Améliorer

Résoudre les nœuds constructifs dans le cas d’une isolation par l’intérieur

A cause de la présence des planchers et murs intérieurs qui se raccordent aux différentes parois de l’enveloppe du volume protégé (façades, toitures, planchers, …) assurer la continuité de la couche d’isolant thermique est quasiment impossible à coût raisonnable.

Le raccord du plancher avec la façade, tous deux étant isolés par l’intérieur, ne pose pas de difficulté. C’est également le cas entre la toiture et la façade.

Les principales difficultés seront donc localisées au droit des raccords entre les parois intérieures et les parois de l’enveloppe. Dans le cas des façades, deux solutions existent cependant :

Désolidariser la paroi intérieure de la façade ;
Allonger le chemin de moindre résistance thermique en emballant la paroi intérieure sur une certaine longueur.

Les nœuds constructifs entre les fenêtres et les façades (appuis de fenêtre, linteaux, piédroits) nécessitent parfois des petites adaptations.

Raccord plancher-façade

En rénovation, la mise en œuvre de l’isolation du plancher et de la jonction avec le mur n’est pas évidente et lourde. Il faut vraiment se trouver dans un cas de figure où la rénovation :

est perçue comme un nouveau projet de mise en œuvre d’une dalle flottante;
tient compte des différentes épaisseurs composant le nouveau plancher afin d’éviter les problèmes qu’entraîne une surépaisseur (hauteurs de portes, de la première marche d’escalier, …).

Jonction avec le plancher sur local non chauffé ou sur terre-plein – Isolation sous chape

Placer un film d’étanchéité (4) contre le bas du mur + enduit existants (1 + 2) et contre la dalle existante (3). Ce film va protéger l’isolant de sol contre l’humidité ascensionnelle. Il n’est nécessaire que si on se trouve en présence d’une dalle contre terre et qu’aucune étanchéité n’a été prévue sous la dalle lors de la construction ; dans le doute, mieux vaut le placer. Prévoir un recouvrement de minimum 30 cm entre bandes.
Si la face supérieure de la dalle existante n’est pas plane, réaliser une chape d’égalisation avant d’y poser le film d’étanchéité ou l’isolation.
Placer un isolant thermique (5) sur la dalle (ou sur chape d’égalisation) : panneaux posés sur le sol de manière jointive ou isolant expansé projeté sur le sol ; l‘isolant choisi doit résister à la compression.
Placer l’isolant (6) en périphérie de la chape. Cet isolant assure :
- La continuité de la couche isolante entre le sol et le mur et évite la création d’un pont thermique à la jonction sol-mur.
- La désolidarisation de la chape des autres éléments lourds (dalle et mur). On crée ainsi une dalle flottante qui atténue la propagation du bruit.
Placer une membrane d’étanchéité (7) sur l’isolation du sol et contre l’isolant périphérique de la chape pour éviter que les eaux de mise en œuvre de la chape et les eaux de lavage du sol ne s’y infiltrent. Cette membrane remonte contre le mur existant.
Couler une chape armée (8) sur l’isolant de sol.
Poser un film d’étanchéité (9) contre le mur enduit existant et sur la chape. Celui-ci va protéger le pied de paroi contre les eaux de nettoyage.
Placer soit l’isolant (10), l’éventuel pare-vapeur (11) et la finition (12), soit un panneau composite (13) sur le mur enduit existant.
Une mousse isolante (14) est injectée sous le panneau isolant, puis arasée. Cette mousse va assurer la continuité de l’isolation au bas du panneau. En effet, lors du placement des panneaux, ceux-ci sont butés contre le plafond, le jeu entre la hauteur du panneau et du mur apparaît donc en bas de panneau au niveau du sol.
La partie du film d’étanchéité (9) posée temporairement sur la chape et destiné à protéger le pied de paroi contre les eaux de nettoyage est relevée contre la finition intérieure de la cloison de doublage.
On pose la finition de sol (carrelage, par exemple) (15).
On place la plinthe (16) avec joint d’étanchéité (17).

Jonction avec le plancher sur local non chauffé ou sur terre-plein – Panneaux isolants composites

Seuil et linteau – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Mur existant.
Enduit existant.
Dalle existante.
Chape d’égalisation.
Film d’étanchéité (contre l’humidité ascensionnelle).
Film d’étanchéité (protection du pied de paroi).
Isolant thermique.
Pare-vapeur éventuel.
Finition.
Panneau composite.
Isolant thermique.
Couche pouvant recevoir la finition.
Panneau composite emboîté par languette et rainures.
Fermeture des raccords au moyen d’un enduit pour éviter toute infiltration d’eau dans la couche isolante.
Finition : revêtement souple.

Plancher en bois entre étages

Dans le cas d’un plancher en bois, l’extrémité de celui-ci qui vient s’encastrer dans la maçonnerie atteint des températures plus basses qu’avant isolation par l’intérieur. Alors qu’il est possible d’éviter le transfert de vapeur interne au travers du mur par l’usage d’un pare-vapeur, il n’existe pas de moyen efficace pour éviter ce transfert au niveau du plancher. Ainsi, il y a risque de condensation à proximité des têtes de solives et possibilité de pourrissement.

Plancher.
Solive.
Risque : condensation ⇒ solution : nouveau support latéral appuyé sur ses extrémités.

Le projet de recherche Renofase, mené par la Région Flamande a pour objectif de soutenir les projets de rénovation de son parc immobilier et d’en assurer une réalisation performante et de qualité. Dans son dernier rapport, portant sur l’isolation par l’intérieur, elle propose le , offrant sous forme schématique une multitude de solutions afin de résoudre les ponts thermiques aux jonctions avec des planchers ou avec des murs de refend. Pour supprimer ces ponts, beaucoup de solutions peuvent être envisagées :

Possibilités de réduction des ponts thermiques
Isolation continue	Appliquer l’isolation du retour	Augmenter l’épaisseur de l’isolation intérieure	Appliquer l’isolation extérieure locale

++ SOLUTION OPTIMALE – Souvent impossible à réaliser avec une isolation intérieure. – Une connexion structurelle entre les deux éléments de construction est souvent nécessaire, ce qui peut entraîner des ponts thermiques. ! Attention à l’isolation acoustique : les fuites acoustiques doivent être évitées. Les matériaux d’isolation rigides peuvent être interrompus par des isolants souples au point de raccordement.	+ SOLUTION STANDARD Dimensionnement : longueur de l’isolation de retour standard 60 cm à partir de la surface intérieure du mur existant ; en l’étendant à 100 cm à partir de la surface extérieure, le nœud du bâtiment est accepté par la PEB – Impact sur la forme de la surface du mur ou du plancher à l’intérieur (parfois non possible ou souhaité) + Peut être utile de le combiner avec l’intégration de techniques (conduit de tuyaux, éclairage, …)	+ Impact visuel minimal – Perte d’espace relativement importante – Une simulation thermique est toujours nécessaire pour déterminer l’épaisseur minimale de l’isolation (car elle dépend de l’épaisseur de la paroi et des propriétés du matériau). – Cette solution permet d’éviter les dommages (facteur de température suffisamment élevé) mais les pertes d’énergie ne sont réduites que de manière limitée	Dimensionnement : la règle de base « chemin de moindre résistance > 1 m » peut être utilisée pour rendre le nœud de bâtiment acceptable pour les PEB. + Impact visuel et perte d’espace minimaux – Impact sur l’aspect de la façade, donc pas toujours possible ; + Parfois, cela permet à la fois de résoudre un pont thermique et d’apporter une valeur ajoutée architecturale ! Attention aux contraintes thermiques dans la maçonnerie
Quelques variantes

La maçonnerie existante est remplacée localement par une maçonnerie isolante. ! Attention : la maçonnerie isolante peut devenir humide : l’impact de celle-ci doit être pris en compte (impact sur la valeur lambda, le transport capillaire de l’humidité, la durabilité…).	Continuez sur l’ensemble du mur ou du plancher et combinez avec une isolation ou une absorption acoustique. Afin de limiter les pertes d’énergie, des matériaux super-isolants et isolants peuvent être utilisés dans les premiers 20 à 50 cm du mur. – Attention : la dalle de plancher peut devenir relativement froide en hiver ; les contraintes thermiques d’impact doivent être vérifiées ; pas de tuyaux sensibles au gel dans le plancher.	L’épaississement peut être limité à une bande de chaque côté de la paroi intérieure ou du plancher. + Peut être utilement combiné avec l’intégration de techniques (conduite, éclairage, …)	Peut être intégré dans des éléments de façade décoratifs nouveaux ou existants (par exemple, dans le cas de bâtiments patrimoniaux) et/ou être associé à une isolation à retour limité, par exemple.

Isolation autour de la baie

Pour ne pas provoquer de pont thermique et de risque de condensation superficielle autour de la baie, l’isolation thermique doit être prolongée jusqu’à la menuiserie.

Mur existant avec enduit de finition.
Isolant thermique (posé entre lattes par exemple).
Pare-vapeur éventuel.
Panneau de finition.
Retour d’isolation collé à la maçonnerie (épaisseur de minimum 2 cm).Si après avoir disqué l’enduit de finition existant, il n’y a pas assez de place pour le retour d’isolation, il faut remplacer le châssis par un châssis à dormant plus large.
Prolongement du pare-vapeur jusqu’à la menuiserie ou pose d’un isolant peu perméable à la vapeur (mousse synthétique, par exemple).
Joint souple d’étanchéité pour empêcher toute infiltration d’air intérieur derrière l’isolant.
Nouvelle tablette.

Pour augmenter les performances thermiques du retour d’isolation, la finition autour de la baie peut être réalisée en bois (ébrasement et tablette).

Joint souple d’étanchéité.
Ébrasement et chambranle en bois.
Finition angle.

Travaux annexes

Remarque : cette partie s’inspire de la brochure “Méthodes de modification du gros-œuvre – isolation thermique d’un bâtiment existant” et du projet de recherche Renofase mené par la Région Flamande.

Jonction mur-plancher étanche à l’air

Pour éviter tout risque de condensation interne, les systèmes d’isolation par l’intérieur doivent garantir une parfaite étanchéité à l’air. La ruine des parois peut avoir lieu lorsque de l’air chargé en humidité pénètre derrière la couche d’isolation et condense sur l’arrière de celle-ci.

Couche étanche à l’air((DOBBELS F, RenoFase WP4 – Detaillering van binnenisolatie, WTCB, 2017, p.31-32))
Matériau isolant étanche à l’air, placé correctement.	Panneau préfabriqué avec membrane intégrée (la feuille ne dépasse pas des bords du panneau).	Membrane placée séparément entre la finition et l’isolant (la membrane peut dépasser des bords).	Revêtement en plâtre
Possibilités de finitions étanches à l’air

Solutions alternatives


Points d’attention

Les installations électriques (prises et interrupteurs)

Elles sont disposées dans un espace technique (ménagé entre l’isolant (ou le pare-vapeur) et la finition.

Détail en plan et en coupe :

Isolant posé entre lattes
Pare-vapeur placé sans interruption
Latte fixée à la maçonnerie
Latte supplémentaire servant d’entretoise
Tube électrique
Boîtier électrique

Les canalisations d’eau

Les canalisations encastrées avant rénovation (isolation par l’intérieur) sont réchauffées par l’ambiance intérieure.

Si aucune précaution n’est prise lorsqu’on isole par l’intérieur, la maçonnerie, et avec elle, la canalisation sont directement exposées au climat extérieur et donc au gel.

Il existe différentes solutions pour protéger la canalisation contre le gel.

Solution n°1 : déplacer le tuyau et le laisser apparent.

Solution n° 2 : (peu pratique) agrandir la saignée dans laquelle se trouve la canalisation et introduire un isolant thermique (mousse expansée, par exemple.)

Solution n° 3 : déplacer le tuyau et le placer dans un espace technique ménagé entre l’isolant (ou le pare-vapeur) et la finition.

Attention : ne pas traverser le pare-vapeur avec le tuyau !

Les radiateurs

Les radiateurs doivent être déplacés et fixés à la nouvelle paroi. Dans ce cas, la structure doit être renforcée.
Le radiateur peut également être posé sur un pied fixé au sol.

Tablette
Isolant imperméable à la vapeur collé à la maçonnerie
Isolation entre lattes
Pare-vapeur
Radiateur
Joint d’étanchéité (mastic)
Canalisation de chauffage
Renfort (lattes bois)

Concernant les tuyaux des radiateurs, ceux-ci peuvent soit rester là où ils sont et être prolongés pour alimenter la nouvelle position du radiateur ou alors ils peuvent être déplacés dans le même plan que les corps de chauffe.

Si on garde le tuyau à sa place :

Insuffler de la mousse isolante autour du tuyau.

Glisser de l’isolant derrière le tuyau.

Si on peut déplacer le tuyau :

Sol

Lorsque l’isolation des murs est prolongée par l’isolation du sol, cela exige de créer une marche au niveau de l’accès aux autres locaux.

Remplacement des châssis

L’organigramme ((DOBBELS F, RenoFase WP4 – Detaillering van binnenisolatie, WTCB, 2017, p.201)) ci-dessous proposé par Renofase, évoque les différentes solutions envisageables pour le placement de nouveaux châssis dans le cas d’une isolation par l’intérieur.

Si vous souhaitez savoir comment évaluer le risque de condensation à partir des données propres à votre bâtiment.

Si vous souhaitez voir, par un exemple, comment évaluer concrètement le risque de condensation au droit d’un pont thermique dans un immeuble de bureau.

Posted By : Gregory Leonard 29 Jan, 2022

Isolation par l’intérieur ou par l’extérieur pour une classe ?

Les principes, avantages, inconvénients et fonctionnements des techniques d’isolation par l’intérieur et par l’extérieur sont déjà exposés sur Energie + et sur le site du CSTC.Pour en savoir plus, consultez les pages suivantes :

Quel est le mieux pour mon école ?

Si de gros travaux sont prévus et que l’école bénéficie d’un budget important, l’isolation par l’extérieur reste la solution la plus efficace. Elle offre une meilleure uniformité à l’enveloppe et permet donc plus facilement de limiter les déperditions de chaleur ((Dobbels F. RenoFase WP4 – Detaillering van binnenisolatie, WTCB, 2017)).

L’isolation par l’intérieur, quant à elle, est une solution intéressante dans le cas de rénovations de bâtiments scolaires où il n’est pas possible de prévoir une isolation par l’extérieur (généralement pour des raisons urbanistiques). Cependant, c’est une technique à exécuter avec beaucoup de prudence car les risques causés par sa mauvaise exécution peuvent être dévastateurs pour le bâtiment.

L’isolation par l’intérieur possède quelques avantages par rapport à l’isolation classique par l’extérieur. Premièrement,elle ne requiert pas de permis pour la réaliser. Ce sont donc des travaux qui peuvent être rapides à exécuter. Deuxièmement, cette technique permet des interventions plus localisées, local par local. Le phasage ou l’étalement des travaux d’isolation dans le temps permet donc une plus grande flexibilité pour les projets de rénovation de bâtiments scolaires. Une attention mérite d’être portée sur l’isolation par l’intérieur lorsque des travaux sont déjà prévus dans des locaux de l’école. Que ce soit un changement des châssis, une amélioration de l’acoustique ou encore une réparation importante suite à un dégât des eaux, l’isolation par l’intérieur se combine facilement avec ce genre d’interventions. Attention toutefois qu’une réflexion sur l’isolation par l’intérieur ne peut avoir lieu sans une bonne gestion des débits de ventilation des locaux en question.

L’isolation par l’intérieur s’accompagne de quelques conséquences ayant un impact plus direct sur les locaux de l’école que l’isolation par l’extérieur.

Elle engendre une diminution de la surface habitable des locaux

A titre d’exemple, dans une classe de 56 m², accueillant 25 enfants, on décide d’ajouter20 cm de laine minérale à des murs en maçonnerie non isolés pour passer d’un U de 1,73 W/m²K à un U de 0,2 W/m²K.

Ceci provoque une perte de 3 m², engendrant donc une diminution de la capacité d’accueil de la classe, correspondant à .

Les tuyauteries et techniques doivent être modifiées et/ou déplacées. Ces modifications peuvent être l’occasion de repenser le système de chauffage. Pourquoi ne pas utiliser la ventilation pour se chauffer? Ou encore, pourquoi ne pas se passer complètement de chauffage dans ces classes? Pour en savoir plus sur ces alternatives, consultez la page suivante. Toucher au système de chauffage pour l’isolation d’un seul local est peu pertinent car souvent ces systèmes fonctionnent en réseau et ne permettent pas de modifier celui-ci facilement. Dès lors, il est plus intéressant de réfléchir aux projets d’isolation par l’intérieur par “zone” de bâtiment et non par local individuel.

Les locaux perdent en inertie après une isolation de ce type. Cependant cette perte d’inertie peut être nuancée. Les plafonds et les planchers représentent souvent de grandes surfaces “lourdes” qui le restent après isolation par l’intérieur. Pour une classe aux dimensions similaires à celle représentée plus haut, l’isolation par l’intérieur des deux murs extérieurs comprenant des fenêtres représente une perte d’environ 25 % de la surface lourde. La perte d’inertie est donc négligeable par rapport aux gains thermiques.

Est-ce que ça vaut vraiment la peine ?

Malgré ces conséquences, isoler par l’intérieur peut vraiment améliorer la situation. Cela peut valoir la peine dans pas mal de cas. Pour se lancer dans l’isolation par l’intérieur, deux critères peuvent rentrer en compte.

Surface : les grandes surfaces de murs extérieurs seront les premières à pouvoir être isolés car elles sont relativement simples. Leur isolation peut donc nettement améliorer le confort de la classe.
Complexité technique : il est évident qu’isoler les contours des châssis est plus complexe qu’une surface plane. Cependant, si un changement de châssis est prévu, il est recommandé de pratiquer les travaux d’isolation par l’intérieur en même temps car ceux-ci nécessiteront de toute façon un retravail des raccords (Exemple: le cas 1 ci-dessous représente une grande complexité pour peu de résultats. Cependant, si les châssis doivent être remplacés, alors il est tout à fait pertinent d’isoler l’allège en dessous).

Cas 1 : classe mitoyenne avec larges fenêtres

Cas 2 : classe mitoyenne avec petites fenêtres

Cas 3 : classe avec 3 façades extérieures

Cas 4 : classe avec 2 façades extérieures

Fausses idées à démonter

Isoler uniquement certains murs ne sert à rien car, après isolation, toute la chaleur passera par les murs non isolés.

Ce n’est pas parce qu’un mur est isolé qu’un autre verra plus de chaleur le traverser. Le flux traversant le mur non isolé ne change pas. Il reste dépendant de sa valeur U et de la différence de température entre les ambiances de part et d’autre de la paroi. Néanmoins, isoler l’ensemble reste toujours la solution idéale.

Isoler certains murs et d’autres non va concentrer toute la condensation sur les parties non isolées.

En effet, si de la condensation apparaît sur les surfaces, elle prendra place uniquement sur les murs froids (non isolés). Cette condensation peut provoquer des problèmes si l’humidité relative de l’air dépasse un certain seuil. Cependant, la priorité avant d’isoler des murs est de maîtriser l’ambiance intérieure en ventilant correctement les locaux. Dès lors, grâce à cette ventilation, l’ambiance ne pourra plus atteindre ces seuils d’humidité, le risque de condensation est donc supprimé.

Quelques principes à respecter…

Attention toutefois car l’isolation par l’intérieur ne vaut la peine que si certains principes sont respectés. De manière générale, on peut rappeler 3 grands principes.

Avant toute chose, il est impératif de traiter tout type de problème d’humidité! Comme l’expliquent les articles mentionnés plus haut, rajouter une couche isolante sur la face intérieure d’un mur a des conséquences importantes sur son comportement hygrothermique. Dès lors, il est impératif de démarrer sur une bonne base, avec un mur sain. Les dommages liés à l’humidité se produisent généralement lorsque des matériaux sensibles à l’humidité sont en contact direct avec celle-ci. La présence de tâches, d’efflorescences, de fissures ou encore d’écaillages sur les murs existants sont autant de signaux révélateurs d’humidité. Le mur doit être complètement sec et exempt de toute trace d’humidité lorsqu’on pose l’isolation par l’intérieur.

Photo de gauche : Humidité ascensionnelle.
Photo de droite : Tache d’humidité dans l’enduit intérieur.

Source : rapport CSTC – « Isolation des murs existants par l’intérieur – diagnostic »((Isolation des murs existants par l’intérieur – diagnostic – les dossiers du CSTC 2012/4.16, 2013))

Principe 1 : Contrôle du climat intérieur

Une bonne gestion du climat intérieur a toute son importance dans l’apparition ou non de dommages au niveau des zones sous-isolées. L’ampleur des dégâts est caractérisée par la température ambiante et par l’humidité relative de l’air intérieur. Pour éviter tout risque lié à une isolation par l’intérieur, le bâtiment doit appartenir à la classe de climat intérieur 1 ou 2. Ces classes de confort sont facilement atteintes grâce à des systèmes de ventilation mécanique.

Principe 2 : Réduire ponts thermiques

Les ponts thermiques sont les principales failles des systèmes d’isolation par l’intérieur. Ils sont parfois complexes à éliminer mais de nombreuses solutions existent pour les combattre. Une mauvaise gestion des ponts thermiques peut entraîner des moisissures dues à la condensation ainsi que d’importantes pertes d’énergie. Attention cependant que tous les ponts thermiques ne doivent pas nécessairement être réglés.Si l’école bénéficie d’un système de ventilation efficace atteignant les débits réglementaires, les risques liés aux ponts thermiques peuvent être amoindris.

Les principales situations à risques auxquelles il faut faire attention sont les pourtours des menuiseries extérieures, les pieds de murs et fondations ou encore la jonction des planchers des étages avec les murs extérieurs.Des pistes de résolution de ces situations à risque sont proposées sur cette page.

Principe 3 : Eviter fuites d’air

Dans la réalisation d’une enveloppe étanche à l’air, les situations à risque sont les suivantes: le passage des techniques à travers l’enveloppe et les joints entre différents éléments ou matériaux. Des pistes de résolution de ces situations à risque sont proposées sur cette page.

Par quoi commencer?

L’isolation par l’intérieur est donc une technique à envisager pour la rénovation de l’enveloppe des écoles lorsqu’il n’est pas possible d’isoler par l’extérieur. Certes, elle propose plus de faiblesses que la technique d’isolation par l’extérieur et nécessite le respect strict de certains principes, mais si un diagnostic adéquat préalable est effectué sur l’enveloppe, l’isolation par l’intérieur peut permettre de réduire sensiblement les besoins en chaleur dans l’école. Le diagnostic de la situation existante est la première étape à réaliser en vue de l’isolation d’un mur existant par l’intérieur((Isolation thermique par l’intérieur des murs existants en briques pleines – Isolin – SPW – Wallonie et Architecture et Climat – 2010)).

Pour en savoir plus sur le traitement de certains nœuds constructifs à régler dans votre école, consultez la page suivante.

Posted By : Gregory Leonard 4 Oct, 2019

Retour vers l’accueil

Posted By : Gregory Leonard 3 Juin, 2019

Retour vers l’accueil [Améliorer]

Retour vers l’accueil

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la distribution [chauffage central]

Isoler les tuyauteries et les vannes

La présence de conduites non isolées véhiculant de l’eau chaude au travers de locaux non chauffés (cave, chaufferie, vide ventilé, …) est inadmissible, sachant que le coût de l’isolation sera toujours remboursé en moins d’un an par les économies d’énergie.

Exemple.

Perte de 20 m de tuyauterie non isolée DN 50 (2″), à 80°C, dans une chaufferie à 20°C :

Puissance perdue = 130 [W/m] x 20 [m] = 2,6 [kW]

Énergie perdue (si la circulation fonctionne toute l’année = 2,6 [kW] x 8 760 [h/an] / 0,8 = 28 470 [kWh/an] ou 2 847 [litres fuel ou m³ gaz] (0,8 est le rendement saisonnier de la chaudière).

Le coût de cette perte est de l’ordre de 53 [€/an] (à 0,375 [€/litre fuel]) par mètre de tuyau non isolé.

Ce surcoût est à comparer au coût de l’isolation des conduites : 8 .. 9 €/m. Cette isolation permettrait de réduire la perte de 80 .. 90 %.

Ceci conduit à un temps de retour de la pose d’isolant de quelques mois.

L’épaisseur d’isolant économiquement la plus intéressante dépend de la température du fluide véhiculé, du temps de fonctionnement de l’installation et du diamètre de la tuyauterie.

Calculs

Pour calculer les pertes de vos tuyauteries de chauffage et comparer l’intérêt énergétique et financier de différentes solutions d’isolation.

Isoler les vannes est également très rentable. Cette action est cependant rarement entreprise et suscite souvent la méfiance des responsables techniques. L’argument avancé est que la présence d’isolant masque provisoirement l’apparition de fuites et les dégâts encourus risqueraient alors d’être plus importants.

Ce raisonnement est cependant à relativiser :

Toute vanne ne présentant pas de faiblesse visible, doit être isolée au moyen de coquilles ou de matelas facilement démontable. Une surveillance régulière est alors aisément réalisée.

Il ne faut évidemment pas isoler une vanne qui présente déjà des défauts d’étanchéité, mais de toute façon ces vannes devraient d’office être remplacées car toute fuite et rajout d’eau est source de corrosion interne pour l’installation.

Isolation des vannes de chauffage dans un hôpital.

Concevoir

Isolation des réseaux de distribution.

Équilibrer la distribution

Un manque de débit dans certains locaux est souvent le résultat d’un déséquilibre de l’installation : certains circuits ou corps de chauffe présentant moins de pertes de charge (les plus proches de la chaufferie) court-circuitent une partie du débit destiné à d’autres zones.

Équilibrer une installation consiste alors à freiner l’eau dans les circuits favorisés, afin qu’elle ne privilégie aucun chemin : la difficulté de passage est alors la même dans chacune des boucles de distribution.

Les mauvaises solutions

Il est utopique, surconsommateur, voire dangereux de croire que l’on peut régler les problèmes d’équilibrage en agissant sur la régulation ou sur les circulateurs. Rien ne peut remplacer l’équilibrage correct de l’installation.

Actions sur la régulation

La première réaction des responsables de bâtiment face à un déséquilibre et un inconfort dans une zone du bâtiment est de modifier la régulation en augmentant les courbes de chauffe ou carrément en supprimant les ralentis nocturnes. Ces solutions sont évidemment à proscrire car extrêmement consommatrice :

Augmenter la température moyenne du bâtiment de 1°C, c’est 7 % de surconsommation !
Supprimer le ralenti nocturne, c’est de 10 à 30 % de surconsommation !

Augmenter le débit du circulateur commun

Augmenter le débit du circulateur commun se traduira par une augmentation du débit dans tous les circuits dans le même pourcentage. Autrement, les circuits défavorisés se rapprocheront de leur débit correct, mais les circuits favorisés passeront en surdébit, avec une surconsommation du circulateur et peut-être des problèmes acoustiques.

Augmenter le débit du circulateur du circuit défavorisé ou placer une pompe relais

C’est la solution la plus dangereuse qui risque de priver un circuit jusqu’alors sans problème.

Placer des vannes thermostatiques

Le placement de vannes thermostatiques peut constituer une solution partielle à un déséquilibrage de l’installation en limitant le débit des émetteurs trop favorisés.

En effet, lorsque la température augmente dans les locaux favorisés, les vannes thermostatiques réduisent le débit dans les corps de chauffe, ce qui rétablit un débit correct dans le reste de l’installation.

Toutefois, au démarrage de l’installation, toutes les vannes étant ouvertes, le handicap de la zone défavorisée reste entier : elle devra attendre que les premiers locaux ait atteint une température de surchauffe pour recevoir un débit suffisant. Ce qui est quelque peu aberrant. En outre, à ce moment, la période de relance définie par la régulation centrale sera peut-être passée et les locaux enfin alimentés correctement n’atteindront leur température de consigne que bien plus tard dans la journée (voire jamais).

De plus cette solution peut être accompagnée de problèmes acoustiques.

En conclusion, voilà bien une solution partielle qui réduira le gaspillage, mais n’aurait-il pas mieux valu consacrer l’investissement à une véritable opération d’équilibrage, par exemple en plaçant et en réglant des vannes thermostatiques avec organe de préréglage du débit.

Placer et régler des vannes d’équilibrages

C’est le seul moyen de réaliser un véritable équilibrage.

Au retour des circuits

Pour ajuster la répartition du débit entre les différents circuits, il faut placer des vannes d’équilibrage, au pied de chaque colonne et au retour de chaque branche sur laquelle les radiateurs sont raccordés. Il est à noter que l’équilibrage au pied des colonnes, avant de s’attaquer aux émetteurs, apporte déjà de grandes améliorations du confort.

Placement de vannes d’équilibrage au pied des colonnes et au départ des circuits.

Sur les émetteurs

Il faut aussi répartir le débit entre les radiateurs d’une même branche du circuit. Pour cela, ceux-ci doivent être équipés de tés de réglage.

Té de réglage du débit d’un radiateur.

Il existe également des corps de vanne thermostatique avec « té de réglage » incorporé : une bague de réglage permet de freiner de façon permanente le débit du radiateur, indépendamment de l’action de l’élément thermostatique.

Corps de vanne thermostatique avec préréglage du débit.

Cette solution est souvent plus pratique car :

Elle permet de combiner dans une seule vanne les fonctions d’équilibrage et de contrôle de la température.

Le réglage est souvent plus simple que pour les tés de réglage avec lesquels on ne sait trop bien combien de tours de correction il faut appliquer.

En cas d’enlèvement du radiateur (travaux de peinture, …), le réglage du té sera perdu car il sert de vanne d’isolement, ce qui ne sera pas le cas du préréglage de débit de la vanne thermostatique.

Exemple.

Pour que la vanne thermostatique fonctionne correctement, le fabricant recommande une chute de pression dans la vanne de 0,1 bar (10 kPa ou 1 mCE).

Pour un radiateur de 1 kW (dimensionné en régime 90/70, soit un Δt de 20°C et un débit nécessaire de 1 [kW] / 1,16 [kW/m³.°C] / 20 [°C] = 43 [l/h]) et une perte de charge de la vanne de 0,1 bar, l’abaque ci-dessus indique que la vanne doit être préréglée sur une position comprise entre 3 et 4.

Le débit correct de chaque radiateur est ainsi réglé et les vannes thermostatiques travaillent dans des conditions adéquates.

Faire équilibrer l’installation par des professionnels

Idéalement pour réaliser un équilibrage précis, il faut que les vannes, au minimum sur les colonnes et les branches du circuit, soit munies de prises de pression différentielle permettant de mesurer le débit.

Vanne d’équilibrage à placer sur un circuit de distribution. En mesurant et en réglant la perte de charge de la vanne, on ajuste le débit irriguant le circuit à sa juste valeur.

Des tés de réglage avec prise de débit possible seront très utiles. Dans une installation neuve, le surcoût de l’installation d’organes d’équilibrage avec mesure directe du débit par rapport à des systèmes sans possibilité de mesure, ne dépasse pas les frais inhérents à une ou deux interventions supplémentaires sur chantier requises pour les ajustements d’organes de faible coût.

Le placement de vannes automatiques (ou régulateurs de pression différentielle) qui permettent le maintien d’une différence de pression constante au pied de chaque colonne facilite également l’équilibrage car le réglage correct de la vanne n’est plus influencé par le réglage des circuits voisins, ce qui est le cas avec les vannes à réglage fixe. Le surcoût de ces vannes est ainsi compensé par la facilité de réglage.

Equilibrage au moyen de régulateurs de pression différentielle. Une vanne est placée sur la conduite de départ et la conduite de retour. La vanne automatique mesure la différence de pression entre le départ et le retour de chaque colonne et règle son ouverture pour maintenir cette dernière constante. Ce type de vanne remplace également efficacement les soupapes de pression différentielle couramment utilisées dans les circuits comprenant des vannes thermostatiques.

Il faut cependant être conscient que le placement de toutes ces vannes demande un investissement important et que l’appel à des spécialistes confirmés sera presque toujours nécessaire et indispensable étant donné la complexité de l’opération. Il faut aussi connaître les débits nominaux calculés lors de la conception.

Heureusement, cela ne veut pas dire qu’il faut toujours en arriver là. Il est aussi possible d’améliorer une situation soi-même, en travaillant par tâtonnement.

Équilibrage par tâtonnement

Souvent, les seuls éléments de réglage dont on dispose sur une installation sont ces tés de réglage (sans eux, on peut oublier toute action). On peut tenter d’améliorer la situation en refermant ceux-ci dans les locaux favorisés et en ouvrant ceux des locaux à problème.

Réglage d’un té : dévisser le capuchon et au moyen d’un tournevis, modifier la position du réglage. Attention, il faut bien repérer la position de départ et compter le nombre de tours effectués pour éventuellement revenir à la position de départ en cas d’insatisfaction.

Si on dispose en plus d’organes de réglage sur les différentes branches, il existe une méthode accessible mais aussi fastidieuse que l’on peut tenter de mettre en œuvre. Elle ne nécessite pas de mesure de débit au niveau des vannes d’équilibrage.

Étape 1

Établir le schéma hydraulique de l’installation.
Mettre toutes les vannes thermostatiques hors service et les bloquer au débit maximal grâce à leur limitation de course.
Toutes les vannes de réglage des radiateurs seront ouvertes complètement.
Les circulateurs à vitesse variable doivent être bloqués sur leur vitesse nominale.

Étape 2

Déterminer la différence de température ΔT entre l’eau de départ et l’eau de retour nécessaire en fonction des conditions extérieures. Cette différence de température doit être identique pour chaque circuit et chaque radiateur.

Exemple.

Si l’installation a été calculée pour une différence de température de 20°C entre le départ et le retour (par exemple, dimensionnement en régime 90/70 ou 70/50), on considère qu’à – 10°C extérieur la différence de température entre aller et retour (ΔT) est en régime de 20°C (point 1). Si la température extérieure est de 18°C on considère que ΔT est nulle (point 2).

On trace la droite entre les points 1 et 2 qui donne le ΔT à obtenir pour n’importe quelle température extérieure.

Étape 3

Réglage de l’ouverture de la vanne de réglage en fonction de la différence de température DT entre le départ et le retour d’un circuit.

Régler toutes les vannes de réglage des colonnes à la moitié de leur course (point (1)).

Mesurer le ΔT au pied de chaque colonne (si les circuits ne possèdent pas de mesure de température, un thermomètre de contact sur le tuyau est suffisant).

Si ΔT est supérieur au ΔT calculé, on ouvre la vanne à 75 % (point (2)) et si ΔT est inférieur au ΔT calculé, on ferme la vanne à 25 % (point (3)).

Il est nécessaire de permettre à l’installation de retrouver un régime stable (plusieurs heures) avant de procéder à une nouvelle mesure de température. En fonction du nouveau ΔT on ouvrira ou fermera encore les vannes en prenant comme référence le milieu de chaque intervalle créé sur le graphe ci-dessus.

Étape 4

Le réglage des colonnes donne déjà de bons résultats. Si des problèmes apparaissent encore localement, la même technique sera appliquée aux différents circuits d’une colonne et par après sur chaque radiateur du circuit (en mesurant la température entre l’entrée et la sortie du radiateur).

Mesure de température de départ et de retour d’un radiateur au moyen d’un thermomètre de contact.

La méthode présentée ici prendra plusieurs jours et sera d’autant plus difficile que chaque réglage perturbera les circuits déjà réglés. C’est pour cela que la méthode par mesure des débits est la plus facile.

En outre elle ne pourra pas être mise en œuvre en mi-saison du fait de trop faibles ΔT, difficilement mesurables. L’idéal est d’entreprendre ceci par grand froid (température extérieure < 0°C’ et pas de soleil).

Exemple. Une expérience pilote menée en France sur 8 immeubles à appartements a montré qu’un équilibrage, réalisé par la société de maintenance, suivant la méthode « de la température de retour » a permis de rétablir le confort tout en diminuant en moyenne la consommation de 9%, grâce à un abaissement des courbes de chauffe de 3 à 6°C.

Site	Nombre de logements	Variation de la consommation	Type d’équilibrage
1	230	-15%	Pieds de colonne
2	25	-12%	Pieds de colonne
3	240	-23%	Total
4	360	-5%	Pieds de colonne
5	100	-13%	Pieds de colonne
6	70	-4%	Pieds de colonne
7	230	-7%	Pieds de colonne
8	90	-22%	Total

Source : « Chaud, Froid, Plomberie », janvier 2004.

Cas particulier du déséquilibre récent

Une insuffisance de chaleur peut apparaître dans des anciennes parties de circuit suite à une extension du réseau (repiquage). Il est alors nécessaire d’équiper l’extension d’une vanne de réglage de manière à freiner le débit dans celle-ci et rétablir ainsi un débit correct dans l’ancien circuit.

Une insuffisance de chaleur peut apparaître suite au placement de vannes thermostatiques dans une partie du circuit. L’impact de ces vannes qui augmentent les pertes de charge doit être compensé en freinant le débit dans les zones sans vanne thermostatique. L’augmentation globale de la résistance de l’ensemble du réseau impose alors, parfois l’augmentation de la hauteur manométrique du circulateur.

Réduire le débit des circulateurs

Arrêter les circulateurs en été

La toute première action est d’arrêter les circulateurs lorsque les chaudières sont mises à l’arrêt en été. Cette action peut se faire manuellement. Les régulations modernes intègrent cette fonction, en prévoyant une remise en route régulière pour éviter que le circulateur ne reste bloqué à la relance de la saison de chauffe (fonction de « dégommage »). Ceci ne demande pas d’investissement.

On peut aller plus loin, en se disant que lorsque la température extérieure atteint une certaine valeur (par exemple, 15°C), le chauffage devient inutile dans le bâtiment.

Exemple.

A Uccle, la température extérieure est supérieure ou égale à 15°C, en moyenne durant 2 040 heures par an dont 400 heures se situent durant la saison de chauffe, entre le 15 septembre et le 15 mai.

Si la température de non-chauffage est de 14°C (bâtiment mieux isolé, avec plus d’apports internes), cette température est dépassée pendant 500 heures durant la saison de chauffe.

Exemple.

Si la puissance installée des circulateurs des différents circuits est de 5 kW, il est possible d’économiser, en coupant les circulateurs lorsque la température extérieure atteint 15°C :

5 [kW] x 2 040 [h/an] = 10 200 [kWh/an] ou 1 138 [€/an] (à 11,16 cents €/kWh (les températures > 15°C apparaissent surtout en journée)), si l’installation fonctionne normalement toute l’année,

5 [kW] x 400 [h/an] = 2 000 [kWh/an] ou 223 [€/an] (à 11,16 cents €/kWh), si l’installation est coupée en dehors de la saison de chauffe.

La commande de l’arrêt des pompes par une horloge et/ou un thermostat extérieur nécessite un investissement de l’ordre de 125 .. 250 €. Il se justifie pour une puissance des circulateurs supérieure à 500 W.

Notons que lorsqu’un circulateur est remplacé, il faut vérifier que l’installateur a raccordé sa commande au régulateur de chauffage.

Réduire la vitesse des circulateurs surdimensionnés

Bien des circulateurs sont surdimensionnés. Il en résulte

une surconsommation électrique,
parfois des problèmes hydrauliques et de l’inconfort

Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation du surdimensionnement des circulateurs.
Évaluer	Pour en savoir plus sur les problèmes d’inconfort liés à l’hydraulique.

Si les pompes possèdent différentes vitesses commutables (pompes à 2 ou 3 vitesses avec sélecteur ou couvercle de bornier pouvant être monté en diverses positions), une réduction de vitesse peut être opérée manuellement soit de façon permanente, soit en fonction de la saison. Cette amélioration ne coûte rien et peut être faite à l’essai. Si des plaintes apparaissent la situation d’origine peut facilement être rétablie.

Circulateur à 3 vitesses réglables manuellement.

Exemple.

Voici les caractéristiques d’un circulateur à trois vitesses dont les points de fonctionnement sont :

Sélection de la vitesse	1	2	3
Vitesse [tr/min]	1 840	2 300	2700
Débit [m³/h]	6,5	8	10
Hauteur manométrique [m CE]	3	4	5,6
Puissance électrique max [W]	360*	400	480
Puissance électrique estimée [W]	324*	360	432

* Remarques :

La réduction des puissances affichées par le constructeur n’évolue pas aussi fortement que la loi théorique de similitude le prédit (fonction du cube du rapport des vitesses). Ceci s’explique par la dégradation du rendement électrique du moteur.

Il est difficile de connaître la puissance réellement absorbée par un circulateur en fonctionnement. Une bonne approximation est 90 % de la puissance électrique mentionnée sur la plaque signalétique du circulateur.

On peut estimer l’économie réalisable en améliorant la gestion de ce circulateur. On fait l’hypothèse qu’au départ, il fonctionne 8 760 h/an à la vitesse 3.

–	Heures de fonctionnement à vit 3	Heures de fonctionnement à vit 2	Heures de fonctionnement à vit 1	Consommation électrique [kWh/an]
Situation initiale	8 760	–	–	3 784
Arrêt l’été (123 jours/an)	5 808	–	–	2 509
Arrêt si T_ext > 15°C (400 h/an)	5 408	–	–	2 336
Réduction de vitesse permanente à la vitesse 2	–	5 408	–	1 947
Réduction à la vitesse 1 si T_ext> 5°C (3 900 h/an)	–	1 508	3 900	1 807

–	Facture électrique [€/an] à 6,5 cents €/kWh	[€/an]	Économie par rapport à l’action précédente [€/an]
Situation initiale	245	–	–
Arrêt l’été (85 jours/an)	163	82	82
Arrêt si T_ext> 15°C (400 h/an)	151	94	12
Réduction de vitesse permanente à la vitesse 2	126	119	25
Réduction à la vitesse 1 si T_ext> 5°C (3 900 h/an)	117	128	9

Comme on le voit dans l’exemple ci-dessus, on peut aussi imaginer que la circulation passe automatiquement à vitesse réduite ou soit coupée à certains moments de l’année où les besoins énergétiques sont moindres.

Par exemple, lors du ralenti nocturne, si la mise au ralenti se fait par abaissement de la température d’eau (méthode par ailleurs dépassée), toutes les vannes thermostatiques de l’installation vont s’ouvrir, créant un surdébit (également générateur de bruit) d’autant plus aberrant qu’il n’y a pas de besoin. Il en de même lorsque le ralenti se fait par coupure complète de l’installation (fermeture des vannes mélangeuses). La commande de mise au ralenti pourrait dès lors aussi agir sur le circulateur.

La commutation automatique des vitesses des pompes existantes exige des éléments complémentaires au niveau de la régulation et du câblage du moteur et de la commande (les fabricants de pompe peuvent fournir des boîtiers permettant d’accéder aux différents bobinages des moteurs, de manière à réaliser les commandes au niveau du tableau électrique). L’investissement est donc important : de l’ordre de 500 .. 750 €.

Dès lors, on peut aussi envisager une diminution manuelle de la vitesse de tous les circulateurs, en mi-saison par exemple.

Remplacer les circulateurs surdimensionnés

La réduction de vitesse n’est pas possible sur tous les circulateurs. Dès lors, il peut être intéressant de procéder directement au remplacement d’un circulateur existant surdimensionné.

Exemple.

Considérons un bâtiment nécessitant une puissance de chauffage de 200 kW. Pour fournir cette puissance en travaillant avec des installations dimensionnées en régime 90°/70°, le circulateur doit fournir un débit de :

Débit demandé par le circulateur = 200 [kW] / 1,16 [kW/m³/h.°C] / (90 [°C] – 70 [°C]) = 8,6 [m³/h] ou 0,0024 [m³/s]

Pour ce débit, le bureau d’études, à l’origine de l’installation a surestimé les pertes de charge de l’installation (90 [kPa] au lieu de 60 [kPa]). Le débit réellement fourni par le circulateur choisi est n’est pas de 8,6 [m³/h] mais de 12 [m³/h] (ou 0,0033 [m³/s]) pour une perte de charge de 85 [kPa].

Points de fonctionnement de l’installation réel et calculé par le bureau d’études. Le circulateur choisi rencontre moins de résistance que prévu. Son débit augmente donc.

La puissance électrique absorbée par circulateur existant est de (pour un rendement global du circulateur de 34 % (moteur compris)) :

Puissance électrique du circulateur existant = 0,0033 [m³/s] x 85 000 [Pa] / 0,34 = 825 [W]

En choisissant un nouveau circulateur dimensionné correctement, on peut diminuer la puissance absorbée à :

Puissance électrique du nouveau circulateur = 0,0024 [m³/s] x 60 000 [Pa] / 0,34 = 420 [W]

(en imaginant que l’on choisisse un circulateur dont la courbe caractéristique passe exactement par le point de fonctionnement souhaité).

Si on considère que le circulateur tourne 5 800 [h/an], l’économie réalisée s’élève à :

Économie = (825 [W] – 420 [W]) x 5 800 [h/an] x 6,5 [cents €/kWh] = 153 [€/an]

Pour un nouveau circulateur standard dont le coût est de l’ordre de 300 .. 400 [€].

Remplacer un circulateur surdimensionné avant la fin de sa vie est donc rentable.

Au minimum, il faut penser au redimensionnement des circulateurs lors d’un remplacement par nécessité. Il faut à tout prix éviter que, lors d’un remplacement forcé, la sélection du nouvel équipement se limite à choisir un circulateur présentant les mêmes dimensions afin de pouvoir s’insérer sans difficulté dans l’emplacement libéré par l’appareil défectueux.

Calculs

Pour redimensionner un circulateur à partir des températures départ et retour du circuit et calculer l’intérêt de son remplacement.

Placer des circulateurs à vitesse variable

Remplacer un circulateur par un circulateur redimensionné suivant le calcul proposé ci-dessus, demande d’ouvrir toutes les vannes thermostatiques. Il reste également une certaine incertitude quant aux hypothèses de dimensionnement qui avaient été prises à l’époque de la conception de l’ancienne installation (température extérieure minimale, régime de température choisis, …).

C’est ici que le placement d’un circulateur avec variateur de vitesse va trouver toute sa justification : en le plaçant, il sera possible de diminuer progressivement la vitesse (sans modifier la température de l’eau), jusqu’à atteindre celle qui assurera une distribution uniforme, sans pénaliser le dernier radiateur du réseau (juste avant que les premières plaintes n’apparaissent). Sur base des expériences réalisées en Suisse, dans 9 cas sur 10, la vitesse chutera de plus de moitié !

Attention cependant il ne faut jamais remplacer un circulateur manifestement surdimensionné par un circulateur à vitesse variable de la même puissance. En effet, régler la vitesse du nouveau circulateur à une valeur trop faible entraîne une chute de rendement importante. De plus, non on ferait un investissement inutilement élevé.

Même un nouveau circulateur à vitesse variable doit donc faire l’objet d’un dimensionnement.

Circulateur à vitesse variable.

L’économie réalisée par rapport à l’ancien circulateur sera supérieure au cas du remplacement par un circulateur à vitesse fixe (3 vitesses) car le circulateur à vitesse variable permettra un ajustement plus précis du débit. Le gain supplémentaire sera d’autant plus important que les caractéristiques de l’installation existante sont peu connues.

Le circulateur à vitesse variable permet en outre des économies supplémentaires dans les installations équipées de vannes thermostatiques (installations avec radiateurs dont les locaux ont des besoins non homogènes) ou équipées de vannes 2 voies de régulation (installations avec ventilos-convecteurs).

En effet, lorsque sous l’effet d’apports de chaleur gratuits, les vannes thermostatiques se ferment, la pression dans le réseau augmente. Pour éviter cela et l’influence de ce réglage sur l’ensemble des vannes (les vannes sifflent), on place traditionnellement en tête de circuit une soupape différentielle qui « court-circuite » une partie du débit.

Soupape de pression différentielle by-passant une partie du débit lorsque des vannes thermostatiques se ferment dans l’installation.

Cette soupape différentielle peut avantageusement être remplacée par un circulateur à vitesse variable qui maintiendrait une pression constante ou dégressive dans le réseau lorsque les vannes thermostatiques se ferment.

Techniques

Pour en savoir plus sur le réglage du débit des circulateurs à vitesse variable.

Il est difficile d’estimer le gain supplémentaire que l’on peut ainsi réaliser. En effet, cela dépend de la réduction totale de débit résultant du fonctionnement des vannes thermostatiques (ou de vannes 2 voies de régulation, pour les ventilos convecteurs) et qui est fonction de la quantité d’apports gratuits dont bénéficient les différents locaux. Pour fixer les idées nous nous baserons sur un exemple :

Exemple.

considérons un bâtiment nécessitant une puissance de chauffage de 200 kW (débit nécessaire : 8,6 m³/h pour une hauteur manométrique de 6 mCE ou 60 000 Pa), répartie en deux façades nord et sud. Un seul circuit dessert l’ensemble de l’immeuble et des vannes thermostatiques sont installées sur les radiateurs de la façade sud pour tenir compte de l’ensoleillement.

Si on choisit un circulateur traditionnel à 3 vitesses, la vitesse réelle ne correspondra jamais exactement au point de fonctionnement souhaité.

Courbes caractéristiques du circulateur à 3 vitesses choisi : en bleu, le point de fonctionnement calculé et en rouge, le point de fonctionnement réel en fonction de la vitesse de circulateur choisie.

Pour satisfaire les besoins, le circulateur sera réglé en vitesse 3 et absorbera une puissance électrique de l’ordre de 540 W. Son débit réel sera de 9,6 m³/h au lieu des 8,6 souhaités.

Par contre, si on choisit un circulateur à vitesse variable, la vitesse peut être réglée pour obtenir le point de fonctionnement souhaité.

Courbes caractéristiques du circulateur à vitesses variable (remarque : on y constate la vitesse réglable en fonctionnement de nuit « min »)

La puissance absorbée par le circulateur est de l’ordre de 420 W.

Sur la saison de chauffe, le premier gain réalisé est de :

(540 [W] – 420 [W]) x 5 800 [h/an] = 696 [kWh/an] ou environ 45 [€/an] (à 6,5 [cents €/kWh] (heures pleines et heures creuses))

Sans compter l’imprécision inévitable sur l’estimation des caractéristiques du circulateur à 3 vitesses (« on va prendre un peu plus gros, on ne sait jamais ») qui veut que celui-ci consommera encore plus.

Que rapporte en plus la régulation de la vitesse du circulateur en fonction de la fermeture des vannes thermostatiques ?

En première approximation, on peut se dire que durant 1 000 h/an (durée d’ensoleillement durant la saison de chauffe), les vannes thermostatiques de la façade sud peuvent se fermer, réduisant ainsi de 50 %, le débit nécessaire de l’ensemble du réseau (dans le cas d’une école, les vannes se fermeront quand une classe sera remplie …).

Si en fonction de la fermeture des vannes, le circulateur diminue sa vitesse tout en réduisant linéairement la pression du réseau, sa puissance absorbée passera de 420 [W] à environ 220 [W], ce qui permet une économie de :

(420 [W] – 220 [W]) x 1 000 [h/an] x 11,16 [cents €/kWh] = 22 [€/an] (au tarif moyen en heures pleines)

L’économie supplémentaire réalisée grâce au circulateur à vitesse variable s’élève donc à minimum :

45 [€/an] + 22 [€/an] = 67 [€/an]

pour un surcoût d’environ 300 €.

Si on globalise l’économie réalisable par le remplacement du circulateur surdimensionné de l’

exemple précédent par un circulateur à vitesse variable, on obtient :

Réduction de la puissance à charge nominale : de 825 à 420 [W], soit une économie de 153 [€/an].
Régulation du débit en fonction des besoins : économie de 22 [€/an].
Économie totale : 175 [€/an].

Pour un coût du circulateur à vitesse variable d’environ 800 €. Le temps de retour de cette opération est donc de 4,6 ans.

Prix des circulateurs de la marque « x » (à titre indicatif).

Études de cas

Le remplacement des circulateurs par des circulateurs à vitesse variable peut également être dicté par des problèmes d’inconfort lié au surdimensionnement des circulateurs.

Ce fut le cas au Centre de Hemptinne.

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer un survitrage

Les performances thermiques d’un vitrage avec survitrage sont nettement inférieures à celle d’un double vitrage isolant, mais c’est mieux que rien. Cette technique est aussi la moins coûteuse.

On distingue deux types de survitrages :

Le survitrage mobile
Le vitrage supplémentaire est placé sur charnière. Ce dispositif permet le nettoyage et l’élimination des condensats éventuels.

Schéma survitrage mobile.

Le survitrage fixe
Le verre est vissé ou collé sur le châssis existant. Il est difficile voire impossible d’éliminer totalement les risques de condensats éventuels.

Schéma survitrage fixe.

Dans les deux cas, on veillera à assurer une étanchéité parfaite de la vitre intérieure par rapport à l’ambiance intérieure, afin de limiter les risques de formation de condensation dans le vide.
Si le châssis comporte plusieurs carreaux ou croisillons, le survitrage recouvrira entièrement le battant de la fenêtre quel que soit le nombre de carreaux.

Améliorations énergétiques ?

Il faut savoir que l’efficacité énergétique d’un survitrage sera toujours inférieure à celle d’un vitrage double isolant.
En effet, un simple vitrage est caractérisé par un coefficient de transmission thermique U = 5,8 W/m²K, la pose d’un survitrage permet d’atteindre un coefficient U = 3 W/m²K contre 1,1 W/m²K pour les vitrages doubles isolants actuels.

D’un point de vue énergétique, cette solution est rarement justifiée sauf dans le cas où les caractéristiques architecturales extérieures des châssis et leur impact sur l’environnement doivent être maintenus, et que les châssis sont en bon état.

Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer le niveau sonore [Ventilation]

Plan d’action

Soit le bruit est aérien

Évaluer

Après l’analyse de la situation sur le terrain, la logique à suivre est basée sur le type de bruit.

Puisqu’il est produit par l’écoulement de l’air et les turbulences qui y sont liées, on peut envisager de réduire la source du bruit, par exemple en diminuant la vitesse du ventilateur, en améliorant l’écoulement dans les bouches, dans les coudes,…

À défaut, puisque ce bruit dispose d’un spectre développé surtout dans les hautes fréquences, il est possible d’absorber le bruit par des matériaux fibreux : silencieux, parois de gaines absorbantes,…

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

Puisque ce sont les vibrations des équipements qui sont transmises, la diminution de vitesse permettra également de réduire les vibrations. Certaines sociétés de maintenance peuvent enregistrer les vibrations émises à l’arbre d’un ventilateur et dire si un balourd serait responsable du bruit en cause.

À défaut, on cherchera à couper toute transmission du bruit par le placement d’un matériau résilient entre l’équipement et son environnement: plots antivibratiles, manchettes souples, plancher flottant,…

Idéalement, c’est la coupure du matériau qui empêchera le mieux la transmission du son.

À défaut, il faudra interrompre le matériau dur par un matériau plus souple (dit » matériau résilient « ).

Modifier la disposition des locaux

De par la localisation des fonctions dans un immeuble, une grande part de l’isolement peut déjà se créer

disposition de locaux tampons entre locaux bruyants et locaux calmes (ex : couloir)
rassemblement des locaux bruyants (ex : locaux sanitaires et de services)
…

Dans un bâtiment existant, le déplacement du local de traitement d’air est difficilement réalisable, mais certaines réorganisations internes d’activité sont possibles.

Mais un bâtiment vit, des parois se déplacent,… les critères acoustiques peuvent parfois rentrer en compte dans le choix de la nouvelle disposition des locaux ?

Réaliser le doublage acoustique des parois

Si le son perturbateur est créé par du bruit aérien traversant une paroi, il est possible de doubler celle-ci.

Si la faute correspond à une insuffisance des éléments de construction, il est possible d’améliorer la situation jusqu’à 10 dB environ, à l’aide d’un panneau rapporté (plafond suspendu constitué de plâtre dépourvu de joint, panneaux de carton-plâtre rapportés devant les parois). Pour que le doublage, placé devant le mur, puisse faire son effet de cloison double, on privilégiera une fixation indépendante et des joints élastiques. À défaut, une fixation par colle. Au pire une fixation par clous,…

Schéma doublage acoustique des parois.

Exemple.

Une paroi de séparation entre un local technique et un bureau était constituée d’un mur en briques modulaires de 17,5 cm enduit sur les deux faces. Son isolement acoustique initial (frein de la paroi au passage du son) était de R = 48 dB. Le doublage au moyen de panneaux de carton-plâtre avec supports en profilés métalliques (pose indépendante du mur) a permis d’améliorer l’isolement jusqu’à 56 dB.

Insérer une gaine entre local et source sonore

Le placement d’une gaine permet l’absorption des bruits par les parois.

Exemple.

Dans un home, les occupants se plaignaient de la transmission du bruit d’une salle de bain à l’autre. Les investigations montrèrent que chaque salle de bain était équipée d’un ventilateur relié par un tuyau flexible aboutissant dans une gaine commune. Cette liaison permettait le passage latéral des sons, amenant ainsi l’isolement entre salle de bain à 42 dB.

À la place d’un tuyau flexible courant entre le ventilateur et la gaine, on a installé un tuyau flexible amortisseur de bruit. Vu le peu d’espace disponible, on ne put obtenir une réduction que de 9 dB. La différence était cependant sensible…

Placer un silencieux

Le placement de silencieux permet d’absorber le bruit véhiculé par le réseau.

Les silencieux doivent encadrer la source sonore (généralement le ventilateur), tant du côté réseau que du côté prise d’air extérieur. Afin d’éviter que le bruit du local technique ne « rentre » dans la gaine après le silencieux, celui-ci sera placé à la sortie du local.

Notons que l’installation d’un silencieux peut être difficile à réaliser sur un réseau de gaines déjà entièrement monté. Les silencieux doivent être placés dans des longueurs rectilignes (trémies, faux-plafonds en gyproc) qui sont parfois devenues inaccessibles du fait de l’architecture intérieure du bâtiment. On ne pourra donc pas toujours équiper correctement une installation bruyante déjà existante.

Idéalement, on choisira un silencieux à large bande spectrale, à faible perte de charge et à production de bruit (provoqué par l’écoulement interne de l’air) aussi faible que possible.

Règle de bonne pratique.

On dimensionnera le silencieux de telle sorte que la vitesse de l’air soit limitée à 10 m/s lors du passage entre les baffles acoustiques du silencieux. Si la section d’ouverture du silencieux est de …30 %… à …50 %…, cela induit que la vitesse faciale à l’entrée du silencieux devrait être de …3 m/s… à …5 m/s… environ.

On est parfois tenté de placer des silencieux exagérément dimensionnés (donc plus onéreux), qui génèrent tout au long de leur vie des pertes de charge et donc une consommation supplémentaire du ventilateur…

Une mesure du niveau sonore existant et une évaluation du niveau à atteindre permettra de dimensionner le silencieux de façon nettement plus précise.

Piège à son pour tourelle d’extraction ou de pulsion.

Tourelles d’extraction équipées d’un silencieux.

Garnir les conduits aérauliques de matériau absorbant

Solution courante

Un conduit provoque toujours une atténuation du son qu’il transporte. Mais celle-ci doit parfois être renforcée par le placement d’absorbants sur les parois internes : généralement, il s’agit de panneaux de laine minérale.

On choisira des panneaux avec protection contre la désagrégation (pour éviter un détachement des fibres du matériau acoustique), par exemple des panneaux de fibres minérales enduits au néoprène, dont l’épaisseur ne doit pas dépasser 0,1 mm sans quoi le pouvoir d’absorption est diminué.

Ces panneaux ont pour avantage de créer simultanément une isolation thermique entre le fluide et les locaux traversés… mais ont pour désavantages d’augmenter les pertes de charge, de retenir les poussières et de favoriser le développement de milieux peu hygiéniques…

Dés lors, on limitera si possible le placement de ces panneaux absorbants au droit des changements de direction (coudes) : c’est là qu’il y a le plus de réflexions de l’onde acoustique sur les parois et que l’absorption sera donc la plus efficace.

Mieux, on introduira un silencieux acoustique.

Baffle acoustique.

En milieu hospitalier

On évitera l’isolation interne car il y a, malgré tout, un risque non négligeable de développement de germes dans les conduites; les panneaux isolants servant de substrat. Si vraiment le problème est insoluble, on placera une isolation externe classique.

Placer des supports antivibratiles

Pour réduire la propagation des vibrations de certains appareils (compresseurs, ventilateurs,…) à la structure du bâtiment, on insère des supports élastiques antivibratiles.

Plot antivibratile.

L’ensemble « équipement-support » constitue un système « masse-ressort », soumis aux lois de la mécanique des vibrations, et disposant dès lors d’une fréquence propre.

Pour dimensionner correctement les plots antivibratiles, il faut connaître

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

Pour une bonne efficacité, la fréquence propre du système antivibratile doit être 3 à 4 fois inférieure à la fréquence excitatrice. Dans certains cas il sera nécessaire d’alourdir la dalle sur laquelle sont fixés les équipements afin « d’écraser davantage les ressorts » et de garantir ainsi un meilleur amortissement des vibrations.

Exemple.

Un ventilateur tournant à une vitesse de rotation de 1 500 tours/minute provoque des vibrations de 25 Hz (puisque rotation de 25 tours/seconde). Les plots devront être calculés sur une fréquence propre de 6 à 8 Hz.

En pratique, on rencontre

des ressorts, utilisés pour toutes les fréquences propres mais surtout lorsqu’ elles sont inférieures à 8 Hz,

des plots à base de poudre de liège mélangée à un élastomère, pour des fréquences propres supérieures à 8 Hz,

des plots à base d’élastomères, pour les fréquences propres supérieures à 12 Hz,

un système de « dalle flottante », c’est-à-dire la construction d’un socle de béton sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aiguës.

Ce dernier système de dalle flottante est assez difficile à réaliser puisqu’en aucun endroit il ne peut y avoir de contact (raccords de mur, écoulement de sols, tuyauteries, conduits, …). Devant la nécessité d’exercer un contrôle quasi permanent durant les travaux, on préfère parfois la technique des éléments antivibratiles…! Ou alors un contrôle de la qualité acoustique de la dalle est imposé à la fin des travaux.

Exemples de ponts phoniques par le tuyau d’écoulement et la plinthe.

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

Couper la transmission par les conduits

Des vibrations de ventilateurs ou de compresseurs peuvent également se transmettre au réseau de distribution. Pour l’éviter, il est utile de réaliser des raccordements souples entre les conduits (fluides, gaz, électricité…) et la machine qui vibre, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Il est également possible de suspendre élastiquement un conduit/une tuyauterie à un plafond.

On pense également au placement de manchettes de compensation de part et d’autre du caisson de ventilation.

Placer des bouches d’amenée d’air naturelle isophoniques

Dans le cas d’une ventilation avec amenées d’air naturelles (grilles réglables), il faut veiller à limiter la transmission des bruits extérieurs. Plus le milieu extérieur est bruyant, plus il est important de veiller à ce que la grille ne soit pas un pont acoustique trop important entre l’extérieur et l’intérieur. L’isolement acoustique des bouches doit être adapté à l’isolement acoustique global de la façade.

Il existe pour cela des grilles intégrant un absorbeur acoustique.

Grilles isophoniques.

Mais il est généralement plus efficace d’insérer les prises d’air dans l’épaisseur de la maçonnerie car l’espace disponible permet une atténuation acoustique plus importante.

Prises d’air à insérer dans la maçonnerie avec isolation phonique.

Si l’isolement souhaité est encore plus important, on sera contraint d’adopter un système de ventilation « double flux« .

Remarquons que le CSTC, dans sa NIT n°192 propose une méthode approximative pour le calcul de la diminution de l’isolation aux bruits aériens due à la mise en œuvre de grilles de ventilation.

En pratique, on peut estimer qu’une isolation acoustique de 30 .. 34 dB(A) est nécessaire en milieu urbain.

À titre de comparaison, pour les riverains de l’aéroport de Bierset, on recommande une isolation acoustique des grilles de ventilation, de 44 dB(A).

Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer le fluide frigorigène d’une installation existante [Froid alimentaire]

Les différentes règlementations ont peu à peu interdit l’utilisation des fluides frigorigènes de type CFC et HCFC (même recyclés).

Le passage vers un HFC (hydrofluorocarbures) peut être assez coûteux et implique généralement un changement de certains composants de l’installation (compresseur et détendeur notamment), ainsi qu’un changement de toute l’huile contenue dans l’installation. On recommande donc de faire appel à une société spécialisée qui réalisera une étude précise en fonction de l’installation en présence. Il faudra tenir compte d’une potentielle diminution de puissance frigorifique (et donc du rendement de l’installation) lors de cette étude de faisabilité. On veillera aussi à anticiper les renforcements réglementaires. La réglementation européenne (dite F-gaz) prévoit en effet un retrait progressif des HFC du marché. On aura donc tout intérêt à utiliser un fluide qui ne sera pas trop rapidement retiré du marché !

L’ancien fluide sera récupéré et ensuite détruit ou recyclé, par une société habilitée qui délivrera une attestation.

L’alternative au remplacement du fluide est la réalisation d’une nouvelle installation directement conçue pour des fluides frigorigènes naturels ou à faible pouvoir de réchauffement global (PRG ou Global Warming Potentiel en anglais (GWP)).

Posted By : 25 Sep, 2007

Adapter la consigne de température de l’air ambiant

En hiver

La consigne de température résulte d’un compromis entre confort optimum et consommation minimale ! Chaque degré épargné sur la saison de chauffe entraîne une diminution de 8 % (minimum) de la facture chauffage du bâtiment. Mais le confort doit être atteint.
En hiver, dans les bureaux, une température opérative de 20°C est requise. Puisque celle-ci est donnée par :

T°_opérative= (T°_air+ T°_parois) / 2 (NBN X 10-005)

On adoptera une température de l’air de 21°C pour une température moyenne des parois de 19°C (RGPT).
Ou de 20,5°C pour une température moyenne des parois de 19,5°…

Évaluer

Pour évaluer le confort thermique

Pour respecter le confort thermique des occupants :

La température de consigne doit être adaptée au bâtiment (par exemple, avec des châssis à simple vitrage la température de l’air devra être plus élevée).
La température de l’air peut être relevée le lundi matin pour compenser les parois refroidies par le week-end.
La température de l’air peut être relevée en plein hiver pour compenser l’effet des parois froides.

Autrement dit, si l’on souhaite promouvoir la préservation des énergies

Dans un bâtiment bien isolé (c’est généralement le cas des bâtiments climatisés), on peut se permettre de diminuer la température de l’air, jusqu’à approcher des 20°C (voire moins si chauffage par rayonnement).
La température de l’air peut être diminuée dès le mardi puisque les parois sont chaudes.
La température de l’air peut être abaissée en mi-saison sans risque d’inconfort.

Les régulations numériques d’aujourd’hui permettent d’automatiser ce genre de gymnastique !

En été

C’est souvent la rentabilité du travail des occupants qui guide le choix du niveau de consigne de la température intérieure. Mais il importe de prendre conscience des conséquences énergétiques de ce choix.

Quel est l’impact d’une consigne de température réglée sur 24° ou 25° en été ?

Hypothèses

Une simulation informatique réalisée sur un local de bureau type, en façade Sud, avec double vitrage ordinaire, gains internes moyens (30 W/m²), occupation 10 h/jour, 5 jours/semaine.

Situation 1

consigne à 25°C : consommation de refroidissement : 100 % (référence)

Situation 2

consigne à 24°C : consommation de refroidissement : 129 % !

(cet accroissement élevé est du au fait qu’à ce niveau de température, une augmentation de 1°C entraîne une large augmentation de la durée de refroidissement).

Pour définir la consigne de température intérieure, plusieurs stratégies sont possibles (à imposer via la régulation). Voici leur classement par ordre décroissant de consommation :

Soit une consigne intérieure qui augmente linéairement en fonction de la température extérieure, entre deux limites minima et maxima. Cette solution, appelée « consigne compensée » est très coûteuse en énergie (près de 200 % de la situation de référence de l’exemple ci-dessus). En pratique, elle conduit par exemple à refroidir en mi-saison jusqu’à 21°, parce que la température extérieure est très fraîche, mais que le soleil enclenche la climatisation. Une consigne flottante aurait généré 23 à 24°C dans le local sans enclenchement de la climatisation.Cette consigne « compensée » ne semble pas adaptée à notre région.L’absence de zone neutre engendre bien souvent un gaspillage énergétique (« pompage » entre les équipements de chaud et de froid, ou « destruction » d’énergie pure et simple).
Soit une consigne flottante entre 21 et 24°C, sans référence à la température extérieure. Il lui correspond un mode de régulation des vannes du type ci-dessous.
Soit une consigne flottante entre 21 et 25°C, sans référence à la température extérieure. L’élargissement de la zone neutre est financièrement intéressante sans diminution forte du confort (ce sont les 29 % gagnés dans l’exemple ci-dessus).
Soit une consigne flottante entre 21 et 24°C (ou 25°), et une augmentation linéaire de la température au-delà de 24°C afin de ne pas dépasser un écart intérieur-extérieur de plus de 6°C. Cette dernière solution est favorable en matière de consommation et de confort, car elle évite un « choc thermique » trop important des occupants à chaque passage du sas d’entrée (source de refroidissements).

Remarque : le système de climatisation peut modifier le niveau de consigne intérieure : la technique de plafonds rayonnants froids permet de sélectionner une température de consigne de l’air de 25°C, voire 26°C. La consommation en diminue d’autant.

Posted By : 25 Sep, 2007

Réparer l’isolation

Que faire lorsque l’isolant est détrempé ?

Lorsque suite à

une infiltration;
ou à une mauvaise conception (pare-vapeur insuffisant);
ou à une mauvaise réalisation (pare-vapeur mal posé),

l’isolant a été noyé, il est quasiment impossible qu’il parvienne à sécher naturellement même si les sources d’humidification ont été supprimées.

Un isolant trempé perd toute efficacité.

Il est donc nécessaire de le remplacer.

Son remplacement nécessite en outre l’enlèvement de la membrane d’étanchéité et la pose d’une nouvelle.

Lorsque les désordres sont dus à un défaut du pare-vapeur, outre le remplacement de l’isolant et de la membrane, le pare-vapeur lui-même devra être renforcé ou remplacé par un autre plus efficace.

En cas de fuite à travers la membrane, les dégâts peuvent être limités si lors de la réalisation initiale de la paroi, l’isolant à été compartimenté. Dans ce cas, seule la zone altérée devra être refaite.

Concevoir

Pour savoir , comment compartimenter l’isolant.

Remarque.

De par sa nature le verre cellulaire ne peut s’humidifier, le verre étant étanche tant à l’eau qu’à la vapeur. Il ne sera donc jamais nécessaire de le remplacer pour cause d’humidification.

Que faire lorsque l’isolant est écrasé ?

Lorsque l’isolant a été accidentellement écrasé, ses qualités d’isolation diminuent à l’endroit de l’écrasement.

Si l’écrasement est local, il y a risque de pont thermique à cet endroit. S’il ne provoque pas de condensation superficielle ou interne, il aura pour seule conséquence une perte d’énergie. Celle-ci sera cependant limitée à cause de la petite surface concernée.
Il ne sera donc alors pas nécessaire d’intervenir, sauf si l’écrasement a provoqué une rupture de la membrane d’étanchéité accompagnée d’infiltrations.

Si l’écrasement risque de se reproduire (à cause de circulations ou de dépôts d’objets lourds), il est intéressant de remplacer dans les zones concernées l’isolant par un autre ayant une meilleure résistance à la compression ou de répartir dans ces zones, les charges à l’aide de plaques de répartition.

Si l’écrasement concerne de grandes surfaces, la qualité thermique de la paroi est fortement diminuée. Il convient alors de vérifier si le niveau d’isolation est acceptable.

Évaluer

Pour évaluer le niveau d’isolation.

Le remplacement de l’isolant nécessiterait l’enlèvement et le remplacement de la membrane et donc un coût important. Si l’isolant n’est pas trempé il peut être conservé ainsi que la membrane d’étanchéité. L’intervention sur la toiture consisterait alors simplement à augmenter l’isolation thermique de la toiture existante.

Améliorer

Pour savoir comment augmenter l’isolation thermique.

Que faire lorsque l’isolant n’est plus continu ?

Suite à des retraits, des mouvements thermiques ou des contraintes mécaniques extérieures, il arrive que les panneaux isolants rétrécissent ou se déplacent créant ainsi des discontinuités dans la couche isolante.

Évaluer

Pour évaluer la déformation de l’isolant.

Là où l’isolation est interrompue, il y a présence de pont thermique. S’il ne provoque pas de condensation superficielle ou interne, il aura pour seule conséquence une perte d’énergie. La qualité thermique de la paroi est diminuée. Il convient de vérifier si le niveau d’isolation résultant est toujours acceptable sinon il faudra réparer le désordre.

Pour les toitures plates, il sera également nécessaire d’intervenir, si la déformation de l’isolant a provoqué une rupture de la membrane d’étanchéité accompagnée d’infiltrations.

Dans le cas d’une toiture chaude, il est nécessaire d’enlever et de replacer correctement l’isolant, et si ce n’est pas possible, le remplacer. Cette intervention nécessite évidemment l’enlèvement de la membrane d’étanchéité existante et la pose d’une nouvelle. S’il existe un lestage, celui-ci doit également être déplacé durant les travaux.

Dans le cas d’une toiture inversée, après enlèvement du lestage, l’isolant est enlevé et replacé correctement. Le lestage est ensuite replacé.

Que faire lorsque l’isolant fragilisé n’assure plus la stabilité au vent de la couverture ?

Sous l’effet du vent, l’isolant d’une toiture chaude dont les couches sont collées, peut se délaminer, s’il est de qualité insuffisante.

Dans ce cas, la couverture risque de s’envoler en cas de vent violent. Il convient donc de renforcer la fixation.

Si le support est capable de porter un lestage supplémentaire, la couverture peut être lestée.

Si le support est métallique ou en bois, une nouvelle fixation mécanique peut être mise en place. Elle nécessitera une couche de membrane d’étanchéité supplémentaire pour couvrir les fixations.

Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer par un chauffage gaz ou fuel ?

La démarche

Études de cas

Dans le home du CPAS de Gembloux « la Charmille », des accumulateurs statiques sont présents. La température intérieure a été mesurée autour des 25°C, jour et nuit.

La consommation de chauffage, après déduction de l’eau chaude sanitaire, se monte à 646 500 [kWh/an] pour un budget total de l’ordre de 55 000 [€/an] et une surface chauffée de 3 500 m².

L’économie financière résultant du remplacement par une installation au gaz a été estimée à 32 000 [€/an] (attention, le coût du chauffage électrique est « gonflé » suite au fait que 53 % de la consommation se réalise en chauffage direct).

La réduction des émissions de CO₂ serait de 28 % (alors que Kyoto en demande 7 seulement !)

Une installation de chauffage au gaz serait amortie dans un délai de 3 à 5 ans, suivant le coût des travaux.

La décision de remplacement vient d’être prise.

Les calculs réalisés pour préparer cette décision ont suivi la logique ci-dessous.

Déduire la consommation liée à la production d’eau chaude sanitaire

Si la facture comprend le chauffage électrique des ballons d’eau chaude, il faut retirer leur consommation de la consommation totale.

Une technique consiste à reprendre les consommations durant les mois d’été et d’extrapoler pour l’ensemble de l’année. On peut aussi estimer la quantité d’eau chaude sanitaire consommée à 60° :

X [m³/an] x 1,16 [kWh/m³.K] x (60 – 10) [K] = … [kWh/an]

Déduire les pertes par les ballons

Il est possible d’estimer les pertes d’énergie par les ballons de stockage.

Calculs

Pour évaluer les pertes des ballons de stockage.

Analyser la consommation de chauffage existante

consommation de chauffage = consommation totale – production d’eau chaude – pertes des ballons

Cette consommation est évaluée en kWh/an.

Remarque.

Nous avons supposé ici que la consommation était réalisée sur le tarif « exclusif nuit ». Si des résistances complémentaires sont enclenchées en relance de jour, il faut pouvoir en estimer l’importance, ce qui n’est pas aisé puisque les consommations peuvent être mélangées aux autres consommations électriques du bâtiment…

Dans le domaine domestique, une consommation moyenne de 4 000 kWh/an/ménage peut être prise en compte pour les consommations électroménagères. Mais pour le tertiaire ?

Sans doute, la meilleure méthode consiste-t-elle à multiplier le nombre de résistances d’appoint [kW] par le nombre d’heures [h] pour obtenir les [kWh] de chauffage complémentaires.

Normaliser la consommation en fonction d’une année type

Il ne faudrait pas que la décision d’investissement repose sur des chiffres de consommation d’une année particulièrement chaude ou froide. Il faut ramener la consommation à celle d’une année type moyenne.

La « règle de 3 » sera appliquée :

consom. moyenne = consom. année X x (Degrés-jours année moyenne / Degrés-jours année X)

Évaluer la demande thermique du bâtiment

La demande thermique est exprimée par :

demande = consommation moyenne x rendement de l’installation électrique

Pour le rendement d’un chauffage électrique, on peut prendre les valeurs moyennes de :

100 % pour du chauffage direct,
90 % pour du chauffage à accumulation dynamique,
80 % pour du chauffage à accumulation statique ou du chauffage électrique dans le sol.

À noter que l’on se situe du côté de la sécurité dans l’évaluation, car les rendements réels sont probablement 5 % à 10 % plus bas.

Remarque.

Si le fonctionnement actuel de l’installation génère de la surchauffe, la demande réelle du bâtiment peut être diminuée. On la diminuera de 7 % par degré de surchauffe moyenne journalière.

Attention, c’est une moyenne jour-nuit et non une surchauffe de pointe à 10h00 du matin.

Évaluer la consommation future du bâtiment

La consommation future est déduite de :

consommation = demande / rendement de l’installation au combustible

Une installation de chauffage au gaz ou au fuel moderne présente un rendement global annuel de 80 %, voire 85 % avec une chaudière gaz à condensation.

En divisant par 10 cette nouvelle consommation en kWh (c’est le pouvoir calorifique des combustibles), on obtient en première approximation le nombre de m³ de gaz ou de litres de mazout.

Études de cas

Il ya a quelques années le chauffage électrique du Centre d’Accueil de Bouge a été remplacé par une installation de chauffage par combustible.

Leur passer un coup de fil pour discuter de leur expérience ? (081 21 97 57).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la technique d’isolation d’un mur

La qualité hygrothermique recherchée

Continuité de l’isolation

Avec une isolation par l’intérieur, la continuité de l’isolation est très difficile à assurer au droit des murs de refend, des planchers, des fondations, des plafonds et des balcons. Avec une isolation par l’extérieur, la continuité de l’isolation est plus facile à assurer; seul le pont thermique au droit d’un balcon reste difficile à éviter. Dans les deux systèmes d’isolation, des précautions particulières doivent être prises au niveau des baies (linteaux, seuils, retours de baies). L’isolant insufflé dans la coulisse d’un mur creux ne sera continue que si cette coulisse n’est pas interrompue par les liaisons structurelles ou autres entre le parement et le mur porteur.

L’importance des ponts thermiques dans une isolation par l’intérieure, va, non seulement, engendrer des risques de condensation superficielle mais augmente également les déperditions calorifiques.

Isolation par l’extérieur et par l’intérieur.

Exemple.

Dans des immeubles collectifs à structure lourde, on a calculé que l’isolation par l’extérieur engendrant 2 à 3 fois moins de ponts thermiques que l’isolation par l’intérieur, une épaisseur de 5 cm équivalait à une épaisseur d’isolation intérieure de 7 à 10 cm au niveau des déperditions thermiques globales du bâtiment.

Inertie thermique

L’isolation par l’extérieur ou dans la coulisse permet de conserver l’accessibilité et donc d’utiliser l’inertie thermique des murs extérieurs, ce qui engendre des variations moins rapides du climat intérieur des locaux. L’inertie permet ainsi de limiter les surchauffes en été.

Le mur de façade, lorsqu’il est isolé par l’intérieur, ne peut plus accumuler puis restituer la chaleur (ou la fraîcheur) intérieure, ce qui diminue l’inertie thermique du bâtiment et est favorable en cas d’occupation intermittente.

Contraintes hygrothermiques dans le gros-œuvre

Un système d’isolation par l’extérieur protège le gros-œuvre des pénétrations de pluie, des variations importantes de température journalière et saisonnière ainsi que du gel et donc des contraintes hygrothermiques qui les accompagnent.

Avec une pose d’un isolant par l’intérieur, au contraire, les variations de température journalières et saisonnières sont amplifiées, engendrant des contraintes résultant des variations thermiques et des alternances d’humidification et de séchage des maçonneries. Dans ces conditions, des fissures résultant de mouvements hygrothermiques peuvent difficilement être évitées.

Ces mêmes contraintes peuvent se produire dans le parement lorsqu’on insuffle de l’isolant dans la coulisse. On vérifiera au moins par un test que la brique du parement n’est pas gélive.

L’importance des travaux que l’on est prêt à réaliser

L’isolation par l’extérieur ou dans la coulisse permet de ne pas devoir déplacer les conduites et appareils électriques, sanitaires et de chauffage. Par contre, lorsqu’on isole par l’extérieur, étant donné la surépaisseur, des problèmes d’alignement extérieurs doivent être résolus, par exemple au droit des gouttières, des descentes d’eau, des raccords avec les propriétés voisines ou publiques.
Les seuils en pierre doivent être remplacés par des seuils moins épais.
Dans certains cas (exemple : dormant des châssis trop fins, …), il faut remplacer les châssis ou tailler dans les maçonneries.

L’isolation par l’intérieur nécessite le déplacement des appareils électriques, sanitaires et de chauffage placés du côté des murs de façade.

En outre, l’isolation par l’intérieur permet d’isoler un ou plusieurs locaux mais pas nécessairement l’ensemble du bâtiment.

L’esthétique et les contraintes urbanistiques

L’isolation par l’extérieur modifie, en général, l’aspect extérieur du bâtiment. Une demande de permis d’urbanisme est nécessaire. Si le revêtement extérieur est vétuste, ce système améliore l’aspect extérieur.

Remarque : de par son épaisseur, l’isolant posé à l’extérieur fait apparaître les châssis plus enfoncés dans la façade. De même, suivant la pose au niveau du linteau et du retour de baie, la hauteur du dormant du châssis peut paraître moins importante.

Vu les risques liés à l’isolation par l’intérieur, cette technique ne peut se justifier que lorsque l’aspect extérieur doit rester inchangé (briques ou pierres « de caractère »….).

Notons cependant que l’évolution des besoins en matière d’isolation thermique des bâtiments va engendrer nécessairement une modification dans l’expression architecturale extérieure de ceux-ci. Cette évolution est comparable à celle qu’a connu le bâti au cours des siècles suites à l’évolution des techniques constructives et de chauffage, de la densité de la population et des exigences de confort.

L’isolation par remplissage de la coulisse ne modifie en rien l’esthétique de la façade, ni l’aspect de la finition à l’intérieur du bâtiment. Son efficacité est cependant limitée par l’épaisseur disponible pour l’isolant.

L’espace intérieur disponible

L’isolation par l’intérieur diminue l’espace intérieur disponible.

Exemple.

On isole un bâtiment par l’intérieur. Un local de (7 x 4) m², soit 28 m², par exemple, dont 2 des murs sont des murs de façade, une épaisseur de 10 cm d’isolant + finition diminue la surface au sol de 1,09 m², soit 4 %.

Certains locaux étroits peuvent devenir inutilisables. Un WC large de 90 cm se retrouve après transformation large de 78 cm. Et la tête de mur d’un côté de la porte doit être refaite.

Problème de l’isolation par l’intérieur des locaux étroits.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la régulation du chauffage électrique

Remplacer le thermostat d’ambiance

Si la température intérieure a tendance à osciller (période de chaud et froid), c’est probablement parce que le thermostat est du type « tout ou rien ». On le remplacera avantageusement par un régulateur électronique équipé d’un différentiel très faible et travaillant par régulation proportionnelle (= il commence à diminuer l’intensité du chauffage à partir du moment où la température d’ambiance se rapproche de la consigne).

Il faut vérifier la position du thermostat qui n’est peut-être pas fidèle des besoins réels du local.

Concevoir

Pour plus d’informations sur les thermostats électroniques et leur emplacement.

Vérifier la gestion des batteries de chauffes terminales

Dans les bâtiments récents, vu l’isolation renforcée, les puissances de chauffage sont faibles. Pour limiter les coûts d’investissement, on est alors tenté d’installer un appoint électrique sur les unités terminales (bouches d’air, ventilo-convecteurs, …). Le courant utilisé étant forcément du courant de jour, il est très utile de vérifier la qualité de la régulation du chauffage des résistances :

point de consigne du thermostat,
gestion du niveau de préchauffe éventuelle, préchauffe commune à l’ensemble du réseau,
besoin de mettre en place d’une telle préchauffe par une batterie classique alimentée à l’eau chaude,
destruction d’énergie entre deux unités distinctes (chauffage de l’air de ventilation par la résistance de bouche et refroidissement du local par le plafond froid, par exemple)
…

Améliorer le régulateur de charge

Placer un régulateur de charge automatique en fonction de la température extérieure

Si vous disposez d’un régulateur manuel, vous ne pouvez demander que 3 niveaux de charge à votre appareil (bouton à 3 positions). Vu les incertitudes du climat de nos régions, par précaution, la position 3 risque d’être trop souvent adoptée, entraînant soit des surchauffes du local par pertes statiques, soit une prolongation de la durée de chauffe la nuit, sans utilité.

Le placement d’un régulateur de charge automatique en fonction de l’évolution de la température extérieure est très rentable : il mesure la température de la nuit et définit un niveau de charge (= une température de chauffage des noyaux) proportionnellement au froid mesuré.

Améliorer le réglage des paramètres de chauffe

D’expérience, les installateurs règlent les appareils de telle sorte que jamais leur client ne puissent se plaindre d’avoir froid. Autrement dit, ils favorisent une charge élevée. Il est donc utile de revoir les paramètres de cette régulation de telle sorte que, idéalement, « l’appareil soit froid en fin de journée ». Tout particulièrement si le bâtiment n’est plus occupé en fin de journée. Quitte à jouer de temps à autre avec la résistance directe d’appoint, si une réunion est programmée un soir…

En pratique, les réglages de base qui dépendent de la situation/orientation du bâtiment, des heures de libération de charge, etc… ont été faits par votre installateur. Vous disposez néanmoins du bouton de réglage « E2 », réglage dit « du début de charge ». C’est la température extérieure qui entraîne l’enclenchement de la charge la nuit. Le réglage-standard est « E2 = température de confort – 2°C ». Autrement dit, la charge s’enclenche s’il fait moins de 18° la nuit à l’extérieur ! c’est généralement trop élevé.

En cas d’excès de charge (pendant l’entre-saison, par exemple), corrigez le réglage E2 en le diminuant de 2°C.

En cas de charge insuffisante au contraire, corrigez le réglage E2 en l’augmentant de 2°C.
Il y a lieu de remarquer qu’une modification du réglage E2 n’aura un effet que le lendemain.

Mais bien d’autres paramètres sont réglables, comme E1 la température extérieure qui entraîne le niveau de charge maximal ou E4 le niveau de charge résiduel en fin de période (souvent trop élevé dans les accumulateurs en fonctionnement trihoraire). Le régulateur de charge est muni d’un dispositif sur lequel les multiples fonctions du régulateur sont affichables en permanence c.-à-d. que toutes les informations importantes peuvent être consultées, sans modifier la régulation.
Deux solutions :

Soit vous plongez dans l’interprétation des paramètres (pas évident au début…) et vous les modifiez (afin d’éviter les erreurs de réglage, nous vous conseillons de ne pratiquer des corrections que par petits pas).

Concevoir

Pour accéder à la signification des indications et des logiques de réglage.

Soit vous notez un maximum d’informations sur le fonctionnement (telle température ressentie en surface de l’appareil, à telle heure, avec telle température extérieure, avec tel ensoleillement), et vous contactez votre électricien pour qu’il optimalise les réglages.

Vérifier que l’appareil n’est pas en chauffage direct permanent

Les accumulateurs dynamiques peuvent être munis d’une résistance d’appoint qui fonctionne en direct.

En cas d’insuffisance de charge, il suffit d’enclencher l’interrupteur se trouvant sur le thermostat pour faire fonctionner la résistance d’appoint. La lampe témoin sur le thermostat indique que la résistance d’appoint est enclenchée. Le thermostat maintiendra dans ce cas la température au niveau voulu. Mais il ne faut laisser l’interrupteur de la résistance d’appoint enclenché qu’en cas de nécessité : l’électricité au tarif jour est plus chère qu’en tarif nuit.
Remarques.

Une sécurité en série avec la résistance d’appoint en bloquera le fonctionnement si l’accumulateur dispose encore d’une charge suffisante.
En tarification hors pointes les accumulateurs ne disposent pas de résistances d’appoint.

Bénéficier de la relance de jour

Si les appareils sont sous-dimensionnés, dans certains cas, une puissance complémentaire peut être mise à disposition pendant la journée (1 heure de relance diurne).

La puissance mise à disposition pour le chauffage est fournie par le distributeur d’électricité, grâce à un récepteur de télécommande centralisé.

Le distributeur peut vous informer à ce sujet.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer l’efficacité du trafic

Sensibilisation des utilisateurs

Dysfonctionnements

Indépendamment des problèmes de saturation du trafic, suite :

à un réglage déficient du temps d’ouverture et de fermeture des portes palières et d’ascenseur, de la vitesse de course de la cabine, du temps de freinage, ….
à un manque de capacité des cabines dû à l’augmentation de la fréquentation de l’immeuble,
…

les ascenseurs peuvent voir leur capacité utile se réduire de manière probante rien que par l’utilisation inadéquate des utilisateurs.
Il faut dire que les ascenseurs d’une institution sont régulièrement pris comme boucs émissaires, sur lesquels les utilisateurs font passer leur mauvaise humeur !
C’est aussi un des sujets préférés des occupants car :

Un ascenseur, par principe ça ne marche jamais !

En effet :

le temps d’attente est toujours trop long,
les ascenseurs sont des machins compliqués,
la cabine descend alors que je veux monter,
comment savoir à quel étage aller,
pourquoi l’ascenseur me passe-t-il sous le nez sans s’arrêter à mon étage,
etc …

D’autre part, certains utilisateurs appréhendent leur rencontre avec un ascenseur. Il y a l’angoisse :

de l’espace clos,
que l’ascenseur ne s’écrase,
de rester coincer tout un WE dans la cabine,
etc …

Bref, toutes sortes de bonnes ou de mauvaises raisons pour ne pas prendre la peine de comprendre le fonctionnement d’un ascenseur.
Les principaux dysfonctionnements qui perturbent la gestion du trafic des ascenseurs sont :

Au niveau des boîtes à bouton palières, la commande simultanée vers le haut et le bas pour monter par exemple. Cette réaction est souvent observée. A priori, les utilisateurs pensent que l’ascenseur va arriver plus rapidement. Dans le cas d’une batterie d’ascenseurs (duplex, triplette, …), au lieu de commander un seul ascenseur, deux réservations sont effectuées et conduisent, dans la plupart des cas, à l’arrivée de deux ascenseurs au même palier. L’utilisateur ayant poussé sur les deux boutons s’étonne de l’arrivée de deux ascenseurs et les occupants d’un des deux ascenseurs s’arrêtant pour rien sont mécontents…

Suite à la commande d’un trajet d’ascenseur pour monter d’un ou de deux niveaux par exemple, l’attente paraît toujours trop longue aux utilisateurs. Il en résulte, qu’après un certain temps, l’utilisateur dépité décide de prendre l’escalier. Quelques instants après, les portes de la cabine s’ouvrent, … vide dans la plupart des cas. Concrètement, cette course pour rien représente une consommation et un démarrage inutile.

Certains utilisateurs appréhendent de se trouver serrés dans une boîte à sardine. Il s’ensuit que le taux de remplissage de la cabine chute aux heures de pointe et, naturellement, le nombre de démarrages augmente.
…
La liste des « trucs » est longue pour arriver à gagner quelques malheureuses secondes. A vous d’identifier les dysfonctionnements qui perturbent le trafic des ascenseurs de votre établissement.

Sensibilisation

L’optimisation du trafic des ascenseurs passe nécessairement par une campagne récurrente de sensibilisation sous forme :

de mise au courant des utilisateurs « réguliers »,
d’affiches si possible humoristiques.

Par exemple, on pourrait simplement indiquer un petit écriteau indiquant :

pour monter à côté du bouton « flèche vers le haut »,
pour descendre à côté du bouton « flèche vers le bas ».

Moderniser la gestion de trafic

L’amélioration de la gestion du trafic réduit le nombre de démarrages; la consommation énergétique suit la même tendance et le profil de la pointe quart-horaire s’améliore.

Modernisation vers la manœuvre collective complète

La manœuvre à blocage et même la manœuvre collective de descente sont, à l’heure actuelle, complètement dépassées dans les installations où le trafic est important. Si l’installation d’ascenseur est dotée de telles gestions, son remplacement par, au minimum, une gestion à manœuvre collective complète est nécessaire.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

Au niveau confort et énergie, on réduit de l’ordre de 50 % respectivement le temps d’une course complète (Round trip time) et l’énergie électrique consommée.
Les deux graphes suivants montrent l’amélioration en temps suite à l’amélioration de la gestion du trafic d’un ascenseur desservant 6 étages :

Amélioration de la manœuvre pour une prise en charge de deux groupes de personnes montant du RdC et du 4^ème vers le 6^ème et de deux autres groupes descendant du 6ème et du second vers le RdC.

Les deux graphes suivants montrent l’amélioration énergétique suite à l’amélioration de la gestion du trafic :

Amélioration de la consommation pour une prise en charge de deux groupes de personnes montant du RdC et du 4^ème vers le 6^ème et de deux autres groupes descendant du 6ème et du second vers le RdC.

Modernisation vers la manœuvre à destination

Schéma ascenseur gestion classique collective

Gestion classique collective.

Schéma ascenseur gestion a destination

Gestion à destination.

De nouveaux types de manœuvres révolutionnent la gestion du trafic dans le sens où le principe de commande et de gestion part d’une autre « philosophie ».
La manœuvre collective complète se base sur :

Une optimisation du trafic par rapport à une proximité d’appel et une direction donnée (montée ou descente).
Un appel à la montée ou à la descente à l’extérieur de la cabine d’ascenseur (commande palière). La gestion sélectionne l’ascenseur le plus proche ou celui ayant honoré toutes ses destinations (capacité de repartir dans une autre direction).
Une sélection de l’étage à l’intérieur de la cabine.

La manœuvre à destination se base, elle, sur :

Une optimisation du trafic par rapport au regroupement d’un maximum d’utilisateurs ayant la même destination dans le même ascenseur. En d’autres termes, la gestion trouve la meilleure adéquation pour amener un maximum d’utilisateurs à destination en un minimum de temps (le moins possible d’arrêts).
La commande palière à la montée ou à la descente est remplacée par une commande palière de l’étage de destination. Un clavier à minimum 10 touches est placé au niveau du palier ou au-delà.
Sur base de cet appel d’étage, la gestion sélectionne l’ascenseur dans le but de constituer un groupe le plus large possible.
La commande d’étage à l’intérieur de la cabine est remplacée par un afficheur de destination.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

Le passage d’une gestion à manœuvre collective complète à une gestion à manœuvre de destination permet théoriquement d’optimiser le trafic. Néanmoins, là où « le bât blesse », c’est que ce type de gestion est très sensible à la motivation des utilisateurs; en effet, la gestion à manœuvre de destination nécessite de leur part une discipline qui ne fait pas en général partie de notre bonne mentalité belge.
Pourquoi ? Pour la simple raison qu’un utilisateur mal intentionné peut perturber le système :

En poussant, par exemple, 10 fois sur le même bouton d’étage, la gestion enregistre une commande pour grouper dix personnes se rendant au même étage; une fausse aubaine pour la gestion. Une fois le « truc » trouvé le système sature directement.
Un utilisateur opportuniste peut très bien, lorsqu’ une cabine se présente en même temps que lui à un étage, entrer dans la cabine sans pousser préalablement sur le clavier de commande de destination et « gonfler » artificiellement le groupe constitué dans la cabine. Il s’ensuit qu’une personne risque, si le groupe constitué est complet, de rester à son étage sans pouvoir rentrer dans la cabine.
…

Bref cette gestion est très prometteuse mais nécessite de trouver des parades à la malveillance.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’isolant pour une toiture existante [Améliorer]

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

Performances thermiques à atteindre : la réglementation

Outre un niveau de performance global à atteindre (Kglobal ou Be 450), la réglementation wallonne en matière d’isolation exige des valeurs maximales pour le coefficient de transmission thermique (Umax) des parois faisant partie de la surface de déperdition.

En rénovation, ces valeurs doivent être respectées pour toute paroi qui fait l’objet d’une reconstruction ou qui est ajoutée.

Il se peut également que ces valeurs (ou même des valeurs plus sévères) doivent être atteintes, et ce même si un mur n’est pas directement touché par la rénovation, lorsqu’il y a changement d’affectation du bâtiment, de manière à atteindre le niveau global d’isolation (K_global ou Be 450).

Élément de la surface de déperdition	U_max(W/m²K) (Annexe C1 de la PEB)
Toiture entre le volume protégé et l’ambiance extérieure ou ensemble de plafond + grenier + toiture.	0,3

Performances thermiques à atteindre : les recommandations

Si l’on s’en tient à la réglementation, un coefficient de transmission thermique U (anciennement k) de 0,3 [W/m²K] est requis pour les toitures. Mais il faut comprendre cette valeur comme l’exigence de qualité minimale à respecter, sorte de « garde fou » que la Région a voulu imposer aux constructeurs.
En pratique, l’épaisseur est le résultat d’un compromis :

plus on isole, plus la consommation diminue (chauffage et climatisation), et avec lui le coût d’exploitation du bâtiment.

plus on isole, plus le coût d’investissement augmente.

Aujourd’hui, l’optimum se situe à :

U = 0,3 [W/m²K], pour les toitures

Cette valeur permet de satisfaire de manière plus aisée l’exigence de niveau d’isolation globale (K).
Quelques considérations complémentaires :

Ci-dessus, nous avons suivi une logique de rentabilité financière. Si une logique de rentabilité écologique était prise, la lutte contre 2>le CO₂ nous pousserait vers une isolation plus forte !

Maintenir 20°C dans un bâtiment, c’est un peu comme maintenir un niveau de 20 cm d’eau dans un seau troué. Aux déperditions du bâtiment correspondent des fuites dans la paroi du seau . En permanence nous injectons de la chaleur dans le bâtiment. Or, si en permanence on nous demandait d’apporter de l’eau dans le seau pour garder les 20 cm, . notre premier réflexe ne serait-il pas de boucher les trous du seau ?

Expliquez aux Scandinaves, aux Suisses,. que nous hésitons entre 6 et 8 cm d’isolant, vous les verrez sourire, eux qui placent couramment 20 cm de laine minérale, sans état d’âme !

Épaisseur de l’isolant pour atteindre les performances recommandées :

Pour une toiture inclinée, l’épaisseur d’isolant à poser en fonction du coefficient de conductivité thermique est donnée sur le graphique ci-dessous. Pour chaque isolant, il existe un intervalle de valeurs possibles pour la conductivité thermique. Le diagramme ci-dessous permet de déterminer dans quel intervalle d’épaisseur il faudra se situer en fonction du type d’isolant choisi. Les valeurs présentées font références à une toiture standard dont le détail technique est donné ci-dessous.

À droite : Épaisseur d’isolant nécessaire pour atteindre U = 0.3 W/m²K dans le cas d’une toiture inclinée de référence en fonction de la conductivité thermique (λ) ou du type d’isolant choisi (les intervalles de valeurs pour chaque isolant correspondent aux valeurs certifiées).

À gauche : Détail technique de la toiture inclinée prise comme référence.

Les isolants considérés ici sont ceux qui sont habituellement retenus lors de la réalisation d’une toiture inclinée.

Pourquoi une isolation plus poussée en toiture que dans les murs ?
Si la température extérieure est cette fois identique dans les 2 cas, le placement de l’isolant en toiture est plus facile à mettre en œuvre en forte épaisseur. Le coût est proportionnellement moindre. La rentabilité de la surépaisseur est meilleure.

Pourquoi une isolation moins poussée sur le sol ?
En hiver la température du sol est plus élevée que la température extérieure. La « couverture » peut donc être moins épaisse.

Type d’isolant

L’isolant doit bénéficier d’un agrément technique certifiant ses qualités et sa compatibilité avec l’usage qui en est fait. La valeur de calcul de la conductivité thermique (λ_U) d’un isolant possédant ce type d’agrément est connu avec précision. Il est certifié par le fabricant. Il est régulièrement vérifié par des essais. Il peut être utilisé pour calculer les performances de la paroi à la place des coefficients moins favorables tabulées dans les normes (Annexe VII de la PEB).

Cas d’une isolation par l’extérieur ou d’une isolation par l’intérieur avec sous-toiture

concevoir

Dans les cas d’une Toiture « Sarking »ou d’une isolation par éléments autoportants ou d’une isolation entre chevrons avec sous-toiture, le type d’isolant se choisit comme pour une nouvelle toiture.

Cas d’une isolation par l’intérieur sans sous-toiture

L’isolant doit être hydrophobe et non capillaire de sorte qu’en cas d’infiltration d’eau, l’eau ne stagne pas et ne pénètre pas dans l’isolant. On évite ainsi qu’il perde sa capacité isolante et qu’il se détériore.

L’isolation entre les chevrons peut se faire avec de la laine minérale, du polystyrène expansé, du polystyrène extrudé ou un isolant biosourcé.

Le polyuréthanne est à éviter en raison de sa sensibilité à l’eau.

l’efficacité isolante,
la compatibilité avec le support,
le comportement au feu,
le prix.

C’est au concepteur de choisir ceux qui sont prioritaires.

L’efficacité isolante

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

Les isolants minces réfléchissants ont fait l’objet d’une polémique importante ces dernières années.

Qu’en penser ? Nous reproduisons en annexe le compte-rendu détaillé de l’étude du CSTC à ce sujet, étude confirmée par plusieurs études scientifiques dans divers pays européens. L’affirmation des fabricants d’un équivalent de 20 cm de laine minérale est fantaisiste. Dans le meilleur des cas un équivalent de 4 à 6 cm peut être obtenu, ce qui est insuffisant.

Si ce produit connaît malgré tout un certain succès commercial, c’est parce que sa pose est très rapide (agrafage sous pression), donc intérêt de l’entrepreneur qui en fait la publicité, et que le produit se présente en grandes bandes continues, assurant une très grande étanchéité au passage de l’air, donc impression d’une certaine qualité pour l’occupant.

Si on souhaite les associer à un isolant traditionnel, leur faible perméabilité intrinsèque à la vapeur d’eau les prédispose naturellement à être utilisés comme pare-vapeur (pose du côté chaud) et non comme sous-toiture (risque de condensation en sous-face).

La compatibilité avec les autres éléments

Certains isolants sont incompatibles avec d’autres éléments de la toiture en contact avec l’isolant.

Par exemple, les mousses de polystyrène sont attaquées par les agents d’imprégnation du bois à base huileuse et par certains bitumes, par les solvants et les huiles de goudron.

Le comportement au feu

Suivant le degré de sécurité que l’on souhaite atteindre, en fonction de la valeur du bâtiment et de son contenu, de son usage, de sa fréquentation, etc., on déterminera le degré d’inflammabilité acceptable pour l’isolant.

Le verre cellulaire et la laine de roche sont ininflammables. Les panneaux à base de mousse résolique ou de polyisocyanurate ont un bon comportement au feu.
Les mousses de polystyrène et de polyuréthane sont inflammables et résistent mal à la chaleur.
La chaleur produite par les spots peut dégrader ces mousses et provoquer des incendies. Si des spots doivent être placés à proximité du panneau isolant, les mousses doivent être protégées en interposant des boucliers thermiques efficaces.

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

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

A performance égale on choisira le matériau le moins cher. Il faut cependant raisonner en coût global, et tenir compte, non seulement du coût de l’isolant mais aussi de sa mise en œuvre.

En toiture inclinée, l’isolant de bonne qualité, correctement posé et protégé des agressions extérieures, ne nécessite aucun entretien et sa durée de vie ne pose pas de problème particulier.

Mais toute vie a une fin. Il faut donc être attentif au coût de son remplacement en fin de vie, dont le coût de mise en décharge. Dans le futur, celui-ci risque de croître, notamment pour les mousses synthétiques.

Épaisseur calculée de l’isolant

Remarque : les calculs ci-dessous sont faits avec l’hypothèse que la toiture est étanche à l’air. Dans le cas contraire, les mêmes épaisseurs d’isolant peuvent mener à une valeur U (anciennement « k ») 2,5 fois plus élevée que celle prévue.

Pour assurer l’étanchéité à l’air, il est préférable que la toiture soit équipée d’une sous-toiture. Si elle est rigide, la sous-toiture permet de garantir le contact entre elle et l’isolant et ainsi assurer une meilleure étanchéité à l’air.
Enfin, toujours pour éviter les infiltrations d’air, il est préférable de choisir une finition de type :

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

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

Calcul précis

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

La résistance thermique totale d’une paroi (Rt)
1/U

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

<=>

d_i

= λ_i [(1/U) – (1/h_i + d₁/λ₁+ d₂/λ₂+ … + Ra + 1/h_e)]

où

λ_i est le coefficient de conductivité thermique de l’isolant,
U est le coefficient de transmission thermique de la toiture à atteindre (exemple : 0,3 W/m²K),
h_eet h_iles coefficients d’échange thermique entre le toit et les ambiances extérieures et intérieures valant respectivement 23 W/m²K et 8 W/m²K,
d_x/λ_xla résistance thermique des autres couches de matériaux,
R_aest la résistance thermique des couches d’air

Exemple.

Le tableau ci-dessous donne les résultats des calculs pour une configuration de toiture sans sous-toiture.

Dans les calculs, l’espace entre les éléments de couverture et la sous-toiture est considérée comme une couche d’air très ventilée.

Données concernant les différentes couches : de l’intérieur vers l’extérieur :

plaques de plâtre, 9 mm, λ = 0,35 W/(mxK);
gaine technique : vide non ventilé de 2 cm –> Ra = 0,17 m²K/W
isolant : MW : λ = 0,041 W/(mxK); EPS : λ = 0,04 W/(mxK); XPS : λ = 0,034 W/(mxK) ;

(Valeurs extraites de la NBN B 62-002/A1)

On a donc pour U = 0,3 et : λi = 0,04

d_i= λ_i [(1/U) – (1/h_i + d₁/λ₁+ Ra + 1/h_i)]

d_i= 0,04[(1/0,4) – (1/8 + 0,009/0,35 + 0,17 ₊ 1/8)]

d_i= 0,082 m

Valeur U sans isolation [W/(m²xK)]

Épaisseur (en mm) d’isolant nécessaire pour obtenir :

U < 0,4 W/(m²xK)

Épaisseur (en mm) d’isolant nécessaire pour obtenir :

U < 0,3 W/(m² x K)

MW, EPS

PUR

XPS

MW, EPS

PUR

XPS

2,1

> 90

déconseillé sans sous-toiture

> 70

> 120

déconseillé sans sous-toiture

> 100

calculs

Pour estimer le coefficient de transmission thermique d’une toiture à partir des différentes épaisseurs de matériaux

Calcul simplifié

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

d_i= λ_i ((1/ U) – (1/h_e+ 1/h_i) [m]

Pour U = 0,3 W/m²K,

d_i= λ_i ((1/ 0,3) – (1/23 + 1/8 )) m

= λ_ix 3,16 [m]

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

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

Exemple.

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

Son λ_i vaut 0.028 W/mK (PUR suivant NBN B 62-002/A1)

d_i = 0.028 x 3.16 = 0.088 m

L’épaisseur commerciale : 90 mm ou 40 mm + 50 mm.

calculs

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

Conseils généraux de mise en œuvre de la couche isolante

Pour éviter les ponts thermiques, l’isolant doit être placé sur toute la surface de la toiture sans oublier les éventuelles parties verticales ossature-bois, les joues des lucarnes, etc.

> Les joints entre les éléments suivants doivent être bien fermés :

entre les différents panneaux isolants,
entre les panneaux isolants et la charpente.

Pourquoi ?

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

> Pour la même raison que ci-dessus et pour éviter les ponts thermiques, l’isolation de l’enveloppe doit être continue. La couche isolante de la toiture doit être raccordée avec les couches isolantes des autres parois du volume protégé. Par exemple :

L’isolant de la toiture doit être en contact avec l’isolant des murs extérieurs; dans le cas d’une échelle de corniche, les espaces libres doivent être remplis d’isolant.
Il doit être dans le prolongement et en contact avec le dormant du châssis muni d’un vitrage isolant.
Il doit être en contact avec l’isolant autour du conduit de cheminée.

concevoir	Pour réaliser correctement le raccordement avec une fenêtre de toiture
concevoir	Pour réaliser correctement le raccordement avec une cheminée

> Les panneaux isolants ne peuvent être perforés pour la pose de conduite, etc.

> Il faut protéger et manipuler les panneaux isolants avec précautions pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Posted By : 25 Sep, 2007

Organiser le rafraîchissement par free-cooling

Organiser un balayage nocturne

Le free cooling naturel

Dans un bâtiment existant, le free cooling peut se faire au moyen d’une ventilation naturelle, par de grandes ouvertures en façades, c’est-à-dire a priori, par les fenêtres (on imagine mal de percer des ouvertures dans la façade et les planchers).

Ventilation naturelle individuelle de chaque locaux.

Ventilation naturelle transversale.

Grille de ventilation nocturne intensive. Ces grilles, réalisées sur mesure, se fixent par l’intérieur en été, laissant toute liberté de manipulation de la fenêtre par les occupants.

Il existe évidemment une série de contraintes à la réalisation et à l’efficacité d’une ventilation naturelle nocturne intensive. Citons notamment :

la collaboration nécessaire des occupants,
les risques de sous-refroidissement des locaux, le matin,
l’inertie nécessaire des parois,
…

Pour garantir l’efficacité du free cooling nocturne malgré ces contraintes, la ventilation naturelle peut être automatisée (ouvertures automatiques, régulées en fonction de la température intérieure et extérieure).

Hors de prix ? Pas vraiment, ainsi la « fenêtre de toiture » avec ouverture automatique est aujourd’hui un produit vendu en grande série (si la T° intérieure dépasse in certain seuil, la fenêtre s’ouvre via une petite vis sans fin motorisée. Si nécessaire, un détecteur de pluie entraîne sa fermeture).

Il est difficile d’estimer, dans un cas particulier, le gain réalisable grâce au free cooling nocturne. Cela dépend de la structure du bâtiment, de mode de ventilation, de la taille des ouvertures, de la température extérieure, …

Pour fixer un ordre de grandeur, nous avons simulé le comportement d’un immeuble de bureaux type.

Dans ce bâtiment de 3 000 m², la température intérieure maximum est maintenue sous 24°C par un système de climatisation. Une ventilation naturelle nocturne, de 4 renouvellements par heure, est organisée lorsque la température intérieure dépasse 23°C et la température extérieure est inférieure à 18°C. Nous avons constaté une diminution de la consommation due à la climatisation :

de 44 % si le bâtiment présente une inertie thermique importante (pas de faux plafond, de faux plancher, cloisons en béton);
de 21 % si le bâtiment présente peu d’inertie thermique (faux plafonds et planchers, cloisons en plaques de plâtre).

Ce cas est évidemment idéal puisqu’il suppose la présence d’un système d’ouvertures automatiques régulé en fonction des températures. Ces estimations doivent être revues à la baisse dans le cas d’une gestion manuelle du free cooling.

Mentionnons cependant qu’il existe des exemples de bâtiments existants dans lesquels, au moyen de grilles installées dans les châssis existants et manipulées manuellement par les occupants, on est parvenu à des résultats probants en matière de maîtrise des surchauffes d’été.

Études de cas

Le bâtiment « PROBE » du CSTC à Limette : une ventilation intensive de nuit permet, sans climatisation, d’y limiter la température intérieure de la plupart des bureaux en dessous de limites de confort d’été.

Intégrer l’air frais dans le système de climatisation

Le free cooling mécanique

Il est possible également de valoriser la présence du système de climatisation, en forçant la ventilation mécanique durant la nuit. Ce n’est pas toujours intéressant du point de vue énergétique : la consommation électrique des ventilateurs pour assurer un débit suffisant durant la nuit pourrait être pratiquement semblable à la consommation de la climatisation pour évacuer la même quantité de chaleur à la relance matinale !

En pratique, la ventilation ne devrait s’enclencher que si l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur dépasse 5 K à 8 K. Tout dépend de la perte de charge du réseau qui est associé au ventilateur et à la performance de celui-ci.

Il faut de bons débits d’air pour assurer un effet de refroidissement notable. Si c’est uniquement l’air de ventilation qui est pulsé, cela n’apportera qu’une puissance de 10 W/m² environ. Ce sont donc les systèmes « tout air » qui sont les plus efficaces à ce niveau. Ce sera le cas pour des salles de réunion, de conférence, etc …

Avec les systèmes de climatisation « tout air », le free cooling de jour est également possible. En effet, lorsque des besoins en refroidissement se font ressentir pour une température extérieure inférieure à la température intérieure, il y a tout intérêt à valoriser le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur plutôt que faire fonctionner la batterie de refroidissement. La régulation devra alors augmenter l’ouverture des volets d’admission d’air neuf au détriment de l’air recyclé.

Cas particulier : les bâtiments équipés de roof-top

Ce sont des appareils dimensionnés pour vaincre les pires canicules de l’été. Le débit des ventilateurs est donc fort important. Non seulement on lui adaptera utilement un variateur de vitesse pour limiter le débit d’air en hiver, mais en plus on l’exploitera durant la nuit en été pour réaliser le free cooling du bâtiment à faible coût. Avec un peu de tâtonnement au début pour ajuster la courbe, un régulateur en fonction de l’air extérieur devrait faire des merveilles !

Concevoir

Pour en savoir plus sur les possibilités d’exploitation du pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur et sur application pratique du free-cooling.

Exploiter la ventilation hygiénique en complément de la climatisation

On a vu que le free cooling nocturne ne pouvait remplacer la climatisation que sous certaines conditions, notamment la réalisation de renouvellements d’air importants, ce qui impose l’utilisation de la ventilation naturelle.

Dans un bâtiment climatisé, on peut aussi se demander si, durant la nuit, on ne peut pas profiter du réseau de ventilation hygiénique pour décharger la chaleur accumulée durant la journée et faciliter la relance matinale du système de climatisation.

Exemple.

Comparons 2 systèmes, dans un bureau individuel maintenu, par la climatisation, à 26°C en journée :

	Journée	Nuit
Système 1	Ventilo-convecteurs	ventilation hygiénique double flux
Système 2	Ventilo-convecteurs	Ventilo-convecteurs, ventilation coupée

Système 1

durant la nuit, les ventilo-convecteurs sont mis à l’arrêt. La ventilation hygiénique (soit 30 m³/h) est maintenue en fonctionnement pour profiter du pouvoir refroidissant de l’air extérieur.

Si la température de pulsion de l’air est de 16°C (ce qui équivaut à une température extérieure de l’ordre de 14°C si on considère que les pertes du ventilateur et les pertes de charge augmentent la température de l’air neuf de 2°C), la puissance frigorifique fournie par l’air équivaut à :

0,34 [W/(m³/h).K] x 30 [m³/h] x (26 [°C] – 16 [°C]) = 100 [W]

La puissance absorbée par les ventilateurs (pulsion et extraction) nécessaire à cette ventilation est de l’ordre de 0,65 W/(m³/h) (ordre de grandeur courant pour un réseau de ventilation hygiénique double flux équivalent à une perte de charge totale de 1 500 PA et un rendement total de ventilateur de 0,65), soit :

0,65 [W/(m³/h)] x 30 [m³/h] = 19,5 [W]

Bilan : on appelle donc une puissance électrique de 19,5 W pour produire 100 W de froid.

Système 2

durant la nuit, la ventilation est mise à l’arrêt et les ventilo-convecteurs assurent l’abaissement nocturne de la température.

Pour fournir une même puissance frigorifique que dans le premier système, soit 100 W, le système de climatisation consommera (avec une efficacité frigorifique de 3) :

100 [W] / 3 = 33 [W] pour la production de froid,
1 [W] pour la pompe de circulation d’eau glacée,
50 [W] / 20 = 2,5 [W] pour le ventilateur du ventilo-convecteur (le ventilateur d’un ventilo-convecteur de 2 kW absorbe une puissance voisine de 50 W).

Soit un total de 36,5 W.

Bilan : on consomme donc 36,5 W pour produire 100 W de froid.

Conclusions

Dans l’exemple ci-dessus, réaliser un free cooling de nuit au moyen d’une ventilation mécanique consomme nettement moins d’électricité que l’élimination de la chaleur résiduelle du bâtiment par les ventilo-convecteurs. On ne peut cependant pas en faire une généralité. Ceci dépend évidemment des consommations respectives des différents équipements.

Par exemple, la puissance électrique des ventilateurs (ici : 0,65 W/(m³/h)) dépend de la perte de charge du réseau de distribution d’air, donc de la complexité du réseau de distribution et de la présence d’équipements comme des batteries de chauffage, des humidificateurs ou silencieux.

Dans un simple circuit de ventilation hygiénique particulièrement étudié pour diminuer la consommation électrique (rendement de ventilateur élevé, pertes de charge faibles), cette puissance peut être réduite à 0,25 W/(m³/h), ce qui favorise grandement le free cooling mécanique nocturne par rapport à la climatisation. Par contre dans un réseau complexe (avec batterie de traitement d’air, …), on peut arriver à des puissances de ventilateur de l’ordre de 1 W/(m³/h).

De même, l’efficacité frigorifique de la production de froid est variable en fonction de sa qualité intrinsèque et des conditions de fonctionnement. On repère, par exemple, dans les spécifications techniques d’un fabricant que l’efficacité frigorifique de la machine x varie de 1,8 (pour une température d’eau froide de 5°C et une température d’air au condenseur de 45°C) à 3,7 (pour une température d’eau froide de 10°C et une température d’air au condenseur de 25°C).

Comme le montre le tableau suivant, le choix du mode de fonctionnement peut varier en fonction de la qualité des équipements.

Exemple : comparaison de la puissance absorbée par le free cooling nocturne et la puissance absorbée par une machine frigorifique pour évacuer 100 W (dans les conditions de fonctionnement de l’exemple ci-dessus) en fonction de la qualité énergétique de la ventilation et de la production de froid .

Puissance spécifique de la ventilation [W/(m³/h)]	Efficacité frigorifique de la machine frigorifique	Puissance absorbée par la ventilation [W]	Puissance absorbée par la climatisation [W]
0,25	1,8	7,5	59
0,65	3	19,5	36,5
1	3,7	30	30

L’idéal serait donc de pouvoir comparer sur site les consommations des deux systèmes existants.

En outre, pour que le type de free cooling décrit ici soit efficace, il faut que la température extérieure soit suffisamment basse pour permettre un refroidissement réel.

Dans l’exemple ci-dessus, si la différence entre la température intérieure et la température de l’air neuf pulsé diminue en dessous de 10°C, il est nécessaire d’augmenter le débit d’air neuf pour garantir la même puissance frigorifique de 100 W. Ainsi si la température de pulsion est inférieure de 5°C par rapport à la température intérieure (ce qui équivaut à une température extérieure de 26 [°C] – 5 [°C] – 2 [°C] = 19 [°C]), le débit de ventilation devrait être augmenté à 56 m³/h, ce qui entraîne une consommation électrique au minimum identique à celle des ventilo-convecteurs. Si l’écart de température diminue encore, ce qui est possible durant les nuits chaudes d’été, le free cooling mécanique sera plus consommateur que le système de climatisation par ventilo-convecteurs !

Ce qui montre la limite du free cooling nocturne mécanique.

Posted By : 25 Sep, 2007

Débit d’eau de déconcentration d’un humidificateur à recyclage

Débit d’évaporation

Soit :

x₁= humidité absolue de l’air avant humidification (en kg_eau / kg_{air sec})
x₂= humidité absolue de l’air après humidification (en kg_eau / kg_{air sec})
q_v= débit volumique de l’air (en m^³/s)
r = poids volumique de l’air (en kg/m^³)

Le débit d’eau évaporée D_e est donné par :

D_e= r x q_v x (x₂– x₁) [en kg_eau/s]

Si q_v est exprimé en m^³/h, débit horaire plus réaliste, le débit d’eau évaporée D_e sera lui aussi exprimé en kg_eau/h.

Débit d’eau de déconcentration

Un constructeur propose l’abaque ci-dessous :

Elle permet d’extraire F_B, coefficient de déconcentration. Sa valeur précise le pourcentage d’eau de déconcentration D_d à prévoir en fonction du débit d’évaporation D_e.

D_d= FB x D_e(en kg_eau/s)

Ainsi, une valeur de FB égale à 0,5 signifie que 50 % du débit d’évaporation doit être ajouté pour déconcentrer l’eau chargée en sels. Un coefficient supérieur à 2 sous-entend que les caractéristiques de l’eau sont telles qu’il faille travailler avec un humidificateur à eau perdue ! En pratique, vu le coût d’une telle solution, on adoptera une autre technique d’humidification.

Exemple

Soit un débit d’air de 8 600 m^³/h traversant un humidificateur à évaporation.

Caractéristiques

avant humidification, humidité absolue de 2 g_eau/ kg_{air sec}
après humidification, humidité absolue de 10,5 g_eau/ kg_{air sec}
pH de l’eau du réseau : 7,1
concentration en ion calcium (Ca)²⁺ : 100 ppm (100 mg/l)
concentration en ion bicarbonate (HCO₃₎^–: 100 ppm (100 mg/l)

Estimation du débit d’eau évaporée

Pour un air aux alentours de 20°C, on prendra un poids volumique de 1,2 kg/m^³, d’où

D_e= r x q_v x(x₂– x₁) = 1,2 x 8 600 x (0,0105 – 0,002) = 87,7 kg/h = 87,7 litres/h

Estimation du débit de déconcentration

De l’abaque, on déduit un coefficient FB égal 0,3.
D’où, D_d= 0,3 x 87,7 = 26,3 litres/h

Débit total d’eau consommée

D_tot= 87,7 + 26,3 = 114 litres/h.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le pare-vapeur pour la toiture à versants

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

Pourquoi faut-il un pare-vapeur ?

À l’intérieur des locaux, il y a toujours production de vapeur (par les occupants, par les plantes, par le nettoyage, etc.). La pression partielle de vapeur intérieure est donc toujours supérieure à celle présente à l’extérieur. Ainsi la vapeur d’eau va migrer vers l’extérieur au travers de la toiture.

Vu que la résistance à le diffusion de vapeur de certains isolants (laines minérales, par exemple) est très faible par rapport à celle de la sous-toiture, la pression de vapeur du côté inférieur de celle-ci est quasi identique à la pression de vapeur intérieure; elle est donc relativement élevée. Or, après avoir traversé l’isolant, cette vapeur d’eau va rencontrer une paroi froide. Il y a donc un grand risque de condensation interne d’abord sur la face inférieure de la sous-toiture, et ensuite dans l’isolant.

Schéma sur le principe de condensation interne.

Le pare-vapeur, placé du côté intérieur de l’isolant, va, grâce à sa grande résistance à la diffusion de vapeur, diminuer la pression de vapeur du côté froid de l’isolant. Ainsi l’air en contact avec la paroi froide que constitue la sous-toiture est déjà fortement déchargé de sa charge de vapeur. Il n’y a plus de risque de condensation.

Exemple.

Sans pare-vapeur :

Avec pare-vapeur :

P.S. : les diagrammes ne tiennent pas compte de la couche d’air (peu influente) en dessous des tuiles.

calculs

Si vous voulez vous-même évaluer la présence de condensation interne dans une toiture, cliquez ici !

Faut-il toujours un pare-vapeur ?

Non, pas toujours, car :

Le choix d’une une isolation thermique réalisée avec des mousses synthétiques ou du verre cellulaire, avec injection de mousse polyuréthane dans les joints ne nécessite pas toujours l’utilisation d’un pare-vapeur. Ces matériaux ont en effet un coefficient de résistance à la diffusion de vapeur(µ) qui peut être plus élevé que celui de la sous-toiture.
Par contre, le risque de condensation interne par transport de vapeur contenue dans l’air qui pourrait traverser la paroi est bien plus important que le risque de condensation interne par diffusion de vapeur. Il faut donc, en priorité, stopper le passage d’air au moyen d’un matériau résistant au passage de l’air et bien fermer les joints. Ce rôle est souvent rempli par la finition intérieure. Dans certaines configurations (fonction du type de couverture, de sous-toiture, de classe de climat intérieur), cet écran d’étanchéité à l’air suffit à éviter toute condensation interne.

Schéma sur le principe de condensation.

La vapeur qui passe par un joint non rebouché
entre 2 plaques de gyproc est … 100 … 1 000 fois plus importante
que la vapeur qui traverse la plaque elle-même.

Il est donc toujours intéressant de prévoir un écran étanche à l’air.

Si le passage de canalisation est nécessaire, celles-ci passeront dans un vide technique aménagé entre un écran étanche à l’air et la finition intérieure.

Quel pare-vapeur choisir ?

Classe du pare-vapeur

Le choix de la classe du pare-vapeur se fait en fonction :

du type d’isolant (plus ou moins perméable à la vapeur),
du type de sous-toiture,
du matériau de couverture,
du climat intérieur des locaux.

Lorsque l’isolant offre une résistance suffisante à la diffusion de vapeur, le pare-vapeur n’est pas nécessaire à condition que les joints soient étanches à l’air.

Lorsqu’on utilise un isolant perméable à la vapeur (laines minérales) ou des isolants étanches à l’air, sans être certain de la qualité des joints, on applique les prescriptions du tableau ci-dessous.

Sous-toiture	Classe de climat intérieur	Tuiles			Ardoises		Bardeaux bitumés sur voliges	Tôles ondulées
Sous-toiture	Classe de climat intérieur	Terre cuite	Béton	Métal	Naturelles	Synthétiques	Bardeaux bitumés sur voliges	Tôles ondulées
Aucune	I	–	–	–	–	–	/	–
Aucune	II, III	–	E1	E1	E1	–	/	–
Capillaire	I	–	–	–	–	–	/	–
Capillaire	II, III	–	–	–	–	–	/	–
Non capillaire en bandes	I	–	–	–	–	–	/	–
Non capillaire en bandes	II, III	E1	E1	E1	E1	E1	/	E1
Non caplillaire continue	I	–	–	–	–	–	–	–
Non caplillaire continue	II, III	E2	E2	E2	E2	E2	E2	E2
Eléments de toiture isolants*	I	–	–	–	–	–	–	–
Eléments de toiture isolants*	II, III	E1	E1	E1	E1	E1	E2	E1
	IV	A examiner au cas par cas. Il importe cependant d’assurer une étanchéité à l’air parfaite. La pose d’un support et d’un E3 sur les chevrons est généralement nécessaire. Une isolation sous les chevrons laissant un vide entre l’isolant et la sous-toiture ne convient pas.

(/) : non applicable.
(-) : un écran d’étanchéité à l’air suffit
(*) : la qualité de l’écran pare-vapeur des éléments préfabriqués de toiture est normalement de niveau E1 ou supérieure.

Source : Toitures en tuiles plates – Conception et mise en œuvre – NIT 186 du CSCT – Décembre 1992 – tableau 17 pg. 60.

Forme

Le pare-vapeur peut être :

intégrés aux panneaux préfabriqués,
incorporé à la finition,
fixé aux laines minérales,
indépendant.

Conseils de mise en œuvre

> Le pare-vapeur doit être placé sur toute la surface de la toiture sans oublier les éventuelles parties verticales, ossature-bois et lucarnes.

> Il faut bien fermer les joints entre les plaques, les panneaux ou les feuilles souples (selon le cas).

Dans le cas de plaques de finition avec pare-vapeur intégré, la fermeture des joints est assurée par :1. l’injection d’un silicone,
2. la pose d’un enduit de finition.
1. Panne.
2. Pare-vapeur.
3. Chevrons.
4. Finition en plâtre.
5. Fermeture du pare-vapeur avec une injection de silicone.
6. Fermeture du joint entre panneaux avec un enduit de finition.

Remarque : les joints entre les plaques de finition et les pannes sont réalisés de la même manière.

Dans le cas d’une laine minérale munie d’un pare-vapeur, la pose de celui-ci se fait en même temps que celle de l’isolant.
Dans le cas d’un pare-vapeur posé indépendamment sous l’isolant, celui-ci est d’abord agrafé sur la partie inférieure des chevrons, des fermes ou des contre-chevrons.Entre deux lés, on prévoit un recouvrement de 50 mm minimum rendu étanche à l’air et la vapeur au moyen d’un ruban adhésif simple ou double face ou d’une latte de serrage.


Ruban adhésif.	Latte de serrage.

Les joints d’un pare-vapeur en matériau bitumineux sont collés ou soudés.

> Il faut soigner les raccords du pare-vapeur avec la maçonnerie, la charpente et les châssis :

soit en comprimant le pare-vapeur entre un joint souple et une latte, le tout cloué ou vissé;
soit au moyen d’un ruban adhésif double face adhérant parfaitement au bois et à la maçonnerie;
soit au moyen d’un joint de silicone (uniquement entre pare-vapeur et charpente). Ce joint sera éventuellement caché par la finition.

Joint silicone.

Panne.
Chevron.
Pare-vapeur.
Contre-latte.
Sous-toiture.
Latte.
Couverture.
Joint-colle.

Joint souple + latte fixée.

Pare-vapeur.
Latte.
Joint souple.

> Il faut veiller à ne pas perforer le pare-vapeur :

Les canalisations (eau, électricité, …) sont, si nécessaire, logées dans un vide technique obtenu, par exemple, par la pose d’un lattage entre le pare-vapeur et la finition intérieure. La création de ce vide permet, en plus, le cas échéant, de rectifier la planéité de la finition. Celle-ci est couramment réalisée à l’aide de matériaux plans assez rigides : planches rainurées languettées (bois, MDF, PVC…), panneaux bois, plaques de plâtre (rejointoyées ou enduites).

Finition du plafond.
VIDE TECHNIQUE.
Lattes.
Pare-vapeur.
Isolants.
Isolants.
Contre-lattes.
Lattes.
Couverture.

Le pare-vapeur doit rester continu derrière les éléments encastrés dans la finition (spots, prises de courant, interrupteurs, points d’arrivée d’eau, …).
Pour les spots, la chaleur produite peut dégrader les matières sensibles tels que les mousses synthétiques, les feuilles de polyéthylène (PE), … et provoquer des incendies. Il faut donc soit choisir des matériaux pouvant résister à ces températures, soit les protéger en interposant un écran adéquat.

> Si l’on superpose deux couches d’isolant, il ne peut y avoir de pare-vapeur entre les deux couches.

Première couche d’isolant.
Deuxième couche d’isolant.
Pare-vapeur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Rentabilité de l’isolation d’une paroi

Attention !
L’évaluation ci-dessous est applicable à d’anciens bâtiments non climatisés. Elle n’est pas valable pour des bâtiments neufs bien isolés et climatisés.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme de calcul qui effectue les calculs ci-dessous.

Évaluation de l’économie énergétique annuelle engendrée par l’isolation d’une paroi en contact avec l’extérieur

Principe de base

On détermine une température moyenne intérieure et une température moyenne extérieure pour la saison de chauffe.

La quantité de chaleur traversant 1 m² de paroi donnée est alors estimée avant et après isolation.

L’économie d’énergie annuelle par unité de surface de déperdition est la différence entre les 2 pertes de chaleur durant la saison de chauffe.

Économie d’énergie annuelle

L’économie d’énergie annuelle =
((ΔU x S x ΔTm) / η) x durée de chauffe

Avec :

Δ_U = la différence entre le coefficient de transmission thermique de la paroi avant et après isolation de celle-ci [W/m²xK]avec,

S = la surface de la paroi; elle est fixée à 1 m²
Tm = T_{int. moy.}– T_{ext. moy.}= écart entre les températures moyennes intérieures et extérieures
η = rendement global de l’installation de chauffage

Détaillons quelques paramètres :

Le coefficient de transmission thermique de la paroi

Les valeurs des coefficients de transmission thermiques ont été calculées pour certaines parois types. Elles ont été calculées de manière plus complète dans l’ouvrage : « Parois courantes : catalogue de coefficients k’ de la Région wallonne » – Aménagement du territoire, Logement, Patrimoine et Énergie (DGO4).

La température intérieure moyenne du bâtiment (T_int_^moy.)

T_{int. moy. =}Température moyenne des locaux en journée – réduction pour les coupures de nuit et de week-end – réduction pour les apports gratuits.

Les valeurs que l’on peut considérer pour les coupures
(nuits, W.E., congés scolaires) sont données dans le tableau suivant :

Type de bâtiment :	Réduction (°C)
Hôpitaux, homes, maisons de soins	0°C
Immeuble d’habitation avec réduction nocturne	1,5°C
Bâtiment administratif, bureaux	3°C
École avec cours du soir	4,5°C
École sans cours du soir et de faible inertie	6°C

La réduction pour les apports gratuits (équipements internes, personnes, soleil, …) est estimée en moyenne entre 2 et 3°C.

Cette réduction doit être adaptée en fonction des caractéristiques physiques du bâtiment : elle doit être augmentée si l’inertie et l’isolation sont fortes, si les apports internes sont grands (ordinateur, éclairage, occupation, …) et diminuée si le bâtiment est peu vitré, par exemple.

La température extérieure moyenne (T_{ext. moy.})

C’est la température extérieure moyenne, durant la saison de chauffe. Le tableau ci-dessous donne sa valeur équivalente entre le 15 septembre et le 15 mai pour quelques endroits de notre région :

Région	T_{ext. moy.}
Uccle	6,5°C
Hastière	5,5°C
Libramont	3,5°C
Mons	6°C
Saint Vith	2,7°C

La durée de chauffe

La durée de la saison de chauffe peut être uniformisée du 15 septembre au 15 mai, soit 242 jours, soit 5 800 heures. Les températures extérieures moyennes ci-dessus sont calculées fictivement en considérant que la saison de chauffe est partout de 242 jours.

Tout se passe donc comme si…

Tout se passe donc comme si durant 242 jours la température de Uccle est de 6,5°C; que la température intérieure d’un bureau (maintenu à 20°C durant la journée) est en permanence de 14°C (20°C – 3°C – 3°C). La différence de température est donc de (14°C – 6,5°C), soit 7,5°C.

Rendement global de l’installation de chauffage

La notion de rendement global d’une installation de chauffage traduit son efficacité énergétique.

Le rendement représente le pourcentage d’énergie consommée qui est réellement utile au confort des occupants, le complément de consommation servant à compenser les pertes au niveau de la production, de la distribution, de l’émission et de la régulation.

Des ordres de grandeur de ce rendement peuvent être donnés en fonction du type de chaudière et de l’installation ainsi que de sa régulation.

Exemple.

Un m² de mur de briques pleines de 29 cm (U = 2,3 W/m² K) constitue la paroi d’un local de bureau chauffé à 20°C à Uccle. Le mur est isolé avec 6 cm de laine minérale (U = 0,5 W/m² K). Le rendement global de l’installation de chauffage est évalué à 70 %.

L’économie d’énergie annuelle

= (ΔU x S x ΔTm x durée de chauffe) / 0,7

= [(2,3 – 0,5) x 1 x [(20 – 3 – 3) – 6,5)] x 5 800 h] / 0,7

= (1,8 x 7,5 x 5 800) / 0,7

= 111 857 Wh

= 112 kWh

Sachant qu’1 m³ de gaz équivaut énergétiquement à 1 litre de mazout et à 10 kWh,

L’économie d’énergie annuelle par m²

= 11,2 litres de mazout ou 11,2 m³ de gaz.

Évaluation de la rentabilité d’une isolation de paroi en contact avec l’extérieur

Pour évaluer la rentabilité financière de l’isolation d’une paroi, on met en balance, d’une part le gain annuel financier provenant des économies d’énergie suite à l’isolation, d’autre part, le coût de revient de cette amélioration. Ce calcul est simplifié : il ne tient pas compte du manque à gagner de l’argent dépensé pour payer la rénovation qui aurait pu être placé en banque.

Exemple : évaluation de la rentabilité de l’isolation du mur de l’exemple

ci-dessus.

Lorsqu’on isole 1 m² de mur, l’économie annuelle est de 11,2 litres de gasoil. Avec un prix du gasoil de 0,8 € par litre, l’économie financière annuelle est de 9 €.

Si l’on estime le coût d’une isolation de mur par l’extérieur à 62 à 75 € par m², le temps de retour est de 7 à 8 ans.

La rentabilité peut être améliorée par des subventions.
Elle est augmentée largement si le bâtiment est situé en Ardenne (T_{ext. moy.}plus basse) ou si le chauffage est plus continu (cas des hôpitaux, des piscines, des homes où la tint_moy. est plus élevée).

Indépendamment des aspects budgétaires, le confort thermique sera amélioré dans les locaux, du point de vue environnemental, les rejets de gaz polluants seront diminués… ce qui ne se chiffre pas financièrement…!

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme de calcul qui effectue les calculs ci-dessus pour votre propre situation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer les corps de chauffe

Thermographie

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

Isoler les allèges derrière les radiateurs

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

Exemple.

Reprenons l’exemple suivant :

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

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

où :

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

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

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

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

Exemple.

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

Diminuer la température des chauffages à air chaud

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

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

Dégager les corps de chauffe

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

Évaluer

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

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

Mais où se trouve le corps de chauffe…?

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

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

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

Placer des déstratificateurs

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

Ouille, ça est haut, chef !

–> le chauffage des radiateurs monte en toiture…

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Entretenir la toiture plate

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

Il comprend :

Après l’hiver

Une inspection générale et une réparation éventuelle touchant à l’apparence de l’étanchéité (plis, affaissement, vieillissement, décollement, …).

L’entretien des avaloirs, des tuyaux de descente, de l’éventuelle couche de protection, des solins, des profilés, des joints, etc.

La mise en œuvre éventuelle d’une couche de protection supplémentaire aux endroits à circulation intense.

Pour les toitures lestées (toiture chaude et toiture inversée), la correction, si nécessaire, du lestage.

Après la chute des feuilles

L’élimination des feuilles mortes.

L’enlèvement des mousses, des végétations, des objets étrangers, etc.

Pour les toitures lestées, la correction, si nécessaire, du lestage.

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les charges thermiques externes aux meubles

L’apport des occupants

Est-ce un problème ?

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

Ces valeurs varient en fonction de la température ambiante.

En période froide

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

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

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

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

En période chaude

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

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

Peut-on diminuer ces consommations ?

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

Source : magasin Bioshanti Bruxelles.

En période froide

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

En période chaude

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

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

L’apport des équipements environnants

Est-ce un problème ?

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

Exemple.

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

Meubles frigorifiques ouverts

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

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

Meubles frigorifiques fermés

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

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

Production frigorifique

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

Peut-on diminuer ces consommations ?

Dans les magasins existants, on s’arrangera pour :

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

Exemple.

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

En période chaude

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

En période froide

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

la boucherie soit ouverte sur l’extérieur (eh oui ! cela existe toujours, mais rarement) afin de profiter de la température extérieure pour refroidir les comptoirs frigorifiques naturellement;

la rôtissoire soit placée dans une partie de la boucherie nécessitant de la chaleur (ce qui est plus dur à trouver) ou du moins que la chaleur soit évacuée vers une partie du commerce en demande de chaud.

remplacer les sources d’éclairage à basse efficacité énergétique (incandescence, halogène, …) par des plus efficaces.

Évaluer

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Réparer le pare-vapeur

Sauf dans certains cas, le pare-vapeur n’est plus visible lorsque le bâtiment est achevé.

S’il est visible, il est facile d’apprécier son état et de le réparer en cas désordre.

Lorsque le pare-vapeur n’est pas visible, c’est l’humidité excessive dans les différentes couches de la couverture qui sera le symptôme principal d’une défectuosité ou d’une mauvaise qualité de celui-ci. Cette humidité peut entraîner des coulées qui permettront d’établir un diagnostic. En cas de doute des sondages à travers la toiture seront nécessaires.

Théories

Pour en savoir plus sur la condensation interne.

Dans le cas d’une toiture chaude, toutes les couches constituant la toiture doivent être enlevées jusqu’au support et remplacées.

Dans le cas d’une isolation par l’intérieur, il fautr démonter les finitions, enlever le pare-vapeur, enlever l’isolant mouillé et vérifier le support.

Les supports en bois doivent être traités de façon curative et préventive contre les insectes et les champignons.

La protection des supports métalliques contre la corrosion, doit être vérifiée et restaurée si nécessaire.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer une climatisation « tout air » à débit constant

Diminution du débit d’air neuf

Moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence des occupants et/ou de la température de l’air extérieur

Si le système dispose d’un recyclage de l’air extrait, il est possible de commander l’ouverture du registre d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants : sonde de présence, sonde CO₂, sonde de qualité d’air, … Le poste « chauffage de l’air neuf » étant le premier poste en terme de consommation de l’installation, on imagine les économies substantielles possibles.

Cette sonde peut également être placée dans la reprise pour bénéficier de la valeur moyenne de plusieurs locaux.

En période de relance, stopper l’air neuf

Également, il est possible de stopper totalement l’arrivée d’air neuf en période de relance du bâtiment (avant l’arrivée des occupants). Cette technique permet de diminuer la puissance installée des chaudières.

Fonctionnement en free cooling

Le taux d’air neuf doit être fonction des températures intérieures et extérieures et des besoins en refroidissement. Ainsi, si en mi-saison, un besoin de refroidissement se fait sentir et que la température extérieure est inférieure à la température intérieure, l’augmentation du taux d’air neuf doit permettre de valoriser le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur: c’est le « free cooling ».

Le registre d’air neuf peut donc s’ouvrir soit pour apporter l’air neuf minimal, soit pour refroidir l’ambiance. Le régulateur de qualité d’air devra être informé de la demande du régulateur de température et il prendra la demande la plus exigeante pour agir sur le servo-moteur du registre d’air neuf.

Vérifier le fonctionnement en free-cooling de l’installation

L’avantage indiscutable d’une installation à air est de pouvoir valoriser l’air frais gratuit extérieur. Il sera donc très utile de vérifier que le fonctionnement de la régulation ouvre à 100 % les registres d’air neuf lorsque la température extérieure est inférieure à la consigne ambiante et que le local est en demande de froid.

Voici comment devrait se comporter la régulation.

Le débit d’air neuf pulsé doit être établi sur base de la comparaison des températures extérieures, intérieures ambiantes et intérieures de consigne, avec le maintien d’un taux minimum hygiénique ou mieux encore établi sur base de la comparaison des enthalpies de l’air intérieur et de l’air extérieur :

Lorsque la température intérieure ambiante est inférieure à la température de consigne, le taux d’air neuf doit être maintenu au minimum hygiénique qui peut être variable en fonction du taux d’occupation.

Lorsque la température intérieure ambiante est supérieure à la température intérieure de consigne et que la température extérieure est inférieure à la température intérieure ambiante, l’augmentation du débit d’air neuf doit être prioritaire au fonctionnement de la batterie froide.

Lorsque la température intérieure ambiante est supérieure à la température intérieure de consigne et que la température extérieure est supérieure à la température intérieure ambiante, le taux d’air neuf est ramené au minimum hygiénique.

Réhabiliter le système

Réhabiliter un système classique à débit constant en système à débit variable.

Les installations « tout air » à débit constant sont extrêmement coûteuses suite au risque de produire simultanément du chaud et du froid (dans les systèmes multizones), mais aussi suite à la consommation électrique des ventilateurs fonctionnant à vitesse constante : entre 10 et 30 % de l’énergie transportée. Il suffit d’imaginer le moment où le bâtiment est sans demande, que de l’air à 22° est pulsé… avec un débit correspondant à celui calculé pour vaincre la pire période caniculaire !

Le principe du VAV (débit d’air variable) est nettement plus efficace.

Son application est sans doute fort coûteuse : rénovation des bouches de distribution, adaptation de la vitesse variable aux ventilateurs de pulsion et d’extraction, renouvellement de la régulation… Si le régime de haute pression, autrefois nécessaire pour le fonctionnement des bouches terminales, n’est plus automatiquement requis, le bilan financier risque d’être lourd.

On peut imaginer qu’une réflexion globale s’impose et que les avantages des autres types de systèmes doivent alors être étudiés.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la climatisation des bureaux, les critères de choix généraux entre systèmes.

Si un de nos lecteurs a réalisé ce type de rénovation, nous serions heureux de pouvoir être informés de son expérience.

Réhabiliter un système classique à deux conduits à débit constant en système à débit variable.

La technique de climatisation en « dual duct » schématisée ci-dessus est très énergivore. Il est opportun d’envisager sa rénovation. Une technique possible est de la transformer en système VAV à deux conduits.

En pratique :

La variation de débit est faite uniquement sur l’air froid.

Lorsque les apports calorifiques sont maximaux, le volet d’air froid est ouvert à 100% alors que le volet d’air chaud est fermé.

Lorsque les apports diminuent, le débit d’air froid diminue jusqu’à un débit minimum de soufflage.

Lorsque des besoins de chauffage apparaissent, on ouvre le volet d’air chaud et on mélange alors l’air froid et l’air chaud comme dans un système classique à deux conduits (l’air froid est à ce moment de l’air extérieur « gratuit »).

Si tout n’est pas résolu, la consommation d’énergie est diminuée par ce système.

Différents schémas sont présentés dans le tome 4 de la collection « climatisation et conditionnement d’air » de Bouteloup aux éditions CFP.

Remarque : dans tous les cas, il y a lieu de bannir la simultanéité d’utilisation d’air chaud et d’air froid. En période de refroidissement partiel, l’air correspondant à la gaine « chaude » ne doit être que de l’air recyclé, la batterie de chauffe ne pouvant pas être sollicitée.

Optimaliser la régulation par point de rosée

Souvent les groupes de traitement d’air (simple ventilation, groupe CAV ou VAV) équipés d’un humidificateur à pulvérisation ou à ruissellement sont régulés suivant le principe dit du « point de rosée« .

Cette régulation est tout à fait correcte en hiver, mais pose des problèmes en mi-saison et en été, avec des consommations d’énergie importantes. Il arrive de rencontrer des installations où humidification et batterie froide fonctionnent simultanément…

Reprenons les solutions déjà mentionnées dans l’ « amélioration de l’humidificateur » :

Dans un premier temps, il importe d’abaisser la température de rosée en hiver et de la relever en été. Cela peut s’imaginer manuellement ou automatiquement par la régulation.

On peut également stopper le fonctionnement de la batterie froide pour des besoins de déshumidification en commandant la batterie froide en fonction des besoins de l’ambiance uniquement.

On peut limiter le temps de fonctionnement de l’humidificateur en le commandant en tout ou rien sur base d’un hygrostat dans l’ambiance ou placé dans l’extraction. Des légères fluctuations d’humidité et de température se produiront cependant dans le local.

On peut étudier la possibilité de travailler à débit d’eau variable, notamment à partir d’un humidificateur rotatif …

Puisque le laveur d’air ne pose pas de problèmes en hiver, il reste la solution d’imposer un arrêt total de l’humidification au-dessus d’un seuil de température extérieure : de 5°C à 8°C, par exemple. Le respect d’une consigne fixe de 50 % HR ne pourra plus être assuré, mais l’occupant d’un bureau ne s’en rendra pas compte, puisque le confort est assuré dès 40 % HR …

Techniques

Pour plus de détails sur l’analyse d’une régulation par point de rosée.

Posted By : 25 Sep, 2007

Mettre en place un stockage d’énergie frigorifique [Climatisation – améliorer]

Choix entre les différentes technologies

L’objectif est de fabriquer et de stocker l’énergie frigorifique avant son utilisation, par exemple la nuit.

Deux types de technologie existent sur le marché :

soit des réservoirs d’eau très froide, sortes d’énormes ballons « tampon », qui sont des réservoirs à « chaleur sensible« .
Le bac constitue une réserve d’eau à 5°C, un tampon mis en série dans l’installation. On pourra en disposer facilement au moment de la pointe. Mais la capacité de stockage est faible… L’objectif est seulement de délester le groupe frigorifique durant quelques minutes sur le quart d’heure critique.
soit des réservoirs de glace, sous forme de barres de glace ou sous forme de nodules, qui sont des réservoirs à « chaleur latente« .

L’installation (et sa régulation) est plus coûteuse, mais nettement plus efficace ! Il est possible de stocker 80 fois plus d’énergie dans un litre d’eau qui gèle que dans un litre d’eau que l’on refroidit d’1 degré ! Le projet est alors véritablement de diminuer l’équipement frigorifique (au lieu de deux machines de 300 kW, c’est une machine de 300 kW et un stockage de glace qui est installé) et de réaliser un écrêtage de la puissance électrique durant plusieurs heures.

Avantages et inconvénients

Avantages

Le kWh frigorifique produit la nuit et/ou en dehors des heures de pointe revient nettement moins cher.
Si la réserve est utilisée au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment, les compresseurs peuvent être délestés, ce qui permet de réelles économies financières sur le coût de la pointe.
Nouvelles installations : diminution de la puissance frigorifique installée, par étalement de la charge dans le temps, et donc diminution de l’investissement initial en machines frigorifiques et équipements annexes.
Installations existantes : augmentation de la charge frigorifique sans augmentation de la puissance électrique installée (c’est intéressant pour des bâtiments en rénovation dont on souhaite augmenter l’équipement bureautique, sans devoir augmenter la puissance du transformateur).
Diminution de l’encombrement des tours de refroidissement en toiture.
Augmentation de la durée de fonctionnement des compresseurs (à la limite, fonctionnement 24 h/24), ce qui améliore leur rendement moyen.
Possibilité d’un secours partiel (quelques heures seulement…) en cas de panne de la machine frigorifique ou d’interruption de la fourniture d’énergie électrique, seules les pompes étant alimentées par le groupe de secours. C’est une sécurité parfois recherchée pour les salles informatiques.

Pour les grands bâtiments, le réservoir d’eau obligatoire pour la protection incendie peut parfois être utilisé comme bâche d’eau glacée.

Inconvénients

Aucun gain sur le bilan énergétique thermique ! Même plutôt quelques pertes de frigories durant le stockage … C’est essentiellement une opération tarifaire, financière et non énergétique.
Lorsque la machine frigorifique « fait de la glace », la température à l’évaporation descend. Elle travaille avec un moins bon rendement que lors du régime normal de préparation de l’eau glacée ! Ceci est partiellement contrebalancé par le fait que la température de condensation va également pouvoir diminuer, suite aux températures plus fraîches de la nuit.
La puissance de la machine frigorifique descend à 60 % … 70 % de sa valeur nominale lorsqu’elle prépare de l’eau glacée.

Par exemple, voici l’évolution pour une machine particulière : la puissance lors de la charge de nuit est donc réduite à 324 kW / 458 kW = 71 % de la valeur nominale.

L’installation est plus complexe et nécessitera une régulation pour la gestion des cycles charge-décharge.
Le stockage thermique est volumineux et sera donc généralement limité à une part de la consommation journalière.

La démarche à suivre

Le choix de la mise en place d’un stockage de froid nécessite d’analyser correctement le profil de consommation du circuit froid.

Fixer les objectifs du stockage

De multiples combinaisons entre capacité de stockage, puissance de déstockage et puissance frigorifique sont possibles.

Il est donc utile de préciser les objectifs visés par le stockage : diminution de la pointe quart-horaire ? Diminution de la puissance frigorifique installée ? Réduction de l’encombrement des condenseurs/tours de refroidissement en toiture ? Réserve stratégique de froid en cas de rupture de la machine frigorifique ?…

On distingue de multiples stratégies d’utilisation.

Par exemple :
Un stockage total de la charge frigorifique durant la nuit.

Un stockage partiel pour limiter la pointe frigorifique.

Un stockage partiel avec une utilisation spécifique à la gestion de la pointe quart horaire.

Seul un bilan financier global (coût d’investissement initial et coût d’exploitation associé) de chaque configuration peut permettre de sélectionner la combinaison optimale.

Vérifier l’encombrement

Les réservoirs de stockage sont parfois adoptés parce qu’ils permettent une diminution de l’encombrement des tours de refroidissement en toiture.

Par contre, ils nécessitent de la place à l’intérieur du bâtiment… Dans certains cas, le stockage est enterré dans le sol, devant le bâtiment ou sous celui-ci.

On tiendra compte également du poids supplémentaire sur la structure du bâtiment, ainsi que des pressions d’eau atteintes suivant la configuration du réseau.

Etablir le profil des charges

Au contraire des systèmes de refroidissement classiques où il suffit de connaître la puissance de refroidissement maximale pour pouvoir faire son choix, l’accumulation de glace exige un profil de charge.

Il s’agit d’une présentation graphique (ou sous forme de tableau) de la charge de froid demandée en fonction du temps, et ce pour la journée de l’année où la charge de refroidissement est la plus importante (journée de référence, celle servant de base à la conception).

Le profil de charges est, en général, sous forme d’une courbe en cloche, dont la surface représente de 60 à 80 % de la surface du rectangle dans lequel la courbe s’inscrit. Ce pourcentage est appelé « facteur de simultanéité ». Plus ce facteur est bas, plus le rendement de l’installation sera défavorable.

Si la puissance maximale atteinte varie en fonction de la saison, la forme du diagramme reste relativement stable.

Etablir un scénario de charge et de décharge

Qui fait quoi et à quel moment ?

Voici 2 exemples :

L’objectif est de réduire la pointe électrique : le délesteur de charge arrête la machine frigorifique au moment critique et le réservoir prend le relais.
L’objectif est de garantir du froid en cas de panne du secteur : pour la sécurité du refroidissement du local informatique, un réservoir restera en permanence en glace, en stand-by pour le cas où… Dans ce cas, le groupe électrogène de secours doit seulement alimenter la pompe qui va envoyer l’eau glacée sur la glace.

Le dimensionnement des équipements et leur régulation est fonction des objectifs recherchés…

La sélection du groupe frigorifique

Une machine frigorifique capable de préparer de la glace se distingue de celle destinée uniquement à la préparation de l’eau glacée :

La préparation de la glace requiert une température à l’évaporateur de plusieurs degrés sous zéro (de – 4° à – 10°C, en fonction du type de stockage choisi), alors que l’eau glacée se prépare généralement avec une température d’évaporation réglée sur + 2°C.
Si le stockage de l’énergie frigorifique est partiel, la même machine produira la glace la nuit et l’eau glacée le jour. Elle doit donc pouvoir s’adapter aux deux températures d’évaporation différentes.
La machine frigorifique travaillant de nuit, la machine doit être prévue pour pouvoir travailler avec une température de condensation réduite et profiter ainsi d’un coefficient de performance (« COPfroid » ou « efficacité frigorifique ») amélioré (les machines standards fonctionnent avec des températures de condensation élevées en permanence). En général, ceci suppose la présence d’un détendeur électronique, capable de s’adapter aux fluctuations de température de condensation.
Le système choisi requiert parfois la mise en place d’un fluide secondaire, type eau glycolée.

Même s’il est possible d’utiliser les machines standards, il sera toujours utile de procéder à une analyse spécifique pour ce type d’application. Notamment pour sélectionner le type de fluide frigorigène adapté à la fluctuation de température souhaitée, tant à l’évaporateur qu’au condenseur.

On sera particulièrement attentif à l’isolation des équipements : une isolation étanche à la vapeur pour éviter la condensation et la formation de glace. Cette isolation doit être scellée avant les essais.

La répartition des charges frigorifiques

La charge frigorifique doit être répartie entre la machine frigorifique et le stockage.

À titre d’exemple, considérons le profil de charge suivant :

Les besoins effectifs journaliers sont de 750 kWh. Une puissance maximale de 100 kW n’est requise que durant 2 heures sur un total de 10 heures d’exploitation.

On distingue deux principes de sélection des équipements :

Accumulation complète (Full Storage)

Dans le cas de ce système, on stocke dans la glace toute la quantité de froid nécessaire pour une journée complète. La machine frigorifique est arrêtée en journée et seule la glace en cours de fonte assure le refroidissement.

Il en résulte un système d’accumulation de glace très imposant, mais les coûts d’exploitation sont faibles (toute l’énergie est produite au tarif de nuit).

La puissance de la machine frigorifique est déterminée par le rapport entre l’énergie totale à accumuler (ici 750 kWh) et la durée de la période de production en Heures Creuses (ici 14 heures).

750 kWh / 14 h = 54 kW

Ce système est rarement appliqué, à cause du coût d’investissement et de l’espace disponible très élevés.

Accumulation partielle (Partial Storage)

Dans ce système, la même machine frigorifique réalise :

la préparation de glace durant la nuit,
le refroidissement partiel de l’eau glacée durant la journée, en étant alors secondée par la fonte de la glace.

La machine frigorifique fonctionnera donc 24 heures sur 24 lors de la journée de référence. Elle est alors dimensionnée en fonction de la charge de froid totale sur les 24 heures (ici 750 kWh en 24 heures) plutôt que sur la base de la charge de pointe (ici 100 kW).

En appelant :

- Pc = puissance compresseur en direct
- Pr = puissance réduite du compresseur la nuit = f x PC
- f = 3 % par °C d’abaissement de la température à l’évaporateur (valeur typique), soit une perte de puissance de 30 à 35 % en fonctionnement de nuit par rapport au fonctionnement de jour
- En = énergie frigorifique journalière
- Td = Temps de fonctionnement de la machine en direct
- Ts = Temps de fonctionnement de la machine en phase de stockage de glace

La machine sera dimensionnée par :

en = Td x PC + Ts x Pr

d’où :

en = Td x PC + Ts x f x PC
PC = en / (Td + Ts x f )

Exemple de sélection

Pour expliquer la méthode de sélection, nous avons choisi de recourir à un exemple d’une installation selon le principe de fonte interne.

* A supposer

une charge de pointe de 1 000 kW,
un régime de température de 12°C / 7°C,
un refroidissement nécessaire entre 8 heures du matin et 18 heures (soit 10 heures),
une charge de refroidissement totale 8 000 kWh.

* Il est demandé

La sélection d’un système d’accumulation de glace pour une machine frigorifique aussi petite que possible.

* Solution

La plus petite machine frigorifique est celle qui tourne 24 heures sur 24.

Pour faire de la glace, la machine frigorifique produira du glycol à une température négative (ex : – 5°C). Mais, pendant la journée, la machine frigorifique fonctionnera à des températures positives dans la mesure où elle devra seulement pré-refroidir le glycol à 12°. Sa puissance étant limitée, la glace assurera le post-refroidissement.

Les caractéristiques de fonctionnement de la machine frigorifique ne sont donc pas identiques pour la production de glace et pendant la journée. La nuit, lors de la fabrication de la glace, la machine présente une puissance de l’ordre de 65 à 70 % de la puissance nominale. Cette valeur de 70 % n’est qu’indicative et devra donc être vérifiée a posteriori avec les fournisseurs de la machine frigorifique en fonction des températures d’évaporation et de condensation réelles.

Dans notre exemple, nous avons un temps de fabrication de glace de 14 heures et un temps de fonte de 10 heures. La machine frigorifique fonctionnera donc 10 heures à 100 % de capacité et 14 heures à 70 % de capacité. La quantité totale de froid à fournir est de 8 000 kWh. Dès lors, si nous comparons le froid produit au froid nécessaire, nous obtenons :

(10 h x 100 % de cap.) + (14 h x 70 % de cap.) = 8 000 kWh

cap. x (10 + 14 x 0,7) = 8 000 kWh

cap. = 404 kW

La machine frigorifique fournira donc 404 kW pendant la fonte et 70 % de cette valeur pendant la fabrication de glace, soit 283 kW.

La puissance de stockage de glace nécessaire est alors égale au temps de fabrication multiplié par la puissance de production de froid pendant la fabrication, soit :

14 heures x 283 kW = 3 960 kWh.

On trouve la même puissance de stockage en soustrayant de la charge totale de froid de 8 000 kWh la puissance de froid fournie par la machine frigorifique pendant la fonte :

8 000 kWh – (10 h x 404 kW) = 3 960 kWh.

*Conclusions

Il faut un appareil d’accumulation de glace d’une puissance de stockage minimale de 3 960 kWh.

Si le réservoir présente une capacité de 50 kWh/m³, il faudra prévoir un stockage de :

3 960 / 50 = 80 m³

Attention à la température de restitution de la glace !

La méthode de sélection ci-dessus est une première approche simplifiée !

Ainsi, il faut également vérifier si l’appareil d’accumulation de glace peut garantir la puissance de fonte souhaitée à la température demandée (ce n’est pas tout d’avoir les kWh, encore faut-il qu’ils soient restitués à une température suffisamment basse !).

Pour des applications exploitant le principe de la fonte externe, cela ne pose généralement pas de problème dans la mesure où un réservoir peut être complètement fondu en 2 heures à une température d’eau de 1 à 2°C. Dans le cas de la fonte interne, en revanche, il est conseillé d’examiner cet aspect avec le fabricant, étant donné que la puissance de fonte est nettement inférieure et dépend en outre dans une large mesure de la quantité de glace restante. Généralement, on admet dans le cas de la fonte interne que la puissance de fonte restante est d’autant plus faible que la quantité de glace restante est petite. Mais cette situation est améliorée si une pompe à air pulse des bulles d’air au fond du réservoir. L’agitation est favorable à l’homogénéité des températures, notamment par bris de la glace en fin de fonte interne.

Dans notre exemple, la puissance de fonte la plus importante à fournir est de :

1 000 kW – 404 kW = 596 kW
(puissance de pointe – capacité de la machine frigorifique).

Comparé à la puissance de stockage de l’appareil d’accumulation de glace (3 960 kWh), il s’agit d’un temps de fonte « équivalent » de 6,2 heures. Avec les systèmes de fonte interne couramment utilisés, on peut alors s’attendre à des températures de fonte autour de 5°C. Cela convient donc pour la température demandée de l’ordre de 6°C.

Le fournisseur dispose de logiciels de dimensionnement plus élaborés qui vérifieront si la température lors de la décharge reste compatible avec la demande.

Études de cas

Un exemple d’analyse de l’évolution de la température, issue d’un logiciel de ce type, est donné dans les études de cas.

Le dimensionnement du réservoir de stockage

Capacité d’un stockage eau

La chaleur sensible de l’eau est de 1,163 kWh/m³.K.

La capacité de stockage dépend dès lors du régime de fonctionnement :

En régime 5°/12°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 7°C, soit une réserve de 8,14 kWh/m³.

En régime 5°/15°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 10°C, soit une réserve de 11,63 kWh/m³.

Pour stocker 1 000 kWh, il faudra 123 m³ sous un delta T° = 7°C, et 86 m³ sous un delta T° = 10°C.

Capacité d’un stockage glace

La chaleur latente de cristallisation de l’eau est de 93 kWh/m³ (en eau), soit de 84,5 kWh/m³ (en glace). en quelle sorte, on pourrait parler d’une capacité de stockage équivalente, en chaleur sensible, à un delta T° de l’ordre de 80°C ! Et cette propriété peut encore être renforcée par l’addition d’un sel eutectique dans l’eau.

Mais en pratique, l’entièreté d’un m³ de stockage ne se transforme pas en glace, ne fût-ce que pour pouvoir encore laisser passer le fluide caloporteur.

Aux valeurs de stockage en chaleur latente, on peut ajouter la chaleur sensible, en eau et en glace, fonction des niveaux de température atteints.

Les valeurs moyennes suivantes peuvent être prises :

		Capacité de stockage	Volume pour 1 000 kWh
Bac à eau	chal. latente	40 kWh/m³	25 m³
	chal. sensible et latente	50 kWh/m³	20 m³
Bac à glace	chal. Latente	48 kWh/m³	21 m³
	chal. Sensible et latente	58 kWh/m³	17 m³
Nodules	chal. Latente	40 à 50 kWh/m³	25 à 20 m³
	chal. Sensible et latente	50 à 60 kWh/m³	20 à 17 m³

On constate que, en moyenne, un m³ de stockage en « glace » emmagasine 4 à 6 fois plus de froid qu’une bâche de stockage en « eau glacée ».

Ces valeurs permettent de dimensionner grossièrement le système. Les fabricants disposent d’outils de simulation permettant d’affiner ce calcul.

Études de cas

Un exemple de dimensionnement pour une installation de 500 kW frigorifique est donné dans les études de cas.

Les schémas d’installation

Stockage d’eau glacée

Les schémas d’installation diffèrent en fonction de la place relative du ballon par rapport au chiller.

Pour plus d’informations : cliquez ici !

Stockage de glace

Les schémas de principe sont basés sur trois types de configuration :

Stockage en série avec la charge, la machine frigorifique étant en aval des bacs de stockage.
Stockage en série avec la charge, la machine frigorifique étant en amont des bacs de stockage.
Stockage en parallèle avec la charge.

Voici différents schémas possibles extraits de l’ouvrage « Production de chaud et de froid » de Bouteloup chez Pyc Éditions.

Stockage de glace dans des réservoirs à faisceaux tubulaires.

Pour plus d’informations : cliquez ici !

Stockage de glace en parallèle avec réservoir à nodules.

Pour plus d’informations : cliquez ici !

Études de cas

Un exemple de schéma d’une installation existante est donné dans les études de cas.

Régulation du système stockage-chiller

La régulation du système « stockage – machine frigorifique » est fonction de divers paramètres :

l’importance relative du stockage par rapport aux besoins journaliers,
la configuration du système (série amont, série aval, parallèle),
les objectifs stratégiques (puissance frigorifique minimale, gestion de la pointe ¼ horaire, conservation d’une réserve de froid permanente pour la salle ordinateur en cas de défaillance du groupe frigorifique,…),
…

Si le stockage est total, la gestion est simple : le stockage assure les besoins journaliers totaux. Une simple vanne trois voies motorisée ajuste l’offre à la demande. Dans certains cas, il est même possible de profiter des Heures Creuses du week-end pour précharger le stockage au maximum.

Si le stockage est partiel, on distingue deux possibilités :

Chiller prioritaire : la machine frigorifique assure la charge permanente de base, tout en disposant de l’appoint du stockage pour vaincre les pointes. Ce système permet de charger le compresseur de façon constante, ce qui est l’idéal pour son rendement.
Stockage prioritaire : la charge de base est couverte par la décharge du stockage. La machine frigorifique est prévue pour couvrir les pointes de la journée. Ce système, qui suppose une capacité de stockage plus importante, valorise davantage les kWh frigorifiques produits la nuit, mais pénalise la machine frigorifique dans son fonctionnement direct.

Quelques schémas d’installation pratiques sont proposés dans la publication « Production de chaud et de froid » de Bouteloup chez Pyc Éditions.

Exemples de scénarios possibles avec une GTC

>	« Stockage total » : pour les mois de novembre, décembre, janvier et février, le stockage a été dimensionné pour fournir seul les besoins de froid. L’installation fonctionnant en tarif horo-saisonnier, il est très important de limiter au maximum les pointes de puissance. La machine frigorifique sera donc délestée.
>	« Priorité stockage » : en mi-saison, la priorité est donnée à la décharge du stockage, avec appoint de la machine frigorifique en fin de journée et durant les pointes.
>	« Priorité chiller » : en été, c’est la machine frigorifique qui assure la base et le stockage est utilisé pour couvrir les pointes grâce à la rapidité de l’apport frigorifique qu’il permet. Lorsque vient la fin de la journée, le système bascule en mode « déstockage uniquement » afin de vider l’excédent. La décision de basculer est prise par la GTC en fonction de divers paramètres. Suivant les cas on prendra en compte : l’épaisseur de glace restante, la température extérieure, l’ensoleillement, l’heure dans la journée, l’historique des deux derniers jours, l’historique de l’année précédente,… Un tel modèle, mis au point progressivement, permet des économies importantes à terme. Toute la difficulté consistant à conserver une réserve de froid suffisante pour une pointe éventuelle !
>	« Charge nocturne » : cette charge peut être démarrée « au plus tard », afin d’être juste suffisante en début de journée. Un historique peut permettre d’optimaliser le moment de la relance en fonction des besoins.
>	Le fin du fin : si l’on prévoit quelques besoins de relance de chauffage dans le bâtiment en début de journée, une récupération de la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique est possible; la préparation du froid de l’après-midi génère le petit coup de chaleur du matin, le stockage faisant office de réservoir tampon entre ces deux besoins !

Évaluation de la rentabilité

La rentabilité d’un stockage de glace s’établit par le rapport entre le surcoût au niveau de l’installation frigorifique et l’économie financière réalisée.

Le surcoût est estimé entre 20 et 30 % de l’installation frigorifique initiale. Cette estimation comprend :

Les bacs à glace : on peut compter 30 €/kWh de stockage pour une petite installation de 2 000 kWh, 25 €/kWh pour une installation de 5 000 kWh, 20 €/kWh pour une belle installation de 10 000 kWh.
Les équipements annexes : pompes, échangeurs,…
La déduction du prix de la machine frigorifique que l’on a pu économiser.

Ce qui est difficile à chiffrer et qui constitue un frein majeur du développement du stockage de nuit, c’est le volume nécessaire dans le bâtiment pour entreposer les bacs !…

L’économie financière est essentiellement résultante de l’écrêtage de la pointe quart-horaire. L’économie réalisée sur le coût moindre du kWh de nuit par rapport au kWh de jour est proportionnellement plus faible.

En effet, prenons le tarif « binôme A – Éclairage » :

Le prix du kWh de jour est de 6,25 c€/kWh (HTVA) contre 4,33 c€/kWh la nuit. En passant d’une production de jour vers une production de nuit, l’économie est donc de 31 %. Mais le fait de produire de la glace engendre un abaissement de la température d’évaporation, et le compresseur n’apprécie pas !

Ainsi, un compresseur qui voit la température d’évaporation passer de + 2°C à – 5°C voit son rendement baisser de 20 % environ. Si, parce qu’un échangeur intermédiaire supplémentaire est placé, la température d’évaporation passe à – 10°C, le rendement chute de 30 %… ! En y ajoutant quelques pertes inévitables par les parois des bacs, et les consommations des pompes,… tout le bénéfice est mangé !

Il n’empêche que les installations à – 5°C sont possibles et que l’on peut sélectionner des machines frigorifiques capables de valoriser la faible température nocturne (et donc la faible température de condensation).

Mais c’est sur le coût de la pointe de puissance que le gros de l’économie doit être trouvé (8 €/kW de pointe, chaque mois) ! Le temps de retour du projet pour une installation électrique de 500 kW et plus descend sous les 3 ans, d’après les fournisseurs.

Chaque scénario doit être étudié sérieusement. Ainsi, un bâtiment avec une prédominance de consommation électrique en été aura avantage à choisir le tarif horo-saisonnier. Dans ce cas, le délestage du groupe frigorifique durant les 4 mois d’hiver sera très rentable : 14 €/kW HTVA. Mais c’est également le moment où la demande de froid est la plus faible… L’équipement peut-il s’amortir sur ces mois d’hiver ?

La réception du matériel

Lors de la réception du matériel, il sera bon de vérifier :

Au niveau du circuit hydraulique :

la concentration en glycol à plusieurs endroits du circuit,
l’isolation des circuits et des vannes,
la stabilité hydraulique (équilibrage) dans tous les modes de fonctionnement du réseau, avant même d’enclencher le groupe frigorifique,
les débits et les pertes de charge dans diverses configurations (pour vérifier notamment si on a tenu compte de la viscosité du glycol lors de la sélection des pompes),
les points repris dans la régulation et la stratégie de commande choisie,
la protection du circuit secondaire éventuel (boucle d’eau glacée vers les ventilos, par exemple) contre tout risque de gel.

Au niveau du stockage :

le niveau d’eau dans le réservoir,
le débit et les températures lors de la charge et de la décharge.

Au niveau de la machine frigorifique :

la charge effective du stockage dans les conditions prévues et les températures d’évaporation spécifiées, et ceci dans le temps prévu.

Plusieurs essais sous des régimes différents seront nécessaires. On tiendra compte du fait que lors de la première mise en charge, la température initiale du bac est plus élevée que celle en régime (généralement autour des 5°C). Le premier temps de charge sera donc plus long.

La maintenance

La maintenance d’un stockage de glace est faible. On suivra les recommandations du fabricant, dont la vérification régulière de la concentration en eau glycolée.

La présence de vannes d’isolement doit permettre de démanteler facilement le réservoir de stockage sans interrompre le restant du circuit.

Si l’isolation doit être remplacée, on sera attentif à sécher au préalable soigneusement la zone traitée et à rétablir l’étanchéité au passage de la vapeur d’eau afin d’éviter la corrosion ultérieure des installations.

Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les charges thermiques internes

L’apport des occupants

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

Ces valeurs varient en fonction de la température ambiante.

En hiver, l’occupant d’un bureau à 22°C fournit 85 Watts de chaleur gratuite au local. Par ailleurs, il disperse 47 grammes d’eau dans l’atmosphère chaque heure. Cet apport d’eau ne modifie pratiquement pas la température du local et ne constitue donc pas un apport complémentaire en hiver.

Par contre, en été, la vapeur d’eau délivrée augmente (70 gr/h à 26°C) et sera condensée sur la batterie froide du ventilo-convecteur, par exemple. La chaleur de condensation correspondante devra être comptabilisée dans le bilan thermique de la machine frigorifique.

Peut-on diminuer ces consommations ?

En hiver, l’apport des personnes est bénéfique pour l’installation de chauffage.

En été, il est difficile d’empêcher les gens de transpirer ! Quoique… il faudrait suggérer au patron une petite sieste salutaire pour diminuer le métabolisme et donc cette coûteuse charge thermique pour le climatiseur !

Plus sérieusement, il est parfois possible d’augmenter la température du fluide refroidissant (boucle d’eau glacée, par exemple), afin de limiter la charge thermique de condensation de la vapeur d’eau.

Dans un climatiseur de local par contre, on travaille « en détente directe », la température du fluide frigorigène (que l’on ne peut modifier) sera inférieure au point de rosée, et la condensation aura toujours lieu…

L’apport des équipements

Toute charge électrique (éclairage, bureautique, machine à café, …) dans un local refroidi est payée deux fois : une fois pour effectuer le travail attendu, une fois pour évacuer ce travail qui s’est transformé en énergie calorifique.

Par exemple : 100 lampes de 60 Watts vont entièrement convertir l’énergie qu’elles utilisent en chaleur. Il faudra donc évacuer 6 000 W, ou 6 kW de chaleur… !
Puissance installée du compresseur est inférieure à la puissance frigorifique apportée à la pièce par le système de refroidissement !

en choisissant dans un catalogue un appareil de « 6 kW », on sélectionne un climatiseur dont l’évaporateur est capable d’apporter 6 kWh de froid (= de retirer 6 kWh de chaleur) au local en 1 heure de fonctionnement. Donc, « 6 kW » constitue sa puissance frigorifique.

Mais pour ce faire, curieusement, le compresseur demande une puissance électrique plus faible, de l’ordre de 2 kW. Après une heure, il aura consommé une énergie de 2 kWh (sur base d’une efficacité frigorifique de 3).

Et la facture d’énergie électrique en une heure sera de 8 kWh (6 kWh pour les lampes + 2 kWh pour la climatisation).

Quelle réduction des charges thermiques ?

Dans les bâtiments plus anciens, on peut généralement diminuer les puissances électriques utilisées pour l’éclairage des locaux et pour les équipements de bureautique notamment (ordinateur, photocopieuse, …). Une meilleure gestion de ces équipements peut également permettre de diminuer la consommation de la climatisation.

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer un climatiseur ou une protection solaire ?

Introduction

Si les apports solaires sont à l’origine de la surchauffe, il faut se demander, avant de climatiser si le placement de protections solaires sur les baies vitrées ne permettrait pas de résoudre le problème de façon plus économe.

Voici les résultats d’une simulation du comportement d’un bureau standard. On y a comparé les coûts d’achat et d’exploitation d’un climatiseur et d’un store extérieur.

Hypothèses de travail

Il s’agit d’un bureau de 30 m² de surface au sol, orienté au sud.
Une température de confort y est maintenue été comme hiver par un système de climatisation.

Consignes de température intérieure
en hiver	en période d’occupation	20°C
	en période d’inoccupation	15°C
en été	en période d’occupation	25°C
	en période d’inoccupation	30°C
Horaires de fonctionnement de l’installation de climatisation
occupation	de 8 à 18h en semaine (260 jours par an)
ralenti	de 17 à 7h en semaine et 24 h sur 24 les week-ends
Apports internes en période d’occupation
cas 1 : apports limités	2 personnes (2 x 70 W) 2 lampes individuelles (2 x 18 W) éclairage général de 13 W/m² (390 W)
cas 2 : apports moyens	2 personnes (2 x 70W) 2 lampes individuelles (2 x 18 W) 2 ordinateurs (2 x 160 W) éclairage général de 13 W/m² (390 W)

Résultats de la simulation

Cas 2 (apports internes moyens) Consommations en climatisation durant une année
surface du vitrage [m²]	présence d’une protection solaire (1)	consommation en froid (2)[kWh/an]	température maximum atteinte sans climatisation (3)[°C]	coût d’exploitation (4)[€/an]	potentiel d’économie [€/an]
4	non	456	33,5	52,5	38,8
4	oui	119	28,4	13,7	38,8
6	non	650	35,8	74,75	58,8
6	oui	139	28,8	16	58,8
8	non	826	38	95	77,2
8	oui	155	29,2	17,8	77,2
10	non	985	40,1	113,3	94
10	oui	168	29,6	19,3	94

(1) les protections solaires sont des protections extérieures mobiles. Leur déploiement intervient de mars à octobre lorsque le rayonnement solaire traversant le vitrage dépasse 100 W/m².

(2) l’efficacité frigorifique du climatiseur est estimée à 2,5.

(3) en juin.

(4) à 0,11 €/kWh.

Conclusions

Lorsque les gains internes ne sont pas trop importants (cas 1), on peut considérer que la surchauffe est principalement due aux apports solaires. Dans ce cas, en admettant un très léger inconfort (température intérieure maximum de 26°C lorsqu’il fait 32°C à l’extérieur), on peut envisager le placement de protections solaires sur les fenêtres et l’absence d’un climatiseur.

Pour illustrer ceci, comparons les coûts des deux solutions pour une fenêtre de 6 m² :

Solution	Coût d’investissement	Coût d’exploitation	Coût total sur 10 ans (3)
Protection solaire extérieure en toile	750 € (1)	0 €/an	750 €
Climatiseur de fenêtre de 3 kW	875 € (2)	44,05 €/an	1315,5 €

(1) le coût d’une protection solaire est estimé à 125 €/m² (attention ce coût est indicatif et peut varier fortement en fonction de la taille de la protection et de son degré d’automatisation).

2) le climatiseur de fenêtre est couramment le système le moins cher. En fonction de l’emplacement des éléments en fonction du confort recherché, des liaisons électriques et frigorifiques le coût d’investissement de la climatisation peut augmenter rapidement (on atteint rapidement 2500 €).

3) hors entretien.

Lorsqu’une partie importante de la surchauffe est due aux apports internes (cas 2), le placement de protections solaires seules ne permettra pas d’atteindre le confort voulu. Cependant, celles-ci diminueront souvent les besoins en froid et leur surcoût pourra être rentabilisé en moins de 10 ans (diminution de la puissance installée du climatiseur et des consommations). Par exemple, pour une fenêtre de 6 m² :

Solution	Coût d’investissement	Coût d’exploitation	Coût total sur 10 ans (3)
Protection solaire extérieure en toile et climatiseur de fenêtre de 1,5 kW	1 250 €	1,7 €/an	1267 €
Climatiseur de fenêtre de 3 kW, sans protection solaire	875 €	44,05 €/an	1 315,5 €

Lorsque chaque personne dispose d’un ordinateur, le placement de protections solaires seules ne permettra pas d’atteindre le confort voulu. Cependant, celles-ci diminueront souvent les besoins en froid et leur surcoût pourra être rentabilisé en moins de 10 ans (diminution de la puissance installée du climatiseur et des consommations). Pour maîtriser la température intérieure sans climatisation, il faudra en plus adopter une politique active de ventilation : le free cooling.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la régulation [chauffage central]

Régulation du chauffage

Tout simplement, réguler les installations qui ne le sont pas

Trop d’installations anciennes ne possèdent encore aucune régulation : la température de l’eau dans la chaudière ou la position des vannes mélangeuses est modifiée manuellement en fonction de la saison. Il n’y a aucun réglage de la température ambiante, si ce n’est par l’ouverture des fenêtres.

Cette situation est évidemment inacceptable.

Si on part de rien, l’idéal serait de concevoir une régulation complète telle qu’on pourrait l’imaginer pour une nouvelle installation. Il faudra cependant être attentif au type de la ou des chaudières installées. Par exemple, peuvent-elles travailler à basse température ou encore fonctionner à débit nul ?

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix du principe de régulation.

Une installation de régulation peut aussi être réhabilitée : remplacement des moteurs de vanne, remplacement des régulateurs, remplacement des sondes, ….

Études de cas

La rénovation du Collège St Paul à Godinnes.

Le gain

Comme pour toutes les améliorations qui sont décrites ci-après, il est difficile de chiffrer précisément le gain énergétique qui résultera d’un remplacement complet de la régulation.

Cela dépend de la gravité réelle de la situation de départ (quelle est la température régnant réellement dans les différentes zones du bâtiment ?) et du degré de finesse de la nouvelle régulation.

Voici cependant un chiffre réaliste que l’on rencontre couramment dans la littérature et qui se base sur des situations vécues.

Le placement d’une régulation correcte sur une installation non régulée (c’est-à-dire sans ralenti nocturne et sans contrôle précis de la température intérieure) permet :

>> 30 % d’économie sur la facture annuelle de combustible.

Concevoir

Régulation des installations de chauffage.

Améliorer le ralenti nocturne

La pratique d’un ralenti nocturne par abaissement de la température d’eau est la technique de ralenti la moins efficace (et pourtant la plus couramment utilisée).

Évaluer

Pour évaluer l’efficacité énergétique du ralenti nocturne.

Il est intéressant de modifier le ralenti existant en adjoignant au régulateur existant un thermostat d’ambiance complémentaire placé dans un local témoin et associé à une horloge.

Le système

Lorsque l’horloge passe en horaire de nuit, l’installation est complètement coupée par action directe :

Soit sur la chaudière. Dans ce cas, la chaudière redescend en température.
Soit sur les vannes mélangeuses. Celles-ci se ferment et la chaudière est maintenue sur sa consigne.

Si la température intérieure mesurée par le thermostat d’ambiance passe sous la consigne de nuit (par exemple 16° en semaine et 14° le week-end), soit la chaudière se remet en marche, soit les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Exemple.

Si l’installation est équipée d’un régulateur analogique ne pouvant être compensé par une sonde de température intérieure, le schéma de principe de la nouvelle régulation peut être semblable à :

Au passage à l’horaire de nuit, le thermostat d’ambiance mesurera une température intérieure supérieure à sa consigne, son contact s’ouvrira, déconnectant la sonde extérieure. Pour le régulateur, cela équivaut à une mesure, par la sonde extérieure, d’une température infinie. Donc, soit la chaudière va se couper, soit les vannes mélangeuses vont se fermer.
Si durant la coupure, la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat d’ambiance (par exemple 16°C), le contact du thermostat se ferme reconnectant la sonde extérieure. Le régulateur central se remet alors à fonctionner comme auparavant (en principe sur sa courbe de chauffe de nuit). Au passage à l’horaire de jour, la sonde extérieure se reconnecte et le régulateur central reprend sa fonction.

Si, d’origine, le régulateur peut être compensé par sonde intérieure, la sonde de compensation peut aussi bien servir au réglage de la courbe de chauffe de jour qu’à la coupure de nuit.

Ce sera également le cas si l’installation est équipée d’un régulateur digital. Toutes ces fonctions sont vraisemblablement déjà intégrées dans le régulateur. Il faut examiner avec le fabricant du régulateur ou l’installateur la possibilité d’adjoindre un thermostat d’ambiance de nuit dans le programme existant.

On peut également envisager une deuxième façon de travailler, légèrement moins performante. Il s’agit de placer une deuxième sonde extérieure, associée à une horloge. Si la température extérieure de nuit ne descend pas en dessous d’une certaine valeur à régler (par exemple 5°C), l’installation est complètement coupée. Si la température extérieure descend en dessous de cette valeur, le ralenti se fait par abaissement de la courbe de chauffe comme auparavant.

Une troisième possibilité, qui ne demande aucun investissement est d’abaisser au maximum la courbe de chauffe de nuit. Ainsi, durant la majeure partie de la saison de chauffe, la température d’eau demandée la nuit est inférieure à 20°C, ce qui équivaut à forcer la fermeture complète des vannes.
L’inconvénient de ces deux dernières solutions est l’absence de contrôle de la température ambiante nocturne.

Calculs

Pour visualiser l’abaissement de courbe minimal à régler sur votre régulateur.

Le gain

Il est difficile de chiffrer précisément l’économie réalisable en modifiant le mode de ralenti nocturne. Cela dépend d’une série de paramètres qui influencent le bilan thermique :

Exemple.

(Source : Guide pour la pratique de l’Intermittence du chauffage dans le tertiaire à occupation discontinue, ADEME, 1989)

Trois bâtiments, respectivement de 500 (1 niveau), 2 000 (2 niveaux) et 4 000 m^² (4 niveaux) sont chauffés 10 h par jour et 5 jours par semaine.

Le niveau de surpuissance de l’installation de chauffage est assez élevé puisqu’il atteint 2 fois les déperditions (calculées avec un taux de ventilation réduit).

Trois niveaux d’isolation ont été repris :

peu isolé : simples vitrages, murs non isolés,
très isolé : doubles vitrages, murs avec 8 cm d’isolant,
bien isolé : niveau intermédiaire entre les 2 précédents.

Trois modes de coupure sont proposés :

un abaissement de la température de l’eau de chauffage,
une coupure totale du chauffage (avec maintien hors gel) par une horloge qui relance l’installation toujours au même moment le matin,
une coupure totale (avec maintien hors gel) avec une relance optimisée « just in time » !

Économie par rapport au fonctionnement continu
Mode de ralenti	Isolation	500 m^²	2 000 m^²	4 000 m^²
Abaissement de température d’eau
–	peu isolé	12,5 %	11,4 %	10,8 %
	bien isolé	11,7 %	10,9 %	10,3 %
	très isolé	10,2 %	9,5 %	8,3 %
Coupure (horloge)
faible inertie (150 kg/m^²)	peu isolé	37,7 %	31,9 %	29,5 %
	bien isolé	33,8 %	29,6 %	26,6 %
	très isolé	26,5 %	22,6 %	17,0 %
forte inertie (400 kg/m^²)	peu isolé	37,5 %	28,0 %	25,0 %
	bien isolé	30,6 %	25,2 %	22,0 %
	très isolé	21,9 %	18,2 %	13,7 %
Optimiseur
faible inertie (150 kg/m^²)	peu isolé	38,5 %	33,4 %	31,2 %
	bien isolé	35,0 %	31,4 %	28,7 %
	très isolé	28,6 %	25,1 %	20,1 %
forte inertie (400 kg/m^²)	peu isolé	38,2 %	31,2 %	28,6 %
	bien isolé	33,4 %	28,7 %	25,8 %
	très isolé	25,6 %	22,2 %	17,6 %

Prenons un ancien bâtiment lourd (fort inerte) et peu isolé, de 2 000 m². Ce bâtiment consomme 45 000 litres de fuel par an. Le gain possible en passant d’un abaissement nocturne à une coupure complète s’élève à :

45 000 [litres/an] x 28 [%] / (100 [%] – 11,4 [%]) = 14 221 [litres/an]

Pour tenir compte de l’éventuelle faible reproductibilité des pourcentages d’économie repris ci-dessus, on peut examiner le problème sous l’angle de la rentabilité de l’investissement.

Les modifications de régulation proposées pour passer d’un abaissement à une coupure nocturne ont un coût voisin de 750 € (à confirmer par devis, au cas par cas).

Avec un prix du fuel de 0,2116 €/litre et un temps de retour souhaité de 2 ans, cela représente une économie escomptée de :

750 [€] / 2 [ans] / 0,2116 [€/litre] = 1 772 [litres/an]

ou 1 772 [litres/an] / 45 000 [litres/an] = 4 [%]

Ceci est tout à fait faisable au vu des chiffres théoriques d’économie.

Améliorer le ralenti nocturne est donc rentable. Dès lors, il ne sert à rien d’affiner les calculs, n’hésitons pas à agir !

Les précautions

Si le thermostat d’ambiance agit directement sur la chaudière

Dans ce premier cas, il faut que la chaudière existante puisse retomber complètement en température et ensuite fonctionner à température réduite (car commandée par le thermostat d’ambiance de nuit) sans risquer l’apparition de condensation et de corrosion. Ce devrait être le cas si la courbe de chauffe agissait déjà sur la température de la chaudière.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème. Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Si un doute subsiste sur les capacités la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que le brûleur de la chaudière dont je dispose peut être commandée par un thermostat d’ambiance, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Notons qu’il faut être plus attentif avec les chaudières fonctionnant au fuel du fait de l’acidité plus importante des condensats qui peuvent apparaître.

En ce qui concerne le gaz, signalons également que l’ARGB, recommande que toutes les chaudières gaz atmosphériques soient coupées lorsqu’il n’y a plus de besoin de chauffage : les légères condensations des fumées qui résultent de la remontée en température s’évaporent rapidement.

Une exception cependant à cette règle : il faut faire attention avec les anciennes chaudières atmosphériques pour lesquelles de la condensation risque de tomber sur les rampes du brûleur et provoquer une mauvaise combustion et l’apparition d’imbrûlés.

Si le thermostat d’ambiance agit sur les vannes mélangeuses

Si la chaudière ne peut pas travailler en basse température, ce qui est le cas de beaucoup d’anciennes chaudières en acier, la coupure doit s’effectuer au niveau des vannes mélangeuses. Au passage à l’horaire de nuit, les vannes se ferment. Si la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat, les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Au moment de la relance, le régulateur repasse dans son mode de fonctionnement normal, basé sur la courbe de chauffe de jour ou sur dans un premier temps, sur une température d’eau supérieure si le régulateur possède un mode « accéléré ».

Il faudra cependant être attentif à ne pas créer de choc thermique dans la chaudière au moment de la relance. En effet, si les vannes restent fermées toute la nuit, la température de l’eau dans les corps de chauffe et les conduites va chuter aux environs de 20°C. Lorsque les vannes s’ouvrent en grand, c’est le volume d’eau des circuits qui « déboule », à une température de 20°C, vers la chaudière qui, elle, est restée chaude.

En période de coupure, les vannes mélangeuses sont fermées et la chaudière est maintenue en température.

À l’ouverture des vannes, un train d’eau froide est envoyé vers la chaudière chaude.

Le risque encouru est double :

Tout d’abord, pour les chaudières en fonte, l’arrivée de l’eau froide en contact avec la fonte chaude risque de provoquer un choc thermique, une fatigue de la fonte et à terme une rupture de la chaudière.

Ensuite la chaudière va se remplir d’eau froide qu’elle devra remonter en température. Pendant une courte période, la chaudière fonctionnera à une température d’eau risquant de provoquer une importante condensation des fumées et donc de la corrosion dans la chaudière, surtout pour les anciennes chaudières en acier fonctionnant au fuel (les condensats issus de la combustion de ce dernier sont plus acides).

Deux solutions sont possibles pour prévenir ces problèmes :

Prévoir une ouverture progressive des vannes mélangeuses. Dans ce cas, l’eau froide se mélangera progressivement à l’eau chaude, ce qui évitera une chute brutale de la température.

Exemples : en pratique.

La fonction d’ouverture progressive des vannes mélangeuses est généralement intégrée dans les nouveaux régulateurs. En cas de doute, la confirmation peut être demandée au chauffagiste et/ou au fabricant.

Dans le cas d’un ancien régulateur, on peut équiper l’installation d’un régulateur qui commandera la fermeture progressive des vannes si la température de retour chute trop bas.

Un régulateur impulsionnel à 3 points réagit à la température d’eau de retour vers la (les) chaudière(s). Si la température de retour chute en dessous de la consigne, le régulateur envoie un impulsion de fermeture à (aux) vanne(s) mélangeuse(s) et vice-versa.

Raccordement électrique du régulateur 3 points : si la température de l’eau des circuits secondaires est supérieure à la consigne de leur courbe de chauffe ou si la température de retour vers les chaudières est trop basse, une impulsion est envoyée aux moteurs des vannes mélangeuses qui se ferment d’un cran. L’ouverture des vannes n’est possible que si, simultanément, la température des circuits secondaires est trop basse et la température de retour vers les chaudières est suffisante.

On peut aussi imaginer dans le cas d’une installation existante, un système plus simple où un simple thermostat limiteur court-circuite la commande d’ouverture de la vanne si la température de retour chute en dessous du minimum requis. Cette solution ne permet pas de refermer les vannes en cas de dépassement trop important.

Un thermostat limiteur se met en série avec la commande d’ouverture de la vanne 3 voies.

La troisième solution est de décaler dans le temps le moment de la relance de chaque circuit, ce qui permet un mélange progressif de l’eau froide de l’installation à l’eau chaude. La difficulté de cette solution étant qu’en cas de changement de gestionnaire, on oublie le pourquoi du décalage des horloges les unes par rapport aux autres. L’autre inconvénient est que l’on ne contrôle pas exactement la température de retour.

Prévoir, dans les circuits primaires en boucle ouverte, un circulateur de recyclage sur les chaudières qui renvoie une partie de l’eau chaude vers la chaudière lorsque la température de retour vers celle-ci est trop basse (en dessous de 55°C). Cette solution n’est cependant pas de idéale et ne fonctionne pas pour les installations déjà équipées d’une pompe de recyclage. En effet, il faut recycler un débit équivalent au débit de l’ensemble des circuits secondaires si l’on veut obtenir une température de 55°C en mélangeant de l’eau à 20°C avec de l’eau à 90°C. Or les pompes de recyclage sont couramment dimensionnées pour recycler 1/3 du débit nominal de la chaudière.

Évaluer

Attention cependant, le dimensionnement de cette pompe de recyclage n’est pas arbitraire et un mauvais choix peut conduire à un fonctionnement erroné de l’installation. Pour en savoir plus sur les problèmes possibles.

Calculs

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

Attention, cependant, ajouter des sondes et des régulateurs sur une ancienne installation complexifie cette dernière. Cela implique d’une part une information de l’exploitant sur le nouveau fonctionnement de l’installation et d’autre part, de consigner par écrit, le mode d’emploi de celle-ci. Ce dernier point est important car les années passant ou si le personnel change, on ne saura plus à quoi servent les régulateurs et les sondes et l’installation ne sera plus gérée.

Tenant compte de cela, il vaut parfois mieux remplacer l’entièreté des anciens régulateurs par un équipement moderne permettant les différentes fonctions décrites ci-dessus.

Placement d’un optimiseur sur une installation existante

La technique de ralenti la plus performante, d’un point de vue énergétique, est l' »optimiseur« .

Il faut cependant être prudent lorsque l’on désire améliorer sa régulation en plaçant un tel équipement. En effet, celui-ci ne sera performant que s’il équipe une installation ne présentant pas de désordre hydraulique.

Exemples.

lorsque l’on dispose de pompes à vitesse variable, il est conseillé de rétrograder de vitesse durant la nuit. Cependant si l’optimiseur ne gère pas lui-même le changement de vitesse, il ne pourra jamais calculer correctement le moment de la relance puisque les caractéristiques du système ne sont pas constantes.

Ceci peut conduire à une anticipation de la relance telle qu’il n’existe plus de ralenti de nuit, bien que le responsable du bâtiment le croit effectif.

La présence d’incompatibilités hydrauliques entre les circuits peut empêcher certaines parties de bâtiment ou le bâtiment tout entier d’atteindre sa température de consigne de jour.

Ici aussi, l’optimiseur va anticiper la relance croyant erronément le moment de la relance en cause, jusqu’à ce que le ralenti disparaisse.

Dans ces deux exemples, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

Concevoir

Gestion de l’intermittence.

Améliorer le réglage des courbes de chauffe

Un mauvais réglage de courbe de chauffe sera source soit d’un manque de chaleur, soit d’une surchauffe (donc d’une surconsommation).
Chaque bâtiment doit avoir une courbe de chauffe unique, fonction :

des caractéristiques des émetteurs,
de la température intérieure souhaitée,
des caractéristiques thermiques du bâtiment.

Trouver cette courbe n’est pas évident. Il faut procéder, en hiver et en mi-saison, à des ajustements en fonction des plaintes des occupants. Ces ajustements et leur résultat doivent être consignés jusqu’à ce que la bonne courbe soit trouvée.

On l’aura compris, il ne s’agit de « tourner les manettes », au hasard, dès qu’une plainte apparaît, sans prendre note de ce que l’on a fait. Ce n’est pas non plus au chauffagiste à régler cette courbe mais bien à une personne vivant dans le bâtiment et pouvant collationner les réactions des occupants à chaque modification du réglage.

Or, bien souvent on entend : « c’est le chauffagiste qui a réglé le régulateur et nous interdit d’y toucher ! ».

Calculs	Tracer la courbe de chauffe programmée sur le régulateur.
Techniques	Pour comprendre le réglage complet d’un régulateur avec courbe de chauffe.

Régulateur climatique analogique avec possibilité de correction par sonde de compensation.

Sur certains régulateurs climatiques, il est possible de raccorder un thermostat d’ambiance de compensation. Celui-ci mesurant la température intérieure dans un local témoin, ajuste automatiquement la température d’eau de départ par rapport à la courbe de chauffe réglée. Ce thermostat peut également servir de thermostat de coupure en régime de nuit. Cette « compensation » permet de résoudre le problème du réglage fin de la courbe de chauffe.

Elle pose cependant certains problèmes :

Son efficacité est liée au choix correct du local témoin, pour peu qu’il soit possible. C’est pourquoi une sonde de compensation ne peut pas être placée si le circuit dessert des locaux d’orientation différente ou avec des gains internes différents.

Elle ne fonctionne correctement que si la courbe de chauffe est déjà presque bien réglée. En effet, la plage de compensation est volontairement réduite pour éviter l’influence de comportements inadéquats des occupants du local témoin (ouverture des fenêtres, « occultation du thermostat », …).

Concevoir

Régulation des circuits de distribution.

Placer des vannes thermostatiques

Vanne thermostatique.

Attention, les vannes thermostatiques ne sont pas la « panacée universelle », et ne permettent pas de résoudre toutes les situations de confort et de surconsommation.

Il est important d’en comprendre le fonctionnement pour en cerner l’utilité.

En résumé, une vanne thermostatique permet de limiter la puissance d’un corps de chauffe dans des locaux où les apports de chaleur (ensoleillement, occupation importante, bureautique, éclairage, …) sont supérieurs aux autres, variables et conduisent à des problèmes de surchauffe locale.

Exemple.

Par exemple, il faut préparer de l’eau pour l’ensemble des radiateurs de classes. Si dans un local 8 élèves sont présents, il doit faire bon. Si dans le local voisin 25 élèves sont présents, la température risque de s’élever rapidement (25 élèves x 100 Watts/élève = 2 500 Watts, soit l’équivalent d’un radiateur moyen chauffé à 80° !). Il est impératif de couper le chauffage dans ce local. On arriverait aux mêmes conclusions avec l’apport solaire par de larges baies vitrées.

Et c’est là qu’intervient la vanne thermostatique, comme régulatrice finale des apports.

Attention : elle ne peut agir que dans le sens de la réduction ! Aussi, il sera utile d’ajuster la régulation centrale sur les locaux les plus exigeants (locaux de coin, locaux sous la toiture, …).

Il existe sur le marché, des vannes qui peuvent s’adapter à la plupart des publics :

locaux où les occupants sont capables de gérer eux-mêmes le réglage des vannes (bureaux individuels, de 2 .. 3 personnes),
locaux où les occupants ne se sentent pas responsable du réglage (classes),
locaux où les vannes peuvent subir des détériorations (salles de sport, lieux publics, ….).

Il ne faut donc pas systématiquement rejeter cette solution sous prétexte que le public ne saura pas la gérer. Si un doute subsiste quant à la résistance mécanique par rapport au public visé, un essai peut être mené avec une ou deux vannes, avant de se lancer dans l’installation complète.

Il est clair que si on opte pour les vannes les plus simples dont le réglage est laissé à l’occupant, une information de ce dernier sera nécessaire, pour que le résultat escompté soit atteint.

Gérer

Pour télécharger des affiches de sensibilisation des occupants à l’utilisation des vannes thermostatiques.

Le gain

Ici aussi, il est impossible de chiffrer précisément le gain énergétique que l’on peut escompter du placement de vannes thermostatiques, ne fut-ce que parce qu’il est impossible de chiffrer précisément la situation de départ.

On peut cependant, par un rapide calcul, estimer l’intérêt de cette amélioration.

Exemple.

Ordre de grandeur : un degré de trop dans un local = 7 .. 8 % de surconsommation !

Prenons un immeuble de bureau de 1 000 m² dont la consommation annuelle est de 15 000 litres de fuel par an.
Dans la salle de réunion de 60 m², occupée 6 h/jour, 250 jours par an, il fait systématiquement 22°C au lieu de 20°C.
Quel est l’ordre de grandeur de l’économie que l’on peut réaliser en plaçant des vannes thermostatiques dans cette salle ?

« A la grosse louche » :

> Consommation de combustible imputable à la salle :

15 000 [litres/an] / 1 000 [m²] x 60 [m²] = 900 [litres/an]

> Estimation du pourcentage d’économie lié au placement de la vanne : réduction de 2 K en journée et de 1 K la nuit et le week-end (après la coupure du chauffage, la température intérieure reste plus chaude la nuit, suite à l’augmentation de la température intérieure le jour). Prenons 1,5 K en moyenne.

Économie réalisable par des vannes thermostatiques : 900 [litres/an] x 8 [%/K] x 1,5 [K] = 108 [litres/an] ou 32 [€/an] (à 0,30 [€/litre fuel]).

Économie à laquelle il faut rajouter l’amélioration du confort.

Le coût d’une vanne est de l’ordre de 12,5 .. 25 € pour une vanne thermostatique traditionnelle ou 25 .. 37,5 € pour une vanne « incassable ». Hors placement.

Le temps de retour réel dépend du nombre de radiateurs à équiper dans le local !

Précautions

Le placement de vannes thermostatiques dans un bâtiment demande certaines précautions.

Placement d’une soupape différentielle

Lorsqu’une vanne thermostatique se ferme, le débit d’eau est arrêté dans la branche qui va vers le radiateur. C’est comme lorsqu’un enfant bouche de son pouce l’embouchure du jet d’une fontaine, … les autres jets sortent plus fort ! En fait, c’est la pression qui monte dans le réseau et tous les autres radiateurs voient leur débit augmenter. Toutes les autres vannes vont se fermer un peu plus…

Imaginons que vers midi quelques vannes soient encore ouvertes : elles reçoivent toute la pression de la pompe, elles ne s’ouvrent que d’une fraction de millimètre… et se mettent à siffler !

Une vanne thermostatique ne doit pas sentir si sa voisine vient de se fermer. Il est donc utile de stabiliser la pression du réseau. C’est le rôle de la soupape à pression différentielle. Placée après le circulateur, elle lâche la pression lorsque les vannes se ferment. En quelque sorte, elle « déverse le trop plein vers le retour ».

Placement d’une soupape différentielle sur le départ du circuit pour compenser la fermeture des vannes thermostatiques.

Encore faut-il pouvoir calibrer le niveau de pression maintenu entre le départ et le retour… Si l’installation est nouvelle, le bureau d’études connaît la pression nominale nécessaire. Si l’installation est ancienne, on ne pourra y aller que par essai successif en diminuant progressivement la pression. La pression manométrique du milieu de la courbe du circulateur (voir catalogue du fournisseur) est également une indication.

Une solution d’aujourd’hui : le circulateur à vitesse variable

Courbes caractéristiques d’un circulateur à 3 vitesses.

Force est de constater que la solution de la vanne à pression différentielle n’est pas très élégante ! Créer une pression à la pompe et la lâcher juste après, sur le plan énergétique, c’est un peu pousser sur l’accélérateur et le frein en même temps !

Actuellement, il est possible d’installer un circulateur à vitesse variable : la vitesse est régulée de telle façon que la pression du réseau reste constante. Si seulement quelques vannes sont ouvertes, il tournera à vitesse réduite. L’achat d’un circulateur avec régulateur de vitesse intégré est rapidement amorti durant l’exploitation car la consommation évolue en fonction du cube de la vitesse: une vitesse réduite de moitié, c’est une consommation électrique divisée par 8 !

Améliorer

Pour en savoir plus sur le placement de circulateurs à vitesse variable.

Vannes thermostatiques et thermostat d’ambiance

Un local abritant un thermostat d’ambiance ne peut jamais comporter de vanne thermostatique.

En effet, si la consigne du thermostat d’ambiance est plus élevée que la consigne des vannes, le thermostat ne sera jamais satisfait puisque les vannes thermostatiques se fermeront avant.

Dans le cas d’une installation dans laquelle le thermostat agit directement sur le brûleur, cette demande entraînera le fonctionnement permanent du brûleur jusqu’à ce que la température de la chaudière atteigne sa limite haute. En résumé, la chaudière fonctionnera en permanence à haute température, ce qui est énergétiquement moins efficace.

Si le thermostat agit sur une vanne mélangeuse, celle-ci restera en permanence en position ouverte, alimentant les circuits à température maximale.

Dans les deux cas, il peut en résulter une surconsommation et des surchauffes dans les autres locaux.

À l’inverse, si la consigne du thermostat est plus basse que la température de consigne des vannes thermostatiques, ces dernières resteront en permanence ouvertes en grand et deviennent donc inutiles.

En résumé, si un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques sont présents dans un même local, ces dernières doivent en permanence être ouvertes au maximum pour permettre au thermostat de jouer son rôle pleinement.

Vannes thermostatiques et circuits corrodés

« Les vannes thermostatiques se bloquent souvent ! »

Voici un des arguments repris par les détracteurs des vannes thermostatiques.

En effet, le faible degré d’ouverture d’une vanne thermostatique (max : 2 mm), les rend sensibles aux dépôts de calcaire ou aux boues de l’installation. Leur application dans une installation existante présentant ces problèmes est donc délicate.

Ce n’est cependant pas pour cela qu’il faut rejeter d’office la solution des vannes thermostatiques. Mais au préalable, les problèmes d’entartrage et de corrosion doivent être combattus. Notons que cela devrait se faire, quels que soient les projets d’amélioration, car c’est l’ensemble de l’installation qui est en péril, y compris les chaudières :

suppression des fuites,
vérification ou modification du système d’expansion,
désembouage,
analyse et traitement d’eau,
….

Améliorer

Pour en savoir plus sur la surveillance d’une installation pour prévenir la corrosion et l’entartrage.

Vannes thermostatiques bloquées en début de saison de chauffe

Il faut éviter de laisser une vanne complètement fermée durant une longue période (c’est valable aussi bien pour une vanne thermostatique que pour une vanne manuelle), par exemple durant tout l’été.

En effet, la pression exercée sur le clapet de fermeture est telle que la vanne risque de rester « collée » lorsque l’on désirera l’ouvrir à nouveau.

Il est donc conseillé de toujours maintenir une certaine consigne à la vanne, par exemple en la réglant sur la position « antigel ». Dans ce cas, en été, elle se fermera, mais avec une pression nettement moindre que si elle est fermée manuellement.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix d’une vanne thermostatique.

Concevoir

Régulation locale.

Réguler l’installation par zones homogènes

Situation fréquente : les besoins des locaux ne coïncident pas avec le découpage du réseau hydraulique !
Disposer de circuits hydrauliques distincts est indiqué lorsque :

Certains locaux profitent de beaucoup d’apports de chaleur gratuits (ensoleillement,…).
Certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation normale (salle de sport ou internat dans une école, salle de réunion, conciergerie, …).
Certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée (salle de conférence, réfectoire, bibliothèque,…).

Que faire pour améliorer la situation si le bâtiment ne dispose que d’un seul circuit de chauffage ?

Situation 1 : certains locaux profitent d’apports gratuits importants

Les façades Nord et Sud sont alimentées par de l’eau à la même température. Des surchauffes apparaissent dans les locaux Sud dès l’apparition du soleil… mais les locaux Nord restent demandeurs. La régulation dite « de la fenêtre ouverte » est adoptée par les occupants du Sud !

Trois améliorations sont possibles :

Soit le placement de vannes thermostatiques sur tous les radiateurs au Sud.
Soit le placement sur le circuit de distribution de vannes de zones : ce sont des vannes 2 voies modulantes, commandées par une sonde d’ambiance située dans un local témoin.

Vannes 2 ou 3 voies motorisées.

Soit une modification du réseau de tuyauteries de telle sorte que chaque façade dispose de sa propre vanne trois voies.

Solution	Avantages	Inconvénients
Vannes thermostatiques	Gestion individuelle avec prise en compte des situations particulières de chaque local.	Chaque radiateur doit être équipé d’une vanne. Collaboration nécessaire des occupants (tentures, manteaux, … recouvrant les vannes).
Vannes de zones	Peu de vannes à installer si le nombre de circuits à gérer est faible.	Multiplication des vannes si le bâtiment est équipé de nombreuses colonnes montantes. Difficulté de choix du ou des locaux de référence. Pas de prise en compte des situations particulières (locaux avec beaucoup d’occupants, matériel de bureautique,…). Nécessité d’une collaboration des occupants du local de référence (ne pas ouvrir les fenêtres, ne pas changer la consigne, ne pas cacher la sonde par une affiche !).
Un nouveau circuit par façade	Indépendance des zones.	Travaux lourds. Pas de prise en compte des apports gratuits dus aux occupants (par exemple, si une classe est remplie, le chauffage doit pratiquement s’arrêter).

Une demande de prix à un installateur permettra de trancher entre les solutions.

Exemple.

Le chauffage est distribué par plateau

Situation de départ

> Solution : vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud

Situation de départ

> Solution : nouveau circuit sud au départ de la chaudière ou du collecteur

Le chauffage est distribué par colonnes montantes

Situation de départ

> Solutions :

vannes 2 voies modulantes sur chaque colonne montante de la façade sud avec un ou plusieurs locaux témoins,
nouveau collecteur reprenant toutes les colonnes de la façade sud,
vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud.

Situation 2 : certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation générales

Un exemple serait la présence, dans une école d’un internat ou d’une conciergerie qui imposerait un chauffage permanent de l’ensemble des bâtiments. A nouveau, deux solutions coexistent :

La création de branches distinctes pour alimenter des zones aux besoins si différents.
La séparation totale des circuits, avec le placement d’une petite chaudière spécifique pour la conciergerie ou l’ internat.

Exemple. L’évaluation de l’économie engendrée peut être évaluée grossièrement comme suit : admettons que l’école représente 80 % de la surface chauffée. La réalisation d’une intermittence de son chauffage entraînera 30 % d’économie. L’économie sur la consommation existante représente donc 30 % de 80 %, soit 24 % du total.

La deuxième solution est plus coûteuse mais la petite chaudière, avec son meilleur rendement de fonctionnement, apportera une économie supplémentaire.

Études de cas

Évaluation des installations de chauffage d’un centre d’hébergement.

Parfois, une réorganisation des horaires ou des lieux d’activités permet d’éviter de gros investissements.

Exemple. Par exemple, pourquoi ne pas essayer d’organiser la réunion hebdomadaire du club de Scrabble dans l’aile de bâtiment de toute façon chauffée pour les internes ?

Situation 3 : certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée

Exemple. Imaginons, dans une école, deux zones thermiques situées sur un même circuit : la bibliothèque qui est dans l’aile des classes primaires. Elle n’est utilisée que deux fois par semaine sur le temps de midi, or la surface chauffée n’est pas négligeable …

Il faut analyser le type de raccordement des radiateurs.

> Cas 1 : tous les radiateurs du local sont situés sur une même conduite, en série et en bout de circuit

Dans ce cas, une simple vanne deux voies peut se placer sur la conduite départ vers les radiateurs. Elle est commandée par un thermostat présent dans un local témoin, thermostat comprenant une programmation horaire des températures. Dans l’exemple, deux heures avant l’ouverture de la bibliothèque, la vanne s’ouvrirait pour réchauffer le local. Une température minimale hors activité serait prévue pour éviter tout risque de gel. Si les radiateurs des classes primaires sont équipés de vannes thermostatiques, les radiateurs de la bibliothèque pourront rester avec leurs vannes ordinaires, toutes ouvertes, la régulation étant assurée par la vanne deux voies. Le coût du matériel à placer s’élève à environ 300 €.

> Cas 2 : les radiateurs du local sont situés sur des conduites distinctes

Dans ce cas une action peut être menée sur chaque vanne thermostatique,

Soit en plaçant des vannes thermostatiques programmables indépendantes. Leur prix de revient est de 100 € plus élevé que les vannes traditionnelles. Il faut également penser que les vannes thermostatiques sont fragiles (par rapport aux vannes institutionnelles) et qu’une personne de confiance doit être responsable de la programmation. Cela colle donc très bien pour la bibliothèque, beaucoup moins pour le local des scouts, malgré qu’il soit lui aussi à usage périodique.

Vanne thermostatique programmable : la tête est « trompée » par l’alimentation d’une résistance chauffante électrique. Lorsque le chauffage doit être coupé, la résistance chauffe le corps sensible de la vanne, celle-ci croit qu’il fait chaud dans le local et bloque l’alimentation du radiateur en fonction d’une horloge.

Soit en plaçant sur chaque alimentation de radiateur, une vanne servomoteur tout ou rien, régulée par un thermostat d’ambiance unique pour toutes les vannes. Si le régulateur revient à 200 €, le prix d’un servomoteur est d’environ 50 €. Si la bibliothèque dispose de 4 radiateurs répartis sur des circuits différents, le supplément de régulation est de 200 + 50 x 4 = 400 €.

Découvrez ces 2 exemples de régulation du chauffage : le Collège Saint Paul de Godinne et le Lycée « La retraire » à Bruxelles.

Posted By : 25 Sep, 2007

Doubler le châssis

Voici un exemple dans le cadre de la rénovation d’un bâtiment existant :

Photo bâtiment. Photo châssis interieur.

Vue extérieure et intérieure de la façade après rénovation.

Cette opération peut être réalisée non seulement pour améliorer les performances thermiques de la fenêtre, mais aussi en cas de besoin d’un haut niveau d’isolation acoustique (aux bruits aériens).

Doublage du châssis existant par un nouveau châssis pourvu de vitrage isolant.

Dans le cas d’un placement du côté intérieur, l’ancien châssis forme une première barrière à la pluie et au vent, tandis que le nouveau assure la fonction d’étanchéité au vent et d’isolation thermique et/ou acoustique. Il est recommandé de prévoir un drainage correct de l’espace entre les deux châssis. Ce drainage servira d’évacuation des condensats éventuels et d’orifice de ventilation.

Améliorations énergétiques

Pour améliorer les performances énergétiques, la pose d’un double châssis se justifie lorsqu’on désire conserver le caractère architectural des façades et que les châssis existants, encore en bon état, ne permettent pas d’envisager la pose d’un vitrage isolant. Le châssis intérieur sera cependant, toujours visible de l’extérieur sauf si un voile (rideau) est placé entre les deux châssis. Cette solution est relativement onéreuse, en effet il faut pouvoir investir dans le placement d’un châssis vitré supplémentaire à ceux pré-existants.

La résistance thermique de l’ensemble de l’équipement est équivalente à la somme de la résistance thermique de la couche d’air entre les châssis (0,17 m².K/W) avec les résistances thermiques de chaque châssis. Cela donne des valeurs très appréciables surtout si le nouveau châssis est thermiquement très performant.

Améliorations acoustiques

Le double châssis se comporte comme un système acoustique du type MASSE/RESSORT/MASSE. La lame d’air entre les châssis jouant le rôle de ressort, permet d’absorber les vibrations sonores. L’espace entre les châssis doit former un ressort suffisamment souple de façon à empêcher le système de faire entrer les verres en résonnance.

L’isolation acoustique sera donc d’autant meilleure que l’espace prévu entre les deux châssis est grand.

On rencontre ce genre de dispositifs :

Châssis double en matière plastique et en bois.

Posted By : 25 Sep, 2007

Exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation

Avertissement !

Le calcul détaillé des puissances sonores et des atténuations créées par chaque composant d’une installation dépasse la portée de cet outil. Nous nous contentons de reprendre ici les résultats d’un calcul développé dans le document très complet :
« Protection acoustique dans les installations du bâtiment » – Office fédéral des questions conjoncturelles, 3000 Berne, 1989″ où il peut être obtenu (adresse suffisante).

L’installation permet la ventilation d’une salle de réunion. On souhaite réaliser un niveau sonore global pondéré de 35 dB(A), quitte à insérer un silencieux supplémentaire.
Voici les détails techniques de l’installation :

Le ventilateur : radial, avec pales incurvées en arrière, débit = 2 000 m³/h, pression = 200 Pa, vitesse = 1 500 tr/min.

La bouche : grille murale avec lamelles réglables, section libre de 75 %, position d’étranglement ouvert 50 %, montage au milieu d’une paroi sous le plafond.

Le local : volume 450 m³, temps de réverbération de 1 sec à 1 000 Hz.

Les conduits : en tôle d’acier, parties absorbantes avec revêtement intérieur de 25 mm de laine minérale.

Le coude : avec tôles de guidage.

Résultats

Les bruits générés
(puissances acoustiques créées par l’écoulement, en dB)

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Bouche	36	36	35	31	24	14
Gaine 1	6	2	–	–	–	–
Gaine 2	37	34	30	26	21	15
Coude	51	47	43	37	–	–
Gaine 3	37	34	30	26	21	15
Ventilateur	72	76	69	65	59	52

Remarques.

On constate directement impact de la vitesse de l’air sur la production de bruit (la gaine 1 est parcourue à 2 m/s et la gaine 2 et 3 et parcourue à 8 m/s).

Le ventilateur est nettement le plus grand générateur de bruit, mais c’est aussi celui qui se trouve le plus éloigné par rapport aux locaux.

Heureusement que les additions de décibels sont des additions logarithmiques, sans quoi le bruit serait dramatique !

Les atténuations
(amortissements acoustiques créés par les composants, en dB)

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Local	10	10	10	10	10	10
Bouche	1	–	–	–	–	–
Gaine 1	2	2	8	18	11	7
Diffuseur	–	–	–	–	–	–
Gaine 2	6	5	3	2	2	2
Coude	0	0	3	5	4	6
Gaine 3	5	4	14	31	30	20

Remarques.

Les 10 dB d’atténuation du local correspondent au passage de la puissance acoustique de l’installation à la pression acoustique perçue au niveau de l’oreille de l’occupant ; on perçoit dès lors l’importance de l’absorption du local pour « étouffer » les bruits (la durée de réverbération ne doit pas être trop grande).

Ce sont les absorbants placés dans les gaines qui font le gros du travail.

Le niveau acoustique dans le local
Le calcul consiste à partir du local et à remonter vers le ventilateur en additionnant successivement les puissances acoustiques de chaque générateur de bruit et en retranchant toutes les absorptions successives du local et des équipements.

Exemple pour 125 Hz :

	Bruit généré	Atténuat.	Atténuation totale	Accroiss. du bruit	Bruit total
Local	–	10		0
Bouche	36	1	10	26	26
Gaine 1	6	2	11	0	26
Diffuseur	0	0	13	0	26
Gaine 2	37	6	13	24	28
Coude	51	0	19	32	33
Gaine 3	37	5	19	18	33
Ventilateur	72	0	24	48	48

Remarques.

L’atténuation d’un équipement n’est comptabilisée que pour amortir le bruit des équipements en amont, et non pour l’équipement lui-même ; exemple : le son de la gaine 2 (puissance de 37 dB) est atténué de 13 dB lorsqu’il est perçu par un occupant du local, il génère donc 24 dB (= 37-13) ; les 6 dB d’atténuation que la gaine 2 apporte n’entreront en compte que dans l’amortissement du bruit généré par le coude et les autres équipements en amont.

Les additions de bruit sont des additions nombres logarithmiques puisqu’exprimés en décibels ; exemple : les 24 dB de la gaine 2 viennent s’ajouter aux 26 dB créés par la bouche, ce qui donne 28 dB.

C’est finalement le ventilateur qui est responsable du bruit généré dans le local ; les 33 dB générés par les autres équipements sont sans importance par rapport au 48 dB du ventilateur à 125 Hz.

En faisant de même pour les autres fréquences, on obtient [en dB] :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Niveau sonore local	48	55	32	21	14	9

Résultats pondérés et analyse
Sachant que notre oreille présente une sensibilité plus faible aux basses fréquences, il est d’usage d’appliquer une pondération aux résultats en suivant les valeurs du filtre A :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Niveau sonore local	48	55	32	21	14	9
Pondération filtre A	– 16	– 9	– 3	0	+ 1	+ 1
Niveau sonore pondéré	32	46	29	21	15	10

Constat : le niveau sonore dépasse les 35 dB attendus dans le local, tout particulièrement à 250 Hz (qui correspond « au bruit de sirène » du ventilateur). Un silencieux sera requis. Il sera placé après le coude et il doit être dimensionné pour atténuer le son d’un minimum de 11 dB à 250 Hz.

Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer le vitrage seul ou une intervention partielle sur le châssis

Le remplacement d’un vitrage simple par un vitrage plus isolant

On remplacera avantageusement un vitrage simple par un vitrage isolant (double, ou double basse émissivité) dans un châssis existant pour autant que :

Ce dernier soit suffisamment solide et en bon état.
L’amélioration des qualités thermiques ainsi obtenues se justifie en regard de l’investissement consenti.

Évaluer

Pour évaluer la rentabilité d’une telle opération.

Le placement d’un vitrage isolant à la place d’un simple vitrage est une opération qui concerne principalement les châssis en bois ou en métal … En effet, la technologie des châssis en PVC étant relativement plus récente, ceux-ci seront normalement équipés depuis l’origine de double vitrage. Ce n’est cependant pas toujours le cas. Alors, on évaluera avec soin le coût de l’adaptation et l’état du châssis. Certains sont faciles à modifier car ils étaient conçus dès l’origine pour être munis de simples ou de doubles vitrages, au choix. D’autres nécessitent des adaptations plus lourdes et il sera alors probablement préférable de les remplacer.

Comment procéder ?

La feuillure du châssis existante étant rarement assez large, ni assez profonde pour recevoir le vitrage isolant, des modifications du châssis seront souvent nécessaires. Il est possible, soit :

de poser un profil d’adaptation en bois ou en aluminium
de remplacer les ouvrants du châssis

La pose d’un profil d’adaptation en bois ou en aluminium : celui-ci sera fonction du type de châssis

Avant : Châssis en bois avec vitrage simple existant.

Après : Nouveau double vitrage avec profil d’adaptation.

Remarques.
Pour éviter tout risque de détérioration du châssis et/ou du double vitrage, on prévoira toujours un drainage des feuillures du châssis, s’il n’existe pas. Il faut savoir que les condensations seront inévitables sur les profilés anciens en aluminium qui sont généralement dépourvus de coupure thermique. Il est dès lors parfois préférable de remplacer tout le châssis.

Le remplacement de l’ouvrant du châssis

Cette solution est envisageable lorsque le cadre fixe (le dormant) est encore en excellent état, mais que les ouvrants existants ne peuvent recevoir un vitrage isolant.

Inconvénient : cette solution est presque aussi onéreuse que le remplacement intégral du châssis.

Avantage : ce dispositif n’endommage pas ni la baie de fenêtre ni sa garniture.

Deux possibilités sont envisageables :

Le remplacement de l’ouvrant uniquement.
Les nouveaux ouvrants doivent s’adapter correctement au cadre existant (or des irrégularités ou des déformations peuvent exister). De plus les principes de barrières d’étanchéité au vent et à la pluie sont parfois impossibles à respecter.
Le placement d’un nouveau châssis (dormant + ouvrant) à l’intérieur du dormant existant en veillant à ce que la barrière d’étanchéité à l’eau et à l’air entre le vieux dormant et le nouveau soit correcte et continue.

Dormant du châssis existant.
Nouveau dormant (profil d’adaptation) en bois.
Nouveau ouvrant en bois ou autre matériau avec double vitrage.

Cette solution réduit la surface d’éclairement de la fenêtre et donne au châssis un aspect beaucoup plus massif.

Remarque générale importante !!

Le simple vitrage contribue à l’équilibre hygrométrique d’un local en constituant une surface où le phénomène de condensation se déroule de manière préférentielle. Dans certains cas la pose d’un double vitrage perturbe cet équilibre et entraîne la formation de condensation sur d’autres surfaces du local où elle n’est pas souhaitable : sur les châssis, les jours des baies, dans les angles des murs avec le plafond, provoquant ainsi l’altération des finitions et entraînant champignons et moisissures.

Avant la rénovation, on procédera donc à une étude judicieuse de la ventilation et du chauffage du local.

Le remplacement d’un double vitrage défectueux par un vitrage plus performant

Ce remplacement se fait :

En cas de bris ou de fêlure du vitrage.
Lorsqu’il y a formation de condensation dans l’espace entre les verres du double vitrage :
Les vitrages isolants sont habituellement garantis contre la formation de condensation interne pendant une durée de 10 ans.
Des désordres peuvent cependant apparaître bien avant en cas de pose inappropriée du vitrage, c’est à dire :
- absence de drainage de la feuillure du châssis,
- cales de pose insuffisantes ou mal placées.
Lorsque les performances thermiques obtenues en remplaçant un vitrage moins performant par un vitrage plus performant, équilibrent rapidement le budget de cette transformation.

Évaluer

Pour évaluer la rentabilité d’une telle opération.

Lors du remplacement, les différents principes suivants devront être respectés :

La feuillure du châssis existant n’est parfois pas assez large ou assez profonde pour recevoir un nouveau vitrage plus isolant (plus épais), il sera nécessaire de l’adapter avec de nouvelles parcloses.
Pour éviter tout risque de détérioration du vitrage, il faudra prévoir un drainage périphérique de la feuillure ainsi qu’un conduit d’évacuation des condensats. Et bien sûr prévoir un nombre de cales de pose suffisant et adapté au type d’ouvrant.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la machine frigorifique [Climatisation]

Les principes à suivre

Les projets d’amélioration peuvent poursuivre plusieurs objectifs :

réduire la consommation d’énergie,
limiter la pointe de puissance quart-horaire,
améliorer la maintenance de l’installation.

Objectif 1 : réduire la consommation d’énergie de l’installation frigorifique

Prenons l’exemple d’une installation où l’évaporateur refroidit la boucle d’eau glacée alimentant les ventilo-convecteurs. Il est possible d’envisager 3 niveaux d’intervention : le local, la boucle d’eau glacée et la machine frigorifique (chiller).

La mesure la plus évidente consiste à réduire le besoin de rafraîchissement des locaux, entraînant de facto la mise au repos du compresseur !

Améliorer	Rehausser la température intérieure.
Concevoir	Installer des stores extérieurs
Évaluer	Limiter les puissances d’éclairage.
Gérer	Limiter les débits de ventilation.

La diminution des pertes en ligne du fluide réfrigérant ou de l’eau glacée constitue un deuxième axe de réflexion : isolation des conduites, augmentation de la température du réseau d’eau,…

Pour diminuer le travail du compresseur, il faut diminuer le taux de compression, entre la pression d’évaporation et la pression de condensation. Or la thermodynamique nous montre que ces pressions de fluide frigorigène correspondent toujours à des niveaux de température du fluide. Diminuer le travail du compresseur, c’est donc diminuer l’écart de température entre évaporateur et condenseur. En pratique, on cherchera donc à augmenter la température à l’évaporateur (utiliser de l’eau glacée moins froide) et à diminuer la température au condenseur (profiter d’un air refroidisseur à plus basse température).

3°C en plus à l’évaporateur, c’est 10 % de consommation en moins.

3°C en moins au condenseur, c’est 10 % de consommation en moins.

Ces valeurs sont des valeurs moyennes; la diminution de consommation suite à la hausse de la température à l’évaporateur est de 2 % par degré pour les compresseurs à piston, de 3 % par degré pour les compresseurs centrifuges et de 4 % par degré pour les compresseurs à vis (source : « Energy Audit of building systems », M. Krarti, CRC Press).

Ces modifications seront faites en concertation avec le constructeur du matériel, car chaque machine est conçue pour fonctionner dans des plages données. De plus, la responsabilité du constructeur sera dégagée si les paramètres de fonctionnement sont modifiés sans son accord.

Limiter le fonctionnement du compresseur à charge réduite car en dessous de 20 % de sa puissance nominale, le rendement de production de froid d’une machine frigorifique s’écroule ! Par un fractionnement de la puissance installée, par un entraînement à vitesse variable, … il faut adapter la puissance à la demande.

On peut également chercher les solutions qui permettraient de se passer de l’installation frigorifique ! On pense tout particulièrement aux périodes d’hiver ou de mi-saison pour lesquelles un by-pass de l’installation peut être envisagée : ce sont les techniques de « free chilling ».

Il est également possible de préchauffer l’eau chaude sanitaire ou l’air de ventilation : ce sont les techniques pour récupérer la chaleur évacuée au condenseur.

Objectif 2 : réduire la pointe de courant électrique appelée par l’installation

On sait que les bâtiments climatisés ont avantage à bénéficier de la tarification électrique dite « horo-saisonnier ». Mais celle-ci pénalise certaines heures de la journée (tout particulièrement les « heures de pointe » en hiver). Et tous les tarifs privilégient la consommation d’électricité nocturne.

Évaluer

Pour en savoir plus sur le tarif de la facture électrique.

Aussi, une gestion de la charge par délestage ou par déplacement des périodes de fonctionnement doit être étudiée. C’est dans ce but de produire du froid la nuit que sont installés des bâches d’eau glacée ou des bacs à glace. Un étalement de la charge frigorifique est ainsi réalisé et permet dès lors un sous-dimensionnement de la puissance installée et un fonctionnement plus régulier des compresseurs. Elle sous-entend malheureusement des pertes énergétiques supplémentaires suite au stockage du froid. Cette technique est intéressante par le lissage du profil de la consommation électrique.

Gérer	Pour en savoir plus sur le délestage.
Gérer	Pour en savoir plus le déplacement des périodes d’utilisation.

Remarque : les pompes de circulation des groupes froids sont souvent surdimensionnées. Le réseau d’eau glacée doit fonctionner avec un écart de température de l’ordre de 5K (ex : départ 7° – retour 12°). Si, par temps très chaud, le régime 7° -12° tourne en réalité à 7° – 9°, le surdimensionnement de la pompe dépasse 2. Or, les puissances étant proportionnelles au cube des débits, un surdimensionnement par 2 entraînera une consommation multipliée par 8 !
Pour réaliser ces économies potentielles d’électricité, on pensera à adapter les vitesses aux besoins.

Objectif 3 : améliorer la maintenance de l’installation

L’amélioration de la régulation peut également avoir pour objectif de privilégier le bon fonctionnement du matériel, en diminuant ainsi le risque de panne et en améliorant la longévité du matériel.
Contrôler la surchauffe, vérifier le sous-refroidissement, mesurer l’intensité électrique appelée, …

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Un secret dans ce domaine : si l’installation a été bien mise au point initialement, la meilleure solution consiste à mesurer tous les paramètres de l’installation et à les comparer d’année en année. C’est « par rapport à elle-même » que l’on peut au mieux juger la qualité d’une installation frigorifique.

Gérer la durée de fonctionnement de l’installation frigorifique

À l’image d’un moteur diesel, une installation frigorifique sera d’autant plus efficace qu’elle travaille sur des longues périodes, sans arrêts successifs.

Programmation horaire

A l’aide d’une horloge, il est utile de minimiser le temps de marche du système de réfrigération en fonction des périodes d’occupation du bâtiment et de la charge de refroidissement. Si l’on dispose d’un système de régulation numérique, il peut être encore plus utile de rendre ces temps de fonctionnement dépendants de la température extérieure. Par période de forte chaleur, on pourra alors laisser fonctionner les équipements 24h/24.

Attention : l’horloge ne doit pas redémarrer l’installation en période de tarif électrique défavorable, pour limiter le coût de la pointe quart-horaire. Si nécessaire, il faudra anticiper la période de démarrage afin d’éviter un appel de puissance anormal.

Seuil de fonctionnement en fonction de la température extérieure

Il est possible de n’enclencher le groupe de froid que pour un seuil de température extérieure minimal suffisant. Par exemple, la machine frigorifique ne peut s’enclencher que si la T°ext dépasse 13°C. Ce verrouillage par un thermostat peut bloquer l’enclenchement en période de mi-saison, s’il est remarqué que la surchauffe intérieure est passagère et sera traduite en économie de chauffage une fois le soleil reparti.

On vérifiera préalablement que des besoins non liés à la température extérieure ne sont pas présents.

Une telle action peut également se concevoir pour le deuxième compresseur mis en cascade. Il est utile de l’empêcher de démarrer le lundi matin pour 1/4 d’heure !

Coupure de l’alimentation des carters des compresseurs à pistons

Il est intéressant de couper l’alimentation du chauffage des carters pendant la période d’arrêt de la réfrigération. Il s’agit d’une puissance de l’ordre de 100 Watts généralement, qui est mise en service à l’arrêt du compresseur. Tout l’hiver, ces 100 Watts seront donc consommés inutilement.

Attention : une période de chauffage du carter de 24 h est nécessaire avant le démarrage du compresseur, pour préchauffer l’huile. À défaut, des dégâts sérieux peuvent être occasionnés au compresseur.

Pour être complet, signalons que certains considèrent que ce chauffage permanent évite que de l’humidité ne corrode les parties électriques du compresseur. On consultera donc le fournisseur du matériel avant de prendre une décision.

Limiter les pertes des réseaux

Stopper la circulation d’eau glacée dans les circuits non demandeurs en hiver, dans les bâtiments où une partie du réseau doit fonctionner toute l’année.

Si les besoins de froid d’hiver sont limités à un local ou un ensemble déterminé de locaux, refroidir ces locaux par un système indépendant (ex: utilisation des splits de secours présents dans le local informatique pour arrêter le système de refroidissement principal pendant l’hiver : c’est lui qui sera le secours en cas de défaillance des splits).

Stopper les installations la nuit et les W-E, si pas de besoin

Cette proposition doit être étudiée avant d’être appliquée.

Si le bâtiment est très peu inerte, l’installation doit être stoppée la nuit. Le refroidissement naturel nocturne sera favorable (il peut même être favorisé par une ventilation nocturne accélérée, si des taux horaires de renouvellement d’air supérieurs à 4 sont possibles). Tout arrêt nocturne entraîne systématiquement des économies énergétiques puisque les pertes de maintien sont annulées. Et ceci, même si ultérieurement il faudra remettre la boucle d’eau glacée en régime.

Concevoir

Pour en savoir plus sur l’ exploitation du pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur.

Par contre, un bâtiment très inerte accumulera dans ses parois une quantité importante de chaleur. Un fonctionnement nocturne de la climatisation (à bas prix du kWh électrique) permettrait de le décharger de la chaleur excédentaire avant le début de la journée suivante. A défaut, la chaleur devra être évacuée au matin, entraînant une puissance appelée supplémentaire.

Remarque : couper l’installation par périodes de fortes chaleurs pourrait poser problème (sauf réserve de puissance importante pour la relance, condenseur surdimensionné,… ). Autrement, au moment de réenclencher, le pressostat de la haute pression risque de déclencher car la demande est trop importante…

Augmenter la température de départ de la boucle d’eau glacée

D’abord une maintenance de l’installation

L’évaporateur doit être régulièrement détartré. La meilleure indication consiste à suivre l’écart entre la T°évaporation et la T°eau glacée.

Valeur test

En général, si l’écart entre T°évaporation et la T°eau sortie évaporateur > 6 à 7 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si l’écart subsiste après le nettoyage, il faut envisager l’extension de la surface de l’évaporateur.

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Un régime de fonctionnement adapté à une période canicule !

Le bureau d’études a dimensionné l’installation afin de répondre aux conditions extrêmes de température extérieure (+/- 32°C) et d’ensoleillement (ciel serein). Par exemple, il a prévu pour la boucle d’eau glacée le régime : départ 6° – retour 12°.

La boucle d’eau glacée circule dans un bâtiment à 22°…24°C. Elle présente donc des pertes tout au long de son parcours. En rehaussant la température de départ de l’eau, on diminue le Delta T° et donc les pertes.

De plus, l’air ambiant condense en dessous de 12°C environ. Beaucoup d’énergie du compresseur est donc consacrée à déshumidifier l’air dans les échangeurs, déshumidification qui n’est pas toujours nécessaire (on parle d’une consommation de chaleur latente). Faire travailler l’eau froide au régime 12° – 18° est beaucoup plus efficace. Mais la puissance frigorifique de l’échangeur diminue puisque le delta T° diminue … Il faudra donc surdimensionner l’échangeur du ventilo-convecteur, par exemple. Donc un investissement plus élevé au départ, mais un coût d’exploitation nettement plus faible ensuite durant toute la durée de vie de l’appareil.

Un ventilo-convecteur fonctionnant au régime 6°-12° consomme environ 30 % de son énergie pour déshumidifier l’air ambiant…

Comment augmenter la température du régime d’eau glacée ? Diverses adaptations de l’installation sont possibles afin de mieux « coller » aux besoins variables.

Partons d’une installation correctement dimensionnée pour vaincre la demande extrême.

1ère possibilité : réaliser une température glissante sur le départ de l’évaporateur

Imaginons que la charge thermique du local n’atteigne que la moitié de la charge nominale. La vanne va progressivement se fermer jusquà ne laisser passer (en première approximation) que 20% du débit d’eau à 6°C.

On pourrait dès lors remonter le départ d’eau de la machine frigorifique à 9°C. La vanne s’ouvrirait à 33%.

On voit qu’il reste de la marge de fonctionnement à l’équipement puisque seul un départ à 12°C donnerait une vanne totalement ouverte.

En réalité, la vanne ne serait pas encore totalement ouverte car l’échangeur augmente d’efficacité suite au fait qu’il ne perd moins d’énergie à déshumidifier l’air. Si de plus on prend en compte que l’échangeur est probablement surdimensionné, on est tout à fait du côté de la sécurité !

Conclusions : on peut sans crainte adopter le régime suivant pour le départ de l’eau froide : 6° en été, 9° en mi-saison, 12° en hiver. Le plus simple est de tester le fonctionnement avec ces valeurs… et de les augmenter l’année suivante encore, s’il n’y a pas de plaintes !

Remarque : Pour que cette solution convienne, il faut :

Que le profil de consommation du bâtiment soit lié à l’évolution de la température extérieure. En climatisation, c’est le cas lorsque les besoins de réfrigération sont ceux liés au traitement de l’air neuf. Par contre, les apports dus aux machines, à l’éclairage, aux personnes sont constants. Quant aux apports solaires, ils sont en moyenne liés à l’évolution de la température extérieure pour les façades Est et Ouest (c’est en été que température et soleil sont au maximum), de même que pour les apports des surfaces vitrées horizontales. Par contre, sur une façade Sud, le soleil est plus important en mars qu’en juillet !

Que tous les échangeurs (ventilos, par exemple) du circuit puissent fonctionner dans ces conditions.

Avoir des compresseurs qui autorisent une température d’évaporation suffisamment élevée et disposer d’une régulation de commande disponible (certaines machines « standards » ne donnent pas accès à la modification de la température d’eau de départ –> consulter le fabricant).

En fait, agir sur la température de départ de l’eau glacée suppose une bonne connaissance de son installation et de l’origine des apports à vaincre. Par exemple, il sera très utile de suivre l’évolution de l’écart de température (départ – retour) de l’eau glacée durant l’année : un départ 6° – retour 8° en hiver suivi d’un régime 6° – 11° en été est signe qu’il est possible de remonter la température de départ en hiver, puisque les besoins sont faibles.

En mi-saison, l’installation pourra toujours répondre à un apport solaire momentané, mais proportionnellement avec une puissance maximale plus faible puisque la température de départ de l’eau glacée sera plus élevée. Cette régulation peut se faire, soit manuellement (2 ou 3 adaptations par an), soit automatiquement. Dans ce cas, il faudra trouver l’emplacement du capteur qui sera fidèle des besoins de l’installation (sonde extérieure, par exemple).

Parallèle avec le chauffage des bâtiments : on ne régule pas l’installation avec les seules vannes thermostatiques. Un régulateur avec courbe de chauffe adapte d’abord la température de départ en fonction de la sonde extérieure.

Exemple d’application : les centres informatiques

L’évolution actuelle de la performance de l’équipement informatique entraîne généralement une baisse des consommations d’énergie et donc des puissances thermiques à évacuer. Si jadis on dimensionnait à plus de 400 W/m², on table actuellement sur 150 W/m². Les anciennes installations, à présent surdimensionnées, verront donc favorablement leur température de départ d’eau glacée augmenter. À noter : attention à la puissance des ventilateurs, prévus pour transporter la puissance d’origine, car ils risquent de constituer à présent une partie importante de la charge frigorifique !

2ème possibilité : réaliser des réseaux distincts avec une modulation par vanne 3 voies sur chaque départ

Si l’installation comporte plusieurs types de locaux dont les besoins sont différents, cela se complique !

Par exemple, imaginons qu’il existe un local informatique (avec des besoins constants toute l’année) et dont la puissance de l’émetteur est juste suffisante : il devra toujours être alimenté à 6°. Si par ailleurs, plusieurs locaux de bureaux plein sud avec larges baies vitrées présentent des besoins liés à la température extérieure et à l’ensoleillement, une modulation de la température de départ de ce circuit sera intéressante.

On peut alors réaliser des circuits différents commandés à des températures différentes, via des vannes trois voies motorisées. Ici, on ne modulera que la température du circuit « bureaux ».

Parallèle avec le chauffage des bâtiments : il apparaît normal de séparer les circuits en zones thermiquement homogènes (façade Sud, façade Nord,…), puis de moduler la température de départ de chaque circuit en fonction des besoins de la zone qu’il alimente. Ne disposer que d’une seule boucle d’eau glacée à 6°, c’est un peu comme si le chauffage n’était alimenté que par une seule boucle à 90°…!

Remarque : si les émetteurs sont équipés de vannes 2 voies pour régler leur débit, une régulation d’ensemble par la GTC (Gestion Technique Centralisée) permettrait de créer un « découpage virtuel » de l’installation et de piloter les émetteurs par groupes de locaux, en fonction de l’orientation, de l’usage, des horaires, des températures de consigne, etc…

3ème possibilité : maintenir les températures de retour les plus hautes possibles

Cette technique nécessite des éléments terminaux (comme les ventilo-convecteurs, les centrales d’air, les sous-stations, …) régulés avec des vannes deux voies (régulation par le débit). Lorsque les besoins diminuent, le débit total de la boucle diminue également. Pour maintenir la pression constante aux bornes des équipements, on utilise des pompes à débit variable pilotées soit par la température de retour qui doit toujours dépasser une certaine valeur, soit par la pression.

Par opposition à la 1ère possibilité de régulation sur sonde extérieure, on réalise ici une régulation sur boucle fermée plus fidèle aux besoins du bâtiment. Pour l’évaporateur, ce n’est plus la température de départ qui est augmentée, mais la température de retour (régime 6/14 ou 6/16 par exemple). La température moyenne de fonctionnement à l’évaporateur est augmentée, ce qui est favorable.

Remarque.

En thermique, il existe deux manières de réguler : agir sur le débit ou agir sur la température.
Moduler le débit sous-entend conserver une température constante.

En chauffage, le régime de température adopté lors du dimensionnement du matériel est élevé : généralement 90°-70°. Ceci entraîne un écart de température élevé par rapport à l’ambiance et donc des pertes de maintien élevée. On aura donc tout intérêt à réguler sur la température.

En réfrigération, par contre, le régime classique 6°-12° présente peu d’écart par rapport à l’ambiance. De plus, le débit est important (à puissance égale, il faut 4 fois plus de débit pour transporter du froid que du chaud puisque le Delta T° est 4 fois plus petit) et sa modulation est plus aisée. Si les besoins sont fort variables, on sera dès lors plus facilement tenté par une régulation sur le débit, avec une température de départ constante, une température de retour la plus élevée possible… et des économies d’énergie sur le transport de l’eau par l’utilisation d’une pompe à vitesse variable.

Cependant, un débit minimum dans l’évaporateur est requis par le constructeur, sous peine de le geler à certains endroits. L’installation devra comprendre un by-pass de recyclage.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

Vérifier la surpuissance éventuelle

Pour vérifier l’ordre de grandeur de la puissance installée, un ratio (très approximatif !) de 100 W/m² peut situer les besoins d’un immeuble de bureaux. La puissance totale du bâtiment ainsi trouvée sera multipliée par 2/3 pour tenir compte de la non-simultanéité des besoins. On peut en déduire un éventuel surdimensionnement qui renforce le besoin de découpage de la puissance.

Attention : il est possible que le gestionnaire souhaite un dédoublement de la puissance pour des raisons de sécurité (on place alors 2 machines au lieu d’une, ou deux compresseurs de 100% de la puissance raccordés sur des condenseurs indépendants). L’essentiel est alors de vérifier qu’ils ne s’enclenchent pas tous les 2 à la relance du matin pour 15 minutes…

La machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes…

Une diminution de 25 % de la puissance frigorifique du groupe ne réduit la puissance électrique absorbée que de 10 % en moyenne !

Il est donc préférable que le compresseur soit découpé en plusieurs niveaux de puissances (par exemple, via un découpage en plusieurs compresseurs).

De plus, l’enclenchement d’un grand groupe peut générer une pointe de puissance électrique importante. Ce sera particulièrement coûteux si l’enclenchement se fait en hiver, alors que le bâtiment est sous le tarif horosaisonnier !

Si l’idéal est la régulation par variation de vitesse du compresseur, la mise hors-service de cylindres est une méthode assez répandue parmi les techniques de modulation de la puissance sur une installation existante.

En pratique une vanne magnétique est posée sur la tête de culasse, ce qui rend inopérant un des cylindres qui travaille dans le vide.

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

Inconvénients

Ce réglage est énergétiquement moins favorable; les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 %, par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.

La variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance).

L’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

Mais toute intervention sur une installation existante doit avoir l’aval du constructeur (par exemple, un abaissement de vitesse peut modifier dangereusement le régime de lubrification).

Concevoir

Pour plus de détails, consultez le choix de la régulation de la machine frigorifique.

Créer un ballon tampon

En effet, le ballon tampon amplifie l’inertie thermique de l’installation, ce qui prolonge la durée de fonctionnement des compresseurs. Il permet de résoudre le problème de l’anti-court cycle (c’est à dire la temporisation du démarrage si l’installation vient de s’arrêter) et de prolonger la durée de vie du matériel en diminuant le nombre de démarrages par heure ou par jour.

On sera attentif à la position de la sonde de régulation par rapport au ballon. Par exemple, réguler le compresseur en fonction de la température du ballon-tampon lui-même est une bonne solution. En tous cas, la sonde ne doit pas se trouver en amont du ballon. Lorsque l’utilisateur démarre, le train de chaleur qu’il génère dans l’évaporateur doit être absorbé par le ballon avant que la sonde ne le détecte.

Ainsi l’inertie du ballon aura bien été valorisée.

On dimensionne un ballon tampon de telle sorte que son stockage corresponde à 5 à 10 minutes de la consommation en eau glacée.

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds

Le réglage par « injection des gaz chauds« , doit être qualifié de « pur anéantissement d’énergie ». Dans ce cas, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, il provoque un échauffement du moteur. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système hors service dans les installations existantes.

La régulation par « injection des gaz chauds » est une aberration, puisque pour maintenir le débit constant dans l’évaporateur, on « fait fonctionner le compresseur sur lui-même ». Mais cette technique évite tout risque de gel dans l’évaporateur.

Comparaison : imaginons une pompe qui vide un réservoir « bas » vers un réservoir « haut ». De peur du risque qu’elle se désamorce si elle n’a plus assez d’eau à pomper, on lui réinjecte de l’eau venant du réservoir « haut ». Ainsi elle peut continuer à fonctionner sans problème !

L’injection de gaz chauds est rencontrée en climatisation sur des groupes avec un compresseur n’ayant pas de système interne de régulation de puissance, sur des petits chillers et des systèmes à détente directe (roof-top, par exemple) : c’est absolument à proscrire.

Cette technique est présente sur le terrain puisque voici ce que nous a écrit un installateur frigoriste à ce sujet :

« Il est vrai qu’en terme de régulation le principe est évidemment à proscrire, mais il est très fréquent que nous utilisions l’injection de gaz chauds lorsque nous intervenons chez des clients qui ont très peu soin de leur installation : batteries ou filtres d’évaporateurs pas nettoyés.

Ceci afin d’éviter la formation de givre important sur les batteries,… et les problèmes d’écoulement qui s’en suivent (les bacs d’écoulement de certaines marques de climatiseurs ne peuvent contenir ce flux massif d’eau, ainsi que les pompes de relevages de condensats qui ne sont pas prévues pour évacuer autant d’eau, d’où les débordements).

Nous utilisons également l’injection de gaz chauds lorsque nous installons une unité extérieure sur deux unités intérieures et que nous n’avons pas affaire à des compresseurs inverter ou à deux compresseurs dans l’unité extérieure. Ces réalités sont très fréquentes car le coût d’installation est un critère de choix pour le client final. Nous le mettons toutefois en garde du très mauvais rendement énergétique lorsque seule une unité intérieure sur les deux est utilisée. En prévoyant l’injection de gaz chaud sur ce type d’installation, nous savons que, heureusement, dans la majeure partie du temps d’utilisation de la climatisation, les deux unités intérieures sont utilisées en même temps (chaque circuit d’unité intérieure est muni d’une vanne magnétique). »

Quels sont les indices de l’existence d’une telle régulation ? On aura des soupçons si l’on constate que le compresseur ne s’arrête pratiquement jamais. Et on vérifiera alors s’il y a présence d’équipements raccordant la haute pression (sortie compresseur) et la ligne d’aspiration (entrée évaporateur). Ensuite, on appelle le frigoriste !

Alternatives

Il faut absolument la remplacer, idéalement par la vraie solution actuelle, la variation de vitesse du compresseur (INVERTER). L’investissement est plus élevé bien sûr, mais l’économie d’énergie résultante permet d’amortir facilement l’investissement.

Une modulation de puissance par l’usage de solénoïdes pour délester certains cylindres permet des économies substantielles (consulter un frigoriste).

À défaut, prévoir 2 à 3 plus petites machines en centrale.

Augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur

Si le compresseur déclenche régulièrement par période de forte chaleur, c’est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à trop haut niveau de pression.

Le frigoriste risque malheureusement de diagnostiquer une insuffisance de puissance de l’installation (ce qui est exact) et de proposer un remplacement par un compresseur plus puissant. Mais la nouvelle installation sera surpuissante toute l’année…

Si le fabricant l’autorise, il vaut mieux augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur. La machine frigorifique pourra alors continuer à fonctionner, tout en donnant temporairement une puissance frigorifique plus faible que sa valeur nominale. L’inconfort résultant sera limité.

On étudiera également si ce n’est pas le condenseur qui est sous-dimensionné par rapport au compresseur : une augmentation de surface de condensation améliorera le rendement toute l’année.

Une supervision par régulation numérique

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années.

Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.

Il s’agit en fait une gestion globale du système qui vient se superposer à celle des équipements frigorifiques.

La régulation d’ensemble en sera fortement améliorée :

possibilité de modifier les points de consignes, les horaires de fonctionnement, …. à distance,
création d’alarme avant que les conséquences ne soient perçues de l’occupant,
possibilité de réaliser un délestage du groupe au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment,
visualisation meilleure du fonctionnement par mesure des pressions et des températures tout au long du cycle (via l’historique enregistré),
estimation des performances, de l’énergie consommée, …

Exemples.

Chez Delhaize, on met en place un délesteur de charge sur les groupe frigorifiques de telle sorte que ceux-ci ne s’enclenchent pas simultanément au démarrage des fours à pain, lorsque le bâtiment est en période de pointe électrique. L’inertie des équipements frigorifiques est telle que l’arrêt de quelques minutes ne pose pas de difficulté majeure. Et l’économie tarifaire est appréciable !
Certains régulateurs peuvent abaisser la température de consigne durant les 2 dernières heures de nuit. Les produits stockés « emmagasinent » du froid, ce qui permet de retarder l’enclenchement au tarif de jour. À noter que ce système augmente légèrement la consommation d’énergie mais permet des économies financières.

Améliorer le fonctionnement du condenseur et de la tour de refroidissement

Principe de base : abaisser la température de condensation

Abaisser la température de condensation, c’est abaisser le niveau de pression à la sortie du compresseur, c’est donc diminuer le travail de celui-ci et l’énergie qu’il consomme. On considère qu’abaisser la température de condensation de 1°C génère environ 3 % d’économie.

Abaisser la température de l’air extérieur

L’emplacement du condenseur doit éviter un réchauffement local de l’air. Par exemple, un condenseur placé sur une toiture couverte de roofing noir entraînera une surchauffe locale de l’air de plusieurs degrés en période d’ensoleillement … Le fait de répandre du gravier blanc sur la toiture et sous le condenseur sera favorable.

L’emplacement du condenseur devra éviter un ensoleillement direct de l’échangeur. Si le placement à l’ombre est impossible, le placement d’un système d’ombrage permettra d’abaisser le niveau de température.

Eviter la recirculation de l’air aspiré

Si le condenseur est situé trop prêt d’une paroi, l’air expulsé par le ventilateur centrifuge risque d’être rebouclé vers l’aspiration : de l’air chaud se mélange à l’air froid, la température de l’air d’aspiration augmente, … de même que la température de condensation.

Comment s’en rendre compte ? En se plaçant entre la paroi et le condenseur lorsque celui-ci est à l’arrêt. Au démarrage du condenseur, on ne peut sentir l’arrivée de chaleur. À défaut, on utilisera la poire à fumée.

Favoriser l’échange de chaleur

Valeur test

Pour un condenseur à eau, si l’écart entre T°condensation et la T°eau sortie condenseur > 6 à 10 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si le dT° dépasse 15 K, il faut envisager l’extension de la surface du condenseur.

Pour un condenseur à air, l’écart entre la température de condensation et la température de l’air à l’entrée doit être de l’ordre de 15 à 20 K à pleine charge. A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Remarque : pour connaître la température de condensation, lire la haute pression, et se référer tableau de correspondance température/pression du fluide frigorigène (Exemple pour le R22, R134a et R407c).

Par un nettoyage régulier des ailettes (condenseurs à air), tout particulièrement à l’automne, avec la chute des feuilles. Nettoyage à l’air comprimé (si l’épaisseur des ailettes est inférieure à 0,15mm), ou à l’eau à faible pression si présence de boues (attention à la fragilité des ailettes, diriger le jet bien perpendiculairement au condenseur).

Par un détartrage régulier des conduites (condenseurs à eau). Si une tour ouverte est installée, un adoucisseur d’eau s’impose.

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Modifier la régulation du condenseur

Nous devrions avoir des excellents rendements dans nos régions où les canicules sont rares ! La température extérieure avoisine les 12 à 20°C lorsque la clim est en route. La température de condensation devrait être de l’ordre 24 à 32°C. Mieux, certains locaux à charges internes importantes (par exemple, les salles informatiques) doivent être aussi climatisés en mi-saison ou encore en hiver. Dans ce cas, lorsque la température de l’air extérieur diminue, la capacité de refroidissement du condenseur augmente.

En théorie, c’est tout bénéfice pour le compresseur qui a moins de mal à travailler !

Et pourtant …

Problème avec les détendeurs thermostatiques

Le constructeur souhaite qu’une différence de pression minimale existe au niveau du détendeur, pour assurer une quantité de débit de fluide frigorifique suffisante dans l’évaporateur. C’est la Haute Pression qui pousse le réfrigérant à travers l’orifice de la vanne du détendeur. Il en résulte, avec une haute pression trop faible, que l’alimentation en réfrigérant est insuffisante, particulièrement au démarrage. Le compresseur aspire mais il est sous-alimenté.

La basse pression devient aussi insuffisante et le groupe se met en sécurité Basse Pression. Mais comme cette sécurité est à réenclenchement automatique, le groupe « pompe », se fatigue et finalement déclenche par son thermique.

Ce problème est renforcé en hiver… Si l’air est à 0°C, la surface d’échange devient excessive. De plus, on n’aura plus besoin de la pleine puissance frigorifique. De sorte que le condenseur sera largement surdimensionné pendant les périodes froides.

S’il fait plus froid dehors, le constructeur va diminuer le débit d’air de refroidissement (en arrêtant l’un ou l’autre ventilateur, par exemple), mais il va maintenir le niveau de pression ! en fait, la régulation des ventilateurs sera réalisée sur base du pressostat HP.

Il y a économie sur le ventilateur… mais pas sur le compresseur !

Première amélioration : travailler avec un ventilateur à vitesse variable ou une cascade de ventilateurs

Supposons que le ventilateur du condenseur fonctionne en tout ou rien, avec l’exigence constructeur de maintenir les 12 bars minimum.

Par exemple, il s’enclenche lorsque la pression monte à 16 bars et déclenche lorsque la pression descend à 12 bars. Ceci entraîne des cycles on-off « rapides » (+/- 2 min.) et une « fatigue » du moteur. En plus la mise en route brutale du ventilateur provoquera une chute soudaine de la pression et de la température de condensation. Ceci provoque à son tour une ré-évaporation du liquide resté à la même température. Les bulles de vapeur provoqués par ce phénomène peuvent perturber le bon fonctionnement du détendeur et donc de l’installation (« flash gaz »).

Si par contre, on utilise un ventilateur à vitesse variable (moteur spécial ou régulateur de vitesse de rotation externe), en plus de la réduction de consommation du ventilateur, on optimisera le fonctionnement du compresseur qui restera régulé à 12 bars (dès que la pression augmente, le ventilateur accélère; et si la charge augmente encore, c’est la pression qui augmente naturellement).

Si le condenseur dispose de plusieurs ventilateurs, on obtient un résultat similaire à partir d’une mise en cascade des ventilateurs, via un pressostat à plusieurs étages. Cette fois, la pression de condensation est stable, ce qui évite la formation de bulles de gaz à l’entrée de l’évaporateur.

Remarque : installer la vitesse variable sur les ventilateurs existants peut demander le remplacement du moteur du ventilateur.

Cas particulier

Comme le condenseur est entièrement à l’extérieur, par très basse température, c’est toute la masse métallique qui est à 0°C et, même clapets complètement fermés, le réfrigérant se condense à trop faible pression. Il faut dans ce cas rendre inopérants un certain nombre de tubes.

Pour les rendre inopérants, il suffit de remplir d’office certains tubes avec du réfrigérant liquide. Ce réfrigérant liquide sera sous-refroidi mais la surface d’échange utile du condenseur ayant fortement diminué, il ne pourra en condenser trop. Ce remplissage est obtenu par une vanne à 3 voies fonctionnant automatiquement et branchée sur un réservoir auxiliaire de réfrigérant.

Comme il faut une certaine quantité de liquide pour remplir ces tubes, il y a lieu de prévoir un réservoir et une quantité de réfrigérant suffisamment grande.

Exemple.

Un climatiseur devant fonctionner pour des températures extérieures inférieures à 17°C doit être équipé d’un ventilateur de condenseur à vitesse variable. La diminution de vitesse du ventilateur est alors commandée par un pressostat ou un thermostat placé sur le condenseur. La puissance d’échange de celui-ci est ainsi maintenue constante quelle que soit la saison.

Au minimum, le fonctionnement du ventilateur sera commandé en tout ou rien. Idéalement la vitesse sera modulée, soit en continu, soit par paliers.

Deuxième amélioration : travailler avec un détendeur électronique

Si le détendeur thermostatique travaille généralement avec une température minimale de condensation de 35°C, le détendeur électronique peut travailler avec une température minimale de condensation de 20°C !

Détendeur électronique.

Il est plus cher à l’investissement, mais ce prix est largement récupéré par l’usage de l’installation.

De plus, la présence d’un détendeur numérique permet d’optimiser la température de condensation en fonction de la charge du compresseur.

Exemple.

Voici la séquence prévue par un constructeur de régulation :

A 100 % de puissance, l’écart « température de condensation – fluide de refroidissement » est choisi à 12 K.

A 0 % de puissance, l’écart est de 4 K : la consommation du compresseur est diminuée par la baisse de pression de condensation et le ventilateur adaptera sa vitesse de rotation pour maintenir cette consigne. L’écart n’est pas de 0 K, car les ventilateurs tourneraient tout le temps.

Exemple

si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 36°C
si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 50 %, la T°condensation = 38°C
si la T°ext = 20°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 26°C

si la T°ext = 10°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = … 20°C car c’est la valeur minimale de condensation.

Remarque.

Adopter une température minimale de condensation de 20°C suppose que le sous-refroidissement soit suffisamment élevé.

A défaut, la moindre perte de charge sur le tracé va provoquer une vaporisation dans le condenseur (« flash-gaz »). C’est parfois un problème rencontré lorsqu’il faut remonter plusieurs mètres avec la tuyauterie.

Pour s’en prémunir, il est possible de sous-refroidir volontairement le liquide par la création d’une zone de sous-refroidissement dans le condenseur (voir figure), ou en plaçant un échangeur à plaques sur le liquide (à la sortie).

Régulation de la tour de refroidissement d’un condenseur à eau

La tour de refroidissement est commandée suivant la même logique : maintenir constante la température de l’eau de refroidissement du condenseur.

Classiquement, on retrouvera une régulation par vanne 3 voies diviseuse : l’eau de sortie du condenseur est partagée entre l’échangeur de la tour et le retour vers le condenseur. Si ce système permet de conserver le débit constant dans le condenseur (ce qui limite le dépôt de sédiments), il est peu efficace au niveau des ventilateurs : ceux-ci tournent en permanence, quels que soient les besoins de refroidissement. Or le coût de fonctionnement des ventilateurs est loin d’être négligeable…

Aussi est-il préférable de concevoir une installation qui régule d’abord sur le nombre et la vitesse des ventilateurs (ventilateur à 2 vitesses, ou idéalement, ventilateur à vitesse variable), pour ensuite affiner en modulant sur la position de la vanne diviseuse.

N’oublions pas que toute l’installation de climatisation est dimensionnée pour les jours de canicule. Hélas, ces jours sont rares dans nos contrées…! Il est donc facile d’imaginer que les besoins réels moyens seront largement en dessous des puissances de dimensionnement.

Réduire la vitesse du ventilateur de moitié, c’est diviser sa consommation par 8 !

Enfin, tout utilisateur d’une tour de refroidissement qui utilise celle-ci en hiver doit se poser la question de la pertinence de refroidir l’eau glacée sans intervention de la machine frigorifique : c’est la technique du free-chilling.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Placer un compteur horaire sur l’installation en prévision de son remplacement futur !

Toutes les installations sont surdimensionnées. Or un camion consomme toujours plus qu’une camionnette… Si l’on sait en plus que le fonctionnement d’un compresseur à faible charge est toujours difficile, il est vraiment utile de mesurer le fonctionnement moyen actuel.

La mise en place d’une installation de puissance adéquate et d’une régulation performante demande de connaître la puissance effective nécessaire en fonction des saisons. Aussi, on placera un simple compteur horaire sur l’alimentation électrique du compresseur pour connaître le temps de fonctionnement et donc la puissance moyenne demandée. Avec quelques relevés lors des opérations de maintenance, le concepteur pourra mieux choisir la nouvelle machine frigorifique, lors du remplacement de la machine actuelle.

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le fonctionnement d’un climatiseur

L’emplacement du thermostat d’ambiance

La température ambiante du local conditionné est régulée au moyen d’un thermostat d’ambiance agissant sur le fonctionnement du compresseur. Le ventilateur de soufflage est soit commandé en même temps que le compresseur, soit fonctionne en continu. Ce deuxième mode de fonctionnement est plus favorable au confort car il entretient un brassage continu de l’air et prévient toute stagnation inconfortable d’air chaud ou froid. Mais il suppose que l’appareil soit de bonne qualité au niveau acoustique.

L’emplacement du thermostat joue un rôle important sur la consommation et sur le confort. Il doit être placé à un endroit représentatif de la température moyenne du local, c’est-à-dire éloigné des sources chaudes ou froides (lampe, fenêtre en été, zone ensoleillée, dans la zone de soufflage de l’appareil, …). Le placer dans le local sera donc préférable que de le placer dans la bouche de reprise.

Dans le cas contraire, il devra être étalonné.

Exemple.

Le thermostat est placé à l’extrémité d’un bureau, dans la zone d’influence du climatiseur, mais éloigné de la zone d’occupation habituelle. Lorsque celui-ci mesure 28°C, une température de 24°C règne à l’endroit où les personnes se trouvent.

Les occupants, croyant agir alors correctement, risquent d’abaisser le thermostat jusqu’à 24°C, entraînant une chute de la température ambiante inconfortable et des surconsommations inutiles.

La commande du thermostat doit donc être étalonnée pour être représentative de l’ambiance réelle.

Zones à proscrire pour l’implantation de la sonde de régulation.

1. Influence d’une source chaude.
2. Influence de l’air extérieur.
3. Influence de l’ensoleillement.
4. h < 1 m.
5. h > 2 m.
6. Influence de l’air soufflé.

L’emplacement de la commande du thermostat et sa facilité de manipulation jouera un rôle sur la gestion efficace de l’ambiance par l’occupant. Par exemple, si la commande se trouve sur l’évaporateur disposé au plafond, l’occupant ne prendra pas la peine d’ajuster la consigne de température…

La programmation des heures de fonctionnement

Au simple contrôle de la température ambiante doivent s’ajouter, pour assurer un fonctionnement économique, des fonctions de programmation de l’occupation, avec arrêt et reprise éventuellement anticipées de manière intelligente.

À défaut de programmation incorporée à l’appareil, on peut imaginer l’insertion d’une horloge hebdomadaire sur le raccordement électrique de l’équipement afin d’éviter tout usage inutile la nuit et le week-end.

Le réglage de la température de consigne

Consigne compensée en fonction de la température extérieure

En été, si l’air est calme, la zone de confort correspond à une température de l’air comprise entre 23°C et 26°C, pour des occupants en tenue légère de travail.

Idéalement, le climatiseur devrait pouvoir profiter d’une régulation de température de consigne compensée en fonction de la température extérieure. Ce lien, qui est automatisé dans les installations complètes de conditionnement d’air, doit être réalisé manuellement pour les climatiseurs.

Ainsi, un écart de 6°C maximum sera créé, afin de ne pas provoquer de « choc thermique » inconfortable lors de l’entrée dans le local.

Il revient donc à l’occupant consciencieux de modifier manuellement la consigne de température en fonction de la température extérieure. Pour des raisons d’économies d’énergie et de confort, on ne peut maintenir une consigne de température à 22°C, par exemple, si la température extérieure est de 32°C. Dans ce cas la consigne doit être ajustée à 26°C au minimum.

Création ou augmentation de la zone neutre

Si l’appareil est réversible (chaud et froid), il sera très important de réaliser une « zone neutre » de 2 à 3 degrés entre les consignes de chauffage et de refroidissement, afin d’éviter tout pompage de l’installation et de profiter du volant thermique du local.

Ci-contre, un exemple de risque de destruction d’énergie puisque les deux régulations sont indépendantes : le chauffage peut fonctionner et entraîner l’enclenchement du climatiseur situé juste au-dessus de lui.

Régulation par palier plutôt que par « ON-OFF »

La présence d’une cascade sur l’enclenchement des résistances chauffantes, la régulation progressive via par un variateur de puissance (résistance électrique) ou par une vanne (batterie à eau chaude) entraînera un meilleur confort, une stratification de températures plus faible et donc une consommation moindre. De même, une régulation à vitesse variable sur le motocompresseur sera bénéfique.

La diminution de la consommation par chaleur latente

Si +/- 80 % de la puissance frigorifique du climatiseur sert à éliminer la chaleur sensible de l’air (refroidir), de l’ordre de 20 à 25 % de sa consommation sert à l’élimination d’une partie de la chaleur latente (déshumidifier).

En fait, c’est la vapeur d’eau contenue dans l’air qui condense au contact de la batterie froide (température du fluide frigorifique < température de rosée de l’ambiance). La présence d’une conduite d’évacuation des condensats en est la conséquence…

Est-ce nécessaire ?

Le confort thermique de l’homme est peu sensible à l’humidité de l’air, du moins si le taux d’humidité relative reste compris entre 40 et 70 %.

En été, le fonctionnement du climatiseur abaissera le degré d’humidité sous 70 %, ce qui sera donc favorable au confort.

Mais l’abaissement en dessous de 65 % sera coûteux et sans impact supplémentaire sur le confort…

De plus, en hiver, si le climatiseur fonctionne en vue de combattre des apports thermiques d’équipements (ordinateurs, éclairage, … ), il risque d’abaisser le taux d’humidité sous les 40 %, entraînant l’irritation de la gorge ou des yeux. De plus, des niveaux d’humidité relative trop bas peuvent poser des problèmes pour le bon fonctionnement des imprimantes et photocopieuses (électricité statique). Un humidificateur d’appoint sera alors parfois placé !

Est-ce évitable ?

Un appareil dont la taille de l’évaporateur a été réduite au maximum fonctionne avec des températures de fluide frigorifique très basses. Ceci entraîne non seulement une surconsommation électrique, mais aussi une déshumidification encore plus importante de l’air.

Lorsque les apports de chaleur à vaincre proviennent d’équipements, il ne faut donc pas hésiter à surdimensionner l’évaporateur par rapport au condenseur. Par exemple, si les besoins frigorifiques sont de 3,5 kW, on peut choisir un évaporateur de 5 kW.

Cela dit, sur un petit climatiseur existant, il n’est pas possible de modifier le régime de fonctionnement qui est réglé d’usine. On peut seulement y être attentif si on envisage son remplacement (sur base d’une analyse des apports en eau dans le local, d’une analyse de l’importance des condensats sur l’appareil existant et de la mesure de l’humidité de l’ambiance).

Par contre, si l’armoire de climatisation est raccordée à une boucle d’eau glacée, il est possible d’agir en augmentant la température de consigne de l’eau glacée !

La maintenance régulière de l’appareil

La durée de vie du climatiseur est liée à la durée de vie du compresseur.
Il est évident que moins celui-ci travaille en dehors de ses conditions de rendement nominal, plus sa durée de vie sera longue.

Le rendement du compresseur chutera si :

La consigne de température du local est trop basse par rapport à la température de dimensionnement (24°… 26°).
Le débit d’air dans l’évaporateur est trop faible, soit parce qu’on a diminué la vitesse du ventilateur pour des questions de bruit, soit parce que les filtres sont encrassés.

Remarquons que la présence de givre sur l’évaporateur (due à une chute de la température du fluide réfrigérant sous 0°C) est un indice d’encrassement des filtres de l’évaporateur.

Le débit d’air au condenseur est trop faible, principalement à cause de l’encrassement des filtres. Dans ce cas le condenseur ne sait plus évacuer sa chaleur vers l’extérieur, la température du fluide frigorigène augmente et le travail du compresseur aussi.

Remarquons que la performance du condenseur est liée à la température de l’air extérieur. Plus celle-ci sera élevée, moins le condenseur sera efficace. Ainsi lorsque le condenseur est situé sur une toiture sombre, la température de l’air extérieur peut atteindre 40°, tandis qu’à l’ombre elle n’est peut-être que de 30°. Mais ceci doit être pensé lors de la conception.

En résumé, on peut dire que l’encrassement des filtres peut faire chuter l’efficacité frigorifique du climatiseur de 30 … 40 %. Malheureusement, cette perte de puissance ne sera constatée que lors des très grosses chaleurs (moins de 8 jours par an). Le reste de l’année (moins chaude), le climatiseur fournira le confort requis, mais au prix d’une surconsommation et en mettant en péril la vie de l’appareil. On peut estimer que la durée de vie d’un climatiseur chute de plus de 50 % s’il n’a jamais été entretenu.

Ainsi chaque mois, le filtre de l’évaporateur doit être nettoyé. Cette périodicité d’entretien est de une à deux fois par an pour le condenseur, surtout si des arbres (feuilles mortes) sont situés près de l’équipement.

Pour plus d’infos …

Concevoir	Qualitéle choix d’un climatiseur.
Améliorer	Sur les la maintenance des équipements de climatisation : « maintenance de la climatisation en général« .

Posted By : 25 Sep, 2007

Augmenter l’isolation thermique de la toiture plate

Comment isoler une toiture existante non isolée ?

Le plus souvent possible on réalisera une toiture chaude en plaçant l’isolant en sandwich entre 2 étanchéités (le pare-vapeur en dessous et la membrane au-dessus).

Lorsque la membrane d’étanchéité existante est encore suffisamment bonne pour servir de pare-vapeur, et lorsqu’elle est encore suffisamment accrochée au support pour assurer la stabilité au vent du complexe de couverture si celui-ci n’est pas lesté, on peut la conserver.

On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

On peut également poser l’isolant au-dessus d’une membrane d’étanchéité existante, on réalise ainsi une toiture inversée.

On préférera la toiture chaude à la toiture inversée pour sa facilité d’entretien, particulièrement lorsque l’environnement est fortement boisé (chute des feuilles, germination et développement de plantes).

On devra également réaliser une toiture chaude lorsque le lestage du complexe isolation-étanchéité n’est pas possible à cause du manque de portance du support.

La toiture inversée peut être envisagée :

lorsque la membrane d’étanchéité existante est récente et peut être récupérée (économie d’une nouvelle membrane d’étanchéité),
lorsque le support tolère la charge du lestage,
lorsque les rives du toit sont suffisamment hautes pour déborder d’au moins 5 cm le bord supérieur des panneaux isolants,

et lorsque la forme de la toiture n’est pas trop compliquée (impossibilité de réaliser des remontées de l’isolant d’une toiture inversée).

Dans le cas d’une toiture inversée, on veillera à ce que le support ait une masse d’au moins 300 kg/m² (+/- 13 cm de béton armé) afin de parer au risque de condensation du fait de l’eau de pluie froide.
L’eau qui s’infiltre sous l’isolant entraîne des déperditions calorifiques. Le déphasage entre le début des précipitations et la chute maximale de la température en sous-face du plafond augmente en fonction de l’inertie thermique qu’offre le support. Si celle-ci est importante, la suspension de la fonction isolante ne se fait sentir que très progressivement et retarde l’apparition de la condensation de surface. Dans le cas contraire, le risque augmente.
Les toitures inversées de type léger (tôles profilées par exemple) sont sujettes après quelques minutes à des phénomènes de condensation en sous-face lorsque des précipitations coïncident avec des humidités relatives élevées à l’intérieur du local.

La somme des résistances thermiques des couches situées sous l’étanchéité ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous la membrane d’étanchéité avec comme conséquence, de la condensation interne.

Que faire d’une toiture isolée par l’intérieur ?

C’est le cas lorsque la toiture est une toiture froide, lorsque l’isolant se trouve accroché sous le support ou lorsqu’il existe un faux plafond isolant sous la toiture.

Toiture froide.

Isolation sous le support.

Faux plafond isolant.

Étant donné la difficulté de réaliser un pare-vapeur continu, la vapeur d’eau de l’ambiance risque de former de la condensation dans la toiture. De plus, le support est soumis aux chocs thermiques.

Si la toiture est suffisamment isolée, que l’usage des locaux n’est pas modifié et qu’aucun désordre (fissures, humidité, …), y compris interne, ne se manifeste, on peut éventuellement conserver le système existant.

Lorsque dans le cadre d’une rénovation, l’isolation d’une toiture froide existante doit être renforcée, il faut transformer cette toiture en toiture chaude et enlever l’isolant ancien.

Dans les deux autres cas (isolation sous le support ou faux plafond isolant) c’est à dire lorsqu’il n’y a pas de ventilation d’air extérieur entre l’isolant et le support, si l’usage des locaux n’est pas modifié et qu’aucun désordre interne ou externe ne se manifeste, l’isolation peut être renforcée en conservant l’isolant et en ajoutant une nouvelle toiture chaude (pare-vapeur + isolant + étanchéité) sur la toiture existante.
Lorsque la membrane d’étanchéité existante est encore suffisamment bonne pour servir de pare-vapeur, et lorsqu’elle est encore suffisamment accrochée au support pour assurer la stabilité au vent du complexe de couverture si celui-ci n’est pas lesté, on peut la conserver. On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

Il sera, en général, plus difficile de transformer la toiture froide en toiture inversée, car les supports des toitures froides sont souvent légers et ne supportent pas l’augmentation du poids du lestage nécessaire.

Que faire si un faux plafond est nécessaire ?

Si le faux plafond est ajouré et n’est pas isolé, il ne contribue en rien à l’isolation thermique du complexe de toiture. Il ne provoquera aucun problème de condensation.

Si le faux plafond est muni d’un matelas isolant, il risque d’y avoir de la condensation sur la face inférieure du support de la toiture dans certaines conditions d’utilisation des locaux sous-jacents. L’isolant du faux plafond doit idéalement être retiré.

Toutefois, si pour des raisons d’efficacité acoustique le matelas ne peut être enlevé, on s’arrangera pour que son épaisseur soit la plus faible possible, et on rapportera sur la toiture une épaisseur d’isolation supplémentaire pour déplacer le point de rosée au-dessus du pare-vapeur.

La somme des résistances thermiques des couches situées sous le pare-vapeur ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous le pare-vapeur avec comme conséquence, de la condensation interne.

Comment renforcer l’isolation thermique d’une toiture chaude ?

Lorsque l’isolant de la toiture existante est pris en sandwich entre 2 étanchéités (le pare-vapeur en dessous et la membrane au-dessus), on appelle cela une toiture chaude.

Il se peut que l’isolation de cette toiture soit insuffisante parce que :

soit l’épaisseur de l’isolant est insuffisante en fonction de nouvelles exigences URE,
Soit, l’isolant est dégradé (humidité, écrasement, rupture, délaminage, retrait excessif…) et n’assure plus sa fonction.

Il convient alors de l’améliorer.

1. Si l’isolant est dégradé :

L’étanchéité et l’isolant doivent être complètement enlevés.

Le pare-vapeur peut être conservé sauf s’il est mal accroché ou si le support lui-même est dégradé, il peut servir de protection relative et provisoire du bâtiment en attendant la pose d’un nouveau système de couverture, dans le cas contraire, il doit être enlevé.

Les rives sont éventuellement adaptées à la nouvelle épaisseur d’isolant.

On réalise un nouveau système de couverture isolée, de préférence une toiture chaude, sinon une toiture inversée.

2. Si l’isolant est en bon état et bien accroché :

L’isolant est conservé ainsi que la membrane d’étanchéité, lorsque celle-ci est encore suffisamment accrochée au support pour résister au vent.

Une nouvelle toiture chaude est posée sur la couverture existante.

Lorsque la membrane d’étanchéité existante est récente et peut-être récupérée, et lorsque le support tolère la charge d’un lestage, on peut réaliser une toiture combinée en plaçant une toiture inversée sur la toiture chaude existante on réalise ainsi l’économie d’une nouvelle membrane d’étanchéité.

On préférera la toiture chaude à la toiture combinée pour sa facilité d’entretien, particulièrement lorsque l’environnement est fortement boisé (chute des feuilles, germination et développement de plantes).

On préférera également la toiture chaude lorsque le lestage du complexe isolation-étanchéité n’est pas possible à cause du manque de portance du support.

Comment renforcer l’isolation thermique d’une toiture inversée ?

Lorsque l’isolant est situé au-dessus de la membrane d’étanchéité, il s’agit d’une toiture inversée.

Il se peut que l’épaisseur de l’isolant soit insuffisante en fonction de nouvelles exigences URE.

Il faut s’abstenir d’ajouter une nouvelle couche d’isolant sur l’isolant existant, pour éviter des problèmes de condensation interne dans l’isolant (en général de la mousse de polystyrène extrudé – XPS). L’isolant existant doit donc être enlevé et remplacé par un isolant plus épais. On réalise ainsi une nouvelle toiture inversée, identique à la première mais thermiquement plus performante.

La mousse de polystyrène extrudé existe en épaisseur courante jusque 14 cm. Au-delà, une fabrication spéciale s’impose. On ne dépasse généralement pas 18 cm d’épaisseur. Pour atteindre des performances thermiques élevées, il sera nécessaire de réaliser une toiture chaude comme ci-dessous, ou une toiture combinée.

Étant donné que l’isolant existant doit de toute façon être retiré, on peut également réaliser une nouvelle toiture chaude, à plus forte raison si la membrane d’étanchéité est en mauvais état et doit être remplacée. La membrane existante peut servir de pare-vapeur, si elle est encore suffisamment bonne pour cette fonction. On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

Quelques choix en fonction de situations existantes

Cas 1

Le toit plat lesté (gravier, dalles sur plots, dalles drainantes, …), de forme pas trop compliquée et encore intact, peut être isolé économiquement en conservant l’étanchéité et en y superposant une couche de panneaux en mousse de polystyrène extrudé de façon à créer une toiture inversée, ou une toiture combinée (toiture existante déjà partiellement isolée).

Le lestage doit être retiré et remis en place.
Les fermetures et raccords doivent éventuellement être adaptés.

Il faut vérifier si le support a une masse d’au moins 300 kg/m² et si la somme des résistances thermiques des couches situées sous l’étanchéité n’excède pas 30 % de la résistance thermique globale.

Cette méthode ne découvre pas le bâtiment pendant la période des travaux.
Le toit plat non lesté dont l’étanchéité est intacte ne peut être transformé en toiture inversée que si le support de la toiture est capable de porter le lestage.

Cas 2

Lorsque l’étanchéité est intacte ou vétuste, mais qu’aucun désordre ne s’est produit. Le support (ou l’isolant dans le cas où la toiture est déjà isolée mais insuffisamment) n’ont pas été mouillés. L’étanchéité existante peut être récupérée comme pare-vapeur et l’isolant est posé sur l’ancienne étanchéité elle-même recouverte d’une nouvelle étanchéité, sur le principe de la toiture chaude.
Les couches de protection lourde seront remises en place ou, si nécessaire, remplacées pour des raisons de détérioration ou de changement d’utilisation. En cas de protection légère, l’accrochage des différentes couches devra être assuré.

Cette méthode ne découvre pas le bâtiment pendant la période des travaux.

Cas 3

Lorsque la toiture plate est dans un état de détérioration tel qu’il soit impossible de réutiliser l’une ou l’autre des couches, il faut réaliser une nouvelle toiture isolée. On préférera la pose d’une toiture chaude qui est adaptée à toutes les contraintes.

Le remplacement de la toiture met le bâtiment à découvert pendant les travaux. C’est pourquoi cet ouvrage ne doit être envisagé que s’il n’est pas possible de faire autrement (cas 1 et 2).

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer les chaudières

Améliorer le réglage de la combustion

Le réglage correct du débit d’air comburant est une donnée essentielle pour optimaliser le rendement de combustion du brûleur. La pratique montre qu’un léger excès d’air est nécessaire pour atteindre le rendement maximum. Il faut donc trouver cet optimum en réglant le registre d’air tout en mesurant le rendement et en surveillant l’apparition d’imbrûlés.

Attention, le volume d’oxygène contenu dans l’air diminue en hiver. C’est pourquoi les responsables de chaufferie ont tendance à régler les brûleurs à air pulsé avec des excès d’air plus élevés, de manière à éviter la formation d’imbrûlés quelle que soit la saison, ce, au détriment des performances de la combustion.

C’est aussi, ce qui peut justifier que, pour les installations d’une certaine puissance, plusieurs réglages annuels soient effectués.

Réglage d’un brûleur avec analyse en direct des fumées.

Gérer

Pour en savoir plus sur l’intérêt de procéder à plusieurs réglages par an.

Améliorer l’évacuation des fumées

Réguler le tirage

Un tirage de la cheminée trop important (> 15 .. 20 Pa) a des incidences sur le rendement de combustion de la chaudière :

augmentation de la vitesse des fumées et augmentation de la température de celles-ci;
augmentation de l’excès d’air (notamment parasite) et diminution de la teneur en CO₂ des fumées.

Un tirage trop faible (< 10 PA) ou fluctuant sera source d’imbrûlés.

Pour remédier a ces problèmes, il faut bien souvent équiper la buse d’évacuation des fumées d’un régulateur de tirage ou, s’il est déjà présent, procéder à un nouveau réglage.

Régulateur de tirage.

Notons que la présence d’un régulateur de tirage limite également les problèmes de condensation dans la cheminée :

Les fumées sont diluées par de l’air frais. La teneur en vapeur d’eau du mélange diminue par rapport aux fumées pures. La température à partir de laquelle cette vapeur d’eau va se condenser va donc s’abaisser.

La température du mélange aspiré par la cheminée diminuant, l’échange de chaleur entre les parois de la cheminée et les fumées diminue et donc proportionnellement, les fumées se refroidissent moins.

Le débit total véhiculé par la cheminée augmentant, à échange vers les parois égal, la chute de température de mélange sera plus faible.

À l’arrêt de la chaudière, dans les grandes cheminées, le tirage sera tel que le régulateur de tirage conservera une certaine ouverture, créant un courant d’air permanent asséchant la cheminée.

Isoler la buse de raccordement à la cheminée

Isoler la buse de raccordement entre la chaudière et la cheminée ralentit le refroidissement des fumées et donc les risques de condensation des fumées dans la cheminée.

En soi l’isolation de la buse n’améliore pas le rendement mais indirectement lorsqu’un problème de condensation apparaît dans la cheminée, le réflexe du technicien est malheureusement parfois de bloquer en position ouverte, le clapet d’admission d’air du brûleur et, par conséquent, le rendement s’en ressent. Il vaudrait beaucoup mieux placer un régulateur de tirage et isoler la buse de raccordement.

Exemple :

Pour une surface de buse de 6 m², et une température de fumée à la sortie de la chaudière de 160°C, la température au niveau de la souche de cheminée sera de 120°C, soit une chute de température de 40°C.

Cette chute de température peut être réduite à 5°C si la buse de raccordement est isolée avec une épaisseur de 5 cm de laine minérale.

Modifier la régulation du brûleur

Il est fréquent de rencontrer des brûleurs performants (anciens ou récents) dont les avantages ne sont pas exploités réellement.

Les deux exemples les plus flagrants sont :

la non-fermeture à l’arrêt du volet d’air motorisé,
l’absence de régulation en cascade des brûleurs 2 allures.

Visualisation du positionnement du volet d’air motorisé d’un brûleur 2 allures :
on peut y constater la fermeture à l’arrêt et le passage de première en deuxième allure.

Faire corriger ces deux points par un technicien spécialisé permet d’importantes économies.

Fermeture du volet d’air motorisé à l’arrêt

La fermeture du volet d’air implique que l’alimentation électrique de son servomoteur ne soit pas coupée à l’arrêt du brûleur. Il faut donc que le chauffagiste corrige le raccordement électrique de ce dernier pour qu’il corresponde aux prescriptions du fabricant.

Bornier de raccordement électrique d’un brûleur et servomoteur permettant la fermeture du clapet d’air à l’arrêt. Sur les brûleurs domestiques (moins de 40 kW), celui-ci n’est qu’en option.

Le gain qui en résulte peut être important si on estime que l’on supprime les pertes par balayage, grâce à cette amélioration.

Évaluer

Évaluer les pertes par balayage.

Notons que certains installateurs préfèrent forcer l’ouverture permanente du clapet d’air pour maintenir un balayage dans la cheminée et éviter les problèmes de condensation.

Ce raisonnement est à proscrire parce qu’il engendre, comme on l’a vu, des pertes importantes pour la chaudière. Si des problèmes de condensation se présentent, c’est au niveau de la cheminée qu’il faut agir, en revoyant son dimensionnement ou en ouvrant la trappe de ramonage ou le régulateur de tirage.

Concevoir

Concevoir une cheminée.

Régulation des brûleurs en cascade

Par facilité et économie d’investissement, certains brûleurs 2 allures sont raccordés sans réelle régulation en cascade.

Pour être régulé en cascade, un brûleur 2 allures a en général besoin soit de 2 aquastats (sur le départ ou sur le retour), chacun de ceux-ci commandant une allure, soit de relais temporisés, soit d’un régulateur de cascade (module de gestion de cascade travaillant au départ d’une sonde de départ).

Armoire de gestion de cascade précâblée incluant les relais temporisés.

Si le brûleur n’est commandé que par un aquastat et que la commande de la première allure est « pontée » (comme disent les fabricants de brûleurs), celui-ci se comportera comme un brûleur démarrant en petite allure et enclenchant d’office la grande allure rapidement. Le brûleur fonctionne donc la plupart du temps à pleine puissance et on perd l’intérêt de disposer d’un matériel capable d’adapter sa puissance aux besoins, à savoir l’augmentation du temps de fonctionnement du brûleur, la diminution des pertes à l’arrêt et l’augmentation du rendement de combustion).

Concevoir

Intérêt d’un brûleur 2 allures ou modulant

Pour exploiter correctement un brûleur deux allures et réduire ainsi les pertes et émissions polluantes, il faut compléter la régulation existante par des relais temporisés ou un module de gestion de cascade. Celui-ci permet de gérer en fonction des besoins de puissance, le fonctionnement en cascade de plusieurs chaudières équipées de brûleurs à deux allures.

Attention, les fabricants de chaudières recommandent souvent la puissance minimale en dessous de laquelle la première allure du brûleur ne peut pas descendre sous peine de voir apparaître des condensations dans la chaudière. Cette puissance est généralement de l’ordre de 60 % (voire 80 %) de la puissance nominale de la chaudière. La puissance développée par le brûleur en première allure doit donc absolument être vérifiée, comparée aux exigences du fabricant et augmentée si nécessaire.

Études de cas

Audit d’une installation de chauffage.

Améliorer la régulation en cascade des chaudières

Réguler en cascade des chaudières fonctionnant en parallèle

Réguler des chaudières en cascade a deux intérêts :

Limiter les pertes à l’arrêt des chaudières dont la puissance n’est pas nécessaire pour couvrir les besoins. Autrement dit, isoler hydrauliquement les chaudières mises à l’arrêt, évite le maintien en température de la chaudière.

Limiter la puissance mise en œuvre pour augmenter le temps de fonctionnement des brûleurs et limiter les pertes et les émissions polluantes au démarrage et à l’arrêt du brûleur (comme pour la régulation en cascade des brûleurs 2 allures).

Exemple :

Ces deux chaudières de 350 kW sont équipées d’un brûleur 2 allures mais qui en réalité travaille toujours à pleine puissance.

Les deux chaudières fonctionnent en parallèle et sont maintenues en température durant toute la saison de chauffe (5 800 h/an).

Leur surdimensionnement par rapport aux besoins maximaux est de l’ordre de 20 %. Le rendement utile des chaudières est estimé à 90,3 % (rendement de combustion mesuré : 91 %).

Les brûleurs sont équipés d’un volet d’air motorisé mais qui est maintenu en permanence ouvert. Le coefficient de perte à l’arrêt qui en résulte est estimé à 2 % (0,5 % pour les pertes vers l’ambiance et 1,5 % de pertes par balayage).

Le rendement saisonnier de l’installation est estimé à 85,5 % et la consommation annuelle est de 123 800 litres de fuel par an.

Examinons le gain possible en améliorant la régulation en cascade de brûleurs et des chaudières.

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

Calculs	sur base du climat moyen de Uccle, !
Calculs	sur base du climat moyen de St Hubert, !

La première action à envisager est de supprimer le balayage d’air dans la chaudière à l’arrêt en modifiant le raccordement électrique des brûleurs. Le coefficient de perte à l’arrêt passe ainsi de 2 % à 0,5 %.

Le rendement saisonnier atteindrait alors la valeur de 89 %, soit un gain de :

123 800 [litres/an] x (1 – 85,5 [%] / 89 [%]) = 4 868 [litres/an]

À partir de ce moment, les autres actions ont moins d’intérêt.

Si on régule en cascade les 2 allures des brûleurs, le rendement monte à 91,3 %, soit un gain complémentaire de :

(123 800 [litres/an] – 4 868 [litres/an]) x (1 – 89 [%] / 91,3 [%]) = 2 996 [litres/an]

Grâce à la diminution des temps d’attente des chaudières et l’amélioration du rendement de combustion en petite allure (on estime que le rendement de combustion augmente de 2 % en 1ère allure). On ne tient pas compte ici de la diminution de l’encrassement de la chaudière parallèle à la diminution du nombre de démarrages, gain non chiffrable.

Enfin, si on régule l’ensemble de l’installation en cascade avec isolation hydraulique de la chaudière à l’arrêt, le rendement saisonnier serait de 91,8 %, soit un gain complémentaire de :

(123 800 [litres/an] – 4 868 [litres/an] – 2 996 [litres/an]) x (1 – 91,3 [%] / 91,8 [%]) = 631 [litres/an]

grâce à la suppression des pertes à l’arrêt de la chaudière non nécessaire.

Gain total : 4 868 [litres/an] + 2 996 [litres/an] + 631 [litres/an] = 8 495 [litres/an] ou 1 797 [€/an] à 0,2116 [€/litre]

Si la technologie des anciens brûleurs est telle qu’il n’est pas possible de supprimer les pertes par balayage, sans changer de brûleur, le gain réalisé régulant en cascade les allures des brûleurs et en réalisant une véritable cascade de chaudières serait différent.

On passerait d’un rendement de 85,5 % à un rendement de 88,5 % en modifiant la régulation des brûleurs, puis à un rendement de 90,4 % par une régulation complète de l’ensemble avec isolation hydraulique de la chaudière à l’arrêt.

Les gains successifs seraient de :

123 800 [litres/an] x (1 – 85,5 [%] / 88,5 [%]) = 4 196 [litres/an]

(123 800 [litres/an] – 4 196 [litres/an]) x (1 – 88,5 [%] / 90,4 [%]) = 2 514 [litres/an]

Gain total : 4 196 [litres/an] + 2 514 [litres/an] = 6 710 [litres/an] ou 1 420 [€/an] à 0,2116 [€/litre]

À titre de comparaison, le devis remis pour le module de gestion de cascade de cette installation était de 1 375 € HTVA.

Améliorer la régulation en cascade existante

La régulation en cascade des chaudières n’a un sens que si les chaudières mises à l’arrêt sont déconnectées du réseau hydraulique au moyen d’une vanne motorisée. Cette précaution n’est cependant pas suffisante pour éviter que toutes les chaudières ne restent à haute température toute l’année. Il faut, en plus, être attentif à ce que la cascade respecte deux principes minimaux :

Interdiction de fonctionnement d’une chaudière en fonction de la température extérieure. Cette fonction permet de ne pas appeler systématiquement toutes les chaudières au moment des remontées en température et d’éviter des démarrages de trop courte durée en mi-saison. Par exemple, si à chaque relance, toutes les chaudières sont mises en route, les chaudières devenues inutiles en journée mettront un temps certain à se refroidir.

Une temporisation suffisante à l’enclenchement des chaudières pour éviter les démarrages intempestifs et inutiles de toutes les chaudières, quelle que soit la saison.

Couper manuellement une chaudière inutile dans une installation surdimensionnée

Bien souvent, les anciennes installations sont fortement surdimensionnées. Pour s’en convaincre, il suffit d’écouter un bon nombre de responsables techniques qui précisent qu’une des chaudières de leur installation ne se met jamais en route. Dans ce cas, il peut être simple de couper carrément une des chaudières au moyen d’une vanne manuelle. Cette chaudière ne serait alors remise en route que par de grands froids exceptionnels.

Évaluer

Pour évaluer l’importance du surdimensionnement des chaudières.

Exemple :

Dans une installation de 2 chaudières de 500 KW, une des chaudières est inutile.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 2 %. En mettant à l’arrêt la chaudière inutile au moyen dune vanne d’isolement manuelle, on peut gagner (avec un rendement utile de la chaudière de 86 %) :

2 [%] x 500 [kW] x 5 800 [heures/an] / 0,86 = 67 442 [kWh/an] ou 6 744 [litres de fuel ou m³ de gaz par an]

Précautions

Pour éviter la corrosion de la chaudière mise à l’arrêt, il est conseillé de la laisser « sous eau » et de prévoir une passivation de l’eau de l’installation après analyse. Une telle analyse, qui par ailleurs ne peut être que bénéfique pour l’ensemble de l’installation, peut par exemple, être réalisée par le CSTC.

La « déconnection hydraulique » d’une chaudière inutile va entraîner une diminution du débit d’eau dans le circuit primaire. Cela peut poser un problème de confort dans le cas d’un circuit primaire bouclé. Pour éviter ce problème, il faudra vérifier que la température de la ou des chaudières restées en fonctionnement soit suffisamment supérieure à la température demandée aux circuits secondaires (ce qui est généralement le cas avec des anciennes chaudières maintenues sur leur aquastat).

Attention, si une chaudière est mise longtemps à l’arrêt, il est possible que des oiseaux nichent ou simplement tombent dans la cheminée, bouchant cette dernière. Il faut y être attentif lors de la remise en route.

Il faudra respecter les prescriptions garantissant le bon fonctionnement de la régulation en cascade.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les problèmes hydrauliques susceptibles d’apparaître avec les circuits primaires bouclés.

Diminuer la puissance du brûleur

Lorsqu’une chaudière est manifestement surdimensionnée, il n’est pas utile de lui adjoindre un brûleur 2 allures. Autant diminuer, de façon permanente, la puissance en modifiant les caractéristiques du brûleur (à l’exception des brûleurs gaz atmosphériques) :

pour les chaudières fuel : en modifiant les caractéristiques du gicleur (débit du gicleur/ pression de pompe),
pour les chaudières gaz : en diminuant la pression de gaz.

Attention, les fabricants de chaudières recommandent souvent la puissance minimale en dessous de laquelle la puissance du brûleur ne peut pas descendre sous peine de voir apparaître des condensations dans la chaudière (lors des relances, lorsque la température de l’eau diminue, …). Cette puissance est généralement de l’ordre de 60 % (voire 80 % pour certaines chaudières) de la puissance nominale de la chaudière.

Cette contrainte montre la limitation de cette amélioration. En effet, si on diminue trop la puissance du brûleur, on risque de mettre en péril la chaudière (corrosion par l’acide, principalement avec le fuel).

Si la chaudière est manifestement surdimensionnée, mieux vaut rechercher une solution plus globale et envisager le remplacement de la chaudière.

Évaluer

Pour évaluer l’importance du surdimensionnement des chaudières.

Remplacer le brûleur

Certains anciens brûleurs pulsés (gaz ou fuel) ne permettent plus un réglage correct de la combustion et l’obtention d’un rendement de production suffisant. Cela est notamment dû au fait que l’usure mécanique des pièces qui ne permet plus un dosage correct entre l’air et le combustible.

Évaluer

Évaluer les paramètres de la combustion.

Il en résulte une production d’imbrûlés plus importante, un encrassement et donc une perte de rendement plus rapide. Cela peut aller jusqu’à l’arrêt du brûleur trop encrassé.

L’âge du brûleur est également source de pannes plus fréquentes des différents organes qui à elles seules justifient le remplacement.

Nouveau brûleur et vieille chaudière ?

Est-il judicieux de remplacer uniquement le brûleur dune chaudière obsolète ?

Non,	si la chaudière est manifestement au bout du rouleau et que son surdimensionnement est manifeste. Dans ce cas, il faut envisager le remplacement de l’ensemble.
Oui,	si on prend en considération le gain énergétique que l’on peut déjà réaliser par cette action et si on s’assure de pouvoir récupérer le nouveau brûleur en cas de remplacement futur de la chaudière.

Beaucoup de gestionnaires se posent la question de la durée de vie restante d’une ancienne chaudière. Il est impossible de donner une réponse précise à cette question. Cela dépend du mode de fonctionnement de la chaudière depuis son installation. Par exemple, la fonte « enregistre » les contraintes qu’elle a subies durant toute sa vie. Fragilisée, elle « lâchera » un jour. On ne peut dire quand, car on ne peut chiffrer ces contraintes.

Evidemment, des taches flagrantes de corrosion interne sont un signe de détérioration future.

C’est pourquoi, plus que de miser sur la « survie » ou la « mort future » dune chaudière, il faut programmer son remplacement par souci d’économie d’énergie ou dans le cadre du programme d’investissement lié à la maintenance du bâtiment.

Améliorer

Remplacer la chaudière.

Le gain

Gain sur le rendement de combustion

Les nouveaux brûleurs assurent une meilleure combustion que les anciens, notamment avec une production moindre de NOx. Cependant, si la chaudière ne change pas, la qualité de l’échange entre les fumées et l’eau reste identique.

De plus, chaque chaudière est développée pour un nombre limité de brûleurs, de manière à optimaliser l’échange de chaleur. En plaçant un nouveau brûleur sur une vieille chaudière, on peut, dès lors, conserver des températures de fumée assez élevées.

On n’obtient donc pas une amélioration du rendement de combustion aussi importante que si on remplaçait l’ensemble de l’installation.

En première approximation, on peut miser sur une augmentation du rendement de combustion de 1 .. 2 points.

Par exemple, pour une chaudière ayant un rendement de combustion de 88 %, on peut espérer que le remplacement du brûleur permette d’atteindre un rendement de 90 %.

Gain sur les pertes par balayage

Le gain réalisé en plaçant un nouveau brûleur se situe également au niveau de la suppression de pertes par balayage de la chaudière.

En effet, les nouveaux brûleurs possèdent la plupart du temps un clapet d’air qui se referme lorsque le brûleur est mis à l’arrêt. Ce clapet a pour effet de supprimer le courant d’air qui parcourt la chaudière lorsque le brûleur est arrêté.

Les pertes par balayage que ce courant d’air engendre sont souvent de l’ordre de 1 .. 1,5 % de la puissance installée.

Comme on l’a vu ci-dessus, il faut cependant faire attention, si le nouveau brûleur est équipé d’un clapet d’air motorisé (la présence d’un servomoteur pour manœuvrer le clapet d’air est indiquée dans la documentation technique du brûleur). En effet, il arrive (souvent) que le mode de régulation appliqué à la chaudière ne permette pas au clapet de se refermer à l’arrêt du brûleur.

Exemple.

Beaucoup d’anciennes chaudières sont maintenues en température par un aquastat. Lorsque la température de consigne est atteinte, le brûleur est mis à l’arrêt par coupure de son alimentation électrique. Or si cette dernière est totalement coupée, le servomoteur du clapet d’air est inopérant et le clapet ne peut se refermer.

Pour éviter cela, il faut être attentif au mode de

raccordement du nouveau brûleur.

Exemple.

Considérons une chaudière de 350 kW de 1981, équipée d’un ancien brûleur sans fermeture à l’arrêt du clapet d’air. La consommation annuelle de cette installation est de 60 000 litres de fuel par an.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 0,5 % de pertes vers l’ambiance et à 1,5 % de pertes par balayage.

Le rendement de combustion mesuré est de 87 %.

En plaçant un nouveau brûleur, on peut espérer une augmentation du rendement de combustion à 89 % et on supprime les pertes par balayage.

Le rendement saisonnier de production calculé passerait alors de 82,1 % à 87,7 % (si la chaudière ne produit pas d’eau chaude sanitaire en été).

Le gain énergétique s’élève donc à :

60 000 [litres de fuel] x (1 – 82,1 [%] / 87,7 [%]) = 3 831 [litres fuel/an] ou 1 245 [€/an] (à 0,325 €/litre)

pour un coût de : 3 625 € (HTVA).

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

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Colmater et réisoler la chaudière

Voilà le type d’action que l’on peut mener en attendant de préparer le projet de remplacement d’une très ancienne et peu performante chaudière.

Colmater les entrées d’air

Les entrées d’air parasite (entre les éléments d’une chaudière en fonte, au niveau de la porte foyer, ou encore par le regard des anciennes chaudières au charbon converties) sont synonymes :

De pertes de rendement de combustion par augmentation parasite de l’excès d’air. Les inétanchéités peuvent être telles que, quel que soit le réglage du brûleur, il est impossible d’atteindre un pourcentage de CO₂ suffisant dans les fumées et donc un bon rendement de combustion.

De pertes par balayage parasite du foyer lorsque le brûleur est à l’arrêt.

Pour remédier à cela, il suffit de colmater les trous au moyen d’un mastic réfractaire, opération qui peut facilement se faire par du personnel interne à l’établissement.

Réisoler la jaquette

Dans beaucoup d’anciennes chaudières, il est possible de démonter l’enveloppe extérieure (la jaquette) et d’insérer sous celle-ci un nouvel isolant ou un isolant complémentaire en laine minérale.

Exemple.

Placement de nouveaux panneaux isolants sous la jaquette dune ancienne chaudière.

en passant d’une épaisseur d’isolant de 3 cm (en bon état !) à une épaisseur d’isolant de 5 cm, on diminue de 40 % la perte de chaleur par les parois de la chaudière. Le gain est de 90 % pour les zones de la paroi où l’isolant a disparu.

Soit un gain d’environ 13 litres de fuel par an et par m² de paroi pour une chaudière maintenue à 70°C durant la saison de chauffe pour un coût des matériaux de l’ordre de 5 €/m² (le gain est de 200 litres/m² de paroi, par an pour les parties non isolées au départ).

Diminuer la température de fonctionnement des chaudières

Diminuer la température de fonctionnement des chaudières maintenues en permanence en température élevée permet de réduire leurs pertes à l’arrêt.

Ainsi, en fonction de la saison, ou en permanence si les chaudières sont surdimensionnées, on peut modifier manuellement la température de consigne de l’aquastat de chaudière.

On peut aussi imaginer que la chaudière soit régulée totalement en température glissante en fonction de la température extérieure.

Gain

Les pertes à l’arrêt dépendent de la différence de température entre la chaudière et la chaufferie.

Exemple.

considérons une chaudière de 350 kW de 1981, équipée d’un ancien brûleur sans fermeture à l’arrêt du clapet d’air. La consommation annuelle de cette installation est de 60 000 litres de fuel par an.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 0,5 % de pertes vers l’ambiance et à 1,5 % de pertes par balayage, la chaudière fonctionnant en permanence à une température moyenne de 80°C.

En diminuant la température de la chaudière de 10°C en moyenne sur la saison de chauffe, on diminue les pertes à l’arrêt dans le rapport (pour une température de chaufferie de 20°C) :

[(70 [°C] – 20 [°C]) / (80 [°C] – 20 [°C])]^1,25= 0,8

Le gain s’élève à :

(1 – 0,8) x 0,02 x 350 [kW] x 4 000 [h/an] = 5 600 [kWh]/an ou 560 [litres/an]

où 4 000 [h/an] = le temps d’arrêt de la chaudière durant la saison de chauffe pour une chaudière non surdimensionnée.

Si la chaudière était totalement régulée en température glissante la température moyenne sur la saison de chauffe serait de l’ordre de 43°C. Dans ce cas les pertes seraient réduites d’un facteur :

[(43 [°C] – 20 [°C]) / (80 [°C] – 20 [°C])]^1,25= 0,3

Le gain s’élèverait à :

(1 – 0,3) x 0,02 x 350 [kW] x 4 000 [h/an] = 19 600 [kWh]/an ou 1 960 [litres/an]

Un deuxième gain se situe au niveau des pertes du collecteur primaire, maintenu à la température des chaudières.

Exemple.

Une chaudière alimente un collecteur primaire DN 50 de 20 m (aller-retour), isolé par 4 cm de laine minérale.

Actuellement, le collecteur est maintenu à une température moyenne (aller-retour) de 70°C.

Si le collecteur est alimenté en température glissante sans limite basse, la température moyenne du collecteur durant la saison de chauffe sera d’environ 43°C.

Pour chacun des deux cas, la perte de distribution en chaufferie (température ambiante de 15°C) s’élève à :

Cas de la température fixe : 0,271 [W/m.°C] x 20 [m] x (70 [°C] – 15 [°C]) x 5 800 [heures/an] = 1 729 [kWh/an] ou 173 [litres fuel/an] ou 173 [m³ gaz/an]

Cas de la température glissante : 0,271 [W/m.°C] x 20 [m] x (43 [°C] – 15 [°C]) x 5 800 [heures/an] = 880 [kWh/an] ou 88 [litres fuel/an] ou 88 [m³ gaz/an]

Évaluer

Pour évaluer les pertes du réseau de distribution.

Précautions

Problèmes hydrauliques

Attention, dans certains types de circuits primaires (boucles fermées, bouteilles casse-pression), la régulation en température glissante de la chaudière peut conduire à des problèmes d’inconfort dans certains circuits. Avant de se lancer dans l’investissement d’un régulateur climatique, un essai manuel peut être effectué pour évaluer le risque encouru.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les problèmes d’inconfort liés à l’hydraulique et à la régulation en température glissante des chaudières.

Condensations internes

Toutes les chaudières (nouvelles ou anciennes) ne peuvent travailler avec une basse température d’eau. Certaines risquent de se détériorer du fait des condensations internes de fumées qui peuvent apparaître. Ce problème est encore plus présent pour les chaudières fonctionnant au fuel puisque dans ce cas les condensats sont plus acides.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème étant donné :

Le mauvais échange de chaleur au niveau du foyer, qui empêche à la température des fumées de descendre trop bas.
L’épaisseur de la fonte qui ne risque guère de percer en cas de corrosion.

Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Il faut également faire attention dans le cas des anciennes chaudières avec des rampes gaz (brûleurs gaz atmosphériques) sur lesquelles de l’eau de condensation des fumées risque de couler, causant de la corrosion et une production importante de suie.

Si un doute subsiste sur les capacités de la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que la chaudière dont je dispose peut être régulée en température glissante, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Le maintien en température élevée des anciennes chaudières est également parfois inévitable en présence dune production d’eau chaude sanitaire combinée à la chaudière.

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer un récupérateur de chaleur

Quantité d’énergie exploitable

Exemple.

Calculons l’énergie contenue dans 1 m^³ d’air rejeté à l’extérieur.

Soit de l’air à 22°C rejeté à l’extérieur où il fait 6°C.

La quantité de chaleur Q contenue dans ce m^³ d’air rejeté est égale au produit du volume d’air par la chaleur volumique de l’air (0,34 Wh/m³°C) et par l’écart de température entre l’air rejeté et l’air à l’extérieur (ΔT).

Q = 0,34 [Wh/m³°C] x 1 [m³] x (22 [°C] – 6 [°C]) = 5,4 Wh

En fait, l’énergie perdue est proportionnelle à l’écart de température et au taux d’humidité :

plus l’air rejeté est chaud (perte de chaleur sensible),
plus l’air rejeté est humide (perte de chaleur latente),
plus la température extérieure est basse.

Plus l’énergie contenue dans l’air rejeté est grande

Calculons l’énergie rejetée par heure par un groupe de ventilation ayant un débit de 10 000 m³/h.

Supposons que cet air de ventilation doit être simplement chauffé, et qu’il n’y a pas de contrôle d’humidité.

Ce groupe rejettera donc toutes les heures un potentiel énergétique de :

Énergie rejetée par heure : 5,4 [W/(m³/h)] x 10 000 [m³/h] = 54 [kWh]

Si le chauffage de l’air est assuré par une installation au mazout dont le rendement est de 70 % (rendement d’installation moyen), cela représente un équivalent combustible de :

54 [kWh] / 0,7 x 10 [kWh/litre] = 7,7 [litres]

Un récupérateur de chaleur sur l’air extrait permet, en gros, de récupérer 50 % de cette consommation, soit l’équivalent de 3,6 litres ou 1,35 € (à 0,375 €/litre) par heure de fonctionnement (certains récupérateurs permettent de récupérer 75 .. 90 % de cette consommation).

Installation sans récupération.

Installation avec récupération.

Calculs

Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur.

Rentabilité d’un récupérateur de chaleur

La rentabilité du récupérateur résulte de la comparaison entre « le bénéfice », c’est-à-dire le coût de l’énergie récupérée, et « les dépenses », c’est-à-dire

Les dépenses de capital pour l’achat et le placement des échangeurs, pompes, ventilateurs, … (dans une installation neuve il faudra également tenir compte de l’éventuelle possibilité de réduire la taille des autres équipements de chauffe, batteries, chaudières, …),
les frais d’exploitation en consommation d’énergie des pompes, ventilateurs et accessoires,
les coûts d’entretien des équipements.

Le point délicat dans le calcul de la rentabilité sera l’estimation correcte de l’économie d’énergie que l’on peut atteindre. Celle-ci étant en pratique dépendante des conditions de fonctionnement essentiellement variables de la ventilation.

L’optimalisation consiste à rechercher, parmi plusieurs solutions techniques, la sélection de l’équipement présentant le temps de retour le plus court et/ou l’économie maximale.

L’optimum peut être déterminé selon les deux critères suivants :

Énergie nette maximale récupérée, qui est l’énergie totale récupérée moins les consommations en énergie du récupérateur (accessoires, accroissement des pertes de charge et donc de la puissance du ventilateur).
Gain financier maximum, le système est alors optimisé par rapport au gain financier pendant la durée de vie estimée de l’équipement (10 ans).

En fait, l’optimalisation se réalisera entre un nombre limité de solutions : différents modèles d’un même type et différents types de récupérateurs compatibles avec l’application concernée (les critères technologiques ayant déjà permis une première sélection).

Exemple.

Envisageons ici un exemple de calcul de rentabilité :

Soit une installation de ventilation assurant un débit de 10 000 m^³/h et fonctionnant en tout air neuf 10 h par jour (de 8 h à 18 h), 5 jours par semaine et 35 semaines par saison de chauffe, soit 1 750 h.

Économie d’énergie

La température intérieure est de 22°C.

L’énergie nécessaire au chauffage de l’air neuf est de (8°C = température moyenne extérieure diurne durant la saison de chauffe et 0,8 est le rendement de l’installation de chauffage) :

0,34 [Wh/m³.°C] x 10 000 [m³/h] x (22 [°C] – 8 [°C]) x
1 750 [h/an] / 0,8 / 1 000 = 104 125 [kWh/an].

Soit un récupérateur dont le rendement de récupération est de 50 % (batteries à eau glycolée).

Cela implique une énergie récupérée de 52 062 kWh/an ou 5 200 litres fuel ou 3 235,4 €/an (à 0,622 €/litre).

Augmentation de la consommation électrique

La puissance électrique des ventilateurs GP et GE de l’installation de base est de :

0,4 [W/(m³/h)], soit 4 [kW]

Le placement du récupérateur entraîne une augmentation des pertes de charge et donc une augmentation de la puissance des ventilateurs pour maintenir le même débit :

Puissance électrique des ventilateurs GP et GE avec récupérateur = 5,7 kW

Ainsi qu’une consommation électrique d’auxiliaire pour la circulation du fluide caloporteur :

Puissance de la pompe de circulation = 0,3 kW

Le supplément de consommation électrique sera donc de :

5,7 [kW] + 0,3 [kW] – 4 [kW] = 2 [kW] x 1 750 [h] = 3 500 [kWh/an]

soit à 0,16 [€/kWh] (consommation de jour) = 560 [€/an]

L’économie annuelle réelle est donc de 1950 [€/an] – 402,5 [€/an] = 2674,4 [€/an]

Investissement

Dans une installation existante, le placement d’un récupérateur implique le coût du récupérateur mais aussi son intégration dans les caissons de ventilation existants, la modification de la vitesse du ventilateur (changement de poulies et peut-être du moteur) de manière à maintenir le débit de ventilation nominal et le placement d’un filtre sur l’air extrait pour protéger la batterie si celui-ci est absent.

Si on ne tient compte que du récupérateur et de son placement, on peut estimer l’investissement à 6 250 €. Le temps de retour est donc de :

6 250 [€] / 2674,4 [€/an] = 2,34 [ans]

On observe donc que la rentabilité est très dépendante du prix de revient du kWh thermique.

Les situations les plus favorables

Tout d’abord, si on remplace l’entièreté du groupe de traitement d’air, n’importe quel type de récupérateur peut être installé (à plaques, par accumulation, caloduc ou à eau glycolée). Au niveau du choix, on se retrouve quasiment dans la situation d’un bâtiment neuf.

Concevoir

Choix d’un récupérateur de chaleur dans le cas d’une installation neuve (pour les immeubles de bureaux).

Si on ne remplace pas le groupe de traitement d’air, seule la solution de l’échangeur à eau glycolée est réaliste avec un minimum d’intervention technique. Elle a aussi l’avantage de ne pas imposer la proximité entre les prises et les rejets d’air. Il faudra cependant parfois adapter la section des conduits au droit des batteries pour adapter éventuellement la vitesse de l’air (2,5 .. 3 m/s) (la batterie sur l’air neuf pourra être mise dans n’importe quelle position, la batterie sur l’air extrait devra être verticale pour permettre l’évacuation des condensats).

En outre, on obtiendra la meilleure rentabilité du récupérateur dans les cas suivants :

des débits élevés (+ de 10 000 m³/h),
un usage permanent de l’installation de ventilation (ex : hôpitaux),
des besoins thermiques élevés (ex : piscines),
une source de chaleur particulière et disponible (process industriel),
un ventilateur et son moteur surdimensionnés au départ, ce qui peut éviter de pourvoir au remplacement des poulies et du moteur pour maintenir les débits prescrits.

Exigences en milieu hospitalier

En milieu hospitalier il est impératif de limiter au maximum les risques de biocontamination. L’air est un vecteur important responsable des infections nosocomiales. Pour cette raison, la distribution d’air doit, au même titre que les démarches d’hygiène classique de chirurgie par exemple, suivre une marche en avant du plus « propre » vers le plus « sale » sans croisement possible de l’un vers l’autre.

En clair, un air extrait ne peut pas dans la majorité des cas se mélanger ou être contact avec l’air neuf.

Les échangeurs air/air, où l’air neuf et l’air vicié sont en contact physiquement (échangeur à accumulation par exemple) l’un et l’autre, doivent être évités là où il n’y a pas d’exigence de filtration absolue et où le réseau de distribution d’air alimente des zones à activités médicales multiples (contamination croisée).

Il est aussi difficile de modifier une installation existante sachant que souvent les groupes de pulsion et d’extraction sont assez éloignés les uns des autres. Que ce soit dans la conception « tour » ou « pavillonnaire », les groupes se trouvent aux extrémités opposées des plateaux des bâtiments.

On retiendra, qu’en milieu hospitalier, les récupérateurs les mieux appropriés sont des échangeurs :

à plaque pour autant que les groupes de pulsion et d’extraction soient proches les uns des autres,
à eau glycolée si les groupes sont éloignés.

Découvrez ce bon exemple de système de ventilation qui a été intégré au bâtiment de la société IVEG.

Posted By : 25 Sep, 2007

Déterminer les performances thermiques à atteindre [Améliorer]

La réglementation

Outre un niveau de performance global à atteindre (K_globalet E), la PEB en matière d’isolation exige des valeurs maximales pour le coefficient de transmission thermique Umax des parois faisant partie de la surface de déperdition.

En rénovation, ces valeurs doivent être respectées pour toute paroi qui fait l’objet d’une reconstruction ou qui est ajoutée.

Il se peut également que ces valeurs (ou même des valeurs plus sévères) doivent être atteintes, et ce même si une paroi n’est pas directement touchée par la rénovation, lorsqu’il y a changement d’affectation du bâtiment, de manière à atteindre le niveau global d’isolation (K).

Les recommandations

Si l’on s’en tient à la réglementation, un coefficient de transmission thermique U est requis pour les parois délimitant le volume protégé. Mais il faut comprendre cette valeur comme l’exigence de qualité minimale à respecter, sorte de garde-fou que la Région a voulu imposer aux constructeurs.

L’épaisseur est le résultat d’un compromis :

Plus on isole, plus la consommation diminue (chauffage et climatisation), et avec lui le coût d’exploitation du bâtiment.

Plus on isole, plus le coût d’investissement augmente.

On peut aujourd’hui aller plus loin dans l’isolation des parois sans pour autant générer de grandes modifications dans la technique de construction. On peut aussi vouloir atteindre certains labels qui donnent parfois droit à des subsides. À titre d’exemple, pour une certification « passive » une isolation des parois approchant un U de 0.15 W/m²K est recommandée.

Elle permet de satisfaire de manière plus aisée l’exigence de niveau d’isolation globale (K).
Quelques considérations complémentaires :

Souvent c’est une logique de rentabilité financière qui détermine l’épaisseur d’isolant mis en place. Si une logique de rentabilité écologique était prise, la lutte contre le CO₂ nous pousserait vers une isolation plus forte !

Le prix de l’énergie sur lequel on détermine la rentabilité varie sans cesse mais la tendance est clairement à la hausse. Cette évolution doit donc être prise en compte dans l’évolution de la rentabilité. Si le litre de fuel est un jour à 3 €, la rentabilité de l’isolation ne sera même plus discutée !

Maintenir 20°C dans un bâtiment, c’est un peu comme maintenir un niveau de 20 cm d’eau dans un seau percé. Aux déperditions du bâtiment correspondent des fuites dans la paroi du seau. En permanence nous injectons de la chaleur dans le bâtiment. Or, si en permanence on nous demandait d’apporter de l’eau dans le seau pour garder les 20 cm, notre premier réflexe ne serait-il pas de boucher les trous du seau ?

Expliquez aux Scandinaves, aux Suisses,. que nous hésitons entre 6 et 8 cm d’isolant, vous les verrez sourire, eux qui placent couramment 20 cm de laine minérale, sans état d’âme !

Pourquoi une isolation moins poussée sur le sol ?

En hiver la température du sol est plus élevée que la température extérieure. La « couverture » peut donc être moins épaisse.

Pourquoi une isolation plus poussée en toiture que dans les murs ?

Si la température extérieure est cette fois identique dans les 2 cas, le placement de l’isolant en toiture est plus facile à mettre en œuvre en forte épaisseur. Le coût est proportionnellement moindre. La rentabilité de la surépaisseur est meilleure.

Épaisseur d’isolant

L’épaisseur d’isolant (e_i) peut être calculée par la formule :

1/U = R_si + e₁/λ₁ + e_i/λ_i + e₂/λ₂ + R_se

e_i = λ_i [1/U – (R_si + e₁/λ₁ + e₂/λ₂ + R_se)]

avec,

λ_i_:le coefficient de conductivité thermique de l’isolant (W/mK),
U : le coefficient de transmission thermique de la paroi à atteindre (W/m²K),
R_se et R_si_:les résistances thermiques d’échange entre le mur et les ambiances extérieure et intérieure. Ils valent respectivement 0,04 et 0,13 m²K/W pour une paroi verticale traversée par un flux de chaleur horizontal.
e1/λ_1,e₂/λ₂ : la résistance thermique des autres couches de matériaux (m²K/W).

Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez les épaisseurs minimales d’isolant à ajouter sur la face interne ou externe du mur plein pour obtenir différents coefficients de transmission.
Hypothèses de calcul :

Les coefficients de conductivité thermique (λ en W/mK) ou les résistances thermiques (R_u en m²K/W) des maçonneries utilisées et des isolants sont ceux indiqués dans l’annexe VII de l’AGW du 15 mai 2014.

La maçonnerie est considérée comme sèche et le coefficient de conductivité thermique de celle-ci correspond à celui du matériau sec. En effet, on a considéré que le mur isolé par l’intérieur ou par l’extérieur avait été protégé contre les infiltrations d’eau, comme il se doit.

La face intérieure de la maçonnerie est recouverte d’un enduit à base de plâtre d’1 cm d’épaisseur.

Remarques.

Lorsqu’on utilise un isolant disposant d’un agrément technique (ATG), on peut se fier au coefficient de conductivité thermique certifié par celui-ci; celui-ci est , en général, plus faible que celui indiqué dans dans l’annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014 et on peut ainsi diminuer l’épaisseur d’isolant, parfois de manière appréciable.

Les épaisseurs calculées doivent être augmentées de manière à obtenir des épaisseurs commerciales.

A épaisseur égale et pour autant que l’isolant soit correctement mis en œuvre, la présence d’une lame d’air moyennement ventilée entre l’isolant et sa protection (enduit ou bardage), permet de diminuer le coefficient de transmission thermique U de 2,5 à 5 %.

Composition du mur plein	Masse volumique (kg/m³)	λ(W/mK) ou R_u (m²K/W)	Épaisseur du mur plein (cm)	Coefficient de transmission thermique du mur plein sans isolant (W/m²K)	Épaisseur de l’isolant (en cm) à ajouter pour obtenir un coefficient de transmission thermique particulier (U)
					U (W/m²K)	Nature de l’isolant
					U (W/m²K)	MW/EPS	XPS	PUR/PIR	CG
Maçonnerie de briques ordinaires	1 000 à 2 100	0.72	19	2.22	0.60	5.47	4.86	4.25	6.69
					0.40	9.22	8.20	7.17	11.27
					0.30	12.97	11.53	10.09	15.85
					0.15	27.97	24.86	21.76	34.19
			29	1.69	0.60	4.84	4.31	3.77	5.92
					0.40	8.59	7.64	6.68	10.50
					0.30	12.34	10.97	9.60	15.09
					0.15	27.34	24.3	21.26	33.41
			39	1.37	0.60	4.22	3.75	3.28	5.16
					0.40	7.97	7.08	6.20	9.74
					0.30	11.72	10.42	9.12	14.32
					0.15	26.72	23.75	20.78	32.65
Maçonnerie de moellons	2 200	1.40	29	2.54	0.60	5.73	5.09	4.45	7.00
					0.40	9.48	8.42	7.37	11.58
					0.30	13.23	11.76	10.29	16.16
					0.15	28.23	25.09	21.96	34.5
			39	2.15	0.60	5.40	4.80	4.20	6.60
					0.40	9.15	8.14	7.12	11.19
					0.30	12.90	11.47	10.04	15.77
					0.15	27.91	24.81	21.71	34.11
Blocs creux de béton lourd	> 1 200	0.11	14	3.36	0.60	6.16	5.48	4.79	7.53
					0.40	9.91	8.81	7.71	12.12
					0.30	13.66	12.14	10.63	16.70
					0.15	28.66	25.48	22.29	35.03
		0.14	19	3.06	0.60	6.03	5.36	4.69	7.37
					0.40	9.78	8.69	7.60	11.95
					0.30	13.53	12.02	10.52	16.53
					0.15	28.53	25.36	22.19	34.87
		0.20	29	2.58	0.60	5.76	5.12	4.48	7.04
					0.40	9.51	8.45	7.39	11.62
					0.30	13.26	11.78	10.31	16.20
					0.15	28.26	25.12	21.98	34.53
Blocs de béton mi-lourd	1 200 à 1 800	0.75	14	2.67	0.60	5.82	5.17	4.52	7.11
					0.40	9.57	8.50	7.44	11.69
					0.30	13.32	11.84	10.36	16.28
					0.15	28.31	25.17	22.02	34.61
			19	2.27	0.60	5.52	4.90	4.29	6.74
					0.40	9.27	8.24	7.21	11.33
					0.30	13.02	11.57	10.12	15.91
					0.15	28.02	24.90	21.79	34.24
			29	1.74	0.60	4.92	4.37	3.82	6.01
					0.40	8.67	7.70	6.74	10.59
					0.30	12.42	11.04	9.66	15.18
					0.15	27.41	24.37	21.32	33.51
Blocs de béton moyen	900 à 1 200	0.40	14	1.86	0.60	5.08	4.52	3.95	6.21
					0.40	8.83	7.85	6.87	10.80
					0.30	12.58	11.18	9.79	15.38
					0.15	27.58	24.52	21.45	33.71
			19	1.51	0.60	4.52	4.02	3.52	5.52
					0.40	8.27	7.35	6.43	10.11
					0.30	12.02	10.68	9.35	14.69
					0.15	27.02	24.02	21.02	33.02
			29	1.10	0.60	3.39	3.02	2.64	4.15
					0.40	7.14	6.35	5.56	8.73
					0.30	10.89	9.68	8.47	13.32
					0.15	25.91	23.03	20.15	31.67
Blocs de béton léger	600 à 900	0.30	14	1.53	0.60	4.56	4.05	3.54	5.57
					0.40	8.31	7.38	6.46	10.15
					0.30	12.06	10.72	9.38	14.74
					0.15	27.06	24.05	21.05	33.07
			19	1.22	0.60	3.81	3.38	2.96	4.65
					0.40	7.56	6.72	5.88	9.24
					0.30	11.31	10.05	8.79	13.82
					0.15	26.31	23.39	20.46	32.16
			29	0.87	0.60	2.31	2.05	1.79	2.82
					0.40	6.06	5.38	4.71	7.40
					0.30	9.81	8.72	7.63	11.99
					0.15	24.83	22.07	19.31	30.34
Blocs creux de béton léger	< 1 200	0.30	14	2.05	0.60	5.31	4.72	4.13	6.49
					0.40	9.06	8.05	7.04	11.07
					0.30	12.81	11.38	9.96	15.65
					0.15	27.8	24.72	21.63	33.98
		0.35	19	1.86	0.60	5.08	4.52	3.95	6.21
					0.40	8.83	7.85	6.87	10.80
					0.30	12.58	11.18	9.79	15.38
					0.15	27.58	24.52	21.45	33.71
		0.45	29	1.57	0.60	4.63	4.12	3.60	5.66
					0.40	8.38	7.45	6.52	10.25
					0.30	12.13	10.78	9.44	14.83
					0.15	27.13	24.12	21.10	33.16
Blocs de béton très léger	< 600	0.22	14	1.21	0.60	3.79	3.37	2.95	4.64
					0.40	7.54	6.71	5.87	9.22
					0.30	11.29	10.04	8.78	13.80
					0.15	26.28	23.36	20.44	32.12
			19	0.95	0.60	2.77	2.46	2.16	3.39
					0.40	6.52	5.80	5.07	7.97
					0.30	10.27	9.13	7.99	12.55
					0.15	25.26	22.46	19.65	30.88
			29	0.66	0.60	0.73	0.65	0.56	0.89
					0.40	4.48	3.98	3.48	5.47
					0.30	8.23	7.31	6.40	10.05
					0.15	23.18	20.61	18.03	28.33
Blocs de béton cellulaire	< 500	0.18	15	0.98	0.60	2.91	2.58	2.26	3.55
					0.40	6.66	5.92	5.18	8.14
					0.30	10.41	9.25	8.09	12.72
					0.15	25.41	22.59	19.76	31.05
			20	0.77	0.60	1.66	1.47	1.29	2.03
					0.40	5.41	4.81	4.21	6.61
					0.30	9.16	8.14	7.12	11.19
					0.15	24.16	21.47	18.79	29.52
			30	0.54	0.60	–	–	–	–
					0.40	2.91	2.58	2.26	3.55
					0.30	6.66	5.92	5.18	8.14
					0.15	21.67	19.26	16.85	26.48
Blocs de terre cuite lourds	1 600 à 2 100	0.90	14	2.92	0.60	5.96	5.30	4.63	7.28
					0.40	9.71	8.63	7.55	11.86
					0.30	13.46	11.96	10.47	16.45
					0.15	28.46	25.3	22.13	34.78
			19	2.51	0.60	5.71	5.07	4.44	6.98
					0.40	9.46	8.41	7.36	11.56
					0.30	13.21	11.74	10.27	16.14
					0.15	28.21	25.07	21.94	34.48
			29	1.96	0.60	5.21	4.63	4.05	6.36
					0.40	8.96	7.96	6.97	10.95
					0.30	12.71	11.30	9.88	15.53
					0.15	27.70	24.63	21.55	33.86
Blocs de terre cuite perforés	1 000 à 1 600	0.54	14	2.24	0.60	5.49	4.88	4.27	6.71
					0.40	9.24	8.21	7.19	11.29
					0.30	12.99	11.55	10.10	15.88
					0.15	27.99	24.88	21.77	34.21
			19	1.86	0.60	5.07	4.51	3.95	6.20
					0.40	8.82	7.84	6.86	10.79
					0.30	12.57	11.18	9.78	15.37
					0.15	27.58	24.52	21.45	33.71
			29	1.38	0.60	4.24	3.77	3.30	5.18
					0.40	7.99	7.10	6.22	9.77
					0.30	11.74	10.44	9.13	14.35
					0.15	26.74	23.77	20.80	32.68
Blocs de terre cuite perforés	700 à 1 000	0.27	14	1.42	0.60	4.32	3.84	3.36	5.29
					0.40	8.07	7.18	6.28	9.87
					0.30	11.82	10.51	9.20	14.45
					0.15	26.83	23.85	20.87	32.79
			19	1.12	0.60	3.49	3.10	2.72	4.27
					0.40	7.24	6.44	5.63	8.85
					0.30	10.99	9.77	8.55	13.43
					0.15	25.98	23.10	20.21	31.76
			29	0.79	0.60	1.82	1.62	1.42	2.23
					0.40	5.57	4.95	4.34	6.81
					0.30	9.32	8.29	7.25	11.40
					0.15	24.30	21.60	18.90	29.70
Blocs silico-calcaire creux	1 200 à 1 700	0.60	14	2.38	0.60	5.61	4.98	4.36	6.85
					0.40	9.36	8.32	7.28	11.44
					0.30	13.11	11.65	10.19	16.02
					0.15	28.11	24.99	21.86	34.36
			19	1.98	0.60	5.23	4.65	4.07	6.40
					0.40	8.98	7.98	6.99	10.98
					0.30	12.73	11.32	9.90	15.56
					0.15	27.73	24.65	21.57	33.89
			29	1.49	0.60	4.48	3.98	3.49	5.48
					0.40	8.23	7.32	6.40	10.06
					0.30	11.98	10.65	9.32	14.65
					0.15	26.98	23.98	20.98	32.98

Source : Isolation thermique des murs pleins réalisée par le CSTC à la demande de la DGTRE.

Il est également possible d’utiliser le fichier Excel (XLS) pour calculer le U d’une paroi en contact avec l’extérieur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la régulation de la production de vapeur

Pendant le cycle

En général, la régulation des étages de puissance des résistances chauffantes est assurée correctement par l’automate de gestion du générateur. Vu que le nombre d’étages est relativement important par générateur, la découpe de l’appel de puissance électrique peut être modulée efficacement au niveau énergétique.

Inutile, par exemple, d’enclencher toute la puissance pour corriger une petite variation de température ou de pression aux alentours des 134 °C 3 bar.

À ce stade de la régulation pas grand chose à apporter d’autant plus que c’est la qualité du process qui prime avant tout.

Néanmoins, on pourrait considérer que la réduction du temps de séchage sur le temps global du cycle est une économie sur la consommation d’eau adoucie de la pompe à vide.

Les constructeurs essayent de mettre au point divers systèmes permettant de refroidir plus rapidement la chambre de stérilisation :

Par brumisation. La pulvérisation d’eau osmosée dans la chambre de stérilisation permettrait de refroidir la chambre sous vide; l’eau étant directement vaporisée (prise de chaleur latente dans la chambre et, par conséquent, abaissement de la température) par la présence d’un vide poussé et évacuée par la pompe à vide.

Par refroidissement au contact de plaques situées dans la chambre de stérilisation et traversées par de l’eau froide.

Entre les cycles

Coupure de l’alimentation du générateur entre les cycles

Entre les cycles, par contre on se rend compte qu’il y a beaucoup de temps morts au niveau du fonctionnement même de la stérilisation:

le temps de préparation des charges à stériliser est important;
la quantité de matériel à stériliser est limitée (coûts énormes des instruments de chirurgie);
…

L’évaluation de ce temps correspond environ à la proportion suivante (cas où le temps de cycle moyen est de l’ordre de 45 minutes):

Si le temps de cycle passe de 45 à 75 minutes, comme c’est le cas dans certaines stérilisations centrales, les proportions sont modifiées comme suit :

Quel que soit le temps de cycle choisi, durant l’intercycle, on maintient toute l’installation sous pression avec une déperdition au travers des parois importante.

À ce stade, on est en droit de se demander s’il ne vaudrait pas mieux entre chaque cycle couper purement et simplement l’alimentation du générateur. On pourrait alors réduire les déperditions des parois du système sachant qu’elles sont proportionnelles à l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur de part et d’autre de la paroi. Pour une température externe ambiante dans la zone technique relativement constante, les déperditions diminuent car la température interne ou la température de la vapeur diminue au fur et à mesure qu’elle condense au contact des parois qui se refroidissent. La loi selon laquelle la température de la vapeur diminue est complexe puisqu’elle dépend :

du changement d’état de la vapeur à volume constant,
de l’inertie du système (parois d’acier, tuyauterie de cuivre, …).

Il est intéressant de connaître l’économie qui serait réalisée en considérant un système théorique à inertie très faible cédant rapidement sa chaleur à l’ambiance. Attention toutefois que les équipements de l’installation sont, en régime stable, déjà soumis à des contraintes de température et de pression importantes. Si, en plus, le système subit des régimes variables, on risque de provoquer des fatigues prématurées des matériaux et d’augmenter le risque de fuite au niveau des raccords. On considère donc un régime ou l’on maintient une certaine pression (1 bar par exemple) par un appoint de chaleur réduit mais maintenu au niveau du générateur :

Évaluer

Pour aller plus loin dans la réflexion concernant l’évaluation des pertes.

On sait que :

par les données du constructeurs :
- les pertes des parois du générateur, de la distribution et de la double enveloppe en régime établit (3 bar 134 °C) sont de l’ordre de 2,9 [kW];
- les pertes des parois au travers des portes de la chambre sont de 0,5 [kW];
- les pertes totales sont de Q_{déperdition 3 bar} = 2.9 + 0,5 = 3,4 [kW];
- le volume occupé par la vapeur dans le système est de l’ordre de 0,6 [m³];
- le volume de la chambre de stérilisation est de l’ordre de 0,6 [m³].
t_ambiante = 25 [°C];
t_{vapeur_av} = 134 [°C];
t_{vapeur_ap} = 100 [°C];

On fait l’hypothèse que :

en fin de cycle, dès que la charge est retirée du stérilisateur, on referme les portes directement;
la consigne de pression du générateur, en fin de cycle, est de 1 bar;
la pression chute rapidement dans le système de 3 à 1 bar (front raide sans inertie).

On a :

les déperditions au travers des parois sont de l’ordre :

Q_{déperdition 1 bar}

= Q_{déperdition 3 bar} x (t_{vapeur_ap} – _tambiante) / (t_{vapeur_av} – _tambiante)

= 3,4 [kW] x (100 – 25) [°C] / (134 – 25) [°C]

= 2,35 [kW]

Soit une amélioration de l’ordre de 30 %.

L’amélioration de 30 % est purement théorique et tient compte d’une inertie nulle de l’acier; ce qui n’est pas le cas en pratique puisque un acier ordinaire est capable d’emmagasiner beaucoup d’énergie et de la restituer pendant l’intercycle à la fois à la vapeur et à l’ambiance extérieure en prolongeant le maintien dans la double enveloppe d’une vapeur saturée. Cette inertie contribue donc à garder la température de la vapeur assez haute, du moins au début de l’intercycle.

En fait, c’est encore plus complexe que de réduire le phénomène de stockage et de déstockage à l’inertie seule.

Au niveau de l’enveloppe, on assiste à la conjugaison :

Dans le même sens, de l’effusivité thermique qui caractérise un matériau par la quantité d’énergie qu’il lui faut pour se réchauffer. L’acier a une grande effusivité et donc un besoin important d’énergie pour s’échauffer (grand échange avec la vapeur). À l’inverse, il est capable de restituer beaucoup d’énergie.

À l’inverse, de sa diffusivité thermique qui caractérise un matériau par sa capacité à changer rapidement de température en stockage ou déstockage. Pour l’acier inoxydable, elle est importante et donc l’acier se refroidit assez vite en échangeant avec l’ambiance; c’est pour cette raison qu’en pratique, par exemple, on annonce des temps de remontée en pression et en température d’un quart d’heure.

Donc l’acier est capable d’emmagasiner et de restituer beaucoup d’énergie de part son effusivité tout en s’échauffant et se refroidissant rapidement de part sa diffusivité.

En tenant compte de l’inertie de la double enveloppe et de son isolation, le temps de refroidissement augmente et naturellement réduit l’économie par rapport à une cuve à inertie nulle et sans isolation.

Les graphes suivants donnent une idée des temps de refroidissement et de réchauffe pendant l’intercycle :

Refroidissement de la double enveloppe.

Il faut de l’ordre de 30 minutes pour refroidir l’acier de la double enveloppe de 134 à 100 °C. C’est à la fois dû à l’inertie de la double enveloppe et à son isolation.

Réchauffe de la double enveloppe.

Par contre, la remontée en température est assez rapide (de l’ordre de 1 à 2 minutes) puisque c’est le générateur qui fournit sa pleine puissance (40 kW par exemple) à la double enveloppe via la reformation de vapeur (l’isolation jouant dans ce cas le rôle d’un mur à faible déperdition contre lequel l’acier est acculé à se charger).
Dans ce cas, l’économie est plutôt de l’ordre de 15 à 20 %.

Théories

Pour voir le détail concernant les temps de refroidissement et réchauffe durant l’intercycle.

Au niveau de la vapeur, il y a lieu de parler du phénomène de prise de vide dans le sens où lorsque la vapeur échange sa chaleur avec la paroi, elle se refroidit et condense. Mais, en plus, son volume diminue rapidement risquant de créer un vide dans la double enveloppe et d’aspirer l’eau présente dans le générateur de vapeur; d’où l’importance de placer un casse-vide.

Casse-vide.

Ce casse-vide agit simplement par la mise à l’atmosphère de la cuve en permettant à l’air de rentrer. Il s’ensuit un refroidissement accéléré de la cuve.

Conclusion

L’économie dépend donc de différents facteurs :

Une isolation importante joue en défaveur de la coupure du générateur durant les intercycles. Ceci dit, plus on isole moins de déperdition il y aura. Cependant, en amélioration, on tiendra compte de la difficulté de renforcer l’isolation de cuve. En effet, l’environnement immédiat des cuves est encombré de tuyauterie dans tous les sens.

Plus le temps d’intercycle est important plus la coupure augmente l’économie.

Plus le générateur est surdimensionné, plus la relance sera courte.

Pour faire le point à ce niveau, il est utile d’en parler au constructeur.

Le tableau suivant reprend les pertes énergétiques et économiques durant les intercycles et l’amélioration apportée par l’intermittence.

Consommation	Unité	Quantité total	coût unitaire	coût total [€/an]	Réduction [€/an]
Entre les cycles
Eau osmosée (vapeur)	m³/an	48	2,75 [€/m³]	132
Electricité	kWhan	45 059	0,11 [€/kWh]	4 956
Intermittence (-15 %)
Eau osmosée (vapeur)	m³/an	40	2,75 [€/m³]	110	– 22
Electricité	kWhan	38 300	0,11 [€/kWh]	4 213	– 743

Si l’on met en place l’intermittence, on peut s’attendre, en réduisant les consommations de 15 %, à économiser de l’ordre de 765 [€/an]. Cette amélioration peut se réaliser par la mise en place au niveau de l’automate programmable de chaque stérilisateur d’une commande :

de coupure de l’alimentation du générateur à la fin d’un cycle de stérilisation;
du ré enclenchement de cette alimentation au moment du lancement du cycle suivant.

Évaluer

Pour aller plus loin dans la réflexion concernant l’évaluation des pertes.

Posted By : 25 Sep, 2007

Isoler un mur par l’extérieur

Mesures préliminaires

Si le mur présente des problèmes d’humidité ascensionnelle, ceux-ci doivent d’abord être supprimés. Une barrière étanche perpendiculaire au mur doit exister juste au-dessus du niveau des terres. Si cette barrière est inexistante ou mal positionnée, il faut la créer. Pour ce faire une membrane étanche peut être placée en démontant la maçonnerie par petits tronçons. Cette méthode est la plus efficace, mais difficile et délicate à réaliser. Aussi, on peut créer cette barrière en injectant des produits hydrofuges dans la masse du mur.

On doit ensuite laisser au mur le temps de sécher.

La maçonnerie sur laquelle va être posé l’isolant ne peut être perforée, ce qui permettrait une pénétration directe d’air intérieur (humide) dans l’isolant.

Choix du système

> Le choix du système d‘isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :

les performances à atteindre
l’esthétique recherchée
les performances énergétiques
la complexité de la façade
le prix

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.

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 existant de manière continue pour autant que les détails aux nœuds constructifs (interruptions dans le mur et raccords avec les parois adjacentes tels que ceux montrés ci-dessous) 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.

Retour d’isolation au niveau du seuil – étapes :

Le seuil en pierre existant est démonté.
Un support de forme adéquate pour laisser de la place à l’isolant sous le châssis (un profilé en acier en « U » par exemple) est placé sous le châssis pour le soutenir.
Une couche isolante (isolant compressible) est placée sous le châssis jusqu’au panneau isolant extérieur.
Un nouveau seuil plus fin (métallique par exemple) est placé en garantissant l’écoulement vers l’extérieur de l’eau évacuée par le châssis (le conduit de drainage doit se trouver en avant du « talon » du seuil).

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).

Retour d’isolation au niveau du seuil – étapes (idem que seuil de l’isolant revêtu d’un enduit).

Seuil et linteau – cas de la création d’un mur creux

Mur existant + enduit intérieur.
Isolant thermique (cas d’une coulisse intégralement remplie).
Mur de parement neuf.
Remplissage de l’espace qui était réservé au seuil d’origine par de la maçonnerie.
Nouveau seuil de fenêtre.
Isolant thermique assurant la continuité entre l’isolant du mur et le châssis.
Support de fenêtre sans appui sur le seuil (patte en acier galvanisé fixée mécaniquement au mur porteur).
Cornière.
Linteau extérieur.
Membrane d’étanchéité (avec bords latéraux relevés) et joints verticaux ouverts au-dessus du linteau afin d’évacuer l’eau infiltrée dans la coulisse.
Nouvelle fenêtre.
Joint d’étanchéité (Mastic).
Mousse isolante injectée.
Nouvelle tablette (bois par exemple).
Joint d’étanchéité (fond de joint + mastic).
Calfeutrement.
Nouvelle finition de l’encadrement intérieur.

concevoir

Les principes à respecter sont les mêmes que ceux pour un seuil et un linteau d’un nouveau mur creux !

Cas particulier

Lorsque les dimensions du dormant du châssis que l’on souhaite conserver, ne sont pas suffisantes pour permettre un retour de l’isolant contre celui-ci, il faut casser la maçonnerie des battées.

Linteau – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Ébrasement de baie – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

De même, si l’on souhaite conserver un seuil en pierre, il faut également casser la maçonnerie pour gagner de la place.

S’il n’est pas possible de casser la maçonnerie (linteau en béton, par exemple), il faut remplacer le châssis par un châssis plus petit.

Remarque : de par son épaisseur, l’isolant posé à l’extérieur fait apparaître les châssis plus enfoncés dans la façade. De même, suivant la pose au niveau du linteau et du retour de baie, les dimensions du dormant du châssis peuvent paraître moins important.

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

Joint de mouvement dans un angle

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

Enduit.
Revêtement de sol.
Chape.
Isolant acoustique.
Dalle de plancher.
Mur plein.
Panneau isolant.

Posted By : 25 Sep, 2007

Adapter la consigne d’humidité relative de l’ambiance

Limiter l’humidification en hiver

Le besoin d’humidifier est lié à l’apport d’air neuf hygiénique en hiver : l’air extérieur froid, une fois réchauffé, est un air sec. Généralement, pour assurer un bon confort thermique, il est recommandé de porter l’air à un taux d’humidité relative minimum de 40 %. Cette humidification est énergétiquement coûteuse.

À titre d’exemple, en passant d’une consigne de 20°C 50 % HR à 20°C 60 % HR, le coût de l’humidification augmente de plus de 60% et le coût total du traitement de l’air est augmenté de 6,5 % si l’eau est froide dans l’humidificateur (chaleur de vaporisation prise sur l’air) et de 11 % si l’humidification est réalisée par un humidificateur électrique à vapeur…

La première action est de limiter la consigne des sondes d’humidité éventuelles sur des valeurs minimales assurant de confort :

40 % HR, si l’humidification est commandée au moyen d’une consigne d’humidité relative dans l’ambiance ou dans la gaine de reprise d’air.
moins de 40 % HR, si l’humidification est commandée par une sonde installée dans la gaine de pulsion (il faut tenir compte de l’apport en humidité des occupants).

La deuxième action est d’abaisser au maximum en hiver la consigne de point de rosée des groupes de traitement d’air ou installation une correction automatique de cette consigne en fonction de l’humidité ambiante.

Techniques

Pour en savoir plus sur la régulation par point de rosée et son optimalisation,

La troisième action complémentaire des deux premières est de mettre à l’arrêt l’humidification lorsque la température extérieure dépasse 5 .. 8°C.

Le besoin d’humidification n’existe qu’en hiver.

Pour être certain que l’humidification soit stoppée suffisamment tôt, il est possible de commander le fonctionnement de l’humidificateur en fonction de la température extérieure (interrupteur en série). En pratique, le critère « stopper l’humidification si T°_ext> 5°C » est simple et efficace. La sonde peut être placée à l’extérieur ou dans la gaine d’air frais. De toute façon, un air extérieur à 5°C est, en Belgique, chargé de 4,5 gr_eau/kg_air. Une fois chauffé, il atteint 20°C et 30 % HR (ce qui est temporairement supportable). D’autant que l’apport en eau interne (plantes, occupants,…) portera l’air à 40 % HR.

Un seuil de l’ordre de 8°C peut être choisi si le bâtiment présente très peu d’apport interne en eau et/ou si l’installation travaille en « tout air » neuf (c’est à dire en climatisation « tout air » sans recyclage partiel de l’air extrait).

Cet arrêt peut aussi être décidé manuellement dès la fin des gelées diurnes (vers le début mars).

D’autres avantages à cette mesure

De plus, on se prémunit ainsi :

D’un dérèglement de la régulation : il arrive, rarement il est vrai, de rencontrer un caisson de traitement d’air où, en mi-saison, l’humidification est combattue par la déshumidification de la batterie de froid …!

Du fonctionnement sporadique de l’humidificateur (difficulté de régulation des humidificateurs de type « laveur d’air » en mi-saison, avec son cortège de développement bactérien si l’installation n’est pas automatiquement vidangée…

Comme toujours en URE, la mise en place d’une telle mesure doit être progressive : le réglage du seuil de température peut être abaissé progressivement, en étant attentif aux plaintes éventuelles.

À noter :

Il arrive que l’humidificateur tombe en panne … et qu’aucun occupant ne s’en rende compte… !
En quelque sorte, il s’agit là d’un réglage du seuil très, très bas… !

Adapter la consigne en fonction des températures réelles

Si la sonde d’humidité relative est placée dans la gaine de reprise, il est possible (sinon certain) que la température moyenne qui y règne est supérieure à la température de l’ambiance, ce qui va fausser la mesure et augmenter le taux d’humidité ambiant.

Mettons que la reprise (placée dans le faux plafond) aspire de l’air à 25°C alors que l’ambiance est à 22°C. Une consigne réglée sur 50 % HR, va générer en réalité une ambiance à 60 % HR. En effet, la sonde va régler l’humidificateur pour assurer 25°C et 50 % HR, ce qui correspond à l’humidité de 22°C et 60 % HR dans le diagramme de l’air humide…

Adapter la consigne en fonction des températures réelles

Il faut donc tenir compte de cette stratification des températures et diminuer la consigne à, par exemple, 34% HR pour avoir une ambiance à 40 % HR.

Adapter une consigne flottante

À défaut de couper l’humidification en fonction d’un seuil de température extérieure, si la régulation actuelle impose un niveau d’humidité fixe de 50 %, il est possible de diminuer la facture énergétique (liée à l’humidification mais aussi à la déshumidification) en laissant « flotter » le niveau de consigne entre 35 et 60 %, sans atténuation du confort dans les locaux.

Ce n’est que pour des cas particuliers bien spécifiques qu’une fourchette plus stricte est nécessaire

salle d’opération ou de réanimation en milieu hospitalier,
production industrielle (imprimerie, textile,…),
musées,
…

Pour plus d’informations, il sera utile de consulter l’amélioration du fonctionnement de l’humidificateur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionnement de la production d’eau chaude sanitaire en semi-accumulation

On trouvera ci-dessous le développement d’une méthode de calcul extraite du « guide au dimensionnement des appareils de production d’eau chaude sanitaire » publiée par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable. Le document source est disponible ici.

Calculs

Si les besoins sont continus et que l’installation peut être décrite par un profil de puisage critique.

Étape 1 : profil de puisage

Le calcul d’une installation d’ECS en semi-instantané ou semi-accumulation sera fondé sur la reconstitution des puisages possibles dans les conditions réputées les plus rigoureuses.

Établir le profil de puisage consiste à déterminer pour différentes journées caractéristiques de l’année, les besoins en eau chaude heure par heure.

Remarque : Si le découpage heure par heure du profil de puisage n’est pas représentatif de la situation réelle, par exemple si on assiste à des puisages courts et discontinus ou à de courtes pointes de puisage, un autre découpage doit être considéré, de 10 en 10 minutes, par exemple.

La méthode décrite ci-après permet de dimensionner l’appareil de production d’ECS pour satisfaire aux besoins de la pointe la plus importante de la journée. On prendra comme hypothèse que l’entièreté des stocks éventuels d’eau chaude de l’appareil soient reconstitués avant d’aborder la pointe de consommation suivante.

Dimensionné pour la pointe principale, l’appareil choisi pourra alors sans problème satisfaire les demandes de pointes moins critiques.

Étape 2 : profil de l’énergie puisée

L’eau chaude consommée peut se traduire en énergie puisée. Le profil de puisage d’eau chaude peut donc être transformé en un profil d’énergie puisée au moyen de la formule suivante :

E = 1,16 x V₆₀x (60° – 10°) / 1 000

avec,

E = énergie contenue dans l’eau chaude en kWh
V₆₀= volume puisé en litre ramené à 60°C
1,16 / 1 000 = facteur de conversion
10° = température de l’eau froide

Étape 3 : courbe des besoins consécutifs

a. Qu’est-ce que la courbe des besoins consécutifs ?

À partir du profil de puisage (exemple sur base d’un profil de puisage continu ne subissant pas de forte pointe pouvant donc être décrit heure par heure), on peut dessiner le graphe ci-dessous :

Puisages maximum consécutifs.

Ce schéma représente l’énergie maximum puisée en continu en 1 heure, 2 heures, 3 heures, … en considérant les conditions les plus critiques, quel que soit le moment de la journée et le jour de la semaine. Autrement dit, cela peut être le puisage le plus élevé demandé un jour de semaine à 8h00, suivi de la demande la plus forte enregistrée un samedi de 9h00 à 11h00, etc…

b. Comment établir la courbe des besoins consécutifs ?

Le traitement des données peut s’effectuer de la manière suivante :

À partir du profil d’énergie puisée heure par heure, on peut calculer un profil d’énergie puisée, de 2 heures en 2 heures, de 3 heures en 3 heures et ainsi de suite.

On répète la même opération pour chaque jour caractéristique (ex.- en semaine, les vendredi et samedi, le dimanche).

On peut alors dessiner la courbe des besoins consécutifs, on reporte sur un graphe énergie en fonction du temps, l’ensemble des puisages maximum consécutifs, tous types de journée confondus.

Le graphe ainsi obtenu représente donc l’énergie maximum puisée via l’eau chaude sanitaire en 1 heure, 2 heures, 3 heures, 4 heures, …

Il traduit donc les besoins les plus contraignants que l’on peut rencontrer.

Il suffit maintenant de choisir l’appareil de production d’ECS (volume de stockage et puissance de l’échangeur) capable de satisfaire ceux-ci.

Étape 4 : volume de stockage et puissance de l’échangeur

Le dimensionnement des appareils consiste à définir la puissance de l’échangeur (ou du générateur) et le volume de stockage nécessaire pour satisfaire la courbe des besoins consécutifs.

a. La puissance de l’échangeur

Reprenons la courbe des besoins consécutifs. Sur ce graphe, l’énergie fournie par le générateur ou l’échangeur de la production d’ECS en fonction du temps, est représentée par une droite, appelée droite de puissance.

Puisages maximum consécutifs.

Si l’échangeur fonctionne dès le début d’un puisage, cette droite partira de l’origine.

Traçons donc une droite de puissance, par exemple la droite 1. Celle-ci représentant l’énergie fournie par l’échangeur en fonction du temps, la puissance de l’échangeur est représentée par la pente de la droite :

Examinons sur le graphe, ce qu’il se passe après un temps h de puisage :

l’équivalent « énergie » de l’eau chaude consommée par les utilisateurs = E₅kWh,

l’énergie fournie par l’échangeur de puissance P = E₄kWh.

b. Le volume de stockage

L’énergie consommée étant supérieure à l’énergie fournie par l’échangeur, la différence E₅– E₄ doit être contenue dans l’eau chaude stockée.

L’énergie maximum qui doit être stockée dans l’eau chaude du ballon est donc représentée par la plus grande distance verticale entre la droite de puissance et la courbe des besoins consécutifs. C’est-à-dire, la distance verticale entre la parallèle à la droite de puissance tangente à la courbe des besoins (droite 2) et la droite de puissance elle-même (distance B – D). ce qui donne l’énergie : E₂ – E_l.

Le volume du ballon nécessaire est donc de :

en litres

où,

T_ec= température de stockage de l’eau chaude
10° = température de l’eau froide et donc température minimum que peut atteindre l’eau dans le ballon avant que l’inconfort n’apparaisse
a = coefficient d’efficacité du ballon

c. Comportement du système

En parcourant la courbe des besoins consécutifs, on peut résumer le fonctionnement de l’appareil de production d’ECS, comme suit :

de A à B : la puissance puisée est supérieure à la puissance fournie par l’échangeur, le stock d’eau chaude se vide;
en B : le stock d’eau chaude a atteint sa température minimum admissible;
de B à C : la puissance fournie par l’échangeur est supérieure à la puissance puisée. Le stock d’eau chaude se reconstitue partiellement;
en C : le stock d’eau chaude est entièrement reconstitué.

d. En résumé

On a donc déterminé une paire

Puissance de l’échangeur : P =

Volume de stockage : V =

pour satisfaire les besoins.

Remarque : comme dans le cas des préparations instantanées et en accumulation, la puissance sera majorée pour tenir compte des pertes de distribution et de stockage.

Celle-ci dépend évidemment de la droite de puissance choisie. En fait, il existe une infinité de possibilités en fonction de la puissance choisie.

Puisages maximum consécutifs.

On voit ici toute la plage de possibilités offertes lorsque le profil de consommation est considéré sur 24h.

Il convient donc d’explorer l’ensemble des combinaisons P – V possibles avant de faire son choix. On tracera pour cela, une courbe dite d’égale satisfaction des besoins.

Étape 5 : courbe d’égale satisfaction des besoins

Il existe d’autres combinaisons V – P (volume, puissance) permettant de satisfaire les besoins traduits par la courbe des besoins consécutifs.

Pour les déterminer, il suffit de répéter la méthode décrite ci-avant avec plusieurs droites de puissance (ex. – droite 1, 2, 3, … ).

Courbe d’égale satisfaction des besoins.

En calculant pour chacun des cas, la puissance de l’échangeur et le volume de stockage, on peut recomposer une courbe (P, V), représentant l’ensemble des combinaisons possibles : la courbe d’égale satisfaction des besoins.

Étape 6 : choix de la combinaison puissance-volume optimum

Le choix de la puissance et du volume à installer se fera suivant :

Le coût :
Le premier critère sera le coût de l’installation. On comparera le coût de plusieurs combinaisons (puissance, volume), en tenant compte dans une installation combinée (chauffage-ECS) de la surpuissance nécessaire pour la chaudière.

L’encombrement :
La disponibilité de place pour le matériel (le ballon) sera aussi déterminante dans le choix. Il faudra aussi tenir compte des possibilités d’acheminement et d’évacuation du matériel.

La compatibilité avec la puissance chauffage dans les installations combinées :
Dans la mesure du possible (en respectant les deux premiers critères ci-dessus), il faut essayer que la puissance de la production d’ECS soit la moins éloignée possible de la puissance chaudière – puissance de l’échangeur ECS > 30 % de la puissance chaudière. En effet, plus l’écart de puissance sera grand, plus les cycles de fonctionnement du brûleur seront courts pour assurer la production d’ECS, ce qui diminuera le rendement de production.

Posted By : 25 Sep, 2007

Réduire les déperditions thermiques de la gaine d’ascenseur

Réduire les déperditions thermiques de la gaine d'ascenseur

Création d’une zone « chaude »

Au départ, le volume de la gaine est exclu du volume protégé

Il arrive régulièrement que les gaines d’ascenseur et ses espaces annexes rompent la continuité du volume chauffé de l’immeuble par leur mise en communication thermique directe avec des locaux non chauffés ou l’extérieur.

En effet :

Au niveau du pied de gaine, l’isolation est réduite et en contact soit directement avec l’air extérieur ou soit avec des volumes non chauffés (garage, parking, cave, vide ventilé, …). À ce niveau il se crée une déperdition.
De par la présence de déperditions thermiques au niveau des portes palières, le volume chauffé échange sa chaleur avec la gaine d’ascenseur.
Vu la nécessité de ventiler la gaine pour fournir de l’air hygiénique, l’air chauffé du bâtiment passe à travers les interstices des portes palières et est extrait au sommet de la gaine via la salle des machines (si existante) vers l’extérieur.

Tout se passe comme si la gaine d’ascenseur était assimilée à une énorme cheminée.

Amélioration : inclure le volume de la gaine dans le volume protégé

Dans son étude, Suisse énergie constate que créer une zone « chaude » constitue une amélioration intéressante pour réduire les consommations énergétiques. Le fait d’isoler les parois du pied et du sommet de la gaine (ou du local des machines si existant) permet au volume de l’ascenseur d’intégrer le volume protégé et chauffé.
Un grand nombre de techniques d’isolation existe.

En pratique : isolation du pied de gaine d’ascenseur …

Isoler le pied de la gaine d’ascenseur réduit les ponts thermiques et, par conséquent, les déperditions thermiques. Cette modification est assez simple en ne demande que très peu d’investissement.

Source : Suisse énergie.

Améliorer

Pour en savoir plus sur les techniques d’amélioration de l’isolation des murs et des planchers.

Et isolation des cabanons de toiture

Pour intégrer le volume ascenseur dans le volume protégé, il faut isoler, dans la mesure du possible, les murs et la toiture du cabanon.

Améliorer

Pour en savoir plus sur les techniques d’amélioration de l’isolation des murs du cabanon.

Généralement, les toitures couvrant la salle des machines des ascenseurs sont des toitures plates.

Améliorer

Pour en savoir plus sur les techniques d’amélioration de l’isolation des toitures plates.

Créer une coupure thermique au niveau des sas intermédiaires

Régulièrement, dans les bâtiments tertiaires, les paliers d’ascenseur constituent des sas équipés de portes d’accès. En général, ces portes d’accès restent ouvertes au moyen de rétenteur de porte relié sur la détection incendie. Parfois même, les paliers d’ascenseur sont chauffés au moyen de radiateurs; il s’ensuit une déperdition calorifique non négligeable, surtout si la gaine d’ascenseur est à l’extérieur ou présente une grande surface de mur en contact avec l’air extérieur.

L’idée est de créer un sas non chauffé entre le volume protégé et le volume ascenseur et de fermer les portes. Dans ce cas, et pour autant que les portes soient étanches, la coupure thermique que constitue le sas entre le volume chauffé et la gaine limite les déperditions et les débits de fuite.

Les vannes des radiateurs doivent être fermées ou mises sur position antigel.

L’isolation complète du sas paraît difficile et coûteuse. C’est pour cette raison qu’en amélioration, il paraît plus aisé de malgré tout préférer la méthode de la zone chaude.

Contrôler le débit de ventilation de la gaine

Comme le montre une étude faite par Suisse énergie (mise en évidence des débits de ventilation dans les gaines d’ascenseur), le débit de ventilation d’une cage d’ascenseur de 12 [m] de haut d’un bâtiment de 4 étages, équipée de grilles de ventilation haute et basse de 1 225 [cm²] chacune, et dont les températures externes et internes étaient respectivement de 6 et 20 [°C], avoisinait les 600 [m³/h]; ce qui n’est pas négligeable. Toutefois, il est difficile d’évaluer les débits réels sachant que dans le projet :

l’orifice d’ouverture dans le pied de gaine d’ascenseur ne sera pas toujours prévu ;
les fuites au niveau des portes palières seront incontrôlables.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’estimation des débits de ventilation dans les gaines d’ascenseur.

Néanmoins, ces pertes peuvent être considérablement réduites en contrôlant le débit d’extraction naturelle au sommet de la gaine.

Pour ce faire, depuis septembre 2012, la législation belge (par l’Arrêté royal du 21 septembre 2012) reconnait une solution qui consiste à munir l’ouverture de ventilation de clapets motorisés gérés intelligemment. Ceux-ci s’ouvrent automatiquement en cas :

de besoin de ventilation (lorsque les occupants utilisent l’ascenseur) ;
d’incendie ;
de défaillance de la source d’énergie.

Ils sont généralement aussi asservis à un thermostat d’ambiance pour réguler la température dans la gaine (et ce, notamment, afin de garantir le bon fonctionnement des dispositifs de commande et de régulation des ascenseurs (à voir avec le constructeur au niveau des températures de commande)). Une ouverture manuelle doit de plus être prévue pour le service d’incendie.

Il faudra de plus tenir compte :

des prescriptions en matière d’incendie (clapet coupe-feu) ;
des risques de condensation par le placement d’un calorifugeage au niveau des volets ;
des contraintes d’étanchéité à l’air à garantir (clapet étanche à l’air en position fermée).

Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer le fluide frigorigène d’une installation existante [Climatisation]

Les différentes règlementations ont peu à peu interdit l’utilisation des fluides frigorigènes de type CFC et HCFC (même recyclés).

Le passage vers un HFC (hydrofluorocarbures) peut être assez couteux et implique généralement un changement de certains composants de l’installation (compresseur et détendeur notamment), ainsi qu’un changement de toute l’huile contenue dans l’installation. On recommande donc de faire appel à une société spécialisée qui réalisera une étude précise en fonction de l’installation en présence. Il faudra tenir compte d’une potentielle diminution de puissance frigorifique (et donc du rendement de l’installation) lors de cette étude de faisabilité. On veillera aussi à anticiper les renforcements réglementaires. La réglementation européenne (dite F-gaz) prévoit en effet un retrait progressif des HFC du marché. On aura donc tout intérêt à utiliser un fluide qui ne sera pas trop rapidement retiré du marché !

L’ancien fluide sera récupéré et ensuite détruit ou recyclé, par une société habilitée qui délivrera une attestation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Traiter les bois attaqués par les insectes

Travaux à réaliser

Préparation

Le bois doit d’abord être dégagé pour le rendre accessible et contrôlable.

Tous les bois sont ensuite contrôlés.

Les galeries d’insectes sont dégagées en éliminant la couche superficielle du bois et la vermoulure.

Le bois est finalement dépoussiéré à l’aide d’un aspirateur.

Ces travaux de préparation ont pour buts :

de pouvoir évaluer la résistance mécanique des diverses pièces et décider de les remplacer si nécessaire,
d’éliminer les parties attaquées jusqu’à mettre à nu le bois encore sain,
de préparer le bois à recevoir le produit de traitement.

Traitement en profondeur

Le bois doit être traité en profondeur lorsque l’on constate une attaque de capricorne dans les poutres, les assemblages ou les pièces encastrées, ou une attaque importante de vrillette dans les assemblages ou les pièces encastrées.

En règle générale toutes les pièces de section supérieure à 64 cm², ayant subi une attaque par les insectes doit être traitée en profondeur.

Le traitement en profondeur se fait en forant des trous verticaux de 6 à 20 cm de profondeur, d’un diamètre de 9 à 16 mm, espacés de 25 à 30 cm.

On veille lors des forages à affaiblir le moins possible les pièces et on vérifie si leur stabilité reste assurée.

Après avoir éliminé les débris de bois, on effectue un nettoyage approfondi des pièces à traiter.

Ensuite, les trous de forage sont remplis à trois reprises avec le produit curatif, injecté au moyen d’un système approprié jusqu’à saturation.

Finalement, les trous de forage sont bouchés à l’aide de chevilles traitées.

Traitement de surface

La surface est aspergée avec le plus grand soin sur toutes les faces à l’aide de moyens mécaniques appropriés de façon à éviter la formation de brouillard.

La quantité minimale de produit à utiliser doit être de 300 ml au m² de surface de bois développée.

Attention

Même si aucune attaque ne s’est déjà produite, lors de la mise à nu du bois pour une transformation, ou lorsque des travaux, liés par exemple à une amélioration de l’isolation, vont cacher des ouvrages en bois, il faut impérativement en profiter pour le traiter de façon préventive.

Bois de remplacement

Tous les bois de remplacement seront traités dans une station agréée, travaillant sous contrôle permanent du l’UBAtc.

Un certificat officiel, établi suivant le modèle UBAtc, mentionnera :

le relevé des pièces traitées,
le mode opératoire utilisé,
le nom du produit de traitement, homologué par l’Association Belge pour la protection du bois.

Posted By : 25 Sep, 2007

Calcul d’un vase d’expansion à pression variable

Nous reprenons ici la méthode de dimensionnement des vases d’expansion fermé à pression variable. Pour les vases d’expansion à pression constante que l’on peut retrouver dans les très grosses installations, nous renvoyons le lecteur intéressé au rapport technique du CSTC (n°1 – 1992) ou au document « Méthode de calcul pour vases d’expansion dans des installations de chauffage et de refroidissement central » du SAPC de la régie des bâtiments.

Etape 1 : déterminer le volume de l’installation V_inst

Pour une nouvelle installation

La contenance en eau totale d’une nouvelle installation peut être calculée en sommant :

La contenance des conduits. Le calcul du réseau révèle la longueur totale des tubes par diamètre de conduite. Il faut donc multiplier cette longueur par la contenance en eau de chaque tronçon, en fonction des tableaux suivants :

Tuyaux en acier
Diamètre		Contenance en eau [l/m]
DN10	3/8″	0,1227
DN15	1/2″	0,2011
DN20	3/4″	0,3664
DN25	1″	0,5811
DN32	5/4″	1,0122
DN40	6/4″	1,3723
DN50	2″	2,3328
DN65	2 1/2″	3,8815
DN80	3″	5,3456
DN100	4″	9,0088
DN125	5″	13,6226
DN150	6″	19,9306
Tuyaux en cuivre
Diamètre		Contenance en eau [l/m]
de x s [mm]	di [m]	Contenance en eau [l/m]
12 x 1	0,010	0,079
14 x 1	0,012	0,113
15 x 1	0,013	0,133
16 x 1	0,014	0,154
18 x 1	0,016	0,201
20 x 1	0,018	0,254
22 x 1	0,020	0,314
28 x 1,5	0,025	0,491
34 x 1,5	0,031	0,755
42 x 1,5	0,039	1,195
Tuyaux synthétiques
Diamètre		Contenance en eau [l/m]
de x s [mm]	di [m]	Contenance en eau [l/m]
12 x 2	0,008	0,050
14 x 2	0,010	0,079
16 x 2	0,012	0,113
17 x 2	0,013	0,133
18 x 2	0,014	0,154
20 x 2	0,016	0,201

La contenance en eau des appareils : radiateurs, convecteurs, chaudières, aérothermes, … spécifiée dans la documentation technique des fabricants.

Pour une installation existante

Pour les installations existantes dont le réseau de conduites est inconnu, la contenance en eau totale peut être estimée sur base des ratios suivants :

Composants de l’installation	Contenance en eau [l/kW]
Chaudière en fonte	0,2 .. 1,5
Chaudière en acier	0,7 .. 4,5
Radiateurs à panneaux	2,5 .. 7
Radiateurs à éléments (acier)	8 .. 16
Radiateurs en fonte	5 .. 10
Radiateurs en aluminium	1 .. 6
Convecteurs	0,3 .. 2,5
Conduites (raccordement bitube)	1,5 .. 4
Conduites (raccordement monotube)	1 .. 2
Installation complète avec :
Radiateurs à panneaux (dim. en régime 90/70)	10
Radiateurs à éléments (acier) (dim. en régime 90/70)	14
Radiateurs en fonte (dim. en régime 90/70)	12,5
Convecteurs (dim. en régime 90/70)	6
Chauffage par le sol (pour T eau moyenne 40°C)	17

Exemple.

Une ancienne installation est équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière en fonte de 400 kW. Sa contenance en eau est estimée à :

Suivant l’estimation par composants

Contenance en eau de la chaudière :

400 [kW] x (0,2 .. 1,5) [l/kW] = 80 .. 600 [l]

Contenance en eau des radiateurs :

400 [kW] x (2,5 .. 7) [l/kW] = 1 000 .. 2 800 [l]

Contenance en eau des conduites :

400 [kW] x (1,5 .. 4) [l/kW] = 600 .. 1 600 [l]

Contenance en eau totale de l’installation :

de 80 [l] + 1 000 [l] + 600 [l] = 1 680 [l] à 600 [l] + 2 800 [l] + 1 600 [l] = 5 000 [l]

Suivant l’estimation globale

Contenance en eau totale de l’installation :

10 [l/kW] x 400 [kW] = 4 000 [l]

Etape 2 : calculer le volume d’expansion de l’eau V_exp

Le volume d’expansion est l’augmentation de volume de l’eau dû à son réchauffement. Pour calculer le vase d’expansion, on considère que l’eau est réchauffée de 10°C à 90°C.

V_exp= V_instx C_exp

où,

V_exp= le volume d’expansion de l’eau [l]
C_exp= coefficient d’expansion

Température de l’eau [°C]	C_exp
10	0
20	0,0014
30	0,0040
40	0,0075
50	0,0117
60	0,0167
70	0,0224
80	0,0286
90	0,0355

Exemple.

Une ancienne installation est équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière en fonte de 400 kW. Sa contenance en eau est estimée à 4 000 [l].

Le volume d’expansion de l’eau en passant de 10°C (eau de ville) à 90°C est de :

4 000 [l] x 0,0355 = 142 [l]

Etape 3 : calculer le volume d’eau net V_net

Le volume d’eau net est le volume d’eau dans le vase d’expansion en fonctionnement normal.

V_net= V_instx 0,01 + V_exp

où,

V_instx 0,01 est un volume de réserve qui a pour but de maintenir une quantité minimale d’eau dans le vase d’expansion lorsque l’installation est complètement refroidie (réserve de 1 %). Si cette réserve n’était pas prise en compte, l’installation risque d’entrer en dépression par rapport à son environnement chaque fois qu’elle se refroidit, ce qui favorise la pénétration d’air et la corrosion.

Exemple.

Le volume d’eau net du vase d’expansion est de :

V_net= 4 000 [l] x 0,01 + 142 [l] = 182 [l]

Etape 4 : calculer la pression de gonflage du vase P_gon

La pression de gonflage est la pression régnant dans le vase d’expansion qui ne contient pas encore d’eau, par exemple, avant qu’il ne soit raccordé à l’installation.

Règle générale

Elle doit être choisie pour que lorsque l’installation est entièrement refroidie, il règne encore une surpression de 0,5 bar au point le plus haut de l’installation. Pour une installation dont la température de l’eau ne dépasse pas 100°C, on prend donc comme pression de gonflage la pression qu’engendre la hauteur de l’installation à laquelle on rajoute 0,3 bar.

P_gon[bar] = (h [m] / 10) + 0,3 [bar],

avec un minimum à respecter de 0,5 bar.

Où,

h est la différence de hauteur [m] entre le vase d’expansion considéré comme étant au point le plus bas de l’installation et le point le plus haut de l’installation.

Exemple.

La distance h qui sépare le vase d’expansion du radiateur le plus haut est de 12 m.

Pression de gonflage du vase d’expansion :

P_gon [bar] = (12 [m] / 10) + 0,3 [bar] = 1,5 [bar]

Conditions particulières à vérifier

Les deux conditions qui suivent doivent en plus être vérifiées si :

dans une construction basse (la hauteur entre les points extrêmes de l’installation est réduite),
lorsque la hauteur et/ou la distance entre le vase d’expansion et le circulateur et/ou la chaudière sont grandes.

Pour éviter la cavitation des circulateurs

La cavitation est la formation de bulles de vapeur qui éclatent dans certaines zones de la roue d’un circulateur. Ce phénomène est source de bruit, réduit la hauteur manométrique du circulateur et l’endommage.

Il apparaît lorsqu’une dépression est entretenue à l’aspiration du circulateur.

Le facteur NPSH est spécifié par les fabricants de pompe, dans leur catalogue. C’est la pression minimale qu’il faut respecter à l’entrée de leur pompe pour éviter la cavitation.

La pression minimale au niveau du vase d’expansion ne peut descendre en dessous de :

P_gon[bar] > NPSH [bar] + (h_{XP [m] / 10)}+ Δp_XP [bar]

où,

NPSH = pression d’aspiration nette du circulateur précisée par le fabricant [bar] (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
h_XP= hauteur entre le point de raccordement du vase d’expansion et la pompe [m]

Δp_XP= perte de charge du tronçon de conduite reliant le circulateur au vase d’expansion, y compris la perte de charge de la chaudière si elle se trouve entre le circulateur et le vase d’expansion [bar]

Exemple.

Reprenons l’exemple précédent. La distance qui sépare le vase d’expansion du radiateur le plus haut est de 12 m. La hauteur qui sépare la pompe du vase d’expansion est de 1 m. La perte de charge de la conduite qui sépare le vase d’expansion du circulateur est de 0,4 kPa (100 Pa/m pour 4 m) ou 0,004 bar. Celle de la chaudière est de 0,002 bar.

Le fabricant de la pompe annonce un NPSH de 2 m de CE (ou 0,2 bar).

Pression de gonflage du vase d’expansion :

P_gon [bar] = 0,2 + (1 / 10) + 0,006 = 0,306 [bar]

C’est la valeur de 1,5 bar calculée dans l’exemple précédent qui sera choisie.

Pour éviter l’ébullition dans la chaudière

Une situation analogue se présente lorsque le fabricant d’une chaudière impose une pression minimale dans la chaudière pour éviter l’ébullition de l’eau qui sera source de bruit et de dégâts.

P_gon[bar] > P_chau[bar] + (h_{XC [m] / 10)}+ Δp_XC [bar]

où,

P_chau= pression minimale dans la chaudière imposée par le fabricant [bar] (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
h_XC= hauteur entre le point de raccordement du vase d’expansion et le point le plus haut de la chaudière [m] (cette pression est positive si le point de raccordement du vase est plus bas que le point haut de la chaudière et négative dans le cas inverse)
Δp_XC= perte de charge du tronçon le point de raccordement du vase d’expansion et le point haut de la chaudière (chaudière comprise) [bar]

Étape 5 : calculer la pression maximale admissible P_max

La pression maximale admissible « P_max » est la pression que l’on ne peut dépasser au niveau du vase d’expansion lorsque l’installation est réchauffée. Elle est atteinte à la pression d’ouverture de la soupape de sécurité de la chaudière « P_s« .
Si le vase d’expansion est proche de la chaudière « P_max » est presqu’égal à « P_s« .
L’écart est important si :

la différence de hauteur entre le vase d’expansion et la soupape de sécurité est grande,

la pompe est placée entre le vase d’expansion et la chaudière (la pression effective de la pompe doit être prise en compte).

P_max [bar] = P_s + (hXS / 10) – P_P

P_p = pression de la pompe (n’est prise en compte que si la pompe est entre le vase et la chaudière [bar]) (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
h_XS= hauteur entre le point de raccordement du vase d’expansion et la soupape de sécurité [m] (cette pression est positive si le point de raccordement du vase est plus bas que le point haut de la chaudière et négative dans le cas inverse).

Etape 6 : calculer la pression finale P_fin

C’est la pression que l’on ne peut dépasser dans l’installation en fonctionnement.

P_fin[bar] = P_max– 0,5

Exemple.

Si la soupape de sécurité est réglée à 3 bar et que le vase d’expansion est proche de la chaudière :

P_fin[bar] = 3 [bar] – 0,5 [bar] = 2,5 [bar]

Etape 7 : choisir le volume réel du vase d’expansion V_r

Le volume du vase d’expansion choisi doit être supérieur à :

V_r[l] > V_net[l] / F_p

où,

F_p est appelé facteur de pression. F_p= (P_fin[bar] – P_gon[bar]) / (P_fin[bar] + 1)

Exemple :

Le volume d’eau net du vase d’expansion est de :

V_net= 4 000 [l] x 0,01 + 142 [l] = 182 [l]

Si la soupape de sécurité est réglée à 3 bar et que le vase d’expansion est proche de la chaudière :

P_fin[bar] = 3 [bar] – 0,5 [bar] = 2,5 [bar]

La distance qui sépare le vase d’expansion du radiateur le plus haut est de 12 m :

P_gon[bar] = (12 [m] / 10) + 0,3 [bar] = 1,5 [bar]

V_r[l] > 182 [l] x (2,5 [bar] + 1) / (2,5 [bar] – 1,5 [bar])

V_r[l] > 637 [l]

On choisira un ou plusieurs vases d’expansion pour un volume total de 650 litres.

Etape 8 : Calculer la pression initiale P_ini

C’est la pression initiale à régler au manomètre, lorsque l’installation est froide.
Elle dépend du volume d’eau de réserve « V_res » réellement obtenu avec la vase d’expansion choisie :

V_res[l] = F_px V_r[l] – V_exp[l]

= (P_fin[bar] – P_gon[bar]) / (P_fin[bar] + 1) x V_r[l] – V_exp[l]

P_ini[bar] = (V_r[l] x (P_gon[bar] + 1) / (V_r[l] – V_res[l])) – 1

Exemple.

Une ancienne installation est équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière en fonte de 400 kW. Sa contenance en eau est estimée à 4 000 [l] et son volume d’expansion de l’eau est 142 [l], la pression finale maximale est de 2,5 [bar] et la pression de gonflage est de 1,5 [bar] et le volume du vase choisi est de 650 [l].

Le volume de réserve réellement obtenu avec ce vase est de :

V_res[l] = ((2,5 [bar] – 1,5 [bar]) x 650 [l] / (2,5 [bar] + 1)) – 142 [l] = 43,7 [l]

La pression initiale à régler au manomètre de l’installation (c’est-à-dire la pression relative) est donc de :

P_ini[bar] = (650 [l] x (1,5 [bar] + 1) / (650 [l] – 43,7 [l])) – 1 = 1,7 [bar]

Posted By : 25 Sep, 2007

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.

Posted By : 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.

Posted By : 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

Posted By : 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.

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.

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

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.

Ce dimensionnement doit générer une vitesse maximum de l’eau de 0,5 m/s.

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.

Posted By : 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.

Posted By : 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 éevée (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.

Posted By : 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.

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.

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.

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 l’air extérieur

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.

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

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 »).

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

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.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Placer un compteur horaire sur l’installation en prévision de son remplacement futur !

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

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.

Posted By : 25 Sep, 2007

Limiter les apports solaires [Froid alimentaire]

Limiter les apports solaires

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.

Category Archives: Améliorer

Raccord plancher-façade

Jonction avec le plancher sur local non chauffé ou sur terre-plein – Panneaux isolants composites

Isolation autour de la baie

Travaux annexes

Quel est le mieux pour mon école ?

Est-ce que ça vaut vraiment la peine ?

Fausses idées à démonter

Quelques principes à respecter…

Par quoi commencer?

Isoler les tuyauteries et les vannes

Équilibrer la distribution

Les mauvaises solutions

Actions sur la régulation

Augmenter le débit du circulateur commun

Augmenter le débit du circulateur du circuit défavorisé ou placer une pompe relais

Placer des vannes thermostatiques

Placer et régler des vannes d’équilibrages

Au retour des circuits

Sur les émetteurs

Faire équilibrer l’installation par des professionnels

Équilibrage par tâtonnement

Cas particulier du déséquilibre récent

Réduire le débit des circulateurs

Arrêter les circulateurs en été

Réduire la vitesse des circulateurs surdimensionnés

Remplacer les circulateurs surdimensionnés

Placer des circulateurs à vitesse variable

Améliorations énergétiques ?

Plan d’action

Soit le bruit est aérien

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

Modifier la disposition des locaux

Réaliser le doublage acoustique des parois

Insérer une gaine entre local et source sonore

Placer un silencieux

Garnir les conduits aérauliques de matériau absorbant

Solution courante

En milieu hospitalier

Placer des supports antivibratiles

Couper la transmission par les conduits

Placer des bouches d’amenée d’air naturelle isophoniques

En hiver

En été

Quel est l’impact d’une consigne de température réglée sur 24° ou 25° en été ?

Situation 1

Situation 2

Que faire lorsque l’isolant est détrempé ?

Que faire lorsque l’isolant est écrasé ?

Que faire lorsque l’isolant n’est plus continu ?

Que faire lorsque l’isolant fragilisé n’assure plus la stabilité au vent de la couverture ?

La démarche

Déduire la consommation liée à la production d’eau chaude sanitaire

Déduire les pertes par les ballons

Analyser la consommation de chauffage existante

Normaliser la consommation en fonction d’une année type

Évaluer la demande thermique du bâtiment

Évaluer la consommation future du bâtiment

La qualité hygrothermique recherchée

Continuité de l’isolation

Inertie thermique

Contraintes hygrothermiques dans le gros-œuvre

L’importance des travaux que l’on est prêt à réaliser

L’esthétique et les contraintes urbanistiques

L’espace intérieur disponible

Remplacer le thermostat d’ambiance

Vérifier la gestion des batteries de chauffes terminales

Améliorer le régulateur de charge

Placer un régulateur de charge automatique en fonction de la température extérieure

Améliorer le réglage des paramètres de chauffe

Vérifier que l’appareil n’est pas en chauffage direct permanent

Bénéficier de la relance de jour

Sensibilisation des utilisateurs

Dysfonctionnements

Sensibilisation

Moderniser la gestion de trafic

Modernisation vers la manœuvre collective complète

Modernisation vers la manœuvre à destination

Performances thermiques à atteindre : la réglementation

Performances thermiques à atteindre : les recommandations

La température intérieure moyenne du bâtiment (T_int_^moy.)

La température extérieure moyenne (T_{ext. moy.})