Energie Plus Le Site

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

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Category Archives: Améliorer

Author Image Posted By : Gregory Leonard 7 Nov, 2023

Améliorer le confort thermique en été via notamment l’isolation des parois

L’importance de l’isolation thermique dans les bâtiments tertiaires ne fait aucun doute, non seulement pour réduire la consommation d’énergie, mais aussi pour créer un environnement intérieur confortable tout au long de l’année. Cependant, une question se pose : est-ce que certains matériaux isolants offrent un meilleur confort thermique en été que d’autres ?

C’est l’un des arguments de vente de certains fabricants. La capacité thermique de leurs isolants étant plus élevée, ils contribueraient à augmenter le déphasage thermique et donc le confort d’été.

Théoriquement, la vitesse de propagation de la chaleur dépend de la conductivité thermique (W/m.K) et de la capacité thermique volumique (J/m3.K) de la paroi. L’augmentation de température de la paroi intérieure survient donc après un certain laps de temps, appelé déphasage, et de manière atténuée, grâce à l’isolation.

Définition : Capacité thermique

Quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré (Kelvin) la température d’un m3 de matériau.

La capacité thermique d’un matériau est la quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré (Kelvin) la température d’un mètre cube (m³) de ce matériau. Elle est le produit de la masse volumique (exprimée en kg/m³) et de la chaleur spécifique Cp  (exprimée en J/kg.K).

Pour éclaircir cette question, le CSTC (Centre Scientifique et Technique de la Construction, connu désormais sous le nom de Buildwise) a réalisé une simulation dynamique de la variation de la température dans une pièce sous toiture isolée, en utilisant des matériaux ayant des capacités thermiques différentes, tout en étant soumise à un épisode de canicule de 15 jours.

pièce sous toiture isolée

Exemple de deux isolants similaires au point de vue de leur conductivité thermique mais fort différents quant à leurs capacités thermiques

Isolant

 Conductivité thermique

(W/m.K)

 Masse volumique

(kg/m3)

 Chaleur spécifique

Cp (J/kg.K)

 Capacité thermique volumique

(J/m3.K)
Laine de bois 0,039 55 2000 110
Laine minérale 0,035 25 1030 26

Les conclusions du CSTC (Buildwise) indiquent que, bien que le déphasage et le confort en été augmentent en fonction de  l’épaisseur de l’isolant, lorsque l’épaisseur d’isolant et la conductivité thermique sont équivalentes, l’impact de la capacité thermique du matériau utilisé reste relativement faible, en particulier par rapport à d’autres paramètres à prendre en compte.

Outre les propriétés intrinsèques des matériaux, voici les éléments qui ont le plus d’influence sur le confort thermique en été dans les bâtiments tertiaires :

  • L’épaisseur de l’isolant (et sa conductivité thermique) ;
  • Les protections solaires extérieures pouvant limiter l’apport solaire ;
  • La mise en place d’une ventilation nocturne intensive pour faire baisser la température intérieure ;
  • La réduction des sources internes de chaleur ;
  • La présence d’une masse thermique élevée et accessible, telle que le plafond ou le sol, qui contribue à l’inertie thermique du bâtiment.

Ces facteurs jouent un rôle essentiel pour assurer un confort thermique optimal en été dans les bâtiments tertiaires, qu’il s’agisse de rénovations, de constructions neuves ou simplement de la gestion quotidienne de l’énergie.

Article réalisé par l’ICEDD (Institut de Conseil et d’Etudes en Développement Durable) – https://www.icedd.be/.

Référence :

Dossiers du CSTC – N° 3/2010 – Cahier n°6 – Capacité thermique des isolants et risque de surchauffe

 

améliorer l'isolation - cellulose
Author Image Posted By : Gregory Leonard 10 Mar, 2022

Amélioration de l’enveloppe dans une démarche zéro-carbone  

Comment choisir le matériau?  

Améliorer les performances de l’enveloppe de son bâtiment semble être une des mesures les plus efficaces et courantes dans un projet de rénovation. Toutefois, dans une démarche zéro carbone, on ne peut se contenter d’une simple augmentation de l’épaisseur d’isolant. Il est aussi primordial de limiter les impacts de l’utilisation des matériaux de construction.  

En Europe, on estime que le secteur de la construction est responsable de la consommation de 40% des ressources matérielles et de 35% de la production de déchets.  

L’énergie est un enjeu majeur des crises géopolitiques mondiales. Le réchauffement climatique et les autres pollutions menacent nos environnements naturels, et mènent à des crises humanitaires, sociales, économiques qu’on ne peut ni nier ni négliger. 

Économiquement, les matériaux représentent un marché important, et une part non négligeable du budget d’un bâtiment. Par le choix des matériaux, le maître d’ouvrage se positionne en consommateur et possède de ce fait un pouvoir sur le marché, et la société qui y est liée. La valorisation de critères environnementaux et sociaux pour le choix des matériaux de construction est donc un levier pour un changement global de la société vers un monde plus durable. 

Les multiples impacts des matériaux ainsi que le pouvoir de « consommacteur » qu’il donne au maître d’ouvrage en font un des enjeux d’un projet d’école durable. 

Le lien entre les matériaux de construction et la santé des travailleurs et des occupants est aussi à considérer dans le choix. Les matériaux composites, synthétiques, issus de la chimie industrielle, peuvent émettre des polluants atmosphériques, dont l’impact négatif sur la santé est avéré. Les matériaux de finition intérieure, qui ont un impact direct sur la qualité de l’air intérieur, seront choisis avec soin. 

 Afin de prendre en compte l’impact au sens large de ces matériaux de construction, de nombreuses actions sont à envisager, elles sont reprises sur cette page [site Rénover mon école] et à travers ce schéma :  

L’analyse multicritère des impacts d’un matériau ou d’une solution est un exercice complexe. 

Si on privilégie le réemploi et qu’on choisit des matériaux 

  • fabriqués à partir de matières premières renouvelables (et renouvelées !) et/ou ou à partir de matières recyclées ;
  • peu transformés (surtout thermiquement) ;
  • peu ou pas traité, n’utilisant pas de produits toxiques ;
  • résistants et réparables ;
  • issus de filières locales et d’entreprises qui respectent leurs travailleurs ;
  • assemblés mécaniquement ;
  • réutilisables ou recyclables en fin de vie.

Alors, on est dans le bon ! Analysons tout ceci de façon détaillée : ici 

Plus d’info sur les hypothèses et la méthode d’évaluation ? En cliquant sur ce lien, vous serez redirigez vers le site rénover mon école.

Quels impacts? 

Le choix des matériaux à mettre en œuvre nécessite donc une réflexion globale sur deux impacts différents : l’impact environnemental global et l’impact carbone global.  

  • Impact environnemental : préjudices portés à l’environnement par un matériau, depuis sa conception jusqu’à sa fin de vie, qui affectent principalement la qualité de l’air, la qualité de l’eau, les ressources et la santé humaine. 
  • Impact carbone : la quantité de carbone émise dans l’atmosphère par un matériau, depuis sa production jusqu’à sa fin de vie. 

Tous les matériaux possèdent donc un impact environnemental et un impact carbone qu’il est primordial de prendre en considération dès la conception d’un projet de rénovation visant la neutralité carbone. Depuis quelques années on sait que plus la performance énergétique des bâtiments s’améliore, plus la part des émissions de CO₂ liée aux matériaux mis en œuvre augmente. Dès lors, il est intéressant de toujours chercher à optimiser les compositions de paroi en tentant de trouver le juste équilibre entre l’impact environnemental des nouveaux matériaux mis en œuvre et l’empreinte carbone liée à l’énergie opérationnelle. Les deux indicateurs ne sont pas toujours liés, l’optimisation d’un facteur n’entraînera pas d’office une amélioration du second. Un isolant biosourcé performant sur le plan carbone peut, par exemple, causer un impact environnemental défavorable à partir d’une certaine épaisseur.  

Quel matériau pour quel impact?  

Actuellement, les valeurs U de paroi des bâtiments ne sont optimisées qu’en fonction de leur capacité à réduire l’utilisation d’énergie opérationnelle dans le bâtiment.  

Au vu de l’urgence climatique et sachant qu’au plus un bâtiment est performant au niveau énergie opérationnelle, au plus il a une grande empreinte carbone et un grand impact environnemental lié à ses matériaux, il semble donc intéressant d’optimiser cette valeur U paroi par paroi en tenant compte des deux composantes globales : l’empreinte carbone globale et l’impact environnemental global. De cette manière, il est possible d’une part d’identifier pour chaque mode constructif considéré, le niveau U à viser pour minimiser l’impact ; et d’autre part, de comparer les modes constructifs, pour ces niveaux U minimisant l’impact, de façon à identifier des modes constructifs à privilégier.  

Nous avons effectué ces comparaisons sur base de courbes d’interpolations construites sur les points extraits du logiciel TOTEM. Le tableau ci-dessous illustre le résultat :

 

Les conclusions que l’on peut tirer de cette étude sont les suivantes :  

  • La distribution des modes constructifs par quartile n’est pas la même selon l’indicateur et le niveau d’isolation
  • Les modes constructifs basés sur les panneaux de liège, laine de mouton et laine de verre (en coulisse) sont systématiquement parmi les solutions avec le plus d’impact environnemental. Pour un U=0,15W/m2K s’ajoute à cette liste les modes constructifs choisis comprenant du polyuréthane.
  • Les modes constructifs basés sur l’isolation en flocons de cellulose et paille sont systématiquement parmi les solutions avec le moindre impact environnemental. Pour un U=0,24W/m2K s’ajoute à cette liste l’isolation EPS. Pour un U=0,15, s’ajoutent à cette liste les matelas de laine de verre ou de roche sous bardage bois.

De plus, les U optimum varient fortement en fonction de la paroi. Ils peuvent être de l’ordre des valeurs Umax réglementaires (cas du verre cellulaire ou du PUR), ou sensiblement plus bas : environ 0,16 W/m2K pour la fibre de bois, 0,11 W/m2K pour la cellulose et le verre cellulaire.

La question du “jusqu’où isoler”, dans le cadre de cette démarche zéro-carbone, pose donc la pertinence de mettre en oeuvre davantage de matériaux en regard des besoins de chauffage et du « surcoût » engendré. Pour certains, les Umax réglementaires représentent une valeur en-dessous de laquelle il n’est pas pertinent de descendre. Pour d’autres, des valeurs U sensiblement plus basses peuvent être proposées, d’un point de vue carbone comme d’un point de vue environnemental. Isoler plus ne signifie pas juste : « ajouter des couches ». Il faut veiller à ce que l’amélioration de la valeur U ne dégrade pas l’impact environnemental. Dés lors, pour une isolation renforcée, il faut interroger le mode constructif afin que la valeur U optimal s’accompagne d’un score d’impact environnemental également optimal.  

Bilan environnemental total  

Si vous souhaitez aller plus loin dans l’évaluation du bilan environnemental du bâtiment, nous vous proposons cet outil. Il vous permet de calculer l’impact environnemental total d’un bâtiment, en tenant compte non seulement des matériaux employés mais également des usages d’énergie. Il est évident que les consommations énergétiques d’une école ont, elles aussi, un impact environnemental plus ou moins important, selon la source de production. Modifier et/ou améliorer une paroi impacte également les consommations en énergie générales du bâtiment. Dès lors, en combinant l’impact des parois et des usages d’énergie, vous pourrez comparer différents scénarios et choisir celui ayant l’impact global le plus faible sur l’environnement.  

Author Image Posted By : Gregory Leonard 3 Mar, 2022

Rénovation complète : quels objectifs ?  

Dans le cas d’une rénovation complète de votre école, plusieurs solutions sont envisageables pour réaliser les travaux. Cet article vous présentera ces différents scénarios et vous guidera dans une démarche afin de fixer les objectifs de votre projet de rénovation en accord avec la démarche zéro-carbone.  

Comme mentionné, plusieurs scénarios sont possibles afin de réaliser la rénovation complète de votre bâtiment.  

  1. Le contrat de performance énergétique (CPE) [site Rénover mon école].
  2. L’école possède un gestionnaire technique qui connait le bâtiment, son fonctionnement et ses faiblesses. Dans ce cas, si les travaux à mener sont clairs, il n’est peut-être pas nécessaire de passer par une étude. Le gestionnaire technique fixe des objectifs performanciels concrets à atteindre dans le marché((https://www.renovermonecole.be/fr/objectifs-environnement/limiter-impacts-consommation-denergie/contrat-performance-energetique)).  
  3. Un PO décide de rénover son école dans une démarche zéro-carbone. N’ayant pas les connaissances et les moyens suffisants pour mener le projet seul, ils établissent une stratégie afin de définir les objectifs de la rénovation. Cette étape nécessite de passer par un bureau d’architecture et/ou de préférence un bureau d’étude spécialisé qui analysera la situation en détails afin de mieux cibler les améliorations nécessaires. Une fois l’étude réalisée, l’école fixe alors ses attentes en décrivant les travaux de rénovation à mener.   

Avant toute chose, il est primordial de préciser votre définition et votre vision d’un bâtiment zéro-carbone. Sans cela, il est compliqué d’établir des objectifs à atteindre dans le projet.  

Périmètre  

La vision générale du bâtiment zéro-carbone prônée dans ce dossier identifie quatre priorités qui correspondent à quatre axes de réflexion sur lesquels il est nécessaire de se pencher avant de fixer les objectifs pour une rénovation zéro-carbone pertinente.  

1.Qualité de l’air  

  • Respecter les débits et normes réglementaires dans les locaux pour favoriser une qualité de l’air optimale et un environnement intérieur sain.

2. Enveloppe  

  • Limiter les pertes afin de réduire la demande en énergie de chauffage et limiter la surchauffe afin d’éviter une demande en refroidissement.  
  • Observer les émissions de carbone intrinsèques aux matériaux et tendre vers leur diminution.  
  • Avoir une approche multi-usage à long terme, en réfléchissant au projet jusqu’à sa fin de vie.

3. Electricité  

  • Réduire au plus possible le talon de consommation de l’école.  
  • Diminuer la part importante de consommation électrique liée à l’éclairage en optant pour des lampes LED.  
  • Encourager la production d’électricité par des sources d’énergie renouvelables.  

4. Chauffage  

  • Analyser les besoins en chaleur des occupants et mettre en place des stratégies afin de maintenir une ambiance intérieure stable (avec si nécessaire des compensations individuelles par des démarches Slowheat). 
  • Compenser les besoins thermiques résiduels avec une production renouvelable.  

En conséquence, tout projet de rénovation doit porter simultanément sur (au moins) ces quatre volets pour s’assurer une qualité globale et une cohérence d’ensemble. Si au niveau des travaux ils peuvent faire l’objet de lots différents, il est par contre indispensable qu’au niveau des études ils soient intégrés dans une démarche globale qui détermine comment atteindre les objectifs visés. 

Objectifs  

Peu importe le scénario dans lequel se trouve l’école pour les travaux, il est toujours nécessaire de fixer au départ des objectifs clairs à atteindre qui guideront le marché et les propositions imaginées par les bureaux d’étude.  

Dans le cahier des charges décrivant le marché, il est possible de formuler les objectifs à atteindre de 2 manières différentes :  

  • Objectif performanciel : si vous vous adressez à un bureau d’étude spécialisé, il est possible de chiffrer les objectifs recherchés en se référant aux normes en vigueur pour les différents types d’ouvrage envisagés.  
  • Objectif descriptif : pour certaines choses, il sera préférable de se limiter à une description théorique précise des solutions imaginées.  

Les objectifs choisis et leur formulation dépendent de l’approche dans laquelle on se place. Sur base de tous les éléments présentés dans de dossier, nous voyons deux voies possibles pour une rénovation zéro-carbone :  l’approche énergétique classique actuelle (généraliste), en excluant certaines technologies, et celle visant une modification plus profonde de l’approche énergétique. 

Dans le cadre d’une approche “généraliste” :  

 Les exigences principales à mettre en avant dans cette approche de la rénovation zéro-carbone sont les suivantes :  

  • Abandonner l’utilisation d’énergies fossiles pour s’orienter vers des sources de production renouvelables, locale (biomasse) ou non (par l’électrification du chauffage).  
  • Viser l’impact environnemental le plus faible possible pour toutes les nouvelles matières mises en œuvre dans le projet. 

Concrètement, les objectifs à documenter par les bureaux d’étude peuvent être :  

Indicateurs  Objectifs « + » 
Ventilation et qualité de l’air  Objectif performanciel 

  • Preuve du respect dans les classes des débits réglementaires de 32m³/h par personne pour ne pas dépasser le seuil critique des 900 PPM dans les locaux de cours.  

  
Objectif descriptif  

  • Systématisation de l’utilisation de systèmes de ventilation double flux décentralisés dans les locaux les plus utilisés dans le cas où l’installation d’un système centralisé n’est pas possible par manque de place.  
  • Régulation efficace, sur base d’un horaire local par local avec une modulation du débit selon le taux de CO² par classe.  

  
Performance de l’enveloppe  Objectifs performanciels  

  • Respecter les Umax réglementaires.  
  • Documenter l’impact environnemental et l’ACV de toutes les nouvelles parois mises en œuvre.     
Objectifs descriptifs  

  • Limitation des déperditions de chaleur par transmission et infiltrations par un travail efficace sur l’étanchéité et l’isolation de l’enveloppe.  
  • Systématisation de l’isolation par l’intérieur si cela n’est pas possible par l’extérieur. 
  • Utilisation systématique de matériaux à l’empreinte carbone la plus faible possible. 
  • Favoriser autant que possible les matériaux biosourcés.
Systèmes de chauffe  Objectifs performanciels  

/  
Objectif descriptif :  

  • Exclusion des solutions de chauffage au gaz et au mazout.  
  • Exclusion des solutions de chauffage biomasse, sauf si le pouvoir organisateur de l’école est en mesure d’assurer un approvisionnement suffisant en combustible.  
  • Systématisation de l’utilisation de pompes à chaleur dans le cas d’une électrification du chauffage.  
Confort d’été  Objectif performanciel  

  • Prouver par simulation thermique dynamique la capacité de locaux représentatifs à assurer une température intérieure opérative confortable au sens de la norme EN15251 – Annexe 1 (free running buildings).  
Objectif descriptif  

  • Systématisation des protections solaires mobiles extérieures (gestion thermique) et intérieures (gestion lumineuse), avec un contrôle manuel.  
  • Favoriser une grande inertie du bâtiment, grâce à un choix judicieux des matériaux de construction.
  • Systématisation des pratiques de ventilation nocturne dans le bâtiment en cas de fortes chaleurs.
Eclairage  Objectifs performanciels 
Objectif descriptif  

  • Exclusion de toute technologie de lampe autre que les LED. 
  • Systématisation de la modulation de l’éclairage en fonction de la lumière naturelle et de la détection de présence. 
Système électrique  Objectif performanciel  

/   
Objectif descriptif  

  • Division du système électrique en plusieurs circuits qui, outre la logique “spatiale”, intègre la division entre les types d’usages. Installation d’interrupteurs horaire sur chaque circuit du tableau électrique.  
  • Installation de technologies intelligentes (compteurs, prises de courant…) 
Energies renouvelables  Objectif performanciel 

/
Objectif descriptif  

  • Maximisation des surfaces de productions pour panneaux photovoltaïques (ou autre SER) afin de produire la plus grande part des besoins électriques de l’école.
  • Favoriser l’intégration de l’école dans une communauté d’énergie renouvelable à échelle locale.
Systèmes de gestion  Objectif performanciel  

/   
Objectif descriptif  

  • Favoriser la simplicité des équipements de gestion tant pour les occupants que pour les gestionnaires techniques par une gestion centralisée pour les besoins fixes et normalisés (ex. électricité) et gestion décentralisée par local pour les besoins fluctuants (dans le temps et dans l’espace = ventilation, éclairage…).
Programmation architecturale  De manière générale, réfléchir à une programmation circulaire avec une vision sur plusieurs cycles de vie du bâti. Alternativement, choisir ou adapter le programme imaginé en fonction de la richesse spatiale du bâti existant. 

Les objectifs précis de programmation varient selon la situation particulière de chaque projet.  

Dans le cadre d’une approche “plus originale” :  

Les exigences principales à mettre en avant dans ce projet de rénovation zéro-carbone sont les suivants :  

  • Limiter considérablement les besoins de chaleur de l’école et ne concevoir l’apport de chaleur que comme un appoint, le bâtiment et les usages étant adaptés pour maintenir le bien être « passivement » le plus longtemps possible.
  • Viser l’impact environnemental le plus faible possible pour toutes les nouvelles matières mises en œuvre dans le projet. 

 Concrètement, les objectifs à documenter par les bureaux d’étude peuvent être :  

Indicateurs  Objectifs « +++ » 
Ventilation et qualité de l’air  Objectif performanciel 

  • Idem que l’approche classique
Objectif descriptif  

  • Systématisation de l’utilisation de systèmes de ventilation centralisés ou décentralisés double flux munis de batteries de chauffe et de by-pass afin afin de combler les besoins thermiques ponctuels dans les classes.  
  • Régulation efficace, sur base d’un horaire local par local avec une modulation du débit selon le taux de CO² par classe. 
Performance de l’enveloppe  Objectifs performanciels  

  • Viser pour les parois opaques en contact avec l’extérieur un U < 0,15W/m²K. 
  • Viser pour les fenêtres un niveau U < 1 W/m²K  
  • Pour tout autre paroi, viser à respecter les Umax réglementaires.  
  • Preuve par calcul de dimensionnement que les parois sont telles que la puissance de chauffe (hors relance) du local peut être assurée par le système de ventilation hygiénique.  
Objectifs descriptifs  

  • Idem que l’approche classique 
Systèmes de chauffe  Objectifs performanciels 

/  
Objectif descriptif :  

  • Apport de chaleur sur l’air hygiénique, sans surdimensionnement du débit, avec gestion par thermostat local par local.  
  • Présence dans les locaux d’équipements de correction localisés avec gestion manuelle. 
Confort d’été  Idem que l’approche classique 
Eclairage  Idem que l’approche classique  
Système électrique  Idem que l’approche classique  
Energies renouvelables  Idem que l’approche classique 
Systèmes de gestion  Idem que l’approche classique 
Programmation architecturale  Idem que l’approche classique 

Propositions  

Il est toujours intéressant d’exiger plusieurs propositions afin de pouvoir comparer les résultats. Nous suggérons les quatre propositions suivantes :  

  • Une proposition visant simplement à respecter à la lettre la réglementation en vigueur actuellement.  
  • Une proposition la plus proche du zéro-carbone possible.
  • Une hypothèse avec un changement d’affectation de locaux.  
  • Une proposition liée aux spécificités propres au bâtiment en question.  

Les propositions pourront alors être comparées selon leur respect plus ou moins fort de la démarche “zéro carbone”. Attribuez des points supplémentaires aux propositions les moins émettrices en carbone.  

Author Image Posted By : Gregory Leonard 3 Mar, 2022

Rénovation d’urgence : à quoi penser ?

Par le terme rénovation urgente nous entendons tous les travaux sur des équipements essentiels au confort des occupants qui nécessitent un remplacement et/ou une intervention rapide. Ces travaux d’urgence peuvent être causés par des évènements exceptionnels (inondations, incendie…), par la casse du matériel (châssis, luminaires…) ou encore simplement parce que les équipements sont arrivés en fin de vie (chaudière, luminaire…).  

Le plus important dans ce genre de situation est souvent de ne pas se précipiter et de ne pas toujours opter pour la « solution facile » : remplacer à l’identique. Bien souvent, les équipements sur lesquels intervenir ne sont plus aux normes ou bien existent en version plus performante. Dans une situation d’urgence, il est donc toujours utile de réfléchir au-delà de la facilité afin d’anticiper l’évolution des travaux en question.  

Voici donc une série de recommandations pour traiter quelques situations d’urgence de la manière la plus optimale, en accord avec les principes de la démarche zéro-carbone.  

Remplacer la chaudière  

Remplacer sa chaudière est l’occasion de faire de grandes économies, d’autant plus si celle-ci a plus de 20 ans. Il existe aujourd’hui des chaudières dites à « haute performance énergétique », qui pourront aisément remplacer des installations en fin de vie.  

Dans le meilleur des cas, il est toujours préférable d’avoir établi un plan de rénovation à l’avance avec un professionnel. Celui-ci aura pu prendre le temps d’analyser différentes offres, de revoir le surdimensionnement de la chaudière, d’étudier l’éventuel changement de combustible ou encore les améliorations à apporter au système de régulation. Ce plan de rénovation étant prêt, on peut répondre rapidement à une situation d’urgence, tout en optimalisant le choix de la nouvelle installation. 

Souvent, malheureusement, ce diagnostic et cette étude préalable n’ont jamais été faites. Lorsque la chaudière tombe en panne ou est à remplacer en plein cœur de l’hiver, une solution rapide et efficace est nécessaire. La chaudière à condensation est celle à envisager en priorité car elle propose les rendements les plus élevés et est beaucoup moins émettrice en CO² que d’autres technologies de chaudières. Attention toutefois de, malgré l’urgence, prendre le temps de demander 2 ou 3 devis afin de comparer les offres. Certains chauffagistes remplacent l’existant par une installation ayant exactement les mêmes fonctionnalités. D’autres proposent une installation dont la puissance est judicieusement revue à la baisse et dont la régulation répond aux standards de performance actuels. Il est évident que cette dernière solution est de loin préférable si on veut optimaliser l’économie d’énergie réalisable.  

 Pour en savoir plus : 

Remplacer un châssis  

Il est rare de devoir remplacer un seul châssis dans une école. Souvent, ceux-ci doivent être remplacés par groupe. Peu importe le nombre de châssis à remplacer, une autorisation de l’administration communale est souvent la première démarche à entreprendre.  

D’un point de vue technique, la principale question à prendre en compte rapidement lorsque des travaux comme tel doivent être réalisés rapidement est celle de la ventilation.  

Souvent, les locaux scolaires ne sont munis d’aucun système de ventilation. Dès lors, il est primordial de prévoir des grilles de ventilation dans les nouveaux châssis afin de rendre possible les échanges d’air entre intérieur et extérieur. Les grilles de ventilation permettront également d’éviter des risques de condensation et de moisissures indésirables sur les parois intérieures de la classe.  

Remplacer un châssis sans y ajouter de grille de ventilation peut alors porter la réflexion sur la mise en place d’un système de ventilation mécanique dans les locaux en question.  

De plus, il peut aussi être intéressant de se poser la question de la place du nouveau châssis dans le mur. Si le mur n’est pas isolé, il peut être intéressant de réfléchir à placer le châssis de manière la plus adéquate pour être intégré plus tard dans une enveloppe isolée (par l’intérieur ou par l’extérieur).   

Pour en savoir plus :  

Remplacer une paroi/cloison  

Dans le cas où des travaux doivent être réalisés sur une paroi à cause de dégât des eaux par exemple, la principale réflexion à avoir porte sur l’isolation de celle-ci. La paroi est-elle déjà isolée ? Est-ce utile de le faire ?  

Malgré une prise de décision rapide, il est toujours utile de réfléchir à employer des matériaux à faible impact environnemental pour isoler thermiquement et/ou acoustiquement.  

Remplacer un radiateur  

Agir sur les corps de chauffe peut soulever des questionnements concernant les besoins en chaleur des occupants des locaux en question. Peut-on se passer de ce radiateur moyennant d’autre systèmes de chauffage ? Combien de radiateurs sont réellement nécessaires ? Quelle température est la plus idéale ?  

Remplacer des lampes 

Souvent le remplacement de ce type d’équipements se fait lampe par lampe. De cette manière, l’économie d’énergie met du temps à devenir significative. Cependant, malgré un remplacement petit à petit comme cela, il est intéressant de s’inscrire dans une stratégie globale, permettant de revoir la position des luminaires dans les locaux, la puissance installée nécessaire ainsi que les techniques de régulation des luminaires.  

Author Image Posted By : Gregory Leonard 10 Fév, 2022

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 :

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

  1. Mur existant.
  2. Enduit existant.
  3. Dalle existante.
  4. Chape d’égalisation.
  5. Film d’étanchéité (contre l’humidité ascensionnelle).
  6. Film d’étanchéité (protection du pied de paroi).
  7. Isolant thermique.
  8. Pare-vapeur éventuel.
  9. Finition.
  10. Panneau composite.
  11. Isolant thermique.
  12. Couche pouvant recevoir la finition.
  13. Panneau composite emboîté par languette et rainures.
  14. Fermeture des raccords au moyen d’un enduit pour éviter toute infiltration d’eau dans la couche isolante.
  15. 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.

  1. Plancher.
  2. Solive.
  3. 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.

  1. Mur existant avec enduit de finition.
  2. Isolant thermique (posé entre lattes par exemple).
  3. Pare-vapeur éventuel.
  4. Panneau de finition.
  5. 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.
  6. Prolongement du pare-vapeur jusqu’à la menuiserie ou pose d’un isolant peu perméable à la vapeur (mousse synthétique, par exemple).
  7. Joint souple d’étanchéité pour empêcher toute infiltration d’air intérieur derrière l’isolant.
  8. 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).

  1. Joint souple d’étanchéité.
  2. Ébrasement et chambranle en bois.
  3. 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 :

  1. Isolant posé entre lattes
  2. Pare-vapeur placé sans interruption
  3. Latte fixée à la maçonnerie
  4. Latte supplémentaire servant d’entretoise
  5. Tube électrique
  6. 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.

  1. Tablette
  2. Isolant imperméable à la vapeur collé à la maçonnerie
  3. Isolation entre lattes
  4. Pare-vapeur
  5. Radiateur
  6. Joint d’étanchéité (mastic)
  7. Canalisation de chauffage
  8. 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.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 10 Fév, 2022

Isoler un mur par l’intérieur

Attention ! L’isolation par l’intérieur est la seule technique possible lorsque l’aspect extérieur de la façade doit rester inchangé. Cependant, cette technique d’isolation est délicate et peut engendrer des problèmes. Ainsi, beaucoup d’architectes belges l’évitent.

En respectant une série de principes et en effectuant les vérifications préliminaires nécessaires mentionnées plus bas, cela permet simplement de se mettre le plus possible du côté de la sécurité !

Principes à respecter

Avant toute chose, il est impératif de traiter tout type de problème d’humidité!  Rajouter une couche isolante sur la face intérieur 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.  

  • 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. La température minimale de surface dépend beaucoup du climat intérieur : si celui-ci est particulièrement humide, l’augmentation de la température de surface sera plus rapide et une humidité relative critique se produira plus rapidement que dans les climats plus secs.  Il est indispensable de ne pas laisser les ponts thermiques insolubles se refroidir trop longtemps pendant les périodes de froid afin que la température de surface des zones non isolées ne tombe pas en dessous de la température en dessous de laquelle le développement de moisissures devient possible.

Des pistes de résolution des situations à risque sont proposées sur cette page.

  • Principe 3 : Eviter fuites d’air

Pour éviter tout risque de, 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.

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 .

Si vous voulez , il peut être utile de faire appel à un test de pressurisation qui permettra de détecter toutes les fuites, même celles qui ne sont pas visuellement perceptibles. Attention toutefois que ces tests ont pour objectif de détecter les flux d’air qui se produisent entre l’environnement intérieur et extérieur et non au sein d’une construction.

Une fois ces principes pris en compte, une attention particulière doit être portée sur les nœuds constructifs. Un bon traitement de ces nœuds améliore fortement les performances des bâtiments considérés, quelle que soit la technique d’isolation considérée. L’amélioration est de l’ordre de 30 % pour une épaisseur d’isolant de 6 cm et de l’ordre de 70 % pour une épaisseur de 20 cm. Augmenter l’épaisseur d’isolant sans traiter les nœuds constructifs a peu de sens, cela ne permettra pas d’atteindre les performances thermiques recherchées.

Le graphique ci-dessous illustre les valeurs U moyennes des trois façades d’une maison standard, intégrant l’effet des nœuds constructifs pour différentes épaisseurs d’isolant.

Pour en savoir plus sur les techniques de résolution des nœuds constructifs, consultez notre page : Résoudre les nœuds constructifs – isolation par l’intérieur.

Vérifications et mesures préliminaires

Le mur doit être en bon état

Lorsqu’on isole un mur plein par l’intérieur, les variations de température hiver-été et au cours d’une même journée, deviennent plus importantes. Ce qui augmente les contraintes dans la maçonnerie et peut mener à des fissurations.
Si le mur est déjà fissuré, on peut s’attendre à des dégradations suite à l’apport d’une isolation par l’intérieur.

Le mur doit être sec et protégé contre toute pénétration d’eau

Comme mentionné plus haut, le mur doit être sec et protégé de toute pénétration d’eau de pluie, protégé contre les remontées capillaires et ne plus contenir d’humidité de construction.

L’étanchéité à l’eau de pluie d’un mur plein dépend de son type et de son état.

Lorsque le mur est isolé par l’intérieur, l’eau à l’intérieur de la maçonnerie engendre les 2 désagréments suivants :

  • Vu l’abaissement de la température moyenne d’hiver d’un mur isolé par l’intérieur, le séchage est ralenti. L’humidification prolongée de la maçonnerie peut favoriser une dégradation de la maçonnerie par le gel.

En outre, lorsqu’une maçonnerie humide a fait l’objet d’une intervention pour la protéger, il y a lieu d’attendre son séchage (6 mois à plusieurs années selon le type et l’épaisseur du mur) avant d’entamer son isolation par l’intérieur.

La disposition doit permettre de traiter les ponts thermiques

  • Les dormants des châssis doivent être suffisamment grands pour pouvoir prolonger l’isolant sur la partie latérale de la baie, en dessous du linteau, sous la tablette de fenêtre. À défaut, les châssis devront être remplacés. On profitera de l’occasion pour choisir des vitrages à haut rendement.
  • On doit vérifier la possibilité d’envisager une isolation du sol, du plafond et des murs de refend ou simplement une prolongation de l’isolant sur ces parois.

Le climat intérieur doit être “normal”

Le climat intérieur doit correspondre au plus à la classe III.

Dans des bâtiments de classe de climat intérieur IV, le risque de condensation à l’interface maçonnerie-isolant est trop important. Dans ce cas des précautions lourdes doivent être prises : une étude approfondie du système et de chaque détail doit être réalisée par un bureau d’étude spécialisé; un soin particulier doit être apporté à la mise en œuvre; les matériaux devront être judicieusement choisis etc.

L’inertie thermique doit être suffisante

On vérifiera que la capacité thermique des locaux reste suffisante malgré l’apport de l’isolation du côté intérieur des murs de façade.

Voici des indices d’un risque important de surchauffe en été :

  • Les cloisons intérieures sont en matériaux légers (ex. : plaques de plâtre sur structure en bois ou métallique).
  • Les plancher sont en bois.
  • Il y a beaucoup d’apports internes (éclairage artificiel, ordinateurs, imprimantes, etc.).
  • Les baies vitrées sont grandes et ont une orientation autre que “Nord”.

Voici des indices d’un risque faible de surchauffe en été :

  • Les cloisons intérieures sont en matériaux lourds (béton, brique, …).
  • Les plancher sont en béton.
  • Il y a peu d’apports internes (éclairage artificiel, ordinateurs, imprimantes, etc.).
  • Les baies vitrées sont petites ou orientées au Nord.
    Cependant, une faible inertie thermique peut être favorable dans le cas de locaux occupés durant de courtes périodes.

Diagnostic professionnel

Le CSTC propose une démarche de diagnostic afin d’évaluer la faisabilité d’une isolation par l’intérieur. Elle se concentre sur 4 points d’attention qui se déclinent en différentes nuances, indiquant de la pertinence ou non d’une isolation de ce type.

Technique applicable Applicabilité inconnue (des contrôles ou études complémentaires peuvent confirmer l’applicabilité de la technique) Technique déconseillée en l’état (des interventions visant à corriger les défauts constatés peuvent rendre la technique applicable)
Dégâts visibles Absence de dégâts visibles (traces d’humidité dans les finitions intérieures, écaillage superficiel des briques extérieures, fissures, …) et de sources d’humidité (procéder éventuellement à des mesures du taux d’humidité au moyen d’un humidimètre électrique, p. ex.) Absence de dégâts visibles, mais présence de sources d’humidité (humidité ascensionnelle, éclaboussures, …) susceptibles d’en provoquer après la pose de l’isolation (procéder éventuellement à des mesures du taux d’humidité au moyen d’un humidimètre électrique, p. ex.) Présence de taches d’humidité, front d’humidité, sels efflorescents, algues, fissures, écaillage superficiel des briques extérieures (sensibilité au gel)
Exposition à l’humidité et au gel Typologie de la façade et exposition à la pluie
· Maçonnerie pleine dont l’épaisseur est constituée d’au moins deux briques ou d’une brique et demie, ou moins, en cas d’exposition limitée à la pluie

·  Mur massif en béton coulé

·  Mur creux (isolé ou pas)

·  Mur intérieur

 Maçonnerie pleine dont l’épaisseur est constituée d’une brique et demie en cas d’exposition à la pluie moyenne à élevée Maçonnerie pleine dont l’épaisseur est constituée d’une brique ou moins en cas d’exposition à la pluie moyenne à élevée
Installations techniques
·  Absence de conduites d’eau ou d’autres conduites sensibles à l’humidité ou au gel dans la façade.

·  L’absence d’installations techniques nécessitant le percement de l’isolant facilitera la mise en œuvre

 ·  Présences de conduites d’eau ou d’autres conduites sensibles à l’humidité ou au gel dans la façade.
Planchers intermédiaires
Plancher en béton ou structure portante en bois non encastrée dans la façade à isoler Structure portante en bois sans dégradation encastrée dans la façade à isoler Structure portante en bois avec dégradations encastrée dans la façade à isoler
Caractéristiques des matériaux Finition extérieure
·  Absence de finition extérieure

·  Finition extérieure en bon état, imperméable à l’eau, mais perméable à la vapeur d’eau

 ·  Finition extérieure dégradée

·  Finition extérieure imperméable à la vapeur d’eau (briques émaillées, carrelages, mosaïque, peinture inadaptée, …)
Matériaux constitutifs de la face extérieure de la maçonnerie (briques, mortier de pose et de jointoiement)
Matériaux aux performances connues présentant une résistance au gel suffisante ·  Absence de dégâts dus au gel visibles

·  Mortier à base de chaux

 

 ·  Dégâts dus au gel visibles

·  Eléments identifiés comme non résistants au gel
Finition intérieure
·  Absence de finition intérieure

·  Absence de dégâts visibles (fissures, peinture non adhérente, enduit intérieur dégradé, …)

·   Absence de parties instables

 ·  Parties instables

·  Finition intérieure ne résistant pas à l’humidité ou imperméable à la vapeur d’eau

 Dégâts visibles (fissures, peinture non adhérente, enduit intérieur dégradé, …)
Les caractéristiques et l’état de la finition intérieure influencent essentiellement le type de système d’isolation par l’intérieur (système collé, création d’une contre-cloison, …) pouvant être installé sur le mur considéré ainsi que la façon de dimensionner celui-ci. La technique d’isolation des murs existants par l’intérieur ne devrait dès lors pas être rejetée uniquement sur la base des critères associés à la finition intérieure. Ces différents éléments sont décrits dans la seconde partie de cet article traitant du choix des systèmes d’isolation par l’intérieur et de leur dimensionnement.
Climat intérieur et systèmes du bâtiment Classe de climat intérieur
Classe de climat 2 Classe de climat 3 Classe de climat 4
Systèmes
Systèmes de ventilation et de chauffage efficaces et en état de fonctionnement

Choix du système

Il existe de nombreux systèmes d’isolation par l’intérieur.

Choix du système à panneaux isolants collés

Lorsque le mur est sec et sain et présente une surface plane, on choisit le système des panneaux collés.

Les défauts de planéité ne peuvent pas dépasser 15 mm sur une règle de 2 m. Ce système ne peut être utilisé sur des supports ayant connu l’humidité car des sels peuvent apparaître.
Ce système est le moins onéreux et demande le moins d’espace.
Il demande le décapage complet du revêtement (papier-peint, peinture, …) ou du moins aux endroits des plots ou bandes de colle.

Choix d’un système à structure

Lorsque le mur n’est pas suffisamment plan, on choisit un des deux systèmes à structure.

Ceux-ci sont plus chers mais permettent de rattraper les défauts de planéité du mur. Ces systèmes peuvent aussi être choisis si l’on ne souhaite pas enlever le papier peint ou la peinture.

Le système à panneaux composites posés sur lattage possède l’avantage, par rapport au système à panneaux isolants entre lattes, d’apporter une isolation continue. En particulier, lorsque les profilés utilisés sont métalliques, il évite les ponts thermiques au droit de chaque profilé. Ce système permet également d’apposer une couche plus épaisse d’isolant.

Avec un système à panneaux isolant entre profilés métalliques, ces derniers doivent, dans certains cas, pour des raisons de résistance, être placés avec l’ouverture du “u” vers le mur. On doit veiller, dans ce cas, à ce que ceux-ci soient remplis d’isolant.

Choix du système avec isolation derrière contre-cloison maçonnée

L’isolation derrière contre-cloison maçonnée permet de rajouter un matériau lourd devant l’isolant et donc de remplacer, en partie du moins, l’inertie thermique perdue.
Il demande néanmoins un plancher pouvant le supporter. Il ne pourra pas, en principe, être choisi dans le cas d’un plancher entre étages en bois.

Choix de l’isolant

Le choix d’un isolant dépend principalement des performances à atteindre après isolation. Les caractéristiques des matériaux isolants à prendre en compte en cas d’isolation d’un mur par l’extérieur donc les suivantes :

  • « Epaisseur de l’isolant (m) : Cette épaisseur est une caractéristique du produit dans le cas des isolants rigides ou souples. Elle est déterminée par la mise en œuvre et la géométrie des parois isolées dans le cas des matériaux projetés ou insufflés.  
  • Conductivité thermique du matériau (W/mK) : Cette caractéristique détermine le caractère isolant des matériaux. On la retrouve dans les différentes fiches techniques des matériaux d’isolation.
  • Facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d’eau : Cette valeur se retrouve soit dans les fiches produits des fabricants, soit dans des documents de référence. Lorsqu’une gamme de valeur est citée, il y a lieu de prendre en compte la plus faible valeur renseignée.

Choix du pare-vapeur

Quand doit-on prévoir un pare-vapeur ?

Lorsqu’on utilise un isolant perméable à la vapeur (laine minérale, par exemple) celui-ci doit être précédé, côté intérieur, par un pare-vapeur de manière à éviter le risque de condensation interne.

L’utilisation d’un isolant peu ou pas perméable à la vapeur (EPS, XPS, PUR, CG) collé sur la maçonnerie, ne nécessite pas l’interposition d’un pare-vapeur pour autant que de l’air intérieur NE puisse PAS circuler entre isolant et maçonnerie.
Aussi, si ce type d’isolant est mis en œuvre entre lattes, la pose du pare-vapeur reste indispensable. Celui-ci couvre alors l’ensemble du système “isolant + lattes”.

Quel pare-vapeur choisir ?

L’évaluation du risque principal de condensation par modèle statique (comme celui de Glaser) entraîne presque systématiquement le choix d’une membrane très étanche à la vapeur du côté intérieur. On les appelle souvent les “pare-vapeurs”. Lorsque l’on affine l’analyse, il apparaît que le choix d’une membrane plus faiblement étanche à la vapeur est parfois suffisant. On parle alors de “freine-vapeur”. La valeur Sd des pare-vapeur n’est pas définie avec précision, mais en pratique, elle sera de plusieurs dizaines de mètres (par ex. 50 ou même 100 m) alors que la valeur Sd des freine-vapeur ne sera que de quelques mètres seulement (par ex. 2 m à 5 m, mais rarement plus de 10 m).

Le choix d’un freine-vapeur, plus ouvert au passage de la vapeur, permet souvent de se prémunir du risque, dit secondaire, de condensations internes en été ou au printemps, ou quand la pression de vapeur est plus importante à l’extérieur qu’à l’intérieur et que la vapeur a donc tendance à traverser la paroi de l’extérieur vers l’intérieur. En effet, le flux de vapeur n’est pas complètement bloqué vers l’intérieur ce qui facilite le séchage du mur.

D’autres membranes, dites intelligentes, sont de ce point de vue encore plus adaptées. En effet, leur perméabilité à la vapeur évolue avec l’humidité relative. Elles sont conçues pour être relativement fermées à la vapeur quand l’humidité relative est faible et pour s’ouvrir au passage de la vapeur quand l’humidité relative est plus élevée. Ce principe est illustré ici.

Outre les risques de condensations, il est important de faire remarquer que certains matériaux dits hygroscopiques, comme le bois et les matériaux dérivés du bois, mais aussi d’autres matériaux comme la terre crue, ont le pouvoir de réguler l’humidité de l’ambiance intérieure en captant l’humidité en excès pour la restituer plus tard, atténuant ainsi les effets désagréables d’ambiances trop sèches ou trop humides. On parle alors parfois d’inertie hydrique par analogie avec l’inertie thermique. Malheureusement, peu de valeurs sont disponibles. Ce domaine devrait faire l’objet de recherches complémentaires et dépasse le cadre d’Énergie+. Remarquons seulement que la présence d’une membrane atténue fortement l’effet hygroscopique des couches sous-jacentes, et notamment celui de l’isolant.

Remarquons enfin que la présence d’une membrane, en plus de permettre la régulation de la vapeur, permet aussi de bloquer le passage de l’air et donc d’éviter le risque de condensation par convection, pour autant bien sûr que la mise en œuvre soit d’une qualité irréprochable (notamment au niveau des nœuds constructifs).

Comment assurer la continuité de la fonction “pare-vapeur” :

Lorsque la fonction “pare-vapeur” est assurée par les panneaux, la continuité de la fonction “pare-vapeur” est assurée en fermant les joints entre panneaux ou entre panneaux et raccords au moyen :

  • soit, de bandes adhésives,
  • soit, de mousse injectée,
  • soit, de mastic.

Lorsque le système nécessite un pare-vapeur indépendant, celui-ci doit être placé avec recouvrements. Les recouvrements et les raccords doivent être fermés au moyen :

  • soit, de bandes adhésives,
  • soit, de joints comprimés.

Il faut vérifier auprès des fabricants que le produit assurant la continuité du pare-vapeur proposé corresponde à la classe du pare-vapeur demandé.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 29 Jan, 2022

Stratégie immobilière et réflexions avant rénovation

Stratégie réglementaire

Selon les derniers chiffres publiés par la Région, le parc immobilier des bâtiments scolaires est, tout comme la majorité du parc tertiaire, vétuste et très hétéroclite. Concrètement, 74 % des bâtiments destinés à l’enseignement en 2008 dataient d’avant 1945. Par la suite, 8 % ont été construits ou rénovés en profondeur entre 1945 et 1995. Depuis lors, la tendance et/ou la nécessité de rénovation de ces bâtiments augmente et 15% de ceux-ci ont donc subi une grosse rénovation((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.28) )).

Pour continuer sur cette lancée et pour diminuer davantage ses émissions de GES, la Wallonie a établi une stratégie ambitieuse de rénovation à l’échelle des bâtiments tertiaires. L’objectif de celle-ci est de “tendre en 2040 vers un parc de bâtiments à bilan énergétique annuel nul pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire, le refroidissement et l’éclairage. Ces bâtiments produiront autant d’énergie qu’ils en consomment, en tenant compte qu’une partie de la production d’énergie d’origine renouvelable pourra être décentralisée” ((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.33) )). Cette stratégie de rénovation wallonne s’oriente selon 3 axes principaux ((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.100) )):

  • Renforcer le cadre pour assurer la transparence, stabilité et crédibilité propice aux investissements énergétiquement efficaces.
  • Contribuer à une meilleure structuration et à un renforcement du marché de l’offre des fournitures et des services de qualité, au profit d’une meilleure efficience énergétique, qui s’appuient sur des professionnels compétents.
  • Renforcer la demande pour des bâtiments énergétiquement performants.

Depuis lors, d’autres politiques se sont mises en place pour tendre au mieux vers cette ambition. C’est le cas de la Déclaration de Politique Régionale (DPR) qui renforce cet objectif en formulant une étape intermédiaire à 2030. “La Wallonie vise la neutralité carbone au plus tard en 2050, avec une étape intermédiaire de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) de 55 % par rapport à 1990 d’ici 2030 ».

Schéma provenant du rapport « Stratégie wallonne de rénovation énergétique à long terme du bâtiment »((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.19) )).

Ces échéances légales permettent d’établir des visions à court et long terme quant à l’ampleur des travaux à effectuer. Ces plans d’action, tel que celui proposé par Climact, décomposent la tâche en 3 phases.

Premièrement, il est primordial de développer un modèle qui soit viable en mobilisant les différents acteurs, en identifiant les barrières, les possibilités de financement etc… Par la suite, ce modèle sera testé à travers une série de projets pilotes. En fonction des résultats observés, celui-ci pourra être adapté pour être déployé à grande échelle dans les années à venir.

CLIMACT, Bridging the gap between schools and market players for performance – based renovations

Ces politiques et stratégies ambitieuses à l’échelle du bâtiment nécessitent donc un suivi et une mise en œuvre efficace permettant d’atteindre les objectifs visés en termes de bâtiments efficaces et performants énergiquement. Pour cela, une réflexion à une échelle plus large s’impose en amont des travaux quant aux enjeux de la rénovation zéro carbone.

Attention ! Ne pas s’y prendre trop vite…

Le schéma ci-dessous illustre bien le déroulement de travaux en général et le contexte difficile qui caractérise les bâtiments scolaires. Souvent portés par de multiples motivations et/ou besoins, les travaux envisagés dans les écoles se voient toujours limités à cause d’une série de contraintes, aboutissant à un résultat moins efficace qu’imaginé au départ. Il existe en effet un décalage énorme et certain entre la réalité et l’école exemplaire durable.

La suite de cet article vous aidera à cadrer, dès le départ, les possibilités et les contraintes liées à la réalisation de travaux dans votre école. L’objectif étant de prévoir les travaux les plus efficaces pour atteindre les meilleures performances énergétiques.

Schéma réalisé par Catherine Massart (Architecture et Climat) pour le site rénovermonecole.be

Généralités

Avant toute chose, quatre réflexions générales nécessitent d’être abordées :

  1. Quelles sont les priorités ?

Avant de se lancer dans des travaux généraux sur la totalité du bâtiment, il est utile de faire un diagnostic de la situation actuelle afin de mieux visualiser où sont les faiblesses qui nécessiteront donc une intervention prioritaire par rapport à d’autres. Pour vous aider dans ces démarches, vous pouvez consulter ces deux outils ou bien déléguer le diagnostic à un bureau spécialisé :

  1. Êtes-vous assez compétent pour la réalisation et le suivi technique du chantier ?

Beaucoup de travaux peuvent être fait sans l’intervention d’un bureau d’étude, mais ce n’est pas le cas pour tous. Si vous n’êtes pas certain de l’état de votre bâtiment, que vous avez un projet général d’agrandissement ou d’adaptation aux normes PMR et incendie ou que vous ne savez pas comment interpréter les recommandations du gouvernement, il sera préférable d’être assisté par un bureau spécialisé, dès les prémisses du projet.

  1. Quelles pourraient-être les contraintes dans ce type de travaux ?

Le budget n’est pas la seule contrainte qui peut vous occuper. Si votre bâtiment fait partie du patrimoine protégé, qu’il y a peu de place à disposition pour l’installation des techniques ou que les locaux sont occupés en permanence, cela devra être pris en compte dès les premières réflexions.

  1. Y-a-t-il d’autres travaux prévus dans mon école qui pourraient être combinés avec le volet énergétique ?

Entreprendre des travaux demande un grand engagement et une bonne organisation afin de limiter les nuisances du chantier. Le zéro carbone est rarement le seul objectif d’une rénovation d’école, mais peut souvent être regroupé avec d’autres travaux (agrandissement, mise aux normes…), afin de limiter les dépenses et nuisances. En fonction de l’ampleur des travaux à entreprendre, vous devrez peut-être faire appel à un bureau spécialisé pour la gestion de ceux-ci.

Echelle d’intervention

Une fois ces réflexions prises en compte, il est nécessaire de se poser la question de l’échelle d’intervention. En fonction des travaux à entreprendre, on pourra envisager divers scénarios pour la mise en œuvre de ceux-ci.

Dans le cas d’un bâtiment vétuste et peu performant, il est souvent préférable de ne pas démolir et de partir au plus possible de l’existant en agissant sous forme de rénovations plus ou moins profondes. L’échelle d’intervention des travaux de rénovation peut varier. Il n’est pas toujours nécessaire de rénover l’entièreté du bâtiment. Si un diagnostic précis a été fait au préalable, il est alors plus facile d’agir efficacement grâce à des interventions localisées et ponctuelles. Celles-ci peuvent se limiter sur une partie du bâtiment ou bien sur une technique particulière posant problème. La question du budget est aussi primordiale dans le choix de l’échelle d’intervention. Une rénovation profonde de l’ensemble du bâtiment nécessite des frais importants, qui ne sont pas toujours possible pour des écoles. Cependant, il est toujours envisageable de répartir les travaux dans le temps afin d’étaler les frais sur plusieurs années.

Le tableau ci-dessous permet de donner une idée de l’investissement que représente les travaux selon le degré de rénovation envisagé. Rénover un bâtiment scolaire est souvent une action pertinente en vue d’atteindre les objectifs environnementaux. Cependant, cela peut ne pas toujours être rentable. En fonction de l’échelle d’intervention, les  coûts cumulés des différents travaux entraineront inévitablement des temps de retour sur investissement plus ou moins longs. Il est primordial dès le départ de se poser la question de la rentabilité à long terme de ces travaux. Toutefois, cela ne doit en aucun cas être la raison unique pour ne pas réaliser de travaux de rénovation.

“Pour atteindre des objectifs ambitieux et éviter l’effet « lock-in »(effet de verrouillage) de la performance énergétique des bâtiments, les temps de retour sur investissement ne peuvent pas être les seuls moteurs de la rénovation énergétique. En effet, bien que la rénovation soit généralement rentable sur le long terme, les choix d’investissement se portent généralement sur des mesures dont les temps de retour sont inférieurs à 5 ans. Un changement de paradigme est nécessaire pour que des investissements à temps de retour de l’ordre de 20 ans soient réellement envisagés” ((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.64) )). Il peut être intéressant de rappeler que les temps de retour sont toujours calculés « a priori », alors qu’en réalité, ils dépendent directement des prix de l’énergie. Une hausse durable des prix est donc favorable à la rentabilité des travaux.

Jusqu’à -35% Jusqu’à -50% Jusqu’à -75% Neutre en carbone
Temps de retour 10 ans 15 à 20 ans > 25 ans > 25 ans
Mesures de rénovation Remplacement des installations techniques

+

EMS*

 Remplacement des installations techniques

+

Isolation de l’enveloppe

+

SER*

+

EMS*

 Rénovation énergétique profonde Rénovation énergétique profonde

+

Production via SER*
Coût typique de la rénovation < 50€/m² < 200 €/m² De 800 €/m² à plus de 1500 €/m² Idem

+

Production SER* (200-250€/m²)
Modèles de financement ESCo*

Tiers-investisseurs

 CPE* via ESCo*

Tiers-investisseurs

 Mix de solutions de financement Mix de solutions de financement

EMS : Energy Management System – système de gestion de l’énergie

SER : Sytème d’énergie renouvelable

ESCo : Energy service company – société de services énergétiques

CPE : Contrat de Performance Énergétique

Si les travaux sont vraiment conséquents, la question de la démolition peut alors se poser. Faire des travaux de rénovation exhaustifs n’a pas toujours du sens. Parfois il est préférable de déplacer l’activité scolaire, démolir le bâtiment existant et reconstruire à neuf, aux meilleurs standards énergétiques. Toutefois, cette décision doit être justifiée et supportée par des analyses précises de l’impact environnemental de la rénovation par rapport à celui d’une reconstruction par exemple. Pour aborder la question de la démolition, plusieurs questions peuvent diriger les décisions, les deux principales étant les suivantes :

  • La structure du bâtiment est-elle toujours en état ?
  • Le bâtiment est-il sain/salubre ?

La réponse à ces questions peut demander une expertise particulière. Si la réponse aux deux questions ci-dessus est favorable, alors une rénovation sera préférable à une démolition. Ensuite, d’autres éléments secondaires peuvent être pris en compte dans cette décision :

  • L’emplacement de l’école est-il stratégique, à proximité des transports ?
  • L’avenir de l’école est-il sécurisé ? Le nombre d’élève est-il suffisant ? Aucune fusion n’est prévue avec une autre école ?

Chantier

Un chantier dans une école n’est pas du tout quelque chose de négligeable. En effet, dépendant de l’échelle des travaux à réaliser, le chantier peut s’étirer sur plusieurs mois voir années. Il est rare que les écoles possèdent de longues périodes d’inoccupation pour des travaux de grande envergure, à l’exception des vacances d’été.

Divers scénarios sont alors possibles :

  • Vous avez une période d’inoccupation libre de la durée estimée des travaux, vous pouvez donc les réaliser à ce moment-là.
  • Un phasage permettant de réaliser certaines parties des travaux pendant des périodes d’inoccupation est possible.
  • Le chantier est possible pendant la période d’occupation, car les nuisances engendrées sont acceptables.

Aucune période d’inoccupation n’est disponible et les nuisances sont trop importantes que pour être acceptables en période d’occupation, un déménagement est donc inévitable.

Si le déménagement est la seule solution, est-il possible de déménager dans un bâtiment existant ? Si vous prévoyez de construire une extension à votre école, c’est peut-être l’occasion de déménager vers cette extension, à condition qu’elle soit construite à l’avance. Cependant, si aucune autre possibilité de déménagement n’est réalisable, il reste la solution d’organiser l’école dans des classes préfabriquées à placer temporairement sur le site de l’école, sans déranger le déroulement du chantier. A titre d’exemple, le projet pilote MODUL-R propose un concept de classes préfabriquées en bois reproductibles, économiques et soutenables qui pourraient, à terme, servir d’hébergement temporaire pour les écoles en travaux.

Pédagogie

En amont des travaux, il est aussi utile et nécessaire de réfléchir à l’implication des utilisateurs du bâtiment dans le processus de conception et dans la vie du bâtiment à la fin des travaux. Une école est surtout un lieu d’apprentissage. Un projet de rénovation zéro carbone est l’occasion parfaite pour modifier le projet pédagogique en expliquant l’impact de la construction et de la mobilité sur le changement climatique et en travaillant l’éveil environnemental des élèves dès leur plus jeune âge (pour en savoir plus, consultez la page consacrée à la démarche bâtiment zéro carbone) .

Ceci signifie que dès les prémisses du projet, il est utile d’intégrer les élèves, parents ou enseignants à la conception du projet de rénovation. Avec les élèves, des visites des différentes étapes du chantier et des activités autour du zéro-carbone pourront être organisées afin de participer à leur éducation environnementale.

Il est aussi intéressant de concevoir le projet avec les personnes qui seront responsables de l’entretien et de la régulation des différentes techniques qui seront installées dans l’école. Afin d’assurer sa durabilité, une nouvelle installation doit être entretenue à des intervalles réguliers. Il est donc utile de désigner dès le départ une personne ou un groupe de personnes chargé de cette mission. Cette personne/ce groupe peut être le même pour plusieurs écoles dans votre structure ou commune. Intégrer ces personnes dès la conception du projet permet une meilleure compréhension du fonctionnement pour les autres parties participant à la conception mais aussi de garantir une installation qui sera plus facile à prendre en main et plus adaptée à l’école en question.

Pour en savoir plus…

Si votre école a le projet de se lancer dans une rénovation complète du bâtiment, vous pouvez consulter la page suivante  de notre dossier qui vous donnera des éléments de réflexion pour intégrer au mieux vos travaux dans une démarche zéro-carbone.

Si votre école a le projet de se lancer dans une rénovation partielle, vous pouvez consulter l’ensemble de ce dossier thématique qui vise à créer une hiérarchie dans les travaux à entreprendre.

isolation d'une école
Author Image 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.

  1. 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.
  2. 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

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.

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.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 28 Mai, 2021

Approcher globalement la question de la ventilation 

Cet article est, pour une large part, basé sur un document réalisé par la NAV (Netwerk ArchitectenVlaanderen) , l’organisation flamande des architectes, dans le cadre du projet d’amélioration de la qualité de l’air intérieur, en particulier dans les bâtiments scolaires initié par le département flamand de l’environnement en collaboration avec le VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek), l’institut flamand de recherche technologique. Cet ouvrage n’existe qu’en néerlandais et peut intégralement être téléchargé via ce lien.

Afin de concevoir un système de ventilation performant, il convient d’éviter ou de limiter drastiquement la présence d’agents tels que le CO2 et l’humidité émis par les personnes présentes, les polluants qui viennent de l’extérieur, les virus et les bactéries. Nous allons voir quelles sont les étapes et les aspects selon lesquels le type de ventilation est choisi.

1. Approche générale

Les professionnels du secteur de la construction doivent tout d’abord faire un état de la situation actuelle et/ou future du bâtiment à construire.

L’utilisateur

Le client  doit être rencontré afin :

  • de l’informer de l’intérêt d’une ventilation efficace en faisant bien la distinction entre ventilation et système de refroidissement de l’air (climatisation, ventilateur, etc.) ;
  • de lui demander son niveau d’exigence en terme non seulement de confort, mais aussi de facilité de prise en main, d’utilisation et de maintenance du (des) système(s) de ventilation proposé(s) ;
  • de s’accorder sur un budget basé sur le coût de l’appareil, son installation, son entretien, ses réparations, maintenances et sa consommation en énergie ;
  • de déterminer le type d’activités prévues selon les pièces et leur taille ainsi que le type d’utilisateurs .

La situation existante

Pour évaluer le système de ventilation adéquat pour évacuer et remplacer l’air « vicié », il faudra calculer le débit d’évacuation de l’air impropre, de renouvellement et d’amélioration de la qualité d’air sain par personne. Pour ce faire, le responsable du bâtiment (responsable énergie ou technicien) devra prendre en compte l’environnement extérieur, l’environnement intérieur ainsi que la ventilation existante.

L’environnement extérieur

Il fera un état des lieux des sources et densité d’agents extérieurs polluants tels que :

  • Les gaz d’échappement liés à un trafic lourd et fréquent de véhicules à proximité,
  • l’activité agricole ou industrielle à proximité,
  • la pollution sonore et olfactive.

Certains types de ventilation tels que des grilles d’aération ne constituent pas une solution au renouvellement de l’air sain si la densité de ces agents extérieurs est trop élevée. Par exemple, l’aération des chambres d’un internat qui surplombe une autoroute, fait face à une forêt ou un littoral sera adapté à l’environnement extérieur.

L’environnement intérieur

Selon la densité moyenne d’occupants et le type d’activités, le responsable du bâtiment doit analyser les types d’agents émis en interne :

  • Des polluants émis par les futurs matériaux de construction,
  • des polluants émis par les matières utilisées pour la décoration et le parachèvement,
  • des bactéries, virus ou émissions de CO2 émis par les occupants,
  • l’humidité de source humaine, végétale ou liée aux installations existantes.

La ventilation existante

L’analyse de ces mêmes circonstances est incontournable en cas de rénovation du système de ventilation. Y seront ajoutées des questions concernant le bâtiment dans son ensemble, le système de ventilation et l’ampleur de la rénovation.

Le bâtiment

  • Quel est l’état de son enveloppe actuelle ? (fissures et fentes impliquant tantôt une perte d’énergie tantôt de la condensation, de l’humidité et de la moisissure) ;
  • Quels sont les matériaux de construction déjà présents ?

Le système de ventilation existant

La rénovation ou l’extension du système de ventilation  déjà en place fera l’objet d’une analyse globale.

L’ampleur de la rénovation

Le responsable du bâtiment devra faire une série d’inspections de la ventilation existante afin d’y apporter des améliorations plus ou moins radicales selon l’ampleur de la rénovation prévue par l’institution concernée.

Cela passera inévitablement par un calcul des débits et flux déjà présents. Selon les superficies et les volumes, quelle quantité d’air se renouvelle chaque heure ? Quelle est la complexité du bâtiment existant ?

Pour connaître tous ces détails, il est primordial d’avoir fait le point sur les questions liées aux utilisateurs du bâtiment déjà existant. On en revient alors aux mêmes questions que celles abordées précédemment sur les futurs utilisateurs. La question est d’autant plus simple que l’usager et ses habitudes sont déjà connus. D’autres aspects tels que la possible utilisation du bâtiment pendant les travaux doivent être mis sur la table.

Enfin, une modernisation importante de la ventilation peut s’avérer coûteuse en cas de bâtiments complexes. Cela peut impliquer une décentralisation des systèmes de ventilation  pour augmenter le rythme et l’efficacité du renouvellement de l’air, en diminuer le volume sonore ou disperser des odeurs indésirables. Dans ce cas, il faut repasser par la case budget afin d’être le plus en accord possible avec l’institution concernée.

Les matériaux de construction

Que ce soit pour une rénovation ou une nouvelle construction, les matériaux doivent faire l’objet d’une analyse minutieuse avant de choisir un système de ventilation adéquat.

L’amiante

Des isolants en amiante non friable sont parfois encore présentes, notamment, pour protéger canalisations et tuyauteries. Elles dégagent ses fibres dans l’air et contaminent y compris les locaux qui n’étaient pas directement parachevés ou isolés à l’amiante.

Le retrait de l’amiante doit se faire dans de strictes conditions de sécurité pour les ouvriers, décrites par l’AGW du 17 juillet 2003 .

Les nouveaux matériaux de construction

Bien que les matériaux d’aujourd’hui soient le fruit de progrès en termes d’écologie, d’isolation et de durabilité, il subsiste encore de nombreux revêtements volatiles dont les évaporations sont tantôt minimales, tantôt significatives. Ces émissions peuvent persister jusqu’à plusieurs mois voire plusieurs années après les travaux. C’est pourquoi un choix de matériaux à faibles émissions ou un délai préalable à l’emménagement dans ces locaux sont à prévoir.

Citons deux exemples :

  • L’augmentation temporaire de concentration de polluants issus de certaines peintures va retomber à un seuil sain peu de temps après son application à condition de bien ventiler les pièces concernées.
  • Certaines résines utilisées contre l’humidité émettent des hydrocarbures qui polluent encore plusieurs années après leur installation.

Voici 2 liens utiles à consulter si vous souhaitez approfondir votre connaissance sur le sujet :

-> Les recommandations en matière de qualité et de renouvellement de l’air intérieur : comment limiter les polluants intérieurs ?

2. Concevoir le système de ventilation

Un système de renouvellement de l’air efficace doit garantir un air sain et confortable dans chaque classe, quelles que soient son utilisation, sa dimension et son occupation. Le gestionnaire du projet va calculer quels sont les débits prescrits en fonction des superficies, volumes et le type d’occupation prévu.

Il va croiser ses calculs afin de concevoir une construction à la fois étanche ET ventilée ! C’est pourquoi, pour des raisons sanitaires évidentes, il est important de passer par des experts en la matière pour contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air dans les classes.

Vous trouverez les infos générales sur le dimensionnement des systèmes de ventilation sur la  page suivante.

Examinons ici la situation spécifique des salles de classe.

Voici un tableau récapitulatif provenant du décret flamand sur l’énergie qui prescrit les débits d’air par heure et par personne selon le volume de chaque type de pièce. Les exigences sont identiques à celles d’application en Wallonie.

Ces exigences doivent être combinées avec les prescriptions :

  • Du Code du Bien-être au travail, dont l’article 3 stipule que « L’employeur prend les mesures techniques et/ou organisationnelles nécessaires pour veiller à ce que la concentration de CO2 dans les locaux de travail soit généralement inférieure à 900 ppm ou qu’un débit minimal de ventilation de 40 m3/h par personne présente soit respecté ».
  • De la directive fédérale sur la qualité de l’air intérieur sur les lieux de travail , qui indique un débit de conception de minimum 25 m³/h par personne dans un local à pollution limitée.

De l’analyse au système de ventilation adapté

Une grille de lecture reprenant les étapes d’inspection de l’état actuel de la ventilation et des mesures à prendre en cas de besoins. Cette grille de lecture divise le processus en trois temps :

  1. La détermination du type de bâtiment – ancien ou neuf,
  2. une analyse des risques
  3. et enfin, la détermination de l’humidité de l’air idéale.

Ancien ou nouveau bâtiment

Construire un nouveau bâtiment permettra de ne pas passer par une étude de l’analyse des risques existants. Une fois les volumes, surfaces et occupations connus, on conçoit les systèmes de ventilation en parallèle.

Pour les rénovations ou les extensions, l’analyse se subdivise par zone :

  • Zones humides ;
  • espaces de circulation ;
  • zones spéciales ;
  • locales pour déchets ménagers ;
  • salles techniques ;
  • cuisine ;
  • salles de classe avec fonction spéciale.

Pour chacun de ces locaux, des valeurs sont prescrites et l’audit pourra justifier deux types de mesures à mettre en place par le pouvoir organisateur :

  1. Des actions techniques (rénovation, entretien, maintenance, réparation, etc.).
  2. Des actions organisationnelles permanentes ou l’occupation limitée d’un lieu dans le temps.

Une analyse des risques

Une première analyse de risques doit se faire sur base des sources citées plus haut : occupation, situation existante, environnement intérieur et extérieur afin de bien définir quel(s) type(s) de  ventilation est de mise selon :

  • L’occupation de personnes,
  • les matériaux existants,
  • la ventilation et traitement de l’air actuels,
  • l’entretien des ventilations,
  • le système de chauffage.

La détermination de l’humidité de l’air idéale

La stabilité d’un air ni trop humide ni trop sec dépend de l’occupation de chaque local.

On distingue :

  • L’occupation humaine : où les personnes passent le plus de temps,
  • l’occupation non humaine : où les personnes n’effectuent qu’un court passage,
  • les zones spéciales : cages d’ascenseurs, locaux techniques ou laboratoires.

Selon le Code du bien-être au travail, les valeurs usuellement retenues entre 40 et 60 % d’humidité peuvent être revues entre 35 et 70 % si le pouvoir organisateur sait justifier qu’aucun agent chimique ou biologique ne viendra atteindre la santé de ses occupants.

Par exemple, pour les locaux sanitaires, la ventilation doit prévoir un renouvellement de l’air de 25 m³/h par personne pour des urinoirs, 50 m³/h par personne pour des WC ou encore 75 m³/h par personne pour des douches.

Ces plages sont suffisamment larges pour ne pas justifier l’installation de déshumidification dans les salles de classe. A priori, il n’est pas nécessaire non plus de prévoir d’humidification. Cependant, si le groupe de ventilation n’est pas conçu pour ajuster son débit en cas, par exemple, de sous occupation des locaux, le risque d’un assèchement inconfortable est réel. Il pourrait alors être prudent de disposer, dans l’école, de quelques humidificateurs mobiles pour corriger des problèmes ponctuels.

Des mesures face aux contaminants

Suite à l’analyse des risques, des mesures doivent être prises par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur dans le cas d’une école afin de démontrer que les locaux garantissent une faible émission. Pour éradiquer ou diminuer drastiquement les contaminants (virus, CO2 et bactéries) ces mesures sont prises en concertation avec le personnel compétent en matière de sécurité .

Prévoir un plan d’action

Si l’analyse des risques le justifie, un plan d’action doit être mis en place par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur afin de contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air des différentes pièces et plus généralement du bâtiment public dans son ensemble en termes de :

  • Répartition de l’air,
  • fluctuation des températures,
  • nuisances sonores ,
  • vibrations,
  • entretien des installations de ventilation.

Une fois les actions définies, le type de ventilation pourra alors être choisi parmi 4 systèmes différents :A, B, C ou D :

  • Les ventilations A et B sont naturelles, mais le contrôle limité sur leur fonctionnement engendre des pertes énergétiques.
  • La ventilation C se base sur un renouvellement naturel de l’air combiné à une ventilation mécanique. Il est généralement conseillé pour les bâtiments scolaires.
  • La ventilation D réutilise la chaleur de l’air pollué avant de le rejeter vers l’extérieur. C’est un système qui correspond aux maisons dites « passives ».

Selon nous, l’expérience montre à suffisance que seuls les systèmes de ventilation mécanique avec récupération de chaleur sont en mesure d’assurer une qualité d’air adéquate sans générer d’inconfort thermique majeur. Ils sont donc à privilégier.

3. La ventilation : son installation et son exécution

Une fois le type de ventilation défini en fonction de tous les facteurs cités plus haut, viennent les phases d’installation et d’exécution.

L’emplacement des systèmes de ventilation

Indiqué sur le plan de rénovation ou de construction, le système de ventilation doit se situer dans un endroit accessible à l’installation et à l’entretien. Son emplacement doit être choisi aussi en fonction des nuisances sonores possibles ou thermiques .

L’emplacement des entrées et sorties d’air

Les entrées et sorties d’air peuvent se faire par différents moyens :

  • Grilles d’aspiration et d’extraction de l’air vers l’extérieur,
  • ouvertures qui permettent le passage de l’air entre une pièce sèche et une pièce humide,
  • conduits en gaines galvanisées à placer dans des puits, plafonds suspendus ou apparents dans des locaux occupés ou pas. Le dimensionnement des ouvertures naturelles ou mécaniques doit être conçu afin de ne pas gêner les occupants des locaux concernés.

Aussi, un plan en 3D permettra d’estimer les conséquences du poids de l’appareillage sur la résistance structurelle du bâtiment et autres installations :

  • Plafonds, planchers et poutres,
  • canalisations,
  • murs extérieurs et porteurs,
  • installations électriques.

Le but est d’éviter l’influence des systèmes de chauffage et refroidissement sur la ventilation. Afin d’optimiser l’équilibre entre, d’une part, les extractions ou les entrées d’air et, d’autre part, les changements thermiques qui en résultent, toute l’installation doit être pensée pour compenser ou compléter le système thermique choisi.

4. Le suivi et la maintenance

Tel que nous venons de le voir, l’installation d’un système de ventilation visant à améliorer l’air dans les différentes pièces ne peut se faire qu’en passant par une série d’étapes qui impliquent des aspects aussi bien quantitatifs que qualitatifs. C’est pourquoi tous les acteurs de ce processus se doivent de connaître tous les détails de l’installation une fois terminée.

Installé dans les faux plafonds, occultés derrière des parois ou accessibles via des locaux techniques, le système de ventilation n’est pas toujours accessible à des personnes non compétentes. Parfois, le but est d’éviter aux utilisateurs de modifier l’équilibre savamment calculé par les professionnels du secteur. Ils risqueraient de provoquer des effets indésirables sur le confort, le bien-être et la santé des occupants.

Le concepteur doit donc donner à son client les éléments nécessaires afin qu’il comprenne, surveille, nettoie et entretienne convenablement son installation . Parmi eux, citons entre autres les plans d’exécution, les fiches techniques des matériaux, les rapports d’inspection, de démarrage et les schémas électriques de la ventilation. Une fiche reprenant les coordonnées des entreprises et des responsables doit également être fournie à l’utilisateur final.

Si vous souhaitez aller plus loin dans la gestion de la ventilation afin de prévenir la dispersion d’agents pathogènes , n’hésitez à consulter l’article réalisé en juillet 2020 durant la pandémie du COVID-19.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 4 Oct, 2019

Retour vers l’accueil

Retour vers l’accueil

Author Image Posted By : Gregory Leonard 3 Juin, 2019

Retour vers l’accueil [Améliorer]

Retour vers l’accueil

noeud constructif - energie plus Belgique
Author Image Posted By : Sylvie Rouche 7 Mai, 2019

Traiter les nœuds constructifs en rénovation

Traiter les nœuds constructifs en rénovation

Généralités

Lorsqu’on construit un bâtiment neuf bien isolé, il est important de réaliser des nœuds constructifs thermiquement acceptables (PEB-conformes) en assurant la continuité de la couche isolante, en interposant des éléments isolants, ou en prolongeant au maximum le chemin que la chaleur doit parcourir avant d’atteindre l’extérieur.

En rénovation, le renforcement de l’isolation thermique des parois accentue l’impact relatif des déperditions par les nœuds constructifs s’ils ne sont pas traités. Dans ce cas, rendre les nœuds constructifs thermiquement performants peut se révéler difficile. La difficulté dépendra essentiellement de la méthode d’isolation a posteriori choisie :

Author Image Posted By : Energie-Plus 29 Nov, 2016

Optimiser le dégivrage des meubles frigorifiques

Optimiser le dégivrage des meubles frigorifiques

Les meubles frigorifiques fermés, mixtes ou ouverts négatifs

  

Meuble mixte négatif, meuble fermé négatif et meuble ouvert négatif à ventilation forcée.

Le dégivrage « forcé » par les moyens courants tels que les résistances chauffantes ou par injection de gaz chaud côté circuit frigorifique est un mal nécessaire pour les meubles frigorifiques fermés, mixtes ou ouverts négatifs. En général, ce sont les mêmes techniques de dégivrage que les chambres frigorifiques qui leur sont appliquées.

À l’heure actuelle, sur la plupart des meubles de ce type, les équipements de dégivrage sont prévus en standard sous forme de résistances électriques.

La technique, par injection de gaz chaud à l’évaporateur nécessite une installation plus complexe et, par conséquent plus coûteuse.

Paramètres de régulation du dégivrage « forcé »

Un fabricant de meubles frigorifiques renseigne les paramètres de réglage des meubles frigorifiques négatifs. On peut y retrouver des valeurs de réglage standards en fonction de la classe d’ambiance déterminée par ouverture d'une nouvelle fenêtre ! EUROVENT, à savoir généralement pour une classe d’ambiance 3 (25°C, 60 % HR) :

Paramètre Définition Optimum énergétique
T0 température d’évaporation [°C] la plus faible possible
N/24h le nombre de dégivrage par 24 heures [N/24 heures] le plus faible possible
Tter la température en fin de dégivrage [°C] la plus basse possible
td la durée de dégivrage [min] la plus faible possible
tegout le temps d’égouttage [min] le plus faible possible
tvent le temps de retard pour redémarrer les ventilateurs [min] –

Il est bien entendu que tous ces paramètres doivent trouver leur optimum énergétique suivant le type d’application, d’ambiance des zones de vente avoisinantes, …, tout en conservant la qualité du froid alimentaire.

Pour différents modèles de meubles frigorifiques et pour une température d’évaporation T0 [°C],ces paramètres sont consignés dans le tableau ci-dessous.

Type de meuble négatif Référence Type de dégivrage T0[°C] N/24 [N/24 heures] Tter[°C] td[min] tegout[min] tvent[min]
Meuble mixte vertical 3L1 RVF3 électrique -35 1 5 40 10 5
Meuble vertical vitré 3L1 RVF4 électrique -35 1 15 30 10 5
gaz chaud 1 10 10 5 5
Meuble vertical vitré 3M1 RVF4 électrique -10 1 10 10 5 0
Meuble horizontal 3L1 IHF4 électrique et gaz chaud -35 2 5 45 – –
Meuble horizontal 3L3 électrique -10 2 10 45 – –
Source : Costan (Sabcobel)

Il est donc nécessaire de s’assurer que ces consignes soient respectées.

Pré-programmation des dégivrages

Lorsque le magasin est composé d’un nombre impressionnant de meubles linéaires (cas des super et hypermarchés), la programmation des temps de dégivrage doit être décalée dans le temps sachant que l’appel de puissance électrique des compresseurs, pour redescendre les températures des meubles à leur valeur nominale, peut être important. La possibilité de mettre en réseau les régulateurs individuels de chaque meuble avec un superviseur (GTC : Gestion Technique Centralisée), facilite la tâche des gestionnaires techniques des magasins.

La programmation d’un décalage des démarrages des dégivrages dans le temps permet de maîtriser les pointes de courant responsables des pointes quart-horaire excessives alourdissant la facture électrique.

Les meubles frigorifiques positifs

Meuble convection naturel positif (vitrine) et meuble ouvert vertical positif avec rideau d’air en convection forcée.

Pour les applications en froid positif, le « dégivrage naturel » suffit dans la plupart des cas.

À noter qu’en option il est toujours possible de placer des résistances de dégivrage, mais ce serait prêcher contre sa chapelle puisqu’il est possible de s’en passer. Il faut compter de l’ordre de 60 à 70 W/ml pour des résistances électriques simples.

Paramètres de régulation du dégivrage « naturel »

Le principal paramètre de ce type de dégivrage est la durée de dégivrage td [min]. Les fabricants par défaut programment des temps de dégivrage maximum de l’ordre de 40 à 45 minutes. Il est nécessaire de choisir une régulation qui permette de réduire les temps de dégivrage en fonction de la classe d’ambiance. Dans la réalité, c’est au cas par cas et suivant le climat interne que va dépendre le temps de dégivrage.

Dans l’absolu, le dégivrage « naturel » est intéressant puisque pendant cette phase :

  • la production de froid est interrompue;
  • il n’y a pas de consommation électrique de dégivrage proprement dite.

Pré-programmation des dégivrages

Le même type de programmation décalée que pour les meubles de froid négatif en centralisant toutes les demandes de dégivrage au niveau d’une gestion technique centralisée (GTC) est aussi possible pour les meubles frigorifiques positifs.

Source : Delhaize Mutsaart.

Ici, on visera l’interruption de ou d’une partie de la production de froid couplée avec :

  • l’arrêt des circulateurs sur une boucle caloporteur. On privilégiera l’arrêt des circulateurs individuels des meubles frigorifiques plutôt que l’arrêt du ou des circulateurs centraux (on parlera alors de pompe de circulation) afin d’espacer dans le temps les dégivrages individuels et, par conséquent, les pointes d’appel de puissance électrique à la fin d’un dégivrage programmé central.

Boucle monotube : arrêt individuel des circulateurs de meuble.

  • la fermeture de l’alimentation d’une vanne en amont du détendeur.

Boucle caloporteur : fermeture individuelle des vannes d’alimentation des évaporateurs de meubles.

Détente directe : réglage individuel des détendeurs des meubles frigorifiques.

La programmation d’un décalage des démarrages des dégivrages dans le temps permet de maîtriser les pointes de courant responsable des pointes quart-horaire excessives alourdissant la facture électrique.

Exemple.

Le cas d’un hypermarché où la facture d’électricité risque d’être salée de par le non-décalage des débuts de dégivrage sur 150 m de meubles linéaires positifs.

Période d’enregistrement sur 24  heures.

En analysant de plus près, on se rend compte que l’appel de puissance de la journée 430 KW a été enregistré comme pointe quart-horaire à 07h30; ce qui signifie que la facture électrique intégrera cette valeur comme pointe quart-horaire mensuelle. On aurait pu éviter cette pointe en décalant les périodes de dégivrage dans le temps.

Author Image Posted By : Sylvie 5 Avr, 2013

Réduire les apports de chaleur dus à l’éclairage

Réduire les apports de chaleur dus à l'éclairage

L’entièreté de l’énergie électrique consommée par l’éclairage artificiel est dissipée sous forme de chaleur dans l’ambiance intérieure, par rayonnement, convection ou conduction. De plus, dans les bâtiments thermiquement performants, les lampes qui émettent beaucoup d’infrarouge (IR), indépendamment des surconsommations électriques qu’elles engendrent, participent souvent aux risques de surchauffe.

Calculs

Pour établir le bilan thermique d’un local et évaluer l’impact de l’éclairage sur la surchauffe.

La puissance installée

La puissance calorifique dégagée par l’éclairage équivaut à la puissance des lampes installées. Pour les lampes fluorescentes, il faudra également tenir compte des pertes des ballasts qui varient de 10 à 20 % de la puissance de la lampe.

Schéma puissance installée.

Le type de lampe

Toute l’énergie consommée par les lampes est transformée en chaleur par :

  • conduction (« par les solides »),
  • convection (« par les gaz, les liquides »),
  • rayonnement (lumière et autres radiations, infrarouge en particulier).

En fonction de la famille de lampes considérée, la répartition de ces divers apports sera différente. Il est essentiel de tenir compte de cette répartition pour éviter des élévations de température trop importantes.

Deux caractéristiques permettent de choisir correctement le type de lampe à utiliser :

  • le rendement des lampes : fraction de la quantité d’énergie transformée en lumière. Augmenté l’efficacité du système permet de limiter la puissance installée, et donc les apports de chaleurs.
  • la composition du spectre d’émission : on choisira des lampes dont le spectre comporte une faible proportion d’énergie thermique infrarouge par rapport à la fraction utile d’énergie lumineuse.

Pour éviter un apport calorifique trop important, on réalisera le système d’éclairage à partir de  tubes fluorescents.

Lampes à incandescence

Ces lampes émettent un rayonnement infrarouge important (de l’ordre de 75 % de la puissance de la lampe). Comme les infrarouges et les rayons lumineux se réfléchissent en même temps, les lampes à réflecteur et les projecteurs intensifs vont provoquer des élévations de température très importantes dans l’axe du faisceau.

Les lampes à rayonnement dirigé dites à « faisceau froid » ou dichroïque » limitent le rayonnement infrarouge direct. Le miroir de ces lampes conçu pour réfléchir la lumière, est transparent pour les radiations infrarouges indésirables. Lorsque l’on utilise ce genre de lampe, il faut s’assurer que le luminaire utilisé est susceptible de les recevoir car, sans précaution, elles provoquent un échauffement supplémentaire de la douille, du câblage et de la partie arrière du luminaire.

Le dégagement de rayonnement infrarouge de ce type de lampe en fait une source lumineuse peu efficace et justifie son retrait progressif du marché.

Lampes fluorescentes et lampes à décharge (haute pression)

Ces lampes émettent une très faible proportion de rayons infrarouges courts. Par contre, les tubes à décharge des halogénures métalliques et des sodiums haute pression émettent une quantité importante d’infrarouge moyen. En ce qui concerne les lampes fluorescentes, on ne fera attention qu’aux niveaux d’éclairement très élevés qui sont les seuls à produire un effet thermique direct perceptible.

Si l’effet calorifique du rayonnement de ces lampes est relativement faible, la transformation en chaleur de l’énergie électrique consommée (lampe et ballast)  ne doit pas être sous-estimée. L’élévation de la température des parois du luminaire vont transformer celui-ci en émetteur d’infrarouges longs susceptibles d’influencer la distribution thermique du local et/ou du meuble frigorifique.

LED

Les LED ne génèrent pas ou peu de rayonnement infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV) dans le flux lumineux. Il est clair qu’elles génèrent de la chaleur, mais plutôt vers l’arrière de la lampe LED, ce qui facilite l’extraction. De ce fait, elles sont très intéressantes dans les musées ou dans les magasins de denrées alimentaires où des températures basses sont nécessaires.

Schéma chaleur dégagée par les LED.

Bilan énergétique de quelques lampes

Le tableau suivant donne les bilans énergétiques de quelques types de lampes.

Bilans énergétiques de quelques lampes (d’après C. Meyer et H. Nienhuis)

Type de lampe

Conduction et convection [%]

Rayonnement [%]

Rayonnement lumineux [%]

Puissance à installer par 100 lm [W]

UV

IR

Incandescentes 100 W

15

75

10

10

Fluorescentes rectilignes

71.5

0.5

(1)

28

1.4

Fluorescente compactes

80

0.5

(1)

19.5

1.8

Halogénures métalliques

50

1.5

24.5

24

1.3

Sodium haute pression

44

25

31

1

(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

Exemple.

Par exemple si 2500 lm doivent être fournis, les bilans énergétiques des différentes installations deviennent :

Type de lampe

Conduction et convection [W]

Rayonnement [W]

Rayonnement lumineux [W]

UV

IR

Incandescentes 100 W

37.5

187.5

25

Fluorescentes rectilignes

25.025

0.
175

(1)

9.8

Fluorescente compactes

36

0.225

(1)

8.775

Halogénures métalliques

16.25

0.487

7.962

7.8

Sodium haute pression

12.1

6.875

8.525
(1) Dans le cas de lampes fluorescentes dont la surface développée est importante, on pourrait séparer le rayonnement infrarouge (long). Pour les lampes fluocompactes cette distinction est inutile.

Cet exemple montre bien l’intérêt d’utiliser des lampes à décharge. Leur faible coût d’achat, leur longue durée de vie, leur bon indice de rendu des couleurs font des lampes fluorescentes le choix le plus adapté.

Influence de l’inertie du local

Schéma influence de l'inertie du local.

L’inertie thermique du local permettra d’accumuler une partie de la chaleur instantanée dégagée par les luminaires. Cet impact est cependant faible (environ 10 % de réduction pour un local à forte inertie) et se fera principalement ressentir pour les lampes à incandescence (90 % de leur chaleur est dissipée par rayonnement).

Influence du type de plafond

Schéma influence du type de plafond - 01.

Des hauteurs sous plafond importantes diminuent également l’impact des luminaires grâce à la stratification des températures dans le local (l’air chaud s’accumule en dehors de la zone d’activité). Ce phénomène se fait principalement ressentir (jusqu’à 20 % de réduction) pour les lampes fluorescentes (60 % de leur chaleur est dissipée par convection) et lorsqu’une extraction d’air est organisée en plafond.

Schéma influence du type de plafond - 02.

Un phénomène semblable se fait ressentir lorsque les luminaires sont encastrés dans des faux plafonds servant de plénum de reprise pour la ventilation. Une partie de la chaleur émise est alors évacuée avant qu’elle puisse contribuer à la surchauffe du local.

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

Author Image Posted By : Sylvie 25 Mar, 2013

Définir les objectifs à atteindre en rénovation [Eclairage]

En rénovation, les contraintes sont plus importantes (l’accès à la lumière naturelle et le câblage,…) sont par exemple déterminés).

Selon ces contraintes, les moyens donnés (rénovation partielle ou complète) et les objectifs fixés (diminuer les consommations, diminuer les coûts d’entretien ou améliorer le confort lumineux), on tentera au maximum de se rapprocher des objectifs de performance en conception neuve.

Photo, gestion de l'éclairage
Author Image Posted By : Sylvie 17 Déc, 2012

Améliorer la commande et la gestion [Eclairage]

Photo, gestion de l'éclairage

Zonage et sensibilisation des utilisateurs

Mise en garde : un système de gestion de l’éclairage ne fonctionne que s’il est parfaitement accepté par les occupants. L’imagination de ceux-ci est incroyable quand il s’agit de contrarier un système automatique ! Celui-ci doit donc être soit imperceptible, soit compris et accepté par les occupants. C’est d’autant plus vrai en rénovation puisqu’il y a un  historique.<

On conseille souvent de ne pas pousser trop loin la recherche d’économies au détriment de la liberté des utilisateurs et de la simplicité du système. Dans les locaux de bureau, par exemple, les occupants doivent pouvoir allumer ou éteindre un luminaire, faire varier la puissance émise par un luminaire ou personnaliser leur ambiance de travail.

Dans un premier temps, on peut influencer ces comportements par l’information et la motivation de l’utilisateur, sans modifier le mode de commande de l’installation.

Dans ce cas, la collaboration des utilisateurs sera d’autant plus facile que ceux-ci disposent de commandes personnelles et ergonomiques. Ceci implique un zonage des commandes, et, par exemple, le rapatriement des commandes vers la table de travail ou l’utilisation de télécommandes à infrarouge.

Ou de télécommande sans fil et sans pile.
Ainsi, dans les grands bureaux, il faut dans la mesure du possible donner la possibilité aux occupants de gérer l’éclairage au niveau de leur propre zone de travail.
L’utilisateur pourra être sensibilisé :

  • A la non-utilisation de l’éclairage artificiel général si l’éclairage naturel est suffisant.
  • À l’extinction de l’éclairage d’un local lorsqu’il quitte celui-ci.

Temps minimum d’absence avant coupure

Dans un local équipé d’un éclairage fluorescent à ballast électromagnétique ou électronique sans préchauffage, il est préférable d’éteindre si l’inoccupation excède 15 à 30 minutes. Éteindre pour des absences plus courtes n’est pas économiquement rentable à cause de la diminution de la durée de vie des lampes avec l’augmentation du nombre d’allumages. Dans tous les autres cas (lampes incandescentes, fluorescentes avec ballast électronique à préchauffage, LEDS), une extinction est recommandée quelle que soit la durée de l’absence.

Note : souvent une installation d’éclairage à LED reste allumée inutilement car on pense que les LEDS ne consomment rien… un des avantages des LEDS est l’allumage et l’extinction immédiat et sans problèmes donc profitons de cet avantage pour encore économiser plus d’énergie !

Zonage

Exemple de zonage pour une salle de sport :

Dans une salle omnisports, il est inutile d’éclairer toute la salle alors qu’un seul terrain est occupé. Il est important de prévoir un zonage, c’est-à-dire une commande séparée pour les différents terrains de la salle.

Les lignes de jeux s’entremêlent.

   

Il existe donc plusieurs manières de regrouper les luminaires qui seront commandés en une seule fois.

On analysera donc chaque cas, en tenant compte de :

  • l’emplacement des lignes de jeux,
  • la fréquence d’occupation des différents terrains,
  • la possibilité d’emplacement des différentes commandes.

Voici un exemple possible de zonage :

Gestion horaire

Si l’horaire de travail est fixe, une horloge peut commander l’éclairage en tout ou rien par zone ou pour l’ensemble du bâtiment.

Dans les grands bureaux, les occupants se sentent moins concernés par la gestion de l’éclairage général. Ceci justifie une coupure générale en fonction d’un horaire.

Dans les petits bureaux, l’occupant est plus conscient de son rôle. Les systèmes automatiques auront donc moins d’impact. On peut alors préconiser des systèmes qui poussent l’utilisateur à prendre la décision d’allumer ou d’éteindre la lumière à plusieurs moments de la journée, par exemple par une extinction automatique suivant un horaire.

Attention, la coupure automatique de l’ensemble de l’éclairage est dangereuse si elle plonge tout le bâtiment dans le noir alors que des personnes sont encore présentes. Une solution peut être une extinction graduelle par groupes de luminaires avec possibilité de relance.

L’horaire peut intégrer le passage à un éclairage réduit pour les tâches d’entretien, par exemple la coupure de 2/3 des appareils.

Études de cas

 Gestion de l’éclairage des Moulins de Beez.

Gestion en fonction de la présence

   

Dans certains cas, il est plus rentable d’investir dans un détecteur de présence que dans la rénovation de l’appareil d’éclairage. Ceci permet d’éviter un investissement important et de réaliser immédiatement des économies substantielles.

La détection de présence est recommandée dans les locaux où la présence de personnes est occasionnelle, comme par exemple dans les salles de réunion, dans les locaux d’archives d’archives (si un rayonnage n’implique pas un trop grand nombre de détecteurs) ou encore dans certains couloirs, …

a href= »https://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=19073″>Pour estimer la rentabilité d’un détecteur de présence.(XLS)

Dans les couloirs et les escaliers, la détection de présence peut être remplacée par une simple minuterie.

L’utilisation de ces systèmes implique une certaine prudence dans les locaux où les mouvements des occupants sont faibles comme les bureaux. Les détecteurs peu sensibles risquent de ne pas détecter les mouvements légers engendrés par le travail sur ordinateur ou la lecture.

La rentabilité d’un détecteur de présence dépend :

  • Du temps de coupure supplémentaire par rapport au fonctionnement normal.
  • De la puissance électrique gérée par un détecteur.
  • De la présence de ballasts électromagnétiques. Ceux-ci impliquent une forte diminution de la durée de vie des lampes avec le nombre d’allumages. Ceci peut être évité avec des ballasts électroniques. Voir Le remplacement des ballasts.
  • Du coût du kWh : comme pour la gestion en fonction de l’éclairage naturel, l’énergie économisée grâce au détecteur n’est pas facturée au prix pratiqué pendant les heures pleines, mais risque de se rapprocher de celui des heures creuses.

Mise en garde

Toute gestion qui prévoit des séquences d’allumage/extinction en fonction de la présence n’est pas recommandée avec des lampes à décharge. En effet, après extinction des lampes, celles-ci nécessitent un certain temps avant de se refroidir. Si on essaie de la rallumer, le ballast va envoyer une tension élevée aux électrodes de la lampe. Cette tension ne suffira pas à allumer la lampe tant que celle-ci est chaude. Cette répétition va cependant user la lampe et diminuer sa durée de vie.

Les lampes à décharge haute pression doivent être utilisées avec des cycles de 8 à 12 h. Avec des cycles plus courts, la durée de vie des lampes diminue fortement. Pour des cycles de 3 heures, par exemple, la durée de vie des lampes chute à 50 %.

Avec des lampes à décharge haute pression, la gestion en fonction de la présence des occupants ne consiste pas à allumer l’installation en cas de présence et à l’éteindre en cas d’absence, mais à faire varier le flux lumineux d’un niveau bas en cas d’absence vers un niveau élevé en cas de présence.

Gestion en fonction de la lumière du jour

Une économie énergétique très importante peut être obtenue par la gestion automatisée de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel, accompagnée ou non d’une gestion en fonction de la présence dans certains locaux/zones.

Si les mesures réalisées sur le site montrent un apport important de lumière naturelle dans quelques locaux, il sera utile de jouer sur des capteurs de luminosités pour commander les lampes (on/off par des cellules crépusculaire ou dimmable en fonction de l’éclairage du jour).

Nous préférons des ballasts électroniques dimmables à une commande ON/OFF pour des raisons de confort visuel.

Pour la gradation en fonction de la lumière du jour, plusieurs systèmes sont disponibles sur le marché (par lampe, par groupe de lampes, extinction complet ou non, par local ou programmable par bâtiment entier (p.ex. avec des ballasts programmables DALI (Digital Adressable Lighting Interface…)).

Concevoir

 la fenêtre comme capteur de lumière naturelle.

Gestion sans fil

Lorsque l’on veut améliorer la gestion des luminaires de manière approfondie, un frein à l’initiative réside dans la peur de devoir recâbler une partie ou l’ensemble de l’installation.

A l’heure actuelle, nombreuses sont les techniques issues de la domotique qui permettent de travailler en rénovation de gestion sans fil (ou à peu près). Il est vrai que ce genre de techniques reste coûteux à l’investissement et qu’il est toujours  nécessaire de bien analyser la rentabilité.
Il existe sur le marché des dizaines, voire plus, de techniques de commande et de gestion sans fil. À titre d’exemple, voici une manière de rénover le système de gestion de l’éclairage. Attention toutefois, que le changement de technologie de gestion de l’éclairage passe souvent par le remplacement complet du luminaire.

Avant

  • Les ballasts sont de type électromagnétique ;
  • Un interrupteur simple commande les deux luminaires.

Après

  • Les luminaires sont remplacés. Ils sont équipés d’un ballast électronique dimmable ;
  • L’interrupteur est « ponté ». on peut le remplacer par un cache de propreté ;
  • Le local est équipé d’un détecteur de présence /absence avec sonde de luminosité incorporée. On récupère l’alimentation 230 V des luminaires pour alimenter le détecteur et les luminaires ;
  • Une télécommande IR permet de gérer le détecteur. Quant au détecteur il peut piloter les luminaires en fonction de la présence/absence et de la lumière naturelle dans le local.
Author Image Posted By : Sylvie 11 Jan, 2012

Résoudre les noeuds constructifs – isolation dans l’épaisseur de la paroi

Résoudre les noeuds constructifs - isolation dans l’épaisseur de la paroi 

Ossatures légères

Les éléments de fixation et de structure répartis sur toute la surface de ces parois ne sont pas des nœuds constructifs mais sont pris en compte dans le calcul du coefficient de transmission thermique U de la paroi elle-même. Ils ne doivent généralement pas être traités.

Exemple.

Plancher léger inférieur.

Murs creux

Dans les bâtiments anciens, la coulisse est souvent interrompue. Ces interruptions constituent des ponts thermiques qui ne peuvent pas être supprimés.

Exemples.

Appui de plancher.

Seuil de fenêtre.

Retour de baie.

Dans ce cas, il est souhaitable de ne pas insuffler l’isolant dans la coulisse. Il est préférable d’isoler par l’extérieur.

Author Image Posted By : Sylvie 11 Jan, 2012

Résoudre les noeuds constructifs – isolation par l’extérieur

C’est le cas le plus facile à résoudre. En effet, il est généralement possible d’assurer la continuité de l’isolant sans rencontrer d’obstacles provoquant l’interruption de celui-ci.

Les principales difficultés seront localisées au droit des balcons et des fondations. Il n’est généralement pas possible, à coût raisonnable, de démonter le nœud constructif et d’insérer une couche isolante. La seule solution alors possible est d’allonger le chemin de moindre résistance thermique en emballant l’élément qui ne peut pas être coupé.

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

Résoudre les noeuds constructifs - isolation par l'extérieur

Raccord entre le pied de façade et un plancher sur vide sanitaire accessible (ou cave)

Lorsque le vide sanitaire (ou la cave) est accessible, le plancher sera isolé par l’extérieur, c.-à-d.. par le dessous. L’isolant est collé ou fixé mécaniquement.
En rénovation, la continuité entre l’isolant du mur et celle du plancher n’est pas réalisable. Il faut donc neutraliser le pont thermique en augmentant la longueur des chemins dont la résistance thermique est plus faible.

La résistance thermique du chemin ‘B’ est beaucoup plus faible que celle des chemins ‘A’ et ‘C’.

De par sa longueur, la résistance thermique du chemin ‘B’ au travers des matériaux non isolants tels que maçonneries, dalles de plancher, etc. devient aussi importante que celle des chemins ‘A’ et ‘C’.

Dans les terrains humides, le panneau isolant doit être protégé par une membrane drainante. Un drain doit être placé au bas de cette membrane pour récolter et évacuer les eaux.
Si le vide sanitaire est en contact direct avec l’air extérieur, il faut, pour les mêmes raisons que ci-dessus, prolonger l’isolant sous la dalle, sur l’intérieur du mur de fondation.

  1. Mur existant.
  2. Plancher lourd existant avec isolant appliqué sur sa face inférieure.
  3. Vide sanitaire accessible (ou cave) en contact direct avec l’air extérieur.
  4. Isolation par l’extérieur du mur de façade (cas de panneaux isolants revêtus d’un enduit).
  5. Isolant thermique résistant à l’humidité (XPS, par exemple) fixé au mur enterré pour neutraliser le pont thermique au pied de façade.
  6. Panneaux de protection mécanique résistant à l’humidité.
  7. Retour d’isolation pour neutraliser le pont thermique entre l’intérieur du bâtiment et le vide sanitaire.

Raccord entre le pied de façade et un plancher sur terre plein (isolé par l’intérieur)

Comme dans le cas précédent la continuité entre l’isolant du mur et celle du plancher n’est pas réalisable. Il faut donc neutraliser le pont thermique en prolongeant l’isolant du pied de façade en dessous du niveau du plancher.

Dans les terrains humides, le panneau isolant doit être protégé par une membrane drainante. Un drain doit être placé au bas de cette membrane pour récolter et évacuer les eaux.

  1. Mur existant.
  2. Plancher isolé sur sol.
  3. Isolation par l’extérieur du mur de façade.
  4. Isolant thermique (XPS) fixé au mur enterré pour neutraliser le pont thermique au pied de façade.
  5. Membrane drainante.
  6. Panneau de protection mécanique résistant à l’humidité.
  7. Drain et empierrement protégé à l’aide d’un géotextile.

Raccord avec une toiture chaude côté rive

Techniques

 Si vous voulez savoir comment réaliser une toiture chaude ?

  1. Pièce de bois fixée à la maçonnerie.
  2. Bande d’étanchéité de raccord. Celle-ci est placée de manière à favoriser l’écoulement de l’eau vers la partie couvrante (intérieure) de la toiture.
  3. Profilé de rive avec écarteur = casse-goutte fixé à la pièce de bois.

Raccord avec une toiture chaude côté gouttière pendante

Techniques

 Si vous voulez savoir comment réaliser une toiture chaude ?

  1. Mur de façade
  2. Panneaux isolants
  3. Armature de la couche d’enrobage
  4. enduit de finition
  5. Profil d’nterruption
  6. Pièces de bois (échelle)
  7. isolant existant
  8. Planche de rive
  9. Crochets
  10. Gouttière
  11. Larmier rigide
  • Isolation du mur par l’extérieur : placer les panneaux isolants (2) sur le mur de façade existant (1), le profilé d’interruption (5) fixé à la maçonnerie, l’armature et la couche d’enrobage (3) et enfin l’enduit de finition (4).
  • Poser des pièces de bois (6) là où doivent venir les crochets de la gouttière. Elles sont placées de manière à ce que la planche de rive posée ultérieurement fasse casse-goutte. Leur épaisseur est inférieure à celle de l’isolant de manière à éviter les stagnations d’eaux.
  • Création de la toiture chaude à partir du support existant (7) : l’étanchéité existante est conservée pour servir de pare-vapeur. L’isolant thermique est posé; il est prolongé entre les pièces de bois qui vont servir de support aux crochets de la gouttière. Une nouvelle étanchéité est posée sur l’isolant.
  • La planche de rive (8) est fixée sur les pièces de bois.
  • Les crochets (9) + la gouttière (10) sont placés.
  • La membrane d’étanchéité est posée. Le larmier rigide (11) assure la continuité de l’étanchéité entre la membrane et la gouttière.

Raccord avec une toiture chaude côté rive avec acrotère

Techniques

 Si vous voulez savoir comment réaliser une toiture chaude ?

  1. Maçonnerie pour surélever l’acrotère.
  2. Isolation du mur par l’extérieur (cas de panneaux isolants revêtus d’un enduit : isolant collé au support, armature et couche d’enrobage, enduit de finition.).
  3. Profilé d’interruption fixé dans la maçonnerie.
  4. Création d’une toiture chaude sur support existant : l’étanchéité existante est conservée comme pare-vapeur, isolant, nouvelle étanchéité, lestage éventuel.
  5. Chanfrein.
  6. L’isolation de l’acrotère assure la continuité de l’isolation.
  7. Bande d’étanchéité de raccord. Celle-ci est placée de manière à favoriser l’écoulement de l’eau vers la partie couvrante (intérieure) de la toiture.
  8. Profilé de rive avec écarteur = casse-goutte fixé à la maçonnerie.

Bruxelles Environnement a édité une vidéo illustrative de la mise en œuvre correcte de l’isolation d’un acrotère :

    Isolation : Isolation correcte de l’acrotère – [Vidéo réalisée dans le cadre du projet Conclip, soutenu par Bruxelles Environnement].

Raccord avec le versant de toiture isolé entre les chevrons

 Améliorer

 Si vous voulez savoir comment isoler le versant de la toiture existante ?

  1. Chevron ou fermette.
  2. Voligeage éventuel.
  3. Sous-toiture étanche à l’eau.
  4. Contre-latte.
  5. Lattes.
  6. Éléments de couverture.
  7. Planche de pied. Sa face supérieure doit se trouver dans le même plan que le bord supérieur des chevrons ou fermes.
  8. Planche de rive.
  9. Gouttière pendante.
  10. Peigne (protection de la latte de pied contre la pluie et contre la pénétration d’oiseaux ou d’insectes).
  11. Isolation de la toiture.
  12. Pare-vapeur.
  13. Plafond.
  14. Moulure décorative.
  15. Mur plein.
  16. Finition intérieure des murs.
  17. Isolation du mur par l’extérieur.
  18. Sous-enduit + armature + enduit de finition.

Raccord avec le versant de toiture isolé au-dessus des chevrons (toiture « Sarking »)

Améliorer

 Si vous voulez savoir comment isoler le versant de la toiture existante ?

  1. Cale de bois pour empêcher le glissement des panneaux isolants.
  2. Panneaux isolants rigides au-dessus des chevrons ou des fermettes (Toiture « Sarking »).
  3. Contre-lattes.
  4. Bavette insérée partiellement dans le panneau isolant pour que les eaux infiltrées s’écoulent dans la gouttière.
  5. Mur isolé par l’extérieur (cas de panneaux isolants revêtus d’un enduit : isolant collé au support, armature et couche d’enrobage. Enduit de finition.)
  6. Profilé d’interruption fixé mécaniquement à la maçonnerie.
  7. Isolant de remplissage pour assurer le continuité de la couche isolante entre la toiture et le mur.

La baie de fenêtre

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

  1. Mur existant + enduit intérieur.
  2. Arrêt d’enduit + mastic.
  3. Panneau isolant collé.
  4. Armature et mortier d’enrobage.
  5. Enduit de finition.
  6. Armature d’angle.
  7. Retour d’isolation au niveau du linteau (panneau collé revêtu des mêmes couches que le reste du mur existant).
  8. Seuil en tôle pliée.
  9. 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 (une poutrelle 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

      1. Mur existant + enduit intérieur.
      2. Arrêt d’enduit + mastic.
      3. Panneau isolant collé.
      4. Armature et mortier d’enrobage.
      5. Enduit de finition.
      6. Armature d’angle.
      7. 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

      1. Retour d’isolation au niveau du linteau.
      2. Retour d’isolation au niveau du seuil de fenêtre.
      3. Retour au niveau de l’ébrasement de fenêtre.

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 :

  1. Le seuil en pierre existant est démonté.
  2. Un support de forme adéquate pour laisser de la place à l’isolant sous le châssis (une poutrelle en acier en « U » par exemple) est placé sous le châssis pour le soutenir.
  3. Une couche isolante (isolant compressible) est placée sous le châssis jusqu’au panneau isolant extérieur.
  4. 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).

Seuil et linteau – cas de la création d’un mur creux

      1. Mur existant + enduit intérieur.
      2. Isolant thermique (cas d’une coulisse intégralement remplie).
      3. Mur de parement neuf.
      4. Remplissage de l’espace qui était réservé au seuil d’origine par de la maçonnerie.
      5. Nouveau seuil de fenêtre.
      6. Isolant thermique assurant la continuité entre l’isolant du mur et le châssis.
      7. Support de fenêtre sans appui sur le seuil (patte en acier galvanisé fixée mécaniquement au mur porteur).
      8. Cornière.
      9. Linteau extérieur.
      10. Membrane d’étanchéité (avec bords latéraux relevés) et joints verticaux ouverts au-dessus du linteau afin d’évacuer l’eau infiltrée dans la coulisse.
      11. Nouvelle fenêtre.
      12. Joint d’étanchéité (Mastic).
      13. Mousse isolante injectée.
      14. Nouvelle tablette (bois par exemple).
      15. Joint d’étanchéité (fond de joint + mastic).
      16. Calfeutrement
      17. 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.

Lorsque les dimensions du dormant du châssis ne sont pas suffisantes pour revenir avec l’épaisseur des panneaux isolants sur les retours au niveau de l’ébrasement ou/et du linteau, il faut casser la maçonnerie.

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 prévoir 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 importantes.

Author Image Posted By : Sylvie 20 Déc, 2011

Moderniser une chaufferie existante en associant une chaudière à condensation et un cogénérateur

Moderniser une chaufferie existante en associant une chaudière à condensation et un cogénérateur

Intérêt énergétique, environnemental et financier

Pour rappel, que ce soit en rénovation ou en conception, la cogénération est juste là pour produire un maximum d’énergie thermique et électrique locale sur base d’un profil de chaleur. L’appoint en chauffage, via des chaudières à condensation par exemple, n’est là que pour :

  • Donner un « coup de pouce » en termes de puissance pendant les périodes froides ;
  • Prendre le relai en mi-saison lorsqu’on décide de ne pas faire fonctionner la cogénération ;
  • Palier à une défectuosité de la cogénération.

Scénario de départ

Le gestionnaire d’un parc immobilier décide de remplacer une des deux chaudières d’un bâtiment. Il pense naturellement à une chaudière à condensation. Mais aurait-il un intérêt à investir aussi dans une cogénération ?

Avant de se lancer dans une entreprise d’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation, il est impératif de savoir s’il existe un intérêt énergétique, environnemental et financier réel à les associer. En d’autres termes :
Vaut-il mieux se contenter :

  • De remplacer les anciennes chaudières par des chaudières à condensation et d’optimiser l’installation tant au niveau hydraulique qu’au niveau de la régulation du système de chauffage, et ce dans le but d’optimiser uniquement le rendement saisonnier de la chaufferie ?
  • De continuer à « importer » de l’électricité à partir du réseau ??

Ou faut-il viser directement l’association des chaudières avec un cogénérateur en considérant que sur site :

  • La cogénération  consomme plus de combustible pour chauffer le bâtiment  et produire de l’électricité en local  ?
  • Les chaudières consomment un solde de combustible lorsque la cogénération ne « tourne pas » ?
  • Le réseau fournit le solde de besoin d’électricité ?

En se lançant dans l’aventure de la cogénération, il faut bien être conscient qu’un cogénérateur doit tourner un maximum de temps et la ou les chaudières classiques ou à condensation doivent être considérées comme un appoint à la cogénération.

Dans ce qui suit, on tente d’y répondre par l’utilisation du logiciel d’étude de pertinence de cogénération de la Région Wallonne CogenSim (version 3.11 ;  2011) :

Simulation

Le postula de départ est qu’une étude de faisabilité d’installation d’une cogénération a démontré un intérêt énergétique, environnemental et financier intéressant.

On utilisera CogenSim comme logiciel de simulation. Comme point de départ les données suivantes sont nécessaires :

  • Le profil de chaleur est mesuré sur place pendant au moins 2 semaines complètes.
  • Le profil électrique obtenu sur base d’une analyse pertinente des enregistrements :
    • réalisés sur site et synchronisés avec l’analyse thermique ;
    • donnés par le fournisseur d’électricité.

Profil de puissance électrique quart horaire, profil électrique mensuel.

Profil de puissance électrique quart horaire, profil électrique hebdomadaire.

En partant du principe qu’une cogénération est dimensionnée pour assurer la base du profil de besoins de chaleur, le solde étant fourni par une chaudière, plus cette chaudière sera performante, plus importante sera la réduction des consommations énergétiques pour fournir ce solde.

Calculs

 Pour plus de renseignements sur le calcul de rentabilité de l’association d’une cogénération avec une ou plusieurs chaudières à condensation.

Une manière d’y arriver est de simuler une cogénération associée à une chaudière dont le rendement saisonnier évolue de 80 à 99 %.

Y a-t-il un intérêt réel d’association ?

En préliminaire, il faut toutefois faire remarquer que le cas simulé dans la note de calcul est très favorable à l’investissement dans une cogénération. En effet, les profits des besoins de chaleur et d’électricité se complètent bien. Tous les projets ne sont pas toujours aussi favorables ! Par exemple, lorsque le besoin de chaleur est faible par rapport à la demande d’électricité, l’investissement dans une cogénération n’est pas toujours rentable.

A voir donc au cas par cas !

Concevoir

 Pour plus de renseignements sur les cogénérateurs

Niveau énergétique

En partant du principe :

  • que pour les profils de chaleur et d’électricité mesurés précisément, l’étude précise de faisabilité du placement d’une cogénération est intéressante énergétiquement, environnementalement  et financièrement parlant ;
  • que le remplacement d’au moins une chaudière existante est acquis ;

l’association d’une ou de plusieurs chaudières à condensation au cogénérateur est un plus énergétique comme le montre le graphique suivant :

Évolution des consommations en énergie primaire.

Niveau environnemental

La réduction des émissions de gaz à effet de serre est liée à la différence des consommations en énergie primaire de la nouvelle chaudière et du cogénérateur par rapport à celles de l’ancienne chaudière et de la centrale électrique. Dans le cas étudié dans la note de calcul , la réduction des émissions de CO2 est effective même pour une cogénération au gaz et sera d’autant meilleure que le rendement des chaudières d’appoint sera élevé. On privilégiera donc les chaudières à condensation. Le bilan environnemental sera naturellement influencé par le type de combustible utilisé par la cogénération. En effet, le nombre de certificats verts octroyés (CV) sera d’autant plus important que le combustible sera renouvelable (bois, huile végétale, …).

Niveau financier

Quant au bilan financier, il est en général lié aux éléments principaux suivants :

  • aux coûts imputés aux consommations des différents combustibles et aux frais de maintenance ;
  • à l’investissement :
    • dans l’installation de la cogénération et de la (des) chaudière(s) ;
    • dans la modification du circuit hydraulique primaire ;
    • dans l’adaptation de la régulation de la cascade cogénération/chaudière(s) ;
  • à l’octroi des primes et des certificats verts (CV) ;
  • à l’autoconsommation maximale de l’électricité produite par la cogénération (réduction de la facture électrique) ;
  • à la revente résiduelle d’électricité. Attention à ne pas devenir producteur d’électricité.

Le bilan financier est très variable. La rentabilité de la cogénération provient du gain engendré sur la facture électrique et les CV. Le premier gain est très important d’où l’importance d’auto consommer un maximum l’électricité produite par la cogénération pour maximiser la rentabilité de l’installation.

Aspect hydraulique et de régulation

Condition de cohabitation

On rappelle ici que la cogénération est maître dans l’association cogérateur(s)/chaudière(s). Ce qui signifie que, si l’étude de faisabilité de la cogénération a été réalisée correctement, elle doit fonctionner pendant une partie non négligeable de la saison de chauffe (un ordre de grandeur de 4 à 5 000 heures est courant pour une rentabilité acceptable). Tout dépend naturellement du profil de chaleur du bâtiment considéré. La cohabitation n’est effective que lorsque le besoin de chaleur est supérieur à la puissance de la cogénération.

Pour qu’une cogénération puisse cohabiter avec une ou plusieurs chaudières à condensation, il faut en même temps alimenter :

  • La chaudière à condensation avec un retour en chaufferie le plus froid possible (pour le gaz < 55 °C) ;
  • Le cogénérateur avec un retour dont la température n’est pas inférieure à 60 °C.

C’est à ce niveau que les aspects d’adaptation des circuits hydrauliques et de la régulation ainsi que la disposition des équipements de production, les uns par rapport aux autres, prennent toute leur importance.

Avant d’entamer un projet de grand « chambardement » au niveau de la chaufferie, il faut d’abord savoir si, en fonction des différents besoins de chaleur, on peut ramener un retour d’eau « froid » au niveau de la chaufferie. Pour être franc, c’est important, mais pas fondamental ! En effet, que la chaudière à condensation condense ou pas, en général son rendement est meilleur que celui d’une chaudière classique (les échangeurs des chaudières à condensation sont surdimensionnés). Mais il serait quand même dommage d’investir dans une technologie pointue pour ne pas ou peu l’exploiter !

Le retour froid en chaufferie est, entre autres, conditionné par le régime de température des émetteurs. Ce régime est déterminé en fonction de la charge thermique par déperdition au travers des parois et par in/exfiltration ainsi que la charge thermique par ventilation hygiénique des différents locaux du bâtiment :

> Pour un « bâtiment passoire », les besoins thermiques sont importants. Pour les contrecarrer, il est nécessaire de produire de la chaleur à haute température (régime 90-70 °C). En période froide, un retour à 70 °C ne permettra pas à la chaudière de condenser pleinement.

> Pour un bâtiment dont la performance de l’enveloppe a été améliorée (isolation des parois, remplacement de châssis à simple vitrage par des châssis à double vitrage à basse émissivité, placement de récupérateur de chaleur sur un système de ventilation à double flux, …), les régimes de température pourront avantageusement être revus à la baisse  (régime 80-60 °C ou encore 70-50 °C).

Aspect hydraulique

Température de retour

Lorsqu’on peut envisager un retour froid au niveau de la chaufferie, il est souvent nécessaire de modifier le circuit (hydraulique des chaudières et de la distribution primaire). Vannes à 4 voies, bypass, …

En première approximation, on pourrait dire que si l’hydraulique permet de faire cohabiter une chaudière à condensation avec une chaudière classique à plus haute température, il n’y a pas de raison pour qu’elle ne puisse pas cohabiter avec une cogénération. En effet, les chaudières classiques et les cogénérations nécessitent un retour d’environ 60 °C minimum, et ce pour éviter justement la condensation des fumées de combustion qui leur est néfaste. À noter qu’une température de retour de 70 °C est un maximum.

Exemple de configuration hydraulique

L’exemple repris ici est une configuration parmi d’autres. En rénovation, c’est quasi du cas par cas. Il sera toujours nécessaire de faire appel à un bureau d’étude spécialisé maîtrisant à la fois les techniques liées à la cogénération et aux chaudières qu’elles soient traditionnelles ou à condensation.

Dans les chaufferies existantes d’un certain âge, on retrouve régulièrement la même configuration :

  • Deux chaudières traditionnelles à brûleur à deux allures travaillant sur sonde de température d’eau chaude de départ. Pour les chaudières plus récentes, elles pourraient être équipées d’un bruleur modulant piloté par une courbe de chauffe tout en prenant soin de ne pas atteindre la température de condensation dans l’échangeur.
  • Le collecteur est bouclé.
  • Deux pompes primaires en parallèle assurent le débit nominal.

Chaufferie existante : chaudières classiques.

Remplacement d’une chaudière existante par une chaudière à condensation et placement d’une cogénération.

En rénovation, on décide de remplacer une des chaudières traditionnelles par une chaudière à condensation. De plus, on décide d’y adjoindre une unité de cogénération.
Les modifications à apporter à l’hydraulique sont les suivantes :

  • L’hydraulique de la chaudière traditionnelle est modifiée : il est nécessaire de lui assurer un débit et une température de retour minimum.  Une vanne 3 voies-mélangeuse et un circulateur permettent d’y arriver.
  • Le cogénérateur et son ballon tampon sont en tête de cascade. C’est lui qui fournit la chaleur en priorité via le ballon tampon en modulant de 60 à 100 % de sa puissance thermique. Certains constructeurs sont contre la modulation de puissance, car il est vrai qu’elle dégrade principalement le rendement électrique : on perd de l’ordre de 1 à 2 %. Cependant le fait d’essayer d’atteindre les 100 % en permanence risque de faire « pomper » la cogénération (marche/arrêt successifs) ; ce qui réduit la durée de vie de la cogénération. Sans rentrer dans les détails, on parvient à limiter cet effet par la présence d’un ballon tampon bien dimensionné et du contrôle de son taux de charge.
  • La chaudière à condensation est positionnée hydrauliquement pour amener un appoint à la cogénération si le besoin de chaleur dépasse la puissance nominale de la cogénération. La chaudière à condensation est équipée de deux retours  permettant de différencier la haute et la basse température avant la dérivation vers l’ensemble ballon tampon/cogénérateur. La dérivation vers l’échangeur haute température passe d’abord vers l’installation de cogénération ; celle vers l’échangeur à condensation (basse température) est directe.
  • Le maintien des deux pompes primaires est inutile sachant que l’ancienne chaudière a maintenant son propre circulateur pour assurer la mise à température de son retour si nécessaire et que le ballon et la chaudière à condensation seront irrigués par les circulateurs secondaires. On notera toutefois que les circulateurs secondaires devront être remplacés de manière à adapter les débits et les hauteurs manométriques. Dans la même lignée, le bouclage sera supprimé. On restera toutefois attentif à ce que les circulateurs des circuits secondaires puissent assurer la prise en charge des pertes de charge du circuit primaire (collecteur principal, chaudière à condensation, …).
  • Attention que, dans le cas où le collecteur est éloigné, le bouclage de collecteur doit être maintenu, mais néanmoins « bridé » de manière à assurer, par un débit minimum, un maintien en température du collecteur.  Il s’ensuit qu’une pompe à débit variable doit remplacer les deux pompes de circulation existantes.

Exemple de configuration hydraulique délicate

Le positionnement hydraulique de la cogénération par rapport aux chaudières a toute son importance. Sans y prendre garde, on peut vite arriver à des situations qui, après coup, deviennent ingérables tant au niveau de l’équilibrage hydraulique que de la régulation comme, par exemple, une cogénération qui se « repique » sur une réserve en bout du collecteur principal :

Remplacement d’une chaudière existante par une chaudière à condensation et placement d’une cogénération  en bout de collecteur.

 En rénovation l’installateur et le maître d’ouvrage seront tentés d’utiliser un départ/retour  de réserve du collecteur pour installer la cogénération. En effet, cette configuration permet :

  • de s’en sortir à moindre coût au niveau de la modification de l’hydraulique de l’installation ;
  • de ne pas interrompre la production de chaleur. Par exemple lorsque les circuits de chauffage et d’ECS sont branchés sur le même collecteur et que l’ECS a un profil de puisage relativement continu (cas des hôpitaux).

Cette configuration est simple à mettre en œuvre, mais elle pose un certain nombre de problèmes difficiles à solutionner par la suite, à savoir :

  • des déséquilibres hydrauliques importants sont inévitables. On pourrait très bien se retrouver avec un « conflit » de production, les chaudières  et certains circuits de distribution devenant émetteurs ou l’inverse ;
  • des problèmes de régulation de cascade comme par exemple le « pompage » de la cogénération.

Aspect régulation

La globalisation de la régulation tant au niveau de la cascade des chaudières que de la cogénération est primordiale. Dans des projets existants, on trouve trop souvent des cogénérateurs avec leur propre régulation qui viennent se « greffer » sur une cascade existante de chaudières, elles-mêmes avec leur propre système de régulation. Travailler avec un seul fabricant garantit la compatibilité.

Pour bien réguler l’ensemble de l’association chaudières classiques/chaudières à condensation/cogénérateur, on considérera l’ordre de priorité suivant :

  • Zone 1 : priorité à une chaudière à condensation pour les faibles besoins de mi-saison par exemple. C’est intéressant de faire fonctionner la  chaudière à condensation à faible charge sachant que dans une plage de modulation de 10 à 50 % voire 60 %, ce type de chaudière est très performant au niveau énergétique.
  • Zone 2 : priorité au cogénérateur durant la saison de chauffe. Pendant cette période, il module entre 60 et 100 % de sa puissance thermique nominale. Suivant le profil de besoin, la quantité de démarrages peut être limitée, « ce qui lui sauve la vie ! » .
  • Zone 3 : le cogénérateur travaille à 100 % de son taux de charge et la chaudière à condensation module de 10 à 100 %. À noter toutefois que pour quelques heures par an, la seconde chaudière peut donner un appoint. = Zone 4.

Techniques

 Pour plus de renseignements sur la régulation de l’association chaudières classiques/chaudière à condensation/ cogénérateur.
Author Image Posted By : Sylvie 8 Déc, 2011

Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Améliorer]

Isoler entre les éléments de structure d’un plancher inférieur [Améliorer]

Mesures préliminaires

Si le plancher présente des problèmes d’humidité, ceux-ci doivent d’abord être supprimés. En cas d’attaque par des insectes ou par des champignons, les parties atteintes doivent être enlevées et éliminées. Les parties saines et les nouvelles pièces doivent être traitées à l’aide de produits adaptés préventifs et curatifs si nécessaires. En effet, le fait de changer la composition du plancher entraîne une modification des conditions hygrothermiques des éléments. En outre, lorsque l’isolant et les finitions seront placés, il ne sera plus possible d’atteindre les parties cachées et il sera donc trop tard pour intervenir de manière économique.

Choix du système

> Le choix du système d’isolation par l’extérieur se fait en fonction des critères suivants :

  • la présence ou non d’une finition sur la face inférieure et l’accès à celle-ci ;
  • l’état des finitions existantes ;
  • les différentes possibilités ;
  • les performances énergétiques ;
  • le prix.

La finition sur la face inférieure

Lorsque la face inférieure du plancher est facilement accessible et qu’elle n’est pas recouverte d’une plaque de finition. L’accès est libre pour placer un isolant thermique. L’isolant devra être en panneaux suffisamment souple pour s’adapter à la forme des alvéoles et suffisamment compact pour pouvoir être fixé efficacement. Par le bas, la pose d’un isolant en vrac n’est pas possible. Après la pose des panneaux isolants, des plaques de finition peuvent être placées sur la face inférieure du plancher.

L’état des finitions existantes

En fonction de son état, on choisira la face à démonter (supérieure ou inférieure). Si les deux faces sont dans des états similaires, on comparera les coûts des interventions pour savoir laquelle sera démontée. Dans l’estimation du coût, il sera tenu compte des frais nécessités par la pose d’une barrière étanche à l’air.

Les différentes possibilités d’isolation à l’intérieur de la structure

Le freine-vapeur devra être mis en œuvre si nécessaire (à évaluer en fonction de la composition du plancher : nature et épaisseur des couches). Il est cependant toujours conseillé pour garantir l’étanchéité à l’air du plancher.

Les performances énergétiques

Il faut profiter de tout l’espace disponible pour y introduire l’épaisseur maximale possible d’isolant. Le coût de la main-d’œuvre est identique. Seule la quantité d’isolant augmente.

La structure en bois ne pouvant être supprimée, la transmission thermique est plus importante à l’endroit de celle-ci. Il en est tenu compte dans l’évaluation du coefficient de transmission thermique (équivalent) du plancher. Malgré cela, à cause de l’épaisseur importante généralement disponible pour l’isolant, des performances élevées peuvent être atteintes.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »
La fourniture et la pose de l’isolant lui-même sont peu couteux par rapport aux travaux annexes (démontage et remontage d’une des faces, réparation éventuelle de la structure, traitement du bois, pose d’une barrière d’étanchéité à l’air).

Choix de l’isolant

Type d’isolant

L’isolant est placé dans les espaces laissés libres par la structure. Ces espaces sont généralement de dimensions et formes irrégulières. L’isolant doit donc être suffisamment souple pour épouser ces irrégularités. On utilisera donc des matelas isolants en laine minérale ou en matériaux naturels ou, si c’est possible (cavités bien fermées dans le bas), les mêmes matériaux déposés en vrac ou insufflés.

La migration de vapeur à travers le plancher devra être régulées par la pose, du côté intérieur d’un freine-vapeur étanche à l’air adapté à la finition extérieure et au type d’isolant posé (hygroscopique ou non).

Épaisseur de l’isolant

Les épaisseurs d’isolant sont déterminées en fonction de l’espace disponible. Idéalement, celui-ci doit être totalement rempli.

Conseils de mise en œuvre

> On évitera toute cavité dans l’isolant afin de ne pas créer de zones froides, des courants internes de convection ou d’aggraver les fuites d’air en cas de défectuosité du freine-vapeur.   Les panneaux isolants doivent donc être posés de manière parfaitement jointive et appliqués contre les éléments de structure et les faces.

Author Image Posted By : Sylvie 7 Déc, 2011

Isoler un plancher inférieur par le haut [Améliorer]

Isoler un plancher inférieur par le haut [Améliorer]

Mesures préliminaires

Si le plancher présente des problèmes d’humidité provenant des appuis ou du sol, l’isolant doit être étanche à l’eau. Un film étanche (eau et air) est placé sur l’isolant, en dessous de la surface circulable (chape avec finition).

Il faudra être attentif à ce que le traitement du plancher ne provoque pas l’apparition ou l’aggravation de problèmes d’humidité dans les murs en élévation au-dessus du plancher. Auquel cas la base des murs devra également être traitée (membrane étanche insérée ou injection d’un produit hydrofuge).

Choix du système

> Le choix du système d’isolation par l’intérieur se fait en fonction des critères suivant :

  • la possibilité d’alternative
  • les performances à atteindre
  • l’esthétique recherchée
  • les performances énergétiques
  • le prix

La possibilité d’alternative

Lorsque le plancher inférieur est posé sur le sol ou que sa face inférieure n’est pas accessible, la seule possibilité d’améliorer la résistance thermique de celui-ci est de l’isoler par le haut.

L’isolation éventuellement se limiter à la zone périphérique du plancher, le long des façades. (La résistance mécanique de la chape flottante devra être vérifiée en rive d’isolant).

Isolation périphérique horizontale.

Isolation périphérique verticale.

Les performances à atteindre

L’étanchéité à l’air du plancher doit être assurée. Cela ne pose pas de gros problème lorsque le support est en béton coulé sur place. Il suffit dans ce cas de traiter les raccords de la dalle du plancher avec les murs périphériques. Par contre, lorsqu’il s’agit d’un plancher léger à ossature et éléments assemblés une couche spéciale d’étanchéité à l’air doit être prévue. Elle fait en même temps office de pare-vapeur et doit être posée entre l’isolant et la plaque circulable.

L’esthétique recherchée

Toutes sortes de finitions de sol sont possibles. Elles peuvent être lourdes (chape + finition) ou légères (panneau fin ou planches + finition éventuelle).

La raideur de l’isolant devra être adaptée au type de finition. Des joints de mouvement devront être prévus dans la finition pour éviter la rupture de celle-ci.

Si l’isolant est trop souple et ne résiste pas à l’écrasement, des lambourdes seront placées pour porter la plaque circulable.

Les performances énergétiques

Parfois l’espace disponible pour poser l’isolant est limité (hauteur sous linteau des portes par exemple). Dans ce cas, l’isolant devra être le plus performant possible pour atteindre les valeurs souhaitées (λ le plus petit possible). Des isolants moins performants seront choisis lorsque la place disponible est suffisante et que d’autres de leurs caractéristiques sont intéressantes (étanchéité à l’eau, étanchéité à la vapeur, résistance à la compression, prix, caractère écologique, …).

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

L’isolation par le haut nécessite généralement la démolition du revêtement existant pour gagner de la hauteur disponible ou pour ne pas surcharger la dalle. Ce coût peut être important (enlèvement, évacuation, protections, réparation de la surface, nettoyage, …) Il est donc économiquement préférable, si possible, de poser la nouvelle isolation sur la finition existante.

Le coût de la finition dépendra des choix esthétiques et des performances attendues (résistance mécanique, résistance à l’eau, aspect, facilité d’entretien, …).

Plancher. Si l’isolant reste apparent, le coût des travaux dépendra principalement de la difficulté d’accès à la face inférieure du plancher (vide sanitaire de hauteur réduite).

Lorsque l’isolant est revêtu par une finition extérieure, le choix de cette finition (structure portante comprise) influencera fortement le coût des travaux.

Si on souhaite rendre les nœuds constructifs (appuis) conformes aux critères de la réglementation PEB en prolongeant de chemin de moindre résistance thermique, le coût des travaux annexe peut être considérable surtout si les appuis sont nombreux.

Choix de l’isolant

Type d’isolant

Les isolants mis en œuvre devront être adaptés aux contraintes spécifiques au projet (résistance à la compression, résistance à l’eau, …).

Lorsque le support est irrégulier, la pose d’un isolant en matelas souples ou projeté sur place est préférable pour épouser les défauts. Si l’isolant est rigide, il est nécessaire de régler le support avant de poser 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 plancher afin d’éviter les interruptions dans la couche isolante (= pont thermique).

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

Détails d’exécution

L’isolation par le haut d’un plancher existant sera interrompue à chaque mur. À cet endroit le pont thermique est difficile à éviter. L’interposition d’un élément isolant entre le mur d’appui et la dalle est très difficile, voire impossible et de toute manière très coûteuse.

La présence éventuelle du sol sous la dalle réduit l’impact des ponts thermiques sauf à proximité des façades.
La finition du sol et des murs à proximité de ces ponts thermiques devra être capable de supporter une humidité importante éventuelle sans se détériorer.

Author Image Posted By : Sylvie 7 Déc, 2011

Isoler un plancher inférieur par le bas [Améliorer]

Isoler un plancher inférieur par le bas [Améliorer]

Mesures préliminaires

Si le plancher présente des problèmes d’humidité provenant des appuis, ceux-ci doivent d’abord être supprimés. Une barrière étanche horizontale doit être placée dans les murs d’appui humides, en dessous de la face inférieure du plancher. 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 plancher le temps de sécher.

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 ;
  • le prix.

Les performances à atteindre

Généralement la face extérieure des planchers est protégée de la pluie. On sera cependant attentif lorsque la plancher situé au-dessus de l’ambiance extérieure est raccordé au bas d’une façade. À cet endroit, un système doit être mis en œuvre pour éviter que les eaux de ruissellement atteignent le plafond (casse-goutte).

L’esthétique recherchée

Lorsque la face inférieure du plancher n’est pas visible, il est inutile de revêtir l’isolant d’une finition.

Lorsque le plancher se trouve au-dessus de l’ambiance extérieure, il sera recouvert d’une finition en harmonie avec l’aspect extérieur du bâtiment et qui résiste aux agressions extérieures mécaniques et atmosphériques.

Lorsque le plancher est en même temps le plafond d’un espace adjacent non chauffé ou d’une cave, l’isolant pourra, soit rester apparent si les panneaux sont suffisamment rigides, soit être revêtu d’une finition pour environnement intérieur (planchettes, panneau, plaques de plâtre, enduit, …).

Les performances énergétiques

L’enduit isolant est difficile à mettre en œuvre au plafond et nécessite des épaisseurs excessives pour atteindre le coefficient de transmission thermique U réglementaire.

Les systèmes avec panneaux rigides peuvent être continus s’ils ne sont pas recouverts d’une finition.

Un système avec structure (finition inférieure supportée 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.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

Si l’isolant reste apparent, le coût des travaux dépendra principalement de la difficulté d’accès à la face inférieure du plancher (vide sanitaire de hauteur réduite).

Lorsque l’isolant est revêtu par une finition extérieure, le choix de cette finition (structure portante comprise) influencera fortement le coût des travaux.

Si on souhaite rendre les nœuds constructifs (appuis) conformes aux critères de la réglementation PEB en prolongeant de chemin de moindre résistance thermique, le coût des travaux annexe peut être considérable surtout si les appuis sont nombreux.

Choix de l’isolant

Type d’isolant

L’isolant est placé directement contre le plancher. 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 support auquel il est fixé est lui-même étanche à l’air (plancher en béton, …).

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 plancher, susceptible de provoquer une forte condensation sur la face interne (entre le plancher 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 plancher 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.

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

  Choix de la finition

Cette finition ne sera généralement appliquée que lorsque la face inférieure du plancher est visible (environnement extérieur, cave ou espace adjacent non chauffé. Elle présentera les caractéristiques suivantes :

  • perméable à la vapeur d’eau pour éviter la condensation interstitielle ;
  • bonne résistance mécanique surtout en cas d’agression possible ;
  • aspect esthétique adapté ;
  • …

Détails d’exécution

L’isolation d’un plancher existant par le bas sera interrompue à chaque appui du plancher. À cet endroit le pont thermique est difficile à éviter. L’interposition d’un élément isolant entre le mur d’appui et la dalle est très difficile, voire impossible et de toute manière très coûteux.

Il est toutefois possible de prolonger à certains endroits le chemin que doit parcourir la chaleur pour sortir du volume protégé. Cette intervention reste généralement visible, mais est esthétiquement acceptable dans les caves, garages, locaux secondaires et vides sanitaires.

Allongement du chemin de moindre résistance thermique

Author Image Posted By : Sylvie 7 Déc, 2011

Choisir la technique d’isolation d’un plancher

Les trois possibilités

Il existe trois moyens d’isoler un plancher existant. Ils ne sont pas applicables à tous les cas.

  1. Isolation par le bas : L’isolant est fixé sur la face inférieure du plancher et éventuellement recouvert d’un parachèvement.
  2. Isolation par le haut : L’isolant est posé sur le plancher et recouvert d’un revêtement devant permettre la circulation.
  3. Isolation entre les éléments de structure du plancher : L’isolant est placé entre les éléments de structure entre la surface de circulation et le parachèvement inférieur.

>> Le choix de la technique d’isolation d’un plancher se fait en fonction des critères ci-dessous :

La possibilité technique

L’isolation par le bas ne sera pas possible si le plancher est posé directement sur le sol.

L’isolation dans la structure n’est possible que pour les planchers à ossature.

L’isolation par le haut nécessite la pose d’une nouvelle finition et l’enlèvement éventuel de la finition existante. L’encombrement de l’isolant devra être pris en compte (hauteurs sous linteaux de portes ou plafonds diminuées, présence éventuelle de marches, …).

La qualité hygrothermique recherchée

Quelle que soit la méthode d’amélioration utilisée, il est difficile d’éviter les ponts thermiques aux appuis du plancher sur les murs de fondation et aux appuis des murs en élévation sur le plancher. En effet, à ces endroits la couche isolante est interrompue. La prolongation du chemin de moindre résistance thermique ou surtout l’insertion d’un élément isolant entre le mur et le plancher sont difficiles à réaliser en rénovation.

L’isolation par le bas du plancher.

L’isolation par le bas du plancher permet d’utiliser l’inertie thermique de celui-ci. Cela engendre des variations moins rapides du climat intérieur des locaux. L’inertie permet de stocker de la chaleur et de limiter les surchauffes. L’isolation par le haut, limite la capacité d’inertie à celle de la couche située au-dessus de l’isolant. (Aire de foulée).

L’utilité réelle d’isoler

L’isolation d’une paroi ne se justifie que par les déperditions thermiques à travers celle-ci. Dans un immeuble neuf, toutes les parois de l’enveloppe du volume protégé doivent être isolées. Le niveau d’isolation à atteindre dépendra d’un optimum économique (et écologique) à atteindre.

En rénovation, des priorités doivent être établies dans le choix des parois à améliorer thermiquement. Lorsque le coût des travaux est élevé, lorsque la surface du plancher est grande et lorsque celui-ci est directement posé sur le sol (environnement extérieur favorable), il faut vérifier si l’amélioration de l’isolation sur toute la surface est financièrement, thermiquement et écologiquement utile. Une isolation périphérique, si elle est réalisable, est souvent suffisante. L’investissement des moyens disponibles dans le traitement des autres parois (murs, façades) est parfois préférable.

Lorsque le plancher inférieur est situé au-dessus de l’ambiance extérieure ou d’un espace adjacent (cave, vide sanitaire ou local) fortement ventilé et que la pose de l’isolant par-dessous est possible, l’amélioration thermique du plancher est totalement justifiée.

La présence ou la prévision d’un chauffage par le sol

Lorsque le plancher inférieur est muni d’un chauffage intégré (chauffage par le sol) les déperditions thermiques à travers celui-ci sont beaucoup plus importantes. En effet, la face intérieure du plancher est à une température plus élevée que l’ambiance intérieure (30 à 35 °C au lieu de 20 °C) et la déperdition thermique est directement proportionnelle à la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur. Dans ce cas il est particulièrement recommandé d’améliorer l’isolation thermique du plancher. Dans ce cas, l’isolant ne peut évidemment être placé au-dessus du plancher chauffant.

Author Image Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Connaitre les principes et priorités de l’étanchéité à l’air

Connaitre les principes et priorités de l'étanchéité à l'air

Améliorer l’étanchéité au niveau des parties courantes des parois

Au niveau des parties courantes des parois délimitant le volume protégé, toute fissure doit être colmatée.

Les matériaux poreux utilisés en construction (briques, blocs de béton, laines minérales, …), s’ils ne sont pas enduits, sont perméables à l’air.

De plus, il arrive que les joints des maçonneries ne soient pas correctement réalisés : les joints verticaux sont partiellement remplis mais ce défaut est camouflé par rejointoyage augmentant encore la perméabilité de l’ensemble de la maçonnerie.

À titre d’exemple, des mesures d’étanchéité sur des maisons en murs creux en blocs de béton non plafonnés ont donné des débits d’environ 0,5 m³/h.m².

Pour améliorer l’étanchéité à l’air de l’enveloppe, ces matériaux doivent être protégés d’une couche étanche à l’air : un enduit (cimentage ou plafonnage), des plaques de plâtres enrobées correctement rejointoyées. Une couche de peinture épaisse et filmogène peut aussi convenir.

Exemple.

Suite à une mesure de pressurisation sur un bâtiment en blocs non enduits et donc peu étanche, on a obtenu un n50 = 10/heure. L’application d’une couche de peinture épaisse sur les blocs a réduit le n50 à 1/heure.

Remarque : un pare-vapeur est plus ou moins étanche à la vapeur d’eau suivant sa nature, mais est également à l’air.

Améliorer l’étanchéité aux raccords des éléments de façade ou au niveau des percements

Les jonctions telles que les raccords entre les éléments de la construction (façade/toiture, façade/plancher au niveau de la plinthe, …) ou les percements (passage de conduite, baie vitrée, portes, caisson de volet, boîtiers électriques, …) sont toujours des points délicats. On doit vérifier la parfaite jonction du raccord entre les différents éléments de construction ou entre la paroi et le percement dès que ce dernier touche la ou les couche(s) de la façade qui assure l’étanchéité à l’air. Si cette jonction présente des espaces, il faut les colmater.

Améliorer l’étanchéité du raccord mur-châssis

Photo joint entre le châssis et la maçonnerie.

Avec les châssis anciens, le joint entre le châssis et la maçonnerie était habituellement réalisé au moyen d’un mortier au ciment, souvent fendillé avec le temps et donc insuffisamment étanche.

On peut réfectionner ce joint. On procède en 4 étapes :

  1. On dégage le joint existant (mortier ou mastic), y compris l’éventuel fond de joint.
  2. On nettoie et on dégraisse les lèvres du joint.
  3. On réalise un fond de joint (pour autant que l’espace vide soit suffisant), par exemple, en plaçant un préformé de bourrage à cellules fermées.
    Dans le cas d’un mur plein, il est conseillé de créer une chambre de décompression entre le resserrage extérieur avec le gros œuvre et le resserrage intérieur.
    L’injection de mousse de polyuréthane n’est pas conseillée car, de par son caractère expansif, peu provoquer des dégâts (arrachement, …).
  4. On applique sur ce fond de joint un mastique élastique (thiokol ou mastic silicone) en veillant à assurer un bon contact entre les lèvres.

Améliorer l’étanchéité des châssis

Remarque : dans ce paragraphe, l’étanchéité à l’eau a été traitée en même temps que l’étanchéité à l’air ces deux-ci étant difficilement dissociables.

Une mauvaise étanchéité des châssis peut être due à :

Une classe de résistance à l’air et à l’eau du châssis insuffisante par rapport aux solicitations :

En effet, le STS définit des niveaux de performance d’étanchéité à l’eau (PE2, PE3, PE4, PEE ) et à l’air ( PA2, PA2B, PA3 ) des châssis à atteindre en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.
S’il s’agit de châssis standards ces niveaux de performance sont signalés par l’agrément technique.

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

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

 PA2B (1) (3)

PA2B (3)

PA3

PA3

PA3

 PE2 (2)

PE3

PE3

PE4

PEE
  • (1) Si il n’y a pas d’exigence particulière du point de vue thermique et/ou acoustique, on se contentera d’un niveau PA2.
  • (2) Si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prend un châssis de résistance PE3, et on le signale dans le cahier spécial des charges.
  • (3) Si on est en présence de locaux avec air conditionné, un niveau PA3 s’avèrera nécessaire.

Si les performances des menuiseries sont inadaptées à l’exposition et à la hauteur par rapport au sol, il n’est pas toujours possible d’y apporter les améliorations nécessaires (ajout d’une barrière d’étanchéité, modification du profil…).

Dans ce cas, seul un remplacement du châssis peut être envisagé.

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 Pour en savoir plus sur le choix des châssis, cliquez ici !

Une mauvaise étanchéité entre dormant et ouvrant

Un mauvais fonctionnement de la double ou triple barrière d’étanchéité :

Remarque : des infiltrations d’eau et d’air sont inévitables malgré un bon dispositif d’étanchéité dans certains types d’ouvrants, au sein desquels l’interruption des joints d’étanchéité au droit des charnières est obligatoire.

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Pour connaître les risques d’infiltration en fonction du type d’ouvrant, cliquez ici !

Dans les anciens châssis, la forme des profilé ménageant une ou deux frappes constituait l’unique dispositif de joint entre dormant et ouvrant.
Dans ce cas et en cas de problème d’étanchéité, il est possible de réaliser un joint souple sur la frappe la plus intérieure de l’ouvrant, soit en mousse compressible, soit en mastic silicone épousant la forme des châssis.

Dans les châssis plus récents en bois, on peut ajouter également un tel type de joint sur la deuxième ou la troisième frappe.

Les fuites d’étanchéité peuvent être dues au vieillissement du préformé, dans ce cas, celui-ci doit être remplacé.

Remarque : lors de l’entretien des châssis en bois, le traitement du bois ne doit pas recouvrir le préformé, sinon ce dernier est rendu inefficace.

Il est indispensable de souder ou de recoller les joints d’étanchéité présentant une discontinuité dans les angles. En effet, la continuité du joint dans ces zones est particulièrement délicate : le joint peut facilement se défaire à cet endroit.

Dans tous les cas, il faut que le joint soit continu et reste dans un même plan sur tout le pourtour de l’ouvrant.

Un mauvais drainage

Le drainage de la chambre de décompression peut s’avérer insuffisant. Des conduits de drainages peuvent être rajoutés dans le dormant.
On veillera à réaliser des conduits d’inclinaison et de diamètres identiques à ceux existants. Normalement, les conduits seront situés près des angles et équidistants de +/- 50 cm.

Un mauvais réglage ou/et entretien des quincailleries.

Un bon réglage des quincailleries permet d’assurer un écrasement du préformé de -/+ 2 mm et garantit ainsi un bon fonctionnement de la barrière d’étanchéité.

Une déformation excessive du châssis lors de sa manipulation ou par la dilatation thermique.

Cette déformation engendre principalement un défaut d’étanchéité entre le dormant et l’ouvrant car ailleurs (c.-à-d.. entre la maçonnerie et le châssis et entre le châssis et la vitre), les joints sont extensibles.
On améliore la raideur du châssis en rapportant des profilés à la face intérieure ou extérieure.

Une mauvaise étanchéité entre le cadre et le vitrage

Schéma mauvaise étanchéité entre le cadre et le vitrage.

Dans les anciens châssis, un mastic durci et non élastique, posé généralement du côté extérieur, assurait la fixation du vitrage dans son cadre. Des petits clous assuraient la stabilité du vitrage en attendant la pose du mastic.

Les anciens mastics doivent être remplacés par des mastics souples après nettoyage et retraitement des châssis. On peut également d’abord rajouter des parecloses.

Pour les châssis récents en bois, on vérifie et éventuellement on remplace les joints, les parcloses, et l’emplacement des cales.

Pour les châssis PVC, aluminium ou polyuréthane, le joint autour des vitrages est généralement colmaté à l’aide d’un préformé d’étanchéité en néoprène, par exemple. Il doit être vérifié et remplacé s’il est abîmé.

Si on constate une insuffisance de drainage de la feuillure, on peut ajouter des conduits de drainage. L’opération est plus délicate que celle d’ajouter des conduits de drainage à la chambre de décompression car elle se fait dans l’ouvrant du châssis et toute erreur de disposition peut entraîner des infiltrations d’eau de rejet en aval de l’étanchéité à l’air du profilé.

Si le vitrage est remplacé, il faut prévoir un nouveau type de joint et vérifier la présence de drainage de la feuillure.

Une mauvaise étanchéité des assemblages

Les assemblages peuvent être rendus étanches par des injections de mastic fluide ou de colle.

Améliorer l’étanchéité au niveau des ouvertures

Les halls d’entrée sans sas

L’air conditionné en été et l’air chauffé en hiver s’échappent joyeusement… ! Le coût généré par cette fuite est variable en fonction de la durée d’ouverture.

À titre de repère, un trou permanent d’1 m² dans une enveloppe (vitre brisée, par exemple) génère un passage d’air à la vitesse moyenne de 1 m/s. Ce m³ qui s’échappe par seconde va entraîner une consommation hivernale de :

1 [m³/s] x 3 600 [s/h] x 5 800 [h/saison chauffe] x 0,34 [Wh/m³.K] x (15° – 6°) / 1 000 = 63 000 [kWh/an]

où :

    • 15° est la température moyenne intérieure, tenant compte d’un abaissement nocturne et d’un apport équivalent de 3° par les apports « gratuits »,
    • 6° est la température moyenne extérieure hivernale dans le centre de la Belgique,
    • 0,34 Wh/m³xK est la capacité thermique de l’air.

Soit un équivalent de +/- 2 500 € par an et par m² d’ouverture permanente, si la chaleur est fournie par du combustible fuel à 0,375 €/litre.

Une solution consiste à créer un sas avec doubles portes ouvrantes automatiques, ou avec porte tournante, thermiquement plus efficace mais plus contraignante à l’usage.

Photo ferme-porte automatique.

Solution minimale : le ferme-porte automatique.

Author Image Posted By : Sylvie 2 Mar, 2011

Délimiter le volume protégé d’un bâtiment existant

 

Définition

Dans le cadre de la réglementation sur la Performance Energétique des Bâtiments (PEB) le volume protégé est défini.

« Volume de tous les espaces d’un bâtiment qui est protégé du point de vue thermique, de l’environnement extérieur (air ou eau), du sol et de tous les espaces contigus qui ne font pas partie du volume protégé (chapitre 2 de l’Annexe A1 de l’AGW du15 mai 2014 : définitions).

Le volume protégé doit comprendre au moins tous les espaces chauffés (et/ou refroidis) (en continu ou par intermittence) qui font partie du bâtiment considéré … Les espaces du bâtiment considéré, qui ne sont pas repris dans le volume protégé, sont donc non chauffé par définition (article 5.2 de l’Annexe A1 de l’AGW du 15 mai 2014 : subdivision du bâtiment) ».

La détermination du volume protégé permet de déduire quelles sont les parois qui déterminent son enveloppe et qui doivent donc être performantes du point de vue thermique (pour ne pas laisser passer la chaleur).

Les caractéristiques de l’environnement du côté froid sont aussi définies : Espace Adjacent Non Chauffé (EANC), cave, vide sanitaire, sol ou air extérieur. Cela permet de calculer avec précision les performances thermiques (U et R) de ces parois.

Délimitation du volume protégé des bâtiments existants

Lorsque le bâtiment existe et que l’on souhaite l’améliorer, il est nécessaire de déterminer le volume protégé en se basant sur certaines caractéristiques du bâtiment. L’amélioration de ce dernier peut aussi nécessiter de modifier le volume protégé.

Indices montrant l’appartenance ou non d’un local au volume protégé :

  • Lorsqu’il y a au moins un corps de chauffe (poêle, radiateur, sol chauffant, …) dans un local, celui-ci appartient nécessairement au volume protégé ;
  • Lorsque le local abrite une activité qui nécessite un confort thermique (chauffage ou refroidissement) celui-ci appartient nécessairement au volume protégé ;
  • Lorsqu’il y a une intention d’isoler thermiquement le local de l’environnement extérieur par l’isolation d’au moins une des parois de ce local. Les indices d’isolation de la paroi sont la présence d’une couche isolante (λ < 0.08 W/mK) ou d’un double vitrage ;
  • Lorsque des locaux contigus sont ouverts l’un sur l’autre (baies sans porte ou fenêtre), soit ils appartiennent tous au volume protégé, soit aucun n’appartient au volume protégé ;
  • Lorsqu’un local est ouvert sur l’environnement extérieur (baies sans porte ou fenêtre) il n’appartient PAS au volume protégé ;
  • Lorsqu’une paroi isolée sépare deux locaux on peut supposer qu’on a voulu protéger l’un d’entre eux  des déperditions thermiques. On peut donc en déduire que l’un appartient au volume protégé et l’autre pas ;
  • En l’absence des indices ci-dessus, on peut considérer qu’un local appartient au volume protégé lorsqu’il est majoritairement entouré par des espaces appartenant au volume protégé. C’est-à-dire que la surface des parois qui le sépare de ces espaces est plus grande que la surface de ses autres parois.

Si on veut améliorer les performances thermique d’un bâtiment, il peut être judicieux d’intégrer certains locaux au volume protégé (exemple : fermer un passage ouvert à tous vents sous un bâtiment) ou de les en exclure (exemple : suppression des radiateurs dans un local périphérique où la chaleur est inutile).

Le maître d’œuvre peut également isoler une paroi qui sépare deux locaux appartenant au volume protégé lorsque l’un d’entre eux n’est que rarement chauffé alors que l’autre l’est en permanence (exemple : conciergerie d’une salle de fête).

Author Image Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Bilan énergétique d’un meuble fermé vertical négatif

Bilan énergétique d'un meuble fermé vertical négatif

Calculs

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

Hypothèses générales

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

  • Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température Tambiance = 25 °C, Humidité HRa = 60 %).
  • L’enthalpie hambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

Caractéristiques d’un meuble négatif

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

Schéma principe meuble négatif.
  • température de conservation = – 18°C;
  • nombre de dégivrages journaliers nbre_dégivr = 2;
  • temps de dégivrage tdégivr = 0,5 heure;
  • longueur =  2,34 m;
  • hauteur = 2,3 m;
  • Surfacepénétrative = 15 m²;
  • Surfaceporte_vitrée = 4,3 m²;
  • Kmoyen_paroi = 0,6 [W/m².K] pour un meuble vertical avec de l’ordre de 6 cm d’isolant;
  • Kmoyen_porte_vitrée = 3 [W/m².K] pour un double vitrage classique;
  • nombre de portes Nporte = 3.

Calculs

 Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi
  • Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets « test », soit L1 pour les meubles frigorifiques négatifs (la température des paquets les plus chaud est de -15°C et celle des paquets les plus froid de -18°C).
  • L’enthalpie hinterne = -15 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.
  • La puissance électrique des ventilateurs Pvent =  150  W.
  • la puissance électrique de l’éclairage Pécl =  288  W (soit 2 x 4 tubes de 36 W);
  • La puissance du cordon chauffant Pcordon_chaud = 60 W.
  • La puissance de dégivrage Pdégivrage = 6 400 W.
  • Nombre d’ouverture des portes Nouverture = 10 ouvertures/h.porte.
  • Temps ouverture des portes touverture = 10 s/porte.
  • Le volume libre (entre les denrées et les portes) Vlibre_meuble = 0,8 m³.

Énergie de jour

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

Qjour  = Σ Pi apports_jour x tijour [Wh/jour]
Apports de chaleur Calculs Qjour[Wh/jour]
Pénétration paroi Qpen_paroi  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) x tjour

= 0,6 x 15 x (25 – (-18)) x 10

 3 870
Pénétration vitrage Qpen_vitrage  = Kmoyen_porte_vitrée x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) x 

(tjour – touverture_porte)

= 3  x 4,3 x (25 – (-18)) x (10 – (3 x 10 x 10 / 3 600))

 5 498
Ouverture des portes Nporte x Nouverture  x Vlibre_meuble x Cair  x 

(Tambiance – Tinterne) / 3600

= 3 x 10 x  0,8 x 2 x (25 – (-18) x 10 / 3,6

 5 733
Ventilation Qvent  = (Pvent + Pcordon_chaud) x tjour

= (150 + 60) x 10

 2 100
Éclairage Qéclair  = Péclair  x tjour

= 288 x 10

 2 880
Dégivrage Qdég  = Pdég  x tdég

= 6 400 x 0.5 x 2

 6 400
Qjour 26 481

 

Energie de nuit

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

Qnuit  = Σ Pi apports_nuit x tinuit [Wh/jour]
Apports de chaleur Calculs Puissance absorbée par le meuble frigorifique [Wh/jour]
Pénétration paroi Qpen_paroi  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) x tnuit

= 0,6 x 15 x (25 – (-18)) x 14

 5 418
Pénétration vitrage Qpen_vitrage  = Kmoyen_porte_vitrée x Sparoi x (Tambiance – Tinterne)

 x tnuit

= 3  x 4.3 x (25 – (-18)) x 14

 7 766
Ouverture des portes – –
Ventilation Qvent  = (Pvent + Pcordon_chaud) x tnuit

= (150 + 60) x 14

 2 940
Eclairage – –

Qnuit

 16 124

Bilan énergétique

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

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

Puissance frigorifique de l’évaporateur

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

P0 = (Qtotal)  / (24 – nombredégivrage x tempsdégivrage)

P0 = 42 605  / (24 – 2 x 0.5)

P0 = 1 852 [W]

Puissance frigorifique spécifique

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

Pml = P 0 / longueur du meuble

Pml = 1 852  / 2,3

Pml = 805  [W/ml]
Author Image Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Bilan énergétique d’un meuble ouvert horizontal négatif

Schéma caractéristiques meuble négatif.

Définitions

Bilan thermiques

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

Bilan thermique instantané de jour Pjour >=

Σ P apports_jour = P pen + Pind_jour + Pray_jour + Pecl + Pvent [W]

Bilan thermique instantané de nuit Pnuit =

Σ P apports_nuit = Ppen + Pouv_nuit + Pray_nuit  + Pvent [W]

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

Bilan énergétique

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

Bilan énergétique Q 

 Q = Pjour x t jour + Pnuit x tnuit + Pdégivrage x nbre_dégivr x tdégivr) [kWh/jour]

avec :

  • nbre_dégivr = nombre de dégivrage par jour;
  • tdégivr = temps de dégivrage.

Calculs

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

Hypothèses générales

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

  • Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température Tambiance = 25 °C, Humidité HRa = 60 %).
  • La température des parois de la zone de vente Tparoi_vente est de l’ordre de 30 °C.
  • L’enthalpie hambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).
  • Le facteur d’émissivité entre les surfaces du plafond et du meuble frigorifique φ1 = 0,8; ce qui correspond à des valeurs d’émissivité de corps noirs des parois de la surface de vente et des parois du meuble de respectivement εp et εi de l’ordre de 0.9 (1 correspond à un corps noir parfait).
  • Le facteur d’angle sous lequel les deux parois se voient φ2 = 1 pour un meuble horizontal.

Caractéristiques d’un meuble négatif

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

Schéma caractéristiques meuble négatif.
  • température de conservation = – 18°C.
  • nombre de dégivrage journalier nbre_dégivr = 2.
  • temps de dégivrage tdégivr = 0,5 heure.
  • longueur =  7,5 m.
  • largeur = 1,1 m.
  • Surfacepénétrative = 24.6 m².
  • Surfacerideau_d’air = 8,25 m².
  • Débitrideau_d’air = 0,3 kg/s.
  • taux d’induction X = 0.06.
  • Kmoyen_paroi = 0,4 [W/m².K] pour un meuble horizontal avec de l’ordre de 10 cm d’isolant.
  • Kmoyen_rideau_nuit = 2,5 [W/m².K] pour une toile classique de protection d’ouverture.

Calculs

 Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi 
  • Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets « test » soit L1 pour les meubles frigorifiques négatifs (température du paquet le plus chaud est de -15°C et celle du paquet le plus froid de -18°C).
  • L’enthalpie hinterne = -15 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.
  • Le coefficient d’échange équivalent entre deux parois considérées comme corps noirs et orthogonales hro = 4,9 W/m²K.
  • La puissance électrique des ventilateurs Pvent =  240  W.
  • La puissance électrique de l’éclairage Pécl =  0 W.
  • La puissance du cordon chauffant Pcordon_chaud = 200 W.
  • La puissance de dégivrage Pdégivrage = 9 600 W.

Apports de jour

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

Pjour = Ppen + Pind_jour + Pray_jour + Pvent  + Pcord_chauf + PEclair [W]
Apports de chaleur Calculs Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration

Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne)

= 0,4 x 24,6 x (25 – (-18))

 423
Induction

Pind_jour  = Xrideau_air x mrideau_air x (hambiance – hinterne) x

1000

= 0,06 x 0,3 x (58 – (-15)) x 1 000

 1 314
Rayonnement

Pray_jour = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2

= 4,9 x  8,25  x (30 – (-18) x 0,8 x 1

 1 552
Ventilation Pvent  = Pvent + Pcordon_chaud 440
Éclairage PEclair  = PEclair 0
Pjour= Σ Papports_jour 3 729

Apports de nuit

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

Pnuit = Ppen + Pind_nuit + Pray_nuit + Pvent  [W]
Apports de chaleur Calculs Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration

Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne)

= 0,4 x 24,6 x (25 – (-18))

 423
Ouverture

Pouv_nuit  = K moyen_rideau_nuit x Srideau_nuit x (Tambiance – Tinterne)

= 2,5 x 8.25 x (25 – (-18))

 887
Rayonnement Pray_nuit = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2 0

(intégré dans les apports par induction)
Ventilation Pvent  = Pvent + Pcordon_chauffant 440
Eclairage QEclair  = PEclair 0

Pnuit= Σ Papports_nuit

 1 750

Bilan énergétique

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

Q = Pjour x t jour + Pnuit x tnuit + Pdégivrage x nbre_dégivr x tdégivr [kWh/jour]
Apports de chaleur Énergie de jour (10 heures/jour) Energie de nuit (14) heures/jour) Energie total journalière
Pénétration 4,2 5,9 + 12,4 10,1
Induction 13,1 0 25,6
Rayonnement 15,5 0 15,5
Ventilation/ cordon chaud 4,4 6,1 10,5
Dégivrage 9,6 0 9,6
Total 71,4
Total/m² 71,4/8,25 = 8,6 kWh/m².jour]

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

Meuble frigorifique horizontal ouvert négatif : bilan énergétique journalier.

Puissance frigorifique de l’évaporateur

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

P0 = Q / (24 – nombredégivrage x tempsdégivrage

P0 = 71,4  / (24 – 2 x 0.5)

P0 = 3.1 [kW]

Puissance frigorifique spécifique

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

Pml = P 0 / longueur du meuble

Pml = 3 100  / 7,5

Pml = 413  [W/ml]
Author Image Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Bilan énergétique d’un meuble ouvert vertical positif

Bilan énergétique d'un meuble ouvert vertical positif

Définitions

Bilan thermique

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

Bilan thermique instantané de jour Pjour =

Σ P apports_jour = P pen + Pind_jour + Pray_jour + Pecl + Pvent [W]

Bilan thermique instantané de nuit Pnuit =

Σ P apports_nuit = Ppen + Pouv_nuit + Pray_nuit  + Pvent [W]

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

Bilan énergétique

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

Bilan énergétique Q 

 Q = Pjour x t ouverture + Σ Pnuit x tfermeture + Pdégivrage x nbre_dégivr x tdégivr) [kWh/jour]

(si un dégivrage électrique est nécessaire)

avec :

  • Pdégivrage : puissance de dégivrage.
  • nbre_dégivr : nombre de dégivrages par jour.
  • tdégivr : temps de dégivrage [h];
  • touverture : période d’ouverture du magasin [h].
  • tfermeture : période de fermeture du magasin [h].

Calculs

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

Hypothèses générales

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

  • Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température Tambiance = 25 °C, Humidité HRa = 60 %).
  • La température des parois de la zone de vente Tparoi_vente est de l’ordre de 30 °C.
  • L’enthalpie hambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).
  • Le facteur d’émissivité entre les surfaces du plafond et du meuble frigorifique φ1 = 0,8; ce qui correspond à des valeurs d’émissivité de corps noirs des parois de la surface de vente et des parois du meuble de respectivement εp et εi de l’ordre de 0.9 (1 correspond à un corps noir parfait).
  • Le facteur d’angle sous lequel les deux parois se voient φ2 = 0,65 pour un meuble vertical.

Caractéristiques d’un meuble vertical positif

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

Schéma de principe meuble ouvert vertical positif.
  • température de conservation = 2°C.
  • nombre de dégivrage journalier nbre_dégivr = 2.
  • temps de dégivrage tdégivr = 0.67 heure.
  • longueur =  2,5 m.
  • hauteur = 2 m.
  • Surfacepénétrative = 10 m².
  • Surfacerideau_d’air = 4,25 m².
  • Débitrideau_d’air = 0,3 kg/s.
  • taux d’induction X = 0.15.
  • Kmoyen_paroi = 0,6 [W/m².K] pour un meuble vertical avec de l’ordre de 6 cm d’isolant.
  • Kmoyen_rideau_nuit = 6 [W/m².K] pour une toile classique de protection d’ouverture.

Calculs

 Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi
  • Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets test, soit H2 pour les meubles frigorifiques positifs (température du paquet le plus chaud = 10°C et température du paquet le plus froid =-1°C.
  • L’enthalpie hinterne = 12 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.
  • Le coefficient d’échange équivalent entre deux parois considérées comme corps noirs et orthogonales hro = 5,2 W/m²K.
  • La puissance électrique des ventilateurs Pvent =  150  W et la puissance du cordon chauffant est de l’ordre de 60 W.
  • La puissance électrique de l’éclairage Pécl =  288  W (soit 2 x 4 tubes de 36 W).

Apports de jour

Les apports de jour, en principe, interviennent tout au long du fonctionnement du meuble frigorifique pendant la période d’ouverture du magasin. Les apports par induction conditionnent énormément le bilan frigorifique sachant qu’une grande partie de la puissance frigorifique part dans l’ambiance au niveau du rideau d’air.

Pjour = Ppen + Pind_jour + Pray_jour + Pvent  + Pcord_chauf + PEclair [W]
Apports de chaleur Calculs Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration

Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne)

= 0,6 x 10 x (25 – 2)

 138
Induction

Pind_jour  = Xrideau_air x mrideau_air x (hambiance – hinterne) x

1000

= 0,15 x 0,3 x (58 – 12) x 1 000

 2070
Rayonnement

Pray_jour = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2

= 5,2 x  4,25 x (30 – 2) x 0,8 x 0,65

 321
Ventilation Pvent  = Pvent + Pcordon_chauffant 210
Éclairage PEclair  = PEclair 288
Pjour= Σ P apports_jour 3 027

Apports de nuit

En général, si le commerce est bien géré, en dehors des heures d’ouverture, l’éclairage est éteint et le rideau de nuit (s’il est présent) est baissé. Le bilan thermique se résume à des apports par pénétration et par les déperditions du ventilateur et du cordon chauffant. Les pertes par l’ouverture du meuble sont réduites par la présence du rideau de nuit. En simplifiant, ces pertes se font par pénétration au travers d’une toile (paroi verticale) avec une convection normale sur sa face externe et une convection forcée sur sa face interne. À noter aussi que les pertes par rayonnement sont comprises dans le poste induction de nuit.

Pnuit = Ppen + Pouv_nuit + Pray_nuit + Pvent  [W]
Apports de chaleur Calculs Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration

Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne)

= 0,6 x 10 x (25 – 2)

 138
Ouverture

Pind_nuit  = Kmoyen_rideau_nuit x Srideau_nuit x (Tambiance – Tinterne)

= 6 x 4.25 x (25 – 2)

 586
Rayonnement Pray_nuit = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2 0

(intégré dans les apports par induction)
Ventilation Pvent  = Pvent + Pcordon_chauffant 210
Eclairage PEclair  = PEclair 0
Pnuit= Σ Papports_nuit 874

Puissance frigorifique de l’évaporateur

Dans ce cas, la puissance frigorifique nécessaire pour que l’évaporateur puisse contrecarrer les apports tant interne qu’externe est de :

P0 = 3 027 [W]

Puissance frigorifique spécifique

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

Pml = P 0 / longueur du meuble

Pml = 3 027  / 2,5

Pml = 1 210 [W/ml]

Bilan énergétique

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

Q = Pjour x t jour + Pnuit x tnuit [kWh/jour]
Apports de chaleur Énergie de jour (10 heures/jour) Energie de nuit (14 heures/jour) Energie total journalière
Pénétration 1,4 1,9 + 8,2 3,3
Induction 20,7 0 28,9
Rayonnement 3,2 0 3,2
Ventilation/cordon chaud 2,1 2,9 5,0
Eclairage 2,9 0 2,9
Total 43,5
Total/m² 43,5/4,25 = 10,23 [kWh/m².jour]

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

Meuble frigorifique vertical : bilan énergétique journalier.

Masse d’eau piégée par un évaporateur - EnergiePlus
Author Image Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Masse d’eau piégée par un évaporateur

Masse d'eau piégée par un évaporateur

La quantité de condensats des meubles frigorifiques

Il existe une énergie non négligeable de refroidissement qui actuellement n’est pas récupérée et envoyée directement à l’égout.

Il y a t-il un intérêt à la récupérer ?

Masse d’eau piégée

Meuble ouvert vertical avec rideau d’air.

Cycle de l’air du meuble ouvert sur le diagramme de l’air humide.

La masse d’eau piégée par les meubles frigorifiques ouverts peut être importante. Ce type de meuble agit en véritable climatiseur et déshumidificateur des ambiances de vente. Dans les « allées froides », par exemple, la température ambiante peut atteindre des valeurs de 16 à 18°C avec des taux d’humidité relative de l’ordre de 30 à 40 %. Si l’humidité ambiante diminue c’est nécessairement qu’elle se retrouve au niveau de l’évaporateur du meuble sous forme de givre, de neige, de glace, …

Eau piégée

La masse d’eau piégée par jour [kg/j] peut se calculer par la relation suivante et en s’appuyant sur le diagramme de l’air humide :

Mgivre = Xinduction x  M1 (xa – xi)  x 24 x 3,6 [kg/j] (1)

où :

  • Xinduction = taux d’induction du rideau d’air (si présent).
  • M1 = le débit d’air du rideau d’air [kg/s].
  • xa = l’humidité absolue dans l’ambiance de la zone de vente [geau / kg air sec].
  • xi =  l’humidité absolue à l’intérieur du meuble [geau / kg air_sec].

par définition le taux d’induction du rideau d’air est la quantité d’air ambiant mélangé au rideau d’air. On a la relation suivante :

Xinduction = Ma / M1

Estimation du taux d’induction

La masse d’eau piégée par jour [kg/j] peut aussi se calculer par la relation suivante lorsque l’on considère que toute l’humidité dans l’air ambiant se condense sur l’évaporateur :

Mgivre = M1 (x1 – x2)  x 24 x 3,6 [kg/j] (2)

où :

  • M1 = le débit d’air du rideau d’air [kg/s].
  • x1 = l’humidité absolue à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air [geau / kgair_sec].
  • x2 =  l’humidité absolue à la bouche de reprise du rideau d’air [geau / kg air_sec].

Des relations (1) et (2) on peut en déduire le taux d’induction qui caractérise l’efficacité du rideau d’air :

Xinduction ~ (x2 – x1) / (xa – xi)

où :

  • M1 = le débit d’air du rideau d’air [kg/s].
  • x1 = l’humidité absolue à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air [geau / kgair_sec].
  • x2 =  l’humidité absolue à la bouche de reprise du rideau d’air [geau / kg air_sec].

Avec une précision relative, le taux d’induction peut aussi s’estimer par la relation suivante :

Xinduction ~ (t2 – t 1) / (ta – t i)

où :

  • t1 = température à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air [°C].
  • t 2 = température à la bouche de reprise du rideau d’air [°C].
  • ta =  température dans l’ambiance de vente [°C].
  • t i = température à l’intérieur du meuble [°C].

Exemple : calcul pour un meuble frigorifique ouvert

Données

Un supermarché est équipé de 150 m de meubles frigorifiques verticaux ouverts (laitier, charcuterie, traiteur, pâtisserie, …) dits linéaires.

Par mètre linéaire on a les données suivantes :

  • taux d’induction Xinduction = 0,15 (valeur courante).
  • débit du rideau d’air par mètre linéaire M1 = 0,15 kg/s.ml.
  • xa = 12 geau / kg air_sec pour une température d’ambiance de 25°C et une humidité relative de 60 %.
  • xi = 3 à 4 geau / kg air_sec pour une température de l’ordre de 4°C au sein du meuble.

Calcul de la masse piégée

Mgivre = Xinduction x M1 (xa – xi) x 24 x 3,6 [kg/j.ml]

où,

  • Mgivre = 0,15 x 0,15 (12 – 4) x 24 x 3,6
  • Mgivre = 15,6 [kg/j.ml]

pour les 150 m de meubles, on a :

Mgivre_total = 15,6 x150 = 2 333 [kg/j]

Calcul d’une valeur du taux d’induction

La détermination du taux d’induction est nécessaire afin d’évaluer l’efficacité du rideau d’air. La formule approchée déterminée ci-dessus est basée sur le relevé des températures :

  • t1 = température à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air = 1 [°C].
  • t2 = température à la bouche de reprise du rideau d’air = 5 [°C].
  • ta = température dans l’ambiance de vente = 25 [°C].
  • t i = température à l’intérieur du meuble = 4 [°C].

Xinduction ~ (t2 – t 1) / (ta – t i)

Xinduction ~ (5 -1) / (25 – 4)

Xinduction ~ 0,19

Author Image Posted By : Didier 17 Jan, 2008

Diminuer le niveau sonore [Froid alimentaire]

Diminuer le niveau sonore [Froid alimentaire]

Plan d’action

Évaluer sa situation

Schéma niveau sonore dans commerce.

Évaluer

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

Repérer le type de bruit

Soit le bruit est aérien

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

À défaut, puisque ce bruit est émis à haute fréquence, il possible de l’absorber  par des matériaux fibreux : silencieux, parois de gaines absorbantes,…

Si ce bruit est transmis entre deux locaux, c’est l’isolation phonique des parois qui les séparent qu’il faut améliorer.

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

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

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

Schéma bruit solidien - 01.

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

Schéma bruit solidien - 02.

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

Agir à la source du problème

Agir à la source :

  • Placer des supports antivibratiles
  • Limiter le bruit des pompes

Agir à la transmission :

  • Limiter la transmission sonore des tuyauteries

Agir au niveau des locaux :

  • Modifier la disposition des locaux
  • Réaliser le doublage acoustique des parois
  • Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Placer des supports antivibratiles

Photo supports antivibratiles.

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

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

Pour dimensionner correctement les plots antivibratiles, il faut connaître :

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

Schéma supports antivibratiles - 01.

Schéma supports antivibratiles - 02.

Schéma supports antivibratiles - 03.

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

Exemple.

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

En pratique, on rencontre :

  • des ressorts, utilisés pour toutes les fréquences propres mais surtout lorsqu’ inférieures à 8 Hz,
  • des plots à base de poudre de liège mélangée à un élastomère, pour des fréquences propres supérieures à 8 Hz
  • des plots à base d’élastomères, pour les fréquences propres supérieures à 12 Hz
  • un système de « dalle flottante », c.-à-d. la construction d’un socle de béton sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aiguës.

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

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

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

Limiter le bruit des pompes

Origines du bruit des pompes

  • Les bruits d’origine hydraulique : c’est la source de bruit la plus importante. On remarque l’effet de sirène qui est dû à l’interaction entre les aubes et les parties fixes. Ce type de bruit est le plus gênant dans les bâtiments, car il se produit dans une zone de fréquences audibles.Lorsque la pression disponible à l’aspiration de la roue est trop faible, un bruit de cavitation apparaît. Il faut dans ce cas veiller à faire fonctionner la pompe avec une pression à l’aspiration suffisante. Lorsque de l’air s’introduit dans le fluide, il se crée des turbulences et des écoulements bruyants au niveau de la pompe. Il faudra veiller à purger correctement le circuit.
  • Les bruits d’origine électromagnétique : ces bruits proviennent du moteur qui transmet des vibrations aux équipements et structures environnantes.
  • Les bruits d’origine mécanique : ces bruits apparaissent au niveau des garnitures mécaniques et des paliers de la pompe, on les appelle balourds. Ils proviennent généralement d’une erreur de montage, d’équilibrage ou d’une erreur de conception de la pompe.
  • Les bruits d’origine aéraulique : ces bruits proviennent du passage de l’air, nécessaire au refroidissement du moteur, dans le ventilateur de la pompe. Il peut s’agir dans certains cas de la source de bruit la plus importante d’une pompe. Le fabricant de pompes doit correctement calculer les grilles d’aspiration et de refoulement de l’air qui peuvent être des obstacles au bon écoulement de l’air et donc générer du bruit.

Transmission du bruit

Une pompe transmet du bruit par trois voies différentes :

  • Par voie aérienne : le moteur de la pompe émet une diffusion acoustique qui se propage dans le local technique puis dans locaux occupés adjacents.
  • Par voie hydraulique : la pompe génère des variations de pression dans le fluide qui sont transmises par les canalisations et diffusent sur les structures environnantes.
  • Par voie solide : les vibrations émises par la pompe se transmettent par contact direct aux différentes structures.

Le niveau de bruit des pompes

Le niveau de puissance acoustique d’une pompe dépend principalement de sa conception, de ses conditions de fonctionnement (débit et pression) et de sa puissance électrique. Aucune norme ne spécifie les caractéristiques acoustiques des pompes.
Il est possible d’effectuer un calcul approximatif du niveau de pression acoustique à 1 m :

Lp = 48 + 10 log Pe [dB (A)]

où,

  • PE est la puissance électrique du moteur [W]

Mise en œuvre

  • Il faut limiter la vitesse du fluide dans la pompe à 1,5 m/s.
  • Il faut soigner la fixation de la pompe en mettant en œuvre un dispositif d’assise souple : placer la pompe sur une petite dalle flottante de 15 cm d’épaisseur, reposant sur des supports élastiques. La dalle flottante aura à peu près trois fois le poids de l’équipement.
  • Il faut équiper l’aspiration et le refoulement des pompes de manchons antivibratoires.

Manchon antivibratoire.

  • Il est également important d’entretenir les pompes, de lubrifier les paliers. L’usure de certaines pièces peut conduire à des vibrations génératrices de bruits.

Limiter la transmission sonore des tuyauteries

Empêcher la transmission des bruits de vibration

Il est utile de réaliser des raccords souples entre les conduits (fluides, gaz, électricité…) et la machine qui vibre, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Schéma transmission des bruits de vibration.

Pour diminuer la transmission des vibrations des tuyauteries aux parois, on peut introduire des coquilles isophoniques entre la tuyauterie et le collier de fixation. Il est également possible d’utiliser des colliers avec caoutchouc isophonique mais ceux-ci sont moins efficaces que les coquilles isophoniques.

Schéma colliers avec caoutchouc.

Exemple : pour la fixation des tuyauteries d’eau glacée aux parois du bâtiment, il est de bonne pratique de réaliser les 3 premières fixations après la pompe avec des fixations anti-vibratoires.

Autre exemple : lors du placement d’un split-system, un soin tout particulier doit donc être apporté à la sélection de l’emplacement du condenseur et à son mode de fixation : une coupure élastique doit être prévue entre l’appareil et le mur de fixation afin d’empêcher de mettre en vibration la structure du bâtiment (l’appareil doit bouger lorsqu’on le secoue !). De même, les tuyauteries doivent être raccordées via des raccords flexibles.

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

Par contre, il faut éviter de placer des tuyauteries sur des parois légères ou les parois séparant les locaux techniques des locaux occupés.

Limiter les bruits de dilatation

Lorsque la force de dilatation des tuyauteries devient trop importante, des frottements apparaissent entre les conduits et les colliers de support. Ce phénomène de dilatation provoque des claquements bruyants.
Recommandations :

  • Prévoir des points fixes et des compensateurs entre les points fixes.


Compensateur de dilatation.

  • Éviter de bloquer les canalisations à la traversée des parois.

  • En cas de problèmes, desserrer légèrement certains colliers.
  • Éviter les variations brusques de température dans l’installation, par exemple en utilisant des vannes à 3 voies en mélangeuses.
  • Placer des matériaux souples entre les colliers et les tuyauteries, et entre les fourreaux et les tuyauteries.

Diminuer la production de turbulences

Les vitesses admissibles dépendent du tracé et des accessoires utilisés. Si des vitesses élevées peuvent être admises dans les tubes droits, on doit adopter des vitesses plus réduites dans les coudes, les réductions.

Une installation peut créer des turbulences suite au placement même des équipements : tuyauteries à angle droit, vannes placées trop près les unes des autres,…

Schéma diminution de la production de turbulences.

Ce deuxième type de raccordement sera de loin préférable.

La présence de bulles d’air dans les circuits est également génératrice de bruit, il faut doter l’installation de dispositifs comme purgeurs (manuels ou automatiques), pots de dégazage, séparateur d’air tangentiel.

Modifier la disposition des locaux

De par la localisation des fonctions dans un magasin, une grande partie de l’isolement acoustique peut déjà être effective :

  • disposition de locaux tampons entre locaux bruyants et locaux calmes (ex : locaux de stockage),
  • rassemblement des locaux bruyants,
  • …

Dans un magasin existant, le déplacement du local technique (local des compresseurs par exemple) est difficilement réalisable, mais certaines réorganisations internes d’activité sont possibles.

Mais plus que tous les bâtiments tertiaires classiques, un magasin vit, des parois se déplacent,… les critères acoustiques peuvent parfois entrer en compte dans le choix de la nouvelle disposition des locaux !

Réaliser le doublage acoustique des parois

Si le son perturbateur est créé par du bruit aérien traversant une paroi, il est possible de doubler celle-ci. On pense tout spécialement aux locaux techniques dont on souhaiterait renforcer l’isolation par rapport au reste du bâtiment.

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

Schéma doublage acoustique des parois.

Exemple.

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

Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Si l’objectif est de se protéger d’un bruit extérieur (bruit de condenseur sur une plate-forme, par exemple), une amélioration de la qualité acoustique des baies peut être envisagée. Et le premier regard doit se porter sur l’étanchéité à l’air (davantage que sur la vitre elle-même). En effet, le bruit passe essentiellement par les joints non étanches. C’est ce qui fait la médiocre qualité des fenêtres coulissantes…

Le choix des travaux à réaliser sur les ouvertures d’un magasin dépend du niveau d’isolement acoustique que l’on désire obtenir.

Conservation des fenêtres existantes

Si l’on ne recherche pas un isolement de façade supérieur à 30 dB(A) et s’il n’y a pas d’entrée d’air spécifique en façade, il suffit la plupart du temps de mettre en place des joints d’étanchéité entre les ouvrants et les dormants.

Remplacement des fenêtres

Il existe une valeur seuil d’isolement au-delà de laquelle on doit changer les fenêtres, ce qui induit un surcoût important. Cette valeur seuil dépend de la surface des fenêtres. Elle se situe généralement aux alentours de 33 dB(A).

Une solution couramment adoptée consiste à conserver les anciens dormants en leur appliquant un traitement ou un renforcement éventuel. On pose alors une nouvelle fenêtre souvent en PVC, en fixant les nouveaux dormants sur les anciens, après la pose de joints préformés et, si nécessaire, l’ajout d’un joint en silicone. La nouvelle fenêtre est munie de double vitrage acoustique et d’une entrée d’air insonorisée. Cette technique a cependant l’inconvénient de réduire la surface vitrée. Ainsi, on obtient un isolement acoustique supérieur à 35 dB(A), à condition d’avoir effectué un traitement acoustique des bouches de ventilation et une mise en œuvre correcte.

Toutefois, pour certaines fenêtres particulières, le remplacement est indispensable quel que soit l’objectif d’isolement. Par exemple, pour une fenêtre coulissante, le simple changement des vitrages n’est souvent pas suffisant pour atteindre l’objectif d’isolement acoustique fixé.

D’autre part, pour les portes-fenêtres, les objectifs d’isolement sont plus difficiles à atteindre, même en cas de remplacement. En effet, la valeur de l’isolement acoustique d’une porte-fenêtre est en général inférieure à celle d’une fenêtre. On observe assez fréquemment un écart moyen de 2 dB(A). En effet, la surface de jointures, et donc de fuites possibles, est plus importante dans le cas d’une porte-fenêtre.

Photo baie vitrée.

Obtention d’un isolement de 40 dB(A) avec une seule fenêtre

L’obtention de cette valeur d’isolement nécessite toujours le remplacement des fenêtres par d’autres de très bonne qualité acoustique.

Le vitrage doit avoir un indice de réduction de bruit de l’ordre de 40 dB(A). Ce vitrage est obtenu à l’aide d’un feuilleté acoustique spécial. La menuiserie de la fenêtre doit comporter une triple barrière d’étanchéité entre l’extérieur et l’intérieur du logement pour les fenêtres en PVC. Un double rang de joints de bonne qualité doit être posé entre l’ouvrant et le dormant.

Pour une pièce aux dimensions standard, c’est-à-dire dont la surface est d’environ 25 m² , avec une fenêtre de 1,5 à 2 m² une isolation acoustique de 40 dB(A) est délicat à obtenir s’il y a une entrée d’air. Quelques précautions doivent alors être prises :

  • Les entrées d’air choisies doivent être insonorisées. La valeur de leur coefficient d’affaiblissement acoustique doit être la plus grande possible. Toutefois, il est difficile du trouver sur le marché des entrées d’air de faible encombrement, pouvant être placées dans la menuiserie, ayant une valeur du coefficient d’affaiblissement acoustique supérieure à 42 dB(A). La zone de fonctionnement de la bouche d’entrée d’air choisie doit permettre d’atteindre le débit nominal. En effet, certains systèmes intégrés dans une fenêtre ont une surface d’entrée d’air trop faible pour obtenir le débit nominal imposé par les systèmes d’extraction actuels.
  • L’étanchéité entre le gros-œuvre et le dormant doit être de qualité. L’amélioration de l’étanchéité, obtenue par la pose d’un joint mastic de type silicone ou polyuréthane, augmente la valeur de l’isolement acoustique.
  • Il est utile de vérifier et de remettre en état les joints de façade des grands panneaux préfabriqués, surtout s’il y a des entrées d’air parasites.

Pose de double fenêtre

C’est pratiquement la seule solution technique si l’on veut obtenir une isolation acoustique supérieure à 40 dB(A). La pose s’effectue le plus souvent au nu extérieur de la façade, avec ou sans conservation des volets existants. La nouvelle menuiserie est généralement de type vantaux coulissant, en aluminium ou en PVC. Cette solution permet d’atteindre, dans certaines configurations, des isolements proches de 50 dB(A).

Elle est également satisfaisante sur le plan thermique en hiver, mais présente cependant quelques inconvénients :

  • la difficulté de nettoyage, surtout de la face extérieure de la nouvelle fenêtre,
  • les difficultés d’ouverture de la nouvelle fenêtre et d’accès aux persiennes,
  • la nécessité de remplacer les éventuels volets existants, ce qui induit un surcoût important,
  • une certaine diminution de l’éclairage naturel,
  • la difficulté éventuelle d’obtenir les autorisations urbanistiques.

Il faut évidemment éviter la pose d’entrées d’air insonorisées en regard l’une de l’autre pour limiter la création de pont phonique.

Author Image Posted By : 16 Jan, 2008

Comment améliorer l’installation de froid alimentaire ?

Comment améliorer l'installation de froid alimentaire ?

Améliorer l’étanchéité du bâtiment

   

De manière générale, toute infiltration d’air génère une consommation supplémentaire de chaleur en hiver, de froid en été. Elle peut être estimée en considérant qu’elle augmente la consommation liée au taux d’air neuf du magasin.

En particulier pour les magasins où le froid alimentaire est présent :
  • en période froide, on serait tenté de dire que c’est une bonne chose de laisser « entrer le froid » et ce afin de réduire les apports thermiques aux applications de froid (et donc réduction des consommations énergétiques). Mais bien évidemment, le confort dans les zones tempérées comme les caisses, le « no food », …, ne serait pas assuré. Pour les courageux dans les commerces de détail, on pourrait envisager un fonctionnement comme sur les marchés (boucherie, crémerie, …);
  • en période chaude, de manière générale, le manque d’étanchéité du magasin cause des surconsommations d’énergie électrique au niveau des compresseurs des productions de froid. En effet, la température externe (via l’ambiance du magasin) augmente indirectement les apports thermiques. Quant à l’humidité, indirectement aussi, elle générera de la condensation au niveau des points froids, mais surtout le givrage des évaporateurs des installations de froid alimentaire.

Pour les commerces, c’est principalement par les entrées que l’étanchéité est rompue.

Les portes d’entrée

De manière générale, le problème des commerces réside dans les ouvertures et fermetures incessantes des portes par les clients. Bien vite s’installe une habitude de laisser les portes ouvertes en permanence, été comme hiver, afin de faciliter l’accès à l’intérieur et, tout aussi important pour le commerçant d’améliorer son marketing (comme dirait un commerçant béninois : « entre, c’est ouvert, tout est gratuit jusqu’à la caisse !).

Les impacts énergétiques et de confort ne sont pas les mêmes suivant qu’il s’agit d’un commerce de type « no food » ou « food » :

  • Pour les commerces type « no food », en période froide, les ouvertures devraient être fermées afin d’éviter les pertes de chaleur vers l’extérieur. En période caniculaire, il faudrait garder les portes fermées en journée, limiter les éclairages, éviter la climatisation, … et la nuit tenter de refroidir par un free cooling de nuit (refroidissement naturel par l’air);
  • Pour les commerces type « food », en période froide, au détriment  peut-être du confort (surtout ne faites pas fuir vos clients), certains pourraient ouvrir leurs portes (comme l’adopte si souvent les commerces « non-food » afin de réduire la sollicitation de la machine frigorifique (pour autant que le chauffage ne soit pas à fond). En mi-saison et en période chaude, par contre, il est impératif de fermer ses portes afin de réduire les apports externes vers les comptoirs ou les meubles frigorifiques.

On voit bien que les comportements des deux types de commerces sont assez différents.

Pour les grandes et moyennes surfaces, type « food »

Vu qu’il y a plus de place, en général, les améliorations possibles sont principalement la mise en place :

  • de sas d’entrée (coûts relativement importants);
  • de tourniquets;
  • d’une surpression contrôlée au niveau de la ventilation hygiénique afin d’éviter les courants d’air incontrôlés entre les entrées principales et les accès fournisseurs;
  • …

La fermeture des accès en mi-saison et en période chaude est importante.

Pour les commerces de détail, type « food »

Pour ce type de commerces, les solutions ne sont pas légion. La fermeture des accès en mi-saison et en période chaude est importante.

En période froide, mais c’est une question de motivation, quand la température externe correspond à la température de travail dans les boucheries, par exemple, pourquoi ne pas soulager la production frigorifique en laissant les portes ouvertes (vu à plusieurs reprises dans d’autres pays); il faudra naturellement tenir compte de la qualité de l’air externe.

Un exemple frappant : sur les marchés, en période froide, les besoins en froid sont très faibles.

Améliorer

 Pour en savoir plus sur l’amélioration de l’étanchéité des bâtiments

Limiter les apports tant internes qu’externes

En froid alimentaire, les ennemis des meubles frigorifiques, des ateliers et des chambres froides sont les apports thermiques tant externes qu’internes.

Les apports externes

Quand on parle d’apports externes, on pense généralement aux apports solaires (rayonnement solaire direct). Ces apports solaires au travers des vitrages contribuent :

  • à réchauffer, directement ou indirectement via l’ambiance, les applications de froid (augmentation des apports);
  • à dégrader les denrées exposées à un rayonnement solaire direct au travers des baies vitrées.

Les vitrages

Photo vitrages de toiture.  Photo vitrages de toiture.

Baie vitrée orientation est-ouest (source : Bioshanti).

« Shede » orienté nord (source Delhaize).

Dans les bâtiments tertiaires avec apports internes élevés, il faut limiter les surfaces vitrées au Sud et surtout à l’Ouest, et prendre la lumière naturelle au Nord afin de profiter du rayonnement diffus (dans la limite des possibilités urbanistiques).

On entend par rayonnement diffus, le rayonnement émit par le ciel. Cette valeur de rayonnement a l’avantage de rester relativement constante au cours de l’année, du moins en Belgique.

Les protections solaires

Photo protections solaires.   Photo protections solaires.   Photo protections solaires.

Pour que les protections solaires soient efficaces, il est nécessaire de concilier la protection contre les surchauffes et un apport en éclairage naturel suffisant, quelle que soit la saison.

Les apports internes

   

L’apport des occupants

Les occupants apportent de la chaleur sensible (température du corps) et latente (respiration, transpiration). En période froide cet apport contribue à l’amélioration du bilan thermique du chauffage de l’ambiance de vente. Il est bien entendu que le bilan thermique des meubles frigorifiques est d’autant meilleur que les apports internes sont faibles. Néanmoins, le confort du personnel et des clients doit être assuré; ce qui signifie que les apports internes sont les biens venus en période froide si on considère que le confort thermique doit être assuré (« c’est un soulagement pour la chaudière ! »).

En période chaude, les évaporateurs des meubles frigorifiques condensent la transpiration du corps humain; ce qui défavorise le bilan thermique des évaporateurs et, par conséquent, celui de la machine de froid. Outre la fermeture des ouvertures des meubles frigorifiques, une manière d’améliorer leur bilan énergétique est de réduire au maximum les températures ambiantes à leur proximité immédiate de manière à réduire la transpiration des clients (attention au confort des consommateurs).

L’apport des équipements

Toute charge électrique (éclairage, caisse électronique, TV, Hifi, …) dans un local où le froid alimentaire est présent est payée plus d’une fois :

  • une fois pour effectuer le travail attendu (consommation électrique pour produire de la lumière par exemple),
  • plus une partie pour évacuer cette énergie qui s’est transformée en chaleur et qui doit être évacuée par l’évaporateur et, in fine, par la machine frigorifique.

L’éloignement des sources de chaleur tel que les fours de boulangerie, rôtissoires, … des comptoirs frigorifiques est nécessaire. En ce qui concerne les éclairages à proximité immédiate des meubles frigorifiques, s’ils sont nécessaires à la vente, la sélection d’une source lumineuse énergétique efficace est de mise.

Améliorer le confort thermique

Illustration améliorer le confort thermique.

On sait que le travail dans les ambiances froides des commerces doit-être adapté. Le seul moyen d’améliorer son confort est d’adapter son habillement et son temps de travail à la température qu’il y règne.

A proximité des meubles frigorifiques ouverts ou dans les « allées froides », le message doit être très clair : le confort des clients et du personnel de réapprovisionnement des meubles ouverts est quasi incompatible avec la performance énergétique du froid alimentaire et, dans une moindre mesure avec l’efficacité thermique, à moins de fermer les frigos.

Le tout est de savoir ce que l’on veut !

Dans les allées froides des meubles frigorifiques ouverts

Fermer les ouvertures

Le simple fait de fermer une ouverture de meuble frigorique ouvert, réduit considérablement les déperditions typiques à ce type de meuble (par induction d’air et par rayonnement) de l’ordre de 30 à 40 %. Lorsque les ouvertures des meubles sont obturées, l’air d’ambiance à leur proximité immédiate se refroidit moins, les échanges radiatifs entre les parois froides et le corps humain sont réduits, d’où l’impression de confort accrue.

Photo frigos fermés.   Photo frigos fermés.

Meuble négatif et meuble positif (source Bioshanti).

Faut-il chauffer les allées froides ?

À cette question délicate on aurait tendance à répondre ceci :

« Êtes-vous bien sûr de ne pas vouloir fermer les ouvertures même en journée ? »

Dans la négative, une seconde question vient tout de suite à l’esprit :

« Pensez-vous, si vos clients sont sensibilisés, que réduire la température de confort dans les espaces de froid alimentaire va les faire fuir ? »

Dans l’affirmative, il vaut mieux chauffer les allées froides à l’aide d’un système de chauffe performant à haut rendement.

Dans les zones froides

Adapter l’habillement et le temps de travail

L’adaptation de sa tenue vestimentaire et de son temps de travail dans les zones réservées au personnel (atelier chambre froide, …) est nécessaire pour améliorer le confort et la sécurité thermique.

Améliorer le confort acoustique

Schéma améliorer le confort acoustique.

Évaluer

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

Soit le bruit est aérien

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

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

Si ce bruit est transmis entre deux locaux, c’est l’isolation phonique de ces parois qu’il faut améliorer.

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

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

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

Réaliser le doublage acoustiques des parois

Lorsqu’un local est adjacent à un local technique, différentes dispositions peuvent être prises afin de réduire la transmission du bruit tel que le dédoublement des parois de carton-plâtre, …

Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Si l’objectif est de se protéger d’un bruit extérieur (bruit de condenseur sur une plate-forme, par exemple), une amélioration de la qualité acoustique des baies peut être envisagée. Et le premier regard doit se porter sur l’étanchéité à l’air (davantage que sur la vitre elle-même). En effet, le bruit passe essentiellement par l’inétanchéité des joints. C’est ce qui fait la médiocre qualité des fenêtres coulissantes…

Diminuer les consommations énergétiques des meubles

La principale consommation énergétique des meubles frigorifiques ouverts est issue de l’échange entre l’ambiance de la zone de vente et l’intérieur du meuble au travers :

  • du rideau d’air par induction et rayonnement;
  • des parois de la « carcasse » du meuble par conduction et convection. Il constitue les apports externes.

Cependant, il ne faut pas négliger les apports internes constitués par l’éclairage internes des denrées, la production de chaleur des ventilateurs, des cordons chauffants et des systèmes de dégivrage.

La solution radicale

 

Meuble frigorifique ouvert et confinement et isolation légère (double vitrage).

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Quel que soit le type d’application de froid alimentaire, le confinement des denrées dans des espaces fermés est la règle d’or.

Il faut bien reconnaître que dans la pratique, ce n’est pas tout à fait le cas vu la recrudescence des meubles frigorifiques ouverts afin de favoriser la vente. Néanmoins, certains magasins ont appliqué cette excellente résolution avec succès sans impact sur le chiffre d’affaire en plaçant des protections devant les meubles.

Par exemple, le placement de fermetures en plexyglass sur les gondoles négatives a permis à une chaîne alimentaire de notre pays de réduire les consommations énergétique de l’ordre de 30 à 35 % (source DAPESCO).

D’autres encore ont opté pour des solutions encore plus radicales, à savoir le confinement global ou partielle d’une grande partie des produits frais dans des chambres froides avec libre passage des clients au travers d’ouvertures contrôlées.

Optimiser l’efficacité du rideau d’air

Pour les irréductibles des meubles ouverts, l’optimisation du rideau d’air est impératif. Ce mal nécessaire limite les apports de chaleur par induction de l’air ambiant, à hauteur de 50 à 66 % de la puissance frigorifique nécessaire à l’évaporateur et, in fine, à la machine frigorifique.

Ces échanges de chaleur entre l’ambiance des zones de vente et les denrées doivent être réduits au maximum. Pour atteindre ce but, un optimum est à trouver au niveau du débit du rideau d’air. On conseille en pratique de limiter les vitesses des rideaux d’air :

  • pour les meubles horizontaux, à 0,5 m/s;
  • pour les meubles verticaux, entre 0,6 et 0,7 m/s.

Réduire les pertes par rayonnement

Surtout pour les meubles frigorifiques horizontaux négatifs (« bacs à frites », « bacs à glace », …), l’échange par rayonnement entre les parois des meubles et le plafond peut représenter de l’ordre de 40 % de l’appel de puissance à l’évaporateur. La réduction des consommations énergétiques passe par le placement de « baldaquins » qui permettent de réduire les températures des denrées en surface de l’ordre de 3 à 5 °C. De même, la création « d’allée froide » (meubles verticaux ouverts positifs placés en vis à vis) réduit aussi les apports par rayonnement. Attention seulement au confort.

Baldaquins pour les meubles horizontaux ouverts.

Limitation du rayonnement vers le plafond

Placer ou optimiser les protections de nuit

Le simple placement de couvertures de nuit pour les meubles ouverts horizontaux ou de rideaux de nuit pour les meubles ouverts verticaux permet de réduire les consommations énergétiques de l’ordre de 8 à 30 % selon le cas.

Photo couvertures de nuit pour les meubles ouverts horizontaux.

Optimiser ou supprimer l’éclairage des tablettes

Le placement d’éclairage dans l’enceinte même du meuble frigorifique est une très mauvaise idée puisque le commerçant puise deux fois et peut-être plus à sa propre caisse :

  • une première fois parce que l’éclairage proprement dit consomme de l’électricité;
  • une seconde fois pour la simple raison qu’une grande partie de l’énergie consommée par les luminaires est transformée en chaleur et doit être évacuée par l’évaporateur;
  • enfin, vu que la plupart des luminaires utilisés en froid commercial sont des lampes fluorescentes (TL), à basse température, ce type de lampes a un mauvais rendement lumineux (de l’ordre de 40 %).

Une nette amélioration passe par la coupure des éclairages à l’intérieur de l’enceinte du meuble et l’optimisation ou le placement d’un éclairage performant à l’extérieur du meuble comme par exemple en dehors du rideau d’air.

Optimiser le dégivrage

L’air ambiant autour de l’évaporateur contient de l’eau. Cette eau givre au contact des surfaces froides de l’évaporateur lorsque la température du fluide à l’intérieur de celui-ci est inférieure à 0°C.

Du côté de la chambre froide ou du meuble frigorifique fermé ou mixte négatif, le givre diminue le transfert thermique entre l’air et la surface extérieure de la batterie. L’apport de froid vers la chambre se fait moins bien. La température de la chambre froide monte quelque peu.

D’autre part, du côté du circuit frigorifique, le compresseur de la machine frigorifique travaille avec une mauvaise efficacité énergétique : la couche de glace sur l’évaporateur peut être comparée à une couverture posée sur un radiateur (pour obtenir la même chaleur, il faudra augmenter la température de l’eau et diminuer le rendement en chaudière).

Il faut donc débarrasser périodiquement l’évaporateur du givre formé : c’est le dégivrage.

La chambre froide, les meubles frigorifiques, les vitrines, …doivent  donc être équipées d’un dégivrage automatique.

Le personnel d’exploitation, s’il n’effectue pas lui-même le dégivrage, doit cependant en vérifier le bon déroulement et surtout s’assurer périodiquement que les dégivrages sont effectués complètement. Aucune trace de givre ne doit subsister sur la surface froide à la fin du dégivrage.

Amélioration du dégivrage au niveau des chambres froides

Pour une question d’efficacité et de limitation du nombre de dégivrages, l’évaporateur doit être placé le plus loin possible de l’entrée de la chambre ou des bouches de reprise des meubles frigorifiques. Si dans votre situation existante ce n’est pas le cas, il faut envisager de la déplacer. De plus, pour les opérations de dégivrage proprement dites, on vérifie qu’une vanne magnétique sur le circuit réfrigérant est présente (début de l’opération de dégivrage). Dans la négative, à voir avec le frigoriste l’intérêt de la placer. Le placement d’un manchon peut s’avérer intéressant.

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

Il est un fait certain que moins il y aura d’ouvertures des portes du meuble fermé ou de la chambre froide (organisation rationnelle), moins on gaspillera de l’énergie nécessaire :

  • pour le dégivrage,
  • pour le refroidissement et le séchage de l’air extérieur entré par la porte,
  • pour évacuer la chaleur produite au niveau de l’évaporateur par l’opération de dégivrage.

Amélioration ou remplacement de la régulation du dégivrage

Vu que le dégivrage est une source de dépense énergétique, l’optimisation du dégivrage prend toute son importance en terme de fréquence et de longueur de cycle. Parmi les types de dégivrage, les plus courants, du moins au plus efficace, sont les systèmes :

  • par horloges (difficulté d’optimisation par rapport à l’organisation de la cuisine) – -> +;
  • électroniques contrôlant la présence de glace par l’analyse de la courbe de remontée en température de l’évaporateur (plateau de t° = fusion) –> ++;
  • électroniques contrôlant l’écart de température entre l’ambiance et l’évaporateur –> +++.

Les systèmes électroniques sont en plus capables d’accepter des niveaux d’alarme, de contrôler un délestage, …

Dans le cadre d’une rénovation conséquente, il serait intéressant, si la régulation existante est vétuste, de la moderniser.

Les meubles fermés ou mixtes négatifs

Les principes généraux de dégivrage des chambres froides s’appliquent assez bien aux meubles frigorifiques fermés ou mixtes négatifs car l’évaporateur subit le même type d’agression hygrothermique lors des ouvertures des portes. En ce qui concerne les meubles frigorifiques ouverts négatifs horizontaux (gondoles par exemple), ils subissent les agressions hygrothermiques de manière moins forte vu que l’influence de l’induction de l’air de la zone de vente n’est pas prépondérante. Néanmoins, pour ce type de meubles, le dégivrage par résistance électrique ou injection de gaz chaud est souvent nécessaire. A vérifier sa présence et son efficacité par un contrôle du niveau de givrage.

Les meubles ouverts positifs

Ce type de meubles, quant à lui, subit les agressions hygrothermiques en permanence de par l’induction de l’air de l’ambiance de vente de manière naturelle ou au travers d’un rideau d’air en ventilation forcée. L’induction d’air apportant irrémédiablement de la vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant sur l’évaporateur, le dégivrage est plus que nécessaire mais, vu les températures d’échange au niveau de l’air sur les ailettes de l’évaporateur sont proches de 0°C, un dégivrage naturel sans apport de chaleur (pas de résistance électrique) est suffisant dans la plupart des applications en laissant tourner la ventilation forcée au niveau de l’évaporateur.

Il est nécessaire d’adapter les périodes de dégivrage de chaque groupe de meuble en cas de présence massive de linéaires afin de réduire la pointe quart horaire.

Améliorer la machine frigorifique

 Remarques :

  • Pour les actions développées ci-dessous, il est difficile et pas forcément nécessaire d’établir de savants calculs de rentabilité ! Souvent, la méthode par essais successifs (modification de la consigne, …) entraîne des économies importantes, sans même que l’utilisateur ne s’en aperçoive…
  • Il est cependant toujours utile de consulter préalablement le fournisseur du matériel.
  • Vous trouvez qu’il y a bien trop de choses à lire : mettez un compteur de COP sur l’installation, imposez une valeur minimale et laissez la société de maintenance se débrouiller, c’est son boulot après tout.

Les principes à suivre

Les projets d’amélioration peuvent poursuivre plusieurs objectifs :

  • Réduire la consommation d’énergie,
  • limiter la pointe de puissance quart-horaire,
  • améliorer la maintenance de l’installation.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

En partant du constat que les groupes frigorifiques sont surpuissants lors du dimensionnement de l’installation un technicien peu agir à plusieurs niveaux pour réguler la puissance du ou des compresseurs en fonction de la charge réelle :

  • Mieux contrôler les cascades si l’installation comporte plusieurs compresseurs ou plusieurs étages de compression;
  • Adapter la puissance de la machine en faisant varier la vitesse du compresseur ou en mettant hors service certains cylindres tout en sachant que les bas régimes ne sont pas énergétiquement profitables;
  • Supprimer la régulation par injection des gaz chauds à l’évaporateur (destruction de l’énergie).
  • Augmenter le seuil de déclenchement de la haute pression du compresseur.

Une supervision par régulation numérique

Photo régulation numérique.

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années. Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences, mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.

Il s’agit en fait une gestion globale du système qui vient se superposer à celle des équipements frigorifiques.

Améliorer le fonctionnement du condenseur

Photo condenseur.   Photo condenseur.

Le principe de base est l’abaissement de la température de condensation. Pour y arriver, on peut :

  • Positionner et configurer le condenseur dans un endroit où la fraîcheur de l’air extérieur est mise à profit en évitant les recirculations d’air extrait;
  • Favoriser l’échange de chaleur par un entretien régulier des ailettes des condenseurs à air et par un détartrage régulier des condenseurs à eau;
  • Réguler la vitesse des ventilateurs des condenseurs à air en fonction de la charge réelle;
  • Travailler avec des détendeurs électroniques plutôt qu’avec des thermostatiques.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Le placement de compteurs horaires sur l’alimentation électrique du compresseur permet d’évaluer la puissance moyenne au cours de l’année en fonction du nombre d’heures de fonctionnement et du dimensionnement de la machine. Le calcul du COPfroid au cours de l’année nécessite de mesurer la consommation électrique du compresseur.

Récupérer l’eau de pluie et les condensats des évaporateurs

Il faut garder à l’esprit qu’une partie de l’énergie prise à l’ambiance par les évaporateurs des meubles frigorifiques est perdue. À l’heure actuelle, les condensats qui se forment au niveau de l’évaporateur sous forme d’eau, de givre, … sont mis à l’égout en permanence ou lors des dégivrages. On estime la quantité d’eau glacée mis à l’égout aux alentours de 0.6 à 1 litre d’eau par mètre linéaire de meuble et par heure. Elle représente une source de refroidissement du condenseur qui peut être intéressante à récupérer dans certains cas. A méditer !

Il pleut beaucoup en Belgique. Alors, pourquoi ne pas récupérer l’eau de pluie. On estime à 0,06 m³/m².mois la quantité d’eau qui tombe. Pour les grandes surfaces pourquoi ne pas combiner la récupération d’eau de pluie pour les sanitaires du personnel avec un refroidissement adiabatique des condenseurs.

Schéma récupération eau de pluie.   Schéma récupération condensats des évaporateurs.

Récupération de chaleur au condenseur

La récupération de la chaleur de réjection (au condenseur) dans une installation existante doit être considérée comme une intervention importante; ce qui signifie, tout comme les projets de conception, qu’elle doit passer entre les mains expertes d’un bureau d’étude spécialisé sachant qu’une récupération mal étudiée pourrait, sous certaines conditions s’avérer devenir une « catastrophe énergétique » comme le chauffage du magasin par l’équivalent d’un chauffage électrique direct.

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite du bâtiment vers l’extérieur.

Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique. Par la même occasion, on améliore le rendement du groupe de froid en abaissant la température de condensation.

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’air

En première approche, il est indispensable de garder à l’esprit que la récupération de chaleur au condenseur passe après :

  • la limitation des apports tant externes (rayonnement solaire direct, meubles frigorifiques ouverts, …) qu’internes (éclairage d’étagères, ventilateur peu performant, …);
  • l’isolation de l’enveloppe du magasin par rapport aux rigueurs du climat;
  • la fermeture des meubles frigoriques ouverts
  • …

Si vraiment toutes ces améliorations sont impossibles à réaliser pour des questions budgétaires, architecturales, …, des calculs simplifiés purement théoriques montrent que la récupération directe de chaleur dans l’enceinte du magasin est intéressante lorsqu’elle est importante et permettrait, par exemple, de compenser les déperditions d’un magasin peu isolé.

Récupération de la chaleur de condensation.

Evacuation de la chaleur de condensation à l’extérieur.

On voit tout de suite d’après les figures ci-dessus, qu’en période froide, la récupération est maximale lorsque la chaleur des condenseur est récupérée dans le magasin. Dans cette configuration, on réduit théoriquement les consommations de chauffage par 3.

Il est évident que la mise en œuvre d’un tel système n’est pas simple. En effet, en période chaude, la chaleur à évacuer des condenseurs est excédentaire et doit donc être évacuée à l’extérieur.

Un grand distributeur en Belgique a effectué plusieurs essais d’installations comme montré ci-dessous :

  • en pérode froide, la chaleur est récupérée;
  • en période chaude, la chaleur est évacuée.

 Récupération de la chaleur de condensation.

Evacuation de la chaleur de condensation à l’extérieur.

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’eau

Une idée novatrice, serait de récupérer une partie de la chaleur de réjection d’un condenseur à eau et de l’injecter dans un chauffage au sol. Le confort dans les allées froides devrait être meilleur. À l’heure actuelle, les systèmes mis en œuvre n’ont pas encore fournit de résultats de bilans énergétiques chiffrés et validés.

Exemple de schéma de principe.

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été).

Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique comme par exemple dans les cuisines.

Améliorer la maintenance de l’installation

Il est impossible de reprendre ici toutes les règles d’entretien pour toutes les installations frigorifiques. Cependant, on peut attirer l’attention sur les interventions qui influencent la facture énergétique.

Machine frigorifique

Une check-list du groupe frigorifique est reprise dans les pages de détails; en voici les principaux points :

  • Température et régime d’eau glacée,
  • intensité mesurée au compresseur,
  • écart de température entre le condenseur et le fluide refroidissant,
  • …

Un contrôle régulier de ces points de mesure améliore le rendement, les consommations et la durée de vie de l’installation.

Boucle frigoporteur

La mesure régulière des températures d’eau glycolée permettra de mettre en évidence des pertes d’efficacité des groupes frigorifiques dues principalement :

  • à des températures de boucle trop élevées;
  • à des écarts de températures entre l’entrée et la sortie de l’évaporateur trop faible traduisant des débits d’eau trop importants;
  • …

Aérorefroidisseurs

Le contrôle de l’état d’encrassement et de corrosion des ailettes, le suivi de la régulation de l’aérorefroidisseur telle que la régulation de la pression de condensation en vérifiant le fonctionnement des ventilateurs.

Déclenchements du compresseur par forte température extérieure

L’augmentation temporaire du niveau de déclenchement de la haute pression (avec accord du constructeur) permet dans un temps limité de pallier au manque de puissance de l’installation.

Nuisances acoustiques

Si la nuisance sonore est surtout importante aux basses fréquences, il est possible que les machines tournantes (ventilateur du condenseur, moteur du compresseur,…) soient mal équilibrées. Ce défaut s’accentue avec l’usure des équipements; des solutions sont possibles …

Author Image Posted By : Didier 4 Jan, 2008

Optimiser le dégivrage des chambres froides

Optimiser le dégivrage des chambres froides

Amélioration du dégivrage au niveau des chambres froides

Au niveau de la configuration de l’enceinte et pour éviter la formation de givre sur l’évaporateur, il est préférable que celui-ci soit situé loin de l’entrée par laquelle est amené l’air chaud et humide. Si ce n’est pas le cas, il est nécessaire de se poser la question en terme financier par rapport au gain énergétique, du déplacement de l’évaporateur vers le fond de la chambre froide.

Exemple.

La chambre froide est installée chez un grossiste en fruits et légumes. L’évaporateur de la chambre froide se situe comme sur le dessin ci-après :

La porte est ouverte toute la journée pour permettre aux clients (des petites supérettes) de venir faire leurs achats, des bandes en plastique sont installées pour limiter les pertes frigorifiques.

La température d’évaporation étant de -8° un dégivrage est nécessaire. La proximité de la porte favorise les entrées d’air à température moyenne de 20°. Cet air chaud est aspiré par l’évaporateur et du givre apparaît très vite sur la batterie.
Un dégivrage est nécessaire toutes les deux heures alors que dans d’autres conditions seuls 3 à 4 dégivrages par 24 heures seraient suffisants.

Pour éviter des consommations importantes d’électricité et une régulation qui apporterait toujours des soucis, il a été prévu d’arrêter la production frigorifique toutes les deux heures tout en laissant tourner les ventilateurs de l’évaporateur. On dégivre 10 minutes uniquement grâce à la température ambiante de l’air.

En ce qui concerne l’installation, pour faciliter et optimiser les opérations de dégivrage, on vérifie , si l’installation est équipée :

  • d’une vanne magnétique sur le circuit frigorifique (juste avant l’évaporateur).
    Cette vanne va permettre d’arrêter le cycle du fluide frigorigène lors d’un dégivrage : lors d’un dégivrage, l’alimentation électrique de la vanne magnétique est coupée. La vanne se ferme. La Basse Pression au compresseur descend et le compresseur s’arrête dès que le niveau réglé sur le pressostat Basse Pression est atteint. Quand il n’y a pas de vanne magnétique, le compresseur devrait être directement arrêté électriquement (contacteur). Mais dans ce cas, une migration de réfrigérant peut se produire et encore continuer à s’évaporer, ce qui peut poser problème.
  • de manchons souples placés à la sortie du ventilateur de l’évaporateur si la technique de dégivrage produit de la chaleur sur l’évaporateur. Lors d’un dégivrage, lorsque la ventilation est à l’arrêt, ce manchon retombe et se rabat sur la surface de pulsion du ventilateur. Une barrière physique est ainsi créée autour de la chaleur produite dans l’évaporateur pour dégivrer l’évaporateur.
    Ces manchons souples en fibre polyester sont encore appelés « shut up ».

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de la chambre froide

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

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

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

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air à l’extérieur de la chambre a les caractéristiques suivantes : t° = 28°C, HR = 80 %.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 12h/jours.

Il y a 10 interventions par heure, pendant chacune d’elle la porte est laissée ouverte pendant 30 secondes.
Avec cette utilisation, l’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage est de 15,6 kWh/jour.

Avec une meilleure organisation, le personnel n’ouvre plus la porte que 5 fois par heure et ne la laisse plus ouverte que 6 secondes par intervention.
L’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage n’est plus que de 3,9 kWh/jour soit une économie de 11,7 kWh/jour.
Avec un prix moyen de 0,11 € du kWh, cela représente une économie de 11,7 [kWh] x 0,11 [€] 260 [jours], soit 350 € par an pour une seule chambre froide.

Il faut ajouter à cette économie, l’énergie gagnée sur le refroidissement et le séchage de l’air entrant dans la chambre froide, ainsi que sur le givrage de la vapeur qu’il contient.
En effet, dans le premier cas, le renouvellement d’air de la chambre est de 61 volumes par 24 h; l’énergie frigorifique nécessaire pour traiter cet air est de 109,6 kWh pour le refroidissement et le séchage, dont 46,9 kWh pour le givrage.
Dans le second cas, le renouvellement n’est plus que de 6,2 volumes par 24h et l’énergie nécessaire n’est plus que de 11 kWh (refroidissement et séchage), dont 4,7 kWh pour le givrage.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un coût moyen de 0,115 € du kWh électrique, cela représente une économie supplémentaire de ((109,6-11) [kWh] / 2,5) x 0,11 [€] x 260 [jours], soit 1179 € par an.

Dans cet exemple, on n’a pas diminué le nombre de dégivrages dans le cas où il y a moins de vapeur qui entre dans la chambre. Cela représente, en fait, une économie supplémentaire, car il faut moins d’énergie pour refroidir les masses métalliques des évaporateurs, chauffées lors des dégivrages.

Remarque : vu la remarque ci-dessous, cet exemple sert plus à montrer qu’il y a de grosses possibilités d’économies par une utilisation rationnelle de la chambre froide qu’à donner des chiffres exacts. En effet, la masse de l’évaporateur ainsi que le nombre de dégivrages ont été encodés de manière arbitraire.

Calculs

 Si vous voulez estimer vous même , les possibilités d’économiser de l’énergie grâce à une utilisation rationnelle de votre chambre froide.

Mais ATTENTION : ce tableau doit être utilisé avec beaucoup de précautions !

En effet, les résultats dépendent de paramètres introduits par l’utilisateur. Or ces paramètres ne sont pas toujours connus et dépendent eux-mêmes du résultat des calculs.

Par exemple :

  • La masse des évaporateurs est une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur. Or elle dépend d’une série de paramètres qui ne sont pas dans le tableau (et notamment la puissance frigorifique totale). Il est donc a priori très difficile d’introduire une valeur correcte pour la masse des évaporateurs.
  • Le nombre de dégivrages est aussi une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur.
    Or, il dépend de la masse de givre piégée sur les ailettes des évaporateurs, de l’écartement de ces ailettes, de la surface d’échange des évaporateurs (c’est-à-dire de leurs dimensions) qui conditionne l’épaisseur moyenne de givre collé sur les ailettes.

Il faut aussi se rappeler que le rendement d’un évaporateur baisse au fur et à mesure que du givre vient se placer dans les interstices entre les ailettes.
Cela veut dire que si on diminue artificiellement le nombre de dégivrages, on diminue évidemment l’énergie nécessaire pour les dégivrages parce qu’il faut moins souvent chauffer les masses métalliques, mais on diminue aussi le rendement des évaporateurs (et donc de la machine entière) avec le grand danger d’avoir des évaporateurs bourrés de glace, ce qui provoquera finalement l’arrêt de la machine.

En fait, cela revient à dire que le calcul des machines frigorifiques doit être un calcul intégré où les éléments du bilan frigorifique ne peuvent pas toujours être envisagés séparément, comme c’est le cas ici avec ce tableau…; il s’agit d’un calcul itératif !

Amélioration ou modernisation de la technique de dégivrage

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons :

  • par résistance chauffante,
  • par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur,
  • par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie,
  • par circulation d’air.

Les deux premières méthodes citées ci-dessus sont les plus courantes :

Par résistance chauffante

Des résistances chauffantes sont imbriquées dans les tubes en cuivre qui composent la batterie de l’évaporateur. Leur position et leur puissance sont étudiées par le fabricant de manière à répartir uniformément la chaleur produite à l’ensemble de la batterie.

Avantages, inconvénients et choix

C’est une méthode simple, très répandue pour les unités de puissance moyenne.
Elle n’est pas dénuée de divers inconvénients : la consommation se fait en électricité directe, et donc à un prix élevé en journée, surtout si la période de dégivrage a lieu durant la pointe quart-horaire du mois.

Précautions

Dans les équipements frigorifiques des grandes cuisines, la place disponible fait souvent défaut et la tendance des architectes est de sélectionner du matériel très compact. D’autre part, les budgets sont de plus en plus étroits, ce qui ne facilite pas la sélection de matériel de qualité.

Cependant pour assurer un bon fonctionnement du dégivrage à long terme, certaines précautions sont à prendre :

  • Les résistances n’ont pas une durée de vie éternelle. Elles doivent être remplacées en cas de défaillance. Lors de l’installation de l’évaporateur, il ne faudra donc pas oublier de tenir compte de leur longueur (généralement la longueur de l’évaporateur) et laisser l’espace nécessaire pour permettre de les extraire de leur  » doigt de gant « .
  • Toutes les résistances sont fixées à l’aide de fixation ad hoc dans la batterie. Il importe de fixer également les nouvelles qui seraient introduites après un remplacement.
    En effet, si les résistances ne sont pas bien fixées, les dilatations produites lors du chauffage et du refroidissement peuvent faire bouger les résistances et les faire sortir de leur position initiale avec comme conséquence de ne plus chauffer uniformément la batterie sans compter les inconvénients matériels que cela suppose.

Par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur

Cette technique, encore appelée dégivrage par « vapeurs chaudes » ou par « gaz chauds », consiste à inverser le cycle et à faire fonctionner l’évaporateur, le temps du dégivrage, en condenseur.

Avantages, inconvénients et choix

L’inversion de cycle est très économique, notamment car les vapeurs chaudes sont directement introduites dans les tubes avec des températures très élevées (avec le R22 on peut facilement atteindre plus de 90°). Les temps de dégivrage sont donc très courts : parfois quelques secondes suffisent.

Néanmoins, cette méthode complique le réseau des conduites frigorifiques : des éléments supplémentaires tels que la vanne à 4 voies (qui sert à l’inversion de cycle), vannes magnétiques pour couper les circuits, etc. viennent s’ajouter à l’installation en cas de rénovation.

Ainsi, elle est surtout utilisée dans les installations industrielles.

Dans les équipements frigorifiques des grandes surfaces, il n’y a que les machines à glaçons (lit de glace en poissonnerie), quand il en existe, qui sont parfois munies d’un système d’inversion de cycle pour démouler les glaçons.

Par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie

Avantages, inconvénients et choix

Cette technique est parfois utilisée pour des enceintes froides à des températures voisines de 0°C et pour des enceintes réclamant une humidité élevée (chambres de conservation de fruits). La consommation d’eau, fluide de plus en plus coûteux, est un inconvénient.

Par circulation d’air de la chambre

De l’air provenant soit de l’intérieur de la chambre même, soit de l’extérieur, est envoyé sur l’échangeur. Dans le premier cas, le dégivrage est très lent. Dans le second, il faut isoler l’évaporateur de la chambre, ce qui n’est pas pratique.

Avantages, inconvénients et choix

L’inertie des produits stockés doit être suffisante à maintenir l’ambiance dans une fourchette de température acceptable. C’est donc une technique qui n’est pas à utiliser pour des chambres froides qui sont quasi vides juste avant le réapprovisionnement.

La première de ces méthodes a l’avantage de récupérer totalement l’énergie frigorifique stockée dans la glace. De plus, seule une horloge est nécessaire pour interrompre la production frigorifique. Elle ne tombe donc jamais en panne.

En général, cette méthode est utilisée avec une température de chambre supérieure à 0°C et lorsque les enceintes ne sont pas trop sollicitées par des ouvertures de portes. Mais la pratique montre que certains régulateurs « intelligents » utilisent également ce système lorsque la température est fortement négative, grâce au fait qu’en dessous de -5°C la structure de la glace est très différente (beaucoup plus poudreuse et donc moins collante : une sublimation est alors possible).

Remarque : cette technique est celle utilisée par un fabricant  qui propose une régulation intelligente des dégivrages.

Amélioration ou remplacement de la régulation du dégivrage

Le dégivrage est une source de consommation d’énergie :

  • Par l’apport de chaleur nécessaire à la fusion du givre (effet utile).
  • Suite à l’échauffement, suivi du refroidissement, de la masse métallique de la batterie (effet nuisible).
  • Par le réchauffement partiel, suivi de la remise en température de la chambre froide, une partie de la chaleur que nécessite le dégivrage ayant été perdu dans cette enceinte (effet nuisible).

Il existe donc une fréquence optimale de dégivrage pour minimiser l’énergie dépensée par cette opération :

  • Trop fréquents, ils sont effectués alors qu’une faible quantité de givre s’est déposée sur la surface froide, l’effet utile est insuffisant devant les effets nuisibles qui l’accompagnent.
  • Trop peu fréquents, la masse excessive de givre présente sur la batterie diminue l’efficacité énergétique de la machine frigorifique.

Dans le cadre d’une amélioration, les techniques de régulation et de commande modernes deviennent très accessibles financièrement parlant. Si votre régulation existante est vétuste, le remplacement d’une horloge classique, par exemple, par un module de régulation ne devrait pas vous ruiner.

Choix du type de régulation

Pour les petites enceintes, une régulation par horloge peut suffire. Mais mal utilisée, cette régulation peut conduire à des aberrations énergétiques : qu’il y ait présence ou non de glace, le dégivrage est enclenché à l’heure programmée, la durée du dégivrage est fixe, quelle que soit la présence effective de glace.

Ainsi, en fonction des conditions d’exploitation des enceintes froides (peu ou beaucoup d’ouvertures de portes), les agents d’exploitation devront modifier la fréquence des dégivrages par le réglage des horloges, et une sonde de fin de dégivrage doit permettre à l’installation de redémarrer plus rapidement que la période fixée.

Cependant, ils ne doivent, en aucun cas, intervenir sur la séquence. Certaines d’entre elles, interne des opérations de dégivrage, si elles sont mal conduites, peuvent créer des écarts de pression intolérables entre l’intérieur et l’extérieur des chambres froides.

Pour les plus grandes enceintes, il est indispensable, au niveau énergétique, que la séquence des dégivrages réels se rapproche au mieux de la séquence utile. On utilise pour cela une régulation électronique intelligente de dégivrage. De tels systèmes permettent des économies substantielles.

Il en existe au moins deux sur le marché :

  • Le premier système de régulation électronique intelligent permet d’espacer la séquence de dégivrages initialement programmés s’il n’a pas détecté de phase de fusion suffisamment longue durant les 10 dernières opérations de dégivrage programmées.
  • Le second système de régulation électronique intelligent détecte la présence de glace à partir de deux sondes de température (l’une mesure la température ambiante de la chambre, l’autre est placée dans les ailettes de l’évaporateur). L’explication de ce principe ne nous a pas été détaillée.
    Chez ce fabricant, le critère d’arrêt du dégivrage classique est une température d’évaporateur de 10°C. Cela semble élevé, mais c’est, semble-t-il, une sécurité par rapport à l’absence totale de glace.
    En plus de cette détection de givre, ce système choisit un dégivrage par circulation d’air de la chambre chaque fois que la température intérieure le permet. Ce qui est très intéressant au niveau énergétique puisque non seulement il ne faut pas produire de la chaleur pour le dégivrage, mais qu’en plus, toute l’énergie latente contenue dans la glace sera restituée à l’ambiance.
    Un dégivrage classique par résistance chauffante n’aura lieu que lorsqu’il n’est pas possible d’attendre la fusion de la glace par l’air ambiant.

Quel que soit le système de régulation intelligente, la souplesse de ces appareils par rapport aux thermostats mécaniques permet d’affiner les réglages et de proposer des fonctions complémentaires :

  • alarmes,
  • possibilité de faire fonctionner le congélateur avec une consigne abaissée de 5°C la nuit (pour bénéficier du courant de nuit),
  • possibilité de délester durant la pointe 1/4 horaire,
  • …

D’après le fabricant du second système ci-dessus, l’investissement (+/- 1 625 €) est amorti en moins d’un an.

Exemple.

Une chaîne de supermarchés belge a adopté ce système pour l’ensemble de ses chambres froides depuis 2 ans. Un des responsables techniques nous a confirmé que l’investissement a largement été amorti sur cette période en regard des économies d’énergie apportées (plus de 20 % de la consommation de la chambre). Une généralisation de ce système à l’ensemble des points de vente est programmée.

De plus, ces systèmes peuvent tout à fait s’adapter sur des installations existantes.

Lors de la pose d’un système de régulation de dégivrage, il est important de l’adapter au mieux à la chambre froide et à son utilisation. Il appartient au frigoriste de bien poser au client les questions pour comprendre son mode opératoire et de cibler la régulation la plus appropriée.

Autres précautions…

Pour optimiser le dégivrage, le frigoriste ne doit pas oublier de prévoir deux temporisations dans les étapes de dégivrage :

  • Après l’opération de dégivrage proprement dite, il faut prévoir une temporisation avant l’ouverture de la vanne magnétique (permettant à la production frigorifique de reprendre). Cette précaution permet d’assurer l’égouttage.
  • Ensuite, il faut prévoir une deuxième temporisation avant la remise en fonctionnement des ventilateurs de l’évaporateur. Cette temporisation permet à la batterie d’atteindre une température moyenne inférieure ou égale à celle de l’enceinte. À défaut, la remise en route prématurée des ventilateurs peut envoyer de la chaleur dans la chambre froide et/ou des gouttelettes d’eau encore présentes.

Il veillera aussi à prévoir un système de sécurité qui arrête le dégivrage dès qu’une température ambiante excessive est atteinte. Cette sécurité doit, par exemple, être accompagnée d’une alarme qui prévient le personnel du problème.

Cette précaution est d’autant plus importante que les produits stockés sont coûteux.

Exemple.

Il est déjà arrivé qu’un contacteur qui commandait les résistances électriques de dégivrage d’une enceinte stockant des crustacés, du caviar, etc. reste bloqué et que du chauffage soit diffusé toute la nuit dans la chambre avant que le personnel ne s’en aperçoive le lendemain matin.

 

Author Image Posted By : Didier 3 Jan, 2008

Récupérer la chaleur sur condenseur de la machine frigorifique [Améliorer – Froid alimentaire]

Récupérer la chaleur sur condenseur de la machine frigorifique [Améliorer - Froid alimentaire]

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite d’une chambre froide, d’un meuble frigorifique ouvert, … vers l’extérieur.

Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique.

Fonctionnement du condenseur

En principe, trois opérations successives se passent dans le condenseur de la machine frigorifique :

Evolution des températures du fluide frigorigène et du fluide de refroidissement.

  1. Dans une machine frigorifique, les gaz qui sont expulsés par le compresseur en fin de compression sont à très haute température (de 70 à 80°C). On dit qu’ils sont surchauffés. Comme la condensation se fait à une température largement inférieure (aux alentours de 40°C, par exemple), une quantité de chaleur va devoir être évacuée des gaz surchauffés pour les amener à leur température de condensation qui correspond à la pression de refoulement (dite pression de condensation). C’est la désurchauffe.
  2. Puis lors de la condensation elle-même, une importante quantité de chaleur va aussi devoir être évacuée pour liquéfier (si possible complètement) le fluide frigorigène gazeux.
  3. Enfin, si les conditions des échanges thermiques dans le condenseur le permettent (température du fluide refroidisseur suffisamment basse, débit du médium de refroidissement suffisamment important), le liquide condensé va subir le sous-refroidissement, ce qui améliore le rendement de l’évaporateur.

Récupération de l’énergie

Dans certains cas, on pourrait envisager de récupérer cette énergie pour chauffer de l’eau ou de l’air, au lieu de la gaspiller en pure perte :

  • si on a des besoins en eau chaude sanitaire à une température pas trop élevée (45° à 50°C);
  • si on a des besoins de chauffage pour des allées froides, des locaux contigus, …
  • si on veut éviter ou diminuer la puissance de climatisation du local des machines, ou faire des économies d’énergie sur ce poste;
  • si on veut participer à la lutte contre le réchauffement global de l’atmosphère.

La récupération de l’énergie du côté des condenseurs suppose évidemment des investissements supplémentaires par rapport à des machines classiques plus simples :

  • des échangeurs de condenseurs adaptés;
  • des réservoirs-tampons pour l’eau chaude sanitaire ou de chauffage;
  • une disposition plus compliquée des tuyauteries;
  • une bonne évaluation des pertes de charge dans les tuyauteries;
  • une régulation complète permettant le contrôle correct de toute l’installation, y compris des récupérateurs.

Étant donné les spécificités inhérentes à chaque projet, le rapport entre l’investissement et les économies d’énergie doit faire l’objet de calculs adaptés, à demander aux auteurs de projet. Il faut en effet considérer ensemble la machine frigorifique et les appareils de production d’eau chaude sanitaire ou de chauffage.
Le bilan doit prendre en compte :

  • l’apport d’énergie « gratuite » par la machine frigorifique,
  • le fait que l’on doit quand même disposer, en plus des récupérateurs, d’une puissance installée suffisante pour palier au manque de puissance de chauffe lors des périodes où la machine frigorifique ne fonctionne pas,
  • la pénalisation énergétique apportée toute l’année par l’échangeur supplémentaire,
  • le cas où le condenseur de la machine frigorifique doit assurer à lui seul, l’évacuation de toute la chaleur (lorsqu’il n’y a pas de besoin d’énergie dans les récupérateurs, ou quand ces derniers sont arrivés à leur consigne maximale de température).
Exemple d’application très intéressante

Le plus logique est de récupérer la chaleur sur le condenseur à air pour chauffer directement l’air d’un local. Ainsi, un supermarché Delhaize à Bruxelles évacue la chaleur du condenseur du groupe frigorifique (armoires de congélation) en créant un rideau d’air chaud à l’entrée du magasin. En été, la chaleur est déviée en toiture par un clapet.

Application au chauffage de l’ambiance du magasin ou des annexes par l’air

Le moins qu’on puisse dire, c’est que les idées ne manquent pas quant à la récupération de la chaleur des condenseurs afin de chauffer l’ambiance des magasins directement ou des annexes indirectement.
La question traditionnelle qui revient dans les discussions est la suivante :

« J’ai déjà payé mon électricité pour garder à basse température mes aliments, que puis-je faire de la chaleur des condenseurs ? C’est quand même idiot de la rejeter à l’extérieur en période froide alors que je dois en plus chauffer mon magasin ».

Sur base du principe  :

« La véritable économie d’énergie est celle que l’on ne consomme pas ! »

On ne recommandera jamais assez de fermer les meubles frigorifiques tout en rappelant qu’un meuble de 1 mètre de largeur (1 mètre linéaire) échange par convection et rayonnement de l’ordre de 800 W et représente les 2/3 de la demande de froid au niveau de l’évaporateur.

Il est sûrement l’heure de rappeler aussi que l’on a atteint le paradoxe de la chaîne alimentaire froide. En effet, on en arrive, depuis un certain temps, à réchauffer les « allées froides » des magasins, et ce, afin d’assurer le confort des clients.

 » C’est une aberration énergétique criante ! »

Pour bien illustrer ce petit « coup de gueule », l’étude simplifiée qui suit montre les effets conjugués du succès des meubles frigorifiques d’ouverture de plus en plus imposante avec les effets négatifs qui vont de paire, à savoir :

  • le risque accru pour la conservation de la chaîne du froid;
  • l’inconfort évident des « allées froides ».

 Incorfort dans les allées froides.

Dans ce qui suit, on se propose d’analyser, de manière théorique, différents cas souvent rencontrés dans les magasins d’alimentation :

  • des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle;
  • des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle;
  • des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle;
  • des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle.

Ici, on analyse les consommations énergétiques finales et primaires ainsi que le bilan CO2 des différentes configurations en tenant compte des valeurs de rendement et d’efficacité énergétiques des équipements :

  • La chaudière présente un rendement saisonnier sur PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) de 0.90 ( ouverture d'une nouvelle fenêtre ! valeur de la CWaPE ou Commission Wallonne Pour l’Énergie.  ).
  • Le rendement global des centrales belges est de 55 % (selon la CWaPe). Dans cet exercice, on se place dans une situation défavorable, à savoir que le rendement moyen belge des centrales (en tenant compte du rendement des centrales nucléaires) est plutôt de 38 %.
  • 1 kWh de gaz consommé représente 251 g de CO2.
  • Le prix actuel du gaz est estimé à 0.05 €/kWh PCI.
  • Le prix de l’électricité est évalué à 0.11 €/kWh.

Les conditions d’ambiance du magasin sont simplifiées pour les besoins du calcul, à savoir :

  • la température ambiante que le commerçant veut assurer est de 24°C;
  • la température moyenne externe est de 6°C;

Le bilan thermique du magasin est aussi simplifié dans le sens où :

  • Les déperditions du magasin sont ramenées aux seules pertes des parois de l’enveloppe :
    • pour un petit commerce peu isolé de 40 m² au sol (4 façades), avec un Uglobal de l’ordre de 4 W/m².K, les déperditions sont de l’ordre de 12 kW en régime établi;
    • pour le même commerce fortement isolé, avec un coefficient Uglobal de l’ordre de 1.2 kW/m².K, les déperditions atteignent 3.6 kW;
  • Les apports internes et externes ne sont pas pris en compte (occupations, éclairage, … et l’ensoleillement. On se place donc dans des conditions défavorables au niveau de la récupération de chaleur.

Configuration 1 : meubles ouverts, condenseurs à l’extérieur et commerce peu isolé (configuration classique)

Le commerçant possède un commerce peu isolé (12 kW de déperditions). Il investit dans des meubles frigorifiques ouverts (2 x 10 kW) et les groupes de froid (groupes condenseurs) sont placés à l’extérieur.

La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22°C pour un air externe moyen sur l’année de 6°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après un constructeur de machine frigorifique (COP’s équivalents donnés par Bitzer software de BITZER et Select 6 de COPELAND).

Pour cette configuration, un appoint de chaleur est nécessaire; c’est la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. Néanmoins, la chaudière doit apporter 32 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques ouverts (soit 20 kW).

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière

32/0.9 = 35.6

kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 2.4 x 2 = 4.8 kWh/h
Energie condenseur 12.4 x 2 = 24.8 kWh/h
Coût 35.6 x 0.05 + 4.8 x 0.11= 2.3 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 35.6+ 4.8 / 0.38= 48.2 kWh/h
CO2 48.2 x 0.251 = 12.1 kg/h de CO2

Configuration 2 : meubles ouverts, condenseurs dans l’enceinte et commerce peu isolé

Le commerçant décide de remplacer ses groupes de condensation, car il sont vétustes (soumis au intempéries depuis 15 ans par exemple). L’installateur lui conseille de les placer à l’intérieur afin de récupérer la chaleur de condensation.

La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C (condenseur placé dans des mauvaises conditions de fonctionnement). Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que les compresseurs, vu leur performance médiocre (COP de 1.7), doivent évacuer plus de chaleur au niveau des condenseurs. Il en résulte que la chaudière, dans ce cas, n’a pas besoin de venir en appoint. La question clef est de savoir s’il faut récupérer la chaleur au prix de la dégradation de la performance énergétique des compresseurs ou l’inverse.

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière

0

kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 6 x 2 = 12 kWh/h
Energie condenseur 16 x 2 = 32 kWh/h
Coût 0 x 0.05 + 12 x 0.11= 1.32 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 0 + 12 / 0.38= 31.6 kWh/h
CO2 31.6 x 0.251 = 7.9 kg/h de CO2

Configuration 3 : meubles fermés, condenseurs à l’extérieur et commerce peu isolé

Le commerçant est très sensibilisé à l’énergie.

Il décide de réinvestir dans des meubles fermés. Pour une même capacité d’exposition des denrées, la puissance à l’évaporateur sera moindre. En effet, sur base de l’étude du bilan thermique des meubles ouverts, les pertes par l’ouverture représentent de l’ordre de 66 % de la puissance disponible à l’évaporateur. En fermant ces ouvertures, la puissance nécessaire à l’évaporateur est de l’ordre de 2 x 3 kW.

Dans un second temps, il se dit qu’il n’y a plus de nécessité de récupérer la chaleur de condensation puisqu’il devrait y avoir moins de pertes de chaleur vers les meubles frigorifiques. Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont donc placés à l’extérieur.

La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22°C pour un air externe moyen sur l’année de 6°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après le même constructeur de compresseur.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. La chaudière doit tout de même apporter 18 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière

18/0.9 = 20

kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 0.7 x 2 = 1.4 kWh/h
Energie condenseur 3.7 x 2 = 7.4 kWh/h
Coût 20 x 0.05 + 1.4 x 0.11= 1.2 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 20 + 1.4 / 0.38= 23.7 kWh/h

CO2

 23.7 x 0.251 = 5.9 kg/h de CO2

Configuration 4 : meubles fermés, condenseurs dans l’enceinte et commerce peu isolé

Le commerçant furieux, demande à l’installateur de se débrouiller pour réduire la facture de chauffage. Les groupes de froid sont donc incorporés dans les meubles et la chaleur évacuée par les condenseurs est réintroduite dans le magasin aussi pour assurer le confort des clients (dans les allées froides par exemple).

La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machines frigorifiques.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que malgré le rejet de 9,2 kW dans l’ambiance du magasin, la chaudière doit apporter 8,8 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière

8.4/0.9 = 9.3

kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 1.8 x 2 = 3.6 kWh/h
Energie condenseur 4.8 x 2 = 9.6 kWh/h
Coût 8.4 x 0.05 + 3.6 x 0.11= 0.8 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 8.4 + 3.6 / 0.38= 17.9 kWh/h
CO2 17.9 x 0.251 = 4.5 kg/h de CO2

Configuration 5 : meubles fermés, condenseurs dans une enceinte très isolée

Le commerçant constate qu’il a encore une facture de chauffage exagérée. Tout en conservant sa configuration précédente, il décide d’isoler son enveloppe (des primes existent). Les déperditions ne sont plus que de 3.6 kW.

La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que le rejet de 9,6 kW dans l’ambiance du magasin permet à la chaudière de ne pas être allumée et compenser, non seulement les 6 kW pris par les meubles frigorifiques, mais aussi les 3.6 kW de déperdition au travers des parois.

On a donc affaire à une pompe à chaleur dont :

  • la source froide (la source d’où provient l’énergie) est chaude puisque dans l’ambiance;
  • à la consommation près du compresseur, l’énergie, « tournant » sur elle-même, est utilisée pour refroidir les meubles frigorifiques et, après utilisation, est restituée à l’ambiance;
  • la chaleur de compression excédentaire sert en fait à compenser les déperditions au travers des parois de l’enveloppe.

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière

0

kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 1.8 x 2 = 3.6 kWh/h
Energie condenseur 4.8 x 2 = 9.6 kWh/h
Coût 3.6 x 0.11= 0.4 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 3.6 / 0.38= 9.5 kWh/h
CO2 9.5 x 0.251 = 2.4 kg/h de CO2

Synthèse

Tableau comparatif

Configuration Enveloppe Type  de meuble Condenseur Energie finale consommée chaudière [kWh/h] Energie finale électrique consommée [kWh/h] Energie primaire consommée [kWh/h] Coût de l’énergie [€/h] kg/h de CO2 Rejet de CO2
1 peu isolée ouverts externe 35.6 4.8 48.2 2.3 12.1 +504 %
2 peu isolée ouverts interne 0 12 31.6 1.32 7.9 +329 %
3 peu isolée fermés externe 20 1.4 23.7 1.2 5.9 +246%
4 peu isolée fermés interne 9.3 3.6 17.9 0.8 4.5 +188 %
5 bien isolée fermés interne 0 3.6 9.5 0.4 2.4 0

Choix des meubles frigoriques fermés

La toute première conclusion à tirer est qu’il faut choisir des meubles frigorifiques fermés quel que soit le type de denrée exposé. À ce sujet, au risque de passer pour des doux rêveurs, c’est possible de choisir des meubles tant en froid positif qu’en froid négatif avec des portes sans trop de risque pour que le chiffre d’affaires tombe en chute libre.

Energie finale

Le graphique ci-dessous montre l’évolution des énergies finales que consomment l’installation de froid avec récupération ou sans récupération et le système de chauffage.

Ces consommations énergétiques sont celles que le commerçant peut retrouver à partir de ses factures de chauffage et d’électricité.

Récupération importante par rapport aux besoins de chaleur

Le tableau comparatif précédent permet de tirer des conclusions :

  • Il faut fermer les meubles frigorifiques ouverts.
  • En période froide, même si la performance énergétique des compresseurs est dégradée (COP de 1.66) vu que la température de condensation (le condenseur se trouve à l’intérieur) est élevée, il est intéressant de récupérer l’énergie de condensation. L’optimum se situe naturellement lorsque la chaleur rejetée par les condenseurs équivaut aux déperditions des parois de l’enveloppe du commerce;
  • En plus de récupérer la chaleur, on aura donc intérêt à limiter au maximum les déperditions de l’enveloppe qu’elles soient sous forme :
    • d’une meilleure isolation;
    • d’un meilleur contrôle des infiltrations au niveau des portes d’entrée et des réserves;
    • d’une gestion efficace de la ventilation de l’air hygiénique.

Régime en période chaude

Là où le bât blesse, c’est pendant les périodes chaudes :

Les condenseurs étant incorporés aux meubles frigorifiques ou dans l’enceinte même du magasin, lorsque les déperditions au travers des parois s’inversent (période chaude, apport solaire important, …), il est nécessaire d’évacuer la chaleur des condenseurs à l’extérieur. Dans le cadre d’une installation de récupération de chaleur sur un condenseur à air, il n’est pas aisé de le réaliser.

Pour récupérer la chaleur de condensation, Delhaize, par exemple, a mis au point un système similaire à celui représenté dans les figures suivantes permettant de récupérer la chaleur en période froide pour chauffer l’ambiance.

 Schéma de principe en période froide (récupération); source : Delhaize.

 Schéma de principe en période chaude (pas de récupération); source : Delhaize.

Bilan des énergies primaires

Dans le tableau de synthèse ci-dessus, on parle aussi d’énergie primaire. Ce bilan est moins parlant, car, surtout au niveau de l’énergie électrique, on a souvent tendance à oublier que nos centrales électriques ont aussi un rendement.

Comme précisé dans les hypothèses, le rendement global, selon les sources, est de 55 ou 38 % suivant que l’on compte ou non les centrales nucléaires dans le parc des centrales belges. Ce qui signifie que lorsqu’on consomme 1 kWh d’énergie électrique chez nous les centrales, elles, en consomment 1 / 0,38 = 2,63 kWh sous forme de gaz, de nucléaire, de biomasse, …

Quant à l’énergie primaire consommée par notre chaudière (c’est plus facile), c’est le gaz, le fuel, le m³ de bois consommé.

Le graphique suivant montre cette approche :

Bilan CO2

À partir des énergies primaires, on peut déterminer quelle sera notre production de CO2 :

Remarques

La plupart des cas présentés ci-dessus, sont issus de cas réellement observés. Malheureusement, aucun monitoring des consommations n’est disponible à l’heure actuelle. Il va de soi que le placement d’une batterie de chauffe au dessus de la tête des clients dans l’allée froide n’est pas un bon principe, mais est juste utilisé comme moyen d’interprétation ou de réaction des lecteurs. Ce principe donne les avantages et inconvénients suivants:
(+)

  • simple;
  • modulable;
  • …

(-)

  • nécessite des vitesses d’air plus importantes afin d’amener l’air chaud à environ 1.5 m du sol pour assurer un certain confort thermique des clients;
  • augmente l’induction de l’air chaud au niveau du rideau d’air, car le mouvement de l’air dans cette zone est amplifié;
  • …

Application au chauffage de l’ambiance du magasin ou des annexes par un condenseur à eau

Beaucoup de techniciens dans l’âme se retrouveront dans les configurations qui suivent sachant que tout un chacun recherche à récupérer un maximum d’énergie sur les consommations des groupes frigorifiques. De manière générale, il n’y a pas de solution miracle, mais des solutions partiellement efficaces.

Configuration 1 : chauffage par air pulsé au pied des meubles

Cette configuration existe dans certains magasins Delhaize et est en cours de monitoring.

Elle se compose essentiellement :

  • d’un ballon de 1 000 litres constituant un condenseur à eau dont le circuit secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le circuit primaire est constitué du circuit frigorifique et est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin;
  • le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente une batterie chaude de la centrale de traitement d’air;
  • la pulsion de l’air chaud s’effectue au niveau du pied du meuble frigorifique, assurant un certain confort au niveau de l’allée froide;
  • la reprise d’air de la centrale de traitement d’air se situe en hauteur;
  • la température d’air de pulsion au pied du meuble frigorifique peut être modulée en fonction de la température de reprise et de la température de l’air neuf nécessaire à la ventilation hygiénique.

En période froide :

  • le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon par la désurchauffe du fluide frigorigène;
  • le condenseur à air assure la condensation du fluide frigorigène et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique);
  • la batterie chaude de la CTA (Centrale de Traitement d’Air) réchauffe l’air neuf mélangé à l’air de reprise pour la pulser au pied des meubles frigorifiques. Attention que le fait de pulser cet air à proximité des rideaux d’air des meubles augmente les apports par induction du meuble (dans quelle proportion ? difficile à dire pour l’instant).

En période chaude :

  • en principe, on ne devrait plus réchauffer l’air de pulsion au pied des meubles. En pratique, il se fait que l’ouverture des meubles étant de plus en plus importante, le refroidissement de l’air ambiant est véritablement présent et inconfortable pour les clients (surtout quand on vient faire ses courses en maillot); d’où la tendance actuelle à réchauffer l’air même en été;

« Voilà un bon exemple de destruction d’énergie à grande échelle ! »

  • le condenseur à air assure l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

Régime en période froide.

Régime en période chaude.

Configuration 2 : Chauffage par le sol dans les allées froides

Cette configuration est à creuser. Toutes les réalisations ou idées à ce sujet sont les bienvenues.

Elle se composerait essentiellement :

  • d’un ballon constituant un condenseur à eau dont le secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le primaire est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin;
  • le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente un réseau de chauffage au sol au niveau de l’allée froide;
  • d’une chaudière d’appoint raccordée sur le collecteur principal.

En période froide :

  • le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon par la désurchauffe du fluide frigorigène;
  • le condenseur à air assure la condensation du fluide frigorigène et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique);
  • le réseau de chauffage au sol assure un chauffage rayonnant dans l’allée froide. Cette configuration peut être intéressante dans le sens où la chaleur rayonnante devrait influencer moins les meubles frigorifiques qui sont principalement sensibles aux apports par induction d’air (mélange convectif entre l’air de l’ambiance et celui du rideau d’air du meuble). La basse température de l’eau de chauffage au sol permettrait de réduire la température de condensation et, par conséquent, d’améliorer le COP de la machine.

En période chaude :

  • le condenseur à air assurerait l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

Régime en période froide.

 Régime en période froide.

Intérêt ou pas du chauffage au sol

Parmi les avantages et les inconvénients du chauffage par le sol en association avec les meubles frigorifiques positifs ouverts en position verticale, on pointera principalement :
(+)

  • Le chauffage au sol apporte de la chaleur principalement par rayonnement (70 à 80 %) mais aussi par convection. Or en froid positif, les principaux apports qui influencent prioritairement le bilan thermique et énergétique du meuble sont les apports par induction (mélange de l’air ambiant avec celui du rideau d’air froid). De plus, l’échange entre deux parois étant maximal lorsque celles-ci sont parallèles, les apports de chaleur dus au chauffage au sol seraient plus faibles vu que les surfaces sont orthogonales;
  • le confort devrait être meilleur;
  • les températures de condensation, pour ce type de chauffage, pourraient être basses et donc améliorer la performance de la machine frigorifique;
  • …

(-)

  • La mise en œuvre d’un chauffage au sol est coûteuse;
  • Comme les magasins demandent une certaine flexibilité dans l’agencement des meubles frigorifiques, le chauffage au sol est un frein par rapport à cette flexibilité. Cependant, à la conception, il est possible par une bonne programmation de déterminer les emplacements dans les zones de vente où les meubles n’ont pratiquement aucune chance de bouger. De plus, il faut aussi tenir compte que les évacuations des condensats de dégivrage des meubles ainsi que les conduites liquides et gaz du circuit frigorifique sont souvent, eux aussi, figés voire encastrés dans le sol.

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été. Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique.

Ainsi, dans les commerces  où le froid alimentaire est nécessaire, les besoins d’eau chaude sanitaire peuvent être importants et une récupération de chaleur au condenseur se justifie tout à fait. Mais un ballon de préchauffage est propice au développement de la légionelle.

Il faut donc s’assurer que l’eau séjournera durant un temps suffisamment long dans le dernier ballon : 60°C durant 30 minutes ou 70°C durant 4 minutes, par exemple (en cas de débit de pointe, de l’eau « contaminée » risque de traverser seulement le 2ème ballon).

Configuration 1 : Un échangeur thermique parcouru par le fluide frigorigène est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude

Dans le système ci-contre, un simple échangeur thermique (placé en série et en amont du condenseur normal) est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude. Par effet de cheminée, la chaleur sera donnée à la zone la plus froide du ballon puis communiquée à l’ensemble du réservoir.

On parle de condenseur-désurchauffeur parce que la désurchauffe des gaz provenant du compresseur aura lieu dans cet échangeur.

La réglementation impose le principe selon lequel il ne doit pas y avoir de contact possible entre le fluide frigorigène et l’eau potable. En cas de perforation de l’enveloppe du fluide, la détérioration éventuelle doit se manifester à l’extérieur du dispositif.

Dans l’échangeur ci-dessus, une double paroi de sécurité est prévue selon DIN 1988.

Configuration 2 : Un ballon intermédiaire à double échange est intégré comme interface

On peut également prévoir un système à double échange :

Deux échangeurs sont intégrés dans un même ballon (1). Le premier échangeur est celui du condenseur de la machine frigorifique, le deuxième est le serpentin de préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Dans ce ballon intermédiaire, il n’y a aucun risque de dépôt calcaire puisque l’eau n’est jamais renouvelée.

En cas de fuite de fluide frigorigène, la pression dans le ballon augmente et une alarme est déclenchée.

Un deuxième condenseur en série est nécessaire pour le cas où le besoin de chauffage de l’eau sanitaire serait insuffisant.

Configuration 3 : en présence d’une boucle de distribution

Le régulateur de température de départ de la boucle utilise l’appoint lorsque le niveau de température du ballon est insuffisant.

Un tel schéma (contrairement au précédent) risque cependant d’être propice au développement de légionelles , puisque le ballon de récupération peut être à une température inférieure à 60°C durant un temps assez long. Il n’est pas à recommander si des douches sont présentes dans l’installation.

Author Image Posted By : Sylvie 26 Oct, 2007

Placer l’isolant dans le versant ou dans le plancher des combles ? [Améliorer]

Placer l'isolant dans le versant ou dans le plancher des combles ?

Isolation dans le plancher des combles et dans le versant de toiture.

Ainsi, lorsque les combles ne sont pas prévus pour être occupés et donc chauffés (ni après travaux, ni ultérieurement), le plancher de celui-ci constitue la limite supérieure de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant. Ce qui permet :

  • d’utiliser une surface d’isolant moindre que s’il fallait isoler les versants de toiture,
  • d’éviter d’avoir à traiter toutes les infiltrations d’air souvent nombreuses dans les combles inoccupés,
  • de permettre la ventilation des combles en été.

Par contre, les combles qui seront occupés et chauffés doivent être isolés de l’ambiance extérieure.

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

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Traiter les bois attaqués par les champignons

Traiter les bois attaqués par les champignons

Travaux à réaliser sur les bois attaqués

Le traitement curatif et préventif du bois comprend les opérations suivantes

Le bois doit d’abord être dégagé pour le rendre accessible et contrôlable.

Les fructifications du champignon sont éliminées.

Tous les bois sont ensuite contrôlés. Les pièces n’offrant plus de résistance mécanique suffisante sont éliminées et remplacées.

Les éléments conservés sont soigneusement nettoyés à la brosse métallique.

Toutes les pièces de section supérieure à 64 cm², sont traitées en forant des trous espacés de 30 cm et en y injectant sous pression un produit fongicide non délavable. Ce traitement est appliqué jusqu’à 1 m au-delà de la zone visible de l’attaque.

Tous les bois sont ensuite aspergés sous pression, d’un produit fongicide non délavable, ayant des propriétés curatives et préventives, tant fongicide qu’insecticide.

On veille lors des forages à affaiblir le moins possible les pièces et on vérifie si leur stabilité reste assurée.

Finalement, les trous de forage sont bouchés à l’aide de chevilles traitées.

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.

Travaux à réaliser sur les maçonneries

Le traitement curatif et préventif des maçonneries comprend les opérations suivantes.

Le plafonnage est éliminé en dépassant la zone attaquée d’au moins 50 cm.

Toutes les surfaces infectées sont nettoyées soigneusement à la brosse métallique.

Les surfaces sont ensuite brûlées au chalumeau.

Des trous sont forés dans le mur tous les 20 cm en découpant la zone attaquée en carrés de +/- 60 cm de côtés.

Les trous de forage sont remplis au moyen d’un fongicide puissant.

Toutes les surfaces traitées sont finalement aspergées.

Bois de remplacement

Tous les bois de remplacement seront traités dans une station agréée, travaillant sous contrôle permanent de 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.
Etancheité à l'air
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer l’étanchéité du bâtiment

Etancheité à l'air

 

Un problème : les portes d’entrée

De manière générale, le problème des commerces est l’ouverture et fermeture incessantes des portes par les clients. Bien vite s’installe une habitude de laisser les portes ouvertes en permanence été comme hiver afin de faciliter l’accès à l’intérieur et, tout aussi important pour le commerçant, pour raison de marketing (comme dirait un commerçant béninois : « c’est ouvert, tout est gratuit jusqu’à la caisse !).

Les commerces « no-food »

Photo de façade, l'étanchéité du bâtiment   Photo de façade, l'étanchéité du bâtiment

Pour ce type de commerce, le « syndrôme » de la porte ouverte en permanence risque d’entraîner :

  • En période froide des déperditions importantes de chaleur. Lorsque les portes sont fermées, on peut considérer que les apports internes nécessaires suffisent pratiquement à chauffer l’ambiance. À l’inverse, une porte ouverte en permanence laisse s’échapper la chaleur et, par conséquent augmente les consommations de chauffage.
  • En période chaude, tant les apports de chaleur internes (éclairage, occupant, …) que les apports externes sont présents. Le simple fait de laisser la porte du magasin ouverte suffit à créer une surchauffe à l’intérieur; d’où la motivation des commerçants de s’équiper d’une climatisation.

En période froide

La perte peut être estimée en considérant qu’elle augmente la consommation liée au taux de renouvellement d’air neuf du bâtiment.
Dans ces conditions, la chaleur s’échappe joyeusement ! Le coût généré par cette fuite est variable en fonction de la durée d’ouverture.

À titre de repère, une porte ouverte en permanence de 2 m² dans une enveloppe peut générer un passage d’air à la vitesse moyenne de 1 m/s. Ces 2 m³ qui s’échappent par seconde entraîneraient une consommation hivernale de :

2  [m³/s] x 3 600 [s/h] x 214 [jour/saison chauffe] x 12 [h/jour] x 0,34 [Wh/m³.K] x (15° – 6°) / 1 000 = 56 578  [kWh/an]

ou encore 56 578 / 2 = 28 289 [kWh/an.m²]

où :

  • 15° est la température moyenne intérieure, tenant compte d’un abaissement nocturne et d’un apport équivalent de 3° au minimum par les apports « gratuits »,
  • 6° est la température moyenne extérieure hivernale dans le centre de la Belgique,
  • 0,34 Wh/m³.K est la capacité thermique de l’air.

Soit un équivalent de +/- 1 414 € par an et par m² d’ouverture permanente, si la chaleur est fournie par du combustible fuel à 0,5 €/litre. En ces périodes de spéculation énergétique, à vous d’adapter le calcul au prix du combustible.

En mi-saison

Lorsque les températures externes sont plus clémentes, l’idée de la porte ouverte prend du sens. En effet, pour éviter le recours à la climatisation, l’ouverture de la porte d’entrée permet de juste compenser les apports internes. Cela dit, ce n’est pas une raison pour ne pas conjointement réduire les apports internes par la mise en place d’un éclairage performant et peu gourmand en énergie.

En période chaude

Pour des températures extérieures caniculaires, l’idéal est de pouvoir « décharger » le commerce par « free cooling » de nuit ou tôt le matin à l’ouverture du magasin. Par contre en pleine journée, que le magasin soit équipé en climatisation ou pas, il est nécessaire de refermer les portes et de réduire, dans des limites tolérables pour la vente, les apports internes.

Les commerces « food »

Il est frappant de voir comme la modernité nous complique la vie alors que la technique devrait-être là pour la simplifier. Il existe malgré tout des commerçants qui font preuve de bon sens sans grand moyen technique. Par exemple, une boucherie pourrait regrouper toutes les astuces nécessaires à la chasse au gaspillage énergétique et basée sur la gestion de sa vitrine amovible.
En effet :

  • En période très froide (par gel), la vitrine pourrait être fermée, sachant qu’il n’y a pas de chauffage à l’intérieur. L’impact énergétique est faible.
  • En période froide, une vitrine amovible pourrait être enlevée. Tout se passe donc comme si le commerce était dans la rue. Cela se justifie dans le sens où les clients sont habillés chaudement et qu’ils ne restent pas suffisamment de temps à l’intérieur de la boucherie pour se dévêtir. Il est vrai que le confort du commerçant ne serait pas assuré, mais on s’avance un peu vite.
  • En période chaude, outre l’auvent naturel des arcades (comme ci-dessous) qui préserve la boucherie des apports solaires directs, le commerçant pourrait refermer sa vitrine pour limiter l’impact de sa climatisation (de par ses vitrines semi-ouvertes) sur ses consommations électriques.

Photo d'arcades, l'étanchéité du bâtiment

Dans l’absolu et de manière un peu utopique, si l’on considère que sous nos latitudes, la température moyenne annuelle est de 6°C, le fait d’ouvrir son magasin sur l’extérieur en permanence permet de n’avoir qu’à refroidir l’ambiance du magasin de quelques degrés pour arriver à la température de conservation des denrées.
Attention toutefois que ce type de démarche devrait être appliquée au cas par cas sachant que des critères autres que ceux énergétiques et de confort interviennent, par exemple la sécurité, la pollution, …

Des solutions pour les grandes et moyennes surfaces type « food »

Pour pallier partiellement à cette débauche d’énergie, l’étanchéité des ouvertures contrôlées, tant du côté des entrées clients que du côté des accès aux réserves et des portes de service, est importantes.
Les améliorations possibles sont :

  • les sas d’entrée (investissements de l’ordre de 11 000 €);
  • les tourniquets (investissements de l’ordre de 25 000 €);
  • la mise en surpression des zones de vente par rapport à l’extérieur. Elle évite la formation de courant d’air incontrôlé entre plusieurs zones;
  • …

Photo de sas d'entrée, l'étanchéité du bâtiment   Photo de tourniquet, l'étanchéité du bâtiment  Photo de sas d'entrée, l'étanchéité du bâtiment

Le placement d’un rideau d’air aux entrées et sorties principales depuis toujours fait couler beaucoup d’encre. Nous manquons à l’heure actuelle d’études objectives concernant l’efficacité d’un rideau d’air. Si vous en connaissez, elles seraient les bienvenues dans Énergie+. Une des pistes serait peut-être le rideau d’air alimenté par la récupération de la chaleur de désurchauffe ou de condensation des machines frigorifiques.

Des solutions pour les commerces de détail type « food »

Le problème est le même que pour les grandes surfaces à la différence près qu’il y a très rarement de la place en suffisance pour prévoir des sas de grandes dimensions
Les améliorations possibles sont :

  • le placement de portes étanches;
  • la mise en place d’un mini sas avec portes automatiques.

Photo de portes étanches, l'étanchéité du bâtiment   Photo de mini sas, l'étanchéité du bâtiment

Tout comme les grandes et moyennes surfaces, le placement d’un rideau d’air aux entrées et sorties principales depuis toujours fait couler beaucoup d’encre. Nous manquons à l’heure actuelle d’études objectives concernant l’efficacité d’un rideau d’air. Si vous en connaissez, elles seraient les bienvenues dans Énergie+. Une des pistes serait peut-être le rideau d’air alimenté par la récupération de la chaleur de désurchauffe ou de condensation des machines frigorifiques.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer les ballasts électroniques

Remplacer les ballasts électroniques

Remplacement des ballasts électromagnétiques existants par des ballasts électroniques

Avant / après …

Dans une installation possédant déjà des optiques et des lampes performantes, il est cependant peu rentable de remplacer uniquement les ballasts électromagnétiques par des ballasts électroniques. En effet, ceci nécessite une main d’œuvre importante : pose et dépose des luminaires, démontage des ballasts, modification du câblage interne et placement du nouveau ballast.

Concevoir

 Pour choisir le type de ballast.

Remplacement des ballasts existants par des ballasts électroniques dimmables

Dans des locaux où la lumière naturelle est présente, il est légitime de se poser la question du remplacement des ballasts des luminaires par des ballasts électroniques dimmables qui géreront le niveau d’éclairement artificiel en fonction de l’apport en lumière naturelle.

Si les ballasts existants sont déjà des ballasts électroniques, l’investissement consenti pour le remplacement des ballasts n’engendrera plus d’économie. Au contraire, les ballasts électroniques dimmables présentent une perte légèrement supérieure aux ballasts électroniques traditionnels. Dans ce cas, l’installation du système de gestion ne sera jamais rentabilisée dans un temps raisonnable. Toutefois, si les ballasts existants sont en fin de vie et qu’un remplacement est nécessaire, alors on peut éventuellement envisager de les remplacer par des ballasts électroniques dimmables et un système de gestion simple de gradation en fonction de la lumière du jour (pour autant qu’il y ait un apport de lumière naturelle).

Si les ballasts existants sont électromagnétiques, on réalise déjà une économie d’énergie d’environ 20 % par leur remplacement, ce qui diminue les temps de retour.

Pour limiter la main d’œuvre, un fabricant commercialise un système de remplacement des ballasts sans démontage du luminaire et sans câblage. A première vue, ce kit permet à la fois de remplacer:

  • un tube fluorescent T12 (38 mm) ou T8 (26 mm) par un tube T5 (16 mm);
  • un ballast électromagnétique par un ballast électronique gradable ou pas.
Exemple de solution proposée par un fabricant

Composition

  • Châssis « enclipsable » à la place d’un tube T12 ou T8;
  • Ballast électronique éventuellement dimmable;
  • Lampe T5.

Avantages

A priori, le constructeur annonce les avantages suivants :

  • Remplacement rapide de la lampe T12 ou T8 par le kit T5;
  • Si le réflecteur et les ventelles sont incompatibles avec le kit, le fabricant propose une palette de réflecteurs adaptés;
  • En déconnectant le ballast existant, le starter et le condensateur, on bénéficie directement de l’association d’une lampe performante et d’un ballast électronique.

Inconvénient

Il faut rester prudent avec ce type d’équipement « miracle ». on retiendra donc que :

  • Le kit ne s’adapte pas nécessairement à tous les luminaires;
  • On risque de ne plus bénéficier de l’efficacité optimale du réflecteur existant vu que l’on change la position de la lampe dans le luminaire;
  • Les réflecteurs de remplacement proposés par le fabricant sont-ils adaptés aux luminaires ?
  • on risque de changer les angles de défilement du luminaire.

Conclusion

Ce type d’initiative est intéressante car elle permet de remplacer indirectement des ballasts traditionnels par des ballasts électroniques sans grands frais de maintenance.

S’il y a des expériences en la matière, elles sont les bienvenues !
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les consommations énergétiques des meubles frigorifiques

Diminuer les consommations énergétiques des meubles frigorifiques

La solution radicale

Une ou des solutions radicales ?

Il en existe une ou plusieurs ! Le problème est qu’elles sont évidentes mais semblent bloquer les commerçants et les responsables « marketing » des grandes et moyennes surfaces. Peu importe les moyens et techniques mis en œuvre, mais il suffit de confiner ou enfermer le froid dans une boîte isolée pour améliorer directement l’efficacité énergétique du froid alimentaire. Certains magasins (ils se reconnaîtront) appliquent ce principe depuis déjà longtemps, d’autres se lancent timidement.

Solutions locales

Fermeture des meubles frigorifiques négatifs horizontaux

Photo meubles frigorifiques négatifs horizontaux fermés - 01.   Photo meubles frigorifiques négatifs horizontaux fermés - 02.   Photo meubles frigorifiques négatifs horizontaux fermés - 03.

Le placement de fermeture simple en plexiglas sur les gondoles négatives montre une solution rapidement rentable car elle permet de réduire les consommations énergétiques de l’ordre de 30 à 40 %. C’est cette solution qui a été retenue par une chaîne de distribution belge sans observer de baisse significative du chiffre d’affaire.

Fermeture des meubles frigorifiques positifs verticaux

C’est là que les anciens Belges s’empoignèrent car le client roi doit pouvoir apprécier les denrées sans contrainte d’ouverture et de fermeture de porte. La question qui se pose immédiatement est de savoir pourquoi une méthode qui semble marcher avec le froid négatif ne fonctionne pas pour le froid positif. Est-ce une question :

  • d’éducation à la consommation : on comprend que le froid négatif doit être confiné parce que les crèmes glacées fondent s’il n’y a pas de confinement du froid et que le froid positif peut être assimilé à la climatisation où les fenêtres peuvent rester ouvertes;
  • d’investissement : le nombre de mètres linéaires de ce type de meubles frigorifiques étant important cela peut éventuellement rebuter les gérants de se lancer;
  • …

C’est une des questions du 21ème siècle en suspend.

  

Source : Magasin alimentation Bioshanti.

Une des solutions intéressantes dans un magasin biologique d’une commune bruxelloise est le placement de lamelles en matière plastique quasi transparentes. Cette technique, selon le gérant du magasin n’a pas l’air de freiner l’achat de denrées. Pour être tout à fait objectif, il est hésitant à protéger l’ensemble de ces meubles par ce type de confinement.

Si on considère que ces lamelles arrivent au même degré de protection que les rideaux de nuit, on peut considérer que les réductions de consommations énergétiques peuvent atteindre aussi 30 à 40 %.

Exemple.

En analysant le graphique suivant issu d’une simulation (TRNSYS) de 50 mètres linéaires de meubles frigorifiques ouverts et verticaux maintenant aux frais des produits laitiers, on constate qu’en retirant les 7 000 [W] d’apport interne dû à l’éclairage, le simple fait de placer des rideaux de nuit, on réduit de l’ordre de 40 % la demande en puissance de l’évaporateur à la machine de froid.

Graphique simulation (TRNSYS).

Si l’on considère que les protections de jour peuvent être assimilées à celle de nuit au niveau de la performance, on peut effectivement réduire au maximum de 40 % (dans ce cas-ci) les consommations énergétiques de l’installation de froid alimentaire sachant que la nuit il n’y a pas d’ouvertures et fermetures incessantes des lamelles synthétiques.

Solutions globales

Confinement des produits frais dans une enceinte bien isolée

Photo enceinte bien isolée - 01.   Photo enceinte bien isolée - 02.

Meuble frigorifique ouvert et confinement et isolation légère (double vitrage).

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Là où on arrive à l’optimum énergétique et thermique, c’est lorsque les produits frais sont confinés dans des espaces réfrigérés et isolés des zones de vente classique. En terme de confort, naturellement, ce n’est pas l’idéal bien que finalement ce n’est qu’une question d’organisation (prévoir une petite laine en été ne pose pas beaucoup de problème). Les pionniers dans ce domaine sont bien connus et adoptent ce principe depuis des années voire plus d’une décennie. on peut dire que ce concept est passé dans les mœurs aujourd’hui.

Confinement des produits frais dans une enceinte légèrement isolée et vitrée

Un autre concept a vu le jour il n’y a pas longtemps. Dans un premier temps, on pourrait dire que la solution est mauvaise. A bien y regarder, elle se situe juste entre :

  • les meubles frigorifiques ouverts qui absorbent un maximum de chaleur de l’ambiance de vente globale au point que même en période chaude dans certains commerces on soit obligé de chauffer;
  • et l’enceinte fermée et isolée du reste de l’ambiance globale de vente.

Ce concept serait-il le bon vieux compromis à la Belge ?

(+)

  • confinement des denrées dans une enceinte séparée du reste des surfaces de vente réduisant ainsi le risque de devoir chauffer ces surfaces par apport de froid trop important comme on l’observe pour l’instant avec la prolifération des meubles frigorifiques ouverts;
  • la « cage » de verre est une approche marketing intéressante. Bien qu’il y fasse froid, l’impression d’inconfort est moins présente que dans une ambiance totalement occulte;
  • si l’on pousse le concept plus loin, on pourrait envisager de placer l’éclairage en dehors de l’espace en verre et, par conséquent, de réduire les apports de chaleur produits par les luminaires.

(-)

  • l’isolation du vitrage est relativement faible. On pourrait espérer réaliser un coefficient de transmission thermique U des parois de l’ordre de 1,1 [W/m².K]. À noter qu’une isolation de 6 cm donne, elle, de l’ordre de 0,4 [W/m².K];
  • les ouvertures auraient pu être des lamelles verticales ou des portes automatiques, mais pas des rideaux d’air mettant en jeu des consommations électriques supplémentaires au niveau des ventilateurs.

Optimisation du rideau d’air

On ne le dira jamais assez, le rideau d’air est le point faible des meubles frigorifiques ouverts. A lui seul, par induction de l’air ambiant de la zone de vente, il représente de l’ordre des 2/3 de la puissance frigorifique nécessaire. De l’optimisation du rideau d’air dépend les consommations énergétiques des groupes frigorifiques.

Apports de chaleur par induction

Taux d’induction

L’apport de chaleur par induction dépend de beaucoup de facteurs. L’apport de chaleur par induction Pind est donné par la relation suivante :

 Pind  = ma x (hambiance – hinterne) x 1000 [W] (1)

où :

Pind  = Xrideau_air x mrideau_air x (hambiance – hinterne) x 1000 [W] (2)

Où :

  • Xrideau_air : taux d’induction du rideau d’air. Celui-ci représente l’efficacité du rideau d’air et est défini comme le rapport ma / mrideau_air où :

    • ma = débit massique d’air de l’ambiance externe entrainé et induit par le rideau d’air en [kg/s];
    • mrideau_air = débit massique du rideau d’air en [kg/s];
  • (hambiance – hinterne) : différence d’enthalpie entre l’ambiance externe et interne au meuble en [kJ/kg].

Si l’on veut optimiser les consommations dues à l’induction par le rideau d’air, il est nécessaire de réduire la masse ma de l’air de l’ambiance induite par le rideau d’air (1). La quantification de la masse ma est très difficile à préciser.

La formule (2) permet de mettre en évidence le taux d’induction Xrideau_air comme étant la quantité d’air ambiant entrainé dans le flux du rideau d’air.

L’exemple suivant permet de mettre en valeur l’utilité de déterminer le taux d’induction

Exemple.

En prenant un rideau d’air d’un meuble frigorifique vertical ouvert, la littérature nous apprend que le taux d’induction peut être exprimé par la relation suivante :

Xrideau_air = h2 – h1 / ((ha – h2) – (h2 – h1))

Où :

  • h1 : enthalpie à la buse de soufflage [kJ/kg];
  • h2 : enthalpie à la bouche de reprise[kJ/kg];
  • ha : enthalpie de l’ambiance de la zone de vente [kJ/kg].

Hypothèse

  • ha = 55 [kJ/kg];
  • h1 est +ou- constant et faible.

Calculs

L’équation ci-dessus peut être exprimée plus simplement par :

Xrideau_air = h2  / (ha – 2h2)

Pour différentes valeurs de h2 variant de 5 à 20 [kJ/kg], le taux d’induction varie et est représenté sur le graphique suivant :

D’après les équations (1) et (2), l’induction d’air extérieur :

ma = Xrideau_air x  mrideau_air

ou

ma = h2  / (ha – 2h2) x  mrideau_air

Conclusions

Pour que les apports dus à l’induction soient faibles, il faut que :

  • le débit du rideau d’air mrideau_air soit faible;
  • le transfert de chaleur de l’ambiance vers la bouche de reprise soit faible. On y arrive en réduisant au maximum la turbulence du rideau d’air.

En analysant cet exemple, on serait tenté d’en conclure que la présence du rideau d’air ne sert à rien. En fait, le rideau d’air étant nécessaire pour maintenir le froid dans le meuble, un débit minimum est nécessaire. De plus, le rideau d’air sert aussi à refroidir le meuble. L’air par son passage sur l’évaporateur est refroidi. Or, plus le débit d’air sur l’évaporateur est important plus l’échange thermique est grand. Il y a donc un optimum à trouver !

Des études extrêmement sophistiquées réalisées par les fabricants permettent d’établir un optimum afin de tenir compte à la fois :

  • de la nécessite de maintenir les denrées froides et de confiner le froid dans le meuble;
  • de l’optimisation de l’induction afin de limiter les apports externes venant de la zone de vente.

Suivant l’application et la géométrie du meuble, il existe toujours un débit d’air et une vitesse d’air optimaux au niveau du rideau.

Déformation du rideau d’air

L’effet « bilame » est connu pour affecter et déformer les rideaux d’air verticaux ou faiblement inclinés. Les différences de températures de part et d’autre du rideau d’air provoquent une différence de densité de l’air au niveau des faces intérieures et extérieures. Pour autant que la vitesse du rideau d’air devienne insuffisante, la différence de densité de l’air sur la profondeur du rideau génère des forces transversales de déformation du rideau. On observe que le rideau se déforme vers l’intérieur du meuble allant jusqu’à le briser.

Schéma "bilame" sur rideau d'air.

Briser le rideau d’air équivaut à augmenter les apports externes et, par conséquent dégrader le bilan thermique et énergétique. Cet effet peut être réduit par :

  • l’utilisation de meuble de type « cascade »;
  • le positionnement correct des étagères en fonction du profil du rideau d’air;
  • l’optimisation du chargement des denrées (pas de trou et pas de meuble vide);
  • une vitesse d’air suffisante qui va naturellement affecter le bilan thermique et énergétique du meuble (donc attention à trouver l’optimum;
  • l’utilisation d’un double rideau d’air.

    

Soufflage arrière de type « cascade » et double rideau d’air.

Les vitesses d’air recommandées pour les rideaux d’air

Comme on l’a vu ci-dessus, les échanges de chaleur entre l’ambiance des zones de vente et les denrées doivent être réduites au maximum. L’augmentation de la vitesse du rideau d’air devrait les limiter mais un débit trop important entraine une recrudescence des apports par induction, une augmentation des consommations des ventilateurs et, par conséquent, des apports internes des moteurs des ventilateurs. On conseille en pratique de limiter les vitesses des rideaux d’air :

  • pour les meubles horizontaux, à 0,5 m/s;
  • pour les meubles verticaux, entre 0,6 et 0,7 m/s.

Diminuer les apports par rayonnement

Apports de chaleur par rayonnement

Les apports de chaleur par rayonnement peuvent être importants notamment lorsque l’application est négative. Dans ce cas, ils peuvent représenter de l’ordre de 40 % du total des apports internes et externes. Ils sont essentiellement produits par le rayonnement dans l’infrarouge lointain des surfaces « chaudes » faisant face à l’ouverture des meubles dont la température des faces internes et des emballages des denrées est froide (application positive : température de 0° à 8°C) voire très froide (application négative : température de -18 ° à -35°C).

On évalue l’apport de chaleur par rayonnement Pray par la relation suivante :

Pray = hro x Aouverture (Tparoi – T i) x φ1 x φ2 [W]

où :

  • A ouverture : surface d’ouverture du meuble en [m²];
  • (tparoi – ti) : l’écart de température entre l’intérieur du meuble et la température des parois vues par l’ouverture du meuble en [K];
  • hro : coefficient équivalent d’échange par rayonnement hro de deux corps noir parallèles en [W/m².K];
  • φ1 : facteur de correction d’émission mutuelle entre deux corps gris (thermiquement) de surface parallèle;
  • φ2 : facteur d’angle associé à φ1 lorsque les surfaces ne sont pas parallèles.

Dans une situation existante, des améliorations sont possibles en jouant sur le choix des parois faisant face à l’ouverture des meubles. En effet, chaque matériau possédant un coefficient d’émissivité, le placement entre les parois et l’ouverture du meuble d’une paroi à basse émissivité, permet de réduire de manière substantielle les apports par rayonnement.

Par exemple, les matériaux polis, notamment les métaux, ont vis-à-vis du rayonnement infrarouge (IR) des coefficients d’émissivité assez faibles; ce qui veut dire qu’ils ne réémettent pas ou peu le rayonnement visible et infrarouge proche et qu’ils réfléchissent le rayonnement infrarouge lointain (matériaux de construction dans notre cas).

L’émissivité des tôles d’aluminium ou d’alliages à base d’aluminium est de l’ordre de 0,1 à 0,15 pour les longueurs d’onde allant du visible à l’infrarouge.

Spectre visible et Infrarouge proche.

Dans l’infrarouge lointain, le même type d’aluminium passe d’une émissivité 0,1 à 0,8 et a tendance à se comporter comme un corps noir et par conséquent à réémettre le rayonnement.

Les meubles horizontaux

Réduction des apports

Les meubles horizontaux, de par leur position par rapport aux parois du magasin, sont des cibles privilégiées pour réduire les apports par rayonnement. En effet, en grande partie, ce sont les plafonds qui interagissent avec ce type de meubles.

L’emploi d’un « baldaquin » de forme concave au-dessus des gondoles à froid négatif et dont la face inférieure est recouverte d’un aluminium de type poli miroir non anodisé, peut, dans certains cas et selon le type de meuble, réduire la température des denrées positionnées en surface de l’ordre de 3 à 5 °C.

Gondole avec baldaquin.

Différentes configurations de gondole.

Et le confort ?

Pour les meubles frigorifiques horizontaux, de par la position des clients par rapport à l’ouverture, le fait ou non de placer des baldaquins ne modifie pas tellement le confort.

Les meubles verticaux

Les ouvertures des meubles verticaux quant à elles subissent les agressions par rayonnement venant des plafonds, des murs ou des rayons leur faisant face et dont les températures sont plus chaudes.

Réduction des apports

Un moyen simple de réduire les apports par rayonnement est de positionner (s’il y en a beaucoup) les meubles frigorifiques en face à face. Cette solution simple permet d’éliminer partiellement l’effet d’émissivité mutuelle vu que les températures des parois internes des meubles sont plus ou moins égales.

Allée froide en convection naturelle.

Tunnel froid.

Allée froide en convection forcée.

Et le confort ?

Ce type de composition des meubles est souvent appelé « allée froide » pour la simple raison qu’elles sont inconfortables ». En effet l’introduction d’un corps à 36 °C entre deux parois dont la température de surface est de l’ordre de 0°C implique que le corps chaud échange par rayonnement sa chaleur et, par conséquent, l’impression de froid est grande.

Performances des réflecteurs

Des essais ont été réalisés afin de déterminer la pertinence de ce type d’action. La comparaison est réalisée en prenant un meuble frigorifique horizontal possédant les caractéristiques suivantes :

  • convection forcée;
  • chargée d’une seule couche de paquets d’essais en emballage carton de couleur blanche.

Essai en laboratoire

Dans un local obscur, maintenu dans des conditions d’ambiance à 25°C pour un taux d’humidité de 60 %, et équipé d’un plafond type « corps noir », on effectue un monitoring des températures de chaque paquet test. En régime stable, la moyenne des températures atteint – 15°C.

Dans les mêmes conditions d’ambiance, on place une paroi en aluminium poli entre le meuble et le plafond. La moyenne de la distribution des températures des paquets tests donne – 19°C.

On observe donc un abaissement des températures de l’ordre de 4°C. Les apports par rayonnement sont donc réduits et, par conséquent, les consommations énergétiques à l’évaporateur.

Pour être certain que ce ne soit pas un phénomène de réduction d’apports convectifs, toute chose restant égale, la tôle d’aluminium est peinte en blanc. On constate que les températures remontent aux alentours des – 15°C; la réduction d’apport est donc uniquement radiative.

Essai en magasin

La mise en place d’un baldaquin au dessus du même meuble donne un abaissement des températures de l’ordre de 3 à 5°C.

La variation des températures résulte de la manipulation et des déplacements fréquents des denrées par les clients ainsi que des opérations de dégivrages.

Placer ou optimiser les protections de nuit

Les rideaux de nuit, comme le montre le tableau ci-dessous donnent des résultats très intéressants au niveau de la réduction des apports externes par induction au travers du rideau d’air.

Il ne faut quand même pas oublier que pendant minimum 12 heures par jour (après la fermeture du magasin), cette protection, si elle existe, réduit de manière importante les apports par induction et aussi par rayonnement au meuble.

Type de meuble Type d’application Période de jour période de nuit Réduction des consommations énergétiques
Horizontal négative rideau d’air rideau de nuit 8 à 15 %
couvercle simple 15 à 30 %
couvercle isolé 25 à 45 %
Vertical positif rideau d’air rideau de nuit 12 à 30 %
porte vitrée –
négatif porte vitrée porte vitrée 25 à 30 %

Meubles verticaux

Dans le cas où les protections de nuit n’existent pas, leur placement s’impose. Attention toutefois qu’il faut se renseigner de la faisabilité du placement auprès du constructeur. En effet, la configuration du meuble ne le permet pas toujours, car il faut que le rideau de nuit se trouve à l’extérieur par rapport au rideau d’air.

Photo rideaux de nuit.

L’optimisation des rideaux de nuit manuels peut passer par l’automatisation des ouvertures et fermetures. Pour autant que cela soit possible (au cas par cas), l’automatisation permet au personnel de ne plus se soucier de la gestion. Un oubli une nuit implique que les apports par induction et rayonnement continuent à influencer le meuble au niveau de ces consommations, même si les apports nocturnes diminuent (ralenti de nuit, apports réduits par l’absence d’occupant, d’éclairage de vente, …).

Attention aussi que l’automatisation rend le personnel moins responsable. En effet dans certains commerces, vu que le personnel ne voit plus la descente des rideaux de nuit, on se rend compte au matin (ou pas du tout) que certains rideaux ne sont pas descendus à fond par la présence de porte-prix dans l’axe du rideau par exemple.

Meubles Horizontaux

Avec les meubles horizontaux, les possibilités de fermeture des ouvertures en période nocturne sont diverses. On épinglera les fermetures coulissantes qui peuvent être utiles de jour comme de nuit.

Photo fermetures coulissantes sur meuble horizontaux.

Optimiser ou supprimer l’éclairage des tablettes

Problème ?

On sait que les consommations énergétiques dues à l’éclairage sont payées deux fois et même plus :

  • une première fois à travers les consommations électriques nécessaires pour mettre en valeur visuellement les denrées;
  • une seconde fois parce que les lampes réchauffent l’ambiance interne du meuble se traduisant par une consommation électrique supplémentaire au niveau des groupes de froid;
  • un peu plus même pour la simple raison que l’efficacité du tube en ambiance froide est réduite au moins de 40 %. Pour les accrocs de l’éclairage, ils seraient, au vu de l’effet médiocre de l’éclairage des étagères, de renforcer la puissance installée pour compenser le manque d’efficacité des lampes.

   Photo éclairage meubles horizontaux - 01.   Photo éclairage meubles verticaux - 01.   Photo éclairage étal.

Emplacement de l’éclairage

L’emplacement de l’éclairage est sûrement la clef du problème. Un test a été réalisé dans une grande surface. L’idée était de couper l’éclairage des tablettes et de ne plus se servir, comme source lumineuse, que des tubes fluorescents en dehors de la partie réfrigérée du meuble. Cette initiative a pour avantage de :

  • réduire la puissance installée des luminaires;
  • réduire les apports internes défavorables au bilan thermique et frigorifique du meuble;
  • augmenter l’efficacité des lampes puisqu’elles travaillent à température plus élevée.

Ceci est d’autant plus remarquable, que le magasin n’a pas enregistré de baisse du chiffre d’affaires pendant le test.

Gestion de l’éclairage

Simplement, une horloge peut assurer la coupure des luminaires pendant les heures de fermeture du magasin. On pourrait aussi arriver à un degré de sophistication en utilisant un superviseur (GTC ou Gestion Technique Centralisée) donnant des alarmes lorsque l’éclairage n’est pas éteint.

Photo écran de Gestion Technique Centralisée.

Adapter la vitesse des ventilateurs

On serait tenté de le faire ! En fonction de l’évolution des apports, réduire ou pas la vitesse des ventilateurs est tentant. Il faut rester prudent sachant que le rideau d’air doit sa stabilité au débit donné par les ventilateurs. Les moyens pour contrôler cette stabilité à notre connaissance n’existent pas et donc il n’y a pas moyen de réguler le débit par rapport à l’efficacité du rideau d’air.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la couche isolante du plancher des combles [Améliorer]

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 (Kglobal ou Be 450).

Élément de la surface de déperdition

 Umax (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.

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 !

Epaisseur 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 ouvre 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’isolation des différents types de planchers des combles non aménageables.
Les matériaux isolants peuvent présenter différentes formes, raideurs et résistances à la compression :

Formes

Matériaux

Matelas semi-rigide ou souple :

 La laine de roche, la laine de verre, les fibres traitées organiques (chanvre, …) ou animales (laine, ….) …

Panneaux rigides :

 La mousse de polyuréthane, de polystyrène expansé ou extrudé, le verre cellulaire, les panneaux organiques (fibre de bois avec liant bitumineux ou caoutchouc, …), le liège …

Les flocons ou granulés :

 Les granulés de perlite ou de vermiculite, les granulés de polystyrène expansé, les granulés de liège, les flocons de laine minérale insufflés, les flocons de papier recyclé …

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 B1 de la PEB).

  • l’efficacité isolante,
  • l’adéquation 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.

L’adéquation avec le support

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

Un isolant souple :

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

Un isolant rigide :

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

Les flocons ou granulés :

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

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

Plancher lourd

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

Non circulable

Si le plancher ne doit pas être circulable, tous les isolants en matelas ou en panneaux conviennent.

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

Circulable

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

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

Plancher léger

Non circulable, avec plafond mais sans plaque supérieure existante

Isolation sur le plafond entre les gîtes

On utilisera idéalement des matelas rigides ou semi-rigides car ils sont faciles à ajuster et à calfeutrer.
On peut également utiliser des flocons ou granulés. Ils sont plus faciles à poser mais risquent d’être déplacés avec le temps par des facteurs mécaniques extérieurs (vent, circulation intempestive, rongeurs, oiseaux, …)
Dans les deux cas, la pose d’un pare-vapeur est difficile.

Isolation autour des gîtes

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

Non circulable, sans plafond mais avec plaque supérieure existante

Isolation sur le plafond entre les gîtes

On utilisera idéalement des matelas rigides ou semi-rigides car ils sont faciles à ajuster et à calfeutrer.

Isolation au-dessus du plancher

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

Non circulable, avec plafond et avec plaque supérieure existante

Isolation sur le plafond entre les gîtes

On insuffle des flocons ou granulés d’isolant entre les gîtes, dans l’espace situé entre le plafond et le plancher.

Isolation au-dessus du plancher

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

Circulable

Le plancher léger circulable sera généralement isolé dans son épaisseur pour des raisons d’économies d’espace et de matériaux.

 

Dans ce cas, on utilisera idéalement des matelas rigides ou semi-rigides car ils sont faciles à ajuster et à calfeutrer. On les posera par le haut ou par le bas si respectivement l’aire de foulée ou le plafond n’existent pas encore.
Lorsque le plafond est posé, on peut utiliser des flocons ou granulés d’isolant, éventuellement insufflés si l’aire de foulée existe déjà.

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

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

Attention !

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

Le comportement au feu

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

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 (solution à éviter), les mousses doivent être protégées en interposant des boucliers thermiques efficaces.

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

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

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

Épaisseur calculée de l’isolant

Remarque.

Les calculs ci-dessous sont faits avec l’hypothèse que le plancher 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.
Un plancher lourd ne pose généralement pas de problème de courant d’air.
Pour éviter les courants d’air à travers les planchers légers on choisira une finition inférieure de type :

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

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

Calcul précis

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

 

1/U

 = [1/hi + d1/λ1 + d2/λ2 + … + di/λi + Ru + 1/he]
<=> di = λi [(1/U) – (1/hi + d1/λ1 + d2/λ2 + … + Ru + 1/he)]

où,

  • λi est le coefficient de conductivité thermique de l’isolant,
  • U est le coefficient de transmission thermique de l’ensemble « plancher des combles + versants de toiture » à atteindre (exemple : 0,3 W/m²K),
  • he et hi les coefficients d’échange thermique entre le toit et les ambiances extérieure et intérieure valant respectivement 23 W/m²K et 8 W/m²K,
  • dx/λ la résistance thermique des autres couches de matériaux,
  • Ruest la résistance thermique des combles. Elle comprend la résistance thermique de l’espace d’air et la résistance thermique de la toiture (en pente).

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

+

Valeur U sans isolation [W/(m² x K)]

 

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

U < 0,4 W/(m² x K)

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

U < 0,3 W/(m² x K)
plancher  :

0.045
W/(mK)

 PUR

0.035
W/(mK)

 XPS

0.040
W/(mK)

 MW, EPS

0.045
W/(mK)

 PUR

0.035
W/(mK)

 XPS

0.040
W/(mK)
Plancher léger étanche à l’air; sans aire de foulée.

 4 > 101 > 79 > 90 > 139 > 108 > 123
Plancher léger étanche à l’air; avec aire de foulée.

 1.8 > 88 > 68 > 78 > 125 > 97 > 111
Plancher lourd étanche à l’air. 3.3 > 99 > 77 > 88 > 136 > 106 > 121

Calcul simplifié

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

ei = λi ((1/ U) – (1/he + 1/hi) [m]

Pour U = 0,3 W/m²K,

ei = λi ((1/ 0,3) – (1/23 + 1/8 )) m
 

= λi x 3,16 [m]

L’épaisseur ne dépend plus que du choix de l’isolant et de son λ i.
L’épaisseur ainsi calculée doit être adaptée aux épaisseurs commerciales existantes.

Exemple.

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

Son λi vaut 0.039 W/mK (suivant NBN B62-002)

ei = 0.039 x 3.16 = 0.12324 m

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

calculs

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

Conseils généraux de mise en œuvre de la couche isolante

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

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

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

Pourquoi ?

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 du plancher doit être en contact avec l’isolant des murs extérieurs et des éventuels murs intérieurs du grenier;
  • Il doit être dans le prolongement et en contact avec le dormant du trapillon isolant des accès.
  • Il doit être en contact avec l’isolant autour du conduit de cheminée.

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

> Les panneaux isolants doivent être protégés et manipulés avec précaution pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Exemple de réglage d’une courbe de chauffe

Exemple de réglage d'une courbe de chauffe

Voici un exemple de réglage d’une courbe de chauffe (réglage de la pente et du déplacement parallèle) dans 4 situations. Il se base sur la méthodologie de réglage décrite dans « Régulateurs climatiques et réglage des courbes de chauffe« .

Situation 1 – Premier réglage

Monsieur M. est responsable technique d’une institution située à Namur. L’installation de chauffage qu’il avait pour mission de gérer ne comprenait quasiment aucune régulation :

  • la chaudière était maintenue en permanence à température grâce à son aquastat,
  • seul le circuit de la façade sud est équipé d’une vanne trois voies manuelle

Installation avant rénovation.

Au plus fort de l’hiver, Monsieur M. réglait par expérience la température de la chaudière sur 80°C. En effet une température plus élevée engendrait l’apparition de plaintes de la part des occupants qui souffraient d’un excédent de chaleur.
Malheureusement, lorsque le soleil était présent, les locaux situés au sud étaient vite surchauffés.
Récemment, les responsables de l’institution ont décidé d’investir dans la régulation de l’installation.
Les circuits sont équipés de vannes mélangeuses avec servomoteur et sont régulés chacun au départ de leur propre sonde extérieure.

Installation après rénovation.

Il s’agit maintenant pour Monsieur M. de régler les courbes de chauffe de chaque régulateur.

1. Définir les besoins

> Pour l’hiver, Monsieur M. reprend les réglages qu’il appliquait avant rénovation au niveau de la chaudière :

  • T° extérieure de base = – 9°C (a)
  • T° maximale de l’eau = 80°C (b)

> Pour la saison chaude, Monsieur M. considère une valeur couramment reconnue dans nos régions :

  • T° extérieure de non chauffage = 15°C (c)
  • T° minimale de l’eau = 35°C (d)

2. Calcul de la pente

Pente = [(b) – (d)] / [(c) – (a)] = [80°-35°] / [15° – (- 9°)] = 1,9 (e)

3. Connaître le point pivot de base du régulateur

Le point pivot préréglé sur le régulateur est :

  • T° extérieure de non chauffage = 20°C (f)
  • T° minimale de l’eau = 20°C (g)

4. Calculer le déplacement parallèle

Température de l’eau pour une pente égale à 1,9, le point pivot de base du régulateur [20°, 20°] et une température de non chauffage égale à 15° = (g) + [(f) – (c)] x (e) = 20° + [20° – 15°] x 1,9 = 29,5 (h)
Déplacement parallèle = (d) – (h) = 35° – 29,5° = 5,5° (i).

Calculs

 Déterminer votre propre réglage.

Situation 2 – Ajustement en mi-saison

Au printemps et en automne, les occupants des locaux nord se plaignent unanimement : il fait trop froid !

Monsieur M. décide donc de rehausser la température de l’eau du circuit nord durant l’entre-saison. Pour cela, il revoit progressivement le déplacement parallèle à la hausse tout en rectifiant simultanément la pente de la courbe.

1. Connaître les réglages actuels

Avant toute modification, Monsieur M. prit soin de noter les paramètres de réglage existant du régulateur.

  • Pente = 1,9 (a)
  • Déplacement parallèle = 5,5° (b)

2. Définir le nouveau déplacement parallèle

  • Nouveau déplacement parallèle = 10° (c)

3. Connaître le point pivot de base du régulateur

  • T° extérieure de non chauffage = 20° (d)
  • T° minimale de l’eau = 20° (e)

4. Connaître la température extérieure minimum de base

  • Température de base = – 9° (f)

5. Calculer la nouvelle pente

Pente = [(b) – (c)] / [(d) – (f)] + (a) = [5,5° – 10°] / [20° – (- 9°)] + 1,9 = 1,7 (g)

Calculs

 Déterminer votre propre réglage.

Situation 3 – Ajustement en hiver

L’hiver venu, les plaintes se multiplient, de façon uniforme dans les locaux orientés au sud: il fait trop chaud, même en absence d’ensoleillement.

Il s’agit donc de diminuer la pente de la courbe de chauffe de ce circuit.
Plusieurs abaissements successifs sont nécessaires pour arrêter la gronde des occupants. La pente est ramenée à 1,4.

Calculs

 Déterminer votre propre réglage.

Situation 4 – Isolation de l’enveloppe

Récemment, un programme de rénovation des châssis de la façade nord est entrepris. On passe de simples vitrages à des doubles vitrages.

Les besoins en énergie de l’aile devenant moindres, la température de l’eau du circuit nord peut être abaissée.

1. Connaître les paramètres de l’actuelle courbe de chauffe

  • Pente actuelle = 1,7 (a)
  • Déplacement parallèle actuel = 10° (b)

2. Connaître le point pivot de base du régulateur

  • T° extérieure de non-chauffage = 20° (c)
  • T° minimale de l’eau = 20° (d)

3. Déterminer la température moyenne de l’eau en plein hiver avant rénovation

  • Température de base = – 9° (e)
  • T° de l’eau de départ en plein hiver = (b) + (d) + (a) x [(c) – (e)] = 10° + 20° + 1,7 x [20° – (- 9°)] = 80° (f)

Température moyenne de l’eau dans un corps de chauffe dimensionné en régime 90/70.

T° moyenne de l’eau = 71° (g)

 4. Connaître le facteur d’émission des corps de chauffe

T moy eau – T amb
0°C

1°C

2°C

3°C

4°C

5°C

6°C

7°C

8°C

9°C

20°C

 0,24 0,26 0,27 0,28 0,30 0,32 0,34 0,35 0,37 0,39

30°C

 0,41 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,51 0,53 0,55 0,57

40°C

 0,59 0,61 0,63 0,65 ,067 0,69 0,71 0,73 0,75 0,77

50°C

 0,79

0,81

 0,83 0,85 0,87 0,89 ,91 0,94 0,96 0,98

60°C

 1,00 1,02 1,04 1,07 1,09 1,11 1,13 1,15 1,18 1,20

70°C

 1,22 1,24 1,27 1,29 1,31 1,34 1,36 1,38 1,41 1,43

80°C

 1,45 1,48 1,50 1,52 1,55 1,57 1,60 1,62 1,65 1,67

90°C

 1,69 1,72 1,74 1,77 1,79 1,82 1,84 1,87 1,89 1,92

Facteur d’émission des corps de chauffe courants en fonction de la différence (T° moyenne de l’eau – T° ambiante).

Exemple : si Tmoyenne = 71°C, Tambiante = 20°C, Tmoyenne – Tambiante = 51°C (= 50°C + 1°C), f = 0,81

Différence de température corps de chauffe – ambiance intérieure = (g) – 20° = 71° – 20° = 51° (h)
Facteur d’émission des corps de chauffe avant rénovation = 0,81 (i)

5. Déterminer le pourcentage de réduction des déperditions d’un local suite aux rénovations

Réduction des déperditions = 0,3 (j)

Bureau Rénovation Réduction des déperditions
Classique Double vitrage 30 à 40 %
Sous toiture Isolation 55 à 65 %
Sous combles Isolation 30 à 40 %

 6. Déterminer la température moyenne de l’eau dans le corps de chauffe

Nouveau facteur d’émission = (i) x [1 – (j)] = 0,81 x (1 – 0,3) = 0,57 (k)

T moy eau – T amb

0°C

1°C

2°C

3°C

4°C

5°C

6°C

7°C

8°C

9°C

20°C

 0,24 0,26 0,27 0,28 0,30 0,32 0,34 0,35 0,37 0,39

30°C

 0,41 0,42 0,44 0,46 0,48 0,50 0,51 0,53 0,55 0,57

40°C

 0,59 0,61 0,63 0,65 ,067 0,69 0,71 0,73 0,75 0,77

50°C

 0,79 0,81 0,83 0,85 0,87 0,89 ,91 0,94 0,96 0,98

60°C

 1,00 1,02 1,04 1,07 1,09 1,11 1,13 1,15 1,18 1,20

70°C

 1,22 1,24 1,27 1,29 1,31 1,34 1,36 1,38 1,41 1,43

80°C

 1,45 1,48 1,50 1,52 1,55 1,57 1,60 1,62 1,65 1,67

90°C

 1,69 1,72 1,74 1,77 1,79 1,82 1,84 1,87 1,89 1,92

Différence de température corps de chauffe – ambiance intérieure (suivant le tableau ci-dessus) = 39° (=30° + 9°) (l)

7. Déterminer la température de départ de l’eau pour la température de base

Température moyenne de l’eau du corps de chauffe = (l) + 20° = 39° + 20° = 59° (m)

Température moyenne de l’eau dans un corps de chauffe dimensionné en régime 90/70.

Température de départ de l’eau en plein hiver = 66° (n)

Calculs

 déterminer votre propre réglage.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Isoler un mur par l’intérieur

Isoler un mur par l'intérieur

Attention ! L’isolation par l’intérieur est la seule technique possible lorsque l’aspect extérieur de la façade doit rester inchangé. Cependant, cette technique d’isolation est délicate et peut engendrer des problèmes. Ainsi, beaucoup d’architectes belges l’évitent.

Les vérifications préliminaires et précautions ci-dessous permettent simplement de se mettre le plus possible du côté de la sécurité !

Vérifications et mesures préliminaires

Le mur doit être en bon état

Lorsqu’on isole un mur plein par l’intérieur, les variations de température hiver-été et au cours d’une même journée, deviennent plus importantes. Ce qui augmente les contraintes dans la maçonnerie et peut mener à des fissurations.
Si le mur est déjà fissuré, on peut s’attendre à des dégradations suite à l’apport d’une isolation par l’intérieur.

Le mur doit être sec et protégé contre toute pénétration d’eau

Le mur doit être sec et protégé de toute pénétration d’eau de pluie, protégé contre les remontées capillaires et ne plus contenir d’humidité de construction.

L’étanchéité à l’eau de pluie d’un mur plein dépend de son type et de son état.

Lorsque le mur est isolé par l’intérieur, l’eau à l’intérieur de la maçonnerie engendre les 2 désagréments suivants :

  • Vu l’abaissement de la température moyenne d’hiver d’un mur isolé par l’intérieur, le séchage est ralenti. L’humidification prolongée de la maçonnerie peut favoriser une dégradation de la maçonnerie par le gel.

   

Gel de la maçonnerie.

En outre, lorsqu’une maçonnerie humide a fait l’objet d’une intervention pour la protéger, il y a lieu d’attendre son séchage (6 mois à plusieurs années selon le type et l’épaisseur du mur) avant d’entamer son isolation par l’intérieur.

La disposition doit permettre de traiter les ponts thermiques

  • Les dormants des châssis doivent être suffisamment grands pour pouvoir prolonger l’isolant sur la partie latérale de la baie, en dessous du linteau, sous la tablette de fenêtre. À défaut, les châssis devront être remplacés. On profitera de l’occasion pour choisir des vitrages à haut rendement.
  • On doit vérifier la possibilité d’envisager une isolation du sol, du plafond et des murs de refend ou simplement une prolongation de l’isolant sur ces parois.

Le climat intérieur doit être « normal »

Le climat intérieur doit correspondre au plus à la classe III.
Dans des bâtiments de classe de climat intérieur IV, le risque de condensation à l’interface maçonnerie-isolant est trop important. Dans ce cas des précautions lourdes doivent être prises : une étude approfondie du système et de chaque détail doit être réalisée par un bureau d’étude spécialisé; un soin particulier doit être apporté à la mise en œuvre; les matériaux devront être judicieusement choisis etc.

L’inertie thermique doit être suffisante

On vérifiera que la capacité thermique des locaux reste suffisante malgré l’apport de l’isolation du côté intérieur des murs de façade.

Voici des indices d’un risque important de surchauffe en été :

Schéma indices d'un risque important de surchauffe en été.

  • Les cloisons intérieures sont en matériaux légers (ex. : plaques de plâtre sur structure en bois ou métallique).
  • Les plancher sont en bois.
  • Il y a beaucoup d’apports internes (éclairage artificiel, ordinateurs, imprimantes, etc.).
  • Les baies vitrées sont grandes et ont une orientation autre que « Nord ».

Voici des indices d’un risque faible de surchauffe en été :

Schéma indices d'un risque faible de surchauffe en été.

  • Les cloisons intérieures sont en matériaux lourds (béton, brique, …).
  • Les plancher sont en béton.
  • Il y a peu d’apports internes (éclairage artificiel, ordinateurs, imprimantes, etc.).
  • Les baies vitrées sont petites ou orientées au Nord.

Cependant, une faible inertie thermique peut être favorable dans le cas de locaux occupés durant de courtes périodes.

Choix du système

Il existe de nombreux systèmes d’isolation par l’intérieur.

Choix du système à panneaux isolants collés

Lorsque le mur est sec et sain et présente une surface plane, on choisit le système des panneaux collés.

Les défauts de planéité ne peuvent pas dépasser 15 mm sur une règle de 2 m. Ce système ne peut être utilisé sur des supports ayant connu l’humidité car des sels peuvent apparaître.
Ce système est le moins onéreux et demande le moins d’espace.
Il demande le décapage complet du revêtement (papier-peint, peinture, …) ou du moins aux endroits des plots ou bandes de colle.

Choix d’un système à structure

Lorsque le mur n’est pas suffisamment plan, on choisit un des deux systèmes à structure.

Ceux-ci sont plus chers mais permettent de rattraper les défauts de planéité du mur. Ces systèmes peuvent aussi être choisis si l’on ne souhaite pas enlever le papier peint ou la peinture.

Le système à panneaux composites posés sur lattage possède l’avantage, par rapport au système à panneaux isolants entre lattes, d’apporter une isolation continue. En particulier, lorsque les profilés utilisés sont métalliques, il évite les ponts thermiques au droit de chaque profilé.
Ce système permet également d’apposer une couche plus épaisse d’isolant.

Remarque.

Avec un système à panneaux isolant entre profilés métalliques, ces derniers doivent, dans certains cas, pour des raisons de résistance, être placés avec l’ouverture du « u » vers le mur. On doit veiller, dans ce cas, à ce que ceux-ci soient remplis d’isolant.

Photo système à panneaux isolant entre profilés métalliques.

Remarque.

Les deux systèmes à structure permettent de laisser un vide entre le mur extérieur et l’isolant (lorsque l’isolant est placé entre les montants, il peut être accolé à la plaque de plâtre; lorsque la hauteur n’est pas trop importante, la structure peut être auto-portante et ne doit pas être fixée contre le mur mais uniquement au sol et au plafond en laissant un espace derrière celle-ci).
Les fabricants proposent dès lors ces solutions lorsque le mur est humide.

Le CIFFUL, dans la brochure Méthodes de modification du gros-œuvre / Isolation thermique d’un bâtiment existant » relue par le CSTC ne recommande pourtant pas de laisser un vide car celui-ci, s’il y le moindre espace entre les panneaux isolants, favorise les courants de convection et engendre non seulement des pertes énergétiques mais également des risques de condensation du côté interne du mur extérieur.

En France, on recommande, dans le cas des murs humides, de ventiler la lame d’air (par l’ouverture de joints dans le haut et le bas des maçonneries).
Mais cette solution est insuffisante pour sécher efficacement la face intérieure des murs extérieurs et augmente les courants de convection.

L’isolation par l’intérieur, dans le cas d’une maçonnerie humide, reste fortement déconseillée.

Choix du système avec isolation derrière contre-cloison maçonnée

L’isolation derrière contre-cloison maçonnée permet de rajouter un matériau lourd devant l’isolant et donc de remplacer, en partie du moins, l’inertie thermique perdue.
Il demande néanmoins un plancher pouvant le supporter. Il ne pourra pas, en principe, être choisi dans le cas d’un plancher entre étages en bois.

Choix de l’isolant

Le choix d’un isolant dépend des performances à atteindre et de l’espace disponible dans les locaux à isoler. Ces critères permettent de déterminer l’épaisseur et le type d’isolant à mettre en œuvre.

Il est toujours recommandé de choisir un isolant disposant d‘un agrément technique.

Les produits minces réfléchissants font l’objet d’une polémique importante ces dernières années.

Photo produits minces réfléchissants.   Photo produits minces réfléchissants.

Qu’en penser ? Nous reproduisons en annexe le compte-rendu détaillé de l’étude du CSTC((Isolation des murs existants par l’intérieur : systèmes et dimensionnement, Les Dossiers du CSTC 2013/2.4, p.4)) 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 souvent 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 aime à en faire 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.

Choix du pare-vapeur

Quand doit-on prévoir un pare-vapeur ?

Lorsqu’on utilise un isolant perméable à la vapeur (laine minérale, par exemple) celui-ci doit être précédé, côté intérieur, par un pare-vapeur de manière à éviter le risque de condensation interne.

L’utilisation d’un isolant peu ou pas perméable à la vapeur (EPS, XPS, PUR, CG) collé sur la maçonnerie, ne nécessite pas l’interposition d’un pare-vapeur pour autant que de l’air intérieur NE puisse PAS circuler entre isolant et maçonnerie.
Aussi, si ce type d’isolant est mis en œuvre entre lattes, la pose du pare-vapeur reste indispensable. Celui-ci couvre alors l’ensemble du système « isolant + lattes ».

Quel pare-vapeur choisir ?

L’évaluation du risque principal de condensation par modèle statique (comme celui de Glaser) entraîne presque systématiquement le choix d’une membrane très étanche à la vapeur du côté intérieur. On les appelle souvent les « pare-vapeurs ». Lorsque l’on affine l’analyse, il apparaît que le choix d’une membrane plus faiblement étanche à la vapeur est parfois suffisant. On parle alors de « freine-vapeur ». La valeur Sd des pare-vapeur n’est pas définie avec précision, mais en pratique, elle sera de plusieurs dizaines de mètres (par ex. 50 ou même 100 m) alors que la valeur Sd des freine-vapeur ne sera que de quelques mètres seulement (par ex. 2 m à 5 m, mais rarement plus de 10 m).

Le choix d’un freine-vapeur, plus ouvert au passage de la vapeur, permet souvent de se prémunir du risque, dit secondaire, de condensations internes en été ou au printemps, ou quand la pression de vapeur est plus importante à l’extérieur qu’à l’intérieur et que la vapeur a donc tendance à traverser la paroi de l’extérieur vers l’intérieur. En effet, le flux de vapeur n’est pas complètement bloqué vers l’intérieur ce qui facilite le séchage du mur.

D’autres membranes, dites intelligentes, sont de ce point de vue encore plus adaptées. En effet, leur perméabilité à la vapeur évolue avec l’humidité relative. Elles sont conçues pour être relativement fermées à la vapeur quand l’humidité relative est faible et pour s’ouvrir au passage de la vapeur quand l’humidité relative est plus élevée. Ce principe est illustré ici.

Outre les risques de condensations, il est important de faire remarquer que certains matériaux dits hygroscopiques, comme le bois et les matériaux dérivés du bois, mais aussi d’autres matériaux comme la terre crue, ont le pouvoir de réguler l’humidité de l’ambiance intérieure en captant l’humidité en excès pour la restituer plus tard, atténuant ainsi les effets désagréables d’ambiances trop sèches ou trop humides. On parle alors parfois d’inertie hydrique par analogie avec l’inertie thermique. Malheureusement, peu de valeurs sont disponibles. Ce domaine devrait faire l’objet de recherches complémentaires et dépasse le cadre d’Énergie+. Remarquons seulement que la présence d’une membrane atténue fortement l’effet hygroscopique des couches sous-jacentes, et notamment celui de l’isolant.

Remarquons enfin que la présence d’une membrane, en plus de permettre la régulation de la vapeur, permet aussi de bloquer le passage de l’air et donc d’éviter le risque de condensation par convection, pour autant bien sûr que la mise en œuvre soit d’une qualité irréprochable (notamment au niveau des nœuds constructifs).

Comment assurer la continuité de la fonction « pare-vapeur » :

Lorsque la fonction « pare-vapeur » est assurée par les panneaux, la continuité de la fonction « pare-vapeur » est assurée en fermant les joints entre panneaux ou entre panneaux et raccords au moyen :

  • soit, de bandes adhésives,
  • soit, de mousse injectée,
  • soit, de mastic.

Lorsque le système nécessite un pare-vapeur indépendant, celui-ci doit être placé avec recouvrements. Les recouvrements et les raccords doivent être fermés au moyen :

  • soit, de bandes adhésives,
  • soit, de joints comprimés.

Il faut vérifier auprès des fabricants que le produit assurant la continuité du pare-vapeur proposé corresponde à la classe du pare-vapeur demandé.

Pose de l’isolation par l’intérieur

Principes à respecter

  • L’isolant doit être posé de manière continue, en particulier aux angles des parois, afin de ne pas créer de pont thermique et d’éviter ainsi la condensation superficielle.
  • Le pare-vapeur doit également être posé de manière continue, les raccords doivent être rendus étanches.
  • Il faut prévoir une finition intérieure étanche à l’air sur toute la surface.
    De manière à éviter la condensation interne par convection, il faut fermer toutes les ouvertures qui permettraient à l’air intérieur de circuler derrière la couche isolante. Les points délicats sont :

    • La jonction entre mur et plafond.
    • La jonction entre mur et plancher (les panneaux isolants sont, en général, butés en tête sous le plafond. Il s’ensuit que le jeu nécessaire à la pose du panneau se retrouve en pied. Cet espace doit être calfeutré avant la pose de la plinthe).
    • La jonction avec les baies.
    • Les percements pour le passage des gaines et canalisations diverses, incorporations des boîtiers, etc.

Le calfeutrement de ces points est également indispensable pour éviter les infiltrations d’air de l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment.

Remarque : les paragraphes ci-dessous s’inspirent de la brochure « Méthodes de modification du gros-œuvre – isolation thermique d’un bâtiment existant ».

Panneau isolant composite – pose par collage

  1. Mur existant.
  2. Panneau composite.
  3. Plots de colles.
  4. Isolant.
  5. Pare-vapeur éventuel.
  6. Finition

Panneau isolant entre lattes

1. Latte, ayant l’épaisseur de l’isolant,
fixée mécaniquement à la maçonnerie et réglée à l’aide de cales.
L’entre axe des lattes est d’environ 40 cm.

  1. Mur existant (avec ou sans enduit de finition intérieur).
  2. Isolant légèrement compressible afin de remplir aussi complètement que possible l’espace disponible entre lattes et entre le mur et le pare-vapeur.
  3. Pare-vapeur. La technique la plus aisée est d’agrafer, sur les lattes, un film en matière plastique (d’épaisseur > 0,2 mm) qui correspond à un pare-vapeur de classe E2. Le recouvrement entre lés est agrafé et recouvert d’une bande adhésive.
  4. Panneau de finition : par exemple, plaque de plâtre enrobé de carton. Les joints entre plaques et les têtes de vis sont fermés et recouverts au moyen d’un enduit de finition.

Panneau isolant composite – pose sur lattage

  1. Mur existant (avec ou sans enduit de finition intérieur).
  2. Un isolant légèrement compressible est posé entre les lattes fixées mécaniquement à la maçonnerie et dont le réglage est assuré à l’aide de cales.
  3. Les panneaux composites sont fixés mécaniquement sur les lattes à l’aide de vis. La pose des panneaux doit être bien jointive et les joints bien fermés à l’aide d’un enduit de finition.

Détails d’exécution

Remarque : cette partie s’inspire de la brochure Méthodes de modification du gros-œuvre – isolation thermique d’un bâtiment existant.

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.

      

  1. Mur existant avec enduit de finition.
  2. Isolant thermique (posé entre latte par exemple).
  3. Pare-vapeur éventuel.
  4. Panneau de finition.
  5. 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.
  6. Prolongement du pare-vapeur jusqu’à la menuiserie ou pose d’un isolant peu perméable à la vapeur (mousse synthétique, par exemple).
  7. Joint souple d’étanchéité pour empêcher toute infiltration d’air intérieur derrière l’isolant.
  8. 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).

  1. Joint souple d’étanchéité.
  2. Ebrasement et chambranle en bois.
  3. Finition angle.

Plancher en bois entre étages

Dans le cas d’un plancher en bois, l’extrémité du gîtage 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 gîtes ou de solives et possibilité de pourrissement.

  1. Plancher.
  2. Solive.
  3. Condensation.

Jonction avec murs de refend (ou plancher béton entre étages)

Pour supprimer le pont thermique au droit des murs de refend, il faut éventuellement prolonger l’isolation du mur de façade contre le mur de refend.

Pont thermique non traité

Pont thermique traité

  1. ED = 80 mm (polystyrène expansé, mousse de polyuréthane ou laine minérale).
  2. ER = 30 mm (polystyrène expansé ou laine minérale).
  3. ER = 20 mm (mousse de polyuréthane).
  4. R = 30 cm.

Ce retour d’isolation peut être cependant très contraignant au niveau esthétique.

De plus, cette mesure concerne plus spécifiquement les logements avec les températures et les productions d’humidité qui leur sont propres. Dans les immeubles de bureaux, par exemple, où la production de vapeur est moins importante et qui, en général, sont équipés d’une ventilation, il faut reconsidérer la nécessité de cette mesure. Il faut évaluer le risque de condensation superficielle sans retour d’isolation à partir des conditions réelle.

Évaluer

 Savoir comment évaluer le risque de condensation à partir des données propres à votre bâtiment.

Évaluer

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

Travaux annexes

Remarque : cette partie s’inspire de la brochure « Méthodes de modification du gros-œuvre – isolation thermique d’un bâtiment existant ».

Déplacement des équipements existants

Les installations électriques (prises et interrupteurs)

  1. Espace technique.

Les canalisations d’eau

Elles sont disposées dans un espace technique (1) ménagé entre l’isolant (ou le pare-vapeur) et la finition.

Détail en plan et en coupe :

     

  1. Isolant posé entre lattes
  2. Pare-vapeur placé sans interruption
  3. Latte fixée à la maçonnerie
  4. Latte supplémentaire servant d’entretoise
  5. Tube électrique
  6. 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.

  1. Tablette
  2. Isolant imperméable à la vapeur collé à la maçonnerie
  3. Isolation entre lattes
  4. Pare-vapeur
  5. Radiateur
  6. Joint d’étanchéité (mastic)
  7. Canalisation de chauffage
  8. Renfort (lattes bois)

Remplacement des châssis

Lorsqu’on améliore l’isolation du mur de façade, on profitera de l’occasion pour remplacer les châssis anciens par des châssis avec double vitrage à basse émissivité.
On choisit des châssis avec de larges dormants de manière à avoir de la place pour l’isolant.

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.

Ventilation

Une ventilation suffisante doit être assurée dans le local isolé par l’intérieur de manière à éviter les problèmes de condensation.

Concevoir

 Pour savoir comment assurer une ventilation suffisante.

N’hésitez pas également à consulter notre page consacrée aux isolants biosourcés.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la maintenance de l’installation frigorifique

Mise au point de la production de froid : GB Aywaille.

Machine frigorifique

Température à la Basse Pression : T°(BP)

La mesure directe de la température d’évaporation est très difficile. On réalise plutôt la lecture de la basse pression BP au manomètre, que l’on traduit la température d’évaporation en fonction du type de fluide utilisé.

Pour connaître la température d’évaporation à partir de la mesure de la basse pression, voici une table de correspondance entre la température et la pression relative mesurée à l’aspiration de la machine frigorifique pour quelques fluides frigorigènes :

Température Pression relative [bar]

[°C]

 R22 R134A R404A

R407c
– 30 0,64 0.08 1,07 1,36
– 20 1,43 0,31 2,05 1,79
– 18 1,62 0,43 2,30 2,02
– 16 1,83 0,56 2,56 2,25
– 14 2,05 0,69 2,82 2,50
– 12 2,28 0,84 3,09 2,77
– 10 2,52 0,99 3,39 3,05
– 8 2,78 1,15 3,69 3,34
– 6 3,05 1,33 4,01 3,65
– 4 3,33 1,51 4,36 3,98
– 2 3,63 1,71 4,63 4,32
0 3,95 1,91 5,09 4,68
2 4,28 2,13 5,59 5,06
4 4,63 2,36 5,89 5,46

Détente directe

En détente directe, pour un évaporateur à air, si l’écart entre T°évaporation et la T°air sortie évaporateur > 6 à 10 K, il y a encrassement ou prise en glace permanente et donc chute de rendement. Il est donc nécessaire de procéder à un nettoyage ou un dégivrage.
Si l’écart subsiste après l’opération de maintenance, il faut envisager l’extension de la surface de l’évaporateur.

Détente indirecte par boucle frigoporteur

En détente indirecte, pour un évaporateur à eau glycolée par exemple, si l’écart entre T°évaporation et la T°eau sortie évaporateur > 4 à 6 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si l’écart subsiste après le nettoyage (en général, un détartrage à l’acide), il faut envisager l’extension de la surface de l’évaporateur.

Quelques réflexions …

La mesure / lecture de la température  peut être effectuée sur le circuit secondaire par thermomètre digital au niveau de doigts de gant par exemple.

On rappelle ici que l’augmentation, si possible, du point de consigne de la température du fluide caloporteur augmente le rendement.

Mesure prise à l’emplacement du thermomètre à aiguille
dont la précision est parfois sujette à caution…

La mesure des températures de départ et de retour de l’eau glycolée est une indication intéressante. En effet, si, à puissance maximale, l’écart est inférieur à 5 K, le débit d’eau peut être réduit (économie électrique + diminution du risque d’érosion).

Intensité absorbée par le compresseur

A puissance nominale, mesurées sur chaque phase, les valeurs du courant à la pince ampèremétrique doivent être peu différentes et proches ou inférieures à celles de la plaque signalétique. On peut forcer le régime de la machine frigorifique pendant cette mesure (en abaissant la demande à l’évaporateur, par exemple).

Quelques réflexions …

L’idéal dans ce domaine est toujours de comparer d’une année à l’autre… Donc il faut noter les valeurs mesurées.

Il vaut en général mieux de ne pas faire confiance aux ampèremètres présents sur la machine.

Pour des compresseurs à plusieurs étages, si l’on passe d’un premier à un second étage et que le courant ne bouge pas, c’est qu’il y a des clapets cassés.

Pression et température de condensation à la Haute Pression : T°(HP)

Action …

La mesure directe de la température de condensation, comme celle d’évaporation, est très difficile. On réalise plutôt la lecture de la haute pression HP au manomètre, que l’on traduit en température de condensation en fonction du type de fluide utilisé. À l’heure actuelle, la double indication (pression-température) est souvent inscrite sur le manomètre pour différents fluides frigorigènes souvent employés.

Température Pression relative [bar]

[°C]

 R22 R134A R404A

R407c
16 7,10 4,01 8,80 8,27
18 7,58 4,34 9,3 8,81
20 8,08 4,68 10 9,38
25 9,42 5,61 11,6 10,91
30 10,91 6,66 13,3 12,60
35 12,55 7,82 15,2 14,46
40 14,35 9,11 17,3 16,50
45 16,33 10,53 19,6 18,75
50 18,49 12,10 22 21,20
55 20,84 13,83 24,8 23,87
60 23,40 15,73 26,78
65 26,17 17,80 29,94

Quelques réflexions …

La valeur de la pression varie suivant le système, sauf compresseur à vis : HP-BP = 10 bar.

La variation de la Haute Pression (le plus bas possible, suivant la technologie de fabrication) réduit la consommation électrique.

Ecart de température entre le condenseur et le fluide refroidissant : T°(HP)

Action …

Mesurer l’écart entre la température de condensation et la température du fluide refroidissant. Pour un condenseur air, l’écart entre la température de condensation et la température de l’air à l’entrée doit être de l’ordre de 12 à 15 K à pleine charge. A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Quelques réflexions …

Si ces écarts sont dépassés malgré un détartrage régulier, c’est que le condenseur est trop petit. Or toute augmentation de 1° de cet écart entraîne 3% de consommation en plus.

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 R407, …).

Sous-refroidissement

Action …

Mesurer la température de ligne liquide (T°liq), à l’entrée du détendeur, au moyen d’un thermomètre de contact, puis la comparer à la température de condensation T°(HP), en déduite de la valeur de la Haute Pression.

Quelques réflexions …

Sauf pour les détendeurs à capillaire, le sous-refroidissement (qui est la différence T°(HP) – T°(liq)) doit se situer entre 5 et 7 K.

Une augmentation du sous-refroidissement augmente la puissance frigorifique de la machine frigorifique et son efficacité énergétique. Le travail du compresseur reste en effet constant alors que la plage d’évaporation s’accroît. Concrètement, pour une situation type donnée, on a observé 0,8% d’accroissement du COP par degré d’augmentation du sous-refroidissement pour du R-22 et 1%/K pour du R-134a (source : Le froid efficace dans l’industrie – Ademe- France). Si une faible valeur est rencontrée, c’est l’indication :

  • soit d’un manque de fluide frigorigène (fuite ?),
  • soit d’un encrassement du condenseur (mauvaise condensation, donc peu de liquide ?).

S’il s’agit d’un détendeur à capillaire (petites installations du type climatiseur), le sous-refroidissement doit être plus faible car à l’arrêt, il y aura égalisation des pressions Haute et Basse; donc du liquide pénétrera dans l’évaporateur; donc risque de coup de liquide au démarrage si la quantité est trop importante.

Surchauffe

Action …

Mesurer température d’aspiration (T°asp) au moyen d’un thermomètre de contact.

Quelques réflexions …

Pour les détendeurs thermostatiques, la différence entre la T°évaporation(BP) et T°aspiration à l’entrée du compresseur = 6 K à 8 K.

Pour les détendeurs électroniques, la différence entre la T° BP et T° asp = 3 K.

Une réduction de la surchauffe permet une augmentation de la puissance frigorifique, mais :

  • une surchauffe trop faible peut provoquer des coups de liquide au compresseur,
  • une surchauffe trop forte entraîne une usure prématurée des compresseurs par élévation de leur température de refoulement.

Température de refoulement

Action …

Mesurer la température à la sortie du compresseur.

Quelques réflexions …

La température dépend du fluide (pour un condenseur à air : 60 … 70°C). Il est bon d’avoir les données du fabricant.

Si la température de refoulement en sortie de compresseur est élevée, c’est peut être qu’il y a présence d’incondensables (air, eau). Il y a alors risque de dégrader rapidement l’huile…

Test : si la machine est à l’arrêt, le condenseur se met entièrement à la température extérieure (condenseur à air). En mesurant à ce moment la pression, elle doit correspondre à la valeur théorique correspondant à la température du fluide. Si elle est plus élevée, c’est le signe qu’il y a des incondensables dans le circuit (par exemple, un nettoyage à l’azote qui n’aurait pas été bien tiré au vide).

Autres tests

Aspect extérieur des compresseurs et organes associés

Traces de condensation (isolation défectueuse ou pas d’isolation).

A protéger si risque de corrosion avec fuites (eau ou frigorigène) – Éviter les risques de rejet de rouille à l’égout public, etc.

Corps d’évaporateur

Dégradation éventuelle de l’isolation (passage de vapeur d’eau) + absence de corrosion de la surface.

Risque de perforation à long terme avec perte de fluide frigorigène.

Clapets cassés ?

Il s’agit de 2 tests comparatifs à réaliser d’année en année :

  • La mesure du temps de « pump down ». C’est le temps en seconde entre l’arrêt de la vanne magnétique avant le détendeur et l’arrêt du compresseur sur la Basse Pression. Si ce temps s’allonge, c’est l’indication qu’il y a des fuites aux clapets.

 

  • La mesure du temps pour que les pressions s’équilibrent à l’arrêt de la machine. Si les clapets sont cassés, la Haute Pression descend très vite.

Type de frigorigène

Vérification du type de fluide utilisé : CFC , HCFC, HFC, autre …? R 11, 12, R 502 (CFC) interdits / R 22 (HCFC) interdit en 2015 ou avant.

Circuit du frigorigène

Absence de fuites (pas de traces d’huile au sol, corrosion de brasures, etc). Défaut d’étanchéité soupape, perte de fluide à l’atmosphère, dégradation remplacer la soupape si risque de rupture de la couche d’ozone si CFC, HFCF + frais de remplissage.

Bombe aérosol et détecteur électronique.

pH du fluide frigorigène

Couleur de l’indicateur d’humidité sur ligne liquide / test d’acidité sur échantillon d’huile. Si pH acide, vérifier l’étanchéité du circuit, réparer les fuites, changer l’huile, remplacer la cartouche du déshydrateur (ou en installer une) et tirer au vide (de préférence avec de l’azote « R »).

Résistance de carter

Durant l’arrêt des compresseurs à pistons, la température de carter doit être env. 40 °C. En fonctionnement, le carter ne doit pas être froid, il ne doit pas condenser et encore moins givrer. On admet qu’il doit avoir à peu près la température ambiante du local. S’il est trop froid, un réglage s’impose par le frigoriste. Si le carter n’est pas chauffé, risque de grippage au démarrage du compresseur, avec destruction du bobinage du moteur.

Compteurs d’heures (h) compresseurs ou groupe frigo

Existence du compteur (sinon à placer), vérification du fonctionnement + relevés. Période ± 3 000 h/an , valeur courante de 1 250 h à 1 800 h en non modulant.

Compteurs de démarrage (d) compresseurs

Existence du compteur (sinon à placer), vérification du fonctionnement + relevés. Si le total est supérieur à 6 000/mois, vérifier la régulation.

Dimensionnement du groupe frigorifique

Calculer le cycle moyen (h/d) c-à-d quotient des deux valeurs ci-avant. Cela ne fonctionne pas sur les appareils modulants (compresseur à vis, par exemple). Si la valeur est inférieure à 10 minutes, la puissance est à réduire dans la mesure du possible ou la régulation de mise en cascade est mal réglée (voir technologie appliquée).

Niveaux

Ils sont surveillés plus que mesurés. Ce sont :

  • le niveau de frigorigène dans la bouteille accumulatrice de liquide, dans les séparateurs basse ou moyenne pression,
  • le niveau d’huile dans le système d’alimentation en huile de compresseurs en parallèle,
  • le niveau d’eau dans le bac de rétention d’eau de la tour de refroidissement ou du condenseur « évaporatif ».

On contrôlera également :

La qualité de passage du fluide frigorigène dans le voyant liquide : il ne doit pas y avoir de bulles. S’il y a des bulles, cela traduit, dans la plupart des installations, un manque de fluide et donc probablement une fuite.

La présence d’humidité dans le circuit frigorifique modifie la couleur dans le voyant (dry = sec, wet = humide).

La présence d’humidité peut gravement endommager le groupe froid, notamment par la corrosion des vernis sur les enroulements.

Une fuite de fluide provoque un fonctionnement prolongé du compresseur (mais à puissance moindre) et des ventilateurs du condenseur. Le rendement est donc dégradé. Dans les 2 cas, un dépannage rapide par le frigoriste est nécessaire.

Quels paramètres enregistrer ?

Lorsqu’une régulation numérique est mise en place, la question des points de mesure à relever pour la maintenance se pose. Reprenons ici les recommandations citées dans l’ouvrage Le froid efficace dans l’industrie publié par l’Ademe. Elle est donnée à titre de check-list car encore faut-il disposer du temps pour analyser les résultats…!

Pressions

  • pressions du frigorigène : d’évaporation, de condensation, intermédiaire (dans le cas d’un cycle biétagé),
  • pressions différentielles d’huile des compresseurs,
  • pressions de refoulement des diverses pompes : de frigorigène (circuit noyé), de frigoporteur, d’eau, etc.

Températures

  • Du frigorigène : à l’entrée des compresseurs, à la sortie de ceux-ci, à la sortie de la bouteille accumulatrice de liquide, à l’entrée des régleurs, à la sortie des évaporateurs, etc.
  • Des milieux refroidis :
    • températures des chambres froides des cuisines collectives,
    • températures de bacs à liquides refroidis,
    • températures d’entrée et de sortie de l’évaporateur de la boucle d’eau glacée
  • Des milieux de refroidissement : températures d’entrée et de sortie d’eau du condenseur, température de l’air entrant dans un condenseur à air, etc.
  • Du carter du compresseur

Débits

La mesure du débit du fluide frigorigène est peu courante, et c’est souvent dommage, les quelques mesures pratiquées le sont sur l’eau. Le coût relativement faible des capteurs est certainement une explication.

États logiques

  • état de marche ou d’arrêt d’un compresseur,
  • état d’ouverture ou de fermeture d’un robinet électromagnétique ou d’une vanne motorisée,
  • fonctionnement ou non du dégivrage de tel évaporateur, etc.

États analogiques (ou numériques)

  • position, exprimée en fraction de charge, du tiroir de réglage d’un compresseur à vis,
  • degré d’ouverture d’un robinet motorisé, d’un détendeur,
  • nombre de cylindres en fonction dans un compresseur, etc.

Puissances ou consommations électriques

  • de machines sur lesquelles on fait porter l’attention, par exemple pour en optimaliser le fonctionnement : compresseurs, pompes, ventilateurs, etc.

Temps

  • temps de marche d’une machine en vue de l’homogénéisation du temps de fonctionnement de machines en parallèle, etc.

Exemples d’utilisation de ces mesures

  1. La connaissance des pressions et des températures d’entrée et de sortie d’un compresseur sont des indicateurs de son bon fonctionnement. Les valeurs nominales devraient toujours se trouver à proximité de l’équipement, car si la température de refoulement est plus élevée, il y a un risque que les clapets ne soient plus étanches, ce qui nécessite une intervention.
  2. À partir des températures et du débit d’eau traversant le condenseur à eau, on peut déduire la quantité d’énergie échangée. En y ajoutant la température de condensation du fluide frigorigène, on peut connaître le coefficient d’échange thermique du condenseur et le comparer à sa valeur initiale. Si elle décroît fortement, ce sera l’indication d’un entartrage ou de présence de boues à éliminer par un nettoyage de l’échangeur.

Aéro-refroidisseurs ou condenseurs à air

 

Nettoyage des batteries

Dans les condenseurs refroidis à l’air, le principal problème est le nettoyage des batteries, car le genre de construction de ces appareils ne prévoit presque jamais de filtres anti-poussières.

Il est donc nécessaire de dépoussiérer et enlever régulièrement les feuilles mortes et autres déchets, faute de quoi, le débit d’air diminuant, les qualités d’échange diminuent aussi, ce qui entraîne une diminution de la puissance frigorifique et une augmentation de la puissance électrique absorbée. Le serpentin peut être nettoyé à l’aide d’un compresseur à air ou à eau à basse pression (travail à réaliser de préférence par un frigoriste car les ailettes sont peu résistantes mécaniquement).

Une augmentation de 5 K de la température de condensation (suite à l’encrassement) entraîne une augmentation de consommation électrique de 10 à 15 %.

Corrosion

L’habillage de l’équipement contre la corrosion est à protéger pour retarder la mise au rebut et ainsi limiter la production de déchets.

Régulation

Vérifier la bonne régulation de la pression de condensation (enclenchement de la cascade de ventilateurs, pour contribuer à abaisser le plus possible la pression de condensation).

Déclenchements du compresseur par forte température extérieure

Si le compresseur déclenche de temps en temps par période de forte chaleur, c’est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à un 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 alors surpuissante toute l’année…

Si le fabricant l’autorise, il vaut mieux augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur. La machine frigorifique pourra alors continuer à fonctionner, tout en donnant temporairement une puissance frigorifique plus faible que sa valeur nominale dans des conditions extrêmes de température. Attention toutefois qu’en froid alimentaire il est primordial de respecter les températures de conservation; ce qui signifie que le déclenchement HP ne doit pas se manifester pour des températures classiques en période chaude sous nos latitudes.

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. Cette situation n’est tolérable que peut de temps sachant qu’une puissance froid insuffisante pendant un laps de temps prolongé entraine la perte des denrées.

Lors d’une panne d’une cascade de compresseurs, on pourra soit redémarrer l’installation avec un seul compresseur (bénéficiant de l’ensemble de la surface du condenseur, il verra la température de condensation fortement diminuer), soit arroser le condenseur…!

Nuisances acoustiques

Si la nuisance sonore est surtout importante aux basses fréquences, il est possible que les machines tournantes (ventilateur du condenseur, moteur du compresseur,…) soient mal équilibrées.

Ce défaut s’accentue avec l’usure des équipements.

Deux solutions pour améliorer la situation :

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Réduire les besoins d’eau chaude sanitaire

Réduire les besoins d'eau chaude sanitaire

Le technicien améliore sans cesse la performance,
et l’usager augmente sans cesse les besoins…

Réduire le temps d’utilisation

La réduction de la durée d’utilisation peut être directe : une robinetterie à fermeture automatique (= bouton poussoir) dans les installations publiques permet de diminuer drastiquement la consommation d’eau.

Elle peut être aussi indirecte : une robinetterie thermostatique peut entraîner un gain de temps par un réglage plus rapide de la température de l’eau mitigée.

Le réglage optimum du débit avant celui de la température

Il semble que le facteur numéro 1 de consommation d’énergie soit la quantité d’eau utilisée, avant la température. Donc il faut d’abord chercher à ce que le robinet fournisse juste le débit d’eau nécessaire, et dans un deuxième temps à ce que l’adaptation de la température souhaitée entraîne le moins de consommation d’eau chaude.

L’ergonomie des différents robinets mérite donc une attention particulière, au regard de l’occupation des mains de l’utilisateur. Dans certains cas, les mains étant occupées par un objet (lavage, …), il peut être utile de sélectionner une robinetterie dans l’ouverture est commandée par le genou ou le pied (pédale).

Mitigeur mécanique ou thermostatique ?

Le gain théorique du thermostatique est moins élevé qu’il n’y paraît car la qualité de l’appareil, la méconnaissance de l’utilisateur ou la mauvaise performance de la régulation d’eau chaude peut réduire l’avantage (étude du CSTB-France). Il semble que le mitigeur thermostatique de douche apporte surtout des économies lors du deuxième usage rapproché (rinçage, par exemple). Sur base d’un surcoût moyen de 45 €, le CSTB annonce un temps de retour de 4 ans dans un usage familial. En usage tertiaire, le temps de retour est donc nettement plus faible.

De plus, les thermostatiques intègrent une fonction de sécurité grâce à un bouton « stop » qui limite la température de l’eau mitigée en sortie à 38°C et permet ainsi d’éviter les risques de brûlure (très utile en milieu fréquenté par des enfants).

Pour augmenter les économies, certains thermostatiques sont équipés d’un bouton « éco » : un geste spécifique est nécessaire pour obtenir un débit plus élevé.

Photo bouton bouton "éco".

Une amélioration du confort

Le thermostatique amène un confort supplémentaire en terme de stabilité de température, même lorsque la production instantanée entraîne des fluctuations de température de l’eau chaude.

Le placement de mitigeurs thermostatiques est donc à recommander, mais sans oublier d’informer l’utilisateur de son usage.

Comportement des usagers

Il ne faut pas perdre de vue en effet que ces mélangeurs peuvent demander une sensibilisation de l’utilisateur.

Sont-ils au courant du budget de l’eau chaude du bâtiment (en moyenne 5 € par m³ ? Connaissent-ils le principe du mitigeur thermostatique ? …

Une sensibilisation des usagers sera toujours la bienvenue, en se rappelant que Coca-Cola nous bombarde toujours de publicité alors que nous sommes bien au courant de la merveilleuse saveur de ce breuvage. Ils connaissent l’effet de répétition.

A nous de nous en inspirer pour ne pas nous décourager dans nos campagnes !

Pour favoriser l’usage préférentiel de l’eau froide pour se laver les mains, il est plus aisé de n’ouvrir que l’eau froide avec un mélangeur qu’avec un mitigeur. Aussi, certains fabricants proposent des mitigeurs avec une manette un peu particulière. En effet, la tête céramique est conçue pour que la position centrale corresponde en fait à la position « pleine eau froide » au lieu de la position « eau mitigée ».

Réduire la pression

Une pression trop importante donne naissance à une vitesse excessive qui provoque une consommation importante, du bruit dans les canalisations et une fatigue prématurée des équipements (d’où un risque accru de fuites).

Le placement d’un réducteur de pression permet de réduire la pression à un niveau voulu. Il se place chaque fois que la pression statique d’alimentation dépasse 3 bars dans une adduction domestique (à l’entrée de l’installation, après le compteur).

Réducteur de pression d’eau.

En théorie, le gain en débit varie comme la racine carrée de la pression : si la pression chute au quart, le débit chute de moitié. Mais en pratique, si la pression est forte, l’usager réduit de lui-même le débit d’eau, si bien que l’économie est moins importante.

Remarque : attention au cas où la production d’eau chaude serait réalisée par un petit appareil gaz instantané. Il est parfois nécessaire d’avoir un débit d’eau suffisant pour enclencher le chauffage de l’eau et la réduction des pressions risquerait d’empêcher ce fonctionnement. On testera au préalable la sensibilité de l’appareil à ce niveau.

La protection des équipements contre les fortes pressions et donc la limitation des fuites est par contre bien réelle.

« Réduire la pression nous paraît essentiel, pour éviter le gaspillage, bien sûr ».

Réduire le débit

Remplacement des anciennes robinetteries

Les débits des anciennes robinetteries de puisage sont de 30 à 50 % supérieurs à ceux de modèles modernes. Les investissements consentis s’amortissent dans une période de 5 à 10 ans, suivant la fréquence d’utilisation. Si l’ancienne robinetterie n’est pas étanche, le temps de retour sera encore plus cour

On peut encore trouver des vieilles pommes de douches à …30… litres/minute. Un tel équipement sera remplacé par des pommes modernes du type …8… litres/minute.

Placement de mitigeur avec butée

Ce type de robinetterie s’utilise comme un mitigeur classique. Toutefois, un point « dur » ou une butée délimite les 2 zones de fonctionnement : une zone économique (de 0 à 6 litres/min environ) et une zone de confort (jusqu’à environ 12 litres/min).

Photo mitigeur avec butée.

Le surcoût de cette technique est négligeable et donc le temps de retour est immédiat.

Placement de « mousseurs »

Il s’agit d’un régulateur de débit qui réduit la section de passage en fin de robinetterie et/ou qui crée un mélange air/eau. Il participe en même temps à la performance acoustique du robinet. Il permet par exemple de réguler un débit maximum de 6 ou 8 litres/minute. Un mousseur revient environ à 5 €.

Photo "mousseurs".

Il reste à juger de l’opportunité de réduire le débit en fonction de l’usage : réduire le débit à un lavabo, oui, mais réduire le débit à l’évier de la vaisselle où le personnel mettra alors plus de temps pour remplir une casserole d’eau chaude, peut-être pas …

On rencontre aussi ce type de réducteur de débit dans des « douchettes économes » : soit une manette permet de réduire le débit, soit un effet de « nuage d’eau » est créé. Attention au fait que ce type de douchette peut accélérer le phénomène d’aérosolisation, et donc une sensibilité plus grande à la contamination par la légionelle.

Photo "douchettes économes".

Attention également au fait que ces équipements terminaux modifient la courbe de réglage en température. La mise en place d’une perte de charge supplémentaire diminue « l’autorité » de la vanne. Si l’évolution est au départ linéaire, la perte de charge finale limite la zone de réglage de la température sur une bonne partie de la plage angulaire.

Problème commun à tous ces équipements : le calcaire !

L’entartrage de ces équipements est un problème si l’eau est particulièrement chargée en calcaire. Un entretien régulier des équipements (vinaigre, produit de type « Viakal », …) ou un adoucissement de l’eau avant son chauffage peut être nécessaire.

Les douchettes avec picots sont donc à privilégier : un simple grattage des picots permet alors de décoller les dépôts.

Réduire les fuites

Dans la Région de Charleroi, une commune a placé tous ses bâtiments (administration, écoles, …) en télégestion par un installateur de la commune. Comme une entrée libre est souvent disponible sur le régulateur numérique de l’installation de chauffage, le signal du compteur d’eau de chaque bâtiment y a été greffé. Un suivi automatique était dont réalisé sur la consommation d’eau. Si deux jours de suite, la consommation de nuit était jugée anormale par l’ordinateur, le service technique de la commune en était informé.

Une diminution drastique de la consommation d’eau s’en est suivie, particulièrement dans les écoles !

La fuite d’eau la plus courante est liée aux WC. Elle est généralement visible par le filet d’eau liée au trop plein dans le réservoir. À défaut, il est possible de fermer le robinet d’arrêt pour observer si le niveau d’eau diminue dans le réservoir.

Mais elle n’entraîne pas de consommation énergétique. Il n’en est pas de même au niveau de certains équipements :

Mélangeur sensible aux impuretés

L’élément sensible est généralement la tête, qu’elle soit à clapet (attention au serrage trop fort lors de la fermeture) ou céramique (sensible aux impuretés). On détecte le problème par le goutte-à-goutte persistant, même lorsque le robinet est fermé.

Remplacement de la cartouche.

Idéalement, il faudrait poser un filtre en amont de l’installation pour éliminer les particules qui pourraient nuire au bon fonctionnement de la robinetterie.

Pour ce qui est du remplacement, une tête céramique coûte en moyenne 10 € et un joint pour une tête à clapet coûte en moyenne 3 €. On vérifiera l’état du siège pour faire un rodage éventuel.

Robinet d’arrêt

Les robinets d’arrêt sont également assez sensibles au tartre. Il est conseillé de les manœuvrer régulièrement (1 fois par mois) afin d’éviter l’apparition de fuites (généralement situées au niveau du joint presse étoupe) lors d’une action après une longue période sans manœuvre.

Groupes de sécurité des ballons électriques

Ces appareils doivent être situés à l’amont immédiat des ballons électriques qu’ils protègent. Ils permettent d’éviter une montée en pression à l’intérieur du ballon due à la dilatation de l’eau provoquée par une élévation de température. Des évacuations ponctuelles de petites quantités d’eau sont donc normales lors de la période de chauffage. Il faut par contre surveiller que la soupape ne soit pas bloquée en position ouverte à cause de particules de tartre. L’évacuation automatique vers l’égout peut masquer longtemps ce problème…

Si tel est le cas, il faut vidanger le ballon pour procéder au nettoyage ou au remplacement du groupe.

D’une manière générale, il est conseillé de les manœuvrer régulièrement pour éviter le risque d’entartrage (1 fois par mois).

« Repassage » de l’eau froide dans l’eau chaude

Il arrive régulièrement que lors d’une défectuosité de la tête des mitigeurs ou des mélangeurs, l’eau froide, pour une question de pression, passe dans la conduite d’eau chaude et refroidisse la boucle d’eau chaude (présente dans le tertiaire). Il s’ensuit :

  • Une augmentation de la consommation d’énergie pour rattraper la perte de température de l’eau chaude.
  • Un risque de prolifération des légionelles vu que la température de la boucle d’eau chaude risque de se trouver dans la zone de température de développement optimal des méchantes bestioles (25-45°C).

Pour pallier à ce problème, il y a lieu d’essayer d’égaliser les pressions d’eau chaude et froide à tous les étages du bâtiment et d’essayer de détecter les émetteurs défectueux (en général, la sous-boucle d’eau chaude devient de plus en plus froide au fur et à mesure des soutirages d’eau chaude par les émetteurs voisins à celui défectueux).

Supprimer l’eau chaude dans les sanitaires de bureaux

Dans la conception des immeubles récents, il est très fréquent de ne plus apporter d’eau chaude dans les sanitaires des espaces bureaux, logistiques, où l’activité est peu salissante.

Alors, pourquoi ne pas déconnecter les installations existantes ?

Si de plus une boucle de circulation est associée à ce réseau, une économie très importante s’en dégagera.

Si l’option est prise de déconnecter l’eau chaude d’un point de puisage, attention toutefois à la création de bras mort où des foyers de légionelles peuvent se développer.

Il est impératif d’appliquer l’une des deux méthodes suivantes :

Conservation de la conduite d’amenée d’eau chaude

Le placement d’une vanne de sectionnement le plus près possible du collecteur d’eau chaude ou de la boucle secondaire (si présente) permet d’éviter la création d’un bras mort tant redouté.

Enlevement de la conduite inutilisée

La suppression pure et simple de la conduite d’alimentation en eau chaude du point de puisage paraît excessive (coûts important). En effet, il faut :

  • de toute façon vidanger une partie de l’installation et placer une vanne de sectionnement;
  • enlever la conduite depuis le point de puisage jusqu’à la vanne d’arrêt.

Cependant, dans les grandes installations sanitaires, le démantèlement ordonné des conduites des points de puisage permet de garder une certaine clarté par rapport à la maintenance du réseau hydraulique (à étudier au cas par cas selon la modularité de l’activité tertiaire).

De toute façon, quelle que soit la méthode adoptée, il faut utiliser un code de repérage à la fois sur site et sur les plans hydrauliques de manière à garder une situation bien à jour.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la production d’eau chaude sanitaire

Renforcer l’isolation du ballon de stockage

Autrefois, comme mesure d’économie d’énergie, on aurait proposé de diminuer la température de l’eau pour limiter les pertes de tout le réseau. Passer de 60°C à 45°C permet de diminuer les pertes de l’ordre de 30 %. De plus, avec des températures d’eau inférieures à 60°C, les risques d’entartrage et de corrosion diminuent fortement.

Mais la gestion de la légionelle impose aujourd’hui de privilégier un stockage à une température minimale de 60°C, surtout si des douches sont présentes sur le réseau (la légionelle se transmet par inhalation de micro-gouttelettes).

Tout particulièrement, on examinera si le fond du ballon est isolé (parfois l’isolation ne couvre que les parties verticales), car à cet endroit, la stagnation d’eau tiède est propice au développement de la bactérie. Une isolation urgente s’impose

A priori, un stockage à haute température ne génère pas en soi une consommation énergétique élevée… pour autant qu’une isolation renforcée limite drastiquement les pertes.

Évaluer

 Pour plus d’infos sur la rentabilité de l’isolation d’un ballon accumulateur.

Concevoir

 Pour plus d’infos sur le choix de l’isolation d’un ballon accumulateur. !

La mise en œuvre nécessite un certain soin. Dans une campagne de mesures sur site, l’EDF a constaté que les pertes réelles dépassent souvent le double de la valeur obtenue par calcul théorique. La mise en œuvre pas toujours aisée de l’isolation en jaquette souple génère des courants convectifs non contrôlés (c.à.d. un effet de cheminée entre le ballon et l’isolant). Le calorifuge sous tôle galvanisée est plus hermétique.

Et les pertes augmentent avec le vieillissement de l’isolant.

L’intention de départ était louable…

Améliorer la stratification des températures

Il est difficile d’améliorer la stratification des températures dans un ballon existant (voir techniques d’évaluation de la stratification). En pratique, une intervention ne se justifie que dans un cas assez critique : celui d’un ballon placé horizontalement.

Il est cependant également possible de renforcer l’isolation des tuyauteries de raccordement et de la boucle de circulation, pour limiter les thermo-circulations d’eau parasites.

Réduire le volume du réservoir d’eau chaude

Lorsque la capacité des ballons est trop élevée et qu’il en existe plusieurs, la mise hors service d’un ballon est alors justifiée pour limiter les pertes par les parois.


Si une telle situation se rencontre systématiquement en fin de journée,
il y a intérêt à couper l’alimentation du 3ème ballon.

Calculs

 Pour évaluer les pertes énergétiques d’un ballon non utilisé.

Concevoir

 Pour dimensionner l’installation nécessaire,

Décentraliser la production d’eau chaude

Pour 2 litres d’eau utiles, 4 restent dans la tuyauterie…

S’il existe des points de puisage à faibles besoins et forts éloignés de la production centrale, il peut être avantageux de prévoir des petits chauffe-eau individuels : soit des instantanés gaz, soit des petits accumulateurs électriques. Cela permet d’augmenter le confort (diminution du temps d’attente) et de diminuer les pertes (pertes de l’eau chaude « qui reste » dans les tuyauteries).

Évaluer

 Pour évaluer la rentabilité de la décentralisation.

Produire près du consommateur…

L’arrivée des préparateurs instantanés gaz avec cheminée « ventouse » permet aujourd’hui de reposer la question de l’emplacement du préparateur d’eau chaude sanitaire. Production en centrale de chauffe en sous-sol, à grande distance des utilisateurs, avec une chaudière surdimensionnée en été ? Ou au contraire, des préparateurs décentralisés proche des points de soutirage. On peut sans danger faire circuler une conduite de gaz dans le bâtiment.

On peut ainsi imaginer, lors d’une rénovation du système, que des productions différentes soient réalisées pour des groupes d’utilisateurs différents (un réseau « cuisine et buanderie », un réseau « sanitaires », par exemple). Cela permet notamment de générer des réseaux avec des températures différentes.

Il est également possible de disposer d’accumulateurs électriques décentralisés. Mais attention, dans le bilan, on tiendra compte qu’il s’agit souvent de courant électrique de jour (dont le prix du kWh est 2 à 3 fois plus élevé que le prix du kWh thermique…), sauf si une horloge est placée sur son alimentation.

...mais multiplier la puissance installée.
La décentralisation apporte un inconvénient : la puissance de chauffage totale à installer sera augmentée puisqu’en chaque lieu de puisage, on doit prévoir le débit d’eau maximum. Lorsque l’installation est centralisée au contraire, un effet de foisonnement a lieu. Par exemple, un ballon de stockage centralisé fournira l’eau des douches à un autre moment que l’eau de la vaisselle : les volumes à stocker ne doivent pas être additionné.

Placer un capteur solaire à eau chaude

La pose des capteurs solaires pour préchauffer l’eau chaude sanitaire est aujourd’hui une technique qui est arrivée à maturité; maturité technique et financière.

Les applications solaires les plus intéressantes économiquement se retrouvent parmi les établissements consommant de grandes quantités d’eau chaude : les hôpitaux, les piscines et les établissements d’accueil social (maisons de repos, centres d’accueil pour personnes handicapées, …), les internats, grands hôtels, centres de vacances, immeubles de plus de 15 logements, restaurants d’entreprise,…

A tout le moins, si une rénovation de la production d’eau chaude sanitaire est à l’ordre du jour, si une toiture plate ou à inclinaison sud est disponible, une étude de préfaisabilité s’impose. Des petits logiciels Excel vous permettent de faire le point rapidement.

Concevoir

 Pour plus de détails sur les coûts, la rentabilité d’un projet, les outils d’aides à la décision.

Études de cas

 Pour parcourir un exemple audit solaire établi pour le home La Charmille à Gembloux.

De nouveau, on prendra en compte que le chauffage de l’eau chaude sanitaire par un système solaire risque de ne pas être suffisant pour élever la température moyenne de l’eau sanitaire à une valeur suffisante (55-60°C) afin d’éviter de se trouver dans la plage de prolifération des légionelles. Il est donc nécessaire de considérer les systèmes solaires comme un moyen de préchauffage de l’eau sanitaire en complément d’une production classique.

Produire l’eau chaude avec une pompe à chaleur ?

Il est possible de produire de l’eau chaude sanitaire au moyen d’une pompe à chaleur. Différentes technologies sont possibles. De la chaleur « gratuite » sera extraite d’une source (air extérieur, nappe phréatique, …) et sera communiquée au ballon d’eau chaude.

L’avantage est mesuré par le COP (Coefficient de Performance) de la pompe à chaleur : un COP de 3 signifie qu’il faut donner 1 kWh électrique au compresseur pour fournir 3 kWh de chaleur dans le ballon d’eau chaude. Au passage, 2 kWh auront donc été pompés sur la source.

Rentabilité du projet ?

Une telle amélioration est surtout rentable si la situation de départ est une installation de production d’ECS électrique. La consommation électrique pourra être divisée par le COP. Ainsi, dans le programme de promotion des économies d’énergie suisse « Ravel », on annonce un COP annuel de 3 pour une pompe à chaleur Air-Eau et de 4,5 si la pompe capte l’énergie dans le sol (ce dernier chiffre nous paraît exagéré puisqu’une campagne de mesure faite par l’Université de Mons sur des installations de chauffage de bâtiments révèle des COP annuels de l’ordre de 2,5 à 2,9).

Mais attention, ces chiffres ne s’appliquent que si le chauffage de l’eau est limité à 50°C. Si le stockage est prévu à 60°C, une batterie électrique doit fournir le complément avec de l’électricité directe (–> COP = 1); ce qui est le cas lorsqu’on considère qu’une température de production d’eau de 60 °C est nécessaire pour éviter la prolifération des légionelles.

Imaginons le chauffage d’1 m³ de 10 à 60°C par une pompe à chaleur air-eau.

L’énergie nécessaire au chauffage de 10 à 50°C par la PAC sera de :

Énergie = 1 m³ x 1,163 kWh/m³ x (50 – 10) / 3 = 15,5 kWh

L’énergie complémentaire pour passer de 50 à 60°C sera de :

Energie = 1 m³ x 1,163 kWh/m³ x (60 – 50) = 11,6 kWh

Le COP moyen annuel est alors de :

COP = Energie produite / Energie fournie
= [1 m³ x 1,163 kWh/m³ x (60 – 10)] / [15,5 + 11,6]
= 2,15

On sera donc très attentif aux instructions fournies par le constructeur. Ceci d’autant plus qu’il n’existe pas de standard de mesure des performances d’une PAC, du moins pour en évaluer son rendement saisonnier. Il faut bien analyser

  • Pour quelle température de la source le COP est fourni ?
  • Jusqu’à quelle température l’évaporateur peut extraire la chaleur de la source ?
  • Jusqu’à quelle température le condenseur peut chauffer le ballon ?

On aura également tout intérêt à conserver une température d’eau dans le ballon la plus basse possible (45°C par exemple). Mais ceci suppose un réservoir suffisamment grand. Par ailleurs, cela peut aller à l’encontre de la protection anti-légionelle. Au minimum, on prévoiera une montée temporaire de chauffage à 70°C par une résistance électrique toutes les semaines ou tous les 15 jours.

Sources particulières

Le placement d’une pompe à chaleur doit surtout s’envisager s’il existe une source particulière de chaleur disponible dans le bâtiment (air extrait ? process ? four ?…). Par exemple, refroidir (et déshumidifier par la même occasion) une buanderie surchauffée et produire ainsi de l’eau chaude sanitaire : coup double !

Il faut par contre éviter de placer une pompe à chaleur pour « récupérer la chaleur disponible en cave » :

  • D’abord, parce qu’il est plus logique d’éviter les pertes qui sont à l’origine de cette chaleur (chaudière, tuyauteries, …) que de les récupérer (il suffira d’ailleurs de changer de chaudière pour perdre la source !).

 

  • Ensuite, parce qu’un niveau de température élevé ne traduit pas forcément une quantité de chaleur importante (cela peut traduire une mauvaise ventilation de la cave, par exemple).

 

  • Enfin, parce qu’une partie de cette chaleur est déjà récupérée par le plancher du rez de chaussée.

Concevoir

 Pour plus d’info sur le choix et la mise en place d’une pompe à chaleur pour la préparation d’eau chaude sanitaire.

Désolidariser chauffage de l’eau chaude et chauffage du bâtiment ?

Dans certaines installations, le chauffage de l’eau chaude sanitaire est combiné au chauffage du bâtiment.

L’eau chaude sanitaire est alors un utilisateur au même titre que la batterie de chauffe du groupe de préparation d’air. Elle bénéficie du rendement de production saisonnier de l’ensemble, ce qui est bénéfique.

En dehors de la période de fonctionnement du chauffage, la question se pose de l’opportunité de découpler ce système et de passer, par exemple, à un système de production d’eau chaude indépendant à l’électricité ?

Il est difficile de trancher ce débat dans l’absolu. Voici les arguments de part et d’autres.

Arguments favorables au découplage

Le rendement de production de l’eau chaude sanitaire peut se dégrader en été :

  • si la chaudière est maintenue en température en permanence sur son aquastat,

 

 

  • si la chaudière est beaucoup trop puissante par rapport aux besoins de l’eau chaude sanitaire (les cycles de fonctionnement du brûleur seront courts et les démarrages fréquents, ce qui est synonyme de mauvaise combustion),

 

  • si l’ensemble du réseau primaire doit être maintenu en température uniquement pour le chauffage de l’eau sanitaire.

Un rendement inférieur à 20 % est alors tout à fait possible…

On peut envisager la possibilité de greffer une résistance électrique sur le ballon accumulateur. Tout particulièrement si les besoins d’eau chaude sont faibles (mais peut-être qu’alors un simple ballon près de la cuisine suffit ?).

En rénovation, tout dépendra des performances de la production combinée existante.

Par exemple, l’association CEDICOL a réalisé une mesure sur site (source : magazine « L’entreprise », mars 90) dont il ressort un rendement saisonnier annuel de production d’eau chaude de 71 % et un rendement d’été de 49 % :

La production de cette installation domestique est, en été, de 186 litres d’eau chaude par jour.

L’installation comprend une chaudière au fuel de 27 kW alimentant un ballon de stockage de 160 litres. La chaudière est régulée en température glissante avec une priorité sanitaire. Cela signifie qu’entre deux demandes du ballon, la chaudière redescend en température.

Durant l’été 88, la chaudière à consommé 189 litres de fuel (soit 1 880 kWh) pour produire 24 180 litres d’eau chaude (soit 939 kWh). Le rendement de production en été est donc de 939 / 1 880 kWh = 49 %.

Pour l’ensemble de l’année, le système produit 42 150 litres d’eau chaude avec un rendement saisonnier de 71 %.

Séparer la production d’eau chaude en été, et produire cette dernière au moyen de l’électricité permettrait de gagner :

1 880 [kWh] x (1 – 49 % / 93 %) = 890 [kWh]

Le gain financier est de :

  • Facture d’été en production combinée : 189 [litres] x 0,2116 [€/litres] = 40 [€]
  • Facture d’été en production séparée électrique : 990 [kWh] x 0,044 [€/kWh] = 44 [€]
  • Perte : 4 [€/an]

On se trouve dans la situation la plus favorable de production combinée, avec une chaudière fonctionnant en température glissante. Dans le cas d’une ancienne chaudière restant à température constante tout l’été (de 70°C, par exemple), il n’est pas rare d’avoir des rendements de production inférieurs à 20 % en été !

Dans ce cas, le bilan serait alors le suivant :

  • Consommation en fuel d’été : 1 880 [kWh] x 49 [%] / 20 [%] = 4 606 [kWh] ou 460 [litres fuel]
  • Gain énergétique : 4 606 [kWh] x (1 – 20 % / 93 %) = 3 616 [kWh]
  • Facture d’été en production combinée : 460 [litres] x 0,2116 [€/litres] = 97 [€]
  • Facture d’été en production séparée : 990 [kWh] x 0,044 [€/kWh] = 44 [€]
  • Gain : 53 [€/an]

La solution du ballon électrique est cependant à éviter s’il existe une boucle de circulation mal isolée générant des pertes permanentes élevées :

En effet, l’eau froide de retour perturbe la stratification des températures dans le ballon. Plusieurs situations peuvent se produire : soit l’eau chaude n’est plus assurée, soit le thermostat s’enclenche pour réchauffer le ballon, soit un réchauffage de boucle maintient la température à son niveau. Mais ceci génère un chauffage électrique de jour assez coûteux.

Arguments favorables au maintien de la production combinée

Si la chaudière est suffisamment performante, la question du maintien de la production de chaleur combinée se justifiera la plupart du temps. Après tout, le prix de l’énergie électrique est double de celui de l’énergie thermique, en moyenne.

On peut dès lors envisager des alternatives :

  • La première est de limiter au maximum la puissance de chaudière utilisée :
    • vérifier le bon fonctionnement en cascade des chaudières et en particulier des vannes d’isolement motorisées des chaudières,
    • si les chaudières ne sont pas équipées de vannes d’isolement motorisées, mettre les chaudières inutiles en été à l’arrêt et fermer manuellement leur vanne d’isolement,
    • vérifier la bonne régulation des allures de brûleur de manière à favoriser le fonctionnement de la chaudière en petite puissance.
  • La deuxième consisterait à fractionner la puissance de chauffe et à installer une petite chaudière en cascade dont la puissance convient pour le chauffage de l’eau chaude sanitaire en été. Elle sera utile également pour les relances de début de journée en mi-saison, évitant ainsi la mise en température de la chaudière principale.
Exemple théorique.

Comparons les pertes d’une installation combinée et d’une chaudière propre à la production d’eau chaude sanitaire.

Hypothèse : il s’agit d’une installation équipant un home pour personnes agées. La consommation globale en eau chaude du bâtiment est estimée à 1000 m³ d’eau à 60°C par an. Le besoin énergétique pour chauffer cette eau est de :

1,16 [kWh/m³.°C] x 1000 [m³/an] x (60 [°C] – 10 [°C]) = 58 000 [kWh/an]

dont 38 400 [kWh/an] durant la saison de chauffe et 19 600 [kWh/an] en été.

Installation combinée : une chaudière de 650 kW moderne ayant un coefficient de perte à l’arrêt (à 70°C) de 0,3 % de la puissance chaudière. Cette chaudière reste en permanence à une température de 70°C, été comme hiver, pour produire l’eau chaude sanitaire. Elle alimente en permanence un collecteur de distribution de 20 m (DN 100). En été, son rendement de combustion baisse de 2 % suite à un fonctionnement par de nombreux cycles courts (la puissance de l’échangeur sanitaire étant nettement inférieure à la puissance de la chaudière). Il passe de 92% à 90%.

Installation séparée : une chaudière de 500 kW pour le chauffage et une chaudière de 150 kW pour la production d’eau chaude sanitaire. A 70°C, ces deux chaudières ont le même coefficient de perte à l’arrêt que la chaudière de 650 kW. La chaudière de chauffage est régulée en température glissante (température moyenne de 43°C) et arrêtée en été. Ses pertes à l’arrêt sont ainsi réduites à 0,1 %. La chaudière de 150 kW est, elle maintenue à 70°C toute l’année.

Pertes

Installation combinée
[kWh/an]

Installation séparée
[kWh/an]

Différence
[kWh/an]

En hiver (5 800 h/an)
Pertes de combustion 38 400 [kWh/an] x (1 – 0,92)
= 3 072 [kWh/an]		 0 [kWh/an]
Pertes à l’arrêt de la chaudière « chauffage » 0,003 x 650 [kW] x 3 925 [h/an] / 0,92
= 8 320 [kWh/an] (*)		 0,001 x 500 [kW] x 4 000 [h/an] / 0,92 = 2 174 [kWh/an] 6 146 [kWh/an]
Pertes à l’arrêt de la chaudière « eau chaude » – 0,003 x 150 [kW] x 5 500 [h/an] / 0,92 = 2 055 [kWh/an] – 2 055 [kWh/an]
Pertes du collecteur « chauffage » 16,7 [W/m] x 20 [m] x 5 800 [h/an] / 0,92
= 2 106 [kWh/an]		 7,7 [W/m] x 20 [m] x 5 800 [h/an] / 0,92 = 971 [kWh/an] 1 135 [kWh/an]
Pertes d’hiver 3 072 [kWh/an] + 8 320 [kWh/an] + 2 106 [kWh/an] = 13 498 [kWh/an] 3 072 [kWh/an] + 2 174 [kWh/an] + 2 055 [kWh/an] + 971 [kWh/an] = 8 272 [kWh/an] 5 226 [kWh/an]

En été (2 960 h/an)
Pertes de combustion 19 600 [kWh/an] x (1 – 0,90)
= 1 960 [kWh/an]		 19 600 [kWh/an] x (1 – 0,92)
= 1 568 [kWh/an]		 392 [kWh/an]
Pertes à l’arrêt de la chaudière « chauffage » 0,003 x 650 [kW] x 2 935 [h/an] / 0,90
= 6 359 [kWh/an]		 – 6 359 [kWh/an]
Pertes à l’arrêt de la chaudière « eau chaude » – 0,003 x 150 [kW] x 2 860 [h/an] / 0,92 = 1 399 [kWh/an] – 1 399 [kWh/an]
Pertes du collecteur « chauffage » 16,7 [W/m] x 20 [m] x 2 960 [h/an] / 0,90 = 1 098 [kWh/an] – 1 098 [kWh/an]
Pertes d’été 1 960 [kWh/an] + 6 359 [kWh/an] + 1 098 [kWh/an] = 9 417 [kWh/an] 1 568 [kWh/an] + 1 399 [kWh/an] = 2 967 [kWh/an] 6 450 [kWh/an]

Sur l’année
Bilan global – pertes totales 22 915 [kWh/an] 11 239 [kWh/an] 11 676 [kWh/an] ou 1 168 [m³gaz/an]

L’installation d’une chaudière combinée entraînerait donc une surconsommation d’environ 1 200 m³ de gaz par an ou une dépense complémentaire d’environ 275 € par an.

(*) Justification des heures prises en compte :
La saison de chauffe dure 5 800 [h/an]. La chaudière de 650 kW tourne 1 800 h/an pour le chauffage et 100 h/an pour l’eau chaude sanitaire (75 en saison de chauffe et 25 en été). La chaudière reste donc chaude sans que son brûleur ne fonctionne durant 3 925 h/an. La chaudière de 500 kW tourne 1 800 h/an pour le chauffage et est en attente chaude 4 000 h/an. La chaudière de 150 kW tourne 400 h/an (dont 100 h en été.
  • La troisième consisterait à limiter l’enclenchement de la chaudière dans le temps. En effet, si la demande peut être couverte facilement par une ou deux relances de la chaudière sur la journée, une horloge peut imposer les plages horaires durant lesquelles le réchauffage du ballon est autorisé. Par exemple : de 5 à 7 heures du matin et de 16 à 18 heures en fin de journée. Ainsi, on évitera de multiples remises en route de la chaudière tout au long de la journée !
  • Enfin, puisqu’il s’agit de besoins d’été, ils peuvent également être couverts presque totalement par une installation de capteurs solaires. Le moment est alors bien choisi pour étudier la faisabilité d’un tel investissement. Mais il faudra s’assurer que le système de chauffage dispose Dun mode « veille » très économe lorsque le soleil est actif.

Une campagne de mesure ?

On le voit, le choix est totalement dépendant de la situation locale.

Il est possible d’évaluer plus précisément sa situation en mesurant la consommation de combustible l’été et la quantité d’eau chaude consommée. À défaut de disposer d’un compteur d’eau spécifique sur le départ d’eau chaude, on pourra faire une évaluation grossière sur base des débits des équipements sanitaires (autant de douches à 40 litres/douche, etc…).

Très approximativement, on retrouvera le rendement de production de l’eau chaude par les formules :

Énergie utile [kWh] = Nbre de m³ à 60°C x 1,163 [kWh/m².K] x (60 – 10) [K]

Energie fournie [kWh] = Nbre de m³ de gaz ou de litres de fuel x 10

Rendement = Energie utile / Energie fournie

Exemple : s’il a fallu 6 500 m³ de gaz pour produire 220 m³ d’eau chaude à 60°C, le rendement de production est de :

220 x 1,163 x (60 – 10) / 6 500 x 10 = 20 %

A comparer avec les rendements de production des systèmes neufs et avec le coût d’un nouveau système.

En général, décider de désolidariser l’eau chaude sanitaire sous entend de se poser la question d’une rénovation plus fondamentale de la production de chaleur.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception d’une installation d’eau chaude sanitaire.

Intégrer une priorité eau chaude sanitaire

Conflit entre chauffage du bâtiment et chauffage de l’eau chaude sanitaire

Si la chaudière réalise à la fois le chauffage du bâtiment et le chauffage de l’eau chaude sanitaire, un conflit de température apparaît :

  • Pour augmenter le rendement d’une chaudière, il est intéressant de travailler à basse température, surtout s’il s’agit d’une chaudière récente (dite à « très basse température » ou à condensation). Par exemple, la température de l’aquastat sera adaptée en fonction de la température extérieure afin de ne chauffer qu’à la température minimale nécessaire.
  • Pour réchauffer l’eau chaude sanitaire, une température minimale d’eau de chauffage à 65 ou 70°C est nécessaire (par exemple pour réchauffer un ballon de stockage à 60°C). Temporairement, par mesure de précaution anti-légionelle, une montée de l’eau du ballon de stockage à 70°C est même parfois organisée.

Régulation avec « priorité eau chaude sanitaire »

Pour éviter de maintenir en permanence les chaudières à haute température, il est possible de mettre en place une régulation du type « priorité eau chaude sanitaire » : la chaudière ne monte en température qu’au moment du réchauffage du ballon. En principe, le ou les autres circulateurs des circuits de chauffage peuvent alors éventuellement être arrêtés (l’inertie du bâtiment est suffisante).

C’est une technique courante dans le domestique. On comprend qu’elle ne puisse s’appliquer dans le tertiaire que si la production d’eau chaude sanitaire est faible par rapport au chauffage du bâtiment :

  • Ce sera tout particulièrement le cas lorsque l’eau chaude est stockée dans un ballon dont la contenance en eau est telle que la chaudière n’est sollicitée que 2 ou 3 fois par jour.
  • À l’opposé, on ne pourra appliquer cette technique en présence d’un échangeur à plaques instantané qui doit pouvoir réagir au quart de tour !

L’intérêt de la « priorité sanitaire » est d’autant plus important :

  • Que la chaudière présente des pertes à l’arrêt élevées. On pense ici tout particulièrement aux chaudières gaz atmosphériques dont l’échangeur est en communication ouverte avec la cheminée. Il faut que ces chaudières soient toujours maintenues à la plus basse température possible (température définie par leur conception et donc par le fabricant).

  • Que la chaudière alimente le ballon d’eau chaude aussi en été. Dans ce cas, la régulation permettra d’arrêter totalement la chaudière (température retombant à 20°C) sauf durant les périodes de chauffage de l’eau sanitaire.

Des relances intempestives du chauffage de l’eau sanitaire à limiter par une horloge

Si l’on constate que la demande peut être couverte facilement par une ou deux relances de la chaudière sur la journée, il est utile, en plus de la priorité sanitaire, de greffer une horloge sur la régulation pour imposer les plages horaires durant lesquelles le réchauffage du ballon est autorisé. Par exemple : de 5 à 7 heures du matin et de 16 à 18 heures en fin de journée. Ainsi, on évitera de remettre la chaudière en route pour le puisage d’un seau d’eau ! C’est surtout avantageux en été, bien sûr, mais ce l’est également en hiver puisque la température moyenne d’une chaudière régulée en fonction de la température extérieure est de 43°C sur la saison de chauffe.

Cette technique a fait l’objet d’une simulation sur une installation ECS domestique (consommation de 45 m³ à 55°C). Voici les rendements obtenus (source « Chauffage et production d’ECS » – M. Rizzo – Éditions Parisiennes) :

Chauffage de l’ECS constant

Chauffage de l’ECS programmé

Été

 44 % 66 %

Hiver

 69 % 80 %

Année

 59 % 75 %

Soit un gain moyen annuel de 21 % sur la consommation relative à la production d’eau chaude.

On peut tester manuellement cette technique en été, en coupant la chaudière au matin et en observant « jusque quand » la réserve d’eau chaude assure les besoins du bâtiment.

Alternative

S’il est difficile de planifier les périodes de chauffage de l’eau chaude, il est possible d’obtenir un effet similaire en régulant le ballon au moyen d’un thermostat à fort différentiel situé en partie haute (au moins au 2/3 de la hauteur). Ce thermostat arrête la pompe de circulation du réchauffeur quand on atteint la valeur désirée, généralement 60 à 65°C et remet le chauffage en service quand l’eau tombe à 40/45°C.

Remplacer la veilleuse par un allumage électronique ?

La veilleuse consomme en pure perte environ 120 m³ de gaz par an, soit un coût d’environ 40 € par an. On a même parlé de veilleuse consommant 300 m³/an, mais alors il s’agit d’un très vieux chauffe-eau dont la veilleuse ressemble à un chalumeau !

Un allumage électronique est certainement plus performant, mais l’investissement n’est sans doute pas rentable sur des appareils existants.

À défaut, on peut imaginer (?) de couper cette veilleuse durant les périodes où la consommation d’ECS est nulle (WE, vacances,…).

Récupérer l’énergie au condenseur de la machine frigorifique ?

La machine frigorifique évacue de la chaleur vers l’extérieur. Or la production d’eau chaude sanitaire demande une fourniture de chaleur, au contraire. L’idée de récupérer la chaleur de l’un au bénéfice de l’autre est attirante.

En pratique, pour le groupe frigorifique, chauffer l’eau sanitaire de 10 à 30°C est très efficace, effectivement. Par contre, chauffer l’eau de 30 à 60°C est difficile. Sous prétexte de récupération, la machine frigorifique finit par avoir un très mauvais rendement : le compresseur doit augmenter son taux de compression pour atteindre les hautes températures !

Cette technique est donc à privilégier pour les installations où la demande d’eau chaude sanitaire est très importante (hôtels, restaurants, hôpitaux, homes,…) et pour lesquels on assurera le préchauffage de l’eau sanitaire, sans perturber le cycle de la machine frigorifique. De l’ordre de 20 à 25 % de la puissance frigorifique peuvent être alors récupérés.

Schéma 1 : un échangeur thermique parcouru par le fluide frigorigène est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude.

Par effet de cheminée, la chaleur sera donnée à la zone la plus froide du ballon puis communiquée à l’ensemble du réservoir. L’échangeur est équipé d’une double paroi de sécurité, selon DIN 1988.

Schéma 2 : un ballon intermédiaire à double échange est intégré comme interface

On peut également prévoir un système à double échange : deux échangeurs sont intégrés dans un même ballon (1). Le premier échangeur est celui du condenseur de la machine frigorifique, le deuxième est le serpentin de préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Un appoint en série est prévu (2).

Schéma 3 : en présence d’une boucle de distribution

Le régulateur de température de départ de la boucle utilise l’appoint lorsque le niveau de température du ballon est insuffisant.

Améliorer

 Motivé ? Alors, découvrez plus de détails sur le fonctionnement côté machine frigorifique en cliquant ici !

Supprimer les pertes vers l’égout du groupe de sécurité

En amont d’un chauffe-eau, un groupe de sécurité est prévu, équipé d’une soupape de sûreté. Il se peut que cette soupape laisse échapper de l’eau chaude vers l’égout.

Il peut être utile de placer un récipient entre l’échappement et l’égout pour évaluer l’importance de ce phénomène car il est fortement amplifié la nuit, ce qui est plus difficile à percevoir.

Si l’accès est impossible, peut être est-il possible de s’en rendre compte via le compteur d’eau la nuit ?

Si l’écoulement est sporadique

Cet écoulement correspond à la dilatation de l’eau lors du chauffage : la pression monte et l’excédent d’eau est évacué vers l’égout. A chaque remontée en température du ballon (soit pratiquement chaque nuit pour un ballon électrique), 1/30 de la capacité du boiler est évacuée par la soupape de sécurité. Par tranche de 100 litres de réservoir, cela représente annuellement plus d’un m³ d’eau chaude expédiée à l’égout.

Si la soupape de sécurité est ainsi constamment sollicitée, elle finit par s’entartrer et perdre, dans un goutte à goutte permanent, une quantité d’eau chaude 10 à 20 fois plus importante.

D’autant plus que, sur le plan réglementaire, un groupe de sécurité qui est chaque jour sollicité ne peut plus être considéré comme un organe de sécurité, mais bien comme un organe de régulation. Par souci de sécurité, il devrait donc être complété par une deuxième soupape de sécurité. Cela peut faire sourire, mais le directeur de l’école de Court St Etienne qui a vu son ballon d’eau chaude traverser la toiture et retomber près de la gare ne souriait pas !

Il s’agit là d’un mauvais usage d’un équipement de sécurité.

Nous pensons qu’il est très utile de placer un vase d’expansion hermétique sur l’arrivée d’eau froide sanitaire. Ces vases sont disponibles en capacités de 8 à 500 litres, à sélectionner via les tables fournies par les constructeurs.

Exemple de dimensionnement pour un ballon de 100 litres.

Hypothèses : eau froide à 10°C, eau chauffée à 65°C, pression d’alimentation en eau à 4 bars max, pression de tarage de la soupape de sécurité à 7 bars, facteur de pression 0,375 entre 4 et 7 bars (formule de Boyle-Mariotte).

Dilatation de l’eau entre 10 et 65°C : 0,0195 litre/litre

Volume du vase d’expansion :

0,0195 x 100 / 0,375 = 5,2 litres

On installera donc un ballon de 8 litres prégonflé à 4 bars.

(source : Installateur 02/99).

Si l’écoulement est permanent

Les soupapes de sécurité sont tarées à 7 bars. Si la pression du réseau dépasse cette valeur (fond de vallée, remontée classique de la pression du réseau durant la nuit), ou si le réglage de la soupape est défectueux, il est possible que ces pertes soient pratiquement permanentes.

La solution consiste à placer un réducteur de pression sur l’arrivée d’eau. C’est bien sur l’arrivée générale de l’eau dans le bâtiment qu’il faut le placer car son montage sur la seule production d’eau chaude sanitaire entraînerait un déséquilibre des pressions entre les réseaux d’eau froide et d’eau chaude, empêchant alors le bon fonctionnement des robinetteries.

Si chauffage électrique, chauffer l’eau la nuit

Étant donné le coût de l’électricité, une horloge ou une télécommande sur le réseau du distributeur commanderont la charge durant les heures creuses (la nuit ou le WE).

Ceci suppose que le volume de stockage est supérieur au puisage journalier. À défaut, on risque de tomber à court d’eau chaude en fin de journée, lors de puisages très importants.

Pour éviter cela, il est possible :

  • Soit d’augmenter la température de l’eau du ballon (ce qui implique des pertes permanentes supplémentaires et la nécessité d’un bon mitigeur à la sortie pour éviter tout risque se brûlure).

 

  • Soit de dédoubler le ballon (l’avantage de l’électricité est de pouvoir décentraliser la production). Si certains points de puisage sont fort éloignés du ballon, on y gagnera à réaliser cette solution.

 

  • Soit d’équiper l’appareil d’une deuxième résistance : l’élément chauffant inférieur assure la charge nocturne à bas tarif, alors que l’élément chauffant supérieur couvre les demandes de pointe en eau chaude durant la journée, soit environ le 1/3 supérieur du ballon. L’enclenchement simultané des deux résistances n’est généralement pas autorisé en raison de la puissance cumulée.

Si chauffage électrique, délester le chauffage de l’eau en période de pointe

Si le fonctionnement de jour est malgré tout nécessaire, le placement d’un délesteur interdira l’enclenchement de l’appareil en période de pointe.

Le ballon d’eau chaude électrique est l’équipement électrique idéal pour un délestage : il représente une puissance assez élevée et sa coupure ne gêne pratiquement pas la production d’eau chaude. Il faut se rendre compte que le délesteur n’intervient que 2 à 3 fois par jour, au moment de la pointe de puissance du bâtiment (généralement entre 11 et 13 heures). Il coupera par exemple l’alimentation électrique durant 5 minutes sur le quart d’heure. L’essentiel est qu’il soit coupé lorsque la friteuse fonctionne, par exemple.

Comme il ne s’agit pas d’une production instantanée, l’utilisateur ne s’apercevra de rien.

Techniques

 Pour plus de détails sur le placement d’un délesteur.

Découvrez l’amélioration de la production d’eau chaude sanitaire qui a été réalisée au centre de Hemptinne.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer le niveau sonore [Climatisation]

Diminuer le niveau sonore [Climatisation]

Plan d’action

Évaluer sa situation

Évaluer

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

Repérer le type de bruit

Soit le bruit est aérien

Puisqu’il est produit par l’écoulement de l’air et les turbulences qui y sont liées, on peut envisager de réduire la source du bruit, par exemple en diminuant la vitesse 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 possible d’absorber le bruit par des matériaux fibreux : silencieux, parois de gaines absorbantes,…

Si ce bruit est transmis entre deux locaux, c’est l’isolation phonique de ces parois qu’il faut améliorer.

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

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

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

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

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

Agir à la source du problème

Agir à la source :

  • Placer des supports antivibratiles
  • Limiter le bruit des pompes

Agir à la transmission :

  • Limiter la transmission sonore des tuyauteries
  • Améliorer l’acoustique des conduits d’air
  • Placer un silencieux

Agir au niveau des locaux :

  • Modifier la disposition des locaux
  • Réaliser le doublage acoustique des parois
  • Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Placer des supports antivibratiles

Photo supports antivibratiles.

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

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

Pour dimensionner correctement les plots antivibratiles, il faut connaître

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

Schéma supports antivibratiles. - 01.

Schéma supports antivibratiles. - 02.

Schéma supports antivibratiles. - 03.

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’inférieures à 8 Hz,
  • des plots à base de poudre de liège mélangée à un élastomère, pour des fréquences propres supérieures à 8 Hz
  • des plots à base d’élastomères, pour les fréquences propres supérieures à 12 Hz
  • un système de « dalle flottante », c.-à-d. la construction d’un socle de béton sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aiguës.

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

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

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

Limiter le bruit des pompes

Origines du bruit des pompes

  • Les bruits d’origine hydraulique : c’est la source de bruit la plus importante. On remarque l’effet de sirène qui est dû à l’interaction entre les aubes et les parties fixes. Ce type de bruit est le plus gênant dans les bâtiments, car il se produit dans une zone de fréquences audibles.Lorsque la pression disponible à l’aspiration de la roue est trop faible, un bruit de cavitation apparaît. Il faut dans ce cas veiller à faire fonctionner la pompe avec une pression à l’aspiration suffisante. Lorsque de l’air s’introduit dans le fluide, il se crée des turbulences et des écoulements bruyants au niveau de la pompe. Il faudra veiller à purger correctement le circuit.
  • Les bruits d’origine électromagnétique : ces bruits proviennent du moteur qui transmet des vibrations aux équipements et structures environnantes.
  • Les bruits d’origine mécanique : ces bruits apparaissent au niveau des garnitures mécaniques et des paliers de la pompe, on les appelle balourds. Ils proviennent généralement d’une erreur de montage, d’équilibrage ou d’une erreur de conception de la pompe.
  • Les bruits d’origine aéraulique : ces bruits proviennent du passage de l’air, nécessaire au refroidissement du moteur, dans le ventilateur de la pompe. Il peut s’agir dans certains cas de la source de bruit la plus importante d’une pompe. Le fabricant de pompes doit correctement calculer les grilles d’aspiration et de refoulement de l’air qui peuvent être des obstacles au bon écoulement de l’air et donc générer du bruit.

Transmission du bruit

Une pompe transmet du bruit par trois voies différentes :

  • Par voie aérienne : le moteur de la pompe émet un rayonnement acoustique qui se propage dans le local technique puis dans locaux occupés adjacents.
  • Par voie hydraulique : la pompe génère des variations de pression dans le fluide qui sont transmises le long des canalisations et rayonnent sur les structures environnantes.
  • Par voie solide : les vibrations émises par la pompe se transmettent par contact direct aux différentes structures.

Le niveau de bruit des pompes

Le niveau de puissance acoustique d’une pompe dépend principalement de sa conception, de ses conditions de fonctionnement (débit et pression) et de sa puissance électrique. Aucune norme ne spécifie les caractéristiques acoustiques des pompes.
Il est possible d’effectuer un calcul approximatif du niveau de pression acoustique à 1 m :

Lp = 48 + 10 log Pe [dB (A)]

où,

    • PE est la puissance électrique du moteur [W]

Mise en œuvre

  • Il faut limiter la vitesse du fluide dans la pompe à 1,5 m/s.
  • Il faut soigner la fixation de la pompe en mettant en œuvre un dispositif d’assise souple : placer la pompe sur une petite dalle flottante de 15 cm d’épaisseur, reposant sur des supports élastiques. La dalle flottante aura à peu près trois fois le poids de l’équipement.
  • Il faut équiper l’aspiration et le refoulement des pompes de manchons antivibratoires.

Manchon antivibratoire.

  • Il est également important d’entretenir les pompes, de lubrifier les paliers. L’usure de certaines pièces peut conduire à des vibrations génératrices de bruits.

Limiter la transmission sonore des tuyauteries

Empêcher la transmission des bruits de vibration

Il est utile de réaliser des raccordements souples entre les conduits (fluides, gaz, électricité…) et la machine qui vibrent, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Schéma transmission des bruits de vibration.

Pour diminuer la transmission des vibrations des tuyauteries aux parois, on peut introduire des coquilles isophoniques entre la tuyauterie et le collier de fixation. Il est également possible d’utiliser des colliers avec caoutchouc isophonique mais ceux-ci sont moins efficaces que les coquilles isophoniques.

Exemple : pour la fixation des tuyauteries d’eau glacée aux parois du bâtiment, il est de bonne pratique de réaliser les 3 premières fixations après la pompe avec des fixations anti-vibratoires.

Autre exemple : lors du placement d’un split-system, un soin tout particulier doit donc être apporté à la sélection de l’emplacement du condenseur et à son mode de fixation : une coupure élastique doit être prévue entre l’appareil et le mur de fixation afin d’empêcher de mettre en vibration la structure du bâtiment (l’appareil doit bouger lorsqu’on le secoue !). De même, les tuyauteries doivent être raccordées via des raccords flexibles.

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

Par contre, il faut éviter de placer des tuyauteries sur des parois légères ou les parois séparant les locaux techniques des locaux occupés.

Limiter les bruits de dilatation

Lorsque la force de dilatation des tuyauteries devient trop importante, des frottements apparaissent entre les canalisations et les colliers de support. Ce phénomène de dilatation provoque des claquements bruyants.

Recommandations :

  • Prévoir des points fixes et des compensateurs entre les points fixes.

Compensateur de dilatation.

  • Éviter de bloquer les canalisations à la traversée des parois.

  • En cas de problèmes, desserrer légèrement certains colliers.
  • Éviter les variations brusques de température dans l’installation, par exemple en utilisant des vannes à 3 voies en mélangeuses.
  • Placer des matériaux souples entre les colliers et les tuyauteries, et entre les fourreaux et les tuyauteries.

Diminuer la production de turbulences

Les vitesses admissibles dépendent du tracé et des accessoires utilisés. Si des vitesses élevées peuvent être admises dans les tubes droits, on doit adopter des vitesses plus réduites dans les coudes, les réductions.

Une installation peut créer des turbulences suite aux placements mêmes des équipements : tuyauteries à angle droit, vannes placées trop près les unes des autres,…

Ce deuxième type de raccordement sera de loin préférable.

La présence de bulles d’air dans les circuits est également nuisible, il faut doter l’installation de dispositifs comme purgeurs (manuels ou automatiques), pots de dégazage, séparateur d’air tangentiel.

Améliorer l’acoustique des conduits d’air

Garnir les conduits aérauliques de matériau absorbant

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…

Dès 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.

Remarque : la gêne acoustique dans un local est souvent due aux mauvaises dimensions des gaines calculées avec des vitesses d’air trop élevées. La question d’une diminution de la vitesse (et donc du débit d’air) doit être posée.

Alternative, on introduira un silencieux acoustique.

Insérer une gaine absorbante 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, l’air évacué aboutissant dans une gaine commune. Cette liaison permettait le passage latéral des sons amenant ainsi l’isolement entre salle de bain à 42 dB.

A 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 [TEXTE MANQUANT] dB. La différence était cependant sensible…

Placement de manchettes de compensation

Photo manchettes de compensation.

De même pour éviter la transmission entre le caisson de traitement d’air et les conduits, on pensera au placement de manchettes souples de compensation de part et d’autre du caisson.

Placer un silencieux

Schéma principe du silencieux.

Le placement de silencieux permet d’absorber le bruit véhiculé par le réseau. Si nous en parlons seulement ici, c’est parce qu’il génère des pertes de charge et donc une consommation permanente du ventilateur… Toutes les autres mesures doivent donc être prises au préalable.

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.

Remarques.

  • Par défaut, 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.
  • Dans le même ordre d’idée, il ne faut pas imposer à l’installateur de conditionnement d’air un niveau de bruit trop sévère dans les locaux, car l’installateur installera simplement un silencieux plus important à la sortie du groupe … et c’est l’installation qui consommera davantage, toute sa vie durant, suite aux pertes de charge excessives…

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. On pense tout spécialement aux locaux techniques dont on souhaiterait renforcer l’isolation par rapport au reste du bâtiment.

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

Schéma doublage acoustique des parois.

Exemple.

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

Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Si l’objectif est de se protéger d’un bruit extérieur (bruit de condenseur sur une plate-forme, par exemple), une amélioration de la qualité acoustique des baies peut être envisagée. Et le premier regard doit se porter sur l’étanchéité à l’air (davantage que sur la vitre elle-même). En effet, le bruit passe essentiellement par l’inétanchéité des joints. C’est ce qui fait la médiocre qualité des fenêtres coulissantes…

Le choix des travaux à réaliser sur les ouvertures d’un bâtiment dépend du niveau d’isolement acoustique que l’on désire obtenir.

Conservation des fenêtres existantes

Si l’on ne recherche pas un isolement de façade supérieur à 30 dB(A) et s’il n’y a pas d’entrée d’air spécifique en façade, il suffit la plupart du temps de mettre en place des joints d’étanchéité entre les ouvrants et les dormants.

Remplacement des fenêtres

Il existe une valeur seuil d’isolement au-delà de laquelle on doit changer les fenêtres, ce qui induit un surcoût important. Cette valeur seuil dépend de la surface des fenêtres. Elle se situe généralement aux alentours de 33 dB(A).

Une solution couramment adoptée consiste à conserver les anciens dormants en leur appliquant un traitement ou un renforcement éventuel. On pose alors une nouvelle fenêtre souvent en PVC, en fixant les nouveaux dormants sur les anciens, après la pose de joints préformés et, si nécessaire, l’ajout d’un joint en silicone. La nouvelle fenêtre est munie de double vitrage acoustique et d’une entrée d’air insonorisée. Cette technique a cependant l’inconvénient de réduire la surface vitrée. Ainsi, on obtient un isolement acoustique supérieur à 35 dB(A), à condition d’avoir effectué un traitement acoustique des bouches de ventilation et une mise en œuvre correcte.

Toutefois, pour certaines fenêtres particulières, le remplacement est indispensable quel que soit l’objectif d’isolement. Par exemple, pour une fenêtre coulissante, le simple changement des vitrages n’est souvent pas suffisant pour atteindre l’objectif d’isolement acoustique fixé.

D’autre part, pour les portes-fenêtres, les objectifs d’isolement sont plus difficiles à atteindre, même en cas de remplacement. En effet, la valeur de l’isolement acoustique d’une porte-fenêtre est en général inférieure à celle d’une fenêtre. On observe assez fréquemment un écart moyen de 2 dB(A). En effet, la surface de jointures, et donc de fuites possibles, est plus importante dans le cas d’une porte-fenêtre.

Photo baies vitrées.

Obtention d’un isolement de 40 dB(A) avec une seule fenêtre

L’obtention de cette valeur d’isolement nécessite toujours le remplacement des fenêtres par des fenêtres de très bonne qualité acoustique.

Le vitrage doit avoir un indice d’affaiblissement acoustique de l’ordre de 40 dB(A). Ce vitrage est obtenu à l’aide d’un feuilleté acoustique spécial. La menuiserie de la fenêtre doit comporter une triple barrière d’étanchéité entre l’extérieur et l’intérieur du logement pour les fenêtres en PVC. Un double rang de joints de bonne qualité doit être posé entre l’ouvrant et le dormant.

Pour une pièce aux dimensions standard, c’est-à-dire dont la surface est d’environ 25 m² , avec une fenêtre de 1,5 à 2 m² un isolement de 40 dB(A) est délicat à obtenir s’il y a une entrée d’air. Quelques précautions doivent alors être prises :

  • Les entrées d’air choisies doivent être insonorisées. La valeur de leur coefficient d’affaiblissement acoustique doit être la plus grande possible. Toutefois, il est difficile du trouver sur le marché des entrées d’air de faible encombrement, pouvant être placées dans la menuiserie, ayant une valeur du coefficient d’affaiblissement acoustique supérieur à 42 dB(A). La zone de fonctionnement de la bouche d’entrée d’air choisie doit permettre d’atteindre le débit nominal. En effet, certains systèmes intégrés dans une fenêtre ont une surface d’entrée d’air trop faible pour obtenir le débit nominal imposé par les systèmes d’extraction actuels.
  • L’étanchéité entre le gros œuvre et le dormant doit être de qualité. L’amélioration de l’étanchéité, obtenue par la pose d’un joint mastic de type silicone ou polyuréthane, augmente la valeur de l’isolement acoustique.
  • Il est utile de vérifier et de remettre en état les joints de façade des grands panneaux préfabriqués, surtout s’il y a des entrées d’air parasites.

Pose de survitrage

La pose de survitrage ne conduit pas à une amélioration significative de la performance acoustique. Dans certains cas, le gain obtenu par le survitrage peut atteindre de 2 à 3 dB(A). Il y a lieu de veiller à une bonne étanchéité entre le survitrage et la fenêtre. De plus, la présence de joints de qualité entre l’ouvrant et le dormant de la fenêtre est toujours nécessaire.

Pose de double fenêtre

C’est pratiquement la seule solution technique si l’on veut obtenir un isolement supérieur à 40 dB(A). La pose s’effectue le plus souvent au nu extérieur de la façade, avec ou sans conservation des volets existants. La nouvelle menuiserie est généralement de type vantaux coulissant, en aluminium ou en PVC. Cette solution permet d’atteindre, dans certaines configurations, des isolements proches de 50 dB(A).

Elle est également satisfaisante sur le plan thermique en hiver, mais présente cependant quelques inconvénients :

  • la difficulté de nettoyage, surtout de la face extérieure de la nouvelle fenêtre,
  • les difficultés d’ouverture de la nouvelle fenêtre et d’accès aux persiennes,
  • la nécessité de remplacer les éventuels volets existants, ce qui induit un surcoût important,
  • une certaine diminution de l’éclairage naturel,
  • la difficulté éventuelle d’obtenir les autorisations urbanistiques.

Il faut prohiber la pose d’entrées d’air insonorisées en regard l’une de l’autre pour limiter la création de pont phonique.

Fermeture de balcons et réalisation de loggias

La réalisation de loggias est unanimement appréciée en raison de l’amélioration très nette de l’isolation acoustique et de l’accroissement de la surface utile du bâtiment. Ce type de travaux est facile à réaliser. Mais, une loggia peut conduire à une surchauffe en été.

Le problème de surcharge de la structure et d’un surcoût important. L’aspect de la façade est alors complètement modifié.

21-08-2008 : comparaison du contenu ok ! [sylvie]
Dans la partie « Améliorer l’acoustique des conduits d’air », partie exemple, dernière phrase, le nombre de décibel n’est pas déterminé dans la partie source non plus (version 5).
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Débits de ventilation dans les locaux annexes

Débits de ventilation dans les locaux annexes

Suivant les fabricants

Les débits indiqués ci-dessous sont soit des débits à extraire, soit des débits à pulser selon que le local présente des risques d’odeurs ou est considéré comme un local « sale » (selon l’arrêté royal relatif à l’hygiène générale des denrées alimentaires) ou non.

Ils nous ont été communiqués par un fabricant.

Local

 Taux de renouvellement horaire (1/h) Débit (m³/h)

Préparation froide

 3 à 5 –

Légumerie

 5 et 10 (*)  –

Pâtisserie

 15  –

Boucherie

 10  –

Stockage produits secs et boissons

 3  –

Réserve vin

 1  –

Stockage vaisselle

 1  –

Local déchets

 5 à 7  –

Local entretien

 5  –

Self-service : comptoir bain-marie

 – 100

Self-service : par chariot chauffant

 – 50

Restaurant

 6 à 8 –

Cafétéria

 8  –

(*) : Pour les cuisines industrielles, il est demandé un extracteur à 2 vitesses assurant en temps normal un taux de renouvellement de 5 et en cas d’épluchage d’oignons un taux de 10.

Suivant la norme prEN 16282

Zones Débits [m3/h par m2]
Préparation de la viande 25
Préparation du poisson 25
Préparation de la volaille 25
Préparation des légumes 25
Réserve sèche 6
Réserve à pain 6
Réserve non-alimentaire 6
Pièces pour le personnel Voir annexe C3 de la PEB
Vestiaires, WC et douches Voir annexe C3 de la PEB
Local à poubelles 6
Distribution des repas chauds 60
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Rénover partiellement ou complètement l’installation ?

Rénover partiellement ou complètement l'installation ?

Avant tout définir ses objectifs

Diminuer les consommations On cherche d’une part à diminuer la puissance installée tout en garantissant un éclairement suffisant. Le choix se portera sur le type d’éclairage et sur le matériel (lampe, luminaire, ballast) ayant la meilleure efficacité énergétique. D’autre part, la fourniture d’éclairage sera adaptée aux besoins réels en fonction de l’occupation et de l’apport en éclairage naturel.
Diminuer le coût d’entretien Les performances des lampes et luminaires doivent rester valables le plus longtemps possible. Le choix des lampes à longue durée de vie est une chose mais il faut que le luminaire garantisse les performances dans le temps (c’est crucial en éclairage extérieur). De plus, un entretien rapide peut être exigé afin de diminuer les coûts importants liés à la main-d’œuvre.
Améliorer le confort et la sécurité des occupants Le confort traduit la sensation de bien-être et donne à un aménagement son aspect convivial ou purement fonctionnel. Le choix et l’implantation des luminaires sont les facteurs principaux qui agissent sur le confort visuel ; mais il ne faut pas écarter la couleur de la lumière émise, le niveau d’éclairement et la couleur des parois.

Si l’objectif de la rénovation est l’amélioration d’un confort lumineux, il est possible que les consommations électriques ne diminuent pas suite à la rénovation.

La puissance installée peut rester sensiblement identique mais la meilleure efficacité des lampes ou des luminaires et un emplacement plus adéquat de ces derniers permettra d’atteindre le niveau d’éclairement recommandé et d’éliminer les problèmes de réflexions, d’ombres ou d’éblouissement.

En fonction du type de local, les choix technologiques liés à la rénovation seront guidés par les priorités suivantes :

Se donner les moyens : rénovation complète ou rénovation partielle ?

Le choix entre ces deux modes de rénovation résulte d’un compromis entre le coût d’investissement, l’économie escomptée et l’amélioration du confort.

Rénovation partielle : remplacer les organes énergivores

Il s’agit de remplacer les éléments peu performants : soit les lampes, soit les ballasts, soit les optiques sans trop « toucher » à l’installation existante. En d’autres termes, tant que l’on ne démonte pas les luminaires, leurs câbles d’alimentation, leur commande/gestion, la rénovation peut être considérée comme partielle.

En ce qui concerne le remplacement des lampes, ce mode de rénovation est peu onéreux et rapide. Cependant, il n’est pas forcément le plus rentable. Il ne permet pas de prendre en compte tous les critères d’un éclairage de qualité (consommation minimum et confort maximum). De plus, pour certaines sources lumineuses comme les LED, la photométrie de la lampe n’est pas nécessairement adaptée au luminaire.  Par exemple, le remplacement d’un tube fluorescent par un tube LED, indépendamment d’une efficacité lumineuse controversée, ne garantit aucunement la même distribution du flux lumineux que l’ancien luminaire. C’est sans compter que le tube LED risque aussi de rendre les ailettes de défilement inefficaces et, par conséquent, de générer un éblouissement non négligeable. Enfin, actuellement, le placement d’un tube LED dans un luminaire existant (originalement prévu pour lampe fluorescente) a comme conséquence que les marquages ENEC  et CE ne sont plus valables.

Donc attention et prudence ! A prendre au cas par cas.

Une installation d’éclairage professionnelle nécessite une solution professionnelle.

Le remplacement des ballasts, des optiques, …, n’est pas nécessairement un gage de « success story » ; du moins pour les rénovations dans des bâtiments de faible taille. Cette opération demande souvent une main d’œuvre non négligeable qui annihile la rentabilité escomptée.

Pour les bâtiments de grande taille où les installations d’éclairage sont proches ou semblables, le « relighting » peut être envisagé. Il est impératif de s’adresser à des bureaux d’étude spécialisés ou directement à des fabricants capables de proposer une solution sur mesure.

Par exemple, un fabricant pourra proposer de remplacer des luminaires à tube fluorescent d’ancienne génération par une platine entièrement équipée :

  • du tube type T5 ;
  • du ballast électronique « dimmable » ou pas ;
  • du pré câblage.

Seule la connexion en la platine et l’alimentation dans le luminaire est à réaliser ; donc peu de main d’œuvre nécessaire.

Remarque : en éclairage extérieur, remplacer seulement une partie des luminaires (lampe, optique ou ballast) s’applique très peu.  En effet, les réflecteurs des luminaires extérieurs sont généralement conçus pour une position bien précise du brûleur de la lampe. Un changement de lampe peut donc réduire le rendement du luminaire. De plus, les anciennes installations ne présentent plus nécessairement les qualités requises en matière de sécurité électrique, d’étanchéité et de rendement.

Rénovation complète

Le remplacement complet des luminaires est plus onéreux, mais conduit généralement à une plus grande économie d’énergie. Il permet d’élargir la sélection des appareils et de réaliser des choix mieux adaptés aux besoins.
Des contraintes subsistent toutefois :

  • Si on modifie le faux plafond, tout est permis ou presque.
  • Si on ne peut modifier le plafond, le nombre de luminaires, leur dimension et leur forme sont souvent figés figés (éventuellement une « carrosserie » adaptée sur mesure à prévoir en fonction des ouvertures existantes).
  • Si on peut modifier le réseau électrique, l’insertion de commandes/gestions supplémentaires permet de prendre en compte des besoins locaux différents.
    Note : Il existe des systèmes de gestion qui ne nécessitent pas de câblage supplémentaire  (gestion par luminaire, interrupteurs infra-rouge…).

Concevoir

 Pour savoir comment concevoir un nouveau projet d’éclairage.

Calculs

 Divers programmes de calcul permettent une comparaison économique sommaire des différentes possibilités de rénovation.

Découvrez ces exemples de « relighting » : les cours de tennis du tennis club de Waterloo, la rénovation de l’ILV, le bâtiment principal du CSTC à Limelette et deux locaux (bureaux) au CSTC.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Réparer la protection de l’étanchéité

Réparer la protection de l'étanchéité

Comment réparer les protections légères ?

Les protections légères sont fixées directement sur la membrane d’étanchéité, ce sont :

  • soit une couche de paillettes d’ardoise,
  • soit une couche de peinture,
  • soit une feuille métallique.

Elles peuvent avoir été usées ou altérées.

Évaluer

 Pour évaluer l’état de la protection légère.

Il est essentiel que cette protection reste en bon état pour éviter une dégradation de la membrane elle-même.

Le tableau ci-dessous indique en fonction du type de protection, les réparations possibles.

Type de protection

Réparations possibles
Paillettes d’ardoise Petites surfaces abîmées : collage de nouvelles paillettes
Grandes surfaces abîmées : brossage des paillettes non adhérentes et application d’une couche de peinture anti-UV compatible avec la membrane.
Peinture Nouvelle couche de peinture
Feuille métallique Petites surfaces abîmées : collage de rustines en membrane surfacée métallique
Grandes surfaces abîmées : enlèvement des parties mal fixées et application d’une couche de peinture anti-UV compatible avec la membrane.

Comment réparer les protections lourdes ?

Comme les protections légères, les protections lourdes protègent la couverture des rayons UV. En outre, par sa masse, elle assure la résistance au vent de celle-ci et la protège des agressions mécaniques.

Ce sont :

  • soit du gravier,
  • soit des dalles sur plots,
  • soit des dalles complexes isolantes,
  • soit des chapes en béton ou en mortier recouvertes ou non de dalles,
  • soit de l’asphalte coulé.

Il est donc essentiel que la protection lourde couvre toute la surface à protéger. Elle doit également rester propre pour éviter le développement en son sein d’organismes nuisibles pour la toiture elle-même ou l’environnement. En outre, elle ne peut en se dégradant, devenir elle-même une menace de blessure pour les membranes (dalles ou chapes cassées)

Évaluer

 Pour évaluer l’état de la protection lourde en gravier.

Le tableau ci-dessous indique en fonction du type de protection, les réparations possibles.

Type de protection

Réparations possibles
Gravier Remise en place, nettoyage, enlèvement des végétations.
Dalles sur plots Remplacement des dalles ou des plots cassés, nettoyage sous les dalles, réglage des niveaux.
Dalles drainantes Remplacement des parties cassées ou manquantes.
Dalles complexes isolantes Remplacement des parties cassées ou manquantes.
Chape avec ou sans dallage Ragréage des joints et parties abîmées.
Asphalte coulé Ragréage des joints et parties abîmées.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Organiser le recyclage de l’air

Organiser le recyclage de l'air

Organisation du recyclage de l’air

Le recyclage de l’air extrait du bâtiment par mélange dosé avec l’air neuf est énergétiquement très intéressant. En amélioration, il faut toutefois voir si techniquement c’est possible sachant que dans les bâtiments anciens l’extraction ne se trouve pas nécessairement à proximité immédiate de la pulsion. En effet, le recyclage de l’air n’est possible qu’avec un système double flux.

Imaginons une installation fonctionnant en « tout air neuf ».

Le coût d’une installation en « tout air neuf » est très élevé puisque le chauffage est assuré, en plein hiver, par de l’air extérieur qu’il faut réchauffer à grands frais.

Exemple.

pour apporter 1,5 kW de chaleur au local, un apport de 3,5 kW est demandé au caisson de traitement d’air : 2 kW pour porter l’air de 6° à 22°C, puis 1,5 kW pour l’amener à 40°C.

La température de 6°C correspond à la température moyenne de l’air extérieur.

Avantages

Le recyclage de l’air permet de réduire les débits d’air neuf et donc un groupe de ventilation plus petit peut être utilisé.

Par rapport aux systèmes de récupération d’énergie, le recyclage partiel de l’air extrait est très performant puisqu’il permet de valoriser aussi bien l’énergie sensible que l’énergie latente (chaleur et humidité).

Dans cette technique, il est toujours possible de moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants du ou des locaux. Par exemple, une sonde CO2 placée dans le conduit d’air extrait peut moduler l’ouverture du registre d’air neuf. D’où une fameuse économie !

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 permet de valoriser le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur.

Inconvénients

Technologiquement parlant, cette solution n’est possible que si les conduits de reprise sont très proches des conduits de pulsion d’air. À défaut, c’est vers des récupérateurs à plaques reliés par un circuit d’eau glycolée qu’il faut s’orienter.

De plus, cette solution présente l’inconvénient de mélanger et redistribuer de l’air extrait de locaux différents… Pour des raisons hygiéniques, elle sera exclue en milieu hospitalier par exemple. Dans les immeubles de bureaux, certains disent que le recyclage est à l’origine du « sick building syndrom », c.-à-d., en bref, de la propagation du rhume de la secrétaire à l’ensemble du personnel !

Ce qui est certain, c’est que si une telle installation est choisie, elle devra faire l’objet d’un entretien régulier et d’une attention toute particulière au niveau du système d’humidification et de filtration.

Finalement, un ventilateur supplémentaires (et donc des filtres et des silencieux) est généralement nécessaire !

Régulation

La régulation du taux d’air neuf est énergétiquement très importante. La régulation devra permettre de stopper l’arrivée d’air frais durant la période de remise en température du bâtiment, avant l’arrivée des occupants, de travailler en tout air neuf lorsque la température extérieure permet un rafraîchissement de l’ambiance, …
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la pompe à chaleur

Amélioration du fonctionnement

Il semble que ce soit par l’optimisation du dégivrage que l’on puisse améliorer le plus sensiblement la performance de la PAC.

Si autrefois, les dégivrages étaient essentiellement commandés par une horloge, aujourd’hui différentes techniques existent pour ne procéder à la phase de dégivrage que lorsque c’est réellement nécessaire.

Concevoir

 Pour parcourir ce qui peut être mis en place pour les évaporateurs des armoires frigorifiques, confrontés à un problème similaire.

Améliorations et développements dans le domaine des composants

La technique des microprocesseurs permet d’améliorer les coefficients des performances et offre une plus grande sécurité de fonctionnement : suppression des perturbations dues aux tubes capillaires, senseurs et régulateurs plus rapides pour surveiller aussi bien le côté température que le côté pression.

Les vannes de détente électroniques améliorent également les coefficients de puissance grâce à une meilleure surveillance des valeurs d’état permettant une diminution des possibilités de surchauffe et une meilleure utilisation de la surface de l’évaporateur.

Concevoir

 Pour connaître les avantages du détendeur électronique par rapport au traditionnel détendeur thermostatique et parcourez le chapitre sur le choix de la régulation.

À l’avenir, le compresseur rotatif – en particulier le compresseur Scroll dans les petites puissances – remplacera progressivement le compresseur à piston (pourtant plus avantageux du point de vue prix), longuement et dûment éprouvé, mais techniquement dépassé. Les compresseurs autorisent une régulation continue de la vitesse, ce qui devrait optimaliser le besoin en énergie, bien que de nombreuses questions restent en suspens (fonctionnement du cycle lors des variations de débit, retour d’huile, influence du variateur de vitesse sur le réseau).

Concevoir

 Pour connaître les évolutions en matière de compresseur.

Avec de nouveaux fluides, mélanges azéotropes de 2 composants, on obtiendra de meilleurs coefficients de performance. Des mélanges azéotropes sont des mélanges de liquides ayant la même composition tant dans leur phase liquide que dans leur phase gazeuse, rendant la séparation par distillation impossible. Autrement dit, tous les composants du mélange évoluent et changent de phase de la même façon lors des variations de température et l’on dispose à tout moment d’un fluide homogène.

Améliorer

 Pour connaître les évolutions en matière de fluide frigorigène.
Picto ascenseur
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la performance énergétique des ascenseurs

Picto ascenseur   

Diminuer la consommation de la motorisation

1. Généralités

Le parc machine au niveau du secteur tertiaire comporte, en grande majorité, des ascenseurs à traction à câble. Quelquefois, pour des faibles courses et des charges importantes, on trouve des ascenseurs hydrauliques.

Une partie importante de la consommation et de l’appel de puissance des ascenseurs est due à la motorisation. On retrouve essentiellement des motorisations :

  • hydrauliques (moteur asynchrone à démarrage étoile-triangle),
  • à moteur-treuil à vis sans fin (moteur asynchrone à deux vitesses),
  • « gearless » (moteur synchrone sans réducteur et commandé par un variateur de vitesse par exemple),
  • …

Le tableau suivant donne une idée des consommations et des appels de puissance en fonction des courants nominaux et de démarrage :

Type de motorisation Courant nominal Courant de démarrage
– à traction à deux vitesses In 2,5 à 3,5 In
– hydraulique classique 3 In 6 à 18 In
– à traction avec variateur de fréquence 0,8 In 1,6 In

Sur base de ce tableau, on peut déjà se faire une première idée des appels de puissance au démarrage et en régime normal ainsi que les énergies consommées.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’évaluation des consommations et des appels de puissance de la motorisation.

2. La motorisation hydraulique

Origine des consommations et de l’appel de puissance

La motorisation hydraulique classique est très gourmande en énergie et en appel de puissance; ce qui signifie que la facture est malmenée non seulement au niveau énergie (kWh) mais aussi au niveau de la pointe quart-horaire. Ceci n’est pas nécessairement dû au type de motorisation mais plutôt au fait que l’ascenseur hydraulique est sans contre-poids et, par conséquent, le moteur de la pompe doit vaincre la charge totale de la cabine.

Démarrage étoile-triangle

La motorisation hydraulique est souvent démarrée par un dispositif étoile-triangle qui permet de réduire par 3 le courant de démarrage et, par conséquent, l’appel de puissance par 3. L’ennui, c’est que le couple de démarrage est divisé par 3 (le dimensionnement du moteur prend toute son importance).

Le démarrage étoile-triangle n’a d’utilité que pour limiter les appels de puissances au démarrage en réduisant les perturbations sur le réseau électrique. Le couple de démarrage étant réduit, le moteur mettra plus de temps pour démarrer; ce qui signifie que la consommation électrique n’est pas réduite de manière probante (l’appel de puissance réduit au démarrage se prolongeant pendant un temps plus long, le produit de la puissance par le temps reste plus ou moins constant).

Couplage étoile, schéma de câblage et couplage triangle.

Kit de démarrage à semi-conducteur

Une manière de réduire le courant de démarrage de la motorisation des ascenseurs hydrauliques est de remplacer le démarreur direct ou étoile-triangle classique par un démarreur à semi-conducteur. Certains fabricants prévoient des kits de remplacement au niveau du tableau de commande de puissance. Ce type de démarreur est un variateur de vitesse simplifié.

Kit de démarrage par variateur de vitesse.

Économies d’énergie

Des courbes de démarrage de moteur asynchrone de motorisation hydraulique n’ont pu être trouvées pour mettre en évidence l’intérêt du placement d’un variateur de fréquence. Cependant, des courbes présentées ci-dessous :

  • La courbe du courant de démarrage direct de la motorisation hydraulique est bien une courbe mesurée.

 

  • La courbe du courant de démarrage par variateur de fréquence est déduite de la courbe de puissance mécanique pour une pompe hydraulique. Cette puissance est une fonction de la vitesse au cube. Comme le variateur de fréquence est capable de « coller » à la puissance demandée par la pompe hydraulique, le profil de la courbe de puissance électrique demandée par le système est, au rendement près, similaire. A tension du réseau constante (400 V par exemple), la courbe du courant « suit » celle de la puissance.

Les courbes de démarrages ci-dessus montrent que l’appel de puissance du moteur hydraulique est énorme par rapport à celui d’une motorisation hydraulique à variateur de fréquence.

À titre de comparaison, une estimation des économies d’énergie faites par le placement d’un variateur de vitesse pour la commande d’une motorisation à vis sans fin équipée d’un moteur asynchrone, met en évidence une économie de l’ordre maximum de 30 %. En d’autres termes, le placement d’un variateur de fréquence commandant une motorisation hydraulique, permettrait de réduire davantage les appels de puissance et les consommations.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’estimation des économies d’énergie faites par le placement d’un variateur de vitesse pour la commande d’un moteur asynchrone à deux vitesses.

3. La motorisation à traction à câble à courant continu

Le groupe Ward-Léonard

Il existe encore de vieilles motorisations à courant continu absolument dépassées au niveau de la performance énergétique. Ce sont notamment les groupes Ward-Léonard qui ont connu un franc succès au début de l’ère des variateurs de vitesse pour moteur à courant continu.

Seulement, le gros inconvénient de ce système est :

  • sa consommation d’énergie supérieure due au fonctionnement à vide du moteur asynchrone et de la génératrice à courant continu qui continue de fonctionner même lorsque la cabine n’effectue pas de trajet,
  • sa complexité (moteur asynchrone, génératrice à courant continu, moteur à courant continu, treuil),
  • son encombrement,
  • la nécessité d’un entretien important,
  • …

Remplacement du groupe Ward-Léonard par un variateur de vitesse statique

Pour éviter tous les inconvénients cités ci-dessus, on le remplacera avantageusement, tout en conservant le moteur à courant continu, par un démarreur et variateur de vitesse statique (redresseur à niveau de tension variable).

Conservation du moteur à courant continu et variateur de vitesse avec inversion du sens de rotation.

Pratiquement :

  • L’inducteur du moteur dc est généralement alimenté par un redresseur monophasé ou triphasé.

Économie d’énergie

Le remplacement de tout le système de variation de la tension continue (moteur asynchrone d’entraînement et génératrice à courant continu) permet de réduire les consommations car le système moteur synchrone – génératrice à courant continu est supprimé et, par conséquent, il n’y a plus de pertes énergétiques à vide lorsque la cabine n’effectue pas de trajet.

Primaire.

Variateur de vitesse.

Secondaire.

Moteur.

4. La motorisation à traction à deux vitesses et les variateurs de vitesse

Moteur-treuil à vis sans fin

La motorisation à deux vitesses, équipée d’un réducteur à vis sans fin, est la configuration la plus classique des bâtiments tertiaires construits dans les années 1960-80. Le moteur asynchrone à deux vitesses qui équipe cette motorisation permettait d’obtenir un grand confort de course de cabine pour l’époque.
Les consommations énergétiques de ces systèmes sont importantes par le fait que :

  • le rendement du réducteur à vis sans fin est de l’ordre de 65 %;
  • l’optimisation des courants de démarrage n’est pas adéquate puisque directe.

Commande du moteur-treuil à vis sans fin adaptée à un variateur de vitesse

La commande et la régulation du moteur asynchrone à deux vitesses peut être modernisée par la mise en place d’un variateur de vitesse sur les connections des enroulements statoriques de la seconde vitesse (vitesse nominale).

  

Démarreur à deux vitesses et variateur de vitesse.

Le variateur de vitesse travaille en variateur de fréquence et de tension, et commande la vitesse du moteur en fonctionnement U/f (scalaire) par exemple pour maintenir un couple constant en fonction de la vitesse comme le montre la figure suivante :


Démarrage à couple constant par variateur de fréquence.

Ce couple constant en fonction de la vitesse convient bien au fonctionnement des ascenseurs à traction.

Économie d’énergie et réduction de l’appel de puissance

Une estimation des économies d’énergie faites par le placement d’un variateur de vitesse pour la commande d’une motorisation à vis sans fin équipée d’un moteur asynchrone, met en évidence une économie de l’ordre maximum de 30 %.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’estimation des économies d’énergie faites par le placement d’un variateur de vitesse pour la commande d’un moteur asynchrone à deux vitesses.

4. La motorisation à traction à deux vitesses et les variateurs de vitesse

Moteur-treuil à vis sans fin à deux vitesses remplacé par un système « gearless »

Le moteur-treuil à vis sans fin à un rendement global de l’ordre de 55 %. On peut améliorer l’installation en remplaçant ce moteur par un moteur « gearless » (sans réducteur). Indépendamment du gain de place, cette opération améliore non seulement le rendement mais aussi la consommation et les appels de puissance.

 

Moteur-treuil à vis sans fin et moteur « Gearless ».

Le passage d’un système à l’autre améliore le rendement global de l’installation de 55 à 77 %; soit une amélioration de 22 %.

Économie d’énergie et réduction de l’appel de puissance

Une analyse comparative de la consommation effectuée par le CADDET (Centre for the Analysis and Dissémination of Demonstrated Energy Technologies) a permis de mettre en évidence des différences importantes au niveau du bilan énergétique annuel.
Le tableau suivant résume cette analyse (à noter que la traction classique est un moteur-treuil à vis sans fin à deux vitesses) :

Type de motorisation
Paramètres Traction classique Gearless
Vitesse de déplacement de la cabine [m/s] 1 1
Charge de l’ascenseur [kg] 630 630
Puissance du moteur électrique [kW] 5,5 3,3
Calibre de la protection moteur [A] 35 16
Quantité d’huile nécessaire [litres] 3,5 –
poids de la motorisation [kg] 430 230
Niveau acoustique [dB] 65-75 50-55
Nombre de courses pour 3 mois 27 444
Consommation électrique pour 3 mois [kWh/3 mois] 958 447
L’économie d’énergie est importante (de l’ordre de 53 %)

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’estimation des économies d’énergie faites par le placement d’un variateur de vitesse pour la commande d’un moteur asynchrone à deux vitesses.

Réduire la consommation de l’éclairage et des auxiliaires

L’éclairage

Dès l’instant où l’éclairage, par mesure de sécurité, reste en permanence allumé, que ce soit la nuit ou le week-end, lorsque le bâtiment est inoccupé, une consommation électrique non négligeable s’installe et peut devenir dominante dans le cas où la motorisation a subi un « lifting » (c’est le cas de le dire !) par le placement d’un variateur de fréquence pour commander la motorisation par exemple, ou que l’usage de l’ascenseur est faible (immeuble d’appartements, par exemple).

Une étude réalisée en Suisse a montré que des économies substantielles pouvaient être réalisées en considérant que l’éclairage pouvait être coupé lorsque la cabine n’effectuait pas de course.

Voici les résultats :

Dans ce cas, on voit que la consommation totale d’électricité est réduite de 42 %.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’estimation des économies  d’énergie faites par la gestion de l’éclairage de la cabine d’ascenseur.

Les auxiliaires

On entend par auxiliaires, les équipements de cabine (moteur de porte, ventilation éventuelle, …) mais surtout les équipements de salle des machines (ventilateurs d’armoire de commande, de moteurs, de variateur de vitesse, …, et les consommations propres à la commande et à la régulation de l’installation).

Ces consommations sont difficilement maîtrisables et dépendent surtout du trafic.

Ambiances froides
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le confort thermique des ambiances froides

Ambiances froides

Fermer les ouvertures des meubles ouverts

Cela paraît tellement évident !

Le seul « hic » c’est que pratiquement une grosse majorité des commerçants et fabricants ont une démarche inverse, à savoir plus les ouvertures sont grandes, plus les produits sont accessibles aux consommateurs (question de marketing de vente dit-on !). Le confort naturellement s’en ressent vu que les échanges thermiques s’effectuent dans les deux sens :

  • par induction et convection, le rideau d’air échangé « rejette » une partie du froid créé à l’intérieur du meuble. Ce qui signifie que la température de l’air à proximité des meubles ouverts descend jusqu’à des valeurs de l’ordre de 16°C à 1,5 m du sol et bien moins à hauteur du sol si le rideau d’air est perturbé et se déforme au point que la bouche de reprise ne puisse assurer son rôle de récupération du flux du rideau d’air;

 

  • par rayonnement des parois froides intérieures au meuble et le corps humain.

Les meubles verticaux ouverts

Ce sont principalement ces meubles qui sont responsables de tous les problèmes que rencontrent les commerces alimentaires. Problèmes :

  • d’apports thermiques externes (l’ambiance du magasin interagit avec le meuble principalement par son ouverture. Le bilan énergétique pour maintenir les températures adéquates des denrées devient catastrophique tant au niveau environnemental que financier;

 

  • de confort vu l’importance des surfaces d’échange mises en jeu tant au niveau de l’induction que du rayonnement.

La surface d’exposition du meuble représente bien la surface d’échange :

  • du rideau d’air par induction;

 

  • vue par les clients au niveau du rayonnement.

Chauffer les allées froides

Après ce qui vient d’être dit plus haut, difficile à croire que la seule issue possible à l’inconfort des « allées froides » est leur chauffage.

Pourtant, on observe dans les commerces de grandes surfaces que les techniciens tentent de trouver des solutions pour réduire l’inconfort en chauffant l’air ambiant surtout en période chaude, ce qui est un paradoxe !

Si vous êtes convaincu que vous allez  perdre votre clientèle en fermant les ouvertures des meubles ouverts, alors tenter de placer un chauffage qui puisse vous garantir un confort relatif tout en limitant les dégâts énergétiques.

L’idée de beaucoup de spécialistes qui « planchent » sur le sujet est de tenter de récupérer la chaleur rejetée par les condenseurs des machines frigorifiques plutôt que de la répandre à l’extérieur.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur la récupération de chaleur.

Dans les démarches, on retrouve principalement la mise en place de chauffage :

  • de l’air de haut en bas vers les allées froides par des aérothermes ou par des bouches de pulsion de centrale de traitement d’air. Sans entrer dans les détails, ce type de chauffage apporte un confort relatif tout en augmentant :
    • les apports externes par le mélange de l’air chaud avec le rideau d’air des meubles;
    • les consommations des ventilateurs soufflant l’air vers le bas, surtout dans les espaces de vente de grande hauteur;
    • les consommations des machines frigorifiques puisque, dans le cas où on récupère la chaleur fournie par le condenseur, la température de condensation doit être de l’ordre de 50-70°C; ce qui dégrade la performance (COPfroid) du compresseur;

  • de l’air de bas en haut, ou du pied des meubles vers les allées froides comme le montre le schéma ci-dessous. Ce type de chauffage « devrait donner » intuitivement un meilleur résultat énergétique sachant que naturellement l’air chaud monte. Il est juste nécessaire de le mettre en mouvement sans trop de consommation du ventilateur et que la température peut être plus faible et donc contribuer à réduire les températures de condensation en cas de récupération de la chaleur du condenseur;

  • du sol par la récupération de la chaleur des condenseurs des machines frigorifiques. Ce système « pourrait avoir » des avantages :
    • en terme de confort, le chauffage au sol devrait apporter un plus par radiation;
    • en terme énergétique, puisque la température de condensation serait de l’ordre de 30 à 45°C et donc favorable au maintien de consommation électrique acceptable au niveau du compresseur.

Attention que l’on a très peu de recul par rapport au confort et à l’énergie mise en jeu au niveau de ces systèmes. Une valeur de puissance spécifique de plancher chauffant que l’on rencontre régulièrement est de l’ordre de 100 [W/m²]; ce qui reste relativement faible par rapport à d’autres systèmes de chauffage.

Si vous avez expérimenté ce genre de système, Énergie+ vous serait mille fois reconnaissant de nous faire part de votre expérience.

Cas particulier des ateliers

Dans les ateliers de boucherie, traiteur, …, les durées de travail peuvent être importantes. Il est dès lors nécessaire de pallier au manque de confort qui règne dans ces zones (des températures de maximum 12°C sont exigées pour garantir le maintien de la chaine de froid) par l’adaptation :

  • de l’habillement du personnel;
  • des vitesses d’air des systèmes de climatisation basse température.

Adaptation de l’habillement du personnel et des temps de pose

La récupération d’un certain confort de travail dans ce type d’ambiance passe naturellement par la mise à disposition de vêtements de travail adéquats afin d’éviter les premiers symptômes de refroidissement du corps.

L’indice d’isolation vestimentaire IREQ (Required Clothing Insulation Index) permet de choisir des vêtements adaptés au froid en assurant au corps un bon équilibre thermique. Il est admis que cet indice doit être satisfait lorsque la température est inférieure à 10°C. Un IREQ couramment rencontré est 2,6.

Aussi, l’évaluation de la « température cutanée du dos de la main » permet d’établir un seuil en dessous duquel la dextérité des mains se réduit; c’est le cas en dessous de 24°C. Dès cet instant, il est nécessaire d’adapter son temps de travail exposé et de choisir un type de gant adapté à la tâche.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur la récupération de chaleur.

Adaptation de la vitesse d’air des systèmes de climatisation à basse température

On admet couramment que la vitesse de déplacement de l’air ne puisse dépasser 0,2 m/s pour ne pas rendre le travail en milieu froid plus pénible encore.
L’utilisation des gaines textiles ou « manchons textiles » est un moyen intéressant d’allier basse température d’air avec vitesse d’air faible.

Manchon textile (source Prodeus).

(+)

  • L’homogénéité de la diffusion sur tout le réseau de gaines textiles apporte un confort thermique indéniable et permet d’éviter :
    • les courants d’air (vitesse de déplacement de l’air faible < 0,2 m/s);
    • les poches d’air froid ou d’air chaud caractéristique des installations offrant un piètre mélange de l’air diffusé avec l’air ambiant de par une mauvaise circulation d’air;
    • les risques de zones mortes existants sur les systèmes classiques.
  • la facilité d’installation dans une zone existante;
  • la facilité d’entretien (hygiène accrue);
  • …

(-)

  • leur coût d’achat plus élevé;

Le degré de confort et de l’uniformité est essentiellement fonction :

  • de la vitesse de diffusion ou le débit surfacique [m³/m² de tissu / heure];
  • et le T (différence de température entre la température ambiante et la température de soufflage).

Plus le T est élevé, plus il faudra assurer un débit surfacique faible.

À titre d’exemple, pour un  T de 4 °C, une vitesse de diffusion maximale de 0,1 m/s donnera des résultats satisfaisants.

De plus, lorsque la hauteur du local augmente, le T augmente aussi. Il faudra donc être vigilant sur le dimensionnement des gaines textiles, afin d’obtenir un débit surfacique aussi bas que possible.

Le site XPAIR ouverture d'une nouvelle fenêtre ! (http://www.xpair.com) explique plus en détail ce type de système de diffusion d’air à basse vitesse.

Distribution d'air
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le réseau de distribution d’air

Distribution d'air

Suppression des fuites

L’étanchéité des réseaux de ventilation existants est réputée comme étant très mauvaise. Il est cependant très difficile de procéder à l’étanchéification (bandes adhésives, mastic, …) de tout un réseau, même si celui-ci est apparent. Tout au plus peut-on remédier aux plus grosses fuites.

   

La solution est le remplacement complet des conduits de distribution rectangulaire par des conduits circulaires à double joint aux raccords.

Étanchéité des conduits de ventilation dans le bâtiment PROBE du CSTC  :

1.

Situation initiale (conduits rectangulaires).

2 à 5.

Étanchéifications successives par bandes adhésives.

6.

Remplacement des conduits rectangulaires par des conduits circulaires à double joints aux raccords.

Équilibrage de l’installation

Tout enfant trouve plaisir à boucher de son doigt un jet d’une fontaine : la pression monte dans le réseau et tous les autres jets sont augmentés !

Il en est de même pour Josiane, la secrétaire, qui prétextant « un horrible courant d’air », a scotché sa grille de ventilation, doublant ainsi le débit chez sa voisine !

Équilibrer une installation, c’est assurer dans chaque local le débit d’air nécessaire. Ni plus, ni moins. Par souci de confort et d’économie d’énergie.

Cette opération est normalement effectuée par l’installateur avant la réception des travaux, pour ajuster les débits aux valeurs prévues par le bureau d’études. Mais une mise au point ultérieure par le gestionnaire est parfois nécessaire en fonction de l’occupation effective du bâtiment.

L’équilibrage est réalisé dans les conditions normales de fonctionnement, soit

  • Avec portes intérieures fermées, sauf si l’usage courant les destine à rester ouvertes,
  • avec portes et fenêtres extérieures fermées,
  • avec l’extraction en fonctionnement dans le cas d’un système double flux.

Il est grandement favorisé par l’existence d’organes de réglage des débits aux bouches et en tête des branches. À défaut, des diaphragmes de réglage peuvent être insérés dans les conduits, mais leur utilisation est moins souple.

Deux principes dirigent le travail :

  1. Tous les débits d’une distribution restent proportionnels entre eux lorsque le débit en tête varie. Autrement dit, si une bouche est réglée pour diffuser un débit double de sa voisine, ce rapport restera quel que soit le débit qui les alimentera.Ce principe va entraîner le réglage proportionnel de toutes les bouches d’une branche, puis toutes les branches entre elles, sans se soucier du débit effectif. En fin de travail seulement, le débit total souhaité sera réglé au ventilateur… et donc automatiquement à toutes les bouches.
  2. Après équilibrage de l’ensemble, la consommation d’électricité est la plus faible :
    • Si au moins un organe de réglage de bouche est totalement ouvert (c’est la bouche la plus défavorisée),
    • si au moins un organe de réglage de branche est totalement ouvert (c’est la branche la plus défavorisée),
    • et si le registre du ventilateur est ouvert totalement (à partir du moment où le ventilateur a été correctement dimensionné).

Un exemple vaut mieux qu’un long discours :

Calculs

 Un programme de simulation de l’équilibrage d’un réseau aéraulique vous permet de tester la méthode, en vous amusant !

Objectif ? En agissant sur les ouvertures de vannes, il faut obtenir les débits souhaités en adaptant les débits réels.

Suggestion :
Imprimer préalablement le mode d’emploi ci-dessous pour l’avoir à côté de soi lors de l’utilisation du programme.

Mode d’emploi de l’équilibrage

  1. Commencer par ouvrir tous les organes d’équilibrage du réseau (bouches, têtes des branches, registre du ventilateur). Sur le terrain, il faudra maintenir le registre du ventilateur à une position proche de la fermeture pour ne pas dépasser la limite de charge du ventilateur (à contrôler par la mesure du courant absorbé par le moteur). Dans les réseaux à débit variable, placer les points de consigne des régulateurs de débit à leur valeur maximale.
  2. Réaliser un premier ajustement des débits (régler approximativement le ventilateur pour que son débit soit légèrement supérieur (10 %) à sa valeur nominale, approcher l’équilibrage en tête des branches par un premier réglage grossier). Cette opération permet d’arriver plus facilement au bon résultat sur le terrain. Elle ne doit pas être faite sur le programme de simulation.
  3. Attaquer une branche (de préférence la branche la plus défavorisée) : repérer la bouche la plus défavorisée (voir remarque ci-dessous), mesurer son débit, laisser son réglage ouvert à 100 %, puis régler le débit de toutes les autres bouches de la branche à un débit proportionnel à celui de la bouche la plus défavorisée. Tous les débits obtenus seront incorrects en valeur, mais corrects dans les proportions entre eux.
  4. Procéder de même pour chaque branche.
  5. Régler les registres des têtes de branches de la même manière : les proportions entre branches doivent être correctes, en vous référant à la demande de la branche la plus défavorisée pour laquelle le registre reste ouvert.
  6. Enfin régler le débit du ventilateur à la valeur totale souhaitée. Normalement, si le ventilateur a été correctement dimensionné ou s’il dispose d’un régulateur de débit, le registre du ventilateur devrait rester ouvert à 100 %. Freiner après le ventilateur, c’est appuyer en même temps sur l’accélérateur et le frein d’une voiture…
Exemple pratique.

Dans le programme de simulation, prenons les 2 dernières bouches de la 3ème branche : elles demandent toutes deux 800 m³/h de débit. Or, sans toucher aux autres organes de réglages, l’une donne 416 m³/h et l’autre 219 m³/h. Fermons l’avant-dernière bouche jusqu’à 82,2 % d’ouverture. Cette fois, les 2 dernières bouches donnent 285 m³/h. Ce n’est donc pas le débit demandé, mais le rapport des débits entre eux est correct : l’avant-dernière bouche donne 100 % de la dernière, l’objectif du réglage est atteint. Après avoir réalisé le même travail avec toutes les autres bouches, il suffira d’adapter le débit total pour que tous les débits soient corrects.

Remarques.

  • Toucher au débit d’une bouche, c’est modifier le débit de toutes les bouches ! Le réglage est donc plus facile à faire sur ordinateur que sur le terrain : l’ordinateur calcule en permanence le rapport entre tous les débits. Sur le terrain, il faut travailler à deux, l’un restant à la dernière bouche durant tout le réglage de la branche et communiquant à son collègue l’évolution du débit…

 

  • Le programme de simulation permet de visualiser de façon didactique les étapes d’un équilibrage de réseau. Il n’est pas destiné à prédire le réglage d’un réseau déterminé… On ne peut donc y intégrer les données particulières de son propre bâtiment.

 

  • Ce type de travail est bien adapté aux réseaux pour lesquels la perte de charge des bouches est importante par rapport à la perte de charge des conduits. C’est souvent le cas pour les installations de conditionnement d’air, ce sera sans doute plus difficile dans le cas des réseaux de ventilation.

 

  • A la fin d’un équilibrage, il est utile de consigner par écrit les valeurs réglées : débits des bouches, pressions en amont des registres, tension, intensité et vitesse du ventilateur, température du réseau lors de l’opération,…

 

  • Il existe des bouches auto-régulatrices : dans une plage de pression donnée, le débit est maintenu relativement constant, ce qui facilite fortement l’opération, voire la rend inutile…

 

  • On entend par « bouche la plus défavorisée », celle qui est soumise à la plus faible pression différentielle pour des débits réglés à leur valeur nominale : c’est souvent la bouche la plus éloignée, parce que le trajet le plus long entraîne les pertes de charges les plus élevées. Mais cela peut être parfois l’avant-dernière bouche qui aurait un débit plus élevé et donc également des pertes de charges plus importantes.

Calculs

 Si vous faites partie de ceux qui vont toujours voir les réponses à la fin sans chercher, il est possible de visionner le résultat de l’équilibrage… déjà tout fait par un autre ! Il faut admettre que vous avez déjà lu jusqu’ ici…
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage

Exemple de calcul d'une pompe de recyclage

Circuit primaire avec boucle ouverte et circulateur ou pompe de recyclage pour assurer un débit et une température minimales au retour de la chaudière.

Données de départ

La pompe de recyclage permet d’obtenir un débit minimal dans la chaudière quel que soit le degré d’ouverture des vannes 3 voies.

La chaudière est en permanence maintenue en température (80 .. 90°C) et la température de retour ne peut jamais descendre en dessous de 55°C (qui est environ la température de rosée des fumées).

A la relance matinale, l’ouverture des vannes mélangeuses est en outre limitée pour garantir cette température de retour minimale.

La perte de charge nominale de la chaudière est de 8 kPa et le débit minimal admissible dans celle-ci est de 50 %.

Caractéristiques pression/débit de la pompe de recyclage

Lorsque les vannes 3 voies sont fermées

Le débit de la pompe = 0,5 x débit nominal de la chaudière, donc la perte de charge à vaincre est de :

8 [kPa] x (0,5)² = 2 [kPa] (règles de similitude)

lorsque les vannes 3 voies sont ouvertes en grand

La hauteur manométrique de la pompe doit être supérieure à la perte de charge nominale de la chaudière pour éviter que le débit s’inverse dans le by-pass. On prend une sécurité de 10 % sur le débit minimal qui peut traverser la pompe. On doit vaincre une perte de charge égale à :

8 [kPa] x (1,1)² = 9,7 [kPa]

La pompe choisie doit donc fournir un débit de 0,5 x débit nominal de la chaudière pour une hauteur manométrique de 2 kPa et un débit de 0,1 x débit nominal de la chaudière pour une hauteur manométrique de 9,7 kPa.

Si les pompes des circuits secondaires sont surdimensionnées

Ce calcul devient caduque si les pompes des circuits secondaires sont surdimensionnées. Par exemple, si le débit maximal puisé par les circuits secondaires est supérieur de 50 % au besoin réel (ce qui est fréquent), la perte de charge créée dans la chaudière lors de l’ouverture de toutes les vannes 3 voies est de :

8 [kPa] x (1,5)² = 18 [kPa]

Dans ce cas, si la pompe de recyclage a été choisie suivant les caractéristiques calculées ci-dessus, le débit s’inversera quand même dans le by-pass. Cela créera un point de mélange entre de l’eau froide et de l’eau chaude à la sortie de la chaudière et la consigne de température ne sera jamais atteinte.

Cela montre toute l’importance du calcul de l’ensemble des débits primaires et secondaires d’une installation de chauffage et de la possibilité de disposer d’organes de réglage de ces derniers.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Placer des amenées d’air de ventilation

Placer des amenées d'air de ventilation

Si les châssis doivent être remplacés, on profitera de l’occasion pour placer des grilles de ventilation.

Celles-ci peuvent se trouver :

  • soit, dans la menuiserie même,
  • soit, entre le vitrage et le profilé de menuiserie,
  • soit entre les profilés de menuiserie,
  • soit, entre la menuiserie et la maçonnerie.

Photo grilles châssis - 01.   Photo grilles châssis - 02.   Photo grilles châssis - 03.

Grille verticale intégrée dans la menuiserie, entre le vitrage et la menuiserie et au-dessus du châssis, contre la battée.

Si l’on ne prévoit pas de remplacer les châssis, des grilles de ventilation doivent être placées dans la maçonnerie.

Grilles réglables à insérer dans la maçonnerie.

La maçonnerie est percée, la grille placée en donnant une légère pente vers l’extérieur et enfin on réalise un bon joint d’étanchéité entre maçonnerie et grille.

Il faudra penser à respecter l’Annexe C3 de la PEB. Les bouches d’alimentation d’air de ventilation pour les systèmes de ventilation naturelle ou les systèmes de ventilation mécaniques simple flux par extraction doivent être dotées d’un réglage manuel ou automatique. Elles doivent pouvoir être réglées en suffisamment de positions intermédiaires entre les positions « fermées » et « complètement ouverte ». Ce réglage peut se faire soit en continu, soit via au moins 3 positions intermédiaires.

Les bouches d’évacuation pour systèmes de ventilation naturelle ou système de ventilation mécanique simple flux par insufflation doivent répondre aux mêmes exigences.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Limiter les apports solaires [Fenêtres]

Limiter les apports solaires

Les vitrages

Dans les bâtiments tertiaires avec apports internes élevés, il faut limiter les surfaces vitrées au Sud et surtout à l’Ouest, et prendre la lumière naturelle au Nord (dans la limite des possibilités urbanistiques).

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 un bâtiment domestique, le bilan d’un double vitrage Sud (établi sur la saison de chauffe) est positif : il reçoit plus de chaleur solaire qu’il ne perd de chaleur par transmission. C’est ce bilan qui est à la base de la conception « solaire passive » des habitations : développer des surfaces de captation au Sud va permettre de diminuer la consommation de chauffage.

Mais il y a une limite à ce gain : si la surface vitrée est trop importante, toute l’énergie incidente ne sera plus « utile ». En mi-saison, et parfois même en hiver, le bâtiment sera « saturé » de chaleur et l’apport supplémentaire ne sera pas valorisé. Une serre annexée à l’habitat, dont on voudrait maintenir la température intérieure, est un exemple poussé à l’extrême de cet excès de surface solaire : les pertes de chaleur sont très élevées par temps froid et la température devient rapidement excédentaire en période d’ensoleillement.

Dans les immeubles de bureaux actuels, 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. En fait, la demande de chaleur du bureau est faible, car il est rapidement « saturé » de chaleur par les charges internes. 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 l’immeuble de bureaux prévu est fortement équipé en bureautique, 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.

Ordre de grandeur

Pour fixer un ordre de grandeur, voici un extrait de la future réglementation thermique française 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,

(Σ Sbaies vert x FSbaies vert x Fma) / (Σ Sfaçades)
+ 2 x (Σ Sbaies hor x FSbaies hor) / Σ 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.
  • Fma = 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).
  • Sfaçades et Stoit = surface des façades dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface de toiture.

Isolation

 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 solaire 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, …

    

Brise-soleil, stores enroulables, vitrages réfléchissants.

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.

Gestion des gains solaires 

 Placer des protections solaires.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer les optiques existantes par des optiques performantes

Remplacer les optiques existantes par des optiques performantes

Le principe

Grâce au développement d’optiques à miroir, le rendement lumineux des luminaires est actuellement passé de 40 % à plus de 70 %.

Pour des bâtiments de grande taille et équipé d’un système d’éclairage reproductible, on pourrait conserver les armatures et y incorporer un dispositif comprenant une optique à miroir, des ventelles paraboliques et un ballast électronique. On parle ici de « retrofit ». Le dispositif est préassemblé et il suffit de le raccorder dans le boîtier existant. Cette opération ne demande pas de modification des plafonds, ni de la commande, ni parfois de démontage des luminaires. Elle peut donc se faire rapidement, sans interruption significative des activités. Dans les cas idéaux, un travail de 5 minutes est nécessaire par luminaire.

  

Avant / après …

Économie d’énergie

Le seul remplacement des optiques ne diminue pas les consommations (puissance électrique installée inchangée) mais améliore le confort visuel (suppression de l’éblouissement, …). L’amélioration du rendement des luminaires doit donc être accompagnée de la diminution de la puissance totale des lampes (suppression de lampes, diminution de la puissance des lampes).

Lorsque l’on supprime des lampes dans un luminaire, il faut prévoir un dispositif (morceaux de tôle, panneaux semblables au faux plafond, …) pour refermer l’espace laissé libre par la nouvelle optique plus petite. Cette situation survient également si on diminue la puissance des lampes, puisque les nouvelles lampes auront des dimensions moindres.

L’inconvénient de cette rénovation est le maintien de l’emplacement des luminaires, qui peut ne pas être optimum ou ne plus convenir à une nouvelle occupation des locaux.

Cas particulier : les tubes nus

Lorsque le local est équipé de réglettes nues, il est simplement possible d’obtenir des niveaux d’éclairement corrects en plaçant au dessus des lampes des réflecteurs de type miroir. Ceci est nettement moins onéreux qu’une rénovation complète de l’installation.

Dans tous les cas, le gestionnaire du ou des bâtiments devra faire appel à des professionnels comme un bureau d’étude spécialisé en éclairage ou un constructeur sachant que le remplacement du « cœur » du luminaire sans toucher à la distribution des alimentations ne permet pas de réduire les consommations électriques inhérentes à la mauvaise gestion des luminaires ; on citera principalement le bon zonage et la régulation du flux lumineux en fonction de l’apport d’éclairage naturel dans les locaux avec baies vitrées.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer une climatisation « tout air » à débit variable (VAV)

Recyclage de l’air extrait

Privilégier le recyclage partiel de l’air extrait des locaux

En hiver, on souhaite profiter de l’air extérieur pour alimenter le réseau d’air froid mais 65 % du temps, l’air extérieur est inférieur à 14°C et doit donc être réchauffé avant d’être pulsé dans les locaux. Il serait dommage, alors que l’on veut économiser le groupe frigorifique, de tout reperdre en chauffage…

Pour autant qu’il n’y ait pas de problème d’hygiène et que l’installation puisse être équipée de filtre adéquat, un recyclage partiel de l’air extrait est ici tout indiqué. Ainsi, l’air extrait des locaux (à 24°) sera mélangé à l’air neuf extérieur pour obtenir la température juste souhaitée, sans surcoût énergétique. Par exemple :

50 % d’air extrait à 24°C + 50 % d’air neuf à 8°C = 100 % d’air à 16°C.

Si le recyclage n’est pas souhaité pour des raisons hygiéniques, il est possible de placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait qui transférera la chaleur sans autoriser de contact entre l’air vicié et l’air neuf.

Concevoir

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

Fonctionnement en free cooling

Vérifier la régulation de l’installation et sa valorisation effective de l’air neuf

Une installation VAV est particulièrement bien adaptée pour une utilisation optimale des énergies gratuites par free-cooling

  • En hiver et en mi-saison, de l’air frais extérieur peut alimenter les zones à rafraîchir sans nécessiter l’enclenchement des groupes frigorifiques.

 

  • En été, une ventilation nocturne peut décharger le bâtiment de la chaleur accumulée en journée.

C’est donc le régulateur de température qui va organiser l’ouverture du registre d’air neuf, en comparant la température de l’air repris et de l’air neuf. On réalise parfois la comparaison des enthalpies (= des énergies), ce qui est plus précis puisque ce sont les niveaux d’énergie contenue dans l’air qui sont comparés : température + humidité de l’air.

Il sera très utile de vérifier que c’est bien ainsi que fonctionne l’installation existante : la mise au point fine et la qualité de la maintenance dans ce type d’installation sont déterminantes sur sa consommation finale.

Voici comment devrait se comporter la régulation :

  • 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.

Débit d’air dans les locaux

Vérifier les débits minimum préréglés

Il faut être attentif au débit de limite basse admissible par l’appareil. On sait que le débit minimum est ajusté :

  • soit au débit d’air hygiénique,
  • soit à un débit plus élevé, pour les besoins d’une bonne distribution de l’air dans le local,
  • soit à un débit plus élevé pour les besoins de chauffage du local (si régulation « à une sortie »).

C’est ce dernier critère qui peut être générateur de consommations importantes. Si le chauffage est apporté par une batterie terminale, une régulation simple « à une sortie » consiste à moduler le débit en fonction d’une seule courbe de température :

  • En plein été, le débit est maximal.

 

  • En mi-saison, la température intérieure diminue et le débit d’air diminue également, jusqu’à atteindre le débit minimal (au moins le débit hygiénique).

 

  • En hiver, ce même débit minimum reste pulsé mais c’est la température de l’air qui augmente pour couvrir les besoins de chauffage. On agit alors sur l’ouverture de la vanne de la batterie terminale.

Ce débit minimum doit être le plus faible possible pour limiter la consommation de l’installation. Si les besoins en chauffage des locaux ont été surdimensionnés, par exemple parce qu’on a pas tenu compte des apports internes qui participent au chauffage des locaux, le débit minimum sera trop élevé toute l’année. Par un nouveau réglage, le débit minimum peut être adapté. Lors de la relance du matin de l’installation, l’arrivée d’air neuf sera stoppée et le bâtiment montera en température par recyclage de l’air intérieur.

La régulation du taux d’air neuf

Quelles que soient les conditions de fonctionnement du réseau face aux exigences thermiques, les besoins en air hygiénique doivent être rencontrés. Dans les installations avec « air recyclé », le registre d’air neuf devra en permanence être adapté : si le débit d’air à pulser dans les locaux est faible, la part de l’air neuf sera importante (jusqu’à 100 %). Au contraire, un grand débit pulsé entraîne une faible proportion d’air neuf.

Ce qui corse la régulation, c’est que les ventilateurs travaillent toujours dans des conditions différentes : ainsi, le débit de 100 % d’air neuf est souvent demandé lorsque les ventilateurs tournent à très basse vitesse…

La position des registres n’est pas significative du débit réel. Aussi, une sonde de vitesse d’air sera placée dans le conduit d’air neuf et agira sur les registres d’air neuf et de reprise pour maintenir le minimum hygiénique par mesure directe. De plus, si du free cooling est organisé pour refroidir les locaux, il sera prioritaire et l’apport d’air extérieur sera maximal.

Une régulation basée sur une sonde de qualité d’air ou une sonde CO2, disposée dans la gaine d’air repris, permet également de faciliter la gestion du débit d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants.

Ne pas casser du froid par du chaud

Si la zone centrale demande du froid alors que la zone périphérique souhaite de la chaleur, on utilisera  de l’air extérieur « gratuit » en centrale, préparé pour les besoins de la zone intérieure (à 16°C par exemple), et cet air sera ensuite postchauffé dans les zones périphériques.

En aucun cas, il ne faudrait créer du froid par une machine frigorifique et simultanément alimenter les batteries de chauffe par le réseau de chauffage. C’est d’ailleurs une solution interdite par la réglementation thermique française. A la limite on pourrait imaginer de récupérer la chaleur du condenseur de la machine frigorifique. Mais un tel système serait inadapté ici.

C’est ici que l’existence effective d’une « zone neutre » prend tout son sens.

Pertes de charge

Diminuer les pertes de charge du réseau

Si autrefois les bouches à débit variable exigeaient une pression minimale pour un bon fonctionnement, ce critère n’est plus d’application aujourd’hui. En remplaçant les bouches, on peut donc abaisser les pressions de fonctionnement, limiter le bruit et la consommation.

Régulation par point de rosée

Pour aller plus loin, et tout particulièrement en cas de rénovation importante de l’installation, on consultera les critères de conception de qualité repris ci-dessous :

Concevoir

 Choix d’une installation « tout air » à débit variable.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer la ou les chaudières

Remplacer la ou les chaudières

Surdimensionnement des installations

La plupart des installations existantes de chauffage sont surdimensionnées tant au niveau de la production que de la distribution  et de l’émission. Remplacer l’entièreté ou une partie de la production pour raison de sécurité d’approvisionnement (chaudière(s) en fin de vie) ou pour raison énergétique, environnementale et économique ne peut s’envisager que si une réévaluation de la puissance de production est réalisée. En rénovation, il est aberrant de choisir la puissance de la nouvelle chaudière :

  • en reprenant aveuglément la puissance de la chaudière existante,
  • ou en sommant la puissance des radiateurs existants,
  • ou en appliquant une proportionnelle au volume du bâtiment, du type 60 W/m³.

Ces différentes règles sont pourtant couramment utilisées par les installateurs. Elles conduisent à des surdimensionnements inadmissibles pour des nouvelles installations. En effet :

  • les radiateurs sont presque toujours surdimensionnés,
  • c’est la surface déperditive du bâtiment qui définit les besoins de chaleur, et pas uniquement le volume chauffé,
  • 60 W/m³ est une puissance nettement supérieure à la réalité,
  • par expérience, on a pu constater que les anciennes chaudières sont presque toujours surdimensionnées,
  • les bâtiments anciens ont souvent fait l’objet d’améliorations énergétiques (doubles vitrages, isolation de toiture, …), ce qui diminue leurs besoins par rapport à l’installation d’origine ;
  • les chaudières actuelles ont de nettement meilleurs rendements ;
  • …

Donc, dans le cadre d’une rénovation, la plupart des installateurs ou des bureaux d’études devraient se baser sur les paramètres suivants pour évaluer la puissance de la ou des nouvelles chaudières :

  • Consommations énergétiques annuelles par rapport à la puissance de chauffe installée. En partant du principe que la puissance du brûleur est adaptée à celle de la chaudière, le rapport suivant donne une idée du surdimensionnement de l’installation de chauffage : Consommation annuelle (kWh) / Puissance installée (kW). Une valeur de 1500 heures est une valeur couramment rencontrée ;
  • Une rapide évaluation du niveau de déperdition du bâtiment selon la méthode de calcul issue de la norme NBN EN 12831 : 2003 (Systèmes de chauffage dans les bâtiments : « Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base » (remplace partiellement NBN B 62-003)) ;
  • Le relevé du nombre de radiateurs et l’évaluation de leur puissance peut donner une indication du surdimensionnement en recoupant la puissance obtenue par rapport à la puissance obtenue par le calcul selon la norme NBN EN 12831 : 2003.

Il y a lieu toutefois de relativiser ce surdimensionnement, car les chaudières à condensation modernes ont très peu de pertes à l’arrêt, et surtout disposent d’une très grande plage de modulation, ce qui leur permet de fonctionner à régime variable en fonction de la demande, et ce qui leur confère donc un meilleur rendement que si elles sont amenées à fonctionner sans cesse à pleine charge !

Économie réalisable

Il est difficile, voire impossible de prévoir la fin de la vie d’une chaudière. Mieux vaut programmer son remplacement par souci d’économie d’énergie ou dans le cadre du programme d’investissement lié à la maintenance du bâtiment.

L’intérêt énergétique du remplacement complet d’une chaudière (si elle est seule) ou de l’ensemble des chaudières dépend de la situation de départ et des améliorations que l’on a déjà pu pratiquer.

Pour illustrer cela, reprenons un exemple que l’on peut adapter à sa propre situation grâce aux programmes ci-dessous

Calculs

 sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

 sur base du climat moyen de St Hubert.
Exemple : dans un immeuble de bureaux

> Situation de départ :

  • 2 chaudières de 600 kW de 1978, soit 1 200 kW installés pour un besoin réel maximal de 600 kW
  • fonctionnement en parallèle des chaudières
  • pertes à l’arrêt des chaudières : 2 % (0,5 % vers l’ambiance, 1,5 % par balayage)
  • rendement de combustion : 86,6 %
  • rendement saisonnier de production calculé : 79 %
  • consommation annuelle : 155 000 litres de fuel par an

> Situation projetée :

  • 2 chaudières de 360 kW avec brûleur 2 allures
  • fonctionnement en cascade des chaudières
  • pertes à l’arrêt des chaudières : 0,2 %
  • rendement de combustion : 94 % en 1ère allure et 92 % en deuxième
  • rendement saisonnier de production calculé : 93 %
  • consommation annuelle : 155 000 [litres/an] x 79 [%] / 93 [%] = 132 000 [litres/an]
  • gain énergétique : 23 000 [litres/an] (soit 15 %)
  • gain financier (à 0,8 €/litre en 2012) : 18 400 [€/an]

Si par rapport à la situation de départ, on pratique des améliorations partielles de l’installation, le gain énergétique relatif dû au remplacement de la chaudière elle-même diminue. Voici l’évolution du rendement saisonnier avec les différentes améliorations que l’on peut imaginer :

Évolution du rendement saisonnier de l’installation et gains successifs que l’on peut espérer en améliorant les chaudières existantes et finalement en les remplaçant. On estime que le placement d’un nouveau brûleur supprimera les pertes par balayage et portera le rendement utile de l’installation à 88 %.

Rénovation plus globale

Le remplacement des chaudières est une opération importante. Idéalement, elle doit être l’occasion de repenser l’entièreté de l’installation de production et l’installation de régulation. Par exemple, il n’est pas cohérent de remplacer la chaudière existante par la même chaudière en plus moderne, mais en conservant le même surdimensionnement ou la même régulation sommaire.

Exemple 2

Réagir en situation d’urgence

Dans une école, une chaudière rend l’âme. C’est la panique !

En urgence, un devis est demandé au chauffagiste habituel. Celui-ci, sentant vraisemblablement la bonne affaire, propose une chaudière qui bizarrement est plus puissante que la précédente, alors qu’il est fort à parier que l’ancienne installation était déjà elle-même fortement surdimensionnée.

La régulation n’est évidemment pas modifiée et la nouvelle chaudière sera à nouveau maintenue sur son aquastat sans autre régulation.

Ce genre de situation est courante et montre l’importance d’étudier le remplacement des chaudières avant leur détérioration complète : redimensionnement, révision de la régulation, choix du type de la nouvelle chaudière, …

Ce plan de rénovation étant prêt, on peut répondre rapidement à une situation d’urgence, tout en optimalisant le choix de la nouvelle installation.

Comparer des devis

Un responsable technique demande, à 3 installateurs, un devis pour le remplacement de sa chaudière.

Il reçoit en retour 3 prix tout à fait différents avec une simple mention : « placement d’une chaudière de X kW, avec son brûleur et sa régulation ».

Comment choisir ? Faut-il prendre le moins cher ? D’où viennent les différences ? Tiens, le « X kW » est différent dans chaque devis ?

En fait, les 3 propositions ne sont pas comparables. Certains chauffagistes comptent remplacer l’existant par une installation ayant exactement les mêmes fonctionnalités. D’autres proposent une installation dont la puissance est judicieusement revue à la baisse et dont la régulation répond aux standards de performance actuels.

Il est évident que cette dernière solution est de loin préférable si on veut optimaliser l’économie d’énergie réalisable.

À partir du moment où plusieurs centaines de milliers d’ € sont budgétisés pour remplacer des chaudières, autant optimaliser la dépense en réétudiant l’installation dans sa globalité, certaines adaptations étant même une obligation. Cela sous-entend :

Concevoir

Il est également important d’examiner l’état du réseau hydraulique au moment du remplacement. En effet, il arrive que des chaudières neuves montées sur d’anciennes installations subissent au cours des premiers mois de fonctionnement, un embouage important, pouvant provoquer une détérioration irrémédiable. Dans le même ordre d’idée, la qualité de l’eau aura aussi toute son importance.

Évaluer

 Évaluer les causes de rupture d’une chaudière.

Les analyses faites sur ces boues montrent que celles-ci sont dues au décollement et au déplacement, lors du remplissage, des boues qui se sont accumulées au fil des ans dans les circuits.

Au minimum, il faut rincer l’installation avant mise en route pour éliminer les résidus (soudure, graisse, filasse, sable, …) issus de la réalisation. De plus, si l’installation présente des traces importantes de corrosion interne, il est important de procéder à un désembouage complet : un système de désembouage (séparateur de boue) doit permettre de capter les boues avant leur entrée dans la chaudière. En complément, l’emploi de réactifs visant à disperser les boues et à faciliter leur capture peut s’avérer intéressant.

Remplacer une chaudière percée

Attention, la rupture d’une chaudière provient rarement d’un défaut de fabrication, mais plutôt d’une mauvaise exploitation :

  • condensations ou choc thermique dues à une régulation inadaptée,
  • défaut d’irrigation par embouage,
  • défaut d’irrigation par mauvaise conception du circuit de distribution,
  • …

Il est donc impératif d’éliminer la cause de rupture avant de procéder au remplacement, sous peine de voir la nouvelle chaudière subir, rapidement, les mêmes dommages que la précédente.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur les causes de rupture d’une chaudière.

Remplacer une chaudière d’un ensemble de chaudières de puissance moyenne

À l’heure actuelle, lorsqu’une chaudière traditionnelle dans un ensemble de chaudières doit être remplacée quelle qu’en soit la raison, on privilégiera une chaudière à condensation. D’une part, la technologie des chaudières à condensation est au point par rapport à tous les problèmes de corrosion liée à l’agressivité des condensats dans l’échangeur de la chaudière, d’autre part, le prix a sensiblement diminué.

D’un point de vue énergétique, on ne présente plus l’intérêt de la chaudière à condensation. L’objectif du remplacement d’une chaudière classique par une chaudière à condensation est donc bien de privilégier le fonctionnement de cette dernière pendant un maximum de temps. Dans cette configuration, la chaudière classique n’a plus qu’un rôle d’appoint en période froide lorsque la puissance de la chaudière à condensation n’est plus suffisante ou de « backup ».

Le remplacement d’une chaudière classique par une chaudière à condensation ne se fait pas en un coup de baguette magique !  Il est nécessaire la plupart du temps :

  • D’adapter l’hydraulique de l’installation tant au niveau de la production que de la distribution ;
  • De prévoir une régulation capable de concilier le fonctionnement de l’ensemble des chaudières.

Revoir la puissance de chaudière à la baisse

Comme développé ci-avant le surdimensionnement  des anciennes chaudières  est un fait avéré. Indépendamment du surdimensionnement « naturel » de la plupart des installations de chauffage, le projet de rénovation d’une partie de la chaufferie implique une réévaluation des besoins thermiques du bâtiment. En effet, différentes mesures de réduction des besoins ont pu être prises comme :

  • L’isolation partielle ou totale de l’enveloppe du bâtiment (remplacement des simples vitrages par des vitrages à basse émissivité isolation de la toiture, des murs, …) ;
  • Des actions URE sur des équipements comme la ventilation hygiénique par exemple.

Cette réévaluation peut être réalisée :

  • De manière simple, mais avec une bonne approximation, comme le calcul statique des déperditions (calcul du U*S*ΔT) ;
  • De manière plus sophistiquée, mais plus précise au moyen d’une simulation thermique dynamique déterminant les besoins de chaleur heure par heure tout au long de l’année.

Dans les deux cas, il est conseillé de faire appel à un bureau d’étude spécialisé en technique spéciale.

Si la rénovation se réalise sur des chaudières de faible puissance, faire appel à un bureau d’étude se justifie difficilement au niveau financier. Il n’empêche, c’est dans votre intérêt de sensibiliser l’installateur par rapport à ce surdimensionnement.

Une règle d’or : signalez-lui toutes les améliorations qui ont été réalisées sur l’enveloppe du bâtiment au cours des années ! C’est vous qui connaissez le mieux le bâtiment !

L’exemple ci-dessous montre qu’énergétiquement et financièrement parlant, le remplacement d’une chaudière classique à brûleur pulsé par une chaudière à condensation à brûleur modulant est intéressant.

Exemple 3 : dans un immeuble de bureaux, on décide de remplacer une des deux chaudières de 600 kW par une chaudière gaz à condensation en intégrant la notion de surdimensionnement :

> Situation de départ :

  • 2 chaudières à brûleur à air pulsé (2 allures) de 600 kW de 1983, soit 1 200 kW installés pour un besoin réel maximal de 600 kW
  • fonctionnement en parallèle des chaudières
  • pertes à l’arrêt des chaudières : 0.2 %
  • rendement de combustion : 94 % en 1ère allure et 92 % en deuxième
  • rendement saisonnier de production calculé : 92.3 %
  • consommation annuelle : 155 000 litres de fuel par an

> Situation projetée :

  • 1 chaudière existante est conservée
  • 1 chaudière à condensation de 360 kW avec brûleur modulant
  • fonctionnement en cascade des chaudières
  • pertes à l’arrêt des chaudières : 0,2 %
  • rendement de combustion de la chaudière conservée : 94 % en 1ère allure et 92 % en deuxième
  • rendement de combustion de la chaudière à condensation : 108 % à 60 % de taux de charge et 106 % à 100 % de taux de charge
  • rendement saisonnier de production calculé : 105.6 %
  • consommation annuelle : 155 000 [litres/an] x 92.3 [%] / 105.6 [%] = 135 478 [litres/an]
  • gain énergétique : 19 521 [litres/an] (soit 15 %)
  • gain financier (à 0,8 €/litre en 2012) : 15 619 [€/an]

Adapter l’hydraulique de l’installation

Cas de chaufferie avec ECS préparée séparément

L’insertion d’une chaudière à condensation dans un ensemble composé de plusieurs chaudières de technologie ancienne risque immanquablement de perturber le fonctionnement des autres chaudières et des circuits secondaires.

À moins de remplacer à l’identique (déconseillé), ce n’est que trop rarement du « plug and go » ! Hydrauliquement parlant, il faut donc être très prudent et, en règle générale, faire appel à un bureau d’étude spécialisé.

Quel que soit le cas envisagé, l’objectif de l’adaptation du circuit hydraulique sera toujours le même : ramener de l’eau la plus froide possible au niveau de la chaudière à condensation !

Indépendamment de l’hydraulique, il est obligatoire, pour arriver à optimiser l’installation, de passer à une régulation de température de sortie chaudière GLISSANTE et variable en fonction de la demande et/ou de la température extérieure !  Il n’y a plus de limite inférieure puisque la chaudière est à condensation.  La distribution de chaleur à température plus modérée améliore également les pertes de distribution !

De nombreuses installations existantes sont équipées :

  • soit d’un bouclage à l’extrémité du collecteur entre le départ et le retour (boucle A-B) ;
  • soit d’une bouteille casse-pression.

        

Collecteur bouclé et bouteille casse-pression.

Dans le cas d’un bouclage,  celui-ci permet un retour chaud au niveau des chaudières. Ce bouclage est indispensable :

Lorsqu’on envisage de remplacer une des chaudières classiques par une chaudière à condensation, il est indispensable :

  • de maintenir une température de retour au-dessus de la température de condensation dans la chaudière existante ;
  • de continuer à garantir un équilibre hydraulique entre les circuits primaires et secondaires d’une part et, d’autre part, les circuits secondaires entre eux ;
  • de favoriser un retour froid au niveau de la chaudière à condensation.

Bref, on peut parler d’un casse-tête … belge ! Mais comme nous sommes les champions du compromis, il existe des solutions capables de répondre aux différentes exigences tout en garantissant le respect des exigences de fonctionnement de chaque équipement.

Dans ce qui suit, une méthode de modification de l’installation est proposée. Ce n’est certes pas la seule, mais elle permet de rassembler pratiquement tous les impératifs liés au fonctionnement conjoint d’une association de chaudières de générations différentes avec un circuit hydraulique existant. On notera toutefois qu’il est toujours nécessaire de vérifier l’implémentation hydraulique chez le fabricant.

Étape 1 : enlèvement du bouclage

Le bouclage n’est pas favorable au retour froid vers la chaudière à condensation. Par contre, le fait de vouloir le supprimer comme dans un collecteur ouvert risque de perturber l’équilibre hydraulique entre le circuit primaire et les circuits secondaires,

Bouclage enlevé.

Étape 2 : placement d’une bouteille casse-pression

Le placement d’une bouteille casse-pression évite les perturbations hydrauliques, mais ne garantit pas, quelle que soit la demande des circuits secondaires :

  • Un retour chaud pour l’ancienne chaudière ;
  • Un retour froid pour favoriser la condensation de la nouvelle chaudière ;
  •  Un débit contrôlé dans chaque chaudière, dû au fait que le débit de la pompe primaire est fixe.

     

Placement d’une bouteille casse-pression : variante 1 et 2.

Étape 3 : individualisation des débits des chaudières

Le remplacement de la pompe primaire unique par une pompe individuelle à débit variable au niveau de chaque chaudière permet de les irriguer de manière totalement autonome vu que leur technologie est rarement la même (ancienne chaudière à grand volume d’eau ⇐⇒ nouvelle chaudière à faible volume d’eau). Le bouclage sur la chaudière existante permet d’assurer, quelle que soit la température de retour primaire à la sortie de la bouteille casse-pression la température minimale nécessaire à la non-condensation des fumées de combustion nécessaire à cette technologie de chaudière.

    

Individualisation des débits des pompes : variante 1 et 2

Cette configuration de l’hydraulique de la chaufferie est suffisante pour garantir la pérennité de l’installation, mais ne garantit toujours pas le contrôle de la température de retour à la sortie de la bouteille casse-pression.

Étape 4 : adaptation de la régulation

Une manière intéressante de garantir une température de retour froide à la sortie de la bouteille casse-pression est d’adapter en permanence les débits des pompes primaires de manière à respecter à tout moment la règle suivante : débit primaire Qp < débit secondaire Qs.

Lorsque le débit primaire < débit secondaire de la bouteille casse-pression, le retour côté primaire reste froid et garantit au niveau de la chaudière à condensation un retour froid. Cette disposition implique que la régulation de cascade des chaudières soit adaptée. Une manière d’y arriver est de contrôler la différence de température comme le propose la figure suivante : on régule le débit de la chaudière à condensation pour une maintenir une différence de température entre l’entrée côté primaire (Tp) et la sortie côté secondaire  (Ts) de la bouteille casse-pression de l’ordre de 2°C. (Tp > Ts). Lorsque l’écart de température augmente, il faut augmenter le débit de la pompe de circulation de la chaudière, et inversement).

       

Adaptation de la régulation : variante 1 et 2.

  •  Lorsque la demande de chaleur diminue, les vannes 3 voies ont tendance à se fermer et, par conséquent, le débit secondaire à diminuer,  la température Ts augmente. Sans changer le débit de la pompe primaire de la chaudière à condensation, l’écart entre les températures Tp et Ts diminue. La régulation prévoira de diminuer le débit primaire de manière à respecter la loi selon laquelle le débit primaire < débit secondaire ;
  • À l’inverse, lorsque la demande de chaleur augmente, l’écart entre Tp et Ts augmente, nécessitant d’augmenter le débit de la pompe de la chaudière à condensation pour ramener cet écart à 2°C.

Cas où l’ECS est combinée avec le chauffage

Le remplacement d’une chaudière classique par une chaudière à condensation dans un ensemble de chaudières qui alimente à la fois des circuits statiques, des batteries chaudes de centrales de traitement d’air (CTA) et de l’ECS risquent de poser un problème si on n’y prend pas garde ! En réalité, tout est conditionné par le profil de besoin de chaleur :

> Une école, un immeuble de bureaux ont des consommations d’ECS généralement faibles et discontinues. L’adaptation de l’hydraulique peut être envisagée comme présenté ci-dessous. Pendant la production d’ECS, la chaudière à condensation ne travaillera pas dans des conditions optimales. Mais cette période est brève, ou la quantité de chaleur est faible.

Consommation faible d’ECS.

> Un hôpital, un hôtel, un magasin alimentaire, … ont un besoin d’ECS qui peut être important et relativement continu. Dans ce cas, l’exploitation optimale de la condensation de  la chaudière devient difficile en considérant le schéma hydraulique envisagé jusqu’à maintenant. Une solution réside dans le choix d’une chaudière à condensation à un seul retour et à un surdimensionnement de l’échangeur de production ECS pour avoir des retour ECS les plus froids possible !!  D’autre part, il y a lieu d’envisager dans ce cas de séparer la production ECS du chauffage !

Consommation faible d’ECS.

Adapter les régimes de température

Lors d’une rénovation de la chaufferie, le réglage des courbes de chauffe d’une installation de chauffage est naturellement dépendante de la performance énergétique de l’enveloppe du bâtiment :

> Sans changement de la performance de l’enveloppe, le besoin de chaleur reste le même et les régimes de température des circuits secondaires restent inchangés  Le remplacement d’une chaudière classique par une chaudière à condensation risque d’être moins intéressant. Cependant, comme le montre le graphique suivant, pour un régime de température classique dans des bâtiments peu isolés de 90/70°C (100 % de charge) et sachant que, durant 75 % du temps de la saison de chauffe, les besoins en puissance de chauffage se situe en dessous de 60%, les températures de retour vers la production de chaleur sont sous 55°C ; ce qui implique qu’une nouvelle chaudière sur un tel circuit condense théoriquement pendant 75 % de la période de chauffe. Il est donc intéressant d’envisager la chaudière à condensation même sans ambition d’amélioration de la performance de l’enveloppe du bâtiment.

Courbe de chauffe : régime 90-70°C.

> En changeant la performance de l’enveloppe (remplacement des châssis vitrés, isolation des parois, placement d’un récupérateur de chaleur sur une ventilation hygiénique à double flux, …), le besoin de chaleur doit être revu à la baisse. Il n’est plus nécessaire de maintenir un régime de température de 90/70°C. Un régime de 80/60°C voire 70/50°C est plus approprié. En analysant le graphique ci-dessous, on constate que la plupart du temps la chaudière à condensation condense. Attention toutefois de ne pas trop réduire le régime de température sous peine de voir la chaudière traditionnelle condenser lorsqu’elle fournit un faible appoint à la chaudière à condensation. On « pourrait » observer ce phénomène lorsque les températures externes sont aux alentours des 0°C.

Courbe de chauffe : régime 90-70°C.

Adapter le conduit de cheminée

Vu que les températures de fumée à la sortie de la chaudière à condensation sont plus basses, le risque de condensation résiduelle dans la cheminée risque de la détériorer. Le coût du gainage du conduit de cheminée devra être pris en compte dans l’étude. Suivant la configuration de la chaufferie il peut être non négligeable.

Et les autres chaudières ?

Quand la décision est prise de remplacer une chaudière, il faut s’attendre à devoir investir dans le remplacement de la ou des autres chaudières composant l’ensemble. Si le remplacement de la première chaudière intervient suite :

  • À la vétusté de la chaudière, il est clair que la ou les autres chaudières risquent d’être dans le même état. Il s’ensuit qu’il sera nécessaire à terme de prévoir financièrement le remplacement de la ou des chaudières restantes.
  • À une étude énergétique et financière favorable,  le remplacement de la ou des autres chaudières peut être envisagé de manière plus posée et sereine. On l’envisagera plutôt dans le cadre de l’utilisation rationnelle de l’énergie.

Traiter les condensats

En régime permanent, une chaudière gaz à condensation de 250 kW produit en moyenne environ 37.5 litres/h de condensats.

Ces condensats sont légèrement acides (H2O + CO2). Le degré d’acidité est du même ordre de grandeur que celui de l’eau de pluie (pH : 3,8 .. 5,2). De plus l’acidité de ceux-ci est souvent compensée par le caractère plutôt basique des eaux d’entretien ménager. Ceci explique qu’il ne soit pas obligatoire de traiter les condensats avant leur évacuation à l’égout. Il sera fortement conseillé dans les grandes chaufferies de traiter quand même ces condensats en raison de leur importance relative par rapport au volume d’eau usée globalement traitée.

Dans le cas d’une chaufferie en toiture, il est recommandé de ne pas faire couler les condensats sur la toiture ou directement dans les gouttières (légère acidité, risque de gel et de bouchage des évacuations). Un conduit en matière synthétique raccordé directement à l’égout est indiqué.

Pour une chaudière à mazout à condensation, la neutralisation des condensats est obligatoire (ph 2,5, pratiquement de l’acide sulfurique…).

Remplacer une chaudière d’un ensemble de chaudières de grande puissance

Photo chaudières de grande puissance.

Les chaudières à condensation de grande puissance (> 1 000 kW), à l’heure actuelle, ne sont pas courantes. Suivant les besoins, on envisagera des configurations différentes :

> On prévoit d’éliminer une des chaudières en fin de vie ! On remplacera avantageusement la chaudière existante par une chaudière HR équipée d’un condenseur externe. La chaudière existante restante pourrait être équipée d’un échangeur à condensation.

> On veut améliorer la performance énergétique de la chaufferie en tenant compte du bon état des chaudières existantes. Le simple placement d’un condenseur externe par chaudière sera très intéressant. Attention toutefois que l’on devra revoir le fonctionnement du brûleur (voire le remplacer) sachant que la résistance au passage des fumées augmente. Il est donc nécessaire, avant d’entreprendre ce genre d’adaptation, de se renseigner chez le fabricant.

Condenseur séparé.

Revoir la puissance de chaudière à la baisse

Le principe de diminution de la puissance de la chaudière HR est le même que celui appliqué pour la chaudière à condensation.

Dimensionner la puissance du condenseur séparé

Vu que le condenseur séparé se place à la sortie du conduit des fumées de la chaudière, il ne récupère que théoriquement 11 % de la chaleur de combustion (chaleur contenue dans la vapeur d’eau). Dès lors, le condenseur séparé sera dimensionné sur une base de l’ordre de 11 % de la puissance de la chaudière sur laquelle il est placé.

Adapter l’hydraulique de l’installation

Remplacement d’une seule chaudière HR équipée d’un condenseur

L’insertion d’une chaudière HR et de son condenseur externe dans un ensemble composé de plusieurs chaudières de technologie dépend de la technologie développée par le constructeur.

Le schéma ci-dessous donne un exemple de placement d’une chaudière de puissance importante de type HR avec un condenseur séparé :

Insertion d’une chaudière HR et d’un condenseur externe.

Pour ce type de chaudière à grand volume d’eau, la bouteille casse-pression est moins indispensable que dans le cas des chaudières à faible volume d’eau. Les pertes de charge y sont moins importantes et, par conséquent, les problèmes de déséquilibre hydraulique sont réduits. Une partie du débit de retour du collecteur de distribution est dévié vers le condenseur séparé (à raison de 10 % du débit total de retour). Afin d’éviter un retour froid au niveau de la chaudière HR, un « bypass » a été placé pour réchauffer le retour vers la chaudière avec une partie du débit de sortie de la chaudière.

Placement de condenseurs séparés sur les chaudières existantes

Dans l’optique de conserver les chaudières existantes (état correct lors de l’entretien annuel), l’adjonction d’un condenseur séparé sur chaque chaudière permettra de valoriser un maximum d’énergie avec comme objectif de s’approcher des 10 % théoriques d’énergie contenue dans la vapeur d’eau des fumées de combustion. Dans cette configuration, la chaudière existante devra être équipée d’un « bypass » lui assurant une température minimum de retour.

Insertion de 2 chaudières HR et leur condenseur externe.

Adapter les régimes de température

Le même principe que pour les chaudières de puissance moyenne peut être adopté, à savoir :

  • Lorsqu’on ne réduit pas les besoins thermiques du bâtiment, le régime de température (courbes de chauffe) reste inchangé. Tout comme la chaudière à condensation, on peut espérer que le condenseur séparé condensera 75 % du temps de la saison de chauffe lorsque le régime de température est 90/70 °C ;
  • En cas de réduction des besoins thermiques du bâtiment, on peut se permettre de revoir à la baisse le régime de température. On passera à un régime 80/60 °C pour des bâtiments de performance énergétique moyenne et 70/50 °C pour des bâtiments basse énergie.

Adapter le conduit de cheminée

Sur le même principe que les chaudières à condensation, à la sortie des condenseurs séparés, les températures de fumée sont plus basses. Le risque de condensation résiduelle dans la cheminée risque de la détériorer. Le coût du gainage du conduit de cheminée devra être pris en compte dans l’étude. Suivant la configuration de la chaufferie il peut être non négligeable.

Traiter les condensats

Tout comme les chaudières à condensations, les condensats du condenseur externe peuvent être évacués à l’égout.

Cependant, dans le cas de grosse unité de condensation, le traitement des condensats est conseillé.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Sensibiliser les utilisateurs

Sensibiliser les utilisateurs

Placer des compteurs d’eau chaude

Une enquête en Suisse a montré que le placement de compteurs individuels dans un immeuble à appartements diminue la consommation d’eau chaude de 25 à 30 %. Alors, la même enquête en Belgique :… nous n’osons pas imaginer !

Si le réseau s’y prête, le placement de compteurs permet de responsabiliser les différents acteurs. Il est en effet très facile de budgétiser le coût correspondant aux m³ d’eau chaude puisés et de les facturer aux consommateurs.

Mesures

 Pour plus d’infos sur la technique de mesure de l’eau.

Évaluer

 Pour plus d’infos sur l’évaluation du coût de l’eau.

Sensibiliser à l’utilisation modérée de l’eau chaude

Décentraliser la facture énergétique vers les postes consommateurs

La réduction des consommations passe également par une responsabilisation
des usagers.

Sont-ils au courant du prix de l’eau ? (+/- 2,5 € du m³).

Et de l’eau chaude ? (+/- 5 € du m³;). Et que donc un bain revient environ à 0,6 €  ?

Évaluer

 Ces chiffres peuvent être adaptés à un bâtiment particulier (à augmenter si chauffage électrique, par exemple).  Pour plus d’infos.

Une information au personnel sur les factures annuelles pour l’entreprise ou l’institution en chauffage, en eau chaude sanitaire, … sera la bienvenue.
Plus elle sera précise, plus elle touchera les acteurs (budget de la cuisine, de la blanchisserie, …).

Dans un home pour enfants près de Hannut, le directeur a proposé aux équipes éducatives de chaque « unité de vie » de gérer leur propre budget global de fonctionnement.

Notamment, un budget « linge » a été instauré, sur base d’un tarif auprès de la buanderie. Du jour au lendemain, le volume à nettoyer a baissé de moitié ! Les éducateurs préférant garder du budget pour faire des activités avec les enfants, bien sûr.

Le directeur a même surpris l’un ou l’autre éducatrice à ramener du linge à laver chez elles, pour diminuer encore ce poste…!

Bien sûr, il faut éviter une dérive et ne pas éviter de remplacer un drap souillé, par exemple. Mais auparavant, on remplaçait systématiquement tous les draps chaque jour.

Sensibiliser par des affiches visuelles, si possible humoristiques.

Des affichettes simples peuvent rappeler des gestes de tous les jours, sans pour autant nuire au confort des usagers.

Ainsi, dans un lieu d’hébergement, on pourrait rappeler dans les sanitaires :

  • d’éviter de laisser couler l’eau lorsqu’on se lave les dents,
  • d’éviter de laisser couler l’eau lorsqu’on se rase,
  • de se laver les mains avec l’eau froide en priorité,
  • de préférer la douche au bain,
  • …

« Du bon usage du bouchon »,
manuel en 3 tomes paru aux Éditions du Siphon.

Même si nous manquons d’affiches spécifiques à l’eau chaude sanitaire, consultez notre banque de données ou piquez schémas et photos dans le présent outil d’information : ils sont libres de droits, sauf si une mention contraire est apportée.

Sensibilisation 

 Pour plus d’info sur l’organisation d’une campagne de sensibilisation.

Sensibiliser à intervenir rapidement en cas de fuite

L’idée est ici d’organiser la chaîne d’intervention

  • L’utilisateur sait-il ce qu’il doit faire lorsqu’il constate qu’une chasse d’eau fuit, ou que le robinet d’eau chaude n’est plus étanche ?
  • Le personnel technique est-il lui-même sensibilisé à intervenir rapidement en cas de fuite ?
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Isoler un mur creux par remplissage de la coulisse

Isoler un mur creux par remplissage de la coulisse

Limites d’application

On évite l’isolation dans la coulisse dans les cas suivants :

  • Lorsque le niveau d’isolation thermique souhaité ne peut pas être atteint à cause de l’épaisseur insuffisante de la coulisse.
  • Lorsque la surface extérieure du mur est imperméable à la vapeur d’eau.
    En effet, lorsqu’on isole dans la coulisse, l’eau présente dans le parement provenant des infiltrations des pluies et/ou de la condensation interstitielle, doit pouvoir être évacuée par le séchage du parement, qui, à cause de la présence de l’isolant, n’est plus possible que par la face extérieure.
    Si le revêtement extérieur est une peinture, on peut enlever cette dernière, mais ceci n’est pas facile à réaliser.
  • Lorsque la maçonnerie de parement est gélive. Soit, elle présente des briques effritées et/ou des joints expulsés, soit le test d’un échantillon en laboratoire a montré qu’elle serait incapable de résister aux contraintes provoquées par le remplissage de la coulisse.
    En effet, lorsqu’on place une isolation dans la coulisse, le mur de parement subit moins les influences de la température intérieure. Il sera plus froid en hiver et plus chaud en été. Le mur de parement subit des variations de température plus grandes et plus fréquentes; les contraintes thermiques sont plus importantes.
  • Lorsque la façade comporte des ponts thermiques importants ne pouvant être corrigés.
  • Lorsque la paroi intérieure n’est pas étanche à l’air (maçonnerie non enduite).
  • Lorsqu’il y a de la mousse sur la brique de façade.
  • Lorsque les barrières d’étanchéité sont absentes ou inefficaces.

Vérification et mesures préliminaires

> Avant d’entamer les travaux, un examen préalable de la coulisse doit être réalisé pour vérifier l’état et la qualité du mur creux. Cet examen est facilement réalisable, sans démontage du mur, au moyen d’un appareil spécialisé tel que l’endoscope.

Endoscope appareil permettant l’observation à distance à l’intérieur d’un corps creux par l’intermédiaire d’un trou de 10 à 12 mm de diamètre foré dans les joints de mortier.

On vérifie ainsi :

  • La possibilité de traiter les ponts thermiques au droit des linteaux, des retours de baies, des planchers, des pieds de mur, de la corniche, etc.
  • L’absence de gravats, de déchets et autres matériaux dans la coulisse.
  • La disposition correcte des crochets entre les deux parois du mur.
  • L’existence des membranes d’étanchéité correctement disposées.
  • La présence d’ouvertures de drainage de la coulisse disposées juste au-dessus des membranes d’étanchéité.

Détail au droit d’une fenêtre – Vue en plan

Correction d’un pont thermique.

  

Pénétration d’eau via les déchets de mortier ou morceau de brique calés entre les deux parois.

Pénétration d’eau via crochet d’ancrage mal positionné.

Détail à la base d’un mur

Mauvaise pause d’une membrane d’évacuation de l’eau au-dessus d’un linteau.

Correction avec démontage du parement et encastrement de la membrane dans la paroi intérieure.

> Les éventuels problèmes d’humidité ascensionnelle doivent d’abord être résolus; la faculté d’assèchement du mur étant amoindrie par le remplissage de la coulisse.

Choix du système d’isolation

Il existe différents moyens et matériaux isolants pour remplir la coulisse.

On choisit, en général, le système qui consiste à insuffler un isolant en vrac. La technique d’injection de mousse est actuellement peu pratiquée. Elle nécessite un contrôle précis du remplissage et de l’expansion de la mousse pour éviter une déformation du parement suite à la pression provoquée.

Le recours à un système d’isolation bénéficiant d’un agrément technique est vivement conseillé.

Le matériau isolant doit :

  • ne pas être capillaire ni hydrophile (il ne peut absorber ni retenir l’eau),
  • être suffisamment perméable à la vapeur d’eau,
  • avoir une consistance suffisante pour ne pas s’affaisser.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Quelle amélioration choisir pour la fenêtre ?

Quelle amélioration choisir pour la fenêtre ?

Conserver les châssis existants en les modifiant éventuellement, et intervenir sur le vitrage

Le châssis peut être conservé lorsqu’il est isolant (bois, PVC, polyuréthane, alu à coupure thermique), en bon état et adaptable, c’est à dire qu’il peut, après intervention éventuelle, être équipé d’un double vitrage performant ou d’un survitrage.

Améliorer

 Pour remplacer un vitrage par un vitrage plus isolant.

Améliorer

 Pour savoir comment placer un survitrage.

Au survitrage, on préférera le double vitrage plus performant. La pose d’un survitrage est une amélioration thermique médiocre (Ug total de la double vitre > 3 W/m²K) qui ne se justifie que par les caractéristiques architecturales du châssis (esthétique, courbes compliquées, petits vitrages, nombreuses subdivisions, profilés trop fins ou impossibles à modifier, etc.), par le souci de ne pas diminuer la surface transparente de la fenêtre dans le cas de très petites surfaces vitrées. En outre, le survitrage nécessite un entretien plus important, puisque le nombre de face est doublé, et de la condensation périodique entre la vitre et le survitrage est difficile à éviter.

Si le châssis n’est pas isolant (métallique sans coupure thermique, par exemple) en bon état et adaptable, c’est-à-dire qu’il peut également, après intervention éventuelle, être conservé à condition que l’occupant accepte une condensation superficielle sur la face intérieure du châssis à certaines périodes.

Si le châssis existant présente une mauvaise étanchéité à l’air et ou à l’eau, autour des ouvrants, et au raccord du châssis avec la maçonnerie, celle-ci peut être améliorée.

Améliorer 

 Pour savoir comment améliorer l’étanchéité à l’air et à l’eau des châssis.

Remplacer les châssis existants avec les vitrages

Dans certains cas, on ne pourra faire l’économie du remplacement du châssis.

> Lorsque le châssis n’est plus adapté.

Suite à une modification d’affectation, le mode d’ouverture peut ne plus correspondre avec la fonction du local.
Avant de remplacer le vitrage au sein d’un châssis, il faut s’interroger sur les possibilités d’ouverture, de ventilation, … qu’offre le châssis et si elles sont encore suffisantes et appropriées à l’activité. Si le type d’ouvrant n’est pas approprié, seul le remplacement du châssis est possible.

> Lorsque le châssis est en mauvais état.

(1) Les châssis en bois : La durée de vie d’un châssis en bois sera fonction du soin consacré à son entretien. Les attaques du bois par des champignons ou des insectes sont dues à une protection et/ou un entretien insuffisant. La présence de condensation interne peut également être la cause de la dégradation des châssis en bois. Si le dormant et les ouvrants du châssis s’avèrent trop abîmés, on remplacera tout le châssis. Si seul l’ouvrant est endommagé, il est possible de remplacer uniquement ce dernier. Si seule une partie d’un cadre est endommagé et lorsqu’il est possible de la remplacer sans causer d’autres dommages, on peut remplacer seulement une partie du châssis (montant, traverse). Il convient alors d’utiliser du bois de durabilité suffisante.

Techniques

 Pour en savoir plus sur l’entretien des châssis en bois.

Améliorer

 Pour connaître les possibilités d’amélioration de la condensation interne au châssis.

Concevoir

 Pour réaliser le choix des châssis.

Améliorer 

 Pour connaître les techniques de remplacement d’un ouvrant.

(2) Les châssis en aluminium : La présence de corrosion est synonyme d’une mauvaise conception du châssis en aluminium. Aucune amélioration n’est envisageable.

(3) Les châssis en PVC : Ces châssis et principalement ceux de couleur foncée, sont sensibles aux ultraviolets. Des déformations du châssis dû au phénomène de dilatation thermique peuvent être la cause de fatigue et de fissuration au sein du châssis.

Remarque.
Pour tous les types de châssis, on vérifiera l’état et l’emplacement adéquat de pièces telles que les quincailleries, les cales et les feuillures.

> Lorsqu’un survitrage est insuffisant ou rejeté pour des raisons d’entretien, et que les feuillures ne sont pas adaptables au double vitrage.

Certains châssis ne permettent pas les modifications nécessaires pour pouvoir y incorporer un double vitrage (profils en bois trop faibles, profils en PVC ou Alu impossibles à modifier). Dans ce cas, seule la pose d’un survitrage est possible. Or l’efficacité isolante de celui-ci est nettement inférieure à celle d’un double vitrage performant. Si cette efficacité est jugée insuffisante, le châssis devra être remplacé. Ce sera également le cas lorsque l’on veut éviter de la condensation entre les vitres ou un entretien plus lourd.

> Lorsqu’un survitrage est insuffisant ou rejeté pour des raisons d’entretien, et que l’on ne désire pas diminuer la surface transparente.

La pose d’un double vitrage à la place d’un simple non seulement nécessite la modification des profils du châssis, mais diminue légèrement la surface vitrée. Si on refuse cette diminution de surface vitrée, seule la pose d’un survitrage est possible. Or l’efficacité isolante de celui-ci est nettement inférieure à celle d’un double vitrage performant. Si cette efficacité est jugée insuffisante, le châssis devra être remplacé. Ce sera également le cas lorsque l’on veut éviter de la condensation entre les vitres ou un entretien plus lourd.

> Lorsqu’on n’accepte pas de condensation sur un châssis en aluminium sans coupure thermique.

Un châssis en aluminium sans coupure thermique est particulièrement perméable à la chaleur et ses performances thermiques sont donc très médiocres. Son remplacement est donc fortement conseillé si le budget le permet.

De plus même muni d’un double vitrage, dans certaines conditions climatiques, la face intérieure d’un châssis en aluminium sans coupure thermique sera couverte de condensation. Si cette condensation n’est pas maîtrisée et provoque des dégâts en rive, ou qu’elle n’est simplement plus souhaitée, le châssis doit être remplacé.

Si le remplacement des châssis et des vitrages est inévitable, un choix approprié du types de vitrages et de châssis est à faire :

Concevoir 

 Pour réaliser le choix des vitrages.

Concevoir 

 Pour réaliser le choix des châssis.

Doubler les châssis existants

Doubler le châssis existant par un second châssis permet d’obtenir des performances thermiques et acoustiques très élevées. Elle est donc très efficace en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie.

Cette technique coûte environ le même prix que le remplacement du châssis, mais elle n’est conseillée que lorsque le châssis existant est en bon état et que la modification d’aspect importante de la fenêtre est acceptée à l’intérieur ou à l’extérieur suivant l’endroit où a été placé le nouveau châssis.

Il ne faut pas, non plus, perdre de vue que cette option double la charge d’entretien des fenêtres.

Améliorer

 Comment doubler un châssis.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Mettre en place un free-chilling

Mettre en place un free-chilling

Principe de base

Un local informatique fonctionne 24 h/24. Pour le refroidir, le groupe frigorifique tourne toute l’année, même en hiver… Or la température extérieure à Uccle est 3 550 heures par an inférieure à 8 °C, soit 40 % du temps ! Cette situation doit nous paraître aussi aberrante qu’une chaudière qui fonctionnerait au mois de juillet. Ce genre de local étant sans ou avec peu de ventilation hygiénique, il est difficile voire impossible de profiter directement de la fraîcheur de l’air par un refroidissement en mode « free cooling ». La solution ? le free-chilling !

Le principe de base est simple :

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

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

Qu’est-ce qu’une installation adaptée au free-chilling ?

Au départ, il faut une installation à eau glacée qui fonctionne en hiver.

L’intérêt est augmenté si les échangeurs des unités terminales travaillent à « haute » température : ce sera le cas de plafonds froids (régime 15-17°C), de poutres froides ou de ventilos-convecteurs surdimensionnés pour travailler au régime 12-17°C,… Si ce n’est pas le cas, il faudra étudier la possibilité d’adapter les équipements.

Si l’installation dispose déjà d’un condenseur à eau, l’adaptation sera plus aisée : on pourra utiliser la tour de refroidissement pour refroidir l’eau glacée directement par l’air extérieur. Dans la tour, grâce à l’évaporation partielle de l’eau, la température de l’air extérieur sera encore diminuée. Ainsi, de l’air à 15°C et 70% HR permet de créer de l’eau de refroidissement à 12° (limite basse théorique appelée température « bulbe humide »). Malheureusement, un échangeur sera nécessaire entre le circuit de la tour (eau glycolée) et le circuit d’eau glacée du bâtiment. Une partie de l’avantage est donc perdu…

Le problème du gel…

De l’eau glacée refroidie par l’air extérieur pose le problème du gel dans la tour. La solution la plus courante est l’addition de glycol, mais :

  • le glycol coûte cher,
  • en général, on limite le circuit glycol au dernier tronçon en contact avec l’extérieur (l’eau de la boucle d’eau glacée n’est pas glycolée car en cas de vidange c’est l’entièreté du circuit qui est à remplacer),
  • un échangeur supplémentaire doit alors être prévu, entraînant une consommation électrique liée à sa perte de charge et un écart de température qui diminue la période de fonctionnement du free-chilling…
  • attention lorsque l’on rajoute de l’eau ultérieurement…

Il est aussi possible de placer des cordons chauffants mais peut-on protéger totalement ainsi une tour ?) ou de prévoir un circuit de chauffage spécifique qui se met en place en période de gel, mais on risque de manger le bénéfice !

Le free-chilling : une solution miracle pour toutes les installations ?

Certainement pas. De nombreuses contraintes apparaissent.

Quelques exemples :

  • Si l’installation est équipée d’un chiller avec refroidissement direct à air, le placement en rénovation d’un aérorefroidisseur en série sera sans doute difficilement rentable par les kWh économisés (on parle de 25.000 Euros pour un aérorefroidisseur de 300 kW placé…).
  • Un échangeur de ventilo-convecteur qui doit passer d’un régime 7 – 12°C à un régime 12 – 15°C perd 37% de sa puissance de refroidissement. S’il était surdimensionné, cela ne pose pas de problème. Autrement, il faut soit augmenter la vitesse du ventilateur, soit déclasser l’appareil…
  • Lorsque l’installation travaille à charge partielle, il y a intérêt à ce que la température moyenne de l’eau « glacée » soit la plus élevée possible pour favoriser l’échange avec l’air extérieur. On appliquera donc une régulation des échangeurs par débit variable pour augmenter l’écart de température entre départ et retour.
  • Une tour de 300 kW pèse 3 à 4 tonnes et une tour de 1000 kW pèse 9 à 12 tonnes, ce qui génère parfois des frais d’adaptation du génie civil.
  • …

Adapter cette technique à une installation existante nécessite donc toujours une étude particulière (cadastre des énergies de froids consommées avec leur niveau de température, répartition été/hiver, …) pour apprécier la rentabilité.

Mais il est en tous cas impératif d’y penser lors d’une rénovation lourde !

Schémas de réalisation

Différents systèmes de refroidissement par free-chilling sont possibles

  • via un aérorefroidisseur à air spécifiqueDeux schémas sont possibles :
> Soit un montage en série avec l’évaporateur, où l’aérorefroidisseur est monté en injection (la température finale est alors régulée par la machine frigorifique, qui reste en fonctionnement si la température souhaitée n’est pas atteinte).

> Soit par un montage en parallèle avec basculement par une vanne à 3 voies en fonction de la température extérieure (aucune perte de charge si la machine frigorifique est à l’arrêt mais fonctionnement en tout ou rien de l’aérorefroidisseur).

Ces solutions sont malheureusement fort chères en rénovation par rapport au prix de l’énergie électrique économisée (compter 25 000 Euros pour un aérorefroidisseur de 300 kW installé). Il faut que le fonctionnement soit assez permanent en hiver pour rentabiliser l’opération.

  • via un appareil mixte
    Certains fabricants proposent des appareils qui présentent 2 condenseurs : un échangeur de condensation du fluide frigorifique et un aérorefroidisseur pour l’eau glacée, avec fonctionnement alternatif suivant le niveau de température extérieure (attention à la difficulté de nettoyage des condenseurs et aux coefficients de dilatation différents pour les 2 échangeurs, ce qui entraîne des risques de rupture).
  • via la tour fermée de l’installation
    Dans le schéma ci-dessous, l’installation fonctionne sur base de la machine frigorifique. Lorsque la température de l’air extérieur est suffisamment froide, la vanne 3 voies bascule et l’eau glacée prend la place de l’eau de réfrigération du chiller. Dans une tour fermée, l’eau n’est pas en contact direct avec l’air extérieur; c’est un circuit d’eau indépendante qui est pulvérisée sur l’échangeur et qui refroidit par évaporation. Mais le problème de la protection au gel reste posé : il est difficile d’envisager de mettre du glycol dans tout le réseau d’eau glacée (échange thermique moins bon, densité plus élevée donc diminution des débits, …).

 

  • via la tour ouverte de l’installation
    Dans ce cas, l’eau glacée est pulvérisée directement face à l’air extérieur. Elle se charge d’oxygène, de poussières, de sable,… Ces impuretés viennent se loger dans les équipements du bâtiment (dont les vannes de réglage des ventilos !). Les risques de corrosion sont tels que cette solution est à proscrire.
  • via un échangeur à air placé devant les orifices d’aspiration d’une tour de refroidissement
    Ceci permet de réutiliser les ventilateurs de la tour mais crée une perte de charge permanente.
  • via un échangeur à plaques traditionnel
    L’échangeur se place entre le réseau d’eau glacée et le circuit de la tour de refroidissement. Cette solution est simple, elle minimise la présence du glycol dans le circuit de la tour mais, en plus de l’investissement à réaliser, elle entraîne un écart de température supplémentaire de minimum 2°C dans l’échangeur entre l’eau glacée et l’eau de la tour, ce qui diminue la plage de fonctionnement du refroidissement par l’air extérieur. C’est le choix qui a été fait au Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye.

L’installation de free-chilling au Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye

Monsieur Tillieux, gestionnaire technique de l’hôpital, avait conscience que des besoins de froid existaient durant toute l’année, donc également pendant l’hiver :

  • des cabinets de consultation installés dans les niveaux inférieurs à refroidir en permanence.
  • ainsi que des locaux techniques utilisant le réseau glacée en hiver (salle de radiographie, blocs opératoires, salle informatique,…)

Profitant de la rénovation d’une tour de refroidissement, il adopta la technique du free-chilling sur le circuit d’eau glacée. Il adapta également les émetteurs pour que ceux-ci puissent travailler au régime 12-17°C. Il favorisa le refroidissement nocturne des locaux, ce qui ne crée pas d’inconfort pour les occupants et valorise mieux le free-chilling puisque la température est plus basse la nuit.

En collaboration avec la société de maintenance, il adopta le schéma de principe suivant :

Le schéma de gauche représente le circuit classique de refroidissement de l’eau glacée dans l’évaporateur. L’eau du condenseur est refroidie dans la tour de refroidissement.

  

Sur le schéma de droite, le groupe frigo est arrêté et l’eau glacée est by-passée dans un échangeur. L’eau de refroidissement est envoyée directement dans la tour de refroidissement.

Un jeu d’électrovannes permet le basculement d’un système à l’autre, dès que la température extérieure descend sous les 8°C. Le dimensionnement de la tour a été calculé en conséquence.

Problème rencontré lors de la mise en route

Lorsque le système basculait du mode « free-chilling » vers le mode « machine frigorifique », celle-ci déclenchait systématiquement !

Pourquoi ? Un condenseur traditionnel travaille avec un régime 27/32°C par 10° extérieurs. Or en mode free-chilling, la température du condenseur est nettement plus basse. La pression de condensation aussi. Le détendeur ne l’accepte pas : il a besoin d’une différence de pression élevée (entre condensation et évaporation) pour bien fonctionner et laisser passer un débit de fluide frigorifique suffisant vers l’évaporateur. Le pressostat Basse Pression déclenche…

Solution ? Une vanne trois voies motorisée a été installée : lors du ré-enclenchement de la machine frigo, le débit d’eau de la tour était modulée pour s’adapter à la puissance de refroidissement du condenseur.

Quelle rentabilité ?

Faute d’une mesure effective, nous allons estimer l’économie réalisée par l’arrêt du groupe frigorifique de 300 kW. Si le fichier météo de Uccle annonce 3.550 heures sous les 8°C, on peut estimer que le refroidissement effectif se fait durant 2.000 heures.

Sur base d’un COP moyen de 2,5, c’est donc 120 kW électriques qui sont évités au compresseur. Une consommation supplémentaire de 5 kW est observée pour le pompage de l’eau au travers de l’échangeur et dans la tour. Soit un gain de 115 kW durant 2000 heures. Sur base de 0,075 €/kWh, c’est 17.000 € qui sont économisés sur la facture électrique.

L’investissement a totalisé 60.000 €, dont moitié pour la tour fermée de 360 kW, le reste en tuyauteries, régulation et génie civil.

Le temps de retour simple est donc de l’ordre de 4 ans.

Séquences de régulation de la tour

  • si T° < 2°C, échange eau-air non forcé
  • si 2°C < T°ext < 4°C, échange eau- air forcé
  • si T°ext > 4°C, échange eau-air humide par pulvérisation
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les consommations d’énergie

Diminuer les consommations d'énergie

Dans le générateur

Pertes

Dans le générateur, il n’y a pas ou de perte de vapeur sous forme de condensats mis à l’égout. En effet, la vapeur se refroidit au contact des parois en cédant sa chaleur de condensation et les condensats , issus de la transformation de la vapeur en eau, réintègrent la phase liquide; ce qui veut dire qu’il n’y a pas d’appoint d’eau osmosée. Cependant, les pertes au travers des parois sont compensées par la réchauffe supplémentaire de l’eau condensée de manière à reformer la vapeur perdue. On a donc intérêt à isoler au maximum les parois du générateur sachant qu’il y a toujours un compromis à trouver entre le prix de l’investissement dans un isolant par rapport à la réduction des déperditions engendrées.

Théories

 Pour aller plus loin dans la réflexion concernant la détermination théorique des pertes.

La fiche technique d’un constructeur de stérilisateur, sur laquelle repose le calcul théorique des pertes, montre que les pertes au travers des parois du générateur sont de l’ordre de 0,8 [kW].
Ce qui représente au cours d’une année de fonctionnement de la stérilisation une surconsommation d’électricité de l’ordre de:

On a :

Consommation annuelle  = 0,8 [kW] x 4 000 [h]

Consommation annuelle  = 3 200 [kWh/an]

Où les 4 000 [h] représentent la durée totale maximale de fonctionnement de la stérilisation; soit :

  • 14 [h/jour],
  • 5,5 [jour/sem],
  • 52 [sem/an].

En réalité, le personnel de stérilisation arrive tant bien que mal à prendre congé sur l’année mais ils sont compensés par les nombreux rappels de garde de nuit ou de WE.

On consigne ces résultats dans le tableau suivant :

Type de consommation Consommation annuelle [kWh/an] Coût unitaire [€/kWh] Coût total [€/an]
électrique
3 200
0,11
352

Amélioration

Dans une installation existante, les actions d’amélioration de l’isolation sont limitées. En effet :

  • De part l’imposition auprès des constructeurs de limiter les températures de contact (risque de brûlure), les équipements sont en général isolés correctement.
  • Il n’est pas facile par après d’augmenter les épaisseurs d’isolant car beaucoup de tuyauteries encombrent l’espace autour des équipements.
  • Les faces avants des générateurs où se situent les têtes des résistances électriques pourraient être isolées par des coques préformées. Mais ne faut-il pas garder un certain échange entre la tête et l’ambiance ? Sans quoi la résistance électrique pourrait-elle « claquer » ?

Face avant de générateur.

  • les professionnels de la maintenance des équipements de stérilisation évoquent que l’isolation risque de masquer les fuites de vapeur.

N’empêche, toutes ces bonnes raisons ne sont pas suffisantes pour bannir toute amélioration. Pour s’en convaincre, il suffit d’évaluer la performance énergétique d’une isolation même partielle et sa rentabilité à court terme.

Calculs

 Pour évaluer la rentabilité de l’isolation d’une cuve.

Dans la distribution

Pertes

Dans la distribution, il n’y a pas ou peu de perte de vapeur sous forme de condensats mis à l’égout si les conduites d’alimentation sont inclinées en pente douce vers le générateur. En effet, comme dans le cas du générateur, la vapeur se refroidit au contact des parois en cédant sa chaleur de condensation. Si la distribution est conçue en pente douce, les condensats, issus de la transformation de la vapeur en eau, réintègrent la phase liquide du générateur; ce qui veut dire qu’il n’y a pas d’appoint d’eau osmosée. Cependant, les pertes au travers des parois sont aussi compensées par la réchauffe supplémentaire de l’eau condensée de manière à reformer la vapeur perdue. On a donc intérêt à isoler au maximum les conduites de distribution.

Théories

 Pour aller plus loin dans la réflexion concernant la détermination théorique des pertes.

Amélioration

Dans une installation existante, sauf si bien entendu l’isolant initial est enlevé, le constructeur est tenu, en principe de prévoir un isolant de manière à réduire les risques de brûlure (température de contact limitée à 50 °C).

 

Quelques centaines de W perdus.

Néanmoins, rare sont les installations où la distribution de la vapeur est isolée correctement. De nouveau, le sacro saint manque de visibilité de fuite de vapeur apparaît comme un argument de poid de la part des constructeurs pour ne pas isoler correctement les tuyauteries.

Faux naturellement, car on pourrait en déduire que les équipements non isolés sont susceptibles d’avoir des fuites (et la fiabilité ?).

Sachant qu’une conduite en cuivre de diamètre de 15 mm et de 1 m de long équivaut à une perte de l’ordre de 90 W, il est utile d’isoler au maximum.

Calculs

 Pour évaluer la rentabilité de l’isolation d’une conduite.

Dans la double enveloppe

Pertes

La double enveloppe entoure la chambre de stérilisation et lui sert d’antichambre ou de réserve de vapeur.

   

Complexité de l’isolation de la double enveloppe.

Sa surface développée est assez importante et de forme complexe. Cette surface est assez déperditive et nécessite de nouveau de l’isoler correctement; ce qui n’est pas chose aisée. De plus, l’isolation n’étant pas parfaite, la déperdition réelle est toujours plus important que celle calculée par le programme suivant:

Calculs

 Pour évaluer la rentabilité de l’isolation d’une cuve parallélépipédique ou cylindrique.

Comme pour la distribution, il nécessaire de savoir si les condensats qui traduisent l’importance des déperditions des parois, sont évacués à l’égout ou recyclés. Les constructeurs ont mis des systèmes au point qui permet de récupérer les condensats dans le générateur par simple gravité ou par pompage. Dans d’autres systèmes, ils sont jetés à l’égout.

Théories

 Pour aller plus loin dans la réflexion concernant la détermination théorique des pertes

La moins bonne des solutions se trouve reprise dans la théorie où la plupart des condensats sont rejetés à l’égout.

Amélioration de l’isolation

D’origine, la cuve en général est bien isolée mais il faut veiller à ce qu’elle le reste suite aux différentes interventions de maintenance.

Récupération des condensats

Évaluer

 Pour aller plus loin dans la réflexion concernant l’évaluation des pertes.

Dans le cas qui a été pris pour l’évaluation théorique, les coûts engendrés par la pertes d’énergie dans les condensats et dans la consommation d’eau osmosée sont :*

Consommations électriques Quantité total [kWh/an] coût unitaire [€/kWh] coûts [€/an]
Au démarrage 3 120 0,11 343
Entre les cycles 6 694 736
Pendant les cycles 2 516 276
Consommations eau osmosée Quantité total [litres/an] coût unitaire [€/litre] coûts [€/an]
Au démarrage 4 2.75 11
Entre les cycles 48 132
Pendant les cycles 20 55
Coût total 1 553

Dans le cas où les condensats ne sont pas récupérés suite à leur évacuation de l’installation vers l’égout depuis les pièges à eau (pas de récupération par gravité vers le générateur), il est raisonnable de penser que pour la valeur de 1 553 [€/an] d’économie on peut tout à fait investir dans un système de récupération composé de :

  • ballon isolé de récupération;
  • pompe à condensats refoulant vers le générateur;
  • anti-retour;
  • régulation en fonction de la demande de vapeur.

Bac tampon et pompe d’alimentation du générateur.

Ce système permettrait d’une part de réduire les consommations d’eau osmosée perdues à l’égout et d’autre part de réduire la consommation électrique des résistances chauffantes du générateur (l’eau froide amenée de l’osmoseur est réchauffée par les condensats chauds.

Dans les nouvelles générations de stérilisateur, le générateur se trouve sous la cuve du stérilisateur; ce qui permet de récupérer pratiquement l’entièreté des condensats.

Dans les installations centralisées, on s’arrange pour repomper les condensats de la double enveloppe vers le générateur.

Dans la chambre de stérilisation

Pertes

La formation de condensats dans la chambre de stérilisation est due au refroidissement de la vapeur au contact de la charge et des parois de la chambre (essentiellement les parois des portes). Ces condensats ne peuvent pas être récupérés puisqu’ils sont censés être contaminés. Ils sont donc évacués à l’égout via la pompe à vide.

Amélioration de l’isolation

L’isolation des portes de la chambre de stérilisation est prévue d’origine et il n’est pas possible de l’améliorer.

Récupération des condensats

Améliorer

 Pour améliorer la récupération des condensats dans la pompe à vide.

Dans la zone technique

La zone technique, comme son nom l’indique, est l’espace qui comprend les équipements du stérilisateur

  • le stérilisateur proprement dit et sa double enveloppe,
  • le générateur de vapeur,
  • la pompe à vide,
  • la distribution,
  • les accessoires.

Cet espace est séparé des zones :

  • « propre » dans laquelle on prépare le matériel à stériliser,
  • « stérile » dans laquelle on stocke le matériel passé dans les stérilisateurs.

Déchargement automatique en zone stérile.

Les séparations sont franches entre les trois zones sachant que :

  • la zone propre a un degré d’hygiène assez élevé,
  • la zone stérile est censée être stérile,
  • la zone technique a un degré de propreté non précisé.

Dans la zone technique, Il fait chaud en permanence et les températures peuvent monter jusqu’à 30-35 °C. C’est le résultat d’une concentration excessive d’apports internes. L’isolation des parois chaudes est primordiale pour réduire les déperditions et indirectement les consommations de vapeur et d’énergie. Toutefois, il n’est pas possible de réduire drastiquement les déperditions; d’où la nécessité de placer une extraction.

Normalement, des gradients de pression doivent permettre de réduire le risque de contamination des zones propre et stérile par la zone technique. Il faut donc s’arranger pour mettre la zone technique en dépression; ce qui tombe bien puisque l’on veut extraire les calories.

De plus, en pratique, les zones stériles et propres sont souvent climatisées de part la présence d’apports internes très importants. Vu la nécessité de maintenir la zone technique en dépression et à une température raisonnable (l’électronique de régulation n’aime pas des températures supérieures à 30 °C), l’idéal est de pratiquer une fuite contrôlée d’air depuis la zone propre vers la zone technique; la zone stérile étant étanche. Donc la zone technique peut être légèrement refroidie par l’air de la zone propre.

On se rend bien compte que le bilan énergétique risque d’être mauvais, si l’isolation des équipements de la zone technique n’est pas optimale :

  • En période chaude, l’air chaud extrait du local technique doit être évacué à l’extérieur et l’énergie est perdue.
  • En période froide, il doit être récupéré soit pour chauffer le quai fournisseur (en général à proximité), soit recyclé dans le circuit de ventilation de la stérilisation (en zone « sale » par exemple moyennant un système de filtration adéquat).
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Débits de ventilation dans la laverie

Débits de ventilation dans la laverie

Les différentes méthodes ci-dessous nous ont été communiquées par un fabricant. Les débits donnés sont à extraire.

Méthode du renouvellement horaire en fonction du local

Selon la norme allemande VDI 20.52

Le débit est de 120 m³/h par m² de local.

Cette valeur n’est acceptable que pour les petites cuisines (< 300 repas).

Selon Recknagel

Le débit correspond à un renouvellement horaire de 10 à 15.

Ces valeurs sont relativement faibles. Un renouvellement horaire de 20 à 25 est préférable.

Ces valeurs ne sont acceptables que pour des laveries installées dans des locaux d’une certaine grandeur (> 300 repas).

Certains fabricants parlent même d’un renouvellement horaire de 20 à 40.

Méthode en fonction du type de machine à laver

Machines à capot

Les machines à capot sont installées dans les cuisines relativement petites (< 150 repas).

Une hotte pour vapeur non grasse doit être installée au-dessus de la machine. Son débit sera de 1 000 m³/h.

Photo machines à capot.

Machines à paniers

Dans un local avec machine à paniers, il faut prévoir :

  1. un raccordement avec interposition d’un cône (*) à la tubulure d’évacuation de la machine,
  2. une hotte de captation des buées à la sortie de la machine,
  3. une extraction supplémentaire dans le local ou à l’entrée de la machine.

* le cône permet au ventilateur de la machine de régler exactement le débit à extraire dans la machine. Sans lui, le ventilateur en toiture risquerait de tout « régimenter ». Les débits extraits dans la machine seraient trop importants et risqueraient d’empêcher le séchage.

Schéma de principe machines à capot.

Les débits correspondant à ces 3 extractions sont donnés dans le tableau suivant :

Dimensions de la machine (paniers/h) Raccordement à la tubulure d’échappement (m³/h) Hotte  à la sortie de la machine (m³/h) Extraction dans le local (m³/h) Total (m³/h)
90 700 300 1 500 2 500
120 900 300 2 000 3 200
160 1 000 300 2 000 3 300
200 1 200 300 2 500 4 000

 

 Hotte à la sortie ou à l’entrée de la machine.

Machine à convoyeurs

Dans un local avec machine à convoyeurs, il faut prévoir :

  1. Un raccordement avec interposition d’un cône (*) à la tubulure d’évacuation de la machine.
  2. Une hotte de captation des buées à la sortie de la machine.
  3. Une extraction supplémentaire dans le local ou à l’entrée de la machine.

*  le cône permet au ventilateur de la machine de régler exactement le débit à extraire dans la machine. Sans lui, le ventilateur en toiture risquerait de tout « régimenter ». Les débits extraits dans la machine seraient trop importants et risqueraient d’empêcher le séchage.

Les débits correspondant à ces 3 extractions sont donnés dans le tableau suivant :

Dimensions de la machine (assiettes : diam. : 260mm) Raccordement à la tubulure d’échappement (m³/h) Hotte  à la sortie de la machine (m³/h) Extraction dans le local (m³/h) Total (m³/h)
1 500 800 300 2 500 3 600
2 500 800 300 2 700 3 800
 3 000 800 300 2 700 3 800
3 500  1 000 300 3 000 4 300
4 000 1 000 300 3 000 4 300
5 000 1 000 300 3 500 4 800

Méthode en fonction de la puissance de la machine à laver

Cette méthode se base sur la Norme allemande VDI 20.52. Elle s’appuie sur le dégagement calorifique spécifique des appareils. Elle considère les quantités de chaleur sensible et de chaleur latente dissipées dans l’ambiance pour 1 kW de puissance raccordée.

Elle prévoir un débit de 24 l/sec (86 m³/h) (hotte à extraction simple) par kW de puissance de la machine à laver.

Méthode en fonction des dégagements de chaleur des machines à laver

Cette méthode est utilisée pour une laverie importante ou une laverie industrielle.

Le fournisseur doit fournir les caractéristiques suivantes de la machine :

  • les pertes de chaleur des moteurs,
  • les pertes de chaleur par la carrosserie de la machine et du tunnel de séchage,
  • les pertes de chaleur du surchauffeur,
  • les fuites de vapeur,
  • les débits d’extraction à assurer à l’entrée et à la sortie de la machine.

L’extraction du local, complémentaire aux extractions à l’entrée et à la sortie de la machine, devra assurer la dissipation de toute la chaleur produite.

Exemple.

Une laverie industrielle assurant le lavage de la vaisselle d’une cuisine servant 2 500 repas est équipée de 2 machines à laver dont les caractéristiques sont les suivantes :

  • les pertes de chaleur des moteurs : 2 955 W,
  • les pertes de chaleur par la carrosserie de la machine : 880 W,
  • les pertes de chaleur par la carrosserie du tunnel de séchage : 12 000 W,
    dont 50 % dans l’ambiance (6 000 W) et 50% repris par la hotte (6 000 W),
  • les pertes de chaleur du surchauffeur (pour le rinçage) : 490 W,
  • les fuites de vapeur : 7 056 W,
    dont 20 % dans l’ambiance (1 410 W) et 80 % repris par la hotte (5 6460W),
  • débit d’extraction à assurer à l’entrée de la machine : 700 m³/h,
  • débit d’extraction à assurer à la sortie de la machine : 2 500 m³/h.

Calcul de l’extraction du local (complémentaire aux extractions à l’entrée (700 m³/h x 2) et à la sortie (2 500 m³/h x 2) de la machine) :

– Puissance dissipée dans l’ambiance :

(2 955 + 880 + 6 000 + 490 + 1 410) x 2 = 11 735 x 2 = 23 470 W

– Débit d’air à prévoir pour assurer l’évacuation de cette chaleur (pour une différence de température entre l’air ambiant et l’air soufflé de 10 K) :

P = q x c x δT

Où :

  • P : puissance dissipée dans l’ambiance (W)
  • q : débit d’air insufflé (m³/h)
  • c : chaleur spécifique de l’air (0,34 Wh/m³x°C)
  • δT : différence de température entre l’air ambiant et l’air soufflé (°C)

d’où,

P 23 470
q = ______ = ________ = 6 904 m³/h
c x dT 0,34 x 10

En plus des 1 400 m³/h (2 x 700) à extraire à l’entrée de la machine,
et des 5 000 m³/h (2 x 2 500) à extraire à la sortie de la machine.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Récupérer la chaleur sur condenseur de la machine frigorifique [Améliorer – Climatisation]

Récupérer la chaleur sur condenseur de la machine frigorifique [Améliorer - Climatisation]

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite du bâtiment vers l’extérieur.
Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique.

Fonctionnement du condenseur

En principe, trois opérations successives se passent dans le condenseur de la machine frigorifique :

Évolution des températures du fluide frigorigène
et du fluide de refroidissement.

  1. Dans une machine frigorifique, les gaz qui sont expulsés par le compresseur en fin de compression sont à très haute température (de 70 à 80°C). On dit qu’ils sont surchauffés. Comme la condensation se fait à une température largement inférieure (aux alentours de 40°C, par exemple), une quantité de chaleur va devoir être évacuée des gaz surchauffés pour les amener à leur température de condensation qui correspond à la pression de refoulement (dite pression de condensation). C’est la désurchauffe.
  2. Puis lors de la condensation elle-même, une importante quantité de chaleur va aussi devoir être évacuée pour liquéfier (si possible complètement) le fluide frigorigène gazeux.
  3. Enfin, si les conditions des échanges thermiques dans le condenseur le permettent (température du fluide refroidisseur suffisamment basse, débit du médium de refroidissement suffisamment important), le liquide condensé va subir le sous-refroidissement, ce qui améliore le rendement de l’évaporateur.

Récupération de l’énergie

Dans certains cas, on pourrait envisager de récupérer cette énergie pour chauffer de l’eau ou de l’air, au lieu de la gaspiller en pure perte :

  • si on a des besoins en eau chaude sanitaire de température pas trop élevée (45° à 50°C),
  • si on a des besoins de chauffage pour des locaux contigus,
  • si on veut éviter ou diminuer la puissance de climatisation du local des machines, ou faire des économies d’énergie sur ce poste,
  • si on veut participer à la lutte contre le réchauffement global de l’atmosphère.

Par exemple, voici ce qui peut être réalisé à partir du préparateur d’eau glacée ci-dessus.

Le fonctionnement normal est de refroidir l’eau glacée à l’évaporateur (cooler). La chaleur contenue dans le fluide frigorigène évaporé est comprimée puis condensée dans un condenseur à air (fonctionnement classique d’une machine frigorifique).

Par contre, si un récupérateur de chaleur est placé, le réfrigérant passe d’abord dans un condenseur à eau (le récupérateur en question) pour donner la chaleur de désurchauffe, puis pour se condenser. Le liquide à haute pression passe au travers du détendeur avant de repasser à l’évaporateur. La chaleur excédentaire est rejetée via le condenseur à air.

La récupération de l’énergie du côté des condenseurs suppose évidemment des investissements supplémentaires par rapport à des machines classiques plus simples

  • des échangeurs de condenseurs adaptés,
  • des réservoirs-tampons pour l’eau chaude sanitaire ou de chauffage,
  • une disposition plus compliquée des tuyauteries,
  • une bonne évaluation des pertes de charge dans les tuyauteries,
  • une régulation complète permettant le contrôle correct de toute l’installation, y compris des récupérateurs.

Étant donné les spécificités inhérentes à chaque projet, le rapport entre l’investissement et les économies d’énergie doit faire l’objet de calculs adaptés, à demander aux auteurs de projet. Il faut en effet considérer ensemble la machine frigorifique et les appareils de production d’eau chaude sanitaire ou de chauffage.

Le bilan doit prendre en compte :

  • l’apport d’énergie « gratuite » par la machine frigorifique,
  • le fait que l’on doit quand même disposer, en plus des récupérateurs, d’une puissance installée suffisante pour pallier les périodes où la machine frigorifique ne fonctionne pas,
  • la pénalisation énergétique apportée toute l’année par l’échangeur supplémentaire,
  • le cas où le condenseur de la machine frigorifique doit assurer à lui seul, l’évacuation de toute la chaleur (lorsqu’il n’y a pas de besoin d’énergie dans les récupérateurs, ou quand ces derniers sont arrivés à leur consigne maximale de température).
Exemple d’application très intéressante :

Le plus logique est de récupérer la chaleur sur le condenseur à air pour chauffer directement l’air d’un local. Ainsi, un supermarché Delhaize à Bruxelles évacue la chaleur du condenseur du groupe frigorifique (armoires de congélation) en créant un rideau d’air chaud à l’entrée du magasin. En été, la chaleur est déviée en toiture par un clapet.

Études de cas

 Pour visualiser un exemple de schéma d’une installation avec stockage de glace et récupération de chaleur au condenseur, cliquez ici !

Application sur une installation de ventilo-convecteur 4 tubes

Dans le cas des ventilos-convecteurs à 4 tubes, si le réseau d’eau glacée fonctionne en hiver et en mi-saison, n’y a-t-il pas intérêt à récupérer la chaleur au niveau du condenseur de la machine frigorifique ?

Par exemple, ne pourrait-on pas imaginer que le chauffage apporté vers les locaux en façade Nord soit récupéré sur le condenseur de la machine frigorifique refroidissant le centre informatique du bâtiment ?

En pratique, il semble que ce soit difficile:

  • La récupération de chaleur risque de se faire à une température trop haute. Les ventilos-convecteurs ont besoin d’eau à 40°…45°C en hiver. Donc la condensation devrait se faire à une température de 50°C. Or, à cette saison, le condenseur peut être refroidi à une température bien inférieure, puisque l’air extérieur est très froid. La récupération risque de pénaliser le COP de la machine frigorifique …
    Par exemple, une machine frigo qui prépare de l’eau à 7°C, avec un condenseur à eau refroidi à 27…32°C, génère un COP-froid de 6. Soit 6 kWh froid pour 1 kWh électrique. Pourquoi risquer de dégrader un tel système …?
  • La récupération de la désurchauffe semble surtout intéressante, puisque les températures y sont plus élevées, mais la quantité d’énergie y est plus faible que dans la phase de condensation (refroidir un gaz libère peu d’énergie par rapport à condenser ce gaz).
  • Les puissances en jeu ne s’accordent pas forcément puisqu’elles sont antagonistes : en plein hiver, la demande de froid risque d’être trop faible pour apporter de la chaleur utile au réseau d’eau chaude et en mi-saison, la demande de chaleur risque d’être insuffisante pour évacuer la chaleur au condenseur, générant ainsi sa montée en température défavorable.

De plus, en hiver, il y a concurrence avec le procédé de free-chilling qui refroidit directement la boucle d’eau froide avec l’air extérieur. Plutôt que de récupérer au condenseur de la machine frigorifique, celle-ci est totalement arrêtée !

Enfin, il faudrait comparer ce système avec le système DRV (Débit de Réfrigérant Variable) qui dispose d’une version avec récupération d’énergie apte à réaliser ce type de transfert directement au niveau des locaux.

Exemple.

Ci-dessus, d’une part, un réservoir à glace a été adjoint à l’équipement frigorifique, permettant de stocker du froid la nuit au moment où l’électricité est moins chère, pour l’utiliser le jour par la fonte de la glace.

D’autre part, en mi-saison, on récupère la chaleur au condenseur : à ce moment, la chaleur captée dans les locaux à refroidir est récupérée dans les locaux à réchauffer. L’installation est alors particulièrement économe puisque seule la consommation des compresseurs est à fournir.

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

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été).

Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique.

Ainsi, dans un immeuble de bureaux, les besoins d’eau chaude sanitaire sont faibles. La température de l’eau sera élevée dans le ballon (…60°C…). Si le condenseur est intégré dans le ballon d’eau chaude sanitaire, la machine frigorifique va travailler avec une pression de condensation élevée. La performance de la machine frigorifique va se dégrader. Si la pression de condensation s’élève encore, le pressostat HP (Haute Pression) de sécurité risque d’arrêter la machine… Un deuxième condenseur en série est alors nécessaire pour éliminer les calories. Le coût de l’installation paraît difficile à rentabiliser. D’ailleurs, faut-il encore de l’eau chaude dans les bureaux ?

Tout au contraire, dans un hôtel, dans un hôpital, dans des cuisines industrielles, des boucheries, … les besoins d’eau chaude sont élevés et une récupération de chaleur au condenseur se justifie tout à fait. Mais un ballon de préchauffage est propice au développement de la légionelle. Il faut donc s’assurer que l’eau séjournera durant un temps suffisamment long dans le dernier ballon : 60°C durant 30 minutes ou 70°C durant 4 minutes, par exemple (en cas de débit de pointe, de l’eau « contaminée » risque de traverser seulement le 2ème ballon).

Schéma 1 : un échangeur thermique parcouru par le fluide frigorigène est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude.

Dans le système ci-contre, un simple échangeur thermique (placé en série et en amont du condenseur normal) est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude. Par effet de cheminée, la chaleur sera donnée à la zone la plus froide du ballon puis communiquée à l’ensemble du réservoir.

On parle de condenseur-désurchauffeur parce que la désurchauffe des gaz provenant du compresseur aura lieu dans cet échangeur.

La réglementation impose le principe selon lequel il ne doit pas y avoir de contact possible entre le fluide frigorigène et l’eau potable. En cas de perforation de l’enveloppe du fluide, la détérioration éventuelle doit se manifester à l’extérieur du dispositif.

Dans l’échangeur ci-dessus, une double paroi de sécurité est prévue selon DIN 1988.

Schéma 2 : un ballon intermédiaire à double échange est intégré comme interface

On peut également prévoir un système à double échange : deux échangeurs sont intégrés dans un même ballon (1). Le premier échangeur est celui du condenseur de la machine frigorifique, le deuxième est le serpentin de préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Dans ce ballon intermédiaire, il n’y a aucun risque de dépôt calcaire puisque l’eau n’est jamais renouvelée.

En cas de fuite de fluide frigorigène, la pression dans le ballon augmente et une alarme est déclenchée.

Un deuxième condenseur en série est nécessaire pour le cas où le besoin de chauffage de l’eau sanitaire serait insuffisant.

Schéma 3 : en présence d’une boucle de distribution

Le régulateur de température de départ de la boucle utilise l’appoint lorsque le niveau de température du ballon est insuffisant.

Un tel schéma (contrairement au précédent) risque cependant d’être propice au développement de la légionelle, puisque le ballon de récupération peut être à une température inférieure à 60°C durant un temps assez long. Il n’est pas à recommander si des douches sont présentes dans l’installation.

On trouvera de nombreux schémas techniques d’application dans l’excellent ouvrage Climatisation et Conditionnement d’air – Tome 2 – Production de chaud et de froid de J. Bouteloup.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Débits de ventilation dans la zone de cuisson

Débits de ventilation dans la zone de cuisson

Objectifs

Le calcul des débits doit répondre à deux exigences :

  • Assurer le transfert thermique vers l’extérieur de la chaleur sensible et de la chaleur latente dégagée dans l’ambiance par les appareils de cuisson, afin de maintenir la température et l’hygrométrie à des valeurs acceptables pour le confort humain (rôle thermique).
  • Permettre, par une vitesse de captation suffisante, adaptée au mode de captage, d’entraîner le flux convectif chargé de particules lourdes vers les séparateurs de graisses (dont la surface de passage est fonction du type de filtration), hors de la zone de travail (rôle mécanique).

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

Méthodes préliminaires

La norme prEN 16282, actuellement en projet, regroupe certaines recommandations de la VDI 2052 et de l’HACCP. Elle traite notamment de principes de dimensionnement et du calcul des débits de ventilation pour les cuisines collectives.

Les méthodes préliminaires permettent d’estimer, parfois très grossièrement, le débit de ventilation. Elles sont à écarter comme méthodes de dimensionnement car trop approximatives, mais peuvent servir de vérification ou de complément à d’autres méthodes. Dans tous les cas, la méthode détaillée est la méthode à utiliser dès que les appareils de cuisine sont définis !

La norme présente trois méthodes préliminaires :

Méthode suivant la surface du local

Le renouvellement horaire est défini en fonction de la surface au sol de la cuisine et du type de cuisson ou appareils employés, soit :

  • 90 m³/h par m² en général,
  • 120 m³/h par m² pour les zones de rôtisserie, de grill et de cuisson prolongée ou pour les zones de vaisselle.

Cette méthode ne présente pas de grand intérêt : le débit de ventilation est trop largement sous-estimé pour les zones de cuisson !

Méthode suivant la vitesse d’aspiration

L’évacuation correcte des particules en suspension dans l’air ainsi que des odeurs nécessite une vitesse d’air minimale au niveau frontal reliant l’avant du bloc de cuisson (piano) au bord inférieur de l’avancée de la hotte.

La figure ci-dessus indique la courbe type du profil de la vitesse d’air entre le piano et la hotte.

Cette vitesse se situe, selon le type d’appareil, de cuisson entre 0,15 et 0,30 m/s :

Charge Vitesse Appareils
Faible 0,15 m/s fours à vapeur, bouilloires, bains-marie, fourneaux, etc.
Moyenne 0,225 m/s friteuses, sauteuses, grills, etc.
Forte 0,3 m/s barbecue au gaz, etc.

Le débit final peut alors être calculé comme suit :

qe = v x 3 600 x P x h (m³/h)

Où :

  • qe = débit d’extraction (m³/h)
  • v = vitesse de passage (m/s)
  • P = périmètre de la hotte (m)
  • h = différence de hauteur entre la hotte et le plan de cuisson (m)

Dans le cas d’une hotte rectangulaire adossée, le débit est plus faible sur les flancs latéraux de la hotte que sur l’avant. Une majoration du débit d’air doit être prévue afin de ne pas trop abaisser la vitesse de l’air à cet endroit.

Méthode pour les pièces auxiliaires

La norme recommande les débits d’air à prévoir pour les pièces auxiliaires suivant les m² de surface :

Zones Débits [m3/h par m2]
Préparation de la viande 25
Préparation du poisson 25
Préparation de la volaille 25
Préparation des légumes 25
Réserve sèche 6
Réserve à pain 6
Réserve non-alimentaire 6
Pièces pour le personnel Voir annexe C3 de la PEB
Vestiaires, WC et douches Voir annexe C3 de la PEB
Local à poubelles 6
Distribution des repas chauds 60

Méthodes détailles

Les méthodes se basent sur la Norme allemande VDI 2052 d’avril 2006. C’est cette méthode détaillée qui est reprise par la prEN 16282. La VDI comporte des tables qui donnent les quantités de chaleur sensible et de chaleur latente dissipées dans l’ambiance pour 1 kW de puissance raccordée (gaz, électricité, vapeur) de chaque type d’appareil.

Méthode suivant la puissance des appareils de cuisson

Sur base de la chaleur sensible dégagée par les appareils de cuisson, il est possible de calculer le flux convectif, c’est-à-dire le débit d’air au dessus des appareils de cuisson induit par la différence de température ou de densité de l’air.
On calcul tout d’abord la quantité de chaleur sensible transmise par convection depuis chaque appareils de cuisson :

Q = 0,5 x P x Qs

Où :

  • Q = quantité de chaleur transmise par convection (W)
  • P = puissance de l’appareil de cuisson (kW)
  • Qs = émission de chaleur sensible (W/kW)

On peut ensuite calculer le débit d’extraction de la hotte située au-dessus d’un ou plusieurs appareils de cuisson :

qe = k  x ( ΣQ x φ )1/3 x ( h + 3,4 x L x  l / (L +l))5/3 x r x a

Où :

  • qe = débit d’air extrait (m³/h)
  • k = 18, coefficient empirique (m4/3.W-1/3.h-1)
  • ΣQ = somme des émissions de chaleur sensible des appareils situés sous la hotte (W/kW)
  • φ = coefficient de simultanéité (-)

Type de cuisine

 Petite cuisine Moyenne cuisine Grande cuisine
Nombre de repas coefficient de simultanéité φ Nombre de repas coefficient de simultanéité φ Nombre de repas coefficient de simultanéité φ

Snack-bars, restaurants, hôtels

 <100 1,0 <250 0,7 >250 0,7

Hôpital (cuisine principale)

 150 0,8 <500 0,6 >500 0,6

Hôpital (cuisine de distribution)

 250 0,8 <650 0,6 >650 0,6

Institutions

 40 1,0 – – – –

Préparation, mixte

 50 0,9 <400 0,6 >400 0,6

Industrielle

 – – <3000 0,7 >3000 0,7
  • h = différence de hauteur entre la hotte et le plan de cuisson (m)
  • L = longueur du plan de cuisson (m)
  • l = largeur du plan de cuisson (m)
  • r = facteur de réduction pour tenir compte de  la position de la hotte (-)
Emplacement de la hotte Facteur de réduction r
Contre un mur 0,63
Au-dessus d’un ilot central 1
  • a = facteur de correction pour tenir compte du type de flux et de la présence d’air induit ou pas (-)
Type de flux Facteur de correction a
Sans air induit Avec air induit

Flux mixte – tangentiel

 1,35 1,25

Flux mixte – plafond

 1,30 1,20

Flux laminaire – déplacement

 1,20 1,15

Flux laminaire – source

 1,15 1,10

Méthode adaptée du Recknagel, 2e édition

La puissance en chaleur sensible va « permettre » de réchauffer un débit d’air (P [kW] = (q [m³/h] x cp [kWh/m³/°C] x  T [°C]) / rendement [/]). On regarde quel débit d’air il faut pour que la différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit ne dépasse pas 8°C. Le rendement tient compte de l’efficacité de la hotte et du coefficient de simultanéité.

De même, la puissance en chaleur latente va permettre d’humidifier un débit d’air. On regarde quel débit est nécessaire pour que l’air ne s’humidifie pas de plus de 5 g. par kg.

Il faut, pour chaque appareil composant le piano, multiplier la puissance raccordée (kW) par les valeurs des colonnes en chaleur sensible et latente et effectuer les sommes. La plus grande des deux sommes correspond au débit d’introduction à mettre en œuvre.

Sur base de cette méthode, des fabricants ont établi des tableaux tenant compte des appareils de cuisson actuels et de l’efficacité de leurs propres hottes.

Il faut également tenir compte du coefficient de simultanéité φ et du facteur de correction a.

Autres méthodes

D’autres méthodes ont été développées dans le cadre de normes ou par les fabricants, adaptées au matériel vendu ou au type de cuisine. La plupart de ces méthodes se présentent sous forme de tableaux et de valeurs types et sont tirées ou déduites des méthodes précédentes. Elles permettent une évaluation rapide, mais pas toujours correcte, des débits d’extraction à atteindre pour la zone de cuisson d’une cuisine collective.

Méthode suivant l’importance du local

On se fixe un taux de renouvellement horaire en fonction de l’importance du local « cuisine ».

qe = V x n

Où :

  • qe : débit d’extraction ( m³/h).
  • V : volume (m³).
  • n : taux de renouvellement (1/h).

Le Recknagel adapté par la norme allemande VDI 2052 donne :

Type de cuisine

 Hauteur (m) Renouvellement horaire n (1/h)
Cuisines moyennes : Restaurants, hôtels, etc. 3 à 4 20 à 30
4 à 6 15 à 20
Grandes cuisines : Casernes, hôpitaux, etc. 3 à 4 20 à 30
4 à 6 15 à 20
>6 10 à 15
Locaux de plonge 3 à 4 15 à 20
4 à 6 10 à 15
Cuisine de préparation froide 3 à 4 5 à 8
4 à 6 4 à 6
Réserves – 5 à 8

Méthode suivant la surface de cuisson

Cette méthode prescrit d’introduire un certain débit en fonction de la surface de cuisson, de la longueur du piano ou encore de la surface de la hotte.

Dimension repère Débit d’air extrait
Pour la surface d’appareils de cuisson 300…333 l/s par m²
Pour la surface de la hotte 930 à 1 000 m³/h par m²
Pour la longueur du piano 1 000 à 1 500 m³/h par m

Méthode suivant le nombre de repas servis simultanément

Repas servis simultanément Débit d’air neuf* (m³/h par repas) Valeur minimale
Office relais 15 –
Moins de 150 25 –
De 150 à 500 20 3 750 m³/h
De 501 à 1 500 15 10 000 m³/h
Plus de 1500 10 22 500 m³/h
* Ces débits sont des débits d’air neuf à introduire. Il faudra majorer ces quantités de 20% pour obtenir les débits minimaux d’air à extraire, afin de maintenir le local en légère dépression.

Méthode suivant le type d’appareils de cuisson

Cette méthode est issue des règles de l’Art. Il existe différents tableaux selon les sources. On détermine le débit d’air nécessaire à chaque appareil selon le tableau ci-dessus, puis on additionne le tout.

Appareil Type Débit
Fourneau gaz 1 500 m³/h par m²
électrique 1 000 m³/h par m²
Marmite

 

 75 l 500 m³/h
100 l 600 m³/h
150 l 800 m³/h
200 l 1 000 m³/h
250 l 1 100 m³/h
300 l 1 200
500 l 1 500 m³/h
Sauteuse gaz 1 500 m³/h
électricité 1 000 m³/h
Rôtissoire – 1 000 m³/h
Table chauffante gaz 450 m³/h par m²
électricité 300 m³/h par m²
Four à air pulsé 6 niveaux 1 000 m³/h
20 niveaux 2 000 m³/h
Cuiseur à vapeur petit modèle 1 000 m³/h
grand modèle 2 000 m³/h
Percolateur – 450 m³/h
Grill gaz 3 000 m³/h par m²
électrique 2 000 m³/h par m²
Four traditionnel à convection naturelle 300 m³/h
Feux allumés – 200 à 500 m³/h
Friteuse <300 couverts 1 000 m³/h par 10 l d’huile
> 300 couverts 2 500 m³/h par 50 l d’huile

Source : « chaud froid plomberie n° 585 » – Novembre 1996.

Il y a lieu de tenir compte d’un coefficient de simultanéité φ qui prend en compte le non fonctionnement simultané de tous les appareils à pleine puissance.

Avantages et inconvénients

Méthodes Avantages Inconvénients
Méthodes préliminaires
suivant la surface du local > Simple et rapide > Estimation grossière !
suivant la vitesse d’air d’aspiration > Permet le bon enlèvement des particules et des calories avec les hottes traditionnelles

> Simple et rapide

> Permet de vérifier les débits en déterminant la vitesse correspondante

 > Ne peut s’appliquer qu’aux systèmes avec hottes.

> Ne permet pas une prise en compte rationnelle des différents appareils et de leur puissance dissipée
Méthodes détaillées
suivant la puissance des appareils > Rationnelle et scientifique basée sur le dégagement calorifique de chaque appareil

> Base de données neutres

 > Part du principe que la chaleur dissipée dans l’ambiance est directement proportionnelle à la puissance raccordée sans précision de limite. Or, au-delà d’une certaine puissance raccordée pour une surface donnée (appareils pour la grosse industrie) cette fonction n’est plus vraie (effets thermiques et vitesse de flux plus importante)
Autres méthodes
Suivant l’importance du local > Permet de prédimensionner au début du projet et de vérifier la comptabilité entre le débit calculé par une autre méthode et le volume du local. > Ne tient pas compte du matériel installé.

> Estimation approximative.
Suivant la surface de cuisson > Permet un calcul rapide au niveau de l’avant-projet.

> Globalement fiable dans le cas d’ensembles de grandes dimensions composés d’appareils divers.

 > Ne tient pas compte du matériel installé.

> Valeurs faibles pour les appareils à dégagement de chaleur élevé.
Suivant le nombre de repas servis simultanément  > Simple quand on connaît le nombre de repas servis simultanément (pas toujours le cas dans les cuisines industrielle) > Ne tient pas compte du matériel installé.

> Le terme de repas n’est pas un indication suffisante et judicieuse.

> Estimation commune à toute la cuisine (pas de zonage suivant le type de préparation)
Suivant le type d’appareils de cuisson > Tient compte des appareils en place et est donc plus précise. > Ne tient pas compte de la puissance des appareils.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Réparer l’étanchéité d’une toiture plate

Réparer l'étanchéité d'une toiture plate

Comment réagir en fonction des altérations de la membrane d’étanchéité ?

Il est essentiel de réagir rapidement lorsqu’une membrane d’étanchéité présente des signes de vétusté ou des désordres importants, afin d’éviter toute infiltration qui pourrait mettre en péril la stabilité du support ou l’efficacité de l’isolant.

Lorsque l’étanchéité bitumineuse existante est vétuste, mais ne pose pas de graves problèmes, elle peut être conservée comme sous-couche. Dans ce cas, après préparation de cette sous-couche, peut y être collée ou soudée une membrane de bitume polymère avec armature polyester de façon à reconstituer ainsi une étanchéité multicouche.

Évaluer

 Pour évaluer l’état de la membrane d’étanchéité.

Le tableau ci-dessous indique en fonction des désordres constatés, les réactions nécessaires

Désordre

Réaction
Blessure.
Plante isolée.		 Réparation locale.
Déchirure isolée. Suppression des tensions et réparation locale.
Végétation.
Usure de la protection UV.
Boursouflure isolée.		 Entretien, régénération de la protection UV (gravier ou peinture) et réparations locales.
Algues.
Mousse.
Déchets, gravats.		 Enlèvement, nettoyage, contrôle étanchéité (réparations locales éventuelles).
Déchirures généralisées.
Boursouflures généralisées.
Défauts des fixations mécaniques.		 Remplacement de la membrane.
Membrane bitumineuse vétuste, mais sans grave problème. Pose d’une nouvelle membrane sur la membrane existante de façon à constituer ainsi une étanchéité bitumineuse bicouche.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Prédimensionnement d’un humidificateur

Prédimensionnement d'un humidificateur

Calcul du débit d’humidification

Préalable.

En climatisation, il est d’usage de travailler avec les débits massiques qm (en kg/s), parce que les débits volumiques qv (en m³/s) sont variables avec la température (l’air se dilatant avec la montée en température).

Simplifications :

Les approximations ci-dessous simplifient les calculs, sans entraîner d’erreur supérieure à 5 % du résultat :

  • la capacité thermique massique est supposée constante,
  • dans une humidification à eau froide, l’air subit une évolution isenthalpique,
  • dans une humidification à vapeur, l’air garde une température constante,
  • l’air extérieur le plus critique est estimé avec une humidité absolue de 1 greau/kgair sec (c’est le cas d’un air de – 10°C et 60 % H.R., sur base du diagramme de l’air humide).

Formules de base

Dès lors, les débits d’eau d’humidification sont donnés par :

qma = qva x ρ

qme = qma x (x2 – x1)

où :

  • qma est le débit massique de l’air (en kgair sec/s)
  • qva est le débit volumique de l’air (en m³/s)
  • qme est le débit massique de l’eau (en kgeau/s)
  • ρ est la masse volumique de l’air (en première approximation : 1,2 kg/m³)
  • x1 est l’humidité absolue de l’air avant humidification (en greau/kgair sec)
  • x2 est l’humidité absolue de l’air après humidification (en greau/kgair sec)

Exemple : application à un humidificateur à vapeur

Soit un bureau paysager de 170 m² (sous 2,8 m de plafond, soit un volume total de 480 m³). L’ambiance doit être maintenue à 22°C et 50 % H.R.

Quel doit être le débit de vapeur ? Quelle sera la puissance de l’appareil ?

Le débit d’air à assurer (voir Réglementation Wallonne en ventilation) est de 2,5 m³/h.m² de plancher, soit un débit total de 2,5 x 170 = 425 m³/h.

Le débit massique correspondant :

qma = 425 x 1,2 = 510 kg/h

Le débit de vapeur est donné par :

x1 = 1 gr/kg (air ext. – 10°C 60 % HR)

x2 = 8,3 gr/kg (air int. 22°C 50 % HR) (voir diagramme de l’air humide)

qme = 510 x (0,0083 – 0,001) = 3,72 kgeau/h.

La puissance électrique maximale est donnée par le produit entre le débit d’eau vaporisé dans les conditions extrêmes et la chaleur de vaporisation de l’eau (2 676 kJ/kg) :

P = qme x 2 676 = 3,72 kg/h x 2 676 kJ/kg x 1/3 600 s/h = 2,8 kW

On sélectionnera par exemple un humidificateur de 4 kg/h, de puissance de 3 kW environ, régulé par un hygrostat d’ambiance.

Il sera utile de prévoir également une arrivée d’eau froide avec robinet d’arrêt, une évacuation au moyen d’un entonnoir avec siphon, une prise de courant de 220 V pour le régulateur et une ligne 380 V pour l’humidificateur.

Exemple : application à un laveur d’air

Il s’agit de dimensionner le caisson « laveur d’air » d’une centrale de climatisation. L’installation fonctionne en tout air neuf.

Les consignes de l’ambiance A sont fixée à 22°C et 50 % HR (x = 8,3 greau/kgair sec).

L’installation est dimensionnée pour un air extérieur extrême E de – 10°C et 60 % HR (xE = 1 g/kg).

Dans ces conditions extrêmes, le débit volumique soufflé S est de 10 000 m³/h à 32°C. Si les apports d’eau interne sont considérés comme nuls, l’humidité absolue de l’air pulsé sera également de 8,3 greau/kgair sec.

L’installation comprend une batterie de préchauffe, un laveur d’air et une batterie de postchauffe.

On sélectionne un laveur d’air dont le rendement d’humidification est de 85 %.

Le tracé complet du traitement de l’air peut être dessiné dans le diagramme de l’air humide.

Puisque l’humidification est adiabatique dans un laveur d’air, le point de sortie de l’humidificateur Y est situé sur l’isenthalpe passant par le point X à l’entrée de l’humidificateur.

Le débit massique d’air est donné par :

qma = 10 000 m³/h x 1,14 = 11 400 kgair sec/h, puisque ρ = 1,14 kg/m³ à 32°C

Le débit d’eau évaporé dans le laveur est de :

qme = qma x (xS – xE) = 11 400 x (8,3 – 1) = 83,2 kgeau/h

Le rendement d’humidification de 85 % entraîne la relation :

η= (xY – xX) / (xSAT – xx) = 0,85

On en tire :

xSAT = xX + (xY – xX) / η = 1 + (8,3 – 1) / 0,85 = 9,6 g/kg

Le point de la courbe de saturation qui présente une telle humidité absolue, est situé sur l’isenthalpe de 37,8 kJ/kg. C’est donc aussi l’enthalpie des points X et Y.

D’où :

Puissance batterie de préchauffe = qma  x (hX – hE) = 11 400 x (37,8 + 7,9 ) = 521 208 kJ/h = 145 kW

Puissance batterie de postchauffe = qma x (hS – hX) = 11 400 x (53,5 – 37,8) = 178 980 kJ/h = 49,7 kW

Remarque : le débit d’eau pulsé est plus important puisque’on pulse généralement 0,3 kg d’eau par kg d’air, soit ici :

débit d’eau pulvérisé = 0,3 x 11 400 = 3 420 kgeau/h

On en déduit un rapport (débit évaporé / débit pulvérisé) de (83,2 / 3 420) = 2,4 %.

Exemple : application à un humidificateur à évaporation.

Soit une salle informatique de 250 m³ dont on souhaite contrôler le degré hygrométrique. Le taux de renouvellement d’air horaire est estimé à 0,6. L’ambiance doit être maintenue à 20°C et 50 % H.R. Le local ne comportant ni arrivée d’eau, ni évacuation vers l’égout, on pense à un appareil autonome à évaporation.

Quel doit être le débit en eau de l’appareil ?

Le débit massique renouvelé chaque heure est de :

qma = 250 x 0,6 x 1,2 = 180 kg/h

Le débit de vapeur est donné par :

x1 = 1 gr/kg (air ext. – 10°C 60 % HR)

x2 = 7,3 gr/kg (air int. 20°C 50 % HR) (voir diagramme de l’air humide)

qme = 180 x (0,0073 – 0,001) = 1,13 kgeau/h.

On sélectionnera l’humidificateur dont le débit horaire est immédiatement supérieur dans le catalogue du fournisseur. Il comprend une réserve d’eau et est régulé par un hygrostat incorporé.

Calcul de la portée du jet de vapeur dans un conduit de climatisation

La portée du jet de vapeur doit être calculée afin d’éviter toute condensation sur un obstacle (filtre, ventilateur, …) ou sur les parois d’une gaine.

Un premier constructeur fournit des valeurs approchées sur base de l’humidité relative avant humidificateur et de l’humidité relative après humidificateur.

Portée de l’humidification [en m]
– HR après
HR avant 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 %
5 % 0.9 1.1 1.4 1.8 2.3 3.5
10 % 0.8 1.0 1.3 1.7 2.2 3.4
20 % 0.7 0.9 1.2 1.5 2.1 3.2
30 % 0.5 0.8 1.0 1.4 1.9 2.9
40 % – 0.5 0.8 1.2 1.7 2.7
50 % – – 0.6 1.0 1.5 2.4
60 % – – – 0.7 1.2 2.1
70 % – – – – 0.8 1.7

Un autre constructeur recommande la portée suivante pour une rampe vapeur :

portée = K (qma / L) 1/2 (en m.)

où :

  • qma est le débit massique horaire de l’air traité (en kg/h)
  • L est la longueur des rampes d’injection le long desquels se répartit la distribution de vapeur (en cm.)
  • K est un coefficient repris dans l’abaque ci-dessous.

Ainsi, pour une humidité absolue de 4 g/kg avant humidificateur, une température de l’air de 20°C, une augmentation d’humidité absolue de 4,5 g/kg et une vitesse de l’air de 2 m/s, une valeur K de 2,5 est donnée.

Attention : les valeurs de portée trouvées ci-dessus correspondent à distance minimale nécessaire à la dilution de la vapeur dans l’air. C’est à cette distance minimale que l’on placera le ventilateur, par exemple. De plus, on prévoira :

  • de 1,5 à 2 x la portée avant le placement d’un filtre fin ou d’une batterie de chauffage
  • de 2,5 à 3 x la portée avant le placement d’un filtre absolu
  • 5 x la portée avant le placement de l’hygrostat de limite haute
Exemple : application à un humidificateur à vapeur

Un atelier d’imprimerie doit être maintenu à 20°C avec un degré hygrométrique stable à 50 %. Les déperditions de chaleur sont estimées à 50 kW dans les conditions extrêmes. Le débit d’air pulsé est de 10 000 m³/h. Le taux de recyclage de l’air est de 75 %. on néglige les apports en eau dans la salle.

Un humidificateur autonome à vapeur (alimentation électrique) est installé dans la gaine de pulsion.

Quel doit en être le débit d’alimentation ?

Sur base du diagramme de l’air humide :

Air extérieur E : – 10°C 60 % HR, soit xE = 1 geau/kgair sec et hE = – 2,2 kJ/kg
Air ambiant A : + 20°C 50 % HR, soit xA = 7,4 geau/kgair sec et hE = 38,7 kJ/kg

Caractéristiques de l’air de mélange M :

débit massique pulsé : 10 000 x 1,2 = 12 000 kg/h = 3,33 kg/s
débit massique recyclé : 12 000 x 0,75 = 9 000 kg/h
débit massique air neuf : 12 000 x 0,25 = 3 000 kg/h

hM = (38,7 x 9 000 + (- 2,2) x 3 000) / 12 000 = 28,5 kJ/kg
xM = (7,4 x 9 000 + 1 x 3 000) / 12 000 = 5,8 geau/kgair sec

Caractéristique de l’air soufflé S :

L’air soufflé possède la même humidité absolue que l’air ambiant :

xS = 7,4 geau/kgair sec
hS = 38,7 kJ/kg + 50 kW / 3,33 kg/s = 53,7 kJ/kg

L’air soufflé sera donc à une température maximum de 35°C. (voir diagramme de l’air humide)

Débit d’eau dans l’humidificateur :

qme = 12 000 x (7,4 – 5,8) = 19,2 kg/h

On choisira un humidificateur de 20 kg/h

Section des gaines :

Si on choisit une vitesse de 6 m/s, on obtient :

qva = 10 000 m³/h / 3 600 s/h = 2,77 m³/s
section = 2,77 m³/s / 6 m/s = 0,46 m², soit un conduit de section : 800 sur 600.

Portée du jet de vapeur :

on choisit deux rampes de distribution de 600 mm de longueur, soit L = 120 cm.

Pour une température avant humidification de 35°C (la batterie de chauffe est située avant l’humidificateur), une humidité absolue de 7,4 g/kg après humidification, une vitesse de 6 m/s, l’abaque donne par extrapolation un K de 0,25 (ce faible K s’explique par le fait que l’air est chaud et sec à la sortie de la batterie : l’humidité relative est proche des 20% et la diffusion de la vapeur dans l’air se fait très rapidement).

portée : K (qma / L) 1/2 = 0,25 x (20 / 120) 1/2 = 0,10 m

Distance minimale entre l’humidificateur et l’hygrostat : 5 x 0,10 = 0,5 m.

Attention : la portée peut dépasser le mètre si l’air à humidifier est à une température et une humidité relative proche de l’ambiance ! C’est le cas si l’air à humidifier ne porte pas la fonction de chauffage.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer les lampes

Remplacer les lampes

Suppression de lampes

Lorsque le niveau d’éclairement est trop élevé, la réduction de celui-ci peut s’obtenir par la suppression d’une lampe sur deux (par exemple) dans les luminaires existants.

La faisabilité de cette action doit être confirmée par un contrôle du mode de câblage interne des luminaires : il faut un ballast, un starter et un condensateur par lampe.
Exemple.

Circuit avec 1 ballast pour 2 lampes : il est impossible de supprimer une lampe.

Circuit compensé avec un ballast capacitif  et un ballast inductif : la suppression d’une lampe fera chuter le cos φ du luminaire.

La suppression complète de certains luminaires est, quant à elle, plus délicate et peut nuire à l’uniformité de l’éclairement.

Remplacer les lampes au coup par coup ou en une fois ?

On remplace simplement les lampes par des lampes ayant un meilleur rendement lumineux. Les professionnels parlent de « relamping »

  • Soit toutes les lampes sont remplacées en une fois, ce qui demande un investissement plus élevé mais qui sera rapidement rentabilisé.
  • Soit les lampes sont remplacées lorsqu’elles sont défectueuses. Dans ce cas, l’investissement est faible, mais l’économie d’énergie mettra un certain temps pour devenir significative.

Critères de remplacement des lampes à incandescence

Critère énergétique


Critère énergétique

Le retrait programmé des lampes les plus énergivores comme la lampe à incandescence classiques et certaines lampes halogènes  « indésirables » marque un tournant important dans l’histoire de l’éclairage.

Indépendamment du fait que ce type de lampes n’existe plus ou n’existera plus à court terme, il n’est pas inutile, d’un point de vue énergétique, d’envisager leur remplacement prématuré par des lampes plus performantes.

Actuellement, la venue sur le marché des lampes (ou luminaires) LED bouscule complètement le marché de l’éclairage. En effet, les lampes de type fluocompactes ne sont plus la seule alternative au remplacement des lampes à incandescence de type classique ou halogène.

 

Source : Commission Européenne 2009.

Cependant, l’énergie n’est pas le seul critère qui doit motiver la décision de remplacer les lampes à incandescence. D’autres critères entre en ligne compte comme le confort, l’environnement, la pérennité, …

Critère de confort

La philosophie d’Énergie+ est toujours la même depuis la parution de la première version, à savoir : « à confort égal, une économie d’énergie est toujours profitable ! ». Dans bien des projets de rénovation partielle du système éclairage, la performance énergétique est recherchée (et insidieusement la performance économique) sans se soucier du confort lumineux.

Exemple : lorsqu’une lampe à incandescence placée dans un luminaire est remplacée rapidement par une lampe fluocompacte sans tenir compte du réflecteur du luminaire, des différences photométriques des deux luminaires, du rendu de couleur, de la température de couleur de la lampe, …,  le résultat est rarement à la hauteur des ambitions de départ.

Photométrie du luminaire

L’association d’une lampe avec un luminaire donne une photométrie différente de celle de la lampe seule. En d’autres termes, une photométrie de luminaire a été établie avec une lampe bien précise. Le fait de remplacer cette lampe par une autre non identique modifie nécessairement la répartition du flux lumineux.

La figure suivante est un peu « caricaturale » mais déjà rencontrée à plusieurs reprises et pas uniquement au niveau des maisons unifamiliales !

Schéma principe photométrie du luminaire.

Rendu de couleur

Face au rendu de couleur, les sources lumineuses ne sont pas égales. Si pour une application bien précise, le rendu de couleur avait une importance capitale, bien des lampes classées comme peu énergivores ne concurrencent pas les lampes à incandescence qui, par définition, ont un rendu de couleur de 100. Dans ce cas bien précis le choix entre différentes lampes se réduit à « peau de chagrin ».

Température de couleur

Il est important aussi de conserver la température de couleur de la lampe remplacée sachant que, dans le cas contraire, l’ambiance risque d’être plus froide par exemple.

Critère de sécurité et d’environnement

En général, c’est la teneur en mercure des lampes fluorescentes qui devra interpeler le gestionnaire du bâtiment tertiaire. Ce n’est pas un critère d’exclusion, mais plutôt de réflexion par rapport aux précautions à prendre par les services de maintenance et aux filières de recyclages existantes.
Une réflexion similaire peut être menée pour les lampes LED. En effet, l’utilisation de terres rares et de substances toxiques dans la fabrication des LEDs interpelle par rapport à l’environnement.

Critère de pérennité

La durée de vie de la lampe est importante aussi dans la décision à prendre quant au remplacement d’une lampe par une autre plus performante. De manière générale, les nouvelles sources lumineuses comme les lampes fluocompactes et LED ont des durées de vie nettement plus longue que les lampes à incandescence et les lampes halogènes.

Critère du nombre d’allumages

Pour certaines applications comme pour les luminaires des cages d’escalier sur détection de présence, le nombre d’allumages et d’extinctions peut être important. Certaines sources lumineuses comme les fluocompactes sont très sensibles à ce type de sollicitation. Les LED, par contre, ne ressentent que très peu les cycles d’allumage et d’extinction.

Critère du dimming

Certaines lampes comme les fluocompactes sont sensibles au dimming qui accélère le vieillissement prématuré de ce type de lampe.

Données

 Pour accéder à un tableau récapitulatif des principales caractéristiques des différentes lampes.

Remplacement des lampes à incandescence

Lampe à incandescence ⇒⇒ Lampe halogène classe B et C

Photo lampe à incandescence.     Photo lampe halogène.

Lorsque l’indice de rendu de couleur a une importance primordiale dans l’application souhaitée, le remplacement de la lampe à incandescence par une lampe halogène peut être envisagé. En effet la lampe halogène consomme moins d’énergie que la lampe à incandescence. De plus, de nouveaux systèmes dans la lampe halogène permettent de récupérer une partie des infrarouges émis pour les renvoyer sur les filaments : la chaleur qui était perdue initialement est donc récupérée. Une économie d’énergie de l’ordre de 30 % est à la portée de ce type de lampe. La lampe halogène est un peu plus chère que l’incandescence classique, c’est vrai, mais possède une durée de vie plus longue (de 2 à 4 ans à raison de 3 heures d’allumage par jour). Les fonctionnalités de l’halogène sont identiques à celles de la lampe à incandescence. Par exemple, le dimming ne change pas. Enfin, l’halogène est aujourd’hui la solution basse consommation la moins chère du marché.

Lampe à incandescence ⇒⇒ Lampe fluocompacte

Photo lampe à incandescence.     Photo lampe fluocompacte.

Une lampe à incandescence (efficacité lumineuse : 10 – 12 lm/W) peut être tout simplement remplacée par une lampe fluorescente compacte (efficacité lumineuse : de l’ordre de 100 lm/W).

Ainsi, pour une durée d’éclairage de 8 à 9 heures par jour, le remplacement d’une lampe à incandescence de 60 W par une lampe économique de 13 W est amorti en plus ou moins 1 an (pour un prix du kWh de 0,15 €). À cette économie s’ajoute la diminution des frais de maintenance grâce à l’augmentation de la durée de vie des lampes (10 fois supérieure à celle des lampes incandescentes).

Pour le remplacement d’une même lampe incandescente, les fabricants proposent souvent des lampes fluocompactes de puissance moindre (exemple : remplacement d’une lampe incandescente de 60 W par une fluocompacte de 11 W). Ces propositions sont valables en début de vie des lampes. Cependant le flux lumineux des lampes fluocompactes chute relativement fort durant leur durée de vie. C’est pourquoi il est conseillé de choisir une lampe fluocompacte ayant au départ un flux lumineux supérieur à celui de la lampe incandescente existante.

Pour peu que la taille de la lampe fluocompacte soit compatible avec le luminaire, on peut augmenter un niveau d’éclairement insuffisant en augmentant la puissance recommandée dans le tableau ci-dessus (exemple : une lampe fluocompacte de 25 W en remplacement d’une lampe incandescente de 60 W). Il faudra cependant se méfier de l’augmentation du risque d’éblouissement avec l’augmentation du flux lumineux.

Calculs

 Pour estimer la rentabilité du remplacement de vos lampes incandescentes.

La lampe fluocompacte existe en lumière chaude et en lumière froide. Pour obtenir une qualité de lumière identique à celle de la lampe à incandescence, il faut opter pour une fluocompacte dont la température de couleur correspond à une lumière chaude. Aussi, la lampe fluocompacte possède un indice de rendu des couleurs de 80 (minimum imposé par la norme NBN EN 12464).

Lors du remplacement de la lampe à incandescence par une lampe fluocompacte, il faudra aussi être vigilant par rapport :

  • au temps d’allumage pour obtenir 100 % du flux lumineux ;
  • à la température à laquelle la lampe est soumise. Rien ne sert de placer une fluocompacte dans un luminaire externe ;
  • à la photométrie du luminaire existant ;
  • de la présence de mercure ;
  •  …

Enfin, un des inconvénients de la lampe fluocompacte est qu’on ne peut pas avoir tout à fait les mêmes usages qu’avec la lampe à incandescence classique sachant qu’elle n’aime pas le dimming. En effet, celui-ci :

  • augmente le vieillissement prématuré de la fluocompacte ;
  • diminue le rendu de couleur ;
  • noirci rapidement les parois du tube.

Lampe à incandescence ⇒⇒ Lampe LED

Photo lampe à incandescence.     Photo lampe LED.

Incontestablement, la lampe à LEDs est promise à un « brillant » avenir. En effet, ce type de lampe cumule les principaux avantages suivants :

  • Une durée de vie théorique très longue (de l’ordre de 50 000 heures voire plus). La durée pratique actuelle de la lampe serait de l’ordre de 20 000 à 30 000 heures. Mais aucun fabricant n’est à même d’avancer des chiffres précis. La technologie est encore trop jeune en LED d’éclairage. Ceci dit, le remplacement d’une lampe à incandescence  par une lampe LED résout le problème de la faible durée de vie de la lampe à incandescence (1 000 à 2 000 heures suivant les conditions d’emploi) ;
  • Un nombre d’allumage et d’extinction très important (⇒ ∞).
  • Une très bonne efficacité dans le froid). La lampe à incandescence, elle, n’aime pas trop les grandes variations de température.

Des petits bémols actuels (qui peuvent évoluer favorablement dans un avenir proche) à mettre au passif de la lampe LED par rapport à l’incandescence sont :

  • Le rendu de couleur Ra n’est pas « tip top ». Supérieur à 80 % d’accord, mais plus faible que celui de la lampe à incandescence.
  • Ce type de lampe à culot présuppose que le « driver » se trouve dans la lampe même. En général, le « driver » se trouve dans le culot.

Exemple d’étude thermique réalisée : les « entailles » pratiquées dans le globe sont des dissipateurs de chaleur : que se passe-t-il si on renverse la lampe la tête en bas comme c’est le cas dans beaucoup configuration d’éclairage  ? La dissipation thermique est-elle suffisante ? Ces points d’interrogation sont en cours d’étude à l’heure actuelle.

  • L’esthétique de la lampe dite « blanche » pourrait paraître peu enviable aux yeux de certaines personnes. Question de goût ! Ceci dit, les fabricants travaillent à la résolution de ce problème. De par la présence des « radiateurs » de globe, la photométrie est sensiblement différente de celle d’une lampe à incandescence. À voir si le résultat est acceptable.

Photo lampe LED éteinte.Photo lampe LED allumée.

Lampe LED éteinte et allumée.

  • Le prix actuel de ce type de lampe est naturellement élevé. Question de temps ? À suivre !

Remplacement des tubes fluorescents

Tubes 38 mm (T12) ⇒⇒ Tubes 26 mm (T8)

Photo tubes 38 mm (T12).Photo tubes 26 mm (T8).

Puissances Économie escomptée
de l’ordre de 8 %
Avant Après
20 W 18 W
40 W 36 W
65 W 58 W

Il est intéressant de remplacer les tubes fluorescents de Ø 38 mm (ancienne génération) par des Ø 26 mm qui ont une efficacité lumineuse supérieure. Ils ont la même longueur, le même culot et utilisent les mêmes ballasts (à l’exception des tubes fluorescents à allumage rapide). Ils sont donc directement interchangeables.

BE : ballast électronique
BC : ballast conventionnel (électromagnétique)

Source : Laborelec.

De même les tubes rapid-start ne peuvent être simplement remplacés par des tubes de ∅ 26 mm car ils nécessitent des auxiliaires différents.

Lorsque le niveau d’éclairement est insuffisant, le remplacement par des lampes à meilleure efficacité lumineuse permet, à puissance égale, une augmentation du flux lumineux.

On trouve encore des tubes fluorescents dits « standards » (c’est-à-dire avec un mauvais rendu de couleur). Leur remplacement par des tubes type 830 ou 840 ne diminuera pas la consommation énergétique, mais augmentera le flux lumineux d’environ 15 %, avec l’avantage de rendre aux occupants leur « teint naturel ».

Calculs

 Pour estimer la rentabilité du remplacement de vos tubes fluorescents.

Tubes 26 mm (T8) ⇒⇒ Tubes 16 mm (T5)

Photo tubes 26 mm (T8).Photo tubes 16 mm (T5).

Y a t-il un intérêt particulier à remplacer les lampes T8 par des lampes T5 ? A priori non, pour la simple raison qu’il faut modifier tout l’équipement du luminaire. En effet, les tubes de ∅16 mm sont plus courts que ceux de ∅ 38 mm et de ∅ 26 mm, ce qui impose de remplacer également les luminaires.

Description

 T8 T5
Puissance (W) 18 36 58 14 28 35
Longueur (mm) 600 1 200 1 500 550 1 150 1 450

Même si l’efficacité lumineuse des lampes T5 (à une température ambiante de 35°C) est meilleure que celle des lampes T8 (à une température ambiante de 25 °C) et sachant que les conditions d’ambiance sont différentes d’un projet à l’autre, il ne faut pas tirer de conclusion hâtive en privilégiant une lampe plutôt que l’autre. Cependant, on voit apparaître sur le marché des kits de remplacement des lampes T12 ou T8 par des T5. Ces kits sont équipés d’un ensemble compact tel que décrit dans la figure suivante :

Exemple de solution proposée par un fabricant
Toutefois, le placement de ces adaptateurs T8-T5 n’est pas une solution à proposer dans des projets professionnels (marquages CE et ENEC ne sont plus valables ; la durée de vie de ces adaptateurs n’est pas prouvée ; la photométrie du luminaire change (risque d’éblouissement) ; le flux lumineux de la lampe T5 diffère du flux de la lampe T8 d’origine (risque de problème de niveau d’éclairement).

Tubes 26 mm (T8) ⇒⇒ Tubes LED

Photo tubes 26 mm (T8).Photo tube LED.

Une alternative au remplacement d’un tube T8 par un tube T5 est le tube LED. En effet, le tube LED (s’il est de bonne qualité) offre les avantages d’avoir une plus grande durée de vie et une consommation plus faible, et d’être moins sensible aux cycles d’allumage/extinction. On effectue, dans ce cas, le remplacement du luminaire équipé d’un tube fluorescent T8 et d’un ballast conventionnel (électromagnétique) par un tube LED à driver intégré. Notons aussi que le tube est exempt de mercure contrairement aux tubes fluorescents (par contre les LED contiennent d’autres produits rares et nocifs).

Mais attention ! Le placement de tubes LED dans un luminaire existant conçu pour tube TL fait que les marquages CE et ENEC ne sont plus valables.  Les exigences de qualité et de sécurité prescrites par les normes ne sont donc plus garanties. Une normalisation est cependant en cours.

De plus on fera attention à la photométrie du luminaire équipé du tube LED qui sera sensiblement différente du luminaire initialement équipé d’un tube fluorescent. De plus, il faudra aussi être attentif à la luminance du tube LED (surtout dans le cas du tube clair). Mal adapté au luminaire d’origine, le tube LED pourrait causer un inconfort dû à l’éblouissement.

Il faudra aussi peut-être adapter le luminaire pour évacuer la chaleur afin de ne pas compromettre la durée de vie du tube (par le placement d’un ventilateur par exemple). Les nouveaux luminaires résolvent ce problème par un système de refroidissement « passif » (sorte de « dissipateur à lamelles » similaire à ceux utilisés pour les  processeurs d’ordinateur).

Enfin, le marché du LED est envahi de produits de bonne comme de médiocre qualité. Avant, le marché de l’éclairage était contrôlé par des professionnels de l’éclairage. Actuellement, des électroniciens se lancent dans l’aventure de l’éclairage avec plus ou moins de réussite. Sachant que le métier de l’éclairage est tout à fait spécifique et demande beaucoup de « savoir-faire » : prudence, prudence, …

Remplacement des lampes au mercure haute pression par des lampes au sodium

Si on dispose au départ d’une installation avec lampes à vapeur de mercure haute pression (efficacité lumineuse 50 lm/W), on peut envisager de remplacer ces lampes par d’autres lampes à décharge haute pression ayant une efficacité lumineuse plus élevée.

Si le niveau d’éclairement actuel est suffisant, on remplacera les lampes au mercure haute pression par des lampes de plus faible puissance.

Ce type de rénovation est cependant parfois délicat

  • Les réflecteurs des luminaires sont conçus pour une position bien précise du brûleur de la lampe. Or celui-ci varie en fonction du type de lampe. Changer de lampe implique donc un léger changement de la répartition lumineuse et peut-être une augmentation des risques d’éblouissement.
  • Le changement de lampe implique un changement d’ambiance (indice de rendu des couleurs différents). Si on veut conserver une uniformité de style, il est conseillé de changer toutes les lampes en même temps et non lors de chaque défectuosité. Ceci implique un investissement plus ou moins important.

Le remplacement de lampes au mercure par des lampes au sodium implique en principe une modification des auxiliaires électriques :

  • La puissance des nouvelles lampes étant nettement plus faible, le courant baisse aussi fortement, ce qui nécessite d’utiliser un nouveau ballast.
  • Les lampes au sodium demandent une tension d’amorçage nettement supérieure aux lampes au mercure. Il faut donc adjoindre au circuit un nouvel amorceur.

Pour faciliter ces changements, il existe des kits de conversion comprenant ballast et starter, qui s’intègrent facilement dans le circuit électrique du luminaire.

Pour obtenir un bon rendu des couleurs, on peut utiliser des lampes aux iodures métalliques fonctionnant sur ballast pour lampes au sodium haute pression ou de lampes au sodium haute pression « confort » (IRC = ± 65).

Puissances

Économie escomptée

Avant

80 W

125 W

250 W

Après

50 W

70 ou 100 W

100 ou 150 W

38 %

20 à 44 %

40 à 60 %

Calculs

 Pour estimer la rentabilité du remplacement de vos lampes au mercure HP.

Lampes iodures métalliques compatibles aux ballasts pour lampes sodium HP

Il existe maintenant sur le marché des lampes aux iodures (ou halogénures) métalliques pouvant remplacer directement les lampes au sodium ou au mercure en gardant les auxiliaires d’origine. Ce remplacement a surtout pour but d’améliorer :

          

Lampe au sodium ⇒⇒ Lampe aux iodures métalliques

Photo lampe au sodium.Photo lampe aux iodures métalliques.

Lampes sodium haute pression et iodure métallique.

Si l’on doit effectuer le remplacement des lampes sodium HP pour des raisons de confort (efficacité visuelle due à la température de couleur de la lumière plus élevée), on prendra en considération les caractéristiques suivantes :

Lampe aux iodures métalliques 250 W 400 W
Ballast
pour lampe au sodium HP
 pour lampe au sodium HP
Puissance de la lampe (W)
295
445
Perte du ballast (W)
21-26
28-30
Flux lumineux (lm)
23 000
38 000
Efficacité lumineuse (lm/W)
78
85
Couleur de température (K)
4 000
3 900

Enfin, lorsque l’on envisage le montage d’une lampe aux iodures métalliques sur un luminaire équipés d’un ballast existant pour lampe au sodium, il faut être conscient de la réduction de la durée de vie de la lampe :

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les consommations de la pompe à vide

Diminuer les consommations de la pompe à vide

Contrôle de température de l’anneau liquide

Le liquide de refroidissement alimentant la pompe à vide sert à créer l’étanchéité dans le corps de pompe en formant un anneau liquide par centrifugation.

La température de l’anneau liquide influence la qualité du vide :

  • Pour un anneau liquide à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
  • Pour un anneau liquide à 35 °C, la tension de vapeur est de 57 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 70  mbar.

De plus, elle agit sur la tenue mécanique dans le temps de la pompe à vide.

D’un point de vue énergétique, il va de soi qu’un mauvais contrôle de la température de l’anneau liquide, indépendamment des problèmes d’échauffement ponctuel dû à l’extraction d’un mélange de condensats chauds et de vapeur, allonge les temps de vide. Il s’ensuit non seulement une consommation électrique supplémentaire de la pompe à vide mais aussi un risque d’abandon du processus de stérilisation.

Cycle classique de stérilisation.

Le cycle ci-dessus montre que la pression de vide est de l’ordre de 70 [mbar]. Dans beaucoup de refroidissements de stérilisation, on adopte des valeurs de vide de l’ordre de 50 [mbar]; la température de l’anneau liquide alors ne doit pas dépasser 30 [°C]. Il est donc impératif de contrôler correctement la température par la gestion du débit d’appoint en eau adoucie de l’anneau liquide.

Récupération du liquide de refroidissement

 1. Circuit ouvert

Schéma circuit ouvert.

Dans un circuit ouvert, c’est la température de l’eau du réseau d’eau adoucie qui conditionne directement la performance de l’anneau liquide.

La température moyenne recommandée est de 15 [°C]; ce qui veut dire qu’indépendamment de la grande quantité de liquide de refroidissement consommée, la qualité du vide est bonne toute l’année.

Théories

 Pour en savoir plus sur les débits de liquide de refroidissement de la pompe à vide.

Dans un circuit ouvert, un cycle de stérilisation peut demander à la pompe à vide de consommer en moyenne de l’ordre de 200 [L]; ce qui représente naturellement des consommations énormes au bout d’une année pour un service de Stérilisation Centrale.

2. Circuit semi-fermé ou semi-ouvert

Principe

Schéma circuit semi-fermé ou semi-ouvert.

Dans ce type de circuit, l’amélioration possible est de travailler à la température la plus basse possible sans augmenter trop le débit d’appoint qui pénaliserait la consommation d’eau.

L’optimisation de la consommation de liquide de refroidissement passe donc par le choix de la température maximum garantissant le vide souhaité sans risque de refus du système du cycle engagé.

Exemple.

Théories

 Pour en savoir plus sur l’optimisation de la température du liquide de refroidissement de la pompe à vide.

En considérant que l’on ne veut pas dépasser une température d’entrée de la pompe à vide de 20 [°C], le calcul donne une température de sortie de pompe de :

T°sortie = 20 [°C] + 12 [°C] = 32 [°C]

Les 12 [°C], tenant compte de la chaleur de compression dégagée dans la pompe et l’augmentation de température due au mélange du liquide de refroidissement, des condensats et de la vapeur issus de la chambre de stérilisation, est une température moyenne.

On en déduit le débit d’appoint :

Débitappoint = 0,152 [m³/cycle]

Dans cet exemple, on montre que, théoriquement, il est possible de diminuer la consommation de l’appoint d’eau d’un tiers de celle nécessaire pour un circuit ouvert (de l’ordre de 229 litres).

Évaluer

  Pour en savoir plus sur l’évaluation des coûts rapportés aux différentes consommations.

Soit financièrement 30 % de 3 395 [€/an]

ou une économie de 1 018 €/an

Régulation

La régulation d’un tel système peut se réaliser simplement en pilotant une électrovanne 2 voies en fonction de la température de l’eau dans la cuve tampon :

  • Lorsque la température de l’eau dans le circuit augmente, l’électrovanne 2 voies s’ouvre et refroidit le volume d’eau. En pratique, une cuve tampon est placée entre le retour et l’appoint d’eau froide.
  • À l’inverse, quand la température de l’eau de la cuve diminue, l’électrovanne se ferme.

On est donc en présence d’un système simple permettant de réduire la consommation d’eau de l’anneau liquide de la pompe à vide.

3. Circuit fermé

Principe

Schéma circuit fermé.

Le placement d’un tel système dans une installation existante en circuit ouvert nécessite :

  • de bien dimensionner l’échangeur,
  • de prévoir quand même un appoint d’eau pour absorber les pointes de température en début de phase de vide.

Dimensionnement

L’échangeur doit être dimensionné pour réagir de manière instantanée à la surchauffe de début de phase de vide. En effet, à ce moment les condensats peuvent être très chauds.

Exemple.

Théories

 Pour en savoir plus sur l’optimisation de la température du liquide de refroidissement de la pompe à vide.

En considérant que l’on ne veut pas dépasser une température d’entrée de la pompe à vide de 20 [°C], le calcul donne une température de sortie de pompe de :

T°sortie = 20 [°C] + 12 [°C] = 32 [°C]

Les 12 [°C] tenant compte de la chaleur de compression dégagée dans la pompe et l’augmentation de température due au mélange du liquide de refroidissement, des condensats et de la vapeur issus de la chambre de stérilisation.

On en déduit en fonction du débit d’eau de l’anneau liquide (229 [litres/cycle]) la puissance de l’échangeur à placer:

Puissanceéchang eur = 8,5 [kW]

Sur base de la puissance calculée, on peut envisager :

  • De réchauffer l’eau osmosée d’entrée du générateur. Mais un simple échangeur eau/eau risque par moment de ne pas être suffisant et nécessite un appoint d’eau côté circuit pompe à vide.
  • De profiter de l’eau glacée des ventilo-convecteurs de la stérilisation (souvent présent) pour réaliser une petite dérivation vers un petit échangeur.

Pour la seconde solution, quel serait l’impact énergétique :

Théories

 Pour connaître tous les détails de calcul du bilan énergétique.

Évaluer

 Pour connaître tous les détails de l’évaluation des coûts énergétiques et de consommation.

En considérant que :

  • la puissance de l’échangeur est Péchangeur = 8,5 [kW];
  • nombre de cycle par an nbcycle= 6 291 [cycle/an];
  • temps moyen par cycle tmoyen = 0,75 [h/cycle];
  • temps moyen de pompage par cycle tpompage = 0,5 x 0,75 [h/cycle];
  • le COP de la machine frigorifique = 3

L’énergie annuelle nécessaire pour refroidir l’anneau liquide est de:

Qannuelle [kWh] = Péchangeur  [kW] x nbcycle [cycle/an] x tpompage [h/cycle]

=

Qannuelle [kWh] = 8,5 [kW] x 6 291 [cycle/an] x 0,38 [h/cycle]

Qannuelle  = 20 320 [kWh/an]

On en déduit la consommation électrique du compresseur de la machine frigorifique :

Qélectrique [kWh/an] = Qannuelle [kW] / COP

Qélectrique  = 20 320 / 3 = 6 773 [kWh/an]

Soit une dépense électrique au compresseur de :

dépense = 6 773 [kWh/an] x 0,11 [€/kWh]

dépense = 745  [€/an]

Sachant que la dépense annuelle en liquide de refroidissement pour alimenter l’anneau liquide de la pompe à vide est de 3 395 [€/an] en cycle ouvert.

Conclusion

Le placement d’un échangeur branché sur une boucle d’eau glacée a les avantages et les inconvénients suivants :

(+) réduction drastique des consommations d’eau par rapport au circuit ouvert (d’où l’amortissement assez rapide de l’échangeur à plaque et de sa régulation).

(-) nécessité d’une boucle d’eau glacée en stérilisation.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation – Améliorer]

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation - Améliorer]

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

Objectifs de la récupération

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

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

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

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

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

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

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

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

Principes hydrauliques de base

Exploiter l’énergie frigorifique en fonction de la température

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

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

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

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

Exemple.

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

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

Si le réseau d’eau glacée passe au régime 12°C – 17°C, la température moyenne à l’évaporateur passe à 10,75°C, soit une hausse de 1,25°C.

Cet impact est faible, mais il aura lieu durant toute la vie de l’installation, et il se cumulera aux pertes par tuyauteries plus élevées et à la consommation de latente plus forte également.

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

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

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

Exemple de récupération de chaleur sur plafonds froids

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

Fonctionnement en récupération :

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

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

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

photo humidificateur
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer énergétiquement un humidificateur existant

photo humidificateur

Remarque : si l’analyse conclut à la nécessité du remplacement de l’appareil, on consultera les critères de choix d’un humidificateur.

Décentraliser l’humidification

D’une manière générale, on vérifiera si l’humidification décentralisée d’une zone limitée dans le bâtiment au moyen d’un petit générateur de vapeur électrique ne pourrait pas suffire. L’humidification n’est-elle pas nécessaire uniquement au niveau du local informatique ou des zones contrôlées ?
Les humidificateurs autonomes à vapeur sont particulièrement souples à ce sujet.
À noter que certains locaux ne nécessitent pas d’humidification : une salle de restaurant, une cafétéria, une salle d’archives, …

Diminuer le taux de renouvellement d’air

Le besoin d’humidification est directement lié au taux de renouvellement d’air puisque c’est l’air neuf qu’il faut humidifier en hiver. Il y a donc lieu de définir précisément les besoins réels en apport d’air neuf.

Évaluer

 Comment évaluer la qualité de l’air

Si un local nécessite un taux de renouvellement horaire de 5 sans obligation de contrôler le taux d’humidité, alors que les autres locaux n’ont besoin que d’un taux de 1 mais avec nécessité d’humidifier, il peut être intéressant de concevoir deux installations différentes.

Gérer

 Comment réduire les débits d’air.

Diminuer la consigne d’humidification

Plus la consigne d’humidité souhaitée dans les locaux est élevée, plus la consommation liée à l’humidification est importante.

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…

Il faut donc limiter le taux d’humidité au minimum assurant le confort, à savoir 40 %. C’est d’ailleurs le taux minimal à respecter selon le RGPT.
Attention, il s’agit bien de la consigne d’humidité ambiante qui est fixée à 40%. Celle-ci peut être mesurée dans l’ambiance ou dans la reprise (si la température de l’air repris est représentative de l’ambiance – ce n’est pas le cas lorsque l’extraction se fait au travers des luminaires). Souvent, on retrouve des consignes d’humidité de l’air pulsé. Il est clair que le réglage de celles-ci doit tenir compte de la production d’humidité interne du local de manière à ne pas dépasser les 40% ambiants.
On sera par ailleurs attentif aux groupes de traitement d’air régulés suivant le principe du point de rosée. En effet, si la régulation ne comprend pas de gestion de l’humidificateur en fonction de l’humidité ambiante (c’est courant), il y aura souvent une humidification excessive. Cela dépendra de la consigne de rosée programmée.

Améliorer

 Comment limiter l’humidification de l’air neuf ? Cliquez ici !

Adapter le débit de déconcentration

La fréquence des purges de déconcentration est un des éléments coûteux d’une installation d’humidification : coûteux en eau, coûteux en énergie s’il s’agit d’un humidificateur à vapeur. En effet, dans ce cas, c’est de l’eau bouillante qui va être rejetée à l’égout…
À défaut de calcul du débit de déconcentration, ou lorsque la dureté de l’eau est variable dans le temps, on aura tendance à augmenter la fréquence des purges…
Il est dès lors utile d’investir dans un humidificateur équipé d’un régulateur de fréquence des purges en fonction de la dureté de l’eau.
Pour chiffrer l’intérêt de ce régulateur, on peut suivre le raisonnement suivant :

  • Les pertes de chaleur peuvent être calculées sur base de x litres/h envoyés à l’égout, chaque litre chauffé de 10° à 100° demandant 0,1 kWh.
  • Le rendement de l’humidificateur est le rapport entre la chaleur nécessaire à la vaporisation de l’eau et la chaleur totale fournie.
  • Sans régulateur, le rendement d’un humidificateur à vapeur est de l’ordre de 85 %.
  • Avec un régulateur, le rendement atteint 94 %.
Exemple.

Soit une installation de 40 kg/h de vapeur (et donc 40 x 0,75 = 30 kW). en moyenne annuelle, on estime que l’installation fonctionne à 50 % de puissance durant 1 000 heures.

La perte de rendement de 9 % entraîne un surcroît de consommation de :

0,09 x 0,50 x 30 x 1 000 = 1 350 kWh/an

Sur base d’un prix du kWh à 0,1 €, on obtient :

1 350 x 0,1 = 135 €/an

Adapter le régulateur aux besoins

Si le système de régulation est en mode on-off, il travaillera généralement avec un différentiel de 5 %. Or une consigne est généralement réglée par l’occupant en fonction de sa valeur minimale. Comme tout supplément d’humidité entraîne un supplément de consommation, autant placer un système sensible qui n’entraînera pas de dépassement vers le haut de l’humidité intérieure.
Trois types de régulateurs sont disponibles : régulateur on-off, régulateur proportionnel (P) ou régulateur proportionnel-intégral (PI). Le diagramme ci-dessous (issu d’un constructeur) permet de choisir le type de régulateur et la bande proportionnelle du système en % HR, en fonction :

  • De la précision attendue (plus la tolérance est faible, plus on aura tendance à sélectionner un PI avec petite bande proportionnelle).
  • De la quantité relative d’humidité absolue à fournir (plus celle-ci est grande, plus on sélectionnera un appareil PI fiable, puisqu’on est proche de la saturation).

Schéma système de régulation est en mode on-off

Le remplacement d’un régulateur ON-OFF existant par un PI ne s’amortit pas sur la réduction des consommations, mais en cas de renouvellement du matériel, autant réserver le régulateur ON-OFF à un rôle de sécurité limite haute.

Remplacer la régulation par point de rosée d’un laveur d’air

L’utilisation des humidificateurs par pulvérisation avec recyclage d’eau était souvent associée à une régulation dite « par point de rosée ». La fiabilité des hygrostats étant autrefois sujette à caution, on prévoyait une régulation sur base de la température en sortie d’humidificateur, température égale au point de rosée du point de soufflage. On parlait de régulation par « point de rosée ».

Schéma de la régulation par "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…

Quelles solutions ?

  • 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 ne s’en rendra pas compte, puisque le confort est assuré dès 40 % HR …

Techniques

 Pour plus de détails, cliquez sur l’analyse d’une régulation par point de rosée.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le pare-vapeur pour le plancher des combles

Isoler le plancher des combles, pare-vapeur.

concevoir 

 Le choix du pare-vapeur se fait comme pour une toiture neuve.

Remarque.

Il est parfois impossible de poser correctement le pare-vapeur. C’est le cas, par exemple, lorsque l’on pose l’isolant entre les gîtes par le haut sans toucher à la finition du plafond. Alors, la sous-toiture et la couverture devront être réalisées à l’aide de matériaux qui permettent de se passer de pare-vapeur et cela en tenant compte de la classe de climat intérieur.

On veillera cependant toujours à vérifier l’étanchéité à l’air de la finition intérieure.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Faut-il ajouter une sous-toiture lors de l’isolation du versant existant ?

Faut-il ajouter une sous-toiture lors de l'isolation du versant existant ?

  1. Lattes
  2. Contre-lattes
  3. Faut-il une sous-toiture ?
  4. Isolant
  5. Charpente
  6. Pare-vapeur
  7. Finition du plafond

On dispose d’une bonne sous-toiture

Une bonne sous-toiture possède les caractéristiques adéquates dont il est question ci-dessous, mais doit également être posée correctement.

De telles sous-toitures peuvent avoir été placées en prévision d’une isolation ultérieure en vue d’un aménagement des combles.

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 Au cas où l’on dispose d’une bonne sous-toiture correctement posée, on peut poser l’isolant entre les chevrons et on procède comme pour une toiture neuve.

Les caractéristiques d’une bonne sous – toiture :

La sous-toiture doit être :

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

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

La perméabilité à la vapeur

La sous-toiture doit être plus perméable à la vapeur que la finition intérieure sous l’isolant, car, même si la toiture est munie d’un pare-vapeur parfaitement mis en œuvre :

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

La capillarité

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

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

La rigidité

Il existe des sous-toitures rigides, comme les plaques renforcées aux fibres organiques et des sous-toitures souples comme les membranes plastiques microperforées ou non.
Une sous-toiture rigide a, pour avantage, de :

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

Les exemples de « bonne » sous-toiture

Une sous-toiture de type fibres ciment-cellulose ou fibres de bois sont de bonnes sous-toitures : elles sont perméables à la vapeur, capillaires et rigides.

Les non-tissés en fibre de verre ou en matière synthétique représentent de bonnes sous-toitures si elles sont bien posées et que tous les autres composants de la toiture sont également correctement placés.

La sous – toiture doit être correctement posée

La sous-toiture doit être posée de manière continue et avec recouvrements entre les plaques ou les membranes.

Discontinuité dans la sous-toiture.

Il ne peut y avoir aucune perforation de la sous-toiture.

La sous-toiture doit aboutir à l’extérieur du bâtiment, dans la gouttière par exemple, sans créer de poches intérieures.

Mauvaise pose de la sous-toiture au niveau de la gouttière.

Il ne peut y avoir aucun obstacle qui empêche l’eau de couler sur la sous-toiture vers la gouttière.

Photo sous-toiture.

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 A chaque interruption de la sous-toiture (cheminée, lanterneau, lucarne, …), les eaux infiltrées sous les éléments de couverture doivent être déviées vers la gouttière.

On dispose d’une bonne sous-toiture mais endommagée localement

La sous-toiture doit être réparée localement avant de poser l’isolant.

Suivant les sous-toitures, les méthodes de réparations locales varient. On sera toujours attentif à :

  • ne pas créer de poche de stagnation,
  • ramener l’eau sur la sous-toiture située en aval,
  • effectuer des réparations solides et stables dans le temps,
  • utiliser des matériaux compatibles avec la sous-toiture existante.

On ne dispose pas de sous-toiture

Faut-il en placer une par l’intérieur ?

Non !

En raison de la complexité de la méthode et du manque d’expérience dans le domaine, l’addition d’une sous-toiture à la toiture existante est, à ce jour, peu recommandée.

Par l’intérieur, il n’est quasiment pas possible de réaliser une sous-toiture continue entre chevrons.
Une interruption dans la sous-toiture donne lieu à un point préférentiel d’infiltration d’eau.

De plus, pour assurer correctement son rôle d’évacuation de l’eau, la sous-toiture doit aboutir à l’extérieur du bâtiment, dans la gouttière par exemple, sans créer de poches intérieures. Or en cas de rénovation sans retirer la couverture, le raccord correct de la sous-toiture à la gouttière est difficilement envisageable.

Comment raccorder la sous-toiture à la gouttière sans démonter la couverture ?

  1. Volige
  2. Lattes
  3. Contre-lattes
  4. Gouttière
  5. Sous-toiture
  6. Mur plein
  7. Isolant.

En réalité, la seule bonne solution consiste à retirer la couverture et à placer une sous-toiture par l’extérieur.

Il existe une solution peu fiable qui consiste à ne pas placer de sous-toiture et à choisir un matériau isolant hydrophobe, non capillaire posé de manière parfaitement jointive afin, qu’en cas d’infiltration, 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.

Dans le cas d’une laine minérale, un pare-vapeur doit être posé de manière impeccable et faire office de coupe-vent (les effets du vent peuvent se faire sentir fortement dans une toiture).
Au cas où l’eau passerait en-dessous de l’isolation au travers d’un joint mal fermé, cette légère infiltration serait arrêtée par le pare-vapeur et sécherait par la suite.

Dans le cas d’une mousse de polystyrène, celui-ci remplit, à lui seul les fonctions de sous-toiture, d’isolant et de pare-vapeur.
Enfin, toujours pour éviter les infiltrations d’air, il est préférable de choisir une finition en plâtre plutôt qu’en lambris ou planchettes.

Une précaution … !

Pour isoler sans sous-toiture, les pentes minimales doivent être respectées. Il faut être absolument certain du bon état de la couverture : elle doit assurer à elle seule la fonction d’étanchéité de la toiture. Il faut régulièrement surveiller tout envol ou rupture d’une tuile ou d’une ardoise, car lorsque les dégâts sont visibles à l’intérieur, il est souvent trop tard.

Autrement dit, cette solution n’est pas sans risque et doit être évitée ! En effet, il est difficile de contrôler toute pénétration d’eau (en cas d’intempérie, …), et si cette pénétration d’eau était sans conséquence néfaste avant l’isolation de la toiture, celle-ci pourrait endommager toute la finition intérieure de même que la charpente après isolation.

Remarque : le texte ci-dessus est inspiré d’un texte non officiel et non publié : Toiture inclinée – Questions techniques – Placement d’une sous-toiture en rénovation / Guichets de l’Énergie d’Ottignies / Août 1995. Il a été écrit suite à une étude faites sur le sujet par le Guichet de l’Energie d’Ottignies.

On ne dispose pas d’une bonne sous-toiture

On peut se trouver en présence d’une sous-toiture qui ne correspond pas aux caractéristiques d’une « bonne » sous-toiture. Il peut s’agir de feuilles de matière synthétique (micro-perforées ou non), de papier bitumé ou de papier revêtu d’une feuille d’aluminium ou synthétique, de membranes bitumineuses, etc.

Si la sous-toiture est trop peu perméable à la vapeur, il faut placer un pare-vapeur plus efficace sous l’isolant.

Question ?

Peut-on percer une sous-toiture existante pour augmenter sa perméabilité à la vapeur ?

  • c’est inutile, la condensation se fera sur la sous-toiture autour des trous,
  • il y a risque d’infiltration par les trous,
  • il y a risque de courant d’air sous la sous-toiture.

On dispose d’un voligeage

Le voligeage n’est pas considéré comme une sous toiture étanche.

On devra alors enlever la couverture et poser sur le voligeage une sous-toiture souple mais perméable à la vapeur et capillaire, et replacer la couverture après pose de contre-lattes et de lattes.

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 Ensuite, on placera l’isolant par l’intérieur entre les chevrons comme on le ferait pour une nouvelle toiture.

  1. Pare-vapeur
  2. Chevron ou fermette (existant)
  3. Voligeage (existant)
  4. Sous-toiture
  5. Contre-latte
  6. Latte
  7. Couverture
  8. Gouttière (existante)

Initialement, la gouttière est fixée sur le voligeage. La sous-toiture que l’on vient poser sur le voligeage aboutira donc généralement correctement dans la gouttière.

On peut aussi choisir de ne pas poser de sous-toiture mais cette solution présente des risques.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le modèle d’isolation pour le plancher des combles

Cas d’un plancher lourd

La composition du plancher existant n’a pas d’influence sur le choix du modèle d’isolation.

Cependant, l’isolation sous le plancher lourd étant à éviter, tous les autres modèles vont surélever le plancher avec toutes ses conséquences : diminution de la hauteur sous toiture; diminution de la hauteur des baies (portes); selon la disposition, nécessité d’une marche supplémentaire …

Schéma l'isolation sous le plancher lourd.

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 Cette contrainte mise à part, le choix du modèle avec aire de foulée,ou sans, se fait donc comme pour une toiture neuve.

Cas d’un plancher léger

Le choix du modèle d’isolation se fait en fonction des différents critères ci-dessous. C’est au concepteur de décider ceux qui sont prioritaires.

L’efficacité énergétique

L’efficacité énergétique de l’isolation d’un plancher de comble dépend évidemment de l’épaisseur et du coefficient de conductivité thermique (λ) de l’isolant.

Elle dépend aussi de la continuité de l’isolant. Ainsi une isolation posée entre gîtes de 4 cm d’épaisseur écartés de 36 cm ne couvre que 90 % du plancher, le reste étant couvert par les gîtes nettement moins isolants.

Un modèle où l’isolant couvre l’ensemble du plancher sans discontinuité, tel qu’un matelas de laine minérale qui enveloppe l’ensemble du plancher ou un isolant posé au-dessus du plancher,est donc plus efficace au niveau énergétique.

La composition et l’état du plancher léger existant + besoin ou non d’un pare-vapeur + besoin ou non d’une aire de foulée

Selon le modèle d’isolation, l’isolant se pose par le haut (sur le plafond de l’étage inférieur) ou par le dessous du plancher. Le modèle se choisit donc en fonction de la composition existante du plancher ou des éléments du plancher que l’on veut garder visibles.
Le pare-vapeur devant être posé sous l’isolant, la nécessité d’en poser un, détermine aussi le choix du modèle.
Enfin, si l’on souhaite une aire de foulée, il faut adapter le modèle pour pouvoir la supporter.

Choix du modèle d’isolation en fonction de la composition du plancher existant

Plancher existant

Plancher sans aire de foulée, avec plafond.

Plancher avec aire de foulée, sans plafond.

Plancher avec aire de foulée et plafond.

Modèle sans pare-vapeur

Modèle initial :
Plancher sans aire de foulée, avec plafond Plancher avec aire de foulée, sans plafond Plancher avec aire de foulée et plafond
On ne rajoute pas d’aire de foulée :

Matelas semi-rigide entre gîtes.

Ou éventuellement, panneaux rigides de mousse synthétique.

Panneaux de semi-rigide, panneaux rigides ou flocons entre gîtes.
L’aire de foulée est retirée puis replacées après pose de l’isolant.

Panneaux semi-rigide, panneaux rigides ou flocons entre gîtes.

 

Matelas isolant souple recouvrant le plafond en contournant les gîtes
On rajoute une aire de foulée :

Panneaux semi-rigide, panneaux rigides ou flocons entre gîtes.

Modèle avec pare-vapeur

Modèle initial :
Plancher sans aire de foulée, avec plafond Plancher avec aire de foulée,
sans plafond		 Plancher avec aire de foulée
et plafond
On ne rajoute pas d’aire de foulée :

Matelas souples à languettes entre gîtes.

 On ne rajoute pas d’aire de foulée :
 

 

Panneaux isolant souple, semi-rigide ou rigide posé au-dessus d’un support.
On pose un plancher destiné à supporter l’isolant, le pare-vapeur est déroulé sur le plancher, l’isolant est posé sur le pare-vapeur.

 

  

Panneaux isolant souple, semi-rigide ou rigide posé au-dessus du plancher
On rajoute une aire de foulée :

 

 On rajoute une aire de foulée :

 

Isolation semi-rigide entre lambourdes au-dessus du plancher ou panneaux rigides au-dessus du plancher

Isolation semi-rigide entre lambourdes au-dessus du plancher ou panneaux rigides au-dessus du plancher

La régularité de l’entredistance entre les gîtes

Les modèles utilisant les matelas à languettes (exemple : matelas à languettes entre les gîtes sans aire de foulée) ne conviennent pas pour les planchers à structure irrégulière car les rouleaux d’isolant ont des largeurs standards.

Les modèles utilisant des panneaux semi-rigides, rigides ou des flocons, par contre, s’adaptent bien à des structures irrégulières.

Découpe d’un panneau semi-rigide pour adapter sa largeur.

  1. On découpe le panneau suivant la diagonale.
  2. On fait glisser les moitiés pour diminuer la largeur.
    ou
  3. On fait glisser les moitiés pour augmenter la largeur.
  4. Enfin, on enlève les pointes qui dépassent.

Le besoin de disposer d’un espace technique important

Les modèles où l’isolant est posé par-dessus le plancher (Exemple : isolation entre lambourdes au-dessus du plancher avec aire de foulée) permettent de profiter de l’espace entre les gîtes comme gaine technique.

Ces modèles d’isolation surélèvent le plancher avec toutes ses conséquences : diminution de la hauteur sous toiture, diminution de la hauteur des baies (portes), selon la disposition, nécessité d’une marche supplémentaire…

Schéma modèles où l'isolant est posé par-dessus le plancher.

La régularité du support de l’isolant

Les modèles qui utilisent des panneaux de laine souple ou semi-rigide ou des flocons permettent de rattraper des irrégularités plus ou moins fortes de la surface de support de l’isolant.

Les modèles qui utilisent les panneaux rigides nécessitent un support relativement plane.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer l’étanchéité à l’air

Schéma de l'étanchéité à l'air de l'enveloppe

Impact de l’étanchéité à l’air

Toute infiltration d’air génère une consommation supplémentaire de chaleur en hiver, de froid en été. Elle peut être estimée en considérant qu’elle augmente la consommation liée au taux d’air neuf du bâtiment. En plus de son impact sur la consommation énergétique, l’étanchéité à l’air peut être responsable d’autres désagréments tels qu’une réduction de l’isolation acoustique, une détérioration des performances hygrothermiques des matériaux isolants ou encore l’apparition de courants d’air près des fuites.

Améliorer l’étanchéité au niveau des parties courantes des parois

Au niveau des parties courantes des parois délimitant le volume protégé, toute fissure doit être colmatée.
Les matériaux poreux utilisés en construction (briques, blocs de béton, laines minérales, …), s’ils ne sont pas enduits, sont perméables à l’air.
De plus, il arrive que les joints des maçonneries ne soient pas correctement réalisés : les joints verticaux sont partiellement remplis mais ce défaut est camouflé par rejointoyage augmentant encore la perméabilité de l’ensemble de la maçonnerie. À titre d’exemple, des mesures d’étanchéité sur des maisons en murs creux en blocs de béton non plafonnés sont donné des débits d’environ 0.5 m³/(h.m²). 
Pour améliorer l’étanchéité à l’air de l’enveloppe, ces matériaux doivent être protégés d’une couche étanche à l’air : un enduit (cimentage ou plafonnage), des plaques de plâtres enrobées correctement rejointoyées. Une couche de peinture épaisse et filmogène peut aussi convenir. Une fois traités, les valeurs de débit à 50 Pa varient de 0 à 1.3 m³/(h.m²) en fonction du type et de la qualité de traitement, avec une moyenne de 0.3 m³/(h.m²) (moyenne sur 89 mesures faites par 8 auteurs différents)((Projet AirPath50 – Martin Prignon & Geoffrey Van Moeseke)).
Exemple.

Suite à une mesure de pressurisation sur un bâtiment en blocs non enduits et donc peu étanche, on a obtenu un n50 = 10/heure. L’application d’une couche de peinture épaisse sur les blocs a réduit le n50 à 1/heure.

Remarque : un pare-vapeur est plus ou moins étanche à la vapeur d’eau suivant sa nature, mais est également à l’air. 

 

Améliorer l’étanchéité aux raccords des éléments de façade ou au niveau des percements

Les jonctions telles que les raccords entre les éléments de la construction (façade/toiture, façade/plancher au niveau de la plinthe, …) ou les percements (passage de conduite, baie vitrée, portes, caisson de volet, boîtiers électriques, …) sont toujours des points délicats. On doit vérifier la parfaite jonction du raccord entre les différents éléments de construction ou entre la paroi et le percement dès que ce dernier touche la ou les couche(s) de la façade qui assure l’étanchéité à l’air. Si cette jonction présente des espaces, il faut les colmater.

Améliorer l’étanchéité du raccord mur-châssis

Photo étanchéité du raccord mur-châssis

Avec les châssis anciens, le joint entre le châssis et la maçonnerie était habituellement réalisé au moyen d’un mortier au ciment, souvent fendillé avec le temps et donc insuffisamment étanche.
On peut réfectionner ce joint. On procède en 4 étapes :

  1. On dégage le joint existant (mortier ou mastic), y compris l’éventuel fond de joint.
  2. On nettoie et on dégraisse les lèvres du joint.
  3. On réalise un fond de joint (pour autant que l’espace vide soit suffisant), par exemple, en plaçant un préformé de bourrage à cellules fermées.
    Dans le cas d’un mur plein, il est conseillé de créer une chambre de décompression entre le resserrage extérieur avec le gros œuvre et le resserrage intérieur.
    L’injection de mousse de polyuréthane n’est pas conseillée car, de par son caractère expansif, peu provoquer des dégâts (arrachement, …).
  4. On applique sur ce fond de joint un mastique élastique (exemple : mastic silicone) en veillant à assurer un bon contact entre les lèvres.

Améliorer l’étanchéité des châssis

Remarque : dans ce paragraphe, l’étanchéité à l’eau a été traitée en même temps que l’étanchéité à l’air ces deux-ci étant difficilement dissociables.

Une mauvaise étanchéité des châssis peut être due à :

Une classe de résistance à l’air et à l’eau du châssis insuffisante par rapport aux solicitations :

En effet, le STS définit des niveaux de performance d’étanchéité à l’eau (PE2, PE3, PE4, PEE ) et à l’air ( PA2, PA2B, PA3 ) des châssis à atteindre en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.
S’il s’agit de châssis standards ces niveaux de performance sont signalés par l’agrément technique.

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

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

 PA2B (1) (3)

PA2B (3)

PA3

PA3

PA3

 PE2 (2)

PE3

PE3

PE4

PEE
  • (1) Si il n’y a pas d’exigence particulière du point de vue thermique et/ou acoustique, on se contentera d’un niveau PA2.
  • (2) Si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prend un châssis de résistance PE3, et on le signale dans le cahier spécial des charges.
  • (3) Si on est en présence de locaux avec air conditionné, un niveau PA3 s’avèrera nécessaire.

Si les performances des menuiseries sont inadaptées à l’exposition et à la hauteur par rapport au sol, il n’est pas toujours possible d’y apporter les améliorations nécessaires (ajout d’une barrière d’étanchéité, modification du profil…).
Dans ce cas, seul un remplacement du châssis peut être envisagé.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur le choix des châssis.

Une mauvaise étanchéité entre dormant et ouvrant

Un mauvais fonctionnement de la double ou triple barrière d’étanchéité :
Remarque : des infiltrations d’eau et d’air sont inévitables malgré un bon dispositif d’étanchéité dans certains types d’ouvrants, au sein desquels l’interruption des joints d’étanchéité au droit des charnières est obligatoire.

Concevoir

 Pour connaître les risques d’infiltration en fonction du type d’ouvrant.

Dans les anciens châssis, la forme des profilé ménageant une ou deux frappes constituait l’unique dispositif de joint entre dormant et ouvrant.
Dans ce cas et en cas de problème d’étanchéité, il est possible de réaliser un joint souple sur la frappe la plus intérieure de l’ouvrant, soit en mousse compressible, soit en mastic silicone épousant la forme des châssis.
Dans les châssis plus récents en bois, on peut ajouter également un tel type de joint sur la deuxième ou la troisième frappe.
Les fuites d’étanchéité peuvent être dues au vieillissement du préformé, dans ce cas, celui-ci doit être remplacé.
Remarque : lors de l’entretien des châssis en bois, le traitement du bois ne doit pas recouvrir le préformé, sinon ce dernier est rendu inefficace.
Il est indispensable de souder ou de recoller les joints d’étanchéité présentant une discontinuité dans les angles. En effet, la continuité du joint dans ces zones est particulièrement délicate : le joint peut facilement se défaire à cet endroit.
Dans tous les cas, il faut que le joint soit continu et reste dans un même plan sur tout le pourtour de l’ouvrant.

Un mauvais drainage

Le drainage de la chambre de décompression peut s’avérer insuffisant. Des conduits de drainages peuvent être rajoutés dans le dormant.
On veillera à réaliser des conduits d’inclinaison et de diamètres identiques à ceux existants. Normalement, les conduits seront situés près des angles et équidistants de +/- 50 cm.

Schéma du drainage de la chambre de décompression

Un mauvais réglage ou/et entretien des quincailleries.

Un bon réglage des quincailleries permet d’assurer un écrasement du préformé de -/+ 2 mm et garantit ainsi un bon fonctionnement de la barrière d’étanchéité.

Une déformation excessive du châssis lors de sa manipulation ou par la dilatation thermique.

Cette déformation engendre principalement un défaut d’étanchéité entre le dormant et l’ouvrant car ailleurs (c.-à-d.. entre la maçonnerie et le châssis et entre le châssis et la vitre), les joints sont extensibles.
On améliore la raideur du châssis en rapportant des profilés à la face intérieure ou extérieure.

Une mauvaise étanchéité entre le cadre et le vitrage

Schéma de la mauvaise étanchéité entre le cadre et le vitrage

Dans les anciens châssis, un mastic durci et non élastique, posé généralement du côté extérieur, assurait la fixation du vitrage dans son cadre. Des petits clous assuraient la stabilité du vitrage en attendant la pose du mastic.
Les anciens mastics doivent être remplacés par des mastics souples après nettoyage et retraitement des châssis. On peut également d’abord rajouter des parecloses.
Pour les châssis récents en bois, on vérifie et éventuellement on remplace les joints, les parcloses, et l’emplacement des cales.
Pour les châssis PVC, aluminium ou polyuréthane, le joint autour des vitrages est généralement colmaté à l’aide d’un préformé d’étanchéité en néoprène, par exemple. Il doit être vérifié et remplacé s’il est abîmé.
Si on constate une insuffisance de drainage de la feuillure, on peut ajouter des conduits de drainage. L’opération est plus délicate que celle d’ajouter des conduits de drainage à la chambre de décompression car elle se fait dans l’ouvrant du châssis et toute erreur de disposition peut entraîner des infiltrations d’eau de rejet en aval de l’étanchéité à l’air du profilé.

Schéma de la mauvaise étanchéité entre le cadre et le vitrage

Si le vitrage est remplacé, il faut prévoir un nouveau type de joint et vérifier la présence de drainage de la feuillure.

Une mauvaise étanchéité des assemblages

Les assemblages peuvent être rendus étanches par des injections de mastic fluide ou de colle.

Améliorer l’étanchéité au niveau des ouvertures

Les halls d’entrée sans sas

L’air conditionné en été et l’air chauffé en hiver s’échappent joyeusement… ! Le coût généré par cette fuite est variable en fonction de la durée d’ouverture.

À titre de repère, un trou permanent d’1 m² dans une enveloppe (vitre brisée, par exemple) génère un passage d’air à la vitesse moyenne de 1 m/s. Ce m³ qui s’échappe par seconde va entraîner une consommation hivernale de :

1 [m³/s] x 3 600 [s/h] x 5 800 [h/saison chauffe] x 0,34 [Wh/m³.K] x (15° – 6°) / 1 000 = 63 000 [kWh/an]

où :

  • 15° est la température moyenne intérieure, tenant compte d’un abaissement nocturne et d’un apport équivalent de 3° par les apports « gratuits »,
  • 6° est la température moyenne extérieure hivernale dans le centre de la Belgique,
  • 0,34 Wh/m³xK est la capacité thermique de l’air.

Soit un équivalent de +/- 2 500 € par an et par m² d’ouverture permanente, si la chaleur est fournie par du combustible fuel à 0,375 €/litre.

Une solution consiste à créer un sas avec doubles portes ouvrantes automatiques, ou avec porte tournante, thermiquement plus efficace mais plus contraignante à l’usage.

Photo ouvre-porte automatique

Solution minimale : le ferme-porte automatique.

Cas particulier des bâtiments climatisés

Ce problème est moins important dans les bâtiments conditionnés dès leur origine : des châssis étanches, voire fixes, auront été prévus.

De plus, les locaux sont souvent maintenus en surpression (débit de pulsion > débit d’extraction) : l’air extérieur ne peut pénétrer et les courants d’air sont exclus.

Quelques cas particuliers sont cependant à prendre en considération :

Les halls d’entrée sans sas

L’air conditionné (et donc coûteux…) s’échappe joyeusement ! Le coût généré par cette fuite est variable en fonction de la durée d’ouverture.

A titre de repère, un trou permanent d’1 m² dans une enveloppe (vitre brisée, par exemple) génère un passage d’air à la vitesse moyenne de 1 m/s. Ce m³ qui s’échappe par seconde va entraîner une consommation hivernale de :

1 [m³/s] x 3 600 [s/h] x 5 800 [h/saison chauffe] x 0,34 [Wh/m³.K] x (15° – 6°) / 1 000 = 63 000 [kWh/an]

où :

  • 15° est la température moyenne intérieure, tenant compte d’un abaissement nocturne et d’un apport équivalent de 3° par les apports « gratuits »,
  • 6° est la température moyenne extérieure hivernale dans le centre de la Belgique,
  • 0,34 Wh/m³.K est la capacité thermique de l’air.

Soit un équivalent de +/- 2500 € par an et par m² d’ouverture permanente, si la chaleur est fournie par du combustible fuel à 0,375 €/litre.

Une solution consiste à créer un sas avec doubles portes ouvrantes automatiques, ou avec porte tournante, thermiquement plus efficace mais plus contraignante à l’usage.

Les climatiseurs mobiles

Photo climatiseur mobile  Photo climatiseur mobile

Il arrive qu’un climatiseur de local soit installé dans l’urgence !
Pour évacuer la chaleur au condenseur, une solution peu onéreuse consiste faire passer soit le manchon d’air, soit les conduits de fluide frigorigène, par un coin de la fenêtre… qui de ce fait reste entrouverte !

En été, comme un serpent qui se mort la queue, la climatisation se fatigue à refroidir l’air chaud … dont elle a favorisé l’entrée !

Les bâtiments partiellement conditionnés

Un bloc opératoire d’un hôpital, une salle de conférence d’un immeuble de bureaux, … sont parfois des zones climatisées distinctement. L’étanchéité de cette zone par rapport au reste du bâtiment est nécessaire pour limiter les consommations.

Exemple.

Dans un centre hospitalier de Mouscron, seul le quartier opératoire était conditionné et mis en surpression. En pratique, cette surpression n’était pas atteinte puisque les couloirs communiquaient avec le restant de l’hôpital. Le responsable technique a fait placer des portes automatiques coulissantes (du type entrée de grand magasin) afin d’améliorer l’étanchéité de la zone et de diminuer les consommations.
Installation air-eau
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer une installation « air-eau » : ventilos, éjectos, poutres et plafonds froids…

Installation air-eau

Adopter une température de pulsion de l’air neuf qui ne « casse » pas l’énergie

A priori, on peut penser que la température de pulsion de l’air neuf devrait être neutre dans le bilan thermique du local et ne pas interférer avec la régulation des ventilos. On rencontre ainsi une pulsion proche des 21°C toute l’année. Effectivement, au niveau du bilan thermique du local le bilan est neutre. Mais pas au niveau global du bâtiment !

En effet, ce choix implique qu’en mi-saison de l’énergie soit « cassée ». Si la température extérieure est de 14°C par exemple, il y a des chances que le local soit déjà en régime « refroidissement ». On va dès lors chauffer l’air neuf de 14 à 21°, et simultanément évacuer l’énergie excédentaire du local, via le ventilo-convecteur par exemple. Il aurait mieux valu pulser directement cet air à 14°C dans le local.

Mais 14°C est une pulsion de température trop faible qui risque de créer de l’inconfort au niveau des occupants.

En fonction de la bouche de pulsion d’air présente et du confort qu’elle engendre, il faudra établir une stratégie qui conduise à un optimum énergétique. En plein hiver, si tous les locaux sont chauffés, la température de pulsion peut être de 21° ou supérieure. Mais dès que la température extérieure génère le refroidissement de certains locaux, la consigne devrait être abaissée jusqu’au minimum compatible avec le confort des utilisateurs : 16°C… 18°C… ?. Ceci induit un réglage de la température en sortie des échangeurs du caisson de traitement d’air à 14°C… 16°C…, puisque ventilateur et parois du conduit apporteront 1°C environ chacun.

En cas de rénovation, on choisira des bouches à taux d’induction élevé afin de pouvoir abaisser cette température de pulsion.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur le choix des bouches de pulsion et d’extraction.

Reste une difficulté : le local inoccupé dont l’occupant a arrêté le ventilo en quittant le local. C’est le débit d’air de ventilation qui va assurer la température de base durant son absence. Et au retour de l’occupant, le local sera fort froid… Cela ne paraît cependant pas remettre en question le principe d’une pulsion à 16°C car l’occupant a le loisir de remettre son local en température très rapidement dès son retour grâce à l’absence d’inertie du ventilo-convecteur (transfert rapide par l’air) et à la possibilité de positionner le ventilo en grande vitesse. Et si l’occupant n’apprécie pas la petite période d’inconfort qui en résulte, il y a beaucoup de chances qu’il ne soit pas du genre à arrêter son ventilo en quittant le local !

En période de relance, stopper l’air neuf

En période de relance, avant l’arrivée des occupants, la régulation centrale peut faire fonctionner le bâtiment en circuit fermé, sans apport d’air neuf.

Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique

S’il y a simultanéité de besoins de chaud et de froid dans le bâtiment (local informatique refroidi en hiver, par exemple), il peut être alors intéressant d’étudier la récupération de la chaleur au condenseur de la machine frigorifique.

Améliorer

 Pour plus de détails sur la récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.

Valoriser les possibilités de la régulation

D’une manière générale, la dépense pour des équipements nouveaux est généralement justifiée, d’autant plus si l’installation date d’une « autre époque ». La gamme de choix des systèmes de contrôle est assez large aujourd’hui sur le marché, si bien que l’on peut acheter sur mesure. Via un réseau de communication, l’unité centrale optimisera la gestion des équipements afin qu’elle colle au mieux aux besoins, sans gaspillage.

  • Une régulation tout ou rien crée des trains de chaleur/froid et des dépassements de consigne, et ce phénomène est accentué si la température de l’eau est très élevée : une régulation par vannes 2 ou 3 voies modulantes est plus confortable.
  • Pour ramener de l’eau glacée à la plus haute température possible à l’évaporateur (ce qui améliore le rendement de l’échangeur), il est préférable de travailler à débit variable, et donc de privilégier les vannes 2 voies.
  • Lorsque la vanne se ferme parce que la consigne est atteinte, le ventilateur crée une impression de froid désagréable parce qu’il continue à brasser de l’air ambiant, perçu comme froid : sur les ventilateurs à trois vitesses, on régulera de telle sorte que l’arrêt de la production de chaleur se fasse à basse vitesse (si thermostat sur la reprise d’air) ou à l’arrêt (si thermostat d’ambiance).
  • En période d’été, il est possible que la température ambiante soit au petit matin aux alentours de 18°C : la régulation devrait empêcher l’installation de chauffage de fonctionner afin de pouvoir profiter en journée du réservoir thermique des parois (équipements et occupants auront tôt fait de remonter la température) (-> élargir la zone neutre si on ne dispose pas d’une gestion centralisée des équipements).
  • Envisager l’arrêt automatique d’une unité terminale en fonction d’un détecteur de présence temporisé, monté en série dans le circuit de commande, dans les locaux à utilisation intermittente. Une telle régulation est évidente dans les hôtels, mais le capteur de présence est remplacé par la gestion des réservations de chambre.

Il existe aujourd’hui des superviseurs de petits et moyens systèmes de conditionnement d’air qui permettent d’optimaliser le fonctionnement de l’installation sans devoir investir dans une GTC (Gestion Technique Centralisée) complète.

Travailler avec une température de l’eau glacée qui ne provoque que peu ou pas de condensation

Lorsque le régime d’eau glacée est trop bas par rapport aux besoins (en mi-saison), l’air du local est inutilement déshumidifié, ce qui est coûteux en énergie et inconfortable. La température peut être modifiée entre l’hiver ou la mi-saison (besoins faibles de refroidissement) et l’été.

Évaluer

 Pour accéder à une comparaison chiffrée entre deux installations à régimes d’eau glacée différents.

Améliorer

 Pour plus de détails sur l’adaptation des températures de la boucle d’eau glacée.

Soigner la diffusion de l’air

Lorsque les ventilo-convecteurs sont encastrés en allège ou dans une armoire, on vérifiera si l’air pulsé est correctement canalisé vers la grille du meuble de façon étanche.

  

À défaut, une partie de l’air sera court-circuité vers la grille de reprise, à l’intérieur du meuble. Ceci diminue la puissance du ventilo et perturbe sa régulation.

Recyclage partiel de l’air.

Sélectionner et entretenir les filtres des unités terminales

  • Choisir des filtres de qualité minimum EU 2.
  • Les nettoyer tous les 6 mois; à défaut, le bruit augmente et la puissance diminue.

Si l’installation de ventilo-convecteurs est du type à 3 tubes…

Une installation de ventilo-convecteurs à 3 tubes (1 départ chaud, 1 départ froid et 1 retour commun) est très énergivore par son principe, puisque du mélange entre eau froide et eau chaude est fréquent, au moins en mi-saison. Une analyse particulière doit avoir lieu pour améliorer ce système. Idéalement, il faudrait pouvoir la gérer comme une installation à 2 tubes, avec une régulation organisant le « change over » avec souplesse.

Question : avec la régulation numérique d’aujourd’hui, pourrait-on s’inspirer du fabricant qui réalise une installation « chaud ou froid » à partir d’une installation 2 tubes en Débit de Réfrigérant Variable ? Bien sûr, ce système est beaucoup moins inerte et peut se permettre de chauffer 10 minutes les locaux en demande de chaleur pour passer ensuite pendant 20 minutes aux locaux en demande de froid ! Si une telle souplesse n’est pas possible avec une installation à eau, il est cependant envisageable que le « tuyau de retour » ne soit utilisé que par l’un ou par l’autre (sans accepter de mélange). En mi-saison, en fonction d’une analyse par le régulateur, le matin et le temps de midi seraient consacrés à la relance (chaud), le restant de la journée étant consacré à fournir du froid, par exemple. L’inertie des bâtiments où ce type de système est inséré devrait permettre de franchir les périodes d’arrêt.

Pour aider à ce type de fonctionnement, un compromis pourrait être trouvé à partir du schéma de régulation ci-dessous : une seule température d’eau est envoyée dans le réseau qui fonctionne comme une installation 2 tubes, mais le réseau d’air neuf est progressivement réchauffé lorsque la température extérieure descend. Ainsi, pour la période critique de mi-saison, le local défavorisé reçoit un peu de chaleur via le réseau d’air. Le local en demande de refroidissement conserve l’apport d’eau glacée. Jusqu’au moment où tout bascule (l’air de ventilation est froid et l’eau est chaude). C’est un compromis puisque de l’énergie est cassée par ce système, mais en moindre quantité que dans un fonctionnement 3 tubes.

Si vous êtes confrontés à ce type de problème, nous serions très heureux de participer à une réflexion sur les techniques de rénovation possibles. Si vous avez rénové une installation à 3 tubes, nous serions heureux de faire écho ici de votre solution. Merci d’avance.

Pour aller plus loin, et tout particulièrement en cas de rénovation importante de l’installation, on consultera les critères de conception de qualité repris ci-dessous :

Concevoir

 Choix d’une installation de ventilos-convecteurs.

Concevoir

 Choix d’une installation de plafonds froids.
Photo, isolation tuyaux
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la distribution [chauffage central]

Photo, isolation tuyaux

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 Text > 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 Text > 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 Text > 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 Text > 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.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Placer un survitrage

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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer le niveau sonore [Ventilation]

Diminuer le niveau sonore [Ventilation]

Plan d’action

Schéma diminuer le niveau sonore - ventilation.

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,…

Schéma bruit est solidien - 01.  Schéma bruit est solidien - 02.

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.

Schéma supports antivibratiles - 01.

Schéma supports antivibratiles - 02.

Schéma supports antivibratiles - 03.

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.

Schéma transmission par les conduits.

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.

Photo manchettes de compensation.

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).

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

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

Remplacer le fluide frigorigène d'une installation existante

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)).

Author Image 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 :

  1. 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).
  2. 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.
    Schéma de mode de régulation des vannes
  3. 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).
  4. 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).
    Schéma de mode de régulation des vannes

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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer par un chauffage gaz ou fuel ?

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).
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Réparer l’isolation

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.

Author Image 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.

Author Image 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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer l’efficacité du trafic

Photo, commande ascenseur

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 :

photo flèches montée, descentephoto flèches montée, descente

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…

Photo ascenseur

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.

Photo ascenseur

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 4ème vers le 6ème 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 4ème vers le 6ème 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
Schéma ascenseur gestion a 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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’isolant pour une toiture existante [Améliorer]

  1. Lattes
  2. Contre-lattes
  3. Sous-toiture
  4. Isolant
  5. Charpente
  6. Pare-vapeur
  7. 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 (Kglobal ou Be 450).

Élément de la surface de déperdition

Umax(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 (λU) 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

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 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 « di » de l’isolant se calcule par la formule suivante :

La résistance thermique totale d’une paroi (Rt)
1/U		 = [1/hi + d1/λ1 + d2/λ2 + … + di/λi + Ru + 1/he]
<=>  

di

= λi [(1/U) – (1/hi + d1/λ1 + d2/λ2 + … + Ra + 1/he)]

où

  • λi 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),
  • he et hi les coefficients d’échange thermique entre le toit et les ambiances extérieures et intérieures valant respectivement 23 W/m²K et 8 W/m²K,
  • dx/λx la résistance thermique des autres couches de matériaux,
  • Raest 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 :

  1. plaques de plâtre, 9 mm, λ = 0,35 W/(mxK);
  2. gaine technique : vide non ventilé de 2 cm –> Ra = 0,17 m²K/W
  3. 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

di = λi [(1/U) – (1/hi + d1/λ1 + Ra + 1/hi)]

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

di = 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 :

di = λi ((1/ U) – (1/he + 1/hi) [m]

Pour U = 0,3 W/m²K,

di= λi ((1/ 0,3) – (1/23 + 1/8 )) m

= λi x 3,16 [m]

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

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

Exemple.

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

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

di = 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 :

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.

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 Pour réaliser correctement le raccordement avec une fenêtre de toiture

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 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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Organiser le rafraîchissement par free-cooling

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

Schéma 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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

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

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

Débit d’évaporation

Soit :

  • x1 = humidité absolue de l’air avant humidification (en kgeau / kgair sec)
  • x2 = humidité absolue de l’air après humidification (en kgeau / kgair sec)
  • qv = débit volumique de l’air (en m³/s)
  • r = poids volumique de l’air (en kg/m³)

Le débit d’eau évaporée De est donné par :

De = r x qv x (x2 – x1)  [en kgeau/s]

Si qv est exprimé en m³/h, débit horaire plus réaliste, le débit d’eau évaporée De sera lui aussi exprimé en kgeau/h.

Débit d’eau de déconcentration

Un constructeur propose l’abaque ci-dessous :

Elle permet d’extraire FB, coefficient de déconcentration. Sa valeur précise le pourcentage d’eau de déconcentration Dd à prévoir en fonction du débit d’évaporation De.

Dd = FB x De (en kgeau/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 m³/h traversant un humidificateur à évaporation.

Caractéristiques

  • avant humidification, humidité absolue de 2 geau / kgair sec
  • après humidification, humidité absolue de 10,5 geau / kgair 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/m³, d’où

De = r x qv 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, Dd = 0,3 x 87,7 = 26,3 litres/h

Débit total d’eau consommée

Dtot = 87,7 + 26,3 = 114 litres/h.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le pare-vapeur pour la toiture à versants

Schéma technique sur le pare-vapeur.

  1. Lattes
  2. Contre-lattes
  3. Sous-toiture
  4. Isolant
  5. Charpente
  6. Pare-vapeur
  7. 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 :

Schéma technique sans pare-vapeur.

Avec pare-vapeur :  

Schéma technique 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 :

Schéma sur le principe de condensation.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
Terre cuite Béton Métal Naturelles Synthétiques
Aucune I – – – – – / –
II, III – E1 E1 E1 – / –
Capillaire I – – – – – / –
II, III – – – – – / –
Non capillaire en bandes I – – – – – / –
II, III E1 E1 E1 E1 E1 / E1
Non caplillaire continue I – – – – – – –
II, III E2 E2 E2 E2 E2 E2 E2
Eléments de toiture isolants* I – – – – – – –
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.

    Pare-vapeur, conseil de mise en oeuvre 01.

    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.

Pare-vapeur, conseil de mise en oeuvre 02.

Joint silicone.

  1. Panne.
  2. Chevron.
  3. Pare-vapeur.
  4. Contre-latte.
  5. Sous-toiture.
  6. Latte.
  7. Couverture.
  8. Joint-colle.

Pare-vapeur, conseil de mise en oeuvre 03.

Joint souple + latte fixée.

  1. Pare-vapeur.
  2. Latte.
  3. 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).

Pare-vapeur, conseil de mise en oeuvre 04.

  1. Finition du plafond.
  2. VIDE TECHNIQUE.
  3. Lattes.
  4. Pare-vapeur.
  5. Isolants.
  6. Isolants.
  7. Contre-lattes.
  8. Lattes.
  9. 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.

Pare-vapeur, conseil de mise en oeuvre 05.

  1. Première couche d’isolant.
  2. Deuxième couche d’isolant.
  3. Pare-vapeur.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Rentabilité de l’isolation d’une paroi

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 :

  • S = la surface de la paroi; elle est fixée à 1 m²
  • Tm = Tint. moy. – Text. 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 (Tint moy.)

Tint. 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 (Text. 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

Text. 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 (Text. 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.
Thermographie
Author Image 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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les charges thermiques externes aux meubles

Diminuer les charges thermiques externes aux meubles

L’apport des occupants

Est-ce un problème ?

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

Ces valeurs varient en fonction de la température ambiante.

En période froide

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

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

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

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

En période chaude

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

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

Peut-on diminuer ces consommations ?

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

Source : magasin Bioshanti Bruxelles.

En période froide

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

En période chaude

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

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

L’apport des équipements environnants

Est-ce un problème ?

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

Exemple.

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

Meubles frigorifiques ouverts

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

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

Meubles frigorifiques fermés

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

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

Production frigorifique

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

Peut-on diminuer ces consommations ?

Dans les magasins existants, on s’arrangera pour :

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

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

En période chaude

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

En période froide

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

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

Évaluer

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

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

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Entretenir la toiture plate

Entretenir la toiture plate

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

Il comprend :

Après l’hiver

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

Après la chute des feuilles

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

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

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

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

Author Image 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.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Réparer le pare-vapeur

Réparer le pare-vapeur

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

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

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

Théories

 Pour en savoir plus sur la condensation interne.

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

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

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

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

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

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

Mettre en place un stockage d'énergie frigorifique

Choix entre les différentes technologies

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

Deux types de technologie existent sur le marché :

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

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

Avantages et inconvénients

Avantages

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

Inconvénients

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

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

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

La démarche à suivre

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

Fixer les objectifs du stockage

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

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

On distingue de multiples stratégies d’utilisation.

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

Un stockage partiel pour limiter la pointe frigorifique.

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

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

Vérifier l’encombrement

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

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

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

Etablir le profil des charges

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

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

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

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

Etablir un scénario de charge et de décharge

Qui fait quoi et à quel moment ?

Voici 2 exemples :

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

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

La sélection du groupe frigorifique

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

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

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

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

La répartition des charges frigorifiques

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

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

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

On distingue deux principes de sélection des équipements :

Accumulation complète (Full Storage)

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

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

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

750 kWh / 14 h = 54 kW

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

Accumulation partielle (Partial Storage)

Dans ce système, la même machine frigorifique réalise :

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

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

En appelant :

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

La machine sera dimensionnée par :

en = Td x PC + Ts x Pr

d’où :

  • en = Td x PC + Ts x f x PC
  • PC = en / (Td + Ts x f )
Exemple de sélection

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

* A supposer

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

* Il est demandé

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

* Solution

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

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

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

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

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

cap. x (10 + 14 x 0,7) = 8 000 kWh

cap. = 404 kW

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

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

14 heures x 283 kW = 3 960 kWh.

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

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

*Conclusions

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

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

3 960 / 50 = 80 m³

Attention à la température de restitution de la glace !

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

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

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

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

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

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

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

Études de cas 

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

Le dimensionnement du réservoir de stockage

Capacité d’un stockage eau

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

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

  • En régime 5°/12°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 7°C, soit une réserve de 8,14 kWh/m³.
  • En régime 5°/15°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 10°C, soit une réserve de 11,63 kWh/m³.

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

Capacité d’un stockage glace

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

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

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

Les valeurs moyennes suivantes peuvent être prises :

Capacité de stockage

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

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

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

Études de cas 

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

Les schémas d’installation

Stockage d’eau glacée

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

 Pour plus d’informations :  cliquez ici !

Stockage de glace

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

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

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

Stockage de glace dans des réservoirs à faisceaux tubulaires.

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Stockage de glace en parallèle avec réservoir à nodules.

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Études de cas 

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

Régulation du système stockage-chiller

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

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

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

Si le stockage est partiel, on distingue deux possibilités :

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

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

Exemples de scénarios possibles avec une GTC

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

Évaluation de la rentabilité

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

La réception du matériel

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

Au niveau du circuit hydraulique :

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

Au niveau du stockage :

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

Au niveau de la machine frigorifique :

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

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

La maintenance

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

La présence de vannes d’isolement doit permettre de démanteler facilement le réservoir de stockage sans interrompre le restant du circuit.

Si l’isolation doit être remplacée, on sera attentif à sécher au préalable soigneusement la zone traitée et à rétablir l’étanchéité au passage de la vapeur d’eau afin d’éviter la corrosion ultérieure des installations.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer les charges thermiques internes

Diminuer les charges thermiques internes

L’apport des occupants

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

Ces valeurs varient en fonction de la température ambiante.

En hiver, l’occupant d’un bureau à 22°C fournit 85 Watts de chaleur gratuite au local. Par ailleurs, il disperse 47 grammes d’eau dans l’atmosphère chaque heure. Cet apport d’eau ne modifie pratiquement pas la température du local et ne constitue donc pas un apport complémentaire en hiver.

Par contre, en été, la vapeur d’eau délivrée augmente (70 gr/h à 26°C) et sera condensée sur la batterie froide du ventilo-convecteur, par exemple. La chaleur de condensation correspondante devra être comptabilisée dans le bilan thermique de la machine frigorifique.

Peut-on diminuer ces consommations ?

En hiver, l’apport des personnes est bénéfique pour l’installation de chauffage.

En été, il est difficile d’empêcher les gens de transpirer ! Quoique… il faudrait suggérer au patron une petite sieste salutaire pour diminuer le métabolisme et donc cette coûteuse charge thermique pour le climatiseur !

Plus sérieusement, il est parfois possible d’augmenter la température du fluide refroidissant (boucle d’eau glacée, par exemple), afin de limiter la charge thermique de condensation de la vapeur d’eau.

Dans un climatiseur de local par contre, on travaille « en détente directe », la température du fluide frigorigène (que l’on ne peut modifier) sera inférieure au point de rosée, et la condensation aura toujours lieu…

L’apport des équipements

Toute charge électrique (éclairage, bureautique, machine à café, …) dans un local refroidi est payée deux fois : une fois pour effectuer le travail attendu, une fois pour évacuer ce travail qui s’est transformé en énergie calorifique.

Par exemple : 100 lampes de 60 Watts vont entièrement convertir l’énergie qu’elles utilisent en chaleur. Il faudra donc évacuer 6 000 W, ou 6 kW de chaleur… !
  Puissance installée du compresseur est inférieure à la puissance frigorifique apportée à la pièce par le système de refroidissement !

en choisissant dans un catalogue un appareil de « 6 kW », on sélectionne un climatiseur dont l’évaporateur est capable d’apporter 6 kWh de froid (= de retirer 6 kWh de chaleur) au local en 1 heure de fonctionnement. Donc, « 6 kW » constitue sa puissance frigorifique.

Mais pour ce faire, curieusement, le compresseur demande une puissance électrique plus faible, de l’ordre de 2 kW. Après une heure, il aura consommé une énergie de 2 kWh (sur base d’une efficacité frigorifique de 3).

Et la facture d’énergie électrique en une heure sera de 8 kWh (6 kWh pour les lampes + 2 kWh pour la climatisation).

Quelle réduction des charges thermiques ?

Dans les bâtiments plus anciens, on peut généralement diminuer les puissances électriques utilisées pour l’éclairage des locaux et pour les équipements de bureautique notamment (ordinateur, photocopieuse, …). Une meilleure gestion de ces équipements peut également permettre de diminuer la consommation de la climatisation.

Évaluer

   Pour évaluer la qualité de l’éclairage existant.

Améliorer

  Pour examiner les améliorations possibles.

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

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