ces trois modes de transfert sont exploités de différentes manières, seuls ou mixés afin de refroidir efficacement les denrées dans le volume utile de chargement. On distingue principalement :

le froid convectif ;
le froid conductif ;
le froid mixte.

Le froid convectif

Les constructeurs utilisent l’air comme vecteur de transport des « frigories » afin de retirer la chaleur des denrées qui subissent des perturbations thermiques internes et externes au volume utile de chargement des meubles.

Pour réaliser le refroidissement des denrées par convection, on utilise principalement deux techniques :

refroidissement par convection naturelle ;
refroidissement par convection forcée.

Refroidissement par convection naturelle

L’air circule par gravité de haut en bas au travers de l’évaporateur grâce à l’action des variations de masse spécifique et par conséquent de température. La vitesse de déplacement de l’air au travers des denrées est faible (de l’ordre de 0,2 m/s). Ce type de refroidissement offre l’avantage de mettre en œuvre très peu d’énergie électrique au sein même du meuble si ce n’est l’éclairage des denrées (certaines vitrines s’en passent même). On l’utilise couramment pour les vitrines frigorifiques amenées à contenir des denrées fragiles et minces.

La mise en mouvement de l’air par convection naturelle est régie par l’écart de température présent entre l’air et la surface des ailettes de l’évaporateur.

Refroidissement par convection forcée

L’air réchauffé au niveau des denrées par les apports externes et internes se déplace avec l’aide de moto-ventilateurs au travers de l’évaporateur où il se refroidit. La vitesse de l’air est contrôlable, ce qui permet de l’adapter en fonction du type de denrées exposées dans le volume utile de chargement :

Des vitesses d’air faibles et proches des vitesses en convection naturelle (de l’ordre de 0,2 à 0,3 m/s) seront choisies pour assurer le maintien des températures de denrées non-emballées et fragiles en réduisant leur sensibilité à l’oxydation et à la dessiccation (perte d’eau et par conséquent de masse).
Des vitesses d’air plus importantes conviennent plus aux denrées préemballées ou conditionnées.

En convection forcée, la flexibilité de la distribution de l’air est importante et permet, par exemple, de diriger une partie du flux d’air directement sur les denrées à des endroits difficilement accessibles en convection naturelle.

Le froid conductif

Dans ce cas, les parois ou les accessoires refroidis des meubles frigorifiques participent par contact direct et par conduction au maintien des températures des denrées. Les parois peuvent être des évaporateurs à part entière lorsqu’elles sont parcourues, au travers de serpentins, par le fluide frigorigène.

Deux systèmes de maintien de la température des denrées par conduction sont exploités par les constructeurs de meubles :

refroidissement par contact direct;
refroidissement par contact indirect.

Refroidissement par contact direct

En froid positif, on s’arrange pour que la température des parois ne soit pas trop sous 0°C de manière à éviter le collage de la denrée contre la paroi par son gel superficiel. On retrouve ce type de refroidissement lorsque les denrées sont fragiles au refroidissement convectif (dessiccation).

En froid négatif, les parois froides isolées par l’extérieur forment un bac entourant les denrées. Dans les parois, côtés intérieur du meuble, un serpentin sert d’évaporateur. Dans ce type de meuble (gondole à faible volume), les denrées doivent être compactes et en contact intime avec les parois pour favoriser le transfert de chaleur des parois aux denrées et des denrées entre elles. Dans la figure ci-contre, les deux évaporateurs servent de piège à givre en condensant l’humidité de l’air ambiant proche de l’ouverture et de refroidisseur pour les denrées de surface qui absorbent de la chaleur par rayonnement.

Refroidissement par contact indirect

C’est le système typique des étals de poissonnerie où la température à cœur des poissons doit être maintenue aux alentours des 0 à +2 °C.

Un lit de glace étalé sur une table refroidie constitue un refroidissement par contact indirect. Le lit de glace permet :

L’hydratation des poissons en permanence par la fusion à température constante de la glace (0°C).
De maintenir un excellent contact thermique entre la table, la glace et les denrées.
De garder la température à cœur proche de 0°C en recouvrant les denrées de glace.
D’éviter le gel des produits de la mer en les isolant de la plaque froide qui elle se trouve sous les 0°C.
De réduire la puissance frigorifique de l’étal.

Le froid mixte

Ce type de meuble ou de vitrine frigorifique regroupe le froid convectif et conductif. On utilise ce système dans le cadre de l’exposition de denrées non emballées et relativement volumineuses. On évite de la sorte les problèmes lié :

Au froid convectif seul :
- La nécessité de descendre les températures d’évaporation de manière franchement négative (- 10 °C pour des températures à cœur des denrées de l’ordre de 0/+ 2 °C).
- Le besoin d’augmenter les vitesses de l’air entraînant des risques d’oxydation et de dessiccation des produits non emballés.
- La surface d’échange limitée.

Au froid conductif seul :
- Des apports frigorifiques limités par simple contact.
- Le risque de gel des denrées (du moins en surface) dans les applications positives.
- Une température des denrées hétérogènes.

Les rideaux d’air

Problématiques

La plupart des meubles ou vitrines frigorifiques sont ouverts par rapport à l’ambiance du commerce. Cette configuration est voulue afin de permettre au consommateur de voir, de toucher et de disposer des denrées très facilement. Cependant, l’écart de température entre le volume réfrigéré et l’ambiance du magasin peut, dans certains cas, atteindre les 45 à 50 K.

Cas des meubles horizontaux

Théoriquement, la densité importante de l’air froid favorise son maintien dans le volume utile de chargement ; ce qui est une bonne chose. Néanmoins, dans la pratique, un simple courant d’air dans un meuble rempli à la limite de chargement compromet le fragile équilibre. De plus, le volume utile froid a une pression partielle de vapeur plus faible que celle de l’air ambiant au dessus du meuble entraînant le passage de vapeur d’eau de l’ambiance vers le meuble. Le résultat final est la condensation de la vapeur d’eau sur les parois du meuble ou sur les produits stockés sous forme d’eau, de neige, de givre ou de glace.

Cas des meubles verticaux

Dans ce cas de figure, l’air froid à tendance à s’écouler et sortir du meuble réfrigérant. Des études poussées ont été menées afin de déterminer le comportement du flux d’air froid en fonction du chargement du meuble. En effet :

la position des denrées sur les étagères ;
leur masse (inertie thermique) ;
leur quantité (meuble vide, chargement total ou partiel) ;
l’absence d’espace vide;
la présence d’obstacle ;
la présence de courant d’air dans l’ambiance du magasin (v > 0,2 m/s) ;
…

change drastiquement le comportement aéraulique et thermique du meuble.

Solution

Pour limiter d’une part les échanges thermiques importants susceptibles de réchauffer et donc de dégrader les produits de consommation et d’autre part les pertes énergétiques au niveau de la production de froid, les fabricants ont introduit le rideau d’air.

Rôle des rideaux d’air

Comme on l’a vu ci-dessus, les rideaux d’air ont un rôle essentiel dans l’optimisation des meubles frigorifiques au niveau thermique et énergétique. Ils doivent permettre principalement :

L’accès aux denrées contenues dans le volume utile de chargement. De par sa composition intrinsèque, l’air n’offre pas de résistance et convient parfaitement.
De préserver l’ambiance froide intérieure du meuble à la température de conservation désirée.
De réduire et contrôler les échanges de chaleur sensible (dus aux écarts de températures entre l’ambiante du magasin et le meuble) ainsi les échanges d’humidité (dus aux écarts de pression partielle).
D’évacuer les apports thermiques par rayonnement des parois extérieures sur les denrées par convection forcée.
De maîtriser le bouclage de l’air en circuit fermé.

Type de rideaux d’air

On rencontre sur le marché différents types de rideaux d’air :

selon le type de meuble, horizontaux, inclinés ou verticaux ;
en circuit ouvert ou fermé;
simple ou multiples (certaines configurations sont à 3 rideaux parallèles);
à flux orienté ou non par des buses de soufflage;
selon la direction du flux pour les meubles verticaux (de haut en bas ou l’inverse);
selon la position (dans le volume réfrigéré, hors du volume réfrigéré, à la limite de chargement);
laminaires ou turbulents;
symétriques ou asymétriques;
…

Principales caractéristiques des rideaux d’air

Les différentes caractéristiques des rideaux d’air citées ci-dessous permettent d’évaluer l’efficacité thermique et énergétique que l’on peut attendre d’eux. Pour un rideau d’air type, on définit :

la portée H équivalant à l’ouverture du meuble ou encore la distance entre la buse de soufflage et la bouche de reprise;
la longueur Lv du rideau d’air correspondant à celle du meuble;
l’épaisseur B au niveau de la buse de soufflage;
la température t1, le titre de vapeur d’eau x1 et la vitesse v1 du flux d’air à la sortie de la buse de soufflage;
la direction A du flux d’air par rapport à l’horizontale pour les meubles horizontaux (gondoles par exemple) et la verticale pour les verticaux;
le sens (vers le bas, vers le haut, …);
les températures et les titres de vapeur d’eau que le rideau sépare :
- ambiance du magasin (ta, xa);
- ambiance interne du meuble (ti, xi)
le débit massique M1 à la buse de soufflage et à la bouche de reprise.

Les rideaux d’air symétriques

On dit d’un rideau d’air qu’il est symétrique lorsque le profil de vitesse par rapport à l’axe du flux du rideau est symétrique. Comme le montre la figure ci-dessus, sur la hauteur de l’ouverture du meuble, le flux d’air du rideau, par frottement et turbulence entraîne ou induit tant à l’extérieur qu’à l’intérieur des masses d’air grandissantes qui le freinent et l’alourdissent. L’induction des masses d’air tant externe qu’interne a pour effet de réchauffer le rideau d’air et de le charger en humidité en évitant ainsi qu’elle ne puisse migrer vers l’intérieur du meuble.

A la bouche de reprise, les masses induites tant à l’extérieur qu’à l’intérieur par le rideau d’air sont séparées :

à l’extérieur, une certaine quantité d’air froid est perdue;
à l’intérieur, une circulation secondaire se crée.

L’induction de l’air à l’extérieur correspond sensiblement à la perte d’air froid à la bouche de reprise. En d’autres termes, plus le rideau est efficace moins il induit d’air ambiant et moins il rejette d’air froid à la bouche de reprise.

L’air aspiré à la reprise a vu son enthalpie (son niveau énergétique) augmenter et par conséquent devra être refroidi au travers de l’évaporateur avant de recommencer un cycle. À noter que l’humidité qui a migré dans le rideau d’air se condensera sur l’évaporateur, d’où la nécessité de dégivrer régulièrement les évaporateurs pour éviter qu’ils ne « prennent en glace ».

Pour un meilleur bilan énergétique et thermique du meuble, il est nécessaire :

de réduire l’induction de l’air extérieur en diminuant la vitesse du rideau d’air et les turbulences;
d’augmenter l’échange thermique au travers de l’évaporateur et donc le débit.

Pour concilier ces deux nécessités antinomiques, les constructeurs ont placé sur les meubles verticaux par exemple des panneaux munis de bouches de soufflage (système en cascade) répartissant ainsi le flux d’air refroidi à la sortie de l’évaporateur entre les bouches secondaires et le rideau d’air. Il en résulte un débit au rideau d’air optimisé et un débit maximum au travers de l’évaporateur.

Les rideaux d’air asymétriques

On dit d’un rideau d’air qu’il est asymétrique lorsque le profil de vitesse par rapport à l’axe du flux du rideau est asymétrique. En général, on s’arrange pour que la vitesse à proximité de la limite de chargement soit plus importante que celle qui induit l’air ambiant tout en évitant que le flux devienne turbulent. Ce dispositif permet :

par convection, d’évacuer rapidement la chaleur accumulée en surface supérieure des denrées par rayonnement;
de réduire l’induction de chaleur et d’humidité de l’extérieur.

En général, on privilégie des rideaux d’air épais de manière à obtenir des débits suffisants à l’évaporateur pour un refroidissement efficace tout en garantissant des vitesses faibles de déplacement de l’air au niveau de l’ouverture du meuble.

Les évaporateurs

Spécificités

Les évaporateurs qui équipent les meubles frigorifiques sont assez différents des évaporateurs classiques. En effet, non seulement il est nécessaire d’optimiser la compacité des meubles afin de réduire leur emprise sur la surface de vente, mais aussi le volume utile de chargement. Ces deux critères font en sorte que l’espace réservé à l’évaporateur est réduit.

La conception et le dimensionnement des évaporateurs sont différents aussi selon que les meubles frigorifiques travaillent :

en convection forcée;
en convection naturelle;
en conduction.

Convection forcée

La technologie des évaporateurs par convection forcée fait appel à un flux d’air qui échange sa chaleur à une batterie d’ailettes en aluminium en contact intime avec un réseau de tubes en cuivre dans lequel circule un fluide frigorigène comme montré ci-dessous.

Puissance frigorifique

En pratique, les fabricants réalisent des évaporateurs relativement plats, mais longs afin de ne pas perdre trop de puissance frigorifique. Cette puissance frigorifique s’exprime par la relation suivante :

Po = K_o x S_E x Δt_mln [W]

P_o = coefficient global d’échange moyen [W/m².K]. Ce coefficient K_o prend en compte les échanges externes de chaleur tant sensible que latente (transfert de masse en eau ou en givre sur les surfaces externes des ailettes) entre l’air et les ailettes, et les échanges internes entre le fluide frigorigène et la surface interne des tubes.
S_E = surface d’échange externe [m²]. Pour un volume donné, la surface S_E est approchée par la relation suivante :

S_E ~ 2 x V_E / p [m²]

V_E = le volume de l’évaporateur.

Δt_mln = écart de température moyen logarithmique [K]. Cet écart théorique est représenté par la formule suivante :

Δt_mln = t₁ – t₂ / ln (t₁ – t₀ / t₂ – t₀) [K]

t₁ = la température de l’air à l’entrée de l’évaporateur.
t₂ = la température de l’air à la sortie de l’évaporateur.

Ordre de grandeur de puissance frigorifique

Le calcul de la puissance d’un évaporateur est très complexe. Aussi, il est plus simple dans la pratique de donner des ordres de grandeur de puissance frigorifique en fonction du type de comptoir.

FROID NEGATIF
Type de comptoir en convection forcée	Rideau d’air	Surface d’exposition [m²/ml]	Température d’application [°C]	Température d’évaporation [°C]	Puissance frigorifique [W/ml]
Gondole « self-service »	horizontal asymétrique laminaire	0,8	– 18 à -20	– 35	420 / 450
Gondole « self-service »	horizontal asymétrique laminaire	1,1	– 23 à -25		630 / 670
Meuble vertical « self service »	triple rideau parallèle et turbulent	1	– 18 à -20		1 900 / 2 100
Meuble vertical « self-service » à portes vitrées	intérieur turbulent	0,84	– 23 à -25		800 / 860
Condition climatique de l’ambiance : régime établi à 25 °C et HR de 60 %.

Convection naturelle

Les comptoirs à convection naturelle sont plus utilisés dans le commerce de détail. Les évaporateurs quant à eux ressemblent à ceux utilisés en convection forcée. L’air traverse l’évaporateur de haut en bas en se basant sur l’effet de mise en mouvement de l’air par la présence d’une différence de température entre l’air et les surfaces de l’évaporateur.

Puissance frigorifique

Un peu comme en convection forcée, la puissance frigorifique s’exprime par la relation principale suivante :

Po = f₁ x α_eN x S_E x Δt_N [W]

f₁ = coefficient prenant en compte la puissance latente due au transfert de masse en l’air humide et la surface de l’évaporateur (eau et givre).
α_eN = coefficient d’échange moyen en convection naturelle [W/m².K].
S_E = surface d’échange externe [m²]. Pour un volume donné, la surface S_E est approchée par la relation suivante :

S_E ~ 2 x V_E / p [m²]

V_E = le volume de l’évaporateur.

Δt_N = écart de température entre la température de l’air à l’entrée de l’évaporateur et la température de surface de l’ailette.

Ordre de grandeur de puissance frigorifique

FROID POSITIF
Type de comptoir en convection forcée	Surface d’exposition [m²/ml]	Température d’application [°C]	Température d’évaporation [°C]	Puissance frigorifique [W/ml]
Vitrine pour les commerces de détail principalement	0,8 (protection de la vitrine par rapport à l’ambiance sous forme de vitrage	+ 2 à + 4	– 10	200 / 220
Condition climatique de l’ambiance : régime établi à 25 °C et HR de 60 %.

Conduction

Dans le cas des étals par exemple, on s’arrange pour que la température de la « plaque froide » soit plus basse que celle des denrées qui sont en contact avec elle. Le système utilise une plaque en inox en contact thermique intime avec un serpentin de tuyau en cuivre. Les déperditions « négatives » ou pénétrations de la chaleur au dos de l’ensemble de la plaque et du serpentin et le risque de condensation sont limitées par un isolant performant. En pratique, on s’arrange pour que l’écart de température entre la plaque froide et le fluide réfrigérant soit aux alentours des 5 K. Par cet écart, on tient compte :

de la perte d’efficacité due au contact limité entre la plaque et le serpentin;
de l’effet ailette de la plaque froide inter-tube ;
de l’imperfection de l’isolation ;
…

La puissance frigorifique s’exprime approximativement par la relation principale suivante :

Po = S_p x A x (t_a – t_sf) [W]

S_p = surface de la plaque froide [m²].
A = coefficient d’échange moyen [W/m².K]. Il vaut de l’ordre de 10 pour une plaque disposée au sein d’une vitrine et 16 pour une plaque en contact direct avec l’air ambiant.
t_a = température ambiante [K].
t_sf = température moyenne de la surface de la plaque froide [K].

Protections des ouvertures

Rôles

Les protections d’ouverture des meubles frigorifiques sont indispensables sur le plan de la conservation des denrées ainsi qu’au niveau énergétique lorsque les commerces ne sont plus occupés (la nuit, les dimanches, …). En effet, les 2/3 du temps les commerces sont fermés. Les déperditions « négatives » ou pénétrations thermiques des meubles sont principalement dues aux ouvertures (pertes par induction et rayonnement) et représentent les 3/4 des kWh perdus lorsqu’on établit le bilan énergétique du meuble, mais aussi du groupe frigorifique associé. D’où la nécessité pendant les périodes d’inoccupation de prévoir des protections. On les appelle communément les rideaux ou les manteaux de nuit.

Photo protections des ouvertures.

Risques des protections

Généralement, les risques majeurs lors du placement de protection des ouvertures sont :

le gel des denrées;
le mauvais fonctionnement des compresseurs frigorifiques (« court-cycle »);
la condensation d’eau sur les denrées.

Caractéristiques

Les technologies utilisées pour les protections de nuit sont diverses et inventives. On citera :

Les rideaux de nuit manuels et automatiques (motorisation sur horloge par exemple) qui peuvent équiper la plupart des meubles frigorifiques qu’ils soient horizontaux, verticaux, positifs ou négatifs. Ces rideaux sont généralement composés d’une toile souple, peuvent être réfléchissants (limitation de l’échange par rayonnement), microperforés (réduction du risque de condensation). Enfin, les rideaux peuvent être placés devant ou derrière le rideau d’air.
Les couvertures souples, rigides non isolées, rigides isolées. Il est bien entendu que les couvertures rigides isolées constituent le « must » des protections puisqu’elles isolent complètement les denrées des agressions externes. Elles conviennent bien pour les applications en froid négatif horizontal. Suivant qu’elles sont placées au-dessus (risque de condensation sur la face supérieure) ou en dessous, les couvertures doivent permettre la réception d’eau de condensation. En froid négatif, les couvertures peuvent permettre de gagner entre 4 et 10 K de température au niveau des denrées les plus sollicitées.

L’éclairage

Spécificités

Les éclairages des meubles frigorifiques doivent remplir une mission particulière. Spécifiquement, ils sont sensés :

Mettre en évidence les denrées contenues dans le volume utile de chargement pour favoriser la vente.
Eviter l’éblouissement des clients et du personnel.
Répartir uniformément le flux lumineux.
Eviter de réchauffer les denrées.
Et naturellement avoir un rendement énergétique performant.

Caractéristiques

La technologie utilisée dans le froid alimentaire est souvent celle des tubes fluorescents disposés derrière des frontons, sous les étagères, …. Ce type d’éclairage est efficace tant au niveau du confort, de la vente et énergétique pour autant que l’ambiance autour des tubes ne soit trop froide. En effet, les basses températures affectent fort le rendement lumineux des lampes fluorescentes.

Tubes fluorescents

A en croire la modularité des meubles frigorifiques, on dirait presque que c’est la technologie du froid alimentaire qui s’est adaptée à celle de l’éclairage plutôt que l’inverse. Effectivement, les modules de 1,2 m permettent d’intégrer très facilement des tubes fluorescents de la gamme des T8 ainsi que des T5.

Tube fluorescent sous tablette.

Modularité	Technologie T8	Technologie T5
1,2 m	36 W	28, 54 W
1,5 m	58 W	35, 49 W

LED de puissance

Actuellement, des constructeurs sont en train d’effectuer des essais sur les bandeaux de LED de puissance. Il est encore trop tôt pour se prononcer sur l’avenir des LED dans les comptoirs frigorifiques.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Ballasts

A quoi servent les ballasts, les starters et les condensateurs ?

Le fonctionnement des lampes fluorescentes et des lampes à décharge nécessite l’utilisation de ballasts et de starters (pour les lampes fluo) ou d’amorceurs (pour les lampes à décharge).

L’exemple repris ici décrit le mode d’allumage d’un tube fluorescent. Le fonctionnement est identique pour les lampes fluocompactes et pour les lampes à décharge. Pour ces dernières, le brûleur remplace le tube et l’amorceur remplace le starter.

Schéma mode d'allumage d'un tube fluorescent.

Fig. 1, 2 et 3.

Le starter est composé d’un petit tube rempli de gaz et pourvu d’un bilame.

À l’allumage, la mise sous tension provoque un arc électrique au sein du gaz. Celui-ci échauffe le bilame, jusqu’alors ouvert (fig. 1).

Pendant ce temps, un courant circule dans les électrodes du tube. Elles s’échauffent et ionisent le gaz qui les environne, ce qui facilitera l’allumage.

Sous l’effet de la chaleur, le bilame se ferme, l’arc électrique dans le starter disparaît. (fig. 2).

Le bilame se refroidit alors et s’ouvre. Il provoque ainsi une interruption brusque du courant dans le ballast raccordé en série.

Le ballast, composé d’un bobinage de cuivre entourant un noyau de fer (ballast dit inductif ou électromagnétique), va tenter de rétablir ce courant en libérant toute son énergie. Cela provoque une impulsion de tension très élevée entre les électrodes de la lampe (jusqu’à 1 500 V) capable d’allumer le tube fluorescent (fig. 3).

Souvent, cet allumage ne réussit pas en une seule tentative. Si la lampe ne s’est pas allumée, le cycle recommence.

En fonctionnement, la tension aux bornes de la lampe est trop faible pour générer un nouveau cycle d’allumage (40 à 110 V). Le starter se maintient donc en position ouverte et le courant traverse la lampe qui reste allumée.

À partir de cet instant, le ballast joue le rôle de limiteur de courant et empêche la destruction de la lampe.

Lorsque le ballast est électromagnétique, il faudra ajouter un condensateur dans le circuit pour compenser le mauvais cos φ.

Ballast électromagnétique

Starters.

Ballasts électromagnétiques.

Condensateur.

Le ballast électromagnétique (appelé aussi « inductif » ou « conventionnel ») est essentiellement constitué d’un bobinage. Il doit être associé à un starter pour provoquer l’allumage des lampes fluorescentes. Certains ballasts dits « à faibles pertes », ont une consommation nettement plus faible que celle des ballasts conventionnels. Il existe aussi des ballasts « à très faibles pertes » mais ils sont beaucoup plus volumineux.

L’utilisation de ballasts électromagnétiques induit un facteur de puissance relativement bas (cos = 0,5), ce qui peut être pénalisé par le distributeur électrique. Il n’est donc pas rare de devoir ajouter des condensateurs soit en tête d’installation, soit au niveau des luminaires afin de compenser l’effet inductif. On peut aussi insérer des condensateurs (d’une capacité double) dans 50 % des circuits de lampes pour compenser l’effet inductif total. Ceci permet d’économiser un condensateur sur deux.

Exemples de raccordement interne d’un luminaire avec ballast électromagnétique. C = condensateur, S = starter, TL = tube fluorescent
	Circuit inductif à un tube Cos φ= 0,5 (inductif).
	Circuit compensé Cos φ = 0,9.
	Circuit de deux lampes (une capacitive et une inductive). Raccordement en parallèle Cos φ = 0,95.
	Circuit de deux lampes (circuit « duo »). Raccordement en série avec un seul ballast Cos φ = 0,5.

Ballast électronique haute fréquence pour lampes fluorescentes

L’ensemble starter, ballast conventionnel et condensateur de compensation du cos φ peut être remplacé par un ballast électronique avec ou sans préchauffage des cathodes.
Celui-ci alimente les lampes sous haute fréquence (entre 25 et 60 kHz). Il est appelé également ballast HF (haute fréquence).
Son facteur de puissance est proche de 1 et il n’y a donc pas de nécessité de compenser celui-ci par l’utilisation de condensateurs.
Ce système, ne nécessitant pas de starter, présente nettement moins de pertes.

Ballast électronique pour tube fluorescent.

Ballast électronique avec préchauffage (ou cathode chaude)

Le ballast électronique avec préchauffage des cathodes présentent bon nombre d’avantages :

Il a une consommation plus faible qu’un ballast conventionnel.

Il augmente l’efficacité lumineuse et la durée de vie des lampes fluorescentes (jusqu’à 16 000 h).

Il diminue le papillotement des lampes à décharge en alimentant les lampes sous haute fréquence et prolonge ainsi leur durée de vie. La diminution de papillotement diminue aussi la fatigue visuelle provoquée par les tubes fluorescents.

Il coupe automatiquement l’alimentation d’une lampe défectueuse et évite son clignotement en fin de vie.

Son facteur de puissance est proche de 1.

Il diminue le niveau de bruit.

Il a une consommation constante pour une large plage de tension.

Exemple de diminution de la consommation énergétique en fonction de la présence d’un ballast électronique.

Ballast électronique sans préchauffage

Le seul avantage d’un ballast électronique sans préchauffage des cathodes est qu’il consomme moins qu’un ballast conventionnel. Par contre, il n’évite pas, lors de l’allumage du tube, une surtension au travers des cathodes. Cela entraîne un déclin du tube suite à son noircissement au droit des cathodes.

Ballast électronique dimmable

Les ballasts électroniques dimmables permettent de contrôler le flux lumineux des lampes dans une certaine proportion. La plupart ont une plage de dimming de 3-10 % à 100 %. Ce type de ballast permet donc de générer une économie d’énergie vu que la consommation électrique est quasi proportionnelle au flux lumineux sur toute la plage de dimming.

Exemple de ballast électronique dimmable pour lampe fluocompacte à broche.

Le ballast électronique dimmable, raccordé à un simple dimmer, permet d’ajuster le niveau d’éclairement à la demande. On corrige ainsi le surdimensionnement inévitable des nouvelles installations.

Le plus courant des ballasts électroniques dimmables est commandé/géré en 0-10V. On les appelle aussi les ballasts électroniques dimmables analogiques. À l’inverse les ballasts électroniques de type DALI sont numériques et adressables.

Ce ballast sera aussi utilisé lorsque le flux lumineux doit s’adapter à l’apport en éclairage naturel.

Ballast électronique pour lampes au sodium basse pression

Ballast électronique pour lampe sodium basse pression.

L’ensemble starter, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique, appelé également ballast HF (haute fréquence). À l’opposé des ballasts électroniques pour lampes fluorescentes, il n’existe qu’un seul type de ballast électronique pour lampes au sodium basse pression.

Les avantages de ce ballast par rapport au ballast conventionnel sont :

Une consommation propre plus faible qu’un ballast conventionnel (75 % en moins).

Il diminue le papillotement des lampes à décharge en alimentant les lampes sous haute fréquence.

Il réduit l’influence de la fluctuation de la tension.

Contrairement au ballast conventionnel, la puissance consommée reste pratiquement constante pendant toute la durée de vie de la lampe.

Il est moins encombrant et se monte plus facilement.

Ballast électronique pour lampes à décharge haute pression

Ballast électronique pour lampe HID.

Il existe un ballast électronique dimmable pour lampe au sodium haute pression et lampe aux iodures métalliques.

Il présente certains avantages par rapport au ballast électromagnétique :

Il réduit l’influence de la fluctuation de la tension et augmente la durée de vie des lampes (15 à 20 %).

Il diminue le clignotement des lampes à décharge, ce qui atténue la fatigue visuelle provoquée par la lampe.

Il est moins encombrant et se monte plus facilement.

Le temps de mise en service est réduit.

Pour certaines marques, ces ballasts électroniques permettent un réamorçage à chaud instantané.

Néanmoins, l’usage de ces ballasts est limité à certaines lampes (certaines puissances et certains types de culots).

Ballast électronique multilampes

Ballast électronique « intelligent ».

Ce type de ballast, grâce à son « intelligence embarquée », est en mesure de reconnaître les différentes lampes fluorescentes T5 uniquement de manière autonome et de les amorcer de façon optimale.

Lors du premier amorçage de la lampe, le microprocesseur du ballast électronique effectue plusieurs mesures des paramètres de la lampe fluorescente et compare celles-ci avec les valeurs de références normalisées enregistrées dans sa mémoire telles que :

le courant de préchauffage,
la tension d’électrode,
l’impédance de l’électrode,
le courant normal de régime,
la tension de service de la lampe.

L’identification terminée, les paramètres de fonctionnement du ballast sont fixés en fonction du type et de la puissance de la lampe fluorescente détectée et enregistrés dans sa mémoire (EPROM).

Lors des amorçages suivants, seul un très court test de vérification est effectué si les paramètres de la lampe n’ont pas changé.

Le ballast multilampes s’adapte en général à différentes gammes de puissances reprises dans le tableau suivant :

Longueur de tube	Puissance des lampes
550 mm	14 et 24 W
850 mm	21 et 39 W
1 150 mm	28 et 54 W
1 450 mm	35, 49 et 80 W

Ballast électronique à commande numérique DALI

Ballast électronique de type DALI.

En mettant à profit les possibilités de l’électroniques, les ballasts électroniques permettent de réaliser (en fonction du modèle) la gradation des lampes fluorescentes ou d’être intégrés dans des systèmes de gestion numérique de l’éclairage tel que, par exemple, le standard d’interface numérique DALI (Digital Addressable Lighting Interface). À partir de cet instant, on peut parler de « réseau adressable d’éclairage » offrant beaucoup d’avantages au niveau de :

la flexibilité et la modularité de l’installation d’éclairage en fonction du zonage des grands espaces,

l’amélioration du confort des utilisateurs et de l’efficacité énergétique.

A contrario, un tel type de réseau engendre des coûts d’installation et d’équipement non négligeables.

Les ballasts à régulation adressable électronique DALI ressemblent aux ballasts électroniques gradables classiques et ne se différentient que par le sigle suivant :

Les ballasts DALI ont les caractéristiques suivantes :

placé en réseau, chaque ballast est adressable séparément en donnant beaucoup de flexibilité à l’installation (moins de problème dans le câblage en conception et en rénovation),

le flux lumineux de la lampe peut être régulé entre 3 et 100 % en assurant une bonne gestion énergétique par rapport à l’occupation des locaux et l’apport de lumière naturelle,

les constructeurs annoncent jusqu’à 60 % d’économie d’énergie (à vérifier !).

les états des ballasts sont analysés en permanence (défaut de lampes, durée de vie, .

Comparaison des ballasts électroniques dimmables analogiques et numériques

Les ballasts électroniques dimmables de type numérique DALI se positionnent entre les systèmes analogiques 1-10 V et les systèmes bus de type EIB (KNX) par exemple.

Les ballasts de type DALI peuvent tout aussi bien gérer des luminaires dans une configuration des plus simples qu’intégrer un sous-système de gestion par bus. Comme le montre le schéma ci-dessus, les ballasts électroniques DALI sont un bon compromis entre la fonctionnalité embarquée et les coûts.

Classification énergétique des ballasts

La directive européenne 2000/55/CE et l’Arrêté Royal du 05 mars 2002 établit des exigences de rendement énergétique des ballasts pour lampes fluorescentes.

Il ressort de la Directive et de l’Arrêté que les classe C et D (ballast électromagnétique à moyennes et fortes pertes) sont dorénavant interdites.

Le CELMA (Fédération des Associations Nationales de Fabricants de Luminaires et de composants Electrotechniques pour Luminaires de l’Union Européenne), quant à lui, va plus loin en proposant une classification énergétique de l’ensemble ballast + lampe; ce qui est plus logique au sens énergétique du terme. Pour en savoir plus : La puissance absorbée par les lampes fluorescentes et leurs auxiliaires (ballast) !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Obtenir une aide pour le secteur public

Pour les infrastructures sportives

Principe de la subvention

Renouveler l’éclairage d’une salle de sports, comme remplacer sa vieille chaudière, c’est réaliser un aménagement des infrastructures sportives.

À ce titre, il est possible d’obtenir une aide de la Région wallonne, Direction des Infrastructures Sportives.

Il est prévu deux possibilités d’intervention financière (voir « Décret relatif aux subventions octroyées à certains investissements en matière d’infrastructures sportives » du 25/02/99, paru au moniteur du 18/03/99, modifié en dernier par le décret du 17/12/2015 en vigueur au 1/1/2016) :

Pour les « petits travaux », d’un coup global inférieur à 1 500 000 € HTVA, le subside se monte à 75 % (voire 85 % pour certains projets communaux d’animation de quartier accessibles à tous). La démarche est rapide et accessible aux pouvoirs locaux et aux groupements sportifs.
Pour les « gros travaux », d’un coup global situé entre 1 500 001 et 1 875 000 € HTVA, un subside de 60 % est accordé et la démarche est réservée aux Pouvoirs Locaux (communes, provinces, Intercommunales, régies autonomes)

À noter que désormais les sociétés de logements de service public sont également éligibles.

On peut imaginer que les rénovations énergétiques entrent dans la première catégorie.

Sont subsidiables : les matériaux mis en œuvre par vos soins, mais aussi la réalisation de travaux par des entreprises spécialisées.

À noter que pour les communes, provinces, … disposant de bâtiments sportifs, rien n’empêche a priori de cumuler cette subvention avec UREBA, la subvention pour projets économiseurs d’énergie.

Modalités

Un dossier devra être introduit en double exemplaire auprès d’Infrasports. Il comportera notamment :

une présentation du projet, des installations existantes et des utilisateurs, adressée au Ministre chargé des Insfrastructures Sportives,
le programme des constructions,
un plan coté,
pour les groupements sportifs, une preuve de jouissance du bien durant 20 ans à dater de l’introduction de la demande (ou une copie du titre de propriété),
l’estimation des coûts,
un plan d’implantation dans la commune,
un permis de bâtir le cas échéant,
pour les groupements sportifs, les statuts de l’association, l’approbation du Conseil Communal et des attestations diverses.

Les documents complets ainsi que les personnes de contact nécessaires pour la bonne constitution de ce dossier peuvent être obtenus auprès d’Infrasports.

Pour l’éclairage public

Programme TRIENNAL

Les investissements d’installation, de déplacement et de renouvellement d’éclairage public, à l’exception du renouvellement d’appareils d’éclairage visés par le décret du 9.12.1993 relatif aux aides et interventions de la Région wallonne pour la promotion de l’URE, des économies d’énergie et des énergies renouvelables, et par ses arrêtés d’exécution, sont subventionnés par l’arrêté du Gouvernement wallon du 07.05.1998 paru au Moniteur belge le 13.06.1998 et entré en vigueur le 23.06.1998. Il porte exécution du décret du 01.12.1988 relatif aux subventions octroyées par la Région wallonne à certains investissements d’intérêt public. Le taux de subvention est de 60% et peut s’élever à 75% lorsque l’investissement a pour objectif la sécurité et la convivialité de la voirie publique contribuant à la fois à la limitation de la vitesse des véhicules à moteur et à l’amélioration du cadre de vie.

Dossiers traités par la Direction Générale des Pouvoirs Locaux.

EPURE

À l’intention des villes, communes et provinces de la région, il existe un programme de subsidiation de la rénovation de l’éclairage public. Ce programme porte le nom de EPURE.

Les investissements de remplacement de l’éclairage public existant, destinés à réaliser des économies d’énergie, sont subventionnés par l’arrêté du Gouvernement wallon du 01.04.1999 paru au Moniteur belge le 13.05.1999. Ce dernier a été modifié par l’arrêté du Gouvernement Wallon du 25 avril 2002 paru au Moniteur belge le 28 mai 2002.

Le montant de la subvention, qui est plafonné à cent pour cent du montant total des travaux et études, est calculé en fonction des économies d’énergie d’après le tableau suivant :

ÉCONOMIES	SUBVENTION EN EURO PAR APPAREIL
	< /= 100 W	> 100 W
0% – 9%	0	0
10% – 19%	119	139
20% – 24%	238	278
25% – 29%	300	350
30% – 39%	312,5	364,5
40% – 49%	342,5	399,5
50% et +	372	434

Dossiers traités par la Direction générale opérationnelle – Aménagement du territoire, Logement, Patrimoine et Énergie.

Formulaire T1
Le Formulaire T1 () peut être téléchargé à l’adresse suivante :
http://energie.wallonie.be (taper EPURE dans l’outil de recherche).

Contact

DGO4 – Aménagement du territoire, Logement, Patrimoine, Energie
Avenue Prince de Liège, 7 – 5100 Jambes.
Mr Michel MARCHETTI
Tél : 081 33 56 46
Fax : 081 30 66 00
Courriel : michel.marchetti@spw.wallonie.be

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir entre les différents types de fenêtre : récapitulatif

A. Les châssis

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix des châssis.

Techniques

Pour en savoir plus sur les différents types de châssis.

Le châssis en bois

Avantages

Thermiquement performant.
Traditionnel dans nos régions.
Produit naturel (si bien géré).
S’adapte facilement à des formes complexes.
Relativement stable au feu.
Relativement résistant à l’effraction.

Inconvénients

Nécessite un entretien périodique.

Le châssis en PVC

Avantages

Thermiquement performant.
Entretien très facile.

Inconvénients

Produit synthétique contenant du chlore.
Dilatation thermique importante.
Faible résistance au feu.
Faible résistance à l’effraction

Le châssis en aluminium à coupure thermique

Avantages

Bonne résistance mécanique.
Bonne résistance à l’effraction.
Facile à entretenir.

Inconvénients

Thermiquement moins performant que le bois ou le PVC.
Faible résistance au feu.

Le châssis mixte et le châssis à haute performance thermique

Il existe une grande variété de châssis constitués de différents matériaux assemblés en vue de conférer à ceux-ci des caractéristiques spécifiques adaptées à leurs usages : Isolation renforcée, facilité d’entretien, résistance mécanique, …

Le choix de ceux-ci se fera en fonctions des niveaux de performances à atteindre par le bâtiment. Ils sont plus coûteux que des châssis classiques.

B. Le vitrage

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix du vitrage.

Techniques

Pour en savoir plus sur les différents types de vitrage.

Le vitrage thermique

On n’envisagera plus actuellement de mettre en œuvre des vitrages autres que thermiquement performants.

Un double vitrage basse émissivité avec gaz dont le coefficient de transmission thermique Ug est compris entre 1.0 et 1.3 W/m²K, est un minimum à prévoir. De plus, le rapport qualité/prix de ce type de vitrage est intéressant.

Pour des ambitions plus hautes en matière de performance thermique, le triple vitrage s’impose. Il est normal que son prix soit plus élevé. Le châssis doit évidemment être adapté à l’épaisseur du vitrage et à son poids.

Le vitrage thermique solaire

Outre ses qualités thermiques, sa principale fonction est de diminuer les apports solaires pour réduire la surchauffe dans le bâtiment. Il est donc indiqué lorsque le bâtiment ne peut pas être équipé de protections solaires fixes ou mobiles efficaces et qu’il est sensible à la surchauffe à cause de sa faible inertie et/ou d’apports internes importants.

Les vitrages thermiques ont cependant certains inconvénients.

Ils peuvent, dans certaines conditions atmosphériques, assombrir l’intérieur au point de nécessiter l’usage de l’éclairage artificiel.
Ils peuvent diminuer les apports solaires gratuits en hivers.
Leur aspect extérieur n’est pas aussi neutre que celui d’un vitrage normal (couleur et réflexion).
Depuis l’intérieur du bâtiment, la perception de la lumière extérieure est modifiée (intensité et couleur).
La nuit, la visibilité vers l’extérieur est fortement réduite à cause de la réflexion de la lumière intérieure.

Le vitrage thermique acoustique

Le choix d’un vitrage thermique acoustique n’est justifié que par la localisation du bâtiment dans une zone bruyante. Il protège des bruits extérieurs sans avoir un impact significatif sur l’acoustique intérieure du bâtiment. Il n’est efficace que lorsque les fenêtres sont fermées et donc inutile dans un bâtiment dont les fenêtres doivent être ouvertes souvent.

Ce type de vitrage est plus lourd que le vitrage thermique normal (une des vitres est plus épaisse) et thermiquement légèrement moins performant (à épaisseur totale égale, l’espace entre les vitres est moins large – 12 mm au lieu de 15 ou 16 mm). Il est aussi plus cher.

Le vitrage thermique de sécurité

Comme le vitrage acoustique, le vitrage de sécurité n’est justifié qu’aux endroits où il y a risque de blessure ou de chute pour les personnes, ou d’effraction. Les règles de sécurité à respecter sont reprises dans la norme NBN S23-002 : 2007 et son addendum NBN S 23-002/A1 : 2010. Le principe de base de cette norme est qu’il faut examiner si un verre de sécurité est nécessaire du côté du vitrage thermique où se trouve une zone d’activité humaine.

Ainsi, dans le cas des vitrages thermiques de sécurité (double vitrage ou triple vitrage), le verre de sécurité doit être placé du côté où le choc risque de se produire, ou des deux côtés si le choc peut se produire des deux côtés. En toiture, le verre feuilleté doit se trouver en dessous de manière à éviter la chute de morceaux de vitre. Etc.

Comme le vitrage thermique acoustique, le vitrage thermique de sécurité est plus lourd que le vitrage thermique normal (une des vitres est plus épaisse) et thermiquement légèrement moins performant à épaisseur totale égale. Il est aussi plus cher.

C. L’intercalaire

Normal ou amélioré ?

Les écarteurs qui relient les vitres d’un vitrage double ou triple provoquent un pont thermique plus ou moins important qui augmente le coefficient thermique U_w de la fenêtre.

Certains intercalaires, dits améliorés, réduisent ce pont thermique. Le Uw peut ainsi être diminué de 0.12 W/m²K (voire plus si l’intercalaire est thermiquement très performant).

Il faut être très attentif au moment de la commande de spécifier si on souhaite qu’un intercalaire amélioré soit placé. Il coûte un plus cher qu’un intercalaire normal (supplément 10 à 15 % du prix total du vitrage).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Obtenir d’autres aides

Les primes Énergie – généralités

Sur le site http://energie.wallonie.be sont recensées toutes les aides et primes selon la qualité du demandeur. La Division de l’énergie instruit les demandes, les contacts avec les demandeurs et bien sûr assure la mise en liquidation des montants octroyés. À ce jour, les catégories sont :

Particuliers
Entreprises, indépendants, artisans, secteur non marchand
Pouvoirs publics

Toutes les autres subventions

Il existe une banque de données de toutes les aides provinciales, régionales, fédérales, européennes, … : c’est la base de données MIDAS.

Elle est disponible, sur Internet à l’adresse : http://www.aides-entreprises.be/

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Systèmes de pause et d’accrochage pour toiture plate

Les types de pose des étanchéités bitumineuses

Les étanchéités bitumineuses peuvent être :

Elles peuvent être posées sur le support de différentes manières :

en indépendance, c’est-à-dire que la membrane n’est pas du tout fixée au support,
en adhérence totale, c’est-à-dire que la membrane adhère en tous points à son support,
en semi-indépendance, c’est-à-dire que la membrane n’adhère à son support que sur une partie de la surface (plots, bandes, …),
par fixation mécanique, c’est-à-dire que la membrane est fixée au support par des vis et des clous, éventuellement à travers les couches de matériaux intermédiaires (pare-vapeur et/ou isolant) si elles existent.

Dans les systèmes multicouches les différentes couches sont toujours assemblées en adhérence totale par soudage, collage au bitume chaud ou collage à froid.

⇒ Compositions des étanchéités bitumineuses monocouches

Les étanchéités bitumineuses monocouches peuvent être posées suivant différentes possibilités de combinaisons de techniques de fixation.

Indépendance sur le support

Couche unique posée librement (LL)

Adhérence totale au support

Couche unique soudée à la flamme (TS)
Couche unique collée à froid (TC)

Semi-indépendance sur le support

Sous-couche perforée VP 45/30 collée au bitume chaud, couche supérieure soudée à la flamme (PBs)
Sous-couche perforée VP 45/15 déroulée librement, couche supérieure soudée à la flamme (PLs)
Couche unique soudée à la flamme (PS)

Couche unique collée à froid (PC)

Fixation mécanique au support

Couche unique vissée dans les recouvrements (MV)

(LL) Monocouche / pose en indépendance

On applique successivement sur le support :

une couche facultative de désolidarisation (voile de verre ou natte de polyester),
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère avec recouvrements soudés,
une couche de protection lourde.

Système (LL)

Support.
Couche de désolidarisation éventuelle.
Membrane en bitume polymère posée librement
Protection lourde.

* * *

(TS) Monocouche / adhérence totale / soudage à la flamme

On applique successivement sur le support :

un vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (TS)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(TC) Monocouche / adhérence totale / collage à froid

On applique successivement sur le support :

un vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés.

Système (TC)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.

* * *

(PBs) Monocouche / semi-indépendance / sous-couche perforée (VP45/30) collée au bitume chaud / couche finale soudée

On applique successivement sur le support :

un vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une membrane perforée VP45/30 posée librement,
une couche de bitume soufflé chaud,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (PBs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane perforée posée librement.
Couche de bitume chaud.
Membrane en bitume polymère soudée.

* * *

(PLs) Monocouche / semi-indépendance / sous-couche perforée / soudage à la flamme

On applique successivement sur le support :

un vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une membrane perforée VP40/15 posée librement,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (PLs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane perforée posée librement.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(PS) Monocouche / semi-indépendance / soudage à la flamme

On applique successivement sur le support :

un vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère comportant des zones d’adhérence par points ou par bande, soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (PS)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane en bitume polymère avec points d’adhérence soudée à la flamme.

* * *

(PC) Monocouche / semi-indépendance / collage à froid

On applique successivement sur le support :

un vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de colle à froid, par bandes ou par plots,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés.

Système (PC)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de colle à froid par bandes ou plots.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.

* * *

(MV) Monocouche / fixation mécanique / vissage

On applique sur le support :

Une couche facultative de désolidarisation,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère fixée mécaniquement au niveau des recouvrements, avec recouvrements soudés.

Système (MV)

Support.
Membrane en bitume polymère fixée mécaniquement.

⇒ Compositions des étanchéités bitumineuses multicouches

Les étanchéités bitumineuses multicouches peuvent être posées suivant différentes possibilités de combinaisons de techniques de fixation.

Indépendance sur le support

Sous couche posée librement

Couche supérieure soudée à la flamme (LLs)
Couche supérieure collée à froid (LLc)

Adhérence totale au support

Sous-couche collée au bitume chaud

Couche supérieure soudée à la flamme (TBs)

Sous-couche soudée à la flamme

Couche supérieure soudée à la flamme (TSs)

Sous-couche collée à froid

Couche supérieure soudée à la flamme (TCs)
Couche supérieure collée à froid (TCc)

Semi-indépendance sur le support

Couche intermédiaire collée au bitume chaud sur sous-couche perforée collée au bitume chaud

Couche supérieure soudée à la flamme (PBBs)

Sous-couche avec plots ou bande soudée en semi-indépendance à la flamme

Couche supérieure soudée à la flamme (PSs)

Sous-couche collée à froid

Couche supérieure soudée à la flamme (PCs)
Couche supérieure collée à froid (PCc)

Fixation mécanique au support

Sous-couche vissée

Couche supérieure soudée à la flamme (MVs)
Couche supérieure collée à froid (MVc)

Sous-couche clouée

Couche supérieure soudée à la flamme (MNs)
Couche supérieure collée à froid (MNc)

(LLs) Multicouche / pose en indépendance / couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une couche facultative de désolidarisation (voile de verre ou natte de polyester),
une membrane V3 ou supérieure avec recouvrements soudés à la flamme,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés,
une couche de protection lourde.

Système (LLs)

Support.
Couche de désolidarisation éventuelle.
Membrane de sous couche posée librement.
Couche de bitume chaud.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.
Protection lourde.

* * *

(Llc) Multicouche / pose en indépendance / couche supérieure collée à froid

On applique successivement sur le support :

une couche facultative de désolidarisation (voile de verre ou natte de polyester),
une membrane V3 ou supérieure, avec recouvrements soudés,
une couche de colle à froid,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés,
une couche de protection lourde.

Système (Llc)

Support.
Couche de désolidarisation éventuelle.
Membrane de sous couche posée librement.
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.
Protection lourde.

* * *

(TBs) Multicouche / adhérence totale / sous-couche collée au bitume chaud / couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de bitume soufflé chaud,
une membrane déroulée dans le bitume chaud : V3 ou supérieure,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (TBs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de bitume chaud.
Membrane en bitume (sauf APP) déroulée dans le bitume chaud.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(TSs) Multicouche / adhérence totale / sous couche soudée à la flamme / couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une membrane V3 ou supérieure soudée à la flamme,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère , soudée à la flamme avec recouvrements soudés.

Système (TSs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane en bitume soudée à la flamme.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(TCs) Multicouche / adhérence totale / sous couche collée à froid / couche supérieure soudée

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane déroulée dans la colle : V3 ou supérieure,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée, avec recouvrements soudés.

Système (TCs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume déroulée dans la colle.
Membrane en bitume polymère soudée.

* * *

(TCc) Multicouche / adhérence totale / sous couche collée à froid / couche supérieure collée à froid

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane déroulée dans la colle : V3 ou supérieure,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés.

Système (TCc)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume déroulée dans la colle.
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.

* * *

(PBBs) Multicouche/semi-indépendance/couche intermédiaire collée au bitume chaud sur sous-couche perforée collée au bitume chaud/couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une sous-couche perforée (VP45/30) collée au bitume chaud.
une membrane collée au bitume soufflé chaud,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (PBBs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane perforée collée au bitume chaud.
Couche de bitume chaud.
Membrane intermédiaire.
Membrane en bitume polymère soudée.

* * *

(PSs) Multicouche / semi-indépendance / sous-couche avec plots ou bandes soudée à la flamme / couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une membrane bitumineuse avec plots ou bandes soudée partiellement,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (PSs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Membrane en bitume avec points d’adhérence soudée à la flamme.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(PCs) Multicouche / semi-indépendance / sous-couche collée à froid / couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de colle bitumineuse à froid par bandes (collage partiel)
une membrane déroulée dans la colle : V3 ou supérieure,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (PCs)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de colle à froid par bandes ou plots.
Membrane en bitume déroulée dans la colle.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(PCc) Multicouche / semi-indépendance / sous-couche collée à froid / couche supérieure collée à froid

On applique successivement sur le support :

une vernis d’adhérence bitumineux si le support est en béton,
une couche de colle bitumineuse à froid par bandes (collage partiel)
une membrane déroulée dans la colle : V3 ou supérieure,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés.

Système (PCc)

Support.
Vernis d’adhérence (si support en béton).
Couche de colle à froid par bandes ou plots.
Membrane en bitume déroulée dans la colle.
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.

* * *

(MVs) Multicouche/fixation mécanique/sous-couche vissée/couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une couche éventuelle de désolidarisation,
une membrane P4 fixée avec des vis et des plaquettes de répartition, recouvrements soudés à la flamme,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (MVs)

Support.
Membrane en bitume fixée mécaniquement à l’aide de vis.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(Mvc) Multicouche / fixation mécanique / sous-couche vissée / couche supérieure collée à froid

On applique successivement sur le support :

une couche éventuelle de désolidarisation,
une membrane P4 fixée avec des vis et des plaquettes de répartition, recouvrements collés à froid,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés.

Système (Mvc)

Support.
Membrane en bitume fixée mécaniquement à l’aide de vis.
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.

* * *

(MNs) Multicouche / fixation mécanique / sous-couche clouée / couche supérieure soudée à la flamme

On applique successivement sur le support :

une couche éventuelle de désolidarisation,
une membrane P4 clouée, recouvrements soudés à la flamme,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère soudée à la flamme, avec recouvrements soudés.

Système (MNs)

Support.
Membrane en bitume fixée mécaniquement à l’aide de clous.
Membrane en bitume polymère soudée à la flamme.

* * *

(MNc) Multicouche / fixation mécanique / sous-couche clouée / couche supérieure collée à froid

On applique successivement sur le support :

une couche de désolidarisation (voile de verre ou natte de polyester),
une membrane P4 clouée, recouvrements collés à froid,
une couche de colle bitumineuse à froid,
une membrane de minimum 4 mm de bitume polymère déroulée dans la colle, avec recouvrements soudés.

Système (MNc)

Support.
Membrane en bitume fixée mécaniquement à l’aide de clous.
Couche de colle à froid.
Membrane en bitume polymère déroulée dans la colle.

Les types de pose des étanchéités synthétiques

Les étanchéités synthétiques sont en général toujours monocouches.

Les étanchéités peuvent être posées sur le support de différentes manières :

en indépendance,
en adhérence totale,
en semi-indépendance,
par fixation mécanique.

La pose des membranes d’étanchéité synthétiques varie selon le produit. Elle doit donc être effectuée conformément aux prescriptions des fabricants et des agréments techniques des produits, par du personnel connaissant la technique de pose. Celle-ci diffère généralement des techniques traditionnellement utilisées pour les membranes bitumineuses.

Application sur le support

Les membranes pourront, suivant leurs types, être :

posées librement sur le support,
collées au support à l’aide de colle de contact,
collées au support à l’aide de bitume chaud modifié ou non,
collées à froid sur le support à l’aide de colle bitumineuse,
collées au support à l’aide de colle spéciale en haut polymères,
fixées mécaniquement au support selon différentes techniques.

Étanchéité des recouvrements

Les recouvrements pourront être :

soudés à l’aide de solvants,
soudés à l’air chaud,
soudés par ondes à haute fréquence,
collés par application de colle,
collés par application de bandes collantes sur le joint ou dans le joint.

L’application de certaines de ces techniques est délicate et nécessite un soin particulier.

Des conditions atmosphériques favorables, et la pose correcte des produits surtout lorsqu’il contiennent des solvants sont indispensables. Certaines membranes ne peuvent être posées lorsqu’il y a trop de vent, trop de poussière ou trop d’humidité, ou lorsqu’il fait trop froid.

Le personnel qui effectue la pose doit donc être très soigneux et très qualifié.

Les systèmes d’accrochage des membranes

Pour contrer les effets de succion dus au vent qui peuvent être très importants, il est nécessaire de maintenir les systèmes d’étanchéité sur leur support.

Cela peut se faire de plusieurs manières :

Lorsque l’étanchéité comprend plusieurs couches, les différentes couches doivent être solidarisées. Elles le sont uniquement par collage ou soudage.

* * *

Lestage

Lorsque l’étanchéité n’est pas fixée au support, on dit qu’elle est posée en indépendance. Il est alors nécessaire de la lester. Le poids du lest doit être déterminé en fonction des contraintes.

Lestage.

Le lestage fait en même temps fonction de protection de la membrane d’étanchéité contre les rayonnements UV du soleil.

Dans le cas de la toiture inversée, l’isolation est posée entre l’étanchéité et le lestage.

Lestage d’une toiture inversée.

La fixation de l’isolant est toujours conseillée, même sous une étanchéité posée en indépendance.

* * *

Fixation mécanique

La fixation mécanique de l’étanchéité est théoriquement possible sur tout support, mais elle est surtout utilisée sur des supports en bois, en béton cellulaire ou en tôles d’acier.

La fixation au support se fait à l’aide de clous ou de vis autoforantes munies de plaquettes de répartition.

Exemple de fixation mécanique.

L’étanchéité est fixée (à travers l’isolant, s’il s’agit d’une toiture chaude) au support. Les fixations sont placées dans les recouvrements ou dans la sous-couche de l’étanchéité à laquelle est ensuite collée la couche supérieure.

Membrane fixée par vis à travers l’isolant.

Le nombre de fixations nécessaires pour résister au vent, dépend de l’étanchéité à l’air du bâtiment, de la situation du bâtiment, de la hauteur du bâtiment, du support de l’étanchéité et de la résistance utile au vent des fixations, ainsi que de la zone de toiture concernée.

* * *

Collage au bitume chaud

La méthode de collage à plein bain de bitume, consiste à déverser sur le support un bitume chaud et liquide et à déposer dans celui-ci le matériau (membrane ou isolant) à faire adhérer.

Collage au bitume chaud.

Le bitume que l’on utilise pour le collage à chaud est le bitume soufflé (aussi appelé bitume oxydé).

Le type recommandé est le 110/30. Il convient pour les pentes supérieures à 5 % et pour les relevés à cause de son point de ramollissement élevé grâce auquel il résiste mieux au fluage.

Ce système convient à tous les supports de toiture sauf aux tôles profilées en acier. Il est parfois nécessaire d’appliquer un vernis d’adhérence sur certains supports avant de couler le bitume.

La quantité dépend du support avec un minimum de 1 Kg/m².

Le bitume doit être suffisamment chaud (± 200°C) pour pénétrer correctement dans le support, mais pas trop pour que la couche de bitume soit suffisamment épaisse.

Les membranes revêtues d’un film thermofusible ne peuvent être collées au bitume chaud.

Les membranes à base de bitume APP ne peuvent être collées au bitume à chaud, car leur point de ramollissement est trop élevé.

* * *

Soudage à la flamme

La méthode consiste à chauffer à la flamme et jusqu’à fusion d’une certaine épaisseur, la face inférieure de la membrane à coller, tout en la déroulant sur le support. La masse bitumineuse fondue fait adhérer la membrane au support.

La membrane est chauffée sur toute sa largeur. Un bourrelet de bitume fondu est poussé par le rouleau que l’on déroule.

Soudure à la flamme.

Cette technique nécessite l’usage de brûleurs spécialement conçus pour l’étanchéité. Il existe des appareils spéciaux avec rampe de brûleurs qui, en répartissant mieux la chaleur, permettent de travailler plus vite tout en assurant une pose plus régulière.

Rampe de brûleurs.

Le rouleau est tiré pour permettre un contrôle visuel permanent de la continuité du collage.

Certaines membranes sont munies en face inférieure d’un film thermofusible destiné à augmenter l’efficacité de la méthode.

Les membranes à souder ont au moins une épaisseur de 3 mm.

* * *

Pose avec colle bitumineuse à froid

La méthode du collage à froid consiste à coller la membrane en la pressant dans une couche de colle bitumineuse froide.

Pose à la colle bitumineuse à froid.

La quantité de colle à utiliser dépend de la qualité du support,de la qualité du matériau à coller et de l’action du vent sur la toiture.

La colle est appliquée sur l’entièreté de la surface du support ou sur une partie de celui-ci, par bandes ou plots.

La pente du support ne peut pas dépasser 15 %.

Les relevés devront toujours être réalisés par soudage à la flamme.

* * *

Pose avec adhésif non bitumineux

La pose de certaines membranes synthétiques fait appel à des colles synthétiques de contact ou à des hauts polymères spéciaux.

Pose à la colle synthétique.

Ces produits doivent être fournis ou agréés par les fabricants des membranes. Les techniques d’application sont définies par le fabricant. Elles sont parfois compliquées et nécessitent une main-d’œuvre spécialisée.

La pose ne peut se faire que lorsque les conditions atmosphériques sont favorables.

Les systèmes d’accrochage des isolants

Pour contrer les effets de succion dus au vent qui peuvent être très importants, il est nécessaire de maintenir les isolants sur le support.
Cela peut se faire de plusieurs manières :

***

Lestage

Lorsque l’isolant n’est pas fixé au support, on dit qu’il est posé en indépendance.

Il est alors nécessaire de le lester (toiture inversée),

Lestage de la toiture inversée.

ou de lester l’étanchéité qui le couvre (toiture chaude).

Lestage de la toiture chaude.

Les matériaux utilisés pour le lestage servent également de protection. Ce sont les protections lourdes.

Le poids du lest doit être déterminé en fonction des contraintes (dimensionnement du système d’accrochage).

La pose en indépendance ne convient pas pour le verre cellulaire (CG).

Attention !
La fixation de l’isolant est toujours conseillée, même sous une étanchéité posée en indépendance.

***

Fixation mécanique

La fixation mécanique de l’isolant est théoriquement possible sur tout support, mais elle est surtout utilisée sur des supports en bois ou en tôles d’acier.

L’isolant est fixé au support à l’aide de clous ou de vis autoforantes munies de plaquettes de répartition.

Vis d’accrochage de l’isolant.

Soit, l’isolant est fixé mécaniquement au support et ensuite l’étanchéité est collée à l’isolant,

Membrane collée à l’isolant
fixé mécaniquement.

soit l’étanchéité est fixée à travers l’isolant au support.

Membrane fixée mécaniquement
à travers l’isolant.

L’isolant doit être suffisamment épais.

Cette méthode ne convient pas pour le verre cellulaire.

***

Collage au bitume chaud

La méthode de collage à plein bain de bitume, consiste à déverser sur le support un bitume chaud et liquide et à déposer immédiatement dans celui-ci l’isolant à faire adhérer.

Isolant collé au bitume chaud.

Le bitume que l’on utilise pour le collage à chaud est le bitume soufflé (aussi appelé bitume oxydé) chauffé à environ 200°C.

Ce système convient à tous les supports de toiture sauf aux tôles profilées en acier. En effet, sur l’acier le bitume refroidit trop vite, surtout par temps froid. De plus, la surface de collage est réduite de par la forme des profilés.

Il est parfois nécessaire d’appliquer un vernis d’adhérence sur certains supports, comme le béton ou l’acier, avant de couler le bitume.

Le verre cellulaire peut être collé au bitume chaud sur des tôles profilées en acier, à condition de tremper les panneaux dans un bac de bitume chaud, et d’adapter l’ouverture des nervures et la rigidité des tôles, à l’épaisseur du verre cellulaire.

***

Pose avec colle bitumineuse à froid

La méthode du collage à froid consiste à coller l’isolant en le pressant dans une couche de colle bitumineuse froide.

La quantité de colle à utiliser dépend de la qualité du support,de la qualité du matériau à coller et de l’action du vent sur la toiture.

La colle est appliquée sur l’entièreté de la surface du support ou sur une partie de celui-ci, par bandes ou plots.

Il est parfois nécessaire d’appliquer un vernis d’adhérence sur certains supports, comme le béton ou l’acier, avant d’appliquer la colle.

La pente du support ne peut pas dépasser 15 %.

La technique du collage à froid n’est pas permise pour le polystyrène expansé (EPS).

En règle générale, il faut s’assurer de la compatibilité de la colle à froid avec l’isolant.

***

Pose avec une colle synthétique

Cette méthode consiste à coller l’isolant en le pressant dans une couche de colle synthétique.

La quantité de colle à utiliser dépend de la qualité du support,de la qualité du matériau à coller et de l’action du vent sur la toiture.

La colle est généralement appliquée sur une partie de la surface du support, par bandes.

Ces produits doivent être fournis ou agréés par les fabricants des isolants. Les techniques d’application sont définies par le fabricant et doivent être respectées.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Obtenir une aide pour les entreprises

L’aide aux entreprises et aux organismes représentatifs d’entreprises : programme AMURE

Les subventions AMURE sont destinées à soutenir certains organismes qui veulent réduire la consommation énergétique de leurs bâtiments. Plusieurs démarches destinées à améliorer la performance énergétique de ces bâtiments peuvent être subsidiées.

Pour plus d’informations, consultez le site portail Énergie de la Région Wallonne : http://energie.wallonie.be. On y trouvera le formulaire de demande de subsides ainsi que les explications détaillées.

Les primes à la consultance

Bénéficiaires

PME de moins de 100 personnes n’exerçant pas leur activité dans un des secteurs suivants :

Banques, institutions financières, assurances et immobilier, enseignement et formation, soins de santé, sports, loisirs et culture, sauf tourisme,
Production et distribution d’énergie et d’eau, sauf production d’énergies renouvelables,
Professions libérales.

Activités soutenues

Réalisation d’études dans les domaines suivants : gestion financière, gestion commerciale, politique industrielle, gestion de la qualité des produits, gestion environnementale et du développement durable, organisation et management, informatique, transmission d’entreprise.

Montant de l’aide

Prise en charge des honoraires du consultant à concurrence de 50 % (aussi bien pour le diagnostic général que pour la mission spécialisée).

Honoraires pris en considération limités à 620 € par jour HTVA.

Montant maximal de l’aide : 12 500 € HTVA.

TVA et frais de déplacement à charge de l’entreprise.

Critères d’éligibilité

Consultants agréés par la Région wallonne,

Pré-étude préalable et concertation avec la Région wallonne afin de déterminer la portée et la durée de la mission.

Réglementation

Décret du 11 mars 2004 relatif aux incitants régionaux en faveur des PME.
Arrêté du Gouvernement Wallon du 6 mai 2004 Section 4 (dernières modifications apportées en janvier 2016) portant exécution du décret du 11 mars 2004 relatif aux incitants régionaux en faveur des PME.

Contact

DGO6 – Économie, Emploi, Recherche
Place de la Wallonie, 1
5100 Namur (Jambes)
Tél. : 081/33 37 00
Site web : www.emploi.wallonie.be

La déduction fiscale pour l’investissement économiseur d’énergie

Bénéficiaire

Les bénéfices des entreprises industrielles, commerciales ou agricoles et les profits des titulaires de professions libérales, charges, offices ou autres occupations lucratives peuvent être exonérés.

Montant de l’aide

Immunisation d’une quotité des bénéfices à concurrence de 13.5 %.

L’avantage est octroyé par le Ministère des Finances; la Région délivre une attestation garantissant que les investissements réalisés font bien partie de la liste.

Critères d’éligibilité

Les immobilisations sont affectées en Belgique à l’exercice de l’activité professionnelle.

Les investissements doivent faire partie de la liste des 12 catégories d’investissements éligibles figurant à l’annexe I du formulaire de demande :

limitation des déperditions d’énergie dans les bâtiments existants ou dans les serres existantes;
limitation des pertes d’énergie par l’isolation d’appareils, conduites, vannes et gaines de transport en usage ou par le recouvrement des bains de liquide chaud ou froid en usage;
limitation des pertes d’énergie dans les fours existants;
limitation des pertes par ventilation dans les bâtiments existants;
récupération de chaleur résiduelle;
utilisation de l’énergie de détente libérée par des processus de production existants ou par la détente de fluides comprimés pour leur transport;
appareils de production combinée de forme et de chaleur;
appareils de combustion, de chauffage, de climatisation et d’éclairage;
procédés industriels de production;
production et utilisation d’énergie par conversion chimique, thermochimique ou biochimique de la biomasse et des déchets;
production d’énergie à partir des sources d’énergie renouvelables;
transport par chemin de fer ou par navigation.

Réglementation

Code des Impôts sur les Revenus 1992 (article 69) ;
A.R. du 27 août 1993, d’exécution du Code des Impôts sur les Revenus, Chapitre I, Section XVI.

Procédure

Le contribuable adresse à l’administration régionale de l’énergie une demande d’attestation au moyen du formulaire CEB-2 complété. Suite à l’examen du dossier, la Région délivre une attestation que le contribuable introduira auprès du Ministère des finances. La demande de déductions fiscales doit être introduite avant la fin de la période de 3 mois suivant la clôture de l’exercice fiscal au cours duquel l’investissement a été réalisé.

Contact

Informations sur le site portail de la R.W. : energie.wallonie.be

Les subventions pour la recherche industrielle de base

Bénéficiaire

Les PME et les grandes entreprises, généralement en association avec des centres de recherche ou équipes universitaires ou de niveau universitaire.

Activités soutenues

Acquisition de connaissances scientifiques et techniques qui sont susceptibles d’applications industrielles exploitées en Wallonie.
Les dépenses admissibles sont :

Les dépenses de personnel relatives aux chercheurs, techniciens et autre personnel d’appui, dans la mesure où ils sont affectés à la réalisation du projet ;
Les coûts des instruments et du matériel. Dans la mesure où, et aussi longtemps qu’ils sont utilisés pour la réalisation du projet (si ceux-ci ne sont pas utilisés pendant toute leur durée de vie pour la réalisation du projet, seuls les coûts d’amortissement correspondant à la durée de vie du projet -calculés selon les bonnes pratiques comptables- sont alors admissibles) ;
Les coûts de la recherche contractuelle, des connaissances techniques et des brevets acquis en faisant l’objet de licences auprès de sources extérieures, au prix du marché, ainsi que les coûts des services de consultants et de services équivalents utilisés pour la réalisation du projet ;
Les frais généraux additionnels supportés directement du fait de la réalisation du projet ;
Les autres frais d’exploitation, notamment les coûts des matériaux, fournitures et produits similaires, supportés directement du fait de la réalisation du projet.

Montant de l’aide

La subvention varie de 50 à 80 % du coût du projet en fonction du type d’entreprise.

Critères d’éligibilité

Les critères d’évaluation de la demande sont les suivants:

Le caractère innovant du projet et notamment sa contribution au progrès scientifique en terme d’acquisition de connaissances nouvelles;
La qualité du projet, sa faisabilité technique et sa pertinence par rapport aux besoins technico-économiques de la Région.
Votre entreprise doit être capable de valoriser du point de vue économique et de l’emploi les résultats attendus du projet: retombées économiques, existence d’un marché lucratif et capacité à pénétrer ce marché, perspectives d’exploitation et incidences des droits intellectuels de projets concurrents.
L’impact sur l’environnement ne peut être négatif;
Votre entreprise doit être à même de faire face aux besoins financiers actuels et prévisibles du projet ou avoir la possibilité de trouver les financements complémentaires correspondants à ces besoins;
Le projet doit comporter un degré de risque évident (coût du projet par rapport au chiffre d’affaires de l’entreprise, temps de mise au point du nouveau produit ou procédé, bénéfices escomptés par rapport au coût du projet).
L’effet incitatif de l’aide.

Réglementation

Décret du 3 juillet 2008 relatif au soutien de la recherche, du développement et de l’innovation en Wallonie (articles 15 à 20)

Contact

energie.wallonie.be

L’avance récupérable pour la recherche appliquée, le développement et la démonstration

Bénéficiaire

Les PME et les grandes entreprises, généralement en association avec des centres de recherche ou équipes universitaires ou de niveau universitaire.

Activités soutenues

Mise au point de produits, procédés ou services nouveaux susceptibles de déboucher sur une activité rentable de production en Région wallonne, dans un délai de l’ordre de cinq ans.

Montant de l’aide

Petites entreprises : avance récupérable de 75 % du coût du projet.
Moyennes entreprises : avance récupérable de 65 % du coût du projet.
Grandes entreprises : avance récupérable de 55 % du coût du projet.

Critères d’éligibilité

Le produit, procédé ou service innovant doit avoir un marché accessible pour l’entreprise et une rentabilité suffisante.

L’entreprise doit être saine sur le plan financier et avoir la possibilité de trouver des financements correspondant aux besoins actuels et prévisibles du projet.

Compétence et motivation de l’équipe chargée du projet et de son réseau commercial.

Réglementation

Décret du 3 juillet 2008 relatif au soutien de la recherche, du développement et de l’innovation en Wallonie (articles 21 à 31).

Contact

Informations sur le site portail de la R.W. : energie.wallonie.be

Horizon 2020 Energy Efficiency : le programme cadre de l’UE pour la recherche et l’innovation

Bénéficiaire

Un consortium composé d’au moins trois entités juridiques (projets de recherche courants) ou toute entité juridique (autres programmes).

Activités soutenues

Les sujets de recherche et d’innovation de la thématique efficacité énergétique proposés par la Commission européenne varient d’un appel à l’autre. Les principaux thèmes soutenus concernent :

Les consommateurs : engager et sensibiliser les consommateurs, comprendre le comportement des occupants, favoriser les solutions connectées et informatiques, etc ;
Les bâtiments : réduire les coûts de rénovation énergétique, atteindre l’objectif NZEB, enlever les barrières dues aux marchés, favoriser l’harmonisation du calcul des performances énergétiques, travailler avec les réseaux énergétiques et leur gestion, etc ;
Les autorités publiques : montrer l’exemple en matière d’efficacité énergétique, développer des politiques en énergie durable ambitieuses, etc ;
Les industries, produits et services : augmenter l’efficacité énergétique de l’entièreté du processus de production, réutiliser les déchets industriels, etc ;
Le chauffage et le refroidissement : modérer la demande, accroitre l’efficacité énergétique, maximiser l’utilisation des énergies renouvelables, réduire les coûts, etc ;
Une finance pour une énergie durable : développer des mécanismes financiers innovants en faveur des économies d’énergie, accélérer le développement du marché, etc.

Montant de l’aide

Actions de recherche et d’innovation : jusqu’à 100 % des coûts admissibles pour les organismes à but non-lucratif, généralement 70 % pour les autres.
Coûts indirects admissibles : 25 % des coûts directs admissibles.

Critères d’éligibilité

En général, le projet doit être présenté par un consortium groupant au moins 3 participants de 3 États Membres ou États associés différents, dont 2 au moins proviennent d’États Membres ou d’États associés. Différents nombres minimum de participants peuvent être spécifiés dans les appels à propositions.

Le projet doit être introduit dans le cadre d’un appel à propositions et doit être évalué positivement par les experts de la Commission européenne.

Réglementation

RÈGLEMENT (UE) N°1291/2013 DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL du 11 décembre 2013
portant établissement du programme-cadre pour la recherche et l’innovation « Horizon 2020 » (2014-2020) et abrogeant la décision n°1982/2006/CE.

Contacts

UNION WALLONNE DES ENTREPRISES
Elle assume la mission de Point de Contact National, en vue d’aider les partenaires belges à déposer des propositions de projets.

Website: http://www.ncpwallonie.be

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Sonde CO2

Domaine d’application

Le CO₂, dioxyde de carbone, n’est pas un polluant pour les niveaux de concentration rencontrés normalement dans les bâtiments. Il est cependant représentatif du nombre d’occupants et donc, de façon indirecte, des polluants dégagés par les usagers, comme les odeurs. Par contre, il est peu sensible aux émanations de la combustion du tabac.

Le taux de CO₂ constitue donc un paramètre intéressant pour le réglage de la ventilation des locaux à occupation intermittente et variable comme les salles de conférences, de spectacle, d’enseignement… et les locaux où la fumée du tabac n’est pas le principal agent polluant. Dans ce dernier cas, c’est une « sonde de COV » (Composés Organiques Volatiles) ou « sonde de mélange de gaz » qui sera choisie.

A ne pas confondre avec les sondes CO, sondes qui détectent le monoxyde de carbone, principalement utilisées pour la ventilation des garages.

Fonctionnement

La mesure du CO₂ dans l’air est basée sur le fait que ce gaz absorbe le rayonnement infrarouge dans une plage donnée de longueurs d’onde.

L’importance de cette absorption (et donc la teneur en CO₂) est mesurée, soit par l’intermédiaire d’un microphone pour le procédé acoustique, soit par un détecteur infrarouge pour le procédé photométrique.

Le procédé acoustique est similaire. Un rayonnement infrarouge, modulé à quelques centaines de hertz, est émis. Son absorption par le CO₂ échauffe l’air. Les variations de température dans le volume fermé provoquent une variation de pression à la même fréquence. L’amplitude de cette variation de pression est mesurée par un microphone.

Le procédé photométrique consiste à mesurer l’intensité du flux infrarouge après son absorption par le CO₂ contenu dans le volume d’air.

Certains intègrent une petite pompe d’aspiration de l’air à mesurer.

Plage de mesure

Les sondes de CO₂ présentent généralement une plage de mesure de 0-2 000 ppm, satisfaisante pour la mesure des concentrations observées dans les bâtiments :

Parce que la teneur en CO₂ de l’air extérieur est de l’ordre de 400 ppm.
Parce que dès 800 ppm une diminution de la concentration et du confort s’observe déjà chez l’homme.
Parce que les réglementations limitent généralement à 1 000 … 1 500 ppm la teneur maximale dans les bâtiments tertiaires.

Seules, les sondes CO₂ présentes dans l’industrie pour détecter le dépassement des seuils de toxicité dépassent ces plages de mesure. Il s’agit d’assurer la sécurité du personnel dans les zones à risques (zones à pollution spécifique). La concentration maximale à laquelle un être humain peut être exposé pendant 8 h est fixée à 5 000 ppm dans de nombreux pays. Une concentration mortelle pour l’homme est atteinte autour des 200 000 ppm.

Le temps de réponse d’une sonde de CO₂ peut atteindre 5 à 10 minutes. Mais ceci crée un amortissement favorable pour la régulation d’un système de ventilation.

L’erreur de mesure des produits actuels varie entre 10 et 100 ppm.

Lors de la mise sous tension, il faut attendre la stabilisation de l’appareil (généralement 5 minutes, parfois beaucoup plus !).

Output

Elles sont dotées :

Soit d’une sortie analogique (de type 0 – 10 V ou 4 – 20 mA), ce qui permet une action modulante sur un volet d’admission d’air neuf ou sur un ventilateur à vitesse variable.
Soit d’une sortie tout ou rien, provoquant la mise en route d’une hotte de cuisine par exemple.

Mode de pose

Il existe des modèles adaptés à la pose en paroi dans un local, et d’autres prévus pour être placés dans la gaine de reprise. Cette deuxième solution est préférable pour l’homogénéité de l’air mesuré.

Il convient toutefois de prendre quelques précautions. Les sondes ne doivent pas être installées ni trop loin, ni trop près de la grille de reprise de façon à :

éviter les dépôts sur la partie sensible de la sonde,
ne pas augmenter par trop le temps de réponse,
éviter les risques de condensation de vapeur d’eau sur la sonde,
garder un accès aisé.

Dans le cas où la sonde est placée dans le local, on sera attentif à

les éloigner des portes et fenêtres (pour éviter l’influence de l’air extérieur et les courants d’air chauds ou froids),
ne pas placer les sondes de CO₂ trop près des individus et de rayonnement de chaleur (minimum 2 m),
éviter les coins (mauvaise circulation de l’air).

De plus en plus de systèmes disposent de LEDs colorées (verte, orange et rouge) pour indiquer divers seuils de pollutions. Par exemple :

verte < 800 ppm, pas de pollution l’air du local est « sain ».
orange entre 800 et 1200 ppm, la concentration de CO₂ commence à se faire sentir (odeurs), baisse de la concentration, des performances et du confort des occupants.
rouge > 1200 ppm, il est temps d’aérer le local !

Dans ce cas-ci, la sonde CO₂ doit être disposée à hauteur d’yeux.

Il faut aussi s’assurer que les ouvertures d’air du capteur ne sont pas obstruées.

Ces sondes doivent finalement être alimentées en permanence. Une coupure de l’alimentation provoque une longue durée d’indisponibilité de l’information fournie, cette durée de remise en régime est de plusieurs heures. Le raccordement de l’alimentation doit donc être réalisé en vue de minimiser les risques d’interruption.

Coût

Le prix d’une sonde de CO₂ adaptée à la régulation de la ventilation est couramment supérieur à 650…750 €.
Ces sondes sont distribuées par des fournisseurs :

de matériel de régulation,
de matériel de ventilation et de traitement d’air,
d’appareils de mesure.

Maintenance

Les sondes de CO₂ doivent être étalonnées régulièrement. Une périodicité de 12 mois est généralement conseillée.

À défaut, les sondes risquent d’être soumises à des dérives à long terme qui anéantiront les économies recherchées par la régulation de la ventilation « à la demande ».
L’étalonnage est effectué sur place, par comparaison avec un mélange de CO₂ à concentration connue, de l’ordre de 1 000 à 1 500 ppm.

L’étalonnage demande quelques précautions :

Il faut se tenir éloigné de la sonde de façon à ne pas fausser la mesure par ses propres émanations.
Le gaz étalon doit être présenté à la sonde avec une pression proche de la pression atmosphérique car la mesure peut varier en fonction de ce paramètre.
Il faut prendre le temps nécessaire pour cette opération puisque le temps de réponse de certaines des sondes de CO₂ peut atteindre 10 minutes. Elle doit être menée plusieurs heures après la mise sous tension, comme indiqué précédemment.

Découvrez cet exemple d’utilisation de sonde CO2 dans une salle de conférence.

Auteur/autrice : Energie-Plus

Amélioration du rendement du ventilateur

Remplacement d’un ventilateur à réaction par un ventilateur à réaction de même taille mais de meilleur rendement

Mise en garde : comparaison des courbes caractéristiques

Remplacement d’un ventilateur à action par un ventilateur à réaction

Amélioration du rendement de la transmission

Type d’enceinte de conservation

Volume et puissance

L’évaporateur

Régulation

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Caractéristiques techniques générales

Refroidissement du condenseur

Principe général

Ventilation d’un local indépendant (système unizone)

Ventilation de plusieurs locaux (système multizone)

Circuits simples avec locaux alimentés en série

Exemple

Solution 1

Solution 2

Conclusion

Circuits ramifiés

Modulation des débits

Combinaison pulsion – extraction

Différents capteurs possibles

Objectifs de la récupération

Objectif prioritaire : transférer la chaleur extraite du bâtiment vers le préchauffage de l’air neuf

Objectif secondaire : augmenter la température à l’évaporateur de la machine frigorique

Principes hydrauliques de base

Exploiter l’énergie frigorifique en fonction de la température

Disposer les échangeurs frigorifiques en série et préférer le couplage en injection (ou en dérivation)

Exemple de récupération de chaleur sur plafonds froids

Ascenseurs

Consommation électrique par ascenseur (kWh/a) pour bâtiments à 3 niveaux (E3)

Consommation en chauffage électrique des locaux techniques des ascenseurs

Groupe hydrophore/surpresseur

Consommation électrique des hydrophores (installations d’augmentation de pression) (kWh/m³ eau employée)

Mesures d’économie pour hydrophores

Installation à air comprimé

Consommation d’énergie des compresseurs en fonction de la pression (kWh/1 000 m³)

Consommation d’énergie pour des compresseurs en fonction de la température d’aspiration (kWh/1 000 m³)

Consommation d’énergie pour des compresseurs en fonction de la pression d’entrée (kWh/1 000 m³)

Pertes d’énergie à travers une fuite (kWh/a)

Méthode simplifiée

Mesure par analyseur d’ambiance

Mesure directe du confort :

Les appareils de cuisson

Les chambres froides

La laverie vaisselle

La ventilation

Le délesteur de charge

L’uniformité recommandée

Comment évaluer sa situation ?

Principe

La régulation locale du débit d’air pulsé

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air pulsé

La régulation locale du débit d’air repris

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air repris

Emplacement des capteurs de pression

Solution 1 : le capteur est placé à l’extrémité du conduit

Solution 2 : le capteur est placé à l’entrée du conduit

Solution 3 : le conduit est placé entre la moitié et les deux tiers du réseau

Solution 4 : placer deux sondes de pression

Les coûts énergétiques

L’horaire des travailleurs

La place disponible pour la vaisselle sale et le stock de vaisselle

L’investissement consenti pour le lave-vaisselle

L’organisation du débarrassage

Le type de restauration

Le résultat voulu sur la propreté

La situation des locaux

Données

Plan

Liste des équipements qui dégagent de la chaleur

Détermination des lieux d’extraction

Calcul des débits

Avec hotte à extraction simple

Restaurant

La laverie

Le local des préparations froides

Consommation électrique par ascenseur (kWh/a) pour bâtiments à 3 niveaux (E₃)

La résistance thermique d’une paroi (R_T)

Pour calculer la limite supérieure (R’_T)

Pour calculer la limite inférieure (R’’_T)

Pour calculer la résistance thermique (R_T)

Calcul de la limite supérieure (R’_T)

Calcul de la limite inférieure (R’’_T)

Calcul de la résistance thermique (R_T)