Améliorer

Placer un climatiseur ou une protection solaire ?

Introduction

Si les apports solaires sont à l’origine de la surchauffe, il faut se demander, avant de climatiser si le placement de protections solaires sur les baies vitrées ne permettrait pas de résoudre le problème de façon plus économe.

Voici les résultats d’une simulation du comportement d’un bureau standard. On y a comparé les coûts d’achat et d’exploitation d’un climatiseur et d’un store extérieur.

Hypothèses de travail

Il s’agit d’un bureau de 30 m² de surface au sol, orienté au sud.
Une température de confort y est maintenue été comme hiver par un système de climatisation.

Consignes de température intérieure
en hiver	en période d’occupation	20°C
	en période d’inoccupation	15°C
en été	en période d’occupation	25°C
	en période d’inoccupation	30°C
Horaires de fonctionnement de l’installation de climatisation
occupation	de 8 à 18h en semaine (260 jours par an)
ralenti	de 17 à 7h en semaine et 24 h sur 24 les week-ends
Apports internes en période d’occupation
cas 1 : apports limités	2 personnes (2 x 70 W) 2 lampes individuelles (2 x 18 W) éclairage général de 13 W/m² (390 W)
cas 2 : apports moyens	2 personnes (2 x 70W) 2 lampes individuelles (2 x 18 W) 2 ordinateurs (2 x 160 W) éclairage général de 13 W/m² (390 W)

Résultats de la simulation

Cas 2 (apports internes moyens) Consommations en climatisation durant une année
surface du vitrage [m²]	présence d’une protection solaire (1)	consommation en froid (2)[kWh/an]	température maximum atteinte sans climatisation (3)[°C]	coût d’exploitation (4)[€/an]	potentiel d’économie [€/an]
4	non	456	33,5	52,5	38,8
4	oui	119	28,4	13,7	38,8
6	non	650	35,8	74,75	58,8
6	oui	139	28,8	16	58,8
8	non	826	38	95	77,2
8	oui	155	29,2	17,8	77,2
10	non	985	40,1	113,3	94
10	oui	168	29,6	19,3	94

(1) les protections solaires sont des protections extérieures mobiles. Leur déploiement intervient de mars à octobre lorsque le rayonnement solaire traversant le vitrage dépasse 100 W/m².

(2) l’efficacité frigorifique du climatiseur est estimée à 2,5.

(3) en juin.

(4) à 0,11 €/kWh.

Conclusions

Lorsque les gains internes ne sont pas trop importants (cas 1), on peut considérer que la surchauffe est principalement due aux apports solaires. Dans ce cas, en admettant un très léger inconfort (température intérieure maximum de 26°C lorsqu’il fait 32°C à l’extérieur), on peut envisager le placement de protections solaires sur les fenêtres et l’absence d’un climatiseur.

Pour illustrer ceci, comparons les coûts des deux solutions pour une fenêtre de 6 m² :

Solution	Coût d’investissement	Coût d’exploitation	Coût total sur 10 ans (3)
Protection solaire extérieure en toile	750 € (1)	0 €/an	750 €
Climatiseur de fenêtre de 3 kW	875 € (2)	44,05 €/an	1315,5 €

(1) le coût d’une protection solaire est estimé à 125 €/m² (attention ce coût est indicatif et peut varier fortement en fonction de la taille de la protection et de son degré d’automatisation).

2) le climatiseur de fenêtre est couramment le système le moins cher. En fonction de l’emplacement des éléments en fonction du confort recherché, des liaisons électriques et frigorifiques le coût d’investissement de la climatisation peut augmenter rapidement (on atteint rapidement 2500 €).

3) hors entretien.

Lorsqu’une partie importante de la surchauffe est due aux apports internes (cas 2), le placement de protections solaires seules ne permettra pas d’atteindre le confort voulu. Cependant, celles-ci diminueront souvent les besoins en froid et leur surcoût pourra être rentabilisé en moins de 10 ans (diminution de la puissance installée du climatiseur et des consommations). Par exemple, pour une fenêtre de 6 m² :

Solution	Coût d’investissement	Coût d’exploitation	Coût total sur 10 ans (3)
Protection solaire extérieure en toile et climatiseur de fenêtre de 1,5 kW	1 250 €	1,7 €/an	1267 €
Climatiseur de fenêtre de 3 kW, sans protection solaire	875 €	44,05 €/an	1 315,5 €

Lorsque chaque personne dispose d’un ordinateur, le placement de protections solaires seules ne permettra pas d’atteindre le confort voulu. Cependant, celles-ci diminueront souvent les besoins en froid et leur surcoût pourra être rentabilisé en moins de 10 ans (diminution de la puissance installée du climatiseur et des consommations). Pour maîtriser la température intérieure sans climatisation, il faudra en plus adopter une politique active de ventilation : le free cooling.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la régulation [chauffage central]

Régulation du chauffage

Tout simplement, réguler les installations qui ne le sont pas

Trop d’installations anciennes ne possèdent encore aucune régulation : la température de l’eau dans la chaudière ou la position des vannes mélangeuses est modifiée manuellement en fonction de la saison. Il n’y a aucun réglage de la température ambiante, si ce n’est par l’ouverture des fenêtres.

Cette situation est évidemment inacceptable.

Si on part de rien, l’idéal serait de concevoir une régulation complète telle qu’on pourrait l’imaginer pour une nouvelle installation. Il faudra cependant être attentif au type de la ou des chaudières installées. Par exemple, peuvent-elles travailler à basse température ou encore fonctionner à débit nul ?

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix du principe de régulation.

Une installation de régulation peut aussi être réhabilitée : remplacement des moteurs de vanne, remplacement des régulateurs, remplacement des sondes, ….

Études de cas

La rénovation du Collège St Paul à Godinnes.

Le gain

Comme pour toutes les améliorations qui sont décrites ci-après, il est difficile de chiffrer précisément le gain énergétique qui résultera d’un remplacement complet de la régulation.

Cela dépend de la gravité réelle de la situation de départ (quelle est la température régnant réellement dans les différentes zones du bâtiment ?) et du degré de finesse de la nouvelle régulation.

Voici cependant un chiffre réaliste que l’on rencontre couramment dans la littérature et qui se base sur des situations vécues.

Le placement d’une régulation correcte sur une installation non régulée (c’est-à-dire sans ralenti nocturne et sans contrôle précis de la température intérieure) permet :

>> 30 % d’économie sur la facture annuelle de combustible.

Concevoir

Régulation des installations de chauffage.

Améliorer le ralenti nocturne

La pratique d’un ralenti nocturne par abaissement de la température d’eau est la technique de ralenti la moins efficace (et pourtant la plus couramment utilisée).

Évaluer

Pour évaluer l’efficacité énergétique du ralenti nocturne.

Il est intéressant de modifier le ralenti existant en adjoignant au régulateur existant un thermostat d’ambiance complémentaire placé dans un local témoin et associé à une horloge.

Le système

Lorsque l’horloge passe en horaire de nuit, l’installation est complètement coupée par action directe :

Soit sur la chaudière. Dans ce cas, la chaudière redescend en température.
Soit sur les vannes mélangeuses. Celles-ci se ferment et la chaudière est maintenue sur sa consigne.

Si la température intérieure mesurée par le thermostat d’ambiance passe sous la consigne de nuit (par exemple 16° en semaine et 14° le week-end), soit la chaudière se remet en marche, soit les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Exemple.

Si l’installation est équipée d’un régulateur analogique ne pouvant être compensé par une sonde de température intérieure, le schéma de principe de la nouvelle régulation peut être semblable à :

Au passage à l’horaire de nuit, le thermostat d’ambiance mesurera une température intérieure supérieure à sa consigne, son contact s’ouvrira, déconnectant la sonde extérieure. Pour le régulateur, cela équivaut à une mesure, par la sonde extérieure, d’une température infinie. Donc, soit la chaudière va se couper, soit les vannes mélangeuses vont se fermer.
Si durant la coupure, la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat d’ambiance (par exemple 16°C), le contact du thermostat se ferme reconnectant la sonde extérieure. Le régulateur central se remet alors à fonctionner comme auparavant (en principe sur sa courbe de chauffe de nuit). Au passage à l’horaire de jour, la sonde extérieure se reconnecte et le régulateur central reprend sa fonction.

Si, d’origine, le régulateur peut être compensé par sonde intérieure, la sonde de compensation peut aussi bien servir au réglage de la courbe de chauffe de jour qu’à la coupure de nuit.

Ce sera également le cas si l’installation est équipée d’un régulateur digital. Toutes ces fonctions sont vraisemblablement déjà intégrées dans le régulateur. Il faut examiner avec le fabricant du régulateur ou l’installateur la possibilité d’adjoindre un thermostat d’ambiance de nuit dans le programme existant.

On peut également envisager une deuxième façon de travailler, légèrement moins performante. Il s’agit de placer une deuxième sonde extérieure, associée à une horloge. Si la température extérieure de nuit ne descend pas en dessous d’une certaine valeur à régler (par exemple 5°C), l’installation est complètement coupée. Si la température extérieure descend en dessous de cette valeur, le ralenti se fait par abaissement de la courbe de chauffe comme auparavant.

Une troisième possibilité, qui ne demande aucun investissement est d’abaisser au maximum la courbe de chauffe de nuit. Ainsi, durant la majeure partie de la saison de chauffe, la température d’eau demandée la nuit est inférieure à 20°C, ce qui équivaut à forcer la fermeture complète des vannes.
L’inconvénient de ces deux dernières solutions est l’absence de contrôle de la température ambiante nocturne.

Calculs

Pour visualiser l’abaissement de courbe minimal à régler sur votre régulateur.

Le gain

Il est difficile de chiffrer précisément l’économie réalisable en modifiant le mode de ralenti nocturne. Cela dépend d’une série de paramètres qui influencent le bilan thermique :

Exemple.

(Source : Guide pour la pratique de l’Intermittence du chauffage dans le tertiaire à occupation discontinue, ADEME, 1989)

Trois bâtiments, respectivement de 500 (1 niveau), 2 000 (2 niveaux) et 4 000 m^² (4 niveaux) sont chauffés 10 h par jour et 5 jours par semaine.

Le niveau de surpuissance de l’installation de chauffage est assez élevé puisqu’il atteint 2 fois les déperditions (calculées avec un taux de ventilation réduit).

Trois niveaux d’isolation ont été repris :

peu isolé : simples vitrages, murs non isolés,
très isolé : doubles vitrages, murs avec 8 cm d’isolant,
bien isolé : niveau intermédiaire entre les 2 précédents.

Trois modes de coupure sont proposés :

un abaissement de la température de l’eau de chauffage,
une coupure totale du chauffage (avec maintien hors gel) par une horloge qui relance l’installation toujours au même moment le matin,
une coupure totale (avec maintien hors gel) avec une relance optimisée « just in time » !

Économie par rapport au fonctionnement continu
Mode de ralenti	Isolation	500 m^²	2 000 m^²	4 000 m^²
Abaissement de température d’eau
–	peu isolé	12,5 %	11,4 %	10,8 %
	bien isolé	11,7 %	10,9 %	10,3 %
	très isolé	10,2 %	9,5 %	8,3 %
Coupure (horloge)
faible inertie (150 kg/m^²)	peu isolé	37,7 %	31,9 %	29,5 %
	bien isolé	33,8 %	29,6 %	26,6 %
	très isolé	26,5 %	22,6 %	17,0 %
forte inertie (400 kg/m^²)	peu isolé	37,5 %	28,0 %	25,0 %
	bien isolé	30,6 %	25,2 %	22,0 %
	très isolé	21,9 %	18,2 %	13,7 %
Optimiseur
faible inertie (150 kg/m^²)	peu isolé	38,5 %	33,4 %	31,2 %
	bien isolé	35,0 %	31,4 %	28,7 %
	très isolé	28,6 %	25,1 %	20,1 %
forte inertie (400 kg/m^²)	peu isolé	38,2 %	31,2 %	28,6 %
	bien isolé	33,4 %	28,7 %	25,8 %
	très isolé	25,6 %	22,2 %	17,6 %

Prenons un ancien bâtiment lourd (fort inerte) et peu isolé, de 2 000 m². Ce bâtiment consomme 45 000 litres de fuel par an. Le gain possible en passant d’un abaissement nocturne à une coupure complète s’élève à :

45 000 [litres/an] x 28 [%] / (100 [%] – 11,4 [%]) = 14 221 [litres/an]

Pour tenir compte de l’éventuelle faible reproductibilité des pourcentages d’économie repris ci-dessus, on peut examiner le problème sous l’angle de la rentabilité de l’investissement.

Les modifications de régulation proposées pour passer d’un abaissement à une coupure nocturne ont un coût voisin de 750 € (à confirmer par devis, au cas par cas).

Avec un prix du fuel de 0,2116 €/litre et un temps de retour souhaité de 2 ans, cela représente une économie escomptée de :

750 [€] / 2 [ans] / 0,2116 [€/litre] = 1 772 [litres/an]

ou 1 772 [litres/an] / 45 000 [litres/an] = 4 [%]

Ceci est tout à fait faisable au vu des chiffres théoriques d’économie.

Améliorer le ralenti nocturne est donc rentable. Dès lors, il ne sert à rien d’affiner les calculs, n’hésitons pas à agir !

Les précautions

Si le thermostat d’ambiance agit directement sur la chaudière

Dans ce premier cas, il faut que la chaudière existante puisse retomber complètement en température et ensuite fonctionner à température réduite (car commandée par le thermostat d’ambiance de nuit) sans risquer l’apparition de condensation et de corrosion. Ce devrait être le cas si la courbe de chauffe agissait déjà sur la température de la chaudière.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème. Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Si un doute subsiste sur les capacités la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que le brûleur de la chaudière dont je dispose peut être commandée par un thermostat d’ambiance, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Notons qu’il faut être plus attentif avec les chaudières fonctionnant au fuel du fait de l’acidité plus importante des condensats qui peuvent apparaître.

En ce qui concerne le gaz, signalons également que l’ARGB, recommande que toutes les chaudières gaz atmosphériques soient coupées lorsqu’il n’y a plus de besoin de chauffage : les légères condensations des fumées qui résultent de la remontée en température s’évaporent rapidement.

Une exception cependant à cette règle : il faut faire attention avec les anciennes chaudières atmosphériques pour lesquelles de la condensation risque de tomber sur les rampes du brûleur et provoquer une mauvaise combustion et l’apparition d’imbrûlés.

Si le thermostat d’ambiance agit sur les vannes mélangeuses

Si la chaudière ne peut pas travailler en basse température, ce qui est le cas de beaucoup d’anciennes chaudières en acier, la coupure doit s’effectuer au niveau des vannes mélangeuses. Au passage à l’horaire de nuit, les vannes se ferment. Si la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat, les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Au moment de la relance, le régulateur repasse dans son mode de fonctionnement normal, basé sur la courbe de chauffe de jour ou sur dans un premier temps, sur une température d’eau supérieure si le régulateur possède un mode « accéléré ».

Il faudra cependant être attentif à ne pas créer de choc thermique dans la chaudière au moment de la relance. En effet, si les vannes restent fermées toute la nuit, la température de l’eau dans les corps de chauffe et les conduites va chuter aux environs de 20°C. Lorsque les vannes s’ouvrent en grand, c’est le volume d’eau des circuits qui « déboule », à une température de 20°C, vers la chaudière qui, elle, est restée chaude.

En période de coupure, les vannes mélangeuses sont fermées et la chaudière est maintenue en température.

À l’ouverture des vannes, un train d’eau froide est envoyé vers la chaudière chaude.

Le risque encouru est double :

Tout d’abord, pour les chaudières en fonte, l’arrivée de l’eau froide en contact avec la fonte chaude risque de provoquer un choc thermique, une fatigue de la fonte et à terme une rupture de la chaudière.

Ensuite la chaudière va se remplir d’eau froide qu’elle devra remonter en température. Pendant une courte période, la chaudière fonctionnera à une température d’eau risquant de provoquer une importante condensation des fumées et donc de la corrosion dans la chaudière, surtout pour les anciennes chaudières en acier fonctionnant au fuel (les condensats issus de la combustion de ce dernier sont plus acides).

Deux solutions sont possibles pour prévenir ces problèmes :

Prévoir une ouverture progressive des vannes mélangeuses. Dans ce cas, l’eau froide se mélangera progressivement à l’eau chaude, ce qui évitera une chute brutale de la température.

Exemples : en pratique.

La fonction d’ouverture progressive des vannes mélangeuses est généralement intégrée dans les nouveaux régulateurs. En cas de doute, la confirmation peut être demandée au chauffagiste et/ou au fabricant.

Dans le cas d’un ancien régulateur, on peut équiper l’installation d’un régulateur qui commandera la fermeture progressive des vannes si la température de retour chute trop bas.

Un régulateur impulsionnel à 3 points réagit à la température d’eau de retour vers la (les) chaudière(s). Si la température de retour chute en dessous de la consigne, le régulateur envoie un impulsion de fermeture à (aux) vanne(s) mélangeuse(s) et vice-versa.

Raccordement électrique du régulateur 3 points : si la température de l’eau des circuits secondaires est supérieure à la consigne de leur courbe de chauffe ou si la température de retour vers les chaudières est trop basse, une impulsion est envoyée aux moteurs des vannes mélangeuses qui se ferment d’un cran. L’ouverture des vannes n’est possible que si, simultanément, la température des circuits secondaires est trop basse et la température de retour vers les chaudières est suffisante.

On peut aussi imaginer dans le cas d’une installation existante, un système plus simple où un simple thermostat limiteur court-circuite la commande d’ouverture de la vanne si la température de retour chute en dessous du minimum requis. Cette solution ne permet pas de refermer les vannes en cas de dépassement trop important.

Un thermostat limiteur se met en série avec la commande d’ouverture de la vanne 3 voies.

La troisième solution est de décaler dans le temps le moment de la relance de chaque circuit, ce qui permet un mélange progressif de l’eau froide de l’installation à l’eau chaude. La difficulté de cette solution étant qu’en cas de changement de gestionnaire, on oublie le pourquoi du décalage des horloges les unes par rapport aux autres. L’autre inconvénient est que l’on ne contrôle pas exactement la température de retour.

Prévoir, dans les circuits primaires en boucle ouverte, un circulateur de recyclage sur les chaudières qui renvoie une partie de l’eau chaude vers la chaudière lorsque la température de retour vers celle-ci est trop basse (en dessous de 55°C). Cette solution n’est cependant pas de idéale et ne fonctionne pas pour les installations déjà équipées d’une pompe de recyclage. En effet, il faut recycler un débit équivalent au débit de l’ensemble des circuits secondaires si l’on veut obtenir une température de 55°C en mélangeant de l’eau à 20°C avec de l’eau à 90°C. Or les pompes de recyclage sont couramment dimensionnées pour recycler 1/3 du débit nominal de la chaudière.

Évaluer

Attention cependant, le dimensionnement de cette pompe de recyclage n’est pas arbitraire et un mauvais choix peut conduire à un fonctionnement erroné de l’installation. Pour en savoir plus sur les problèmes possibles.

Calculs

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

Attention, cependant, ajouter des sondes et des régulateurs sur une ancienne installation complexifie cette dernière. Cela implique d’une part une information de l’exploitant sur le nouveau fonctionnement de l’installation et d’autre part, de consigner par écrit, le mode d’emploi de celle-ci. Ce dernier point est important car les années passant ou si le personnel change, on ne saura plus à quoi servent les régulateurs et les sondes et l’installation ne sera plus gérée.

Tenant compte de cela, il vaut parfois mieux remplacer l’entièreté des anciens régulateurs par un équipement moderne permettant les différentes fonctions décrites ci-dessus.

Placement d’un optimiseur sur une installation existante

La technique de ralenti la plus performante, d’un point de vue énergétique, est l' »optimiseur« .

Il faut cependant être prudent lorsque l’on désire améliorer sa régulation en plaçant un tel équipement. En effet, celui-ci ne sera performant que s’il équipe une installation ne présentant pas de désordre hydraulique.

Exemples.

lorsque l’on dispose de pompes à vitesse variable, il est conseillé de rétrograder de vitesse durant la nuit. Cependant si l’optimiseur ne gère pas lui-même le changement de vitesse, il ne pourra jamais calculer correctement le moment de la relance puisque les caractéristiques du système ne sont pas constantes.

Ceci peut conduire à une anticipation de la relance telle qu’il n’existe plus de ralenti de nuit, bien que le responsable du bâtiment le croit effectif.

La présence d’incompatibilités hydrauliques entre les circuits peut empêcher certaines parties de bâtiment ou le bâtiment tout entier d’atteindre sa température de consigne de jour.

Ici aussi, l’optimiseur va anticiper la relance croyant erronément le moment de la relance en cause, jusqu’à ce que le ralenti disparaisse.

Dans ces deux exemples, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

Concevoir

Gestion de l’intermittence.

Améliorer le réglage des courbes de chauffe

Un mauvais réglage de courbe de chauffe sera source soit d’un manque de chaleur, soit d’une surchauffe (donc d’une surconsommation).
Chaque bâtiment doit avoir une courbe de chauffe unique, fonction :

des caractéristiques des émetteurs,
de la température intérieure souhaitée,
des caractéristiques thermiques du bâtiment.

Trouver cette courbe n’est pas évident. Il faut procéder, en hiver et en mi-saison, à des ajustements en fonction des plaintes des occupants. Ces ajustements et leur résultat doivent être consignés jusqu’à ce que la bonne courbe soit trouvée.

On l’aura compris, il ne s’agit de « tourner les manettes », au hasard, dès qu’une plainte apparaît, sans prendre note de ce que l’on a fait. Ce n’est pas non plus au chauffagiste à régler cette courbe mais bien à une personne vivant dans le bâtiment et pouvant collationner les réactions des occupants à chaque modification du réglage.

Or, bien souvent on entend : « c’est le chauffagiste qui a réglé le régulateur et nous interdit d’y toucher ! ».

Calculs	Tracer la courbe de chauffe programmée sur le régulateur.
Techniques	Pour comprendre le réglage complet d’un régulateur avec courbe de chauffe.

Régulateur climatique analogique avec possibilité de correction par sonde de compensation.

Sur certains régulateurs climatiques, il est possible de raccorder un thermostat d’ambiance de compensation. Celui-ci mesurant la température intérieure dans un local témoin, ajuste automatiquement la température d’eau de départ par rapport à la courbe de chauffe réglée. Ce thermostat peut également servir de thermostat de coupure en régime de nuit. Cette « compensation » permet de résoudre le problème du réglage fin de la courbe de chauffe.

Elle pose cependant certains problèmes :

Son efficacité est liée au choix correct du local témoin, pour peu qu’il soit possible. C’est pourquoi une sonde de compensation ne peut pas être placée si le circuit dessert des locaux d’orientation différente ou avec des gains internes différents.

Elle ne fonctionne correctement que si la courbe de chauffe est déjà presque bien réglée. En effet, la plage de compensation est volontairement réduite pour éviter l’influence de comportements inadéquats des occupants du local témoin (ouverture des fenêtres, « occultation du thermostat », …).

Concevoir

Régulation des circuits de distribution.

Placer des vannes thermostatiques

Vanne thermostatique.

Attention, les vannes thermostatiques ne sont pas la « panacée universelle », et ne permettent pas de résoudre toutes les situations de confort et de surconsommation.

Il est important d’en comprendre le fonctionnement pour en cerner l’utilité.

En résumé, une vanne thermostatique permet de limiter la puissance d’un corps de chauffe dans des locaux où les apports de chaleur (ensoleillement, occupation importante, bureautique, éclairage, …) sont supérieurs aux autres, variables et conduisent à des problèmes de surchauffe locale.

Exemple.

Par exemple, il faut préparer de l’eau pour l’ensemble des radiateurs de classes. Si dans un local 8 élèves sont présents, il doit faire bon. Si dans le local voisin 25 élèves sont présents, la température risque de s’élever rapidement (25 élèves x 100 Watts/élève = 2 500 Watts, soit l’équivalent d’un radiateur moyen chauffé à 80° !). Il est impératif de couper le chauffage dans ce local. On arriverait aux mêmes conclusions avec l’apport solaire par de larges baies vitrées.

Et c’est là qu’intervient la vanne thermostatique, comme régulatrice finale des apports.

Attention : elle ne peut agir que dans le sens de la réduction ! Aussi, il sera utile d’ajuster la régulation centrale sur les locaux les plus exigeants (locaux de coin, locaux sous la toiture, …).

Il existe sur le marché, des vannes qui peuvent s’adapter à la plupart des publics :

locaux où les occupants sont capables de gérer eux-mêmes le réglage des vannes (bureaux individuels, de 2 .. 3 personnes),
locaux où les occupants ne se sentent pas responsable du réglage (classes),
locaux où les vannes peuvent subir des détériorations (salles de sport, lieux publics, ….).

Il ne faut donc pas systématiquement rejeter cette solution sous prétexte que le public ne saura pas la gérer. Si un doute subsiste quant à la résistance mécanique par rapport au public visé, un essai peut être mené avec une ou deux vannes, avant de se lancer dans l’installation complète.

Il est clair que si on opte pour les vannes les plus simples dont le réglage est laissé à l’occupant, une information de ce dernier sera nécessaire, pour que le résultat escompté soit atteint.

Gérer

Pour télécharger des affiches de sensibilisation des occupants à l’utilisation des vannes thermostatiques.

Le gain

Ici aussi, il est impossible de chiffrer précisément le gain énergétique que l’on peut escompter du placement de vannes thermostatiques, ne fut-ce que parce qu’il est impossible de chiffrer précisément la situation de départ.

On peut cependant, par un rapide calcul, estimer l’intérêt de cette amélioration.

Exemple.

Ordre de grandeur : un degré de trop dans un local = 7 .. 8 % de surconsommation !

Prenons un immeuble de bureau de 1 000 m² dont la consommation annuelle est de 15 000 litres de fuel par an.
Dans la salle de réunion de 60 m², occupée 6 h/jour, 250 jours par an, il fait systématiquement 22°C au lieu de 20°C.
Quel est l’ordre de grandeur de l’économie que l’on peut réaliser en plaçant des vannes thermostatiques dans cette salle ?

« A la grosse louche » :

> Consommation de combustible imputable à la salle :

15 000 [litres/an] / 1 000 [m²] x 60 [m²] = 900 [litres/an]

> Estimation du pourcentage d’économie lié au placement de la vanne : réduction de 2 K en journée et de 1 K la nuit et le week-end (après la coupure du chauffage, la température intérieure reste plus chaude la nuit, suite à l’augmentation de la température intérieure le jour). Prenons 1,5 K en moyenne.

Économie réalisable par des vannes thermostatiques : 900 [litres/an] x 8 [%/K] x 1,5 [K] = 108 [litres/an] ou 32 [€/an] (à 0,30 [€/litre fuel]).

Économie à laquelle il faut rajouter l’amélioration du confort.

Le coût d’une vanne est de l’ordre de 12,5 .. 25 € pour une vanne thermostatique traditionnelle ou 25 .. 37,5 € pour une vanne « incassable ». Hors placement.

Le temps de retour réel dépend du nombre de radiateurs à équiper dans le local !

Précautions

Le placement de vannes thermostatiques dans un bâtiment demande certaines précautions.

Placement d’une soupape différentielle

Lorsqu’une vanne thermostatique se ferme, le débit d’eau est arrêté dans la branche qui va vers le radiateur. C’est comme lorsqu’un enfant bouche de son pouce l’embouchure du jet d’une fontaine, … les autres jets sortent plus fort ! En fait, c’est la pression qui monte dans le réseau et tous les autres radiateurs voient leur débit augmenter. Toutes les autres vannes vont se fermer un peu plus…

Imaginons que vers midi quelques vannes soient encore ouvertes : elles reçoivent toute la pression de la pompe, elles ne s’ouvrent que d’une fraction de millimètre… et se mettent à siffler !

Une vanne thermostatique ne doit pas sentir si sa voisine vient de se fermer. Il est donc utile de stabiliser la pression du réseau. C’est le rôle de la soupape à pression différentielle. Placée après le circulateur, elle lâche la pression lorsque les vannes se ferment. En quelque sorte, elle « déverse le trop plein vers le retour ».

Placement d’une soupape différentielle sur le départ du circuit pour compenser la fermeture des vannes thermostatiques.

Encore faut-il pouvoir calibrer le niveau de pression maintenu entre le départ et le retour… Si l’installation est nouvelle, le bureau d’études connaît la pression nominale nécessaire. Si l’installation est ancienne, on ne pourra y aller que par essai successif en diminuant progressivement la pression. La pression manométrique du milieu de la courbe du circulateur (voir catalogue du fournisseur) est également une indication.

Une solution d’aujourd’hui : le circulateur à vitesse variable

Courbes caractéristiques d’un circulateur à 3 vitesses.

Force est de constater que la solution de la vanne à pression différentielle n’est pas très élégante ! Créer une pression à la pompe et la lâcher juste après, sur le plan énergétique, c’est un peu pousser sur l’accélérateur et le frein en même temps !

Actuellement, il est possible d’installer un circulateur à vitesse variable : la vitesse est régulée de telle façon que la pression du réseau reste constante. Si seulement quelques vannes sont ouvertes, il tournera à vitesse réduite. L’achat d’un circulateur avec régulateur de vitesse intégré est rapidement amorti durant l’exploitation car la consommation évolue en fonction du cube de la vitesse: une vitesse réduite de moitié, c’est une consommation électrique divisée par 8 !

Améliorer

Pour en savoir plus sur le placement de circulateurs à vitesse variable.

Vannes thermostatiques et thermostat d’ambiance

Un local abritant un thermostat d’ambiance ne peut jamais comporter de vanne thermostatique.

En effet, si la consigne du thermostat d’ambiance est plus élevée que la consigne des vannes, le thermostat ne sera jamais satisfait puisque les vannes thermostatiques se fermeront avant.

Dans le cas d’une installation dans laquelle le thermostat agit directement sur le brûleur, cette demande entraînera le fonctionnement permanent du brûleur jusqu’à ce que la température de la chaudière atteigne sa limite haute. En résumé, la chaudière fonctionnera en permanence à haute température, ce qui est énergétiquement moins efficace.

Si le thermostat agit sur une vanne mélangeuse, celle-ci restera en permanence en position ouverte, alimentant les circuits à température maximale.

Dans les deux cas, il peut en résulter une surconsommation et des surchauffes dans les autres locaux.

À l’inverse, si la consigne du thermostat est plus basse que la température de consigne des vannes thermostatiques, ces dernières resteront en permanence ouvertes en grand et deviennent donc inutiles.

En résumé, si un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques sont présents dans un même local, ces dernières doivent en permanence être ouvertes au maximum pour permettre au thermostat de jouer son rôle pleinement.

Vannes thermostatiques et circuits corrodés

« Les vannes thermostatiques se bloquent souvent ! »

Voici un des arguments repris par les détracteurs des vannes thermostatiques.

En effet, le faible degré d’ouverture d’une vanne thermostatique (max : 2 mm), les rend sensibles aux dépôts de calcaire ou aux boues de l’installation. Leur application dans une installation existante présentant ces problèmes est donc délicate.

Ce n’est cependant pas pour cela qu’il faut rejeter d’office la solution des vannes thermostatiques. Mais au préalable, les problèmes d’entartrage et de corrosion doivent être combattus. Notons que cela devrait se faire, quels que soient les projets d’amélioration, car c’est l’ensemble de l’installation qui est en péril, y compris les chaudières :

suppression des fuites,
vérification ou modification du système d’expansion,
désembouage,
analyse et traitement d’eau,
….

Améliorer

Pour en savoir plus sur la surveillance d’une installation pour prévenir la corrosion et l’entartrage.

Vannes thermostatiques bloquées en début de saison de chauffe

Il faut éviter de laisser une vanne complètement fermée durant une longue période (c’est valable aussi bien pour une vanne thermostatique que pour une vanne manuelle), par exemple durant tout l’été.

En effet, la pression exercée sur le clapet de fermeture est telle que la vanne risque de rester « collée » lorsque l’on désirera l’ouvrir à nouveau.

Il est donc conseillé de toujours maintenir une certaine consigne à la vanne, par exemple en la réglant sur la position « antigel ». Dans ce cas, en été, elle se fermera, mais avec une pression nettement moindre que si elle est fermée manuellement.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix d’une vanne thermostatique.

Concevoir

Régulation locale.

Réguler l’installation par zones homogènes

Situation fréquente : les besoins des locaux ne coïncident pas avec le découpage du réseau hydraulique !
Disposer de circuits hydrauliques distincts est indiqué lorsque :

Certains locaux profitent de beaucoup d’apports de chaleur gratuits (ensoleillement,…).
Certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation normale (salle de sport ou internat dans une école, salle de réunion, conciergerie, …).
Certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée (salle de conférence, réfectoire, bibliothèque,…).

Que faire pour améliorer la situation si le bâtiment ne dispose que d’un seul circuit de chauffage ?

Situation 1 : certains locaux profitent d’apports gratuits importants

Les façades Nord et Sud sont alimentées par de l’eau à la même température. Des surchauffes apparaissent dans les locaux Sud dès l’apparition du soleil… mais les locaux Nord restent demandeurs. La régulation dite « de la fenêtre ouverte » est adoptée par les occupants du Sud !

Trois améliorations sont possibles :

Soit le placement de vannes thermostatiques sur tous les radiateurs au Sud.
Soit le placement sur le circuit de distribution de vannes de zones : ce sont des vannes 2 voies modulantes, commandées par une sonde d’ambiance située dans un local témoin.

Vannes 2 ou 3 voies motorisées.

Soit une modification du réseau de tuyauteries de telle sorte que chaque façade dispose de sa propre vanne trois voies.

Solution	Avantages	Inconvénients
Vannes thermostatiques	Gestion individuelle avec prise en compte des situations particulières de chaque local.	Chaque radiateur doit être équipé d’une vanne. Collaboration nécessaire des occupants (tentures, manteaux, … recouvrant les vannes).
Vannes de zones	Peu de vannes à installer si le nombre de circuits à gérer est faible.	Multiplication des vannes si le bâtiment est équipé de nombreuses colonnes montantes. Difficulté de choix du ou des locaux de référence. Pas de prise en compte des situations particulières (locaux avec beaucoup d’occupants, matériel de bureautique,…). Nécessité d’une collaboration des occupants du local de référence (ne pas ouvrir les fenêtres, ne pas changer la consigne, ne pas cacher la sonde par une affiche !).
Un nouveau circuit par façade	Indépendance des zones.	Travaux lourds. Pas de prise en compte des apports gratuits dus aux occupants (par exemple, si une classe est remplie, le chauffage doit pratiquement s’arrêter).

Une demande de prix à un installateur permettra de trancher entre les solutions.

Exemple.

Le chauffage est distribué par plateau

Situation de départ

> Solution : vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud

Situation de départ

> Solution : nouveau circuit sud au départ de la chaudière ou du collecteur

Le chauffage est distribué par colonnes montantes

Situation de départ

> Solutions :

vannes 2 voies modulantes sur chaque colonne montante de la façade sud avec un ou plusieurs locaux témoins,
nouveau collecteur reprenant toutes les colonnes de la façade sud,
vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud.

Situation 2 : certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation générales

Un exemple serait la présence, dans une école d’un internat ou d’une conciergerie qui imposerait un chauffage permanent de l’ensemble des bâtiments. A nouveau, deux solutions coexistent :

La création de branches distinctes pour alimenter des zones aux besoins si différents.
La séparation totale des circuits, avec le placement d’une petite chaudière spécifique pour la conciergerie ou l’ internat.

Exemple. L’évaluation de l’économie engendrée peut être évaluée grossièrement comme suit : admettons que l’école représente 80 % de la surface chauffée. La réalisation d’une intermittence de son chauffage entraînera 30 % d’économie. L’économie sur la consommation existante représente donc 30 % de 80 %, soit 24 % du total.

La deuxième solution est plus coûteuse mais la petite chaudière, avec son meilleur rendement de fonctionnement, apportera une économie supplémentaire.

Études de cas

Évaluation des installations de chauffage d’un centre d’hébergement.

Parfois, une réorganisation des horaires ou des lieux d’activités permet d’éviter de gros investissements.

Exemple. Par exemple, pourquoi ne pas essayer d’organiser la réunion hebdomadaire du club de Scrabble dans l’aile de bâtiment de toute façon chauffée pour les internes ?

Situation 3 : certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée

Exemple. Imaginons, dans une école, deux zones thermiques situées sur un même circuit : la bibliothèque qui est dans l’aile des classes primaires. Elle n’est utilisée que deux fois par semaine sur le temps de midi, or la surface chauffée n’est pas négligeable …

Il faut analyser le type de raccordement des radiateurs.

> Cas 1 : tous les radiateurs du local sont situés sur une même conduite, en série et en bout de circuit

Dans ce cas, une simple vanne deux voies peut se placer sur la conduite départ vers les radiateurs. Elle est commandée par un thermostat présent dans un local témoin, thermostat comprenant une programmation horaire des températures. Dans l’exemple, deux heures avant l’ouverture de la bibliothèque, la vanne s’ouvrirait pour réchauffer le local. Une température minimale hors activité serait prévue pour éviter tout risque de gel. Si les radiateurs des classes primaires sont équipés de vannes thermostatiques, les radiateurs de la bibliothèque pourront rester avec leurs vannes ordinaires, toutes ouvertes, la régulation étant assurée par la vanne deux voies. Le coût du matériel à placer s’élève à environ 300 €.

> Cas 2 : les radiateurs du local sont situés sur des conduites distinctes

Dans ce cas une action peut être menée sur chaque vanne thermostatique,

Soit en plaçant des vannes thermostatiques programmables indépendantes. Leur prix de revient est de 100 € plus élevé que les vannes traditionnelles. Il faut également penser que les vannes thermostatiques sont fragiles (par rapport aux vannes institutionnelles) et qu’une personne de confiance doit être responsable de la programmation. Cela colle donc très bien pour la bibliothèque, beaucoup moins pour le local des scouts, malgré qu’il soit lui aussi à usage périodique.

Vanne thermostatique programmable : la tête est « trompée » par l’alimentation d’une résistance chauffante électrique. Lorsque le chauffage doit être coupé, la résistance chauffe le corps sensible de la vanne, celle-ci croit qu’il fait chaud dans le local et bloque l’alimentation du radiateur en fonction d’une horloge.

Soit en plaçant sur chaque alimentation de radiateur, une vanne servomoteur tout ou rien, régulée par un thermostat d’ambiance unique pour toutes les vannes. Si le régulateur revient à 200 €, le prix d’un servomoteur est d’environ 50 €. Si la bibliothèque dispose de 4 radiateurs répartis sur des circuits différents, le supplément de régulation est de 200 + 50 x 4 = 400 €.

Découvrez ces 2 exemples de régulation du chauffage : le Collège Saint Paul de Godinne et le Lycée « La retraire » à Bruxelles.

Posted By : 25 Sep, 2007

Doubler le châssis

Voici un exemple dans le cadre de la rénovation d’un bâtiment existant :

Photo bâtiment. Photo châssis interieur.

Vue extérieure et intérieure de la façade après rénovation.

Cette opération peut être réalisée non seulement pour améliorer les performances thermiques de la fenêtre, mais aussi en cas de besoin d’un haut niveau d’isolation acoustique (aux bruits aériens).

Doublage du châssis existant par un nouveau châssis pourvu de vitrage isolant.

Dans le cas d’un placement du côté intérieur, l’ancien châssis forme une première barrière à la pluie et au vent, tandis que le nouveau assure la fonction d’étanchéité au vent et d’isolation thermique et/ou acoustique. Il est recommandé de prévoir un drainage correct de l’espace entre les deux châssis. Ce drainage servira d’évacuation des condensats éventuels et d’orifice de ventilation.

Améliorations énergétiques

Pour améliorer les performances énergétiques, la pose d’un double châssis se justifie lorsqu’on désire conserver le caractère architectural des façades et que les châssis existants, encore en bon état, ne permettent pas d’envisager la pose d’un vitrage isolant. Le châssis intérieur sera cependant, toujours visible de l’extérieur sauf si un voile (rideau) est placé entre les deux châssis. Cette solution est relativement onéreuse, en effet il faut pouvoir investir dans le placement d’un châssis vitré supplémentaire à ceux pré-existants.

La résistance thermique de l’ensemble de l’équipement est équivalente à la somme de la résistance thermique de la couche d’air entre les châssis (0,17 m².K/W) avec les résistances thermiques de chaque châssis. Cela donne des valeurs très appréciables surtout si le nouveau châssis est thermiquement très performant.

Améliorations acoustiques

Le double châssis se comporte comme un système acoustique du type MASSE/RESSORT/MASSE. La lame d’air entre les châssis jouant le rôle de ressort, permet d’absorber les vibrations sonores. L’espace entre les châssis doit former un ressort suffisamment souple de façon à empêcher le système de faire entrer les verres en résonnance.

L’isolation acoustique sera donc d’autant meilleure que l’espace prévu entre les deux châssis est grand.

On rencontre ce genre de dispositifs :

Châssis double en matière plastique et en bois.

Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer le vitrage seul ou une intervention partielle sur le châssis

Le remplacement d’un vitrage simple par un vitrage plus isolant

On remplacera avantageusement un vitrage simple par un vitrage isolant (double, ou double basse émissivité) dans un châssis existant pour autant que :

Ce dernier soit suffisamment solide et en bon état.
L’amélioration des qualités thermiques ainsi obtenues se justifie en regard de l’investissement consenti.

Évaluer

Pour évaluer la rentabilité d’une telle opération.

Le placement d’un vitrage isolant à la place d’un simple vitrage est une opération qui concerne principalement les châssis en bois ou en métal … En effet, la technologie des châssis en PVC étant relativement plus récente, ceux-ci seront normalement équipés depuis l’origine de double vitrage. Ce n’est cependant pas toujours le cas. Alors, on évaluera avec soin le coût de l’adaptation et l’état du châssis. Certains sont faciles à modifier car ils étaient conçus dès l’origine pour être munis de simples ou de doubles vitrages, au choix. D’autres nécessitent des adaptations plus lourdes et il sera alors probablement préférable de les remplacer.

Comment procéder ?

La feuillure du châssis existante étant rarement assez large, ni assez profonde pour recevoir le vitrage isolant, des modifications du châssis seront souvent nécessaires. Il est possible, soit :

de poser un profil d’adaptation en bois ou en aluminium
de remplacer les ouvrants du châssis

La pose d’un profil d’adaptation en bois ou en aluminium : celui-ci sera fonction du type de châssis

Avant : Châssis en bois avec vitrage simple existant.

Après : Nouveau double vitrage avec profil d’adaptation.

Remarques.
Pour éviter tout risque de détérioration du châssis et/ou du double vitrage, on prévoira toujours un drainage des feuillures du châssis, s’il n’existe pas. Il faut savoir que les condensations seront inévitables sur les profilés anciens en aluminium qui sont généralement dépourvus de coupure thermique. Il est dès lors parfois préférable de remplacer tout le châssis.

Le remplacement de l’ouvrant du châssis

Cette solution est envisageable lorsque le cadre fixe (le dormant) est encore en excellent état, mais que les ouvrants existants ne peuvent recevoir un vitrage isolant.

Inconvénient : cette solution est presque aussi onéreuse que le remplacement intégral du châssis.

Avantage : ce dispositif n’endommage pas ni la baie de fenêtre ni sa garniture.

Deux possibilités sont envisageables :

Le remplacement de l’ouvrant uniquement.
Les nouveaux ouvrants doivent s’adapter correctement au cadre existant (or des irrégularités ou des déformations peuvent exister). De plus les principes de barrières d’étanchéité au vent et à la pluie sont parfois impossibles à respecter.
Le placement d’un nouveau châssis (dormant + ouvrant) à l’intérieur du dormant existant en veillant à ce que la barrière d’étanchéité à l’eau et à l’air entre le vieux dormant et le nouveau soit correcte et continue.

Dormant du châssis existant.
Nouveau dormant (profil d’adaptation) en bois.
Nouveau ouvrant en bois ou autre matériau avec double vitrage.

Cette solution réduit la surface d’éclairement de la fenêtre et donne au châssis un aspect beaucoup plus massif.

Remarque générale importante !!

Le simple vitrage contribue à l’équilibre hygrométrique d’un local en constituant une surface où le phénomène de condensation se déroule de manière préférentielle. Dans certains cas la pose d’un double vitrage perturbe cet équilibre et entraîne la formation de condensation sur d’autres surfaces du local où elle n’est pas souhaitable : sur les châssis, les jours des baies, dans les angles des murs avec le plafond, provoquant ainsi l’altération des finitions et entraînant champignons et moisissures.

Avant la rénovation, on procédera donc à une étude judicieuse de la ventilation et du chauffage du local.

Le remplacement d’un double vitrage défectueux par un vitrage plus performant

Ce remplacement se fait :

En cas de bris ou de fêlure du vitrage.
Lorsqu’il y a formation de condensation dans l’espace entre les verres du double vitrage :
Les vitrages isolants sont habituellement garantis contre la formation de condensation interne pendant une durée de 10 ans.
Des désordres peuvent cependant apparaître bien avant en cas de pose inappropriée du vitrage, c’est à dire :
- absence de drainage de la feuillure du châssis,
- cales de pose insuffisantes ou mal placées.
Lorsque les performances thermiques obtenues en remplaçant un vitrage moins performant par un vitrage plus performant, équilibrent rapidement le budget de cette transformation.

Évaluer

Pour évaluer la rentabilité d’une telle opération.

Lors du remplacement, les différents principes suivants devront être respectés :

La feuillure du châssis existant n’est parfois pas assez large ou assez profonde pour recevoir un nouveau vitrage plus isolant (plus épais), il sera nécessaire de l’adapter avec de nouvelles parcloses.
Pour éviter tout risque de détérioration du vitrage, il faudra prévoir un drainage périphérique de la feuillure ainsi qu’un conduit d’évacuation des condensats. Et bien sûr prévoir un nombre de cales de pose suffisant et adapté au type d’ouvrant.

Posted By : 25 Sep, 2007

Exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation

Avertissement !

Le calcul détaillé des puissances sonores et des atténuations créées par chaque composant d’une installation dépasse la portée de cet outil. Nous nous contentons de reprendre ici les résultats d’un calcul développé dans le document très complet :
« Protection acoustique dans les installations du bâtiment » – Office fédéral des questions conjoncturelles, 3000 Berne, 1989″ où il peut être obtenu (adresse suffisante).

L’installation permet la ventilation d’une salle de réunion. On souhaite réaliser un niveau sonore global pondéré de 35 dB(A), quitte à insérer un silencieux supplémentaire.
Voici les détails techniques de l’installation :

Le ventilateur : radial, avec pales incurvées en arrière, débit = 2 000 m³/h, pression = 200 Pa, vitesse = 1 500 tr/min.

La bouche : grille murale avec lamelles réglables, section libre de 75 %, position d’étranglement ouvert 50 %, montage au milieu d’une paroi sous le plafond.

Le local : volume 450 m³, temps de réverbération de 1 sec à 1 000 Hz.

Les conduits : en tôle d’acier, parties absorbantes avec revêtement intérieur de 25 mm de laine minérale.

Le coude : avec tôles de guidage.

Résultats

Les bruits générés
(puissances acoustiques créées par l’écoulement, en dB)

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Bouche	36	36	35	31	24	14
Gaine 1	6	2	–	–	–	–
Gaine 2	37	34	30	26	21	15
Coude	51	47	43	37	–	–
Gaine 3	37	34	30	26	21	15
Ventilateur	72	76	69	65	59	52

Remarques.

On constate directement impact de la vitesse de l’air sur la production de bruit (la gaine 1 est parcourue à 2 m/s et la gaine 2 et 3 et parcourue à 8 m/s).

Le ventilateur est nettement le plus grand générateur de bruit, mais c’est aussi celui qui se trouve le plus éloigné par rapport aux locaux.

Heureusement que les additions de décibels sont des additions logarithmiques, sans quoi le bruit serait dramatique !

Les atténuations
(amortissements acoustiques créés par les composants, en dB)

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Local	10	10	10	10	10	10
Bouche	1	–	–	–	–	–
Gaine 1	2	2	8	18	11	7
Diffuseur	–	–	–	–	–	–
Gaine 2	6	5	3	2	2	2
Coude	0	0	3	5	4	6
Gaine 3	5	4	14	31	30	20

Remarques.

Les 10 dB d’atténuation du local correspondent au passage de la puissance acoustique de l’installation à la pression acoustique perçue au niveau de l’oreille de l’occupant ; on perçoit dès lors l’importance de l’absorption du local pour « étouffer » les bruits (la durée de réverbération ne doit pas être trop grande).

Ce sont les absorbants placés dans les gaines qui font le gros du travail.

Le niveau acoustique dans le local
Le calcul consiste à partir du local et à remonter vers le ventilateur en additionnant successivement les puissances acoustiques de chaque générateur de bruit et en retranchant toutes les absorptions successives du local et des équipements.

Exemple pour 125 Hz :

	Bruit généré	Atténuat.	Atténuation totale	Accroiss. du bruit	Bruit total
Local	–	10		0
Bouche	36	1	10	26	26
Gaine 1	6	2	11	0	26
Diffuseur	0	0	13	0	26
Gaine 2	37	6	13	24	28
Coude	51	0	19	32	33
Gaine 3	37	5	19	18	33
Ventilateur	72	0	24	48	48

Remarques.

L’atténuation d’un équipement n’est comptabilisée que pour amortir le bruit des équipements en amont, et non pour l’équipement lui-même ; exemple : le son de la gaine 2 (puissance de 37 dB) est atténué de 13 dB lorsqu’il est perçu par un occupant du local, il génère donc 24 dB (= 37-13) ; les 6 dB d’atténuation que la gaine 2 apporte n’entreront en compte que dans l’amortissement du bruit généré par le coude et les autres équipements en amont.

Les additions de bruit sont des additions nombres logarithmiques puisqu’exprimés en décibels ; exemple : les 24 dB de la gaine 2 viennent s’ajouter aux 26 dB créés par la bouche, ce qui donne 28 dB.

C’est finalement le ventilateur qui est responsable du bruit généré dans le local ; les 33 dB générés par les autres équipements sont sans importance par rapport au 48 dB du ventilateur à 125 Hz.

En faisant de même pour les autres fréquences, on obtient [en dB] :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Niveau sonore local	48	55	32	21	14	9

Résultats pondérés et analyse
Sachant que notre oreille présente une sensibilité plus faible aux basses fréquences, il est d’usage d’appliquer une pondération aux résultats en suivant les valeurs du filtre A :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Niveau sonore local	48	55	32	21	14	9
Pondération filtre A	– 16	– 9	– 3	0	+ 1	+ 1
Niveau sonore pondéré	32	46	29	21	15	10

Constat : le niveau sonore dépasse les 35 dB attendus dans le local, tout particulièrement à 250 Hz (qui correspond « au bruit de sirène » du ventilateur). Un silencieux sera requis. Il sera placé après le coude et il doit être dimensionné pour atténuer le son d’un minimum de 11 dB à 250 Hz.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la machine frigorifique [Climatisation]

Les principes à suivre

Les projets d’amélioration peuvent poursuivre plusieurs objectifs :

réduire la consommation d’énergie,
limiter la pointe de puissance quart-horaire,
améliorer la maintenance de l’installation.

Objectif 1 : réduire la consommation d’énergie de l’installation frigorifique

Prenons l’exemple d’une installation où l’évaporateur refroidit la boucle d’eau glacée alimentant les ventilo-convecteurs. Il est possible d’envisager 3 niveaux d’intervention : le local, la boucle d’eau glacée et la machine frigorifique (chiller).

La mesure la plus évidente consiste à réduire le besoin de rafraîchissement des locaux, entraînant de facto la mise au repos du compresseur !

Améliorer	Rehausser la température intérieure.
Concevoir	Installer des stores extérieurs
Évaluer	Limiter les puissances d’éclairage.
Gérer	Limiter les débits de ventilation.

La diminution des pertes en ligne du fluide réfrigérant ou de l’eau glacée constitue un deuxième axe de réflexion : isolation des conduites, augmentation de la température du réseau d’eau,…

Pour diminuer le travail du compresseur, il faut diminuer le taux de compression, entre la pression d’évaporation et la pression de condensation. Or la thermodynamique nous montre que ces pressions de fluide frigorigène correspondent toujours à des niveaux de température du fluide. Diminuer le travail du compresseur, c’est donc diminuer l’écart de température entre évaporateur et condenseur. En pratique, on cherchera donc à augmenter la température à l’évaporateur (utiliser de l’eau glacée moins froide) et à diminuer la température au condenseur (profiter d’un air refroidisseur à plus basse température).

3°C en plus à l’évaporateur, c’est 10 % de consommation en moins.

3°C en moins au condenseur, c’est 10 % de consommation en moins.

Ces valeurs sont des valeurs moyennes; la diminution de consommation suite à la hausse de la température à l’évaporateur est de 2 % par degré pour les compresseurs à piston, de 3 % par degré pour les compresseurs centrifuges et de 4 % par degré pour les compresseurs à vis (source : « Energy Audit of building systems », M. Krarti, CRC Press).

Ces modifications seront faites en concertation avec le constructeur du matériel, car chaque machine est conçue pour fonctionner dans des plages données. De plus, la responsabilité du constructeur sera dégagée si les paramètres de fonctionnement sont modifiés sans son accord.

Limiter le fonctionnement du compresseur à charge réduite car en dessous de 20 % de sa puissance nominale, le rendement de production de froid d’une machine frigorifique s’écroule ! Par un fractionnement de la puissance installée, par un entraînement à vitesse variable, … il faut adapter la puissance à la demande.

On peut également chercher les solutions qui permettraient de se passer de l’installation frigorifique ! On pense tout particulièrement aux périodes d’hiver ou de mi-saison pour lesquelles un by-pass de l’installation peut être envisagée : ce sont les techniques de « free chilling ».

Il est également possible de préchauffer l’eau chaude sanitaire ou l’air de ventilation : ce sont les techniques pour récupérer la chaleur évacuée au condenseur.

Objectif 2 : réduire la pointe de courant électrique appelée par l’installation

On sait que les bâtiments climatisés ont avantage à bénéficier de la tarification électrique dite « horo-saisonnier ». Mais celle-ci pénalise certaines heures de la journée (tout particulièrement les « heures de pointe » en hiver). Et tous les tarifs privilégient la consommation d’électricité nocturne.

Évaluer

Pour en savoir plus sur le tarif de la facture électrique.

Aussi, une gestion de la charge par délestage ou par déplacement des périodes de fonctionnement doit être étudiée. C’est dans ce but de produire du froid la nuit que sont installés des bâches d’eau glacée ou des bacs à glace. Un étalement de la charge frigorifique est ainsi réalisé et permet dès lors un sous-dimensionnement de la puissance installée et un fonctionnement plus régulier des compresseurs. Elle sous-entend malheureusement des pertes énergétiques supplémentaires suite au stockage du froid. Cette technique est intéressante par le lissage du profil de la consommation électrique.

Gérer	Pour en savoir plus sur le délestage.
Gérer	Pour en savoir plus le déplacement des périodes d’utilisation.

Remarque : les pompes de circulation des groupes froids sont souvent surdimensionnées. Le réseau d’eau glacée doit fonctionner avec un écart de température de l’ordre de 5K (ex : départ 7° – retour 12°). Si, par temps très chaud, le régime 7° -12° tourne en réalité à 7° – 9°, le surdimensionnement de la pompe dépasse 2. Or, les puissances étant proportionnelles au cube des débits, un surdimensionnement par 2 entraînera une consommation multipliée par 8 !
Pour réaliser ces économies potentielles d’électricité, on pensera à adapter les vitesses aux besoins.

Objectif 3 : améliorer la maintenance de l’installation

L’amélioration de la régulation peut également avoir pour objectif de privilégier le bon fonctionnement du matériel, en diminuant ainsi le risque de panne et en améliorant la longévité du matériel.
Contrôler la surchauffe, vérifier le sous-refroidissement, mesurer l’intensité électrique appelée, …

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Un secret dans ce domaine : si l’installation a été bien mise au point initialement, la meilleure solution consiste à mesurer tous les paramètres de l’installation et à les comparer d’année en année. C’est « par rapport à elle-même » que l’on peut au mieux juger la qualité d’une installation frigorifique.

Gérer la durée de fonctionnement de l’installation frigorifique

À l’image d’un moteur diesel, une installation frigorifique sera d’autant plus efficace qu’elle travaille sur des longues périodes, sans arrêts successifs.

Programmation horaire

A l’aide d’une horloge, il est utile de minimiser le temps de marche du système de réfrigération en fonction des périodes d’occupation du bâtiment et de la charge de refroidissement. Si l’on dispose d’un système de régulation numérique, il peut être encore plus utile de rendre ces temps de fonctionnement dépendants de la température extérieure. Par période de forte chaleur, on pourra alors laisser fonctionner les équipements 24h/24.

Attention : l’horloge ne doit pas redémarrer l’installation en période de tarif électrique défavorable, pour limiter le coût de la pointe quart-horaire. Si nécessaire, il faudra anticiper la période de démarrage afin d’éviter un appel de puissance anormal.

Seuil de fonctionnement en fonction de la température extérieure

Il est possible de n’enclencher le groupe de froid que pour un seuil de température extérieure minimal suffisant. Par exemple, la machine frigorifique ne peut s’enclencher que si la T°ext dépasse 13°C. Ce verrouillage par un thermostat peut bloquer l’enclenchement en période de mi-saison, s’il est remarqué que la surchauffe intérieure est passagère et sera traduite en économie de chauffage une fois le soleil reparti.

On vérifiera préalablement que des besoins non liés à la température extérieure ne sont pas présents.

Une telle action peut également se concevoir pour le deuxième compresseur mis en cascade. Il est utile de l’empêcher de démarrer le lundi matin pour 1/4 d’heure !

Coupure de l’alimentation des carters des compresseurs à pistons

Il est intéressant de couper l’alimentation du chauffage des carters pendant la période d’arrêt de la réfrigération. Il s’agit d’une puissance de l’ordre de 100 Watts généralement, qui est mise en service à l’arrêt du compresseur. Tout l’hiver, ces 100 Watts seront donc consommés inutilement.

Attention : une période de chauffage du carter de 24 h est nécessaire avant le démarrage du compresseur, pour préchauffer l’huile. À défaut, des dégâts sérieux peuvent être occasionnés au compresseur.

Pour être complet, signalons que certains considèrent que ce chauffage permanent évite que de l’humidité ne corrode les parties électriques du compresseur. On consultera donc le fournisseur du matériel avant de prendre une décision.

Limiter les pertes des réseaux

Stopper la circulation d’eau glacée dans les circuits non demandeurs en hiver, dans les bâtiments où une partie du réseau doit fonctionner toute l’année.

Si les besoins de froid d’hiver sont limités à un local ou un ensemble déterminé de locaux, refroidir ces locaux par un système indépendant (ex: utilisation des splits de secours présents dans le local informatique pour arrêter le système de refroidissement principal pendant l’hiver : c’est lui qui sera le secours en cas de défaillance des splits).

Stopper les installations la nuit et les W-E, si pas de besoin

Cette proposition doit être étudiée avant d’être appliquée.

Si le bâtiment est très peu inerte, l’installation doit être stoppée la nuit. Le refroidissement naturel nocturne sera favorable (il peut même être favorisé par une ventilation nocturne accélérée, si des taux horaires de renouvellement d’air supérieurs à 4 sont possibles). Tout arrêt nocturne entraîne systématiquement des économies énergétiques puisque les pertes de maintien sont annulées. Et ceci, même si ultérieurement il faudra remettre la boucle d’eau glacée en régime.

Concevoir

Pour en savoir plus sur l’ exploitation du pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur.

Par contre, un bâtiment très inerte accumulera dans ses parois une quantité importante de chaleur. Un fonctionnement nocturne de la climatisation (à bas prix du kWh électrique) permettrait de le décharger de la chaleur excédentaire avant le début de la journée suivante. A défaut, la chaleur devra être évacuée au matin, entraînant une puissance appelée supplémentaire.

Remarque : couper l’installation par périodes de fortes chaleurs pourrait poser problème (sauf réserve de puissance importante pour la relance, condenseur surdimensionné,… ). Autrement, au moment de réenclencher, le pressostat de la haute pression risque de déclencher car la demande est trop importante…

Augmenter la température de départ de la boucle d’eau glacée

D’abord une maintenance de l’installation

L’évaporateur doit être régulièrement détartré. La meilleure indication consiste à suivre l’écart entre la T°évaporation et la T°eau glacée.

Valeur test

En général, si l’écart entre T°évaporation et la T°eau sortie évaporateur > 6 à 7 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si l’écart subsiste après le nettoyage, il faut envisager l’extension de la surface de l’évaporateur.

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Un régime de fonctionnement adapté à une période canicule !

Le bureau d’études a dimensionné l’installation afin de répondre aux conditions extrêmes de température extérieure (+/- 32°C) et d’ensoleillement (ciel serein). Par exemple, il a prévu pour la boucle d’eau glacée le régime : départ 6° – retour 12°.

La boucle d’eau glacée circule dans un bâtiment à 22°…24°C. Elle présente donc des pertes tout au long de son parcours. En rehaussant la température de départ de l’eau, on diminue le Delta T° et donc les pertes.

De plus, l’air ambiant condense en dessous de 12°C environ. Beaucoup d’énergie du compresseur est donc consacrée à déshumidifier l’air dans les échangeurs, déshumidification qui n’est pas toujours nécessaire (on parle d’une consommation de chaleur latente). Faire travailler l’eau froide au régime 12° – 18° est beaucoup plus efficace. Mais la puissance frigorifique de l’échangeur diminue puisque le delta T° diminue … Il faudra donc surdimensionner l’échangeur du ventilo-convecteur, par exemple. Donc un investissement plus élevé au départ, mais un coût d’exploitation nettement plus faible ensuite durant toute la durée de vie de l’appareil.

Un ventilo-convecteur fonctionnant au régime 6°-12° consomme environ 30 % de son énergie pour déshumidifier l’air ambiant…

Comment augmenter la température du régime d’eau glacée ? Diverses adaptations de l’installation sont possibles afin de mieux « coller » aux besoins variables.

Partons d’une installation correctement dimensionnée pour vaincre la demande extrême.

1ère possibilité : réaliser une température glissante sur le départ de l’évaporateur

Imaginons que la charge thermique du local n’atteigne que la moitié de la charge nominale. La vanne va progressivement se fermer jusquà ne laisser passer (en première approximation) que 20% du débit d’eau à 6°C.

On pourrait dès lors remonter le départ d’eau de la machine frigorifique à 9°C. La vanne s’ouvrirait à 33%.

On voit qu’il reste de la marge de fonctionnement à l’équipement puisque seul un départ à 12°C donnerait une vanne totalement ouverte.

En réalité, la vanne ne serait pas encore totalement ouverte car l’échangeur augmente d’efficacité suite au fait qu’il ne perd moins d’énergie à déshumidifier l’air. Si de plus on prend en compte que l’échangeur est probablement surdimensionné, on est tout à fait du côté de la sécurité !

Conclusions : on peut sans crainte adopter le régime suivant pour le départ de l’eau froide : 6° en été, 9° en mi-saison, 12° en hiver. Le plus simple est de tester le fonctionnement avec ces valeurs… et de les augmenter l’année suivante encore, s’il n’y a pas de plaintes !

Remarque : Pour que cette solution convienne, il faut :

Que le profil de consommation du bâtiment soit lié à l’évolution de la température extérieure. En climatisation, c’est le cas lorsque les besoins de réfrigération sont ceux liés au traitement de l’air neuf. Par contre, les apports dus aux machines, à l’éclairage, aux personnes sont constants. Quant aux apports solaires, ils sont en moyenne liés à l’évolution de la température extérieure pour les façades Est et Ouest (c’est en été que température et soleil sont au maximum), de même que pour les apports des surfaces vitrées horizontales. Par contre, sur une façade Sud, le soleil est plus important en mars qu’en juillet !

Que tous les échangeurs (ventilos, par exemple) du circuit puissent fonctionner dans ces conditions.

Avoir des compresseurs qui autorisent une température d’évaporation suffisamment élevée et disposer d’une régulation de commande disponible (certaines machines « standards » ne donnent pas accès à la modification de la température d’eau de départ –> consulter le fabricant).

En fait, agir sur la température de départ de l’eau glacée suppose une bonne connaissance de son installation et de l’origine des apports à vaincre. Par exemple, il sera très utile de suivre l’évolution de l’écart de température (départ – retour) de l’eau glacée durant l’année : un départ 6° – retour 8° en hiver suivi d’un régime 6° – 11° en été est signe qu’il est possible de remonter la température de départ en hiver, puisque les besoins sont faibles.

En mi-saison, l’installation pourra toujours répondre à un apport solaire momentané, mais proportionnellement avec une puissance maximale plus faible puisque la température de départ de l’eau glacée sera plus élevée. Cette régulation peut se faire, soit manuellement (2 ou 3 adaptations par an), soit automatiquement. Dans ce cas, il faudra trouver l’emplacement du capteur qui sera fidèle des besoins de l’installation (sonde extérieure, par exemple).

Parallèle avec le chauffage des bâtiments : on ne régule pas l’installation avec les seules vannes thermostatiques. Un régulateur avec courbe de chauffe adapte d’abord la température de départ en fonction de la sonde extérieure.

Exemple d’application : les centres informatiques

L’évolution actuelle de la performance de l’équipement informatique entraîne généralement une baisse des consommations d’énergie et donc des puissances thermiques à évacuer. Si jadis on dimensionnait à plus de 400 W/m², on table actuellement sur 150 W/m². Les anciennes installations, à présent surdimensionnées, verront donc favorablement leur température de départ d’eau glacée augmenter. À noter : attention à la puissance des ventilateurs, prévus pour transporter la puissance d’origine, car ils risquent de constituer à présent une partie importante de la charge frigorifique !

2ème possibilité : réaliser des réseaux distincts avec une modulation par vanne 3 voies sur chaque départ

Si l’installation comporte plusieurs types de locaux dont les besoins sont différents, cela se complique !

Par exemple, imaginons qu’il existe un local informatique (avec des besoins constants toute l’année) et dont la puissance de l’émetteur est juste suffisante : il devra toujours être alimenté à 6°. Si par ailleurs, plusieurs locaux de bureaux plein sud avec larges baies vitrées présentent des besoins liés à la température extérieure et à l’ensoleillement, une modulation de la température de départ de ce circuit sera intéressante.

On peut alors réaliser des circuits différents commandés à des températures différentes, via des vannes trois voies motorisées. Ici, on ne modulera que la température du circuit « bureaux ».

Parallèle avec le chauffage des bâtiments : il apparaît normal de séparer les circuits en zones thermiquement homogènes (façade Sud, façade Nord,…), puis de moduler la température de départ de chaque circuit en fonction des besoins de la zone qu’il alimente. Ne disposer que d’une seule boucle d’eau glacée à 6°, c’est un peu comme si le chauffage n’était alimenté que par une seule boucle à 90°…!

Remarque : si les émetteurs sont équipés de vannes 2 voies pour régler leur débit, une régulation d’ensemble par la GTC (Gestion Technique Centralisée) permettrait de créer un « découpage virtuel » de l’installation et de piloter les émetteurs par groupes de locaux, en fonction de l’orientation, de l’usage, des horaires, des températures de consigne, etc…

3ème possibilité : maintenir les températures de retour les plus hautes possibles

Cette technique nécessite des éléments terminaux (comme les ventilo-convecteurs, les centrales d’air, les sous-stations, …) régulés avec des vannes deux voies (régulation par le débit). Lorsque les besoins diminuent, le débit total de la boucle diminue également. Pour maintenir la pression constante aux bornes des équipements, on utilise des pompes à débit variable pilotées soit par la température de retour qui doit toujours dépasser une certaine valeur, soit par la pression.

Par opposition à la 1ère possibilité de régulation sur sonde extérieure, on réalise ici une régulation sur boucle fermée plus fidèle aux besoins du bâtiment. Pour l’évaporateur, ce n’est plus la température de départ qui est augmentée, mais la température de retour (régime 6/14 ou 6/16 par exemple). La température moyenne de fonctionnement à l’évaporateur est augmentée, ce qui est favorable.

Remarque.

En thermique, il existe deux manières de réguler : agir sur le débit ou agir sur la température.
Moduler le débit sous-entend conserver une température constante.

En chauffage, le régime de température adopté lors du dimensionnement du matériel est élevé : généralement 90°-70°. Ceci entraîne un écart de température élevé par rapport à l’ambiance et donc des pertes de maintien élevée. On aura donc tout intérêt à réguler sur la température.

En réfrigération, par contre, le régime classique 6°-12° présente peu d’écart par rapport à l’ambiance. De plus, le débit est important (à puissance égale, il faut 4 fois plus de débit pour transporter du froid que du chaud puisque le Delta T° est 4 fois plus petit) et sa modulation est plus aisée. Si les besoins sont fort variables, on sera dès lors plus facilement tenté par une régulation sur le débit, avec une température de départ constante, une température de retour la plus élevée possible… et des économies d’énergie sur le transport de l’eau par l’utilisation d’une pompe à vitesse variable.

Cependant, un débit minimum dans l’évaporateur est requis par le constructeur, sous peine de le geler à certains endroits. L’installation devra comprendre un by-pass de recyclage.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

Vérifier la surpuissance éventuelle

Pour vérifier l’ordre de grandeur de la puissance installée, un ratio (très approximatif !) de 100 W/m² peut situer les besoins d’un immeuble de bureaux. La puissance totale du bâtiment ainsi trouvée sera multipliée par 2/3 pour tenir compte de la non-simultanéité des besoins. On peut en déduire un éventuel surdimensionnement qui renforce le besoin de découpage de la puissance.

Attention : il est possible que le gestionnaire souhaite un dédoublement de la puissance pour des raisons de sécurité (on place alors 2 machines au lieu d’une, ou deux compresseurs de 100% de la puissance raccordés sur des condenseurs indépendants). L’essentiel est alors de vérifier qu’ils ne s’enclenchent pas tous les 2 à la relance du matin pour 15 minutes…

La machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes…

Une diminution de 25 % de la puissance frigorifique du groupe ne réduit la puissance électrique absorbée que de 10 % en moyenne !

Il est donc préférable que le compresseur soit découpé en plusieurs niveaux de puissances (par exemple, via un découpage en plusieurs compresseurs).

De plus, l’enclenchement d’un grand groupe peut générer une pointe de puissance électrique importante. Ce sera particulièrement coûteux si l’enclenchement se fait en hiver, alors que le bâtiment est sous le tarif horosaisonnier !

Si l’idéal est la régulation par variation de vitesse du compresseur, la mise hors-service de cylindres est une méthode assez répandue parmi les techniques de modulation de la puissance sur une installation existante.

En pratique une vanne magnétique est posée sur la tête de culasse, ce qui rend inopérant un des cylindres qui travaille dans le vide.

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

Inconvénients

Ce réglage est énergétiquement moins favorable; les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 %, par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.

La variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance).

L’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

Mais toute intervention sur une installation existante doit avoir l’aval du constructeur (par exemple, un abaissement de vitesse peut modifier dangereusement le régime de lubrification).

Concevoir

Pour plus de détails, consultez le choix de la régulation de la machine frigorifique.

Créer un ballon tampon

En effet, le ballon tampon amplifie l’inertie thermique de l’installation, ce qui prolonge la durée de fonctionnement des compresseurs. Il permet de résoudre le problème de l’anti-court cycle (c’est à dire la temporisation du démarrage si l’installation vient de s’arrêter) et de prolonger la durée de vie du matériel en diminuant le nombre de démarrages par heure ou par jour.

On sera attentif à la position de la sonde de régulation par rapport au ballon. Par exemple, réguler le compresseur en fonction de la température du ballon-tampon lui-même est une bonne solution. En tous cas, la sonde ne doit pas se trouver en amont du ballon. Lorsque l’utilisateur démarre, le train de chaleur qu’il génère dans l’évaporateur doit être absorbé par le ballon avant que la sonde ne le détecte.

Ainsi l’inertie du ballon aura bien été valorisée.

On dimensionne un ballon tampon de telle sorte que son stockage corresponde à 5 à 10 minutes de la consommation en eau glacée.

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds

Le réglage par « injection des gaz chauds« , doit être qualifié de « pur anéantissement d’énergie ». Dans ce cas, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, il provoque un échauffement du moteur. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système hors service dans les installations existantes.

La régulation par « injection des gaz chauds » est une aberration, puisque pour maintenir le débit constant dans l’évaporateur, on « fait fonctionner le compresseur sur lui-même ». Mais cette technique évite tout risque de gel dans l’évaporateur.

Comparaison : imaginons une pompe qui vide un réservoir « bas » vers un réservoir « haut ». De peur du risque qu’elle se désamorce si elle n’a plus assez d’eau à pomper, on lui réinjecte de l’eau venant du réservoir « haut ». Ainsi elle peut continuer à fonctionner sans problème !

L’injection de gaz chauds est rencontrée en climatisation sur des groupes avec un compresseur n’ayant pas de système interne de régulation de puissance, sur des petits chillers et des systèmes à détente directe (roof-top, par exemple) : c’est absolument à proscrire.

Cette technique est présente sur le terrain puisque voici ce que nous a écrit un installateur frigoriste à ce sujet :

« Il est vrai qu’en terme de régulation le principe est évidemment à proscrire, mais il est très fréquent que nous utilisions l’injection de gaz chauds lorsque nous intervenons chez des clients qui ont très peu soin de leur installation : batteries ou filtres d’évaporateurs pas nettoyés.

Ceci afin d’éviter la formation de givre important sur les batteries,… et les problèmes d’écoulement qui s’en suivent (les bacs d’écoulement de certaines marques de climatiseurs ne peuvent contenir ce flux massif d’eau, ainsi que les pompes de relevages de condensats qui ne sont pas prévues pour évacuer autant d’eau, d’où les débordements).

Nous utilisons également l’injection de gaz chauds lorsque nous installons une unité extérieure sur deux unités intérieures et que nous n’avons pas affaire à des compresseurs inverter ou à deux compresseurs dans l’unité extérieure. Ces réalités sont très fréquentes car le coût d’installation est un critère de choix pour le client final. Nous le mettons toutefois en garde du très mauvais rendement énergétique lorsque seule une unité intérieure sur les deux est utilisée. En prévoyant l’injection de gaz chaud sur ce type d’installation, nous savons que, heureusement, dans la majeure partie du temps d’utilisation de la climatisation, les deux unités intérieures sont utilisées en même temps (chaque circuit d’unité intérieure est muni d’une vanne magnétique). »

Quels sont les indices de l’existence d’une telle régulation ? On aura des soupçons si l’on constate que le compresseur ne s’arrête pratiquement jamais. Et on vérifiera alors s’il y a présence d’équipements raccordant la haute pression (sortie compresseur) et la ligne d’aspiration (entrée évaporateur). Ensuite, on appelle le frigoriste !

Alternatives

Il faut absolument la remplacer, idéalement par la vraie solution actuelle, la variation de vitesse du compresseur (INVERTER). L’investissement est plus élevé bien sûr, mais l’économie d’énergie résultante permet d’amortir facilement l’investissement.

Une modulation de puissance par l’usage de solénoïdes pour délester certains cylindres permet des économies substantielles (consulter un frigoriste).

À défaut, prévoir 2 à 3 plus petites machines en centrale.

Augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur

Si le compresseur déclenche régulièrement par période de forte chaleur, c’est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à trop haut niveau de pression.

Le frigoriste risque malheureusement de diagnostiquer une insuffisance de puissance de l’installation (ce qui est exact) et de proposer un remplacement par un compresseur plus puissant. Mais la nouvelle installation sera surpuissante toute l’année…

Si le fabricant l’autorise, il vaut mieux augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur. La machine frigorifique pourra alors continuer à fonctionner, tout en donnant temporairement une puissance frigorifique plus faible que sa valeur nominale. L’inconfort résultant sera limité.

On étudiera également si ce n’est pas le condenseur qui est sous-dimensionné par rapport au compresseur : une augmentation de surface de condensation améliorera le rendement toute l’année.

Une supervision par régulation numérique

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années.

Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.

Il s’agit en fait une gestion globale du système qui vient se superposer à celle des équipements frigorifiques.

La régulation d’ensemble en sera fortement améliorée :

possibilité de modifier les points de consignes, les horaires de fonctionnement, …. à distance,
création d’alarme avant que les conséquences ne soient perçues de l’occupant,
possibilité de réaliser un délestage du groupe au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment,
visualisation meilleure du fonctionnement par mesure des pressions et des températures tout au long du cycle (via l’historique enregistré),
estimation des performances, de l’énergie consommée, …

Exemples.

Chez Delhaize, on met en place un délesteur de charge sur les groupe frigorifiques de telle sorte que ceux-ci ne s’enclenchent pas simultanément au démarrage des fours à pain, lorsque le bâtiment est en période de pointe électrique. L’inertie des équipements frigorifiques est telle que l’arrêt de quelques minutes ne pose pas de difficulté majeure. Et l’économie tarifaire est appréciable !
Certains régulateurs peuvent abaisser la température de consigne durant les 2 dernières heures de nuit. Les produits stockés « emmagasinent » du froid, ce qui permet de retarder l’enclenchement au tarif de jour. À noter que ce système augmente légèrement la consommation d’énergie mais permet des économies financières.

Améliorer le fonctionnement du condenseur et de la tour de refroidissement

Principe de base : abaisser la température de condensation

Abaisser la température de condensation, c’est abaisser le niveau de pression à la sortie du compresseur, c’est donc diminuer le travail de celui-ci et l’énergie qu’il consomme. On considère qu’abaisser la température de condensation de 1°C génère environ 3 % d’économie.

Abaisser la température de l’air extérieur

L’emplacement du condenseur doit éviter un réchauffement local de l’air. Par exemple, un condenseur placé sur une toiture couverte de roofing noir entraînera une surchauffe locale de l’air de plusieurs degrés en période d’ensoleillement … Le fait de répandre du gravier blanc sur la toiture et sous le condenseur sera favorable.

L’emplacement du condenseur devra éviter un ensoleillement direct de l’échangeur. Si le placement à l’ombre est impossible, le placement d’un système d’ombrage permettra d’abaisser le niveau de température.

Eviter la recirculation de l’air aspiré

Si le condenseur est situé trop prêt d’une paroi, l’air expulsé par le ventilateur centrifuge risque d’être rebouclé vers l’aspiration : de l’air chaud se mélange à l’air froid, la température de l’air d’aspiration augmente, … de même que la température de condensation.

Comment s’en rendre compte ? En se plaçant entre la paroi et le condenseur lorsque celui-ci est à l’arrêt. Au démarrage du condenseur, on ne peut sentir l’arrivée de chaleur. À défaut, on utilisera la poire à fumée.

Favoriser l’échange de chaleur

Valeur test

Pour un condenseur à eau, si l’écart entre T°condensation et la T°eau sortie condenseur > 6 à 10 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si le dT° dépasse 15 K, il faut envisager l’extension de la surface du condenseur.

Pour un condenseur à air, l’écart entre la température de condensation et la température de l’air à l’entrée doit être de l’ordre de 15 à 20 K à pleine charge. A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Remarque : pour connaître la température de condensation, lire la haute pression, et se référer tableau de correspondance température/pression du fluide frigorigène (Exemple pour le R22, R134a et R407c).

Par un nettoyage régulier des ailettes (condenseurs à air), tout particulièrement à l’automne, avec la chute des feuilles. Nettoyage à l’air comprimé (si l’épaisseur des ailettes est inférieure à 0,15mm), ou à l’eau à faible pression si présence de boues (attention à la fragilité des ailettes, diriger le jet bien perpendiculairement au condenseur).

Par un détartrage régulier des conduites (condenseurs à eau). Si une tour ouverte est installée, un adoucisseur d’eau s’impose.

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Modifier la régulation du condenseur

Nous devrions avoir des excellents rendements dans nos régions où les canicules sont rares ! La température extérieure avoisine les 12 à 20°C lorsque la clim est en route. La température de condensation devrait être de l’ordre 24 à 32°C. Mieux, certains locaux à charges internes importantes (par exemple, les salles informatiques) doivent être aussi climatisés en mi-saison ou encore en hiver. Dans ce cas, lorsque la température de l’air extérieur diminue, la capacité de refroidissement du condenseur augmente.

En théorie, c’est tout bénéfice pour le compresseur qui a moins de mal à travailler !

Et pourtant …

Problème avec les détendeurs thermostatiques

Le constructeur souhaite qu’une différence de pression minimale existe au niveau du détendeur, pour assurer une quantité de débit de fluide frigorifique suffisante dans l’évaporateur. C’est la Haute Pression qui pousse le réfrigérant à travers l’orifice de la vanne du détendeur. Il en résulte, avec une haute pression trop faible, que l’alimentation en réfrigérant est insuffisante, particulièrement au démarrage. Le compresseur aspire mais il est sous-alimenté.

La basse pression devient aussi insuffisante et le groupe se met en sécurité Basse Pression. Mais comme cette sécurité est à réenclenchement automatique, le groupe « pompe », se fatigue et finalement déclenche par son thermique.

Ce problème est renforcé en hiver… Si l’air est à 0°C, la surface d’échange devient excessive. De plus, on n’aura plus besoin de la pleine puissance frigorifique. De sorte que le condenseur sera largement surdimensionné pendant les périodes froides.

S’il fait plus froid dehors, le constructeur va diminuer le débit d’air de refroidissement (en arrêtant l’un ou l’autre ventilateur, par exemple), mais il va maintenir le niveau de pression ! en fait, la régulation des ventilateurs sera réalisée sur base du pressostat HP.

Il y a économie sur le ventilateur… mais pas sur le compresseur !

Première amélioration : travailler avec un ventilateur à vitesse variable ou une cascade de ventilateurs

Supposons que le ventilateur du condenseur fonctionne en tout ou rien, avec l’exigence constructeur de maintenir les 12 bars minimum.

Par exemple, il s’enclenche lorsque la pression monte à 16 bars et déclenche lorsque la pression descend à 12 bars. Ceci entraîne des cycles on-off « rapides » (+/- 2 min.) et une « fatigue » du moteur. En plus la mise en route brutale du ventilateur provoquera une chute soudaine de la pression et de la température de condensation. Ceci provoque à son tour une ré-évaporation du liquide resté à la même température. Les bulles de vapeur provoqués par ce phénomène peuvent perturber le bon fonctionnement du détendeur et donc de l’installation (« flash gaz »).

Si par contre, on utilise un ventilateur à vitesse variable (moteur spécial ou régulateur de vitesse de rotation externe), en plus de la réduction de consommation du ventilateur, on optimisera le fonctionnement du compresseur qui restera régulé à 12 bars (dès que la pression augmente, le ventilateur accélère; et si la charge augmente encore, c’est la pression qui augmente naturellement).

Si le condenseur dispose de plusieurs ventilateurs, on obtient un résultat similaire à partir d’une mise en cascade des ventilateurs, via un pressostat à plusieurs étages. Cette fois, la pression de condensation est stable, ce qui évite la formation de bulles de gaz à l’entrée de l’évaporateur.

Remarque : installer la vitesse variable sur les ventilateurs existants peut demander le remplacement du moteur du ventilateur.

Cas particulier

Comme le condenseur est entièrement à l’extérieur, par très basse température, c’est toute la masse métallique qui est à 0°C et, même clapets complètement fermés, le réfrigérant se condense à trop faible pression. Il faut dans ce cas rendre inopérants un certain nombre de tubes.

Pour les rendre inopérants, il suffit de remplir d’office certains tubes avec du réfrigérant liquide. Ce réfrigérant liquide sera sous-refroidi mais la surface d’échange utile du condenseur ayant fortement diminué, il ne pourra en condenser trop. Ce remplissage est obtenu par une vanne à 3 voies fonctionnant automatiquement et branchée sur un réservoir auxiliaire de réfrigérant.

Comme il faut une certaine quantité de liquide pour remplir ces tubes, il y a lieu de prévoir un réservoir et une quantité de réfrigérant suffisamment grande.

Exemple.

Un climatiseur devant fonctionner pour des températures extérieures inférieures à 17°C doit être équipé d’un ventilateur de condenseur à vitesse variable. La diminution de vitesse du ventilateur est alors commandée par un pressostat ou un thermostat placé sur le condenseur. La puissance d’échange de celui-ci est ainsi maintenue constante quelle que soit la saison.

Au minimum, le fonctionnement du ventilateur sera commandé en tout ou rien. Idéalement la vitesse sera modulée, soit en continu, soit par paliers.

Deuxième amélioration : travailler avec un détendeur électronique

Si le détendeur thermostatique travaille généralement avec une température minimale de condensation de 35°C, le détendeur électronique peut travailler avec une température minimale de condensation de 20°C !

Détendeur électronique.

Il est plus cher à l’investissement, mais ce prix est largement récupéré par l’usage de l’installation.

De plus, la présence d’un détendeur numérique permet d’optimiser la température de condensation en fonction de la charge du compresseur.

Exemple.

Voici la séquence prévue par un constructeur de régulation :

A 100 % de puissance, l’écart « température de condensation – fluide de refroidissement » est choisi à 12 K.

A 0 % de puissance, l’écart est de 4 K : la consommation du compresseur est diminuée par la baisse de pression de condensation et le ventilateur adaptera sa vitesse de rotation pour maintenir cette consigne. L’écart n’est pas de 0 K, car les ventilateurs tourneraient tout le temps.

Exemple

si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 36°C
si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 50 %, la T°condensation = 38°C
si la T°ext = 20°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 26°C

si la T°ext = 10°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = … 20°C car c’est la valeur minimale de condensation.

Remarque.

Adopter une température minimale de condensation de 20°C suppose que le sous-refroidissement soit suffisamment élevé.

A défaut, la moindre perte de charge sur le tracé va provoquer une vaporisation dans le condenseur (« flash-gaz »). C’est parfois un problème rencontré lorsqu’il faut remonter plusieurs mètres avec la tuyauterie.

Pour s’en prémunir, il est possible de sous-refroidir volontairement le liquide par la création d’une zone de sous-refroidissement dans le condenseur (voir figure), ou en plaçant un échangeur à plaques sur le liquide (à la sortie).

Régulation de la tour de refroidissement d’un condenseur à eau

La tour de refroidissement est commandée suivant la même logique : maintenir constante la température de l’eau de refroidissement du condenseur.

Classiquement, on retrouvera une régulation par vanne 3 voies diviseuse : l’eau de sortie du condenseur est partagée entre l’échangeur de la tour et le retour vers le condenseur. Si ce système permet de conserver le débit constant dans le condenseur (ce qui limite le dépôt de sédiments), il est peu efficace au niveau des ventilateurs : ceux-ci tournent en permanence, quels que soient les besoins de refroidissement. Or le coût de fonctionnement des ventilateurs est loin d’être négligeable…

Aussi est-il préférable de concevoir une installation qui régule d’abord sur le nombre et la vitesse des ventilateurs (ventilateur à 2 vitesses, ou idéalement, ventilateur à vitesse variable), pour ensuite affiner en modulant sur la position de la vanne diviseuse.

N’oublions pas que toute l’installation de climatisation est dimensionnée pour les jours de canicule. Hélas, ces jours sont rares dans nos contrées…! Il est donc facile d’imaginer que les besoins réels moyens seront largement en dessous des puissances de dimensionnement.

Réduire la vitesse du ventilateur de moitié, c’est diviser sa consommation par 8 !

Enfin, tout utilisateur d’une tour de refroidissement qui utilise celle-ci en hiver doit se poser la question de la pertinence de refroidir l’eau glacée sans intervention de la machine frigorifique : c’est la technique du free-chilling.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Placer un compteur horaire sur l’installation en prévision de son remplacement futur !

Toutes les installations sont surdimensionnées. Or un camion consomme toujours plus qu’une camionnette… Si l’on sait en plus que le fonctionnement d’un compresseur à faible charge est toujours difficile, il est vraiment utile de mesurer le fonctionnement moyen actuel.

La mise en place d’une installation de puissance adéquate et d’une régulation performante demande de connaître la puissance effective nécessaire en fonction des saisons. Aussi, on placera un simple compteur horaire sur l’alimentation électrique du compresseur pour connaître le temps de fonctionnement et donc la puissance moyenne demandée. Avec quelques relevés lors des opérations de maintenance, le concepteur pourra mieux choisir la nouvelle machine frigorifique, lors du remplacement de la machine actuelle.

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le fonctionnement d’un climatiseur

L’emplacement du thermostat d’ambiance

La température ambiante du local conditionné est régulée au moyen d’un thermostat d’ambiance agissant sur le fonctionnement du compresseur. Le ventilateur de soufflage est soit commandé en même temps que le compresseur, soit fonctionne en continu. Ce deuxième mode de fonctionnement est plus favorable au confort car il entretient un brassage continu de l’air et prévient toute stagnation inconfortable d’air chaud ou froid. Mais il suppose que l’appareil soit de bonne qualité au niveau acoustique.

L’emplacement du thermostat joue un rôle important sur la consommation et sur le confort. Il doit être placé à un endroit représentatif de la température moyenne du local, c’est-à-dire éloigné des sources chaudes ou froides (lampe, fenêtre en été, zone ensoleillée, dans la zone de soufflage de l’appareil, …). Le placer dans le local sera donc préférable que de le placer dans la bouche de reprise.

Dans le cas contraire, il devra être étalonné.

Exemple.

Le thermostat est placé à l’extrémité d’un bureau, dans la zone d’influence du climatiseur, mais éloigné de la zone d’occupation habituelle. Lorsque celui-ci mesure 28°C, une température de 24°C règne à l’endroit où les personnes se trouvent.

Les occupants, croyant agir alors correctement, risquent d’abaisser le thermostat jusqu’à 24°C, entraînant une chute de la température ambiante inconfortable et des surconsommations inutiles.

La commande du thermostat doit donc être étalonnée pour être représentative de l’ambiance réelle.

Zones à proscrire pour l’implantation de la sonde de régulation.

1. Influence d’une source chaude.
2. Influence de l’air extérieur.
3. Influence de l’ensoleillement.
4. h < 1 m.
5. h > 2 m.
6. Influence de l’air soufflé.

L’emplacement de la commande du thermostat et sa facilité de manipulation jouera un rôle sur la gestion efficace de l’ambiance par l’occupant. Par exemple, si la commande se trouve sur l’évaporateur disposé au plafond, l’occupant ne prendra pas la peine d’ajuster la consigne de température…

La programmation des heures de fonctionnement

Au simple contrôle de la température ambiante doivent s’ajouter, pour assurer un fonctionnement économique, des fonctions de programmation de l’occupation, avec arrêt et reprise éventuellement anticipées de manière intelligente.

À défaut de programmation incorporée à l’appareil, on peut imaginer l’insertion d’une horloge hebdomadaire sur le raccordement électrique de l’équipement afin d’éviter tout usage inutile la nuit et le week-end.

Le réglage de la température de consigne

Consigne compensée en fonction de la température extérieure

En été, si l’air est calme, la zone de confort correspond à une température de l’air comprise entre 23°C et 26°C, pour des occupants en tenue légère de travail.

Idéalement, le climatiseur devrait pouvoir profiter d’une régulation de température de consigne compensée en fonction de la température extérieure. Ce lien, qui est automatisé dans les installations complètes de conditionnement d’air, doit être réalisé manuellement pour les climatiseurs.

Ainsi, un écart de 6°C maximum sera créé, afin de ne pas provoquer de « choc thermique » inconfortable lors de l’entrée dans le local.

Il revient donc à l’occupant consciencieux de modifier manuellement la consigne de température en fonction de la température extérieure. Pour des raisons d’économies d’énergie et de confort, on ne peut maintenir une consigne de température à 22°C, par exemple, si la température extérieure est de 32°C. Dans ce cas la consigne doit être ajustée à 26°C au minimum.

Création ou augmentation de la zone neutre

Si l’appareil est réversible (chaud et froid), il sera très important de réaliser une « zone neutre » de 2 à 3 degrés entre les consignes de chauffage et de refroidissement, afin d’éviter tout pompage de l’installation et de profiter du volant thermique du local.

Ci-contre, un exemple de risque de destruction d’énergie puisque les deux régulations sont indépendantes : le chauffage peut fonctionner et entraîner l’enclenchement du climatiseur situé juste au-dessus de lui.

Régulation par palier plutôt que par « ON-OFF »

La présence d’une cascade sur l’enclenchement des résistances chauffantes, la régulation progressive via par un variateur de puissance (résistance électrique) ou par une vanne (batterie à eau chaude) entraînera un meilleur confort, une stratification de températures plus faible et donc une consommation moindre. De même, une régulation à vitesse variable sur le motocompresseur sera bénéfique.

La diminution de la consommation par chaleur latente

Si +/- 80 % de la puissance frigorifique du climatiseur sert à éliminer la chaleur sensible de l’air (refroidir), de l’ordre de 20 à 25 % de sa consommation sert à l’élimination d’une partie de la chaleur latente (déshumidifier).

En fait, c’est la vapeur d’eau contenue dans l’air qui condense au contact de la batterie froide (température du fluide frigorifique < température de rosée de l’ambiance). La présence d’une conduite d’évacuation des condensats en est la conséquence…

Est-ce nécessaire ?

Le confort thermique de l’homme est peu sensible à l’humidité de l’air, du moins si le taux d’humidité relative reste compris entre 40 et 70 %.

En été, le fonctionnement du climatiseur abaissera le degré d’humidité sous 70 %, ce qui sera donc favorable au confort.

Mais l’abaissement en dessous de 65 % sera coûteux et sans impact supplémentaire sur le confort…

De plus, en hiver, si le climatiseur fonctionne en vue de combattre des apports thermiques d’équipements (ordinateurs, éclairage, … ), il risque d’abaisser le taux d’humidité sous les 40 %, entraînant l’irritation de la gorge ou des yeux. De plus, des niveaux d’humidité relative trop bas peuvent poser des problèmes pour le bon fonctionnement des imprimantes et photocopieuses (électricité statique). Un humidificateur d’appoint sera alors parfois placé !

Est-ce évitable ?

Un appareil dont la taille de l’évaporateur a été réduite au maximum fonctionne avec des températures de fluide frigorifique très basses. Ceci entraîne non seulement une surconsommation électrique, mais aussi une déshumidification encore plus importante de l’air.

Lorsque les apports de chaleur à vaincre proviennent d’équipements, il ne faut donc pas hésiter à surdimensionner l’évaporateur par rapport au condenseur. Par exemple, si les besoins frigorifiques sont de 3,5 kW, on peut choisir un évaporateur de 5 kW.

Cela dit, sur un petit climatiseur existant, il n’est pas possible de modifier le régime de fonctionnement qui est réglé d’usine. On peut seulement y être attentif si on envisage son remplacement (sur base d’une analyse des apports en eau dans le local, d’une analyse de l’importance des condensats sur l’appareil existant et de la mesure de l’humidité de l’ambiance).

Par contre, si l’armoire de climatisation est raccordée à une boucle d’eau glacée, il est possible d’agir en augmentant la température de consigne de l’eau glacée !

La maintenance régulière de l’appareil

La durée de vie du climatiseur est liée à la durée de vie du compresseur.
Il est évident que moins celui-ci travaille en dehors de ses conditions de rendement nominal, plus sa durée de vie sera longue.

Le rendement du compresseur chutera si :

La consigne de température du local est trop basse par rapport à la température de dimensionnement (24°… 26°).
Le débit d’air dans l’évaporateur est trop faible, soit parce qu’on a diminué la vitesse du ventilateur pour des questions de bruit, soit parce que les filtres sont encrassés.

Remarquons que la présence de givre sur l’évaporateur (due à une chute de la température du fluide réfrigérant sous 0°C) est un indice d’encrassement des filtres de l’évaporateur.

Le débit d’air au condenseur est trop faible, principalement à cause de l’encrassement des filtres. Dans ce cas le condenseur ne sait plus évacuer sa chaleur vers l’extérieur, la température du fluide frigorigène augmente et le travail du compresseur aussi.

Remarquons que la performance du condenseur est liée à la température de l’air extérieur. Plus celle-ci sera élevée, moins le condenseur sera efficace. Ainsi lorsque le condenseur est situé sur une toiture sombre, la température de l’air extérieur peut atteindre 40°, tandis qu’à l’ombre elle n’est peut-être que de 30°. Mais ceci doit être pensé lors de la conception.

En résumé, on peut dire que l’encrassement des filtres peut faire chuter l’efficacité frigorifique du climatiseur de 30 … 40 %. Malheureusement, cette perte de puissance ne sera constatée que lors des très grosses chaleurs (moins de 8 jours par an). Le reste de l’année (moins chaude), le climatiseur fournira le confort requis, mais au prix d’une surconsommation et en mettant en péril la vie de l’appareil. On peut estimer que la durée de vie d’un climatiseur chute de plus de 50 % s’il n’a jamais été entretenu.

Ainsi chaque mois, le filtre de l’évaporateur doit être nettoyé. Cette périodicité d’entretien est de une à deux fois par an pour le condenseur, surtout si des arbres (feuilles mortes) sont situés près de l’équipement.

Pour plus d’infos …

Concevoir	Qualitéle choix d’un climatiseur.
Améliorer	Sur les la maintenance des équipements de climatisation : « maintenance de la climatisation en général« .

Posted By : 25 Sep, 2007

Augmenter l’isolation thermique de la toiture plate

Comment isoler une toiture existante non isolée ?

Le plus souvent possible on réalisera une toiture chaude en plaçant l’isolant en sandwich entre 2 étanchéités (le pare-vapeur en dessous et la membrane au-dessus).

Lorsque la membrane d’étanchéité existante est encore suffisamment bonne pour servir de pare-vapeur, et lorsqu’elle est encore suffisamment accrochée au support pour assurer la stabilité au vent du complexe de couverture si celui-ci n’est pas lesté, on peut la conserver.

On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

On peut également poser l’isolant au-dessus d’une membrane d’étanchéité existante, on réalise ainsi une toiture inversée.

On préférera la toiture chaude à la toiture inversée pour sa facilité d’entretien, particulièrement lorsque l’environnement est fortement boisé (chute des feuilles, germination et développement de plantes).

On devra également réaliser une toiture chaude lorsque le lestage du complexe isolation-étanchéité n’est pas possible à cause du manque de portance du support.

La toiture inversée peut être envisagée :

lorsque la membrane d’étanchéité existante est récente et peut être récupérée (économie d’une nouvelle membrane d’étanchéité),
lorsque le support tolère la charge du lestage,
lorsque les rives du toit sont suffisamment hautes pour déborder d’au moins 5 cm le bord supérieur des panneaux isolants,

et lorsque la forme de la toiture n’est pas trop compliquée (impossibilité de réaliser des remontées de l’isolant d’une toiture inversée).

Dans le cas d’une toiture inversée, on veillera à ce que le support ait une masse d’au moins 300 kg/m² (+/- 13 cm de béton armé) afin de parer au risque de condensation du fait de l’eau de pluie froide.
L’eau qui s’infiltre sous l’isolant entraîne des déperditions calorifiques. Le déphasage entre le début des précipitations et la chute maximale de la température en sous-face du plafond augmente en fonction de l’inertie thermique qu’offre le support. Si celle-ci est importante, la suspension de la fonction isolante ne se fait sentir que très progressivement et retarde l’apparition de la condensation de surface. Dans le cas contraire, le risque augmente.
Les toitures inversées de type léger (tôles profilées par exemple) sont sujettes après quelques minutes à des phénomènes de condensation en sous-face lorsque des précipitations coïncident avec des humidités relatives élevées à l’intérieur du local.

La somme des résistances thermiques des couches situées sous l’étanchéité ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous la membrane d’étanchéité avec comme conséquence, de la condensation interne.

Que faire d’une toiture isolée par l’intérieur ?

C’est le cas lorsque la toiture est une toiture froide, lorsque l’isolant se trouve accroché sous le support ou lorsqu’il existe un faux plafond isolant sous la toiture.

Toiture froide.

Isolation sous le support.

Faux plafond isolant.

Étant donné la difficulté de réaliser un pare-vapeur continu, la vapeur d’eau de l’ambiance risque de former de la condensation dans la toiture. De plus, le support est soumis aux chocs thermiques.

Si la toiture est suffisamment isolée, que l’usage des locaux n’est pas modifié et qu’aucun désordre (fissures, humidité, …), y compris interne, ne se manifeste, on peut éventuellement conserver le système existant.

Lorsque dans le cadre d’une rénovation, l’isolation d’une toiture froide existante doit être renforcée, il faut transformer cette toiture en toiture chaude et enlever l’isolant ancien.

Dans les deux autres cas (isolation sous le support ou faux plafond isolant) c’est à dire lorsqu’il n’y a pas de ventilation d’air extérieur entre l’isolant et le support, si l’usage des locaux n’est pas modifié et qu’aucun désordre interne ou externe ne se manifeste, l’isolation peut être renforcée en conservant l’isolant et en ajoutant une nouvelle toiture chaude (pare-vapeur + isolant + étanchéité) sur la toiture existante.
Lorsque la membrane d’étanchéité existante est encore suffisamment bonne pour servir de pare-vapeur, et lorsqu’elle est encore suffisamment accrochée au support pour assurer la stabilité au vent du complexe de couverture si celui-ci n’est pas lesté, on peut la conserver. On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

Il sera, en général, plus difficile de transformer la toiture froide en toiture inversée, car les supports des toitures froides sont souvent légers et ne supportent pas l’augmentation du poids du lestage nécessaire.

Que faire si un faux plafond est nécessaire ?

Si le faux plafond est ajouré et n’est pas isolé, il ne contribue en rien à l’isolation thermique du complexe de toiture. Il ne provoquera aucun problème de condensation.

Si le faux plafond est muni d’un matelas isolant, il risque d’y avoir de la condensation sur la face inférieure du support de la toiture dans certaines conditions d’utilisation des locaux sous-jacents. L’isolant du faux plafond doit idéalement être retiré.

Toutefois, si pour des raisons d’efficacité acoustique le matelas ne peut être enlevé, on s’arrangera pour que son épaisseur soit la plus faible possible, et on rapportera sur la toiture une épaisseur d’isolation supplémentaire pour déplacer le point de rosée au-dessus du pare-vapeur.

La somme des résistances thermiques des couches situées sous le pare-vapeur ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous le pare-vapeur avec comme conséquence, de la condensation interne.

Comment renforcer l’isolation thermique d’une toiture chaude ?

Lorsque l’isolant de la toiture existante est pris en sandwich entre 2 étanchéités (le pare-vapeur en dessous et la membrane au-dessus), on appelle cela une toiture chaude.

Il se peut que l’isolation de cette toiture soit insuffisante parce que :

soit l’épaisseur de l’isolant est insuffisante en fonction de nouvelles exigences URE,
Soit, l’isolant est dégradé (humidité, écrasement, rupture, délaminage, retrait excessif…) et n’assure plus sa fonction.

Il convient alors de l’améliorer.

1. Si l’isolant est dégradé :

L’étanchéité et l’isolant doivent être complètement enlevés.

Le pare-vapeur peut être conservé sauf s’il est mal accroché ou si le support lui-même est dégradé, il peut servir de protection relative et provisoire du bâtiment en attendant la pose d’un nouveau système de couverture, dans le cas contraire, il doit être enlevé.

Les rives sont éventuellement adaptées à la nouvelle épaisseur d’isolant.

On réalise un nouveau système de couverture isolée, de préférence une toiture chaude, sinon une toiture inversée.

2. Si l’isolant est en bon état et bien accroché :

L’isolant est conservé ainsi que la membrane d’étanchéité, lorsque celle-ci est encore suffisamment accrochée au support pour résister au vent.

Une nouvelle toiture chaude est posée sur la couverture existante.

Lorsque la membrane d’étanchéité existante est récente et peut-être récupérée, et lorsque le support tolère la charge d’un lestage, on peut réaliser une toiture combinée en plaçant une toiture inversée sur la toiture chaude existante on réalise ainsi l’économie d’une nouvelle membrane d’étanchéité.

On préférera la toiture chaude à la toiture combinée pour sa facilité d’entretien, particulièrement lorsque l’environnement est fortement boisé (chute des feuilles, germination et développement de plantes).

On préférera également la toiture chaude lorsque le lestage du complexe isolation-étanchéité n’est pas possible à cause du manque de portance du support.

Comment renforcer l’isolation thermique d’une toiture inversée ?

Lorsque l’isolant est situé au-dessus de la membrane d’étanchéité, il s’agit d’une toiture inversée.

Il se peut que l’épaisseur de l’isolant soit insuffisante en fonction de nouvelles exigences URE.

Il faut s’abstenir d’ajouter une nouvelle couche d’isolant sur l’isolant existant, pour éviter des problèmes de condensation interne dans l’isolant (en général de la mousse de polystyrène extrudé – XPS). L’isolant existant doit donc être enlevé et remplacé par un isolant plus épais. On réalise ainsi une nouvelle toiture inversée, identique à la première mais thermiquement plus performante.

La mousse de polystyrène extrudé existe en épaisseur courante jusque 14 cm. Au-delà, une fabrication spéciale s’impose. On ne dépasse généralement pas 18 cm d’épaisseur. Pour atteindre des performances thermiques élevées, il sera nécessaire de réaliser une toiture chaude comme ci-dessous, ou une toiture combinée.

Étant donné que l’isolant existant doit de toute façon être retiré, on peut également réaliser une nouvelle toiture chaude, à plus forte raison si la membrane d’étanchéité est en mauvais état et doit être remplacée. La membrane existante peut servir de pare-vapeur, si elle est encore suffisamment bonne pour cette fonction. On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

Quelques choix en fonction de situations existantes

Cas 1

Le toit plat lesté (gravier, dalles sur plots, dalles drainantes, …), de forme pas trop compliquée et encore intact, peut être isolé économiquement en conservant l’étanchéité et en y superposant une couche de panneaux en mousse de polystyrène extrudé de façon à créer une toiture inversée, ou une toiture combinée (toiture existante déjà partiellement isolée).

Le lestage doit être retiré et remis en place.
Les fermetures et raccords doivent éventuellement être adaptés.

Il faut vérifier si le support a une masse d’au moins 300 kg/m² et si la somme des résistances thermiques des couches situées sous l’étanchéité n’excède pas 30 % de la résistance thermique globale.

Cette méthode ne découvre pas le bâtiment pendant la période des travaux.
Le toit plat non lesté dont l’étanchéité est intacte ne peut être transformé en toiture inversée que si le support de la toiture est capable de porter le lestage.

Cas 2

Lorsque l’étanchéité est intacte ou vétuste, mais qu’aucun désordre ne s’est produit. Le support (ou l’isolant dans le cas où la toiture est déjà isolée mais insuffisamment) n’ont pas été mouillés. L’étanchéité existante peut être récupérée comme pare-vapeur et l’isolant est posé sur l’ancienne étanchéité elle-même recouverte d’une nouvelle étanchéité, sur le principe de la toiture chaude.
Les couches de protection lourde seront remises en place ou, si nécessaire, remplacées pour des raisons de détérioration ou de changement d’utilisation. En cas de protection légère, l’accrochage des différentes couches devra être assuré.

Cette méthode ne découvre pas le bâtiment pendant la période des travaux.

Cas 3

Lorsque la toiture plate est dans un état de détérioration tel qu’il soit impossible de réutiliser l’une ou l’autre des couches, il faut réaliser une nouvelle toiture isolée. On préférera la pose d’une toiture chaude qui est adaptée à toutes les contraintes.

Le remplacement de la toiture met le bâtiment à découvert pendant les travaux. C’est pourquoi cet ouvrage ne doit être envisagé que s’il n’est pas possible de faire autrement (cas 1 et 2).

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer les chaudières

Améliorer le réglage de la combustion

Le réglage correct du débit d’air comburant est une donnée essentielle pour optimaliser le rendement de combustion du brûleur. La pratique montre qu’un léger excès d’air est nécessaire pour atteindre le rendement maximum. Il faut donc trouver cet optimum en réglant le registre d’air tout en mesurant le rendement et en surveillant l’apparition d’imbrûlés.

Attention, le volume d’oxygène contenu dans l’air diminue en hiver. C’est pourquoi les responsables de chaufferie ont tendance à régler les brûleurs à air pulsé avec des excès d’air plus élevés, de manière à éviter la formation d’imbrûlés quelle que soit la saison, ce, au détriment des performances de la combustion.

C’est aussi, ce qui peut justifier que, pour les installations d’une certaine puissance, plusieurs réglages annuels soient effectués.

Réglage d’un brûleur avec analyse en direct des fumées.

Gérer

Pour en savoir plus sur l’intérêt de procéder à plusieurs réglages par an.

Améliorer l’évacuation des fumées

Réguler le tirage

Un tirage de la cheminée trop important (> 15 .. 20 Pa) a des incidences sur le rendement de combustion de la chaudière :

augmentation de la vitesse des fumées et augmentation de la température de celles-ci;
augmentation de l’excès d’air (notamment parasite) et diminution de la teneur en CO₂ des fumées.

Un tirage trop faible (< 10 PA) ou fluctuant sera source d’imbrûlés.

Pour remédier a ces problèmes, il faut bien souvent équiper la buse d’évacuation des fumées d’un régulateur de tirage ou, s’il est déjà présent, procéder à un nouveau réglage.

Régulateur de tirage.

Notons que la présence d’un régulateur de tirage limite également les problèmes de condensation dans la cheminée :

Les fumées sont diluées par de l’air frais. La teneur en vapeur d’eau du mélange diminue par rapport aux fumées pures. La température à partir de laquelle cette vapeur d’eau va se condenser va donc s’abaisser.

La température du mélange aspiré par la cheminée diminuant, l’échange de chaleur entre les parois de la cheminée et les fumées diminue et donc proportionnellement, les fumées se refroidissent moins.

Le débit total véhiculé par la cheminée augmentant, à échange vers les parois égal, la chute de température de mélange sera plus faible.

À l’arrêt de la chaudière, dans les grandes cheminées, le tirage sera tel que le régulateur de tirage conservera une certaine ouverture, créant un courant d’air permanent asséchant la cheminée.

Isoler la buse de raccordement à la cheminée

Isoler la buse de raccordement entre la chaudière et la cheminée ralentit le refroidissement des fumées et donc les risques de condensation des fumées dans la cheminée.

En soi l’isolation de la buse n’améliore pas le rendement mais indirectement lorsqu’un problème de condensation apparaît dans la cheminée, le réflexe du technicien est malheureusement parfois de bloquer en position ouverte, le clapet d’admission d’air du brûleur et, par conséquent, le rendement s’en ressent. Il vaudrait beaucoup mieux placer un régulateur de tirage et isoler la buse de raccordement.

Exemple :

Pour une surface de buse de 6 m², et une température de fumée à la sortie de la chaudière de 160°C, la température au niveau de la souche de cheminée sera de 120°C, soit une chute de température de 40°C.

Cette chute de température peut être réduite à 5°C si la buse de raccordement est isolée avec une épaisseur de 5 cm de laine minérale.

Modifier la régulation du brûleur

Il est fréquent de rencontrer des brûleurs performants (anciens ou récents) dont les avantages ne sont pas exploités réellement.

Les deux exemples les plus flagrants sont :

la non-fermeture à l’arrêt du volet d’air motorisé,
l’absence de régulation en cascade des brûleurs 2 allures.

Visualisation du positionnement du volet d’air motorisé d’un brûleur 2 allures :
on peut y constater la fermeture à l’arrêt et le passage de première en deuxième allure.

Faire corriger ces deux points par un technicien spécialisé permet d’importantes économies.

Fermeture du volet d’air motorisé à l’arrêt

La fermeture du volet d’air implique que l’alimentation électrique de son servomoteur ne soit pas coupée à l’arrêt du brûleur. Il faut donc que le chauffagiste corrige le raccordement électrique de ce dernier pour qu’il corresponde aux prescriptions du fabricant.

Bornier de raccordement électrique d’un brûleur et servomoteur permettant la fermeture du clapet d’air à l’arrêt. Sur les brûleurs domestiques (moins de 40 kW), celui-ci n’est qu’en option.

Le gain qui en résulte peut être important si on estime que l’on supprime les pertes par balayage, grâce à cette amélioration.

Évaluer

Évaluer les pertes par balayage.

Notons que certains installateurs préfèrent forcer l’ouverture permanente du clapet d’air pour maintenir un balayage dans la cheminée et éviter les problèmes de condensation.

Ce raisonnement est à proscrire parce qu’il engendre, comme on l’a vu, des pertes importantes pour la chaudière. Si des problèmes de condensation se présentent, c’est au niveau de la cheminée qu’il faut agir, en revoyant son dimensionnement ou en ouvrant la trappe de ramonage ou le régulateur de tirage.

Concevoir

Concevoir une cheminée.

Régulation des brûleurs en cascade

Par facilité et économie d’investissement, certains brûleurs 2 allures sont raccordés sans réelle régulation en cascade.

Pour être régulé en cascade, un brûleur 2 allures a en général besoin soit de 2 aquastats (sur le départ ou sur le retour), chacun de ceux-ci commandant une allure, soit de relais temporisés, soit d’un régulateur de cascade (module de gestion de cascade travaillant au départ d’une sonde de départ).

Armoire de gestion de cascade précâblée incluant les relais temporisés.

Si le brûleur n’est commandé que par un aquastat et que la commande de la première allure est « pontée » (comme disent les fabricants de brûleurs), celui-ci se comportera comme un brûleur démarrant en petite allure et enclenchant d’office la grande allure rapidement. Le brûleur fonctionne donc la plupart du temps à pleine puissance et on perd l’intérêt de disposer d’un matériel capable d’adapter sa puissance aux besoins, à savoir l’augmentation du temps de fonctionnement du brûleur, la diminution des pertes à l’arrêt et l’augmentation du rendement de combustion).

Concevoir

Intérêt d’un brûleur 2 allures ou modulant

Pour exploiter correctement un brûleur deux allures et réduire ainsi les pertes et émissions polluantes, il faut compléter la régulation existante par des relais temporisés ou un module de gestion de cascade. Celui-ci permet de gérer en fonction des besoins de puissance, le fonctionnement en cascade de plusieurs chaudières équipées de brûleurs à deux allures.

Attention, les fabricants de chaudières recommandent souvent la puissance minimale en dessous de laquelle la première allure du brûleur ne peut pas descendre sous peine de voir apparaître des condensations dans la chaudière. Cette puissance est généralement de l’ordre de 60 % (voire 80 %) de la puissance nominale de la chaudière. La puissance développée par le brûleur en première allure doit donc absolument être vérifiée, comparée aux exigences du fabricant et augmentée si nécessaire.

Études de cas

Audit d’une installation de chauffage.

Améliorer la régulation en cascade des chaudières

Réguler en cascade des chaudières fonctionnant en parallèle

Réguler des chaudières en cascade a deux intérêts :

Limiter les pertes à l’arrêt des chaudières dont la puissance n’est pas nécessaire pour couvrir les besoins. Autrement dit, isoler hydrauliquement les chaudières mises à l’arrêt, évite le maintien en température de la chaudière.

Limiter la puissance mise en œuvre pour augmenter le temps de fonctionnement des brûleurs et limiter les pertes et les émissions polluantes au démarrage et à l’arrêt du brûleur (comme pour la régulation en cascade des brûleurs 2 allures).

Exemple :

Ces deux chaudières de 350 kW sont équipées d’un brûleur 2 allures mais qui en réalité travaille toujours à pleine puissance.

Les deux chaudières fonctionnent en parallèle et sont maintenues en température durant toute la saison de chauffe (5 800 h/an).

Leur surdimensionnement par rapport aux besoins maximaux est de l’ordre de 20 %. Le rendement utile des chaudières est estimé à 90,3 % (rendement de combustion mesuré : 91 %).

Les brûleurs sont équipés d’un volet d’air motorisé mais qui est maintenu en permanence ouvert. Le coefficient de perte à l’arrêt qui en résulte est estimé à 2 % (0,5 % pour les pertes vers l’ambiance et 1,5 % de pertes par balayage).

Le rendement saisonnier de l’installation est estimé à 85,5 % et la consommation annuelle est de 123 800 litres de fuel par an.

Examinons le gain possible en améliorant la régulation en cascade de brûleurs et des chaudières.

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

Calculs	sur base du climat moyen de Uccle, !
Calculs	sur base du climat moyen de St Hubert, !

La première action à envisager est de supprimer le balayage d’air dans la chaudière à l’arrêt en modifiant le raccordement électrique des brûleurs. Le coefficient de perte à l’arrêt passe ainsi de 2 % à 0,5 %.

Le rendement saisonnier atteindrait alors la valeur de 89 %, soit un gain de :

123 800 [litres/an] x (1 – 85,5 [%] / 89 [%]) = 4 868 [litres/an]

À partir de ce moment, les autres actions ont moins d’intérêt.

Si on régule en cascade les 2 allures des brûleurs, le rendement monte à 91,3 %, soit un gain complémentaire de :

(123 800 [litres/an] – 4 868 [litres/an]) x (1 – 89 [%] / 91,3 [%]) = 2 996 [litres/an]

Grâce à la diminution des temps d’attente des chaudières et l’amélioration du rendement de combustion en petite allure (on estime que le rendement de combustion augmente de 2 % en 1ère allure). On ne tient pas compte ici de la diminution de l’encrassement de la chaudière parallèle à la diminution du nombre de démarrages, gain non chiffrable.

Enfin, si on régule l’ensemble de l’installation en cascade avec isolation hydraulique de la chaudière à l’arrêt, le rendement saisonnier serait de 91,8 %, soit un gain complémentaire de :

(123 800 [litres/an] – 4 868 [litres/an] – 2 996 [litres/an]) x (1 – 91,3 [%] / 91,8 [%]) = 631 [litres/an]

grâce à la suppression des pertes à l’arrêt de la chaudière non nécessaire.

Gain total : 4 868 [litres/an] + 2 996 [litres/an] + 631 [litres/an] = 8 495 [litres/an] ou 1 797 [€/an] à 0,2116 [€/litre]

Si la technologie des anciens brûleurs est telle qu’il n’est pas possible de supprimer les pertes par balayage, sans changer de brûleur, le gain réalisé régulant en cascade les allures des brûleurs et en réalisant une véritable cascade de chaudières serait différent.

On passerait d’un rendement de 85,5 % à un rendement de 88,5 % en modifiant la régulation des brûleurs, puis à un rendement de 90,4 % par une régulation complète de l’ensemble avec isolation hydraulique de la chaudière à l’arrêt.

Les gains successifs seraient de :

123 800 [litres/an] x (1 – 85,5 [%] / 88,5 [%]) = 4 196 [litres/an]

(123 800 [litres/an] – 4 196 [litres/an]) x (1 – 88,5 [%] / 90,4 [%]) = 2 514 [litres/an]

Gain total : 4 196 [litres/an] + 2 514 [litres/an] = 6 710 [litres/an] ou 1 420 [€/an] à 0,2116 [€/litre]

À titre de comparaison, le devis remis pour le module de gestion de cascade de cette installation était de 1 375 € HTVA.

Améliorer la régulation en cascade existante

La régulation en cascade des chaudières n’a un sens que si les chaudières mises à l’arrêt sont déconnectées du réseau hydraulique au moyen d’une vanne motorisée. Cette précaution n’est cependant pas suffisante pour éviter que toutes les chaudières ne restent à haute température toute l’année. Il faut, en plus, être attentif à ce que la cascade respecte deux principes minimaux :

Interdiction de fonctionnement d’une chaudière en fonction de la température extérieure. Cette fonction permet de ne pas appeler systématiquement toutes les chaudières au moment des remontées en température et d’éviter des démarrages de trop courte durée en mi-saison. Par exemple, si à chaque relance, toutes les chaudières sont mises en route, les chaudières devenues inutiles en journée mettront un temps certain à se refroidir.

Une temporisation suffisante à l’enclenchement des chaudières pour éviter les démarrages intempestifs et inutiles de toutes les chaudières, quelle que soit la saison.

Couper manuellement une chaudière inutile dans une installation surdimensionnée

Bien souvent, les anciennes installations sont fortement surdimensionnées. Pour s’en convaincre, il suffit d’écouter un bon nombre de responsables techniques qui précisent qu’une des chaudières de leur installation ne se met jamais en route. Dans ce cas, il peut être simple de couper carrément une des chaudières au moyen d’une vanne manuelle. Cette chaudière ne serait alors remise en route que par de grands froids exceptionnels.

Évaluer

Pour évaluer l’importance du surdimensionnement des chaudières.

Exemple :

Dans une installation de 2 chaudières de 500 KW, une des chaudières est inutile.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 2 %. En mettant à l’arrêt la chaudière inutile au moyen dune vanne d’isolement manuelle, on peut gagner (avec un rendement utile de la chaudière de 86 %) :

2 [%] x 500 [kW] x 5 800 [heures/an] / 0,86 = 67 442 [kWh/an] ou 6 744 [litres de fuel ou m³ de gaz par an]

Précautions

Pour éviter la corrosion de la chaudière mise à l’arrêt, il est conseillé de la laisser « sous eau » et de prévoir une passivation de l’eau de l’installation après analyse. Une telle analyse, qui par ailleurs ne peut être que bénéfique pour l’ensemble de l’installation, peut par exemple, être réalisée par le CSTC.

La « déconnection hydraulique » d’une chaudière inutile va entraîner une diminution du débit d’eau dans le circuit primaire. Cela peut poser un problème de confort dans le cas d’un circuit primaire bouclé. Pour éviter ce problème, il faudra vérifier que la température de la ou des chaudières restées en fonctionnement soit suffisamment supérieure à la température demandée aux circuits secondaires (ce qui est généralement le cas avec des anciennes chaudières maintenues sur leur aquastat).

Attention, si une chaudière est mise longtemps à l’arrêt, il est possible que des oiseaux nichent ou simplement tombent dans la cheminée, bouchant cette dernière. Il faut y être attentif lors de la remise en route.

Il faudra respecter les prescriptions garantissant le bon fonctionnement de la régulation en cascade.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les problèmes hydrauliques susceptibles d’apparaître avec les circuits primaires bouclés.

Diminuer la puissance du brûleur

Lorsqu’une chaudière est manifestement surdimensionnée, il n’est pas utile de lui adjoindre un brûleur 2 allures. Autant diminuer, de façon permanente, la puissance en modifiant les caractéristiques du brûleur (à l’exception des brûleurs gaz atmosphériques) :

pour les chaudières fuel : en modifiant les caractéristiques du gicleur (débit du gicleur/ pression de pompe),
pour les chaudières gaz : en diminuant la pression de gaz.

Attention, les fabricants de chaudières recommandent souvent la puissance minimale en dessous de laquelle la puissance du brûleur ne peut pas descendre sous peine de voir apparaître des condensations dans la chaudière (lors des relances, lorsque la température de l’eau diminue, …). Cette puissance est généralement de l’ordre de 60 % (voire 80 % pour certaines chaudières) de la puissance nominale de la chaudière.

Cette contrainte montre la limitation de cette amélioration. En effet, si on diminue trop la puissance du brûleur, on risque de mettre en péril la chaudière (corrosion par l’acide, principalement avec le fuel).

Si la chaudière est manifestement surdimensionnée, mieux vaut rechercher une solution plus globale et envisager le remplacement de la chaudière.

Évaluer

Pour évaluer l’importance du surdimensionnement des chaudières.

Remplacer le brûleur

Certains anciens brûleurs pulsés (gaz ou fuel) ne permettent plus un réglage correct de la combustion et l’obtention d’un rendement de production suffisant. Cela est notamment dû au fait que l’usure mécanique des pièces qui ne permet plus un dosage correct entre l’air et le combustible.

Évaluer

Évaluer les paramètres de la combustion.

Il en résulte une production d’imbrûlés plus importante, un encrassement et donc une perte de rendement plus rapide. Cela peut aller jusqu’à l’arrêt du brûleur trop encrassé.

L’âge du brûleur est également source de pannes plus fréquentes des différents organes qui à elles seules justifient le remplacement.

Nouveau brûleur et vieille chaudière ?

Est-il judicieux de remplacer uniquement le brûleur dune chaudière obsolète ?

Non,	si la chaudière est manifestement au bout du rouleau et que son surdimensionnement est manifeste. Dans ce cas, il faut envisager le remplacement de l’ensemble.
Oui,	si on prend en considération le gain énergétique que l’on peut déjà réaliser par cette action et si on s’assure de pouvoir récupérer le nouveau brûleur en cas de remplacement futur de la chaudière.

Beaucoup de gestionnaires se posent la question de la durée de vie restante d’une ancienne chaudière. Il est impossible de donner une réponse précise à cette question. Cela dépend du mode de fonctionnement de la chaudière depuis son installation. Par exemple, la fonte « enregistre » les contraintes qu’elle a subies durant toute sa vie. Fragilisée, elle « lâchera » un jour. On ne peut dire quand, car on ne peut chiffrer ces contraintes.

Evidemment, des taches flagrantes de corrosion interne sont un signe de détérioration future.

C’est pourquoi, plus que de miser sur la « survie » ou la « mort future » dune chaudière, il faut programmer son remplacement par souci d’économie d’énergie ou dans le cadre du programme d’investissement lié à la maintenance du bâtiment.

Améliorer

Remplacer la chaudière.

Le gain

Gain sur le rendement de combustion

Les nouveaux brûleurs assurent une meilleure combustion que les anciens, notamment avec une production moindre de NOx. Cependant, si la chaudière ne change pas, la qualité de l’échange entre les fumées et l’eau reste identique.

De plus, chaque chaudière est développée pour un nombre limité de brûleurs, de manière à optimaliser l’échange de chaleur. En plaçant un nouveau brûleur sur une vieille chaudière, on peut, dès lors, conserver des températures de fumée assez élevées.

On n’obtient donc pas une amélioration du rendement de combustion aussi importante que si on remplaçait l’ensemble de l’installation.

En première approximation, on peut miser sur une augmentation du rendement de combustion de 1 .. 2 points.

Par exemple, pour une chaudière ayant un rendement de combustion de 88 %, on peut espérer que le remplacement du brûleur permette d’atteindre un rendement de 90 %.

Gain sur les pertes par balayage

Le gain réalisé en plaçant un nouveau brûleur se situe également au niveau de la suppression de pertes par balayage de la chaudière.

En effet, les nouveaux brûleurs possèdent la plupart du temps un clapet d’air qui se referme lorsque le brûleur est mis à l’arrêt. Ce clapet a pour effet de supprimer le courant d’air qui parcourt la chaudière lorsque le brûleur est arrêté.

Les pertes par balayage que ce courant d’air engendre sont souvent de l’ordre de 1 .. 1,5 % de la puissance installée.

Comme on l’a vu ci-dessus, il faut cependant faire attention, si le nouveau brûleur est équipé d’un clapet d’air motorisé (la présence d’un servomoteur pour manœuvrer le clapet d’air est indiquée dans la documentation technique du brûleur). En effet, il arrive (souvent) que le mode de régulation appliqué à la chaudière ne permette pas au clapet de se refermer à l’arrêt du brûleur.

Exemple.

Beaucoup d’anciennes chaudières sont maintenues en température par un aquastat. Lorsque la température de consigne est atteinte, le brûleur est mis à l’arrêt par coupure de son alimentation électrique. Or si cette dernière est totalement coupée, le servomoteur du clapet d’air est inopérant et le clapet ne peut se refermer.

Pour éviter cela, il faut être attentif au mode de

raccordement du nouveau brûleur.

Exemple.

Considérons une chaudière de 350 kW de 1981, équipée d’un ancien brûleur sans fermeture à l’arrêt du clapet d’air. La consommation annuelle de cette installation est de 60 000 litres de fuel par an.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 0,5 % de pertes vers l’ambiance et à 1,5 % de pertes par balayage.

Le rendement de combustion mesuré est de 87 %.

En plaçant un nouveau brûleur, on peut espérer une augmentation du rendement de combustion à 89 % et on supprime les pertes par balayage.

Le rendement saisonnier de production calculé passerait alors de 82,1 % à 87,7 % (si la chaudière ne produit pas d’eau chaude sanitaire en été).

Le gain énergétique s’élève donc à :

60 000 [litres de fuel] x (1 – 82,1 [%] / 87,7 [%]) = 3 831 [litres fuel/an] ou 1 245 [€/an] (à 0,325 €/litre)

pour un coût de : 3 625 € (HTVA).

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

Calculs

sur base du climat moyen de Uccle,

cliquez ici !

Calculs

sur base du climat moyen de St Hubert,

cliquez ici !

Colmater et réisoler la chaudière

Voilà le type d’action que l’on peut mener en attendant de préparer le projet de remplacement d’une très ancienne et peu performante chaudière.

Colmater les entrées d’air

Les entrées d’air parasite (entre les éléments d’une chaudière en fonte, au niveau de la porte foyer, ou encore par le regard des anciennes chaudières au charbon converties) sont synonymes :

De pertes de rendement de combustion par augmentation parasite de l’excès d’air. Les inétanchéités peuvent être telles que, quel que soit le réglage du brûleur, il est impossible d’atteindre un pourcentage de CO₂ suffisant dans les fumées et donc un bon rendement de combustion.

De pertes par balayage parasite du foyer lorsque le brûleur est à l’arrêt.

Pour remédier à cela, il suffit de colmater les trous au moyen d’un mastic réfractaire, opération qui peut facilement se faire par du personnel interne à l’établissement.

Réisoler la jaquette

Dans beaucoup d’anciennes chaudières, il est possible de démonter l’enveloppe extérieure (la jaquette) et d’insérer sous celle-ci un nouvel isolant ou un isolant complémentaire en laine minérale.

Exemple.

Placement de nouveaux panneaux isolants sous la jaquette dune ancienne chaudière.

en passant d’une épaisseur d’isolant de 3 cm (en bon état !) à une épaisseur d’isolant de 5 cm, on diminue de 40 % la perte de chaleur par les parois de la chaudière. Le gain est de 90 % pour les zones de la paroi où l’isolant a disparu.

Soit un gain d’environ 13 litres de fuel par an et par m² de paroi pour une chaudière maintenue à 70°C durant la saison de chauffe pour un coût des matériaux de l’ordre de 5 €/m² (le gain est de 200 litres/m² de paroi, par an pour les parties non isolées au départ).

Diminuer la température de fonctionnement des chaudières

Diminuer la température de fonctionnement des chaudières maintenues en permanence en température élevée permet de réduire leurs pertes à l’arrêt.

Ainsi, en fonction de la saison, ou en permanence si les chaudières sont surdimensionnées, on peut modifier manuellement la température de consigne de l’aquastat de chaudière.

On peut aussi imaginer que la chaudière soit régulée totalement en température glissante en fonction de la température extérieure.

Gain

Les pertes à l’arrêt dépendent de la différence de température entre la chaudière et la chaufferie.

Exemple.

considérons une chaudière de 350 kW de 1981, équipée d’un ancien brûleur sans fermeture à l’arrêt du clapet d’air. La consommation annuelle de cette installation est de 60 000 litres de fuel par an.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 0,5 % de pertes vers l’ambiance et à 1,5 % de pertes par balayage, la chaudière fonctionnant en permanence à une température moyenne de 80°C.

En diminuant la température de la chaudière de 10°C en moyenne sur la saison de chauffe, on diminue les pertes à l’arrêt dans le rapport (pour une température de chaufferie de 20°C) :

[(70 [°C] – 20 [°C]) / (80 [°C] – 20 [°C])]^1,25= 0,8

Le gain s’élève à :

(1 – 0,8) x 0,02 x 350 [kW] x 4 000 [h/an] = 5 600 [kWh]/an ou 560 [litres/an]

où 4 000 [h/an] = le temps d’arrêt de la chaudière durant la saison de chauffe pour une chaudière non surdimensionnée.

Si la chaudière était totalement régulée en température glissante la température moyenne sur la saison de chauffe serait de l’ordre de 43°C. Dans ce cas les pertes seraient réduites d’un facteur :

[(43 [°C] – 20 [°C]) / (80 [°C] – 20 [°C])]^1,25= 0,3

Le gain s’élèverait à :

(1 – 0,3) x 0,02 x 350 [kW] x 4 000 [h/an] = 19 600 [kWh]/an ou 1 960 [litres/an]

Un deuxième gain se situe au niveau des pertes du collecteur primaire, maintenu à la température des chaudières.

Exemple.

Une chaudière alimente un collecteur primaire DN 50 de 20 m (aller-retour), isolé par 4 cm de laine minérale.

Actuellement, le collecteur est maintenu à une température moyenne (aller-retour) de 70°C.

Si le collecteur est alimenté en température glissante sans limite basse, la température moyenne du collecteur durant la saison de chauffe sera d’environ 43°C.

Pour chacun des deux cas, la perte de distribution en chaufferie (température ambiante de 15°C) s’élève à :

Cas de la température fixe : 0,271 [W/m.°C] x 20 [m] x (70 [°C] – 15 [°C]) x 5 800 [heures/an] = 1 729 [kWh/an] ou 173 [litres fuel/an] ou 173 [m³ gaz/an]

Cas de la température glissante : 0,271 [W/m.°C] x 20 [m] x (43 [°C] – 15 [°C]) x 5 800 [heures/an] = 880 [kWh/an] ou 88 [litres fuel/an] ou 88 [m³ gaz/an]

Évaluer

Pour évaluer les pertes du réseau de distribution.

Précautions

Problèmes hydrauliques

Attention, dans certains types de circuits primaires (boucles fermées, bouteilles casse-pression), la régulation en température glissante de la chaudière peut conduire à des problèmes d’inconfort dans certains circuits. Avant de se lancer dans l’investissement d’un régulateur climatique, un essai manuel peut être effectué pour évaluer le risque encouru.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les problèmes d’inconfort liés à l’hydraulique et à la régulation en température glissante des chaudières.

Condensations internes

Toutes les chaudières (nouvelles ou anciennes) ne peuvent travailler avec une basse température d’eau. Certaines risquent de se détériorer du fait des condensations internes de fumées qui peuvent apparaître. Ce problème est encore plus présent pour les chaudières fonctionnant au fuel puisque dans ce cas les condensats sont plus acides.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème étant donné :

Le mauvais échange de chaleur au niveau du foyer, qui empêche à la température des fumées de descendre trop bas.
L’épaisseur de la fonte qui ne risque guère de percer en cas de corrosion.

Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Il faut également faire attention dans le cas des anciennes chaudières avec des rampes gaz (brûleurs gaz atmosphériques) sur lesquelles de l’eau de condensation des fumées risque de couler, causant de la corrosion et une production importante de suie.

Si un doute subsiste sur les capacités de la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que la chaudière dont je dispose peut être régulée en température glissante, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Le maintien en température élevée des anciennes chaudières est également parfois inévitable en présence dune production d’eau chaude sanitaire combinée à la chaudière.

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer un récupérateur de chaleur

Quantité d’énergie exploitable

Exemple.

Calculons l’énergie contenue dans 1 m^³ d’air rejeté à l’extérieur.

Soit de l’air à 22°C rejeté à l’extérieur où il fait 6°C.

La quantité de chaleur Q contenue dans ce m^³ d’air rejeté est égale au produit du volume d’air par la chaleur volumique de l’air (0,34 Wh/m³°C) et par l’écart de température entre l’air rejeté et l’air à l’extérieur (ΔT).

Q = 0,34 [Wh/m³°C] x 1 [m³] x (22 [°C] – 6 [°C]) = 5,4 Wh

En fait, l’énergie perdue est proportionnelle à l’écart de température et au taux d’humidité :

plus l’air rejeté est chaud (perte de chaleur sensible),
plus l’air rejeté est humide (perte de chaleur latente),
plus la température extérieure est basse.

Plus l’énergie contenue dans l’air rejeté est grande

Calculons l’énergie rejetée par heure par un groupe de ventilation ayant un débit de 10 000 m³/h.

Supposons que cet air de ventilation doit être simplement chauffé, et qu’il n’y a pas de contrôle d’humidité.

Ce groupe rejettera donc toutes les heures un potentiel énergétique de :

Énergie rejetée par heure : 5,4 [W/(m³/h)] x 10 000 [m³/h] = 54 [kWh]

Si le chauffage de l’air est assuré par une installation au mazout dont le rendement est de 70 % (rendement d’installation moyen), cela représente un équivalent combustible de :

54 [kWh] / 0,7 x 10 [kWh/litre] = 7,7 [litres]

Un récupérateur de chaleur sur l’air extrait permet, en gros, de récupérer 50 % de cette consommation, soit l’équivalent de 3,6 litres ou 1,35 € (à 0,375 €/litre) par heure de fonctionnement (certains récupérateurs permettent de récupérer 75 .. 90 % de cette consommation).

Installation sans récupération.

Installation avec récupération.

Calculs

Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur.

Rentabilité d’un récupérateur de chaleur

La rentabilité du récupérateur résulte de la comparaison entre « le bénéfice », c’est-à-dire le coût de l’énergie récupérée, et « les dépenses », c’est-à-dire

Les dépenses de capital pour l’achat et le placement des échangeurs, pompes, ventilateurs, … (dans une installation neuve il faudra également tenir compte de l’éventuelle possibilité de réduire la taille des autres équipements de chauffe, batteries, chaudières, …),
les frais d’exploitation en consommation d’énergie des pompes, ventilateurs et accessoires,
les coûts d’entretien des équipements.

Le point délicat dans le calcul de la rentabilité sera l’estimation correcte de l’économie d’énergie que l’on peut atteindre. Celle-ci étant en pratique dépendante des conditions de fonctionnement essentiellement variables de la ventilation.

L’optimalisation consiste à rechercher, parmi plusieurs solutions techniques, la sélection de l’équipement présentant le temps de retour le plus court et/ou l’économie maximale.

L’optimum peut être déterminé selon les deux critères suivants :

Énergie nette maximale récupérée, qui est l’énergie totale récupérée moins les consommations en énergie du récupérateur (accessoires, accroissement des pertes de charge et donc de la puissance du ventilateur).
Gain financier maximum, le système est alors optimisé par rapport au gain financier pendant la durée de vie estimée de l’équipement (10 ans).

En fait, l’optimalisation se réalisera entre un nombre limité de solutions : différents modèles d’un même type et différents types de récupérateurs compatibles avec l’application concernée (les critères technologiques ayant déjà permis une première sélection).

Exemple.

Envisageons ici un exemple de calcul de rentabilité :

Soit une installation de ventilation assurant un débit de 10 000 m^³/h et fonctionnant en tout air neuf 10 h par jour (de 8 h à 18 h), 5 jours par semaine et 35 semaines par saison de chauffe, soit 1 750 h.

Économie d’énergie

La température intérieure est de 22°C.

L’énergie nécessaire au chauffage de l’air neuf est de (8°C = température moyenne extérieure diurne durant la saison de chauffe et 0,8 est le rendement de l’installation de chauffage) :

0,34 [Wh/m³.°C] x 10 000 [m³/h] x (22 [°C] – 8 [°C]) x
1 750 [h/an] / 0,8 / 1 000 = 104 125 [kWh/an].

Soit un récupérateur dont le rendement de récupération est de 50 % (batteries à eau glycolée).

Cela implique une énergie récupérée de 52 062 kWh/an ou 5 200 litres fuel ou 3 235,4 €/an (à 0,622 €/litre).

Augmentation de la consommation électrique

La puissance électrique des ventilateurs GP et GE de l’installation de base est de :

0,4 [W/(m³/h)], soit 4 [kW]

Le placement du récupérateur entraîne une augmentation des pertes de charge et donc une augmentation de la puissance des ventilateurs pour maintenir le même débit :

Puissance électrique des ventilateurs GP et GE avec récupérateur = 5,7 kW

Ainsi qu’une consommation électrique d’auxiliaire pour la circulation du fluide caloporteur :

Puissance de la pompe de circulation = 0,3 kW

Le supplément de consommation électrique sera donc de :

5,7 [kW] + 0,3 [kW] – 4 [kW] = 2 [kW] x 1 750 [h] = 3 500 [kWh/an]

soit à 0,16 [€/kWh] (consommation de jour) = 560 [€/an]

L’économie annuelle réelle est donc de 1950 [€/an] – 402,5 [€/an] = 2674,4 [€/an]

Investissement

Dans une installation existante, le placement d’un récupérateur implique le coût du récupérateur mais aussi son intégration dans les caissons de ventilation existants, la modification de la vitesse du ventilateur (changement de poulies et peut-être du moteur) de manière à maintenir le débit de ventilation nominal et le placement d’un filtre sur l’air extrait pour protéger la batterie si celui-ci est absent.

Si on ne tient compte que du récupérateur et de son placement, on peut estimer l’investissement à 6 250 €. Le temps de retour est donc de :

6 250 [€] / 2674,4 [€/an] = 2,34 [ans]

On observe donc que la rentabilité est très dépendante du prix de revient du kWh thermique.

Les situations les plus favorables

Tout d’abord, si on remplace l’entièreté du groupe de traitement d’air, n’importe quel type de récupérateur peut être installé (à plaques, par accumulation, caloduc ou à eau glycolée). Au niveau du choix, on se retrouve quasiment dans la situation d’un bâtiment neuf.

Concevoir

Choix d’un récupérateur de chaleur dans le cas d’une installation neuve (pour les immeubles de bureaux).

Si on ne remplace pas le groupe de traitement d’air, seule la solution de l’échangeur à eau glycolée est réaliste avec un minimum d’intervention technique. Elle a aussi l’avantage de ne pas imposer la proximité entre les prises et les rejets d’air. Il faudra cependant parfois adapter la section des conduits au droit des batteries pour adapter éventuellement la vitesse de l’air (2,5 .. 3 m/s) (la batterie sur l’air neuf pourra être mise dans n’importe quelle position, la batterie sur l’air extrait devra être verticale pour permettre l’évacuation des condensats).

En outre, on obtiendra la meilleure rentabilité du récupérateur dans les cas suivants :

des débits élevés (+ de 10 000 m³/h),
un usage permanent de l’installation de ventilation (ex : hôpitaux),
des besoins thermiques élevés (ex : piscines),
une source de chaleur particulière et disponible (process industriel),
un ventilateur et son moteur surdimensionnés au départ, ce qui peut éviter de pourvoir au remplacement des poulies et du moteur pour maintenir les débits prescrits.

Exigences en milieu hospitalier

En milieu hospitalier il est impératif de limiter au maximum les risques de biocontamination. L’air est un vecteur important responsable des infections nosocomiales. Pour cette raison, la distribution d’air doit, au même titre que les démarches d’hygiène classique de chirurgie par exemple, suivre une marche en avant du plus « propre » vers le plus « sale » sans croisement possible de l’un vers l’autre.

En clair, un air extrait ne peut pas dans la majorité des cas se mélanger ou être contact avec l’air neuf.

Les échangeurs air/air, où l’air neuf et l’air vicié sont en contact physiquement (échangeur à accumulation par exemple) l’un et l’autre, doivent être évités là où il n’y a pas d’exigence de filtration absolue et où le réseau de distribution d’air alimente des zones à activités médicales multiples (contamination croisée).

Il est aussi difficile de modifier une installation existante sachant que souvent les groupes de pulsion et d’extraction sont assez éloignés les uns des autres. Que ce soit dans la conception « tour » ou « pavillonnaire », les groupes se trouvent aux extrémités opposées des plateaux des bâtiments.

On retiendra, qu’en milieu hospitalier, les récupérateurs les mieux appropriés sont des échangeurs :

à plaque pour autant que les groupes de pulsion et d’extraction soient proches les uns des autres,
à eau glycolée si les groupes sont éloignés.

Découvrez ce bon exemple de système de ventilation qui a été intégré au bâtiment de la société IVEG.

Posted By : 25 Sep, 2007

Déterminer les performances thermiques à atteindre [Améliorer]

La réglementation

Outre un niveau de performance global à atteindre (K_globalet E), la PEB en matière d’isolation exige des valeurs maximales pour le coefficient de transmission thermique Umax des parois faisant partie de la surface de déperdition.

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

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

Les recommandations

Si l’on s’en tient à la réglementation, un coefficient de transmission thermique U est requis pour les parois délimitant le volume protégé. Mais il faut comprendre cette valeur comme l’exigence de qualité minimale à respecter, sorte de garde-fou que la Région a voulu imposer aux constructeurs.

L’épaisseur est le résultat d’un compromis :

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

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

On peut aujourd’hui aller plus loin dans l’isolation des parois sans pour autant générer de grandes modifications dans la technique de construction. On peut aussi vouloir atteindre certains labels qui donnent parfois droit à des subsides. À titre d’exemple, pour une certification « passive » une isolation des parois approchant un U de 0.15 W/m²K est recommandée.

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

Souvent c’est une logique de rentabilité financière qui détermine l’épaisseur d’isolant mis en place. Si une logique de rentabilité écologique était prise, la lutte contre le CO₂ nous pousserait vers une isolation plus forte !

Le prix de l’énergie sur lequel on détermine la rentabilité varie sans cesse mais la tendance est clairement à la hausse. Cette évolution doit donc être prise en compte dans l’évolution de la rentabilité. Si le litre de fuel est un jour à 3 €, la rentabilité de l’isolation ne sera même plus discutée !

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

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

Pourquoi une isolation moins poussée sur le sol ?

En hiver la température du sol est plus élevée que la température extérieure. La « couverture » peut donc être moins épaisse.

Pourquoi une isolation plus poussée en toiture que dans les murs ?

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

Épaisseur d’isolant

L’épaisseur d’isolant (e_i) peut être calculée par la formule :

1/U = R_si + e₁/λ₁ + e_i/λ_i + e₂/λ₂ + R_se

e_i = λ_i [1/U – (R_si + e₁/λ₁ + e₂/λ₂ + R_se)]

avec,

λ_i_:le coefficient de conductivité thermique de l’isolant (W/mK),
U : le coefficient de transmission thermique de la paroi à atteindre (W/m²K),
R_se et R_si_:les résistances thermiques d’échange entre le mur et les ambiances extérieure et intérieure. Ils valent respectivement 0,04 et 0,13 m²K/W pour une paroi verticale traversée par un flux de chaleur horizontal.
e1/λ_1,e₂/λ₂ : la résistance thermique des autres couches de matériaux (m²K/W).

Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez les épaisseurs minimales d’isolant à ajouter sur la face interne ou externe du mur plein pour obtenir différents coefficients de transmission.
Hypothèses de calcul :

Les coefficients de conductivité thermique (λ en W/mK) ou les résistances thermiques (R_u en m²K/W) des maçonneries utilisées et des isolants sont ceux indiqués dans l’annexe VII de l’AGW du 15 mai 2014.

La maçonnerie est considérée comme sèche et le coefficient de conductivité thermique de celle-ci correspond à celui du matériau sec. En effet, on a considéré que le mur isolé par l’intérieur ou par l’extérieur avait été protégé contre les infiltrations d’eau, comme il se doit.

La face intérieure de la maçonnerie est recouverte d’un enduit à base de plâtre d’1 cm d’épaisseur.

Remarques.

Lorsqu’on utilise un isolant disposant d’un agrément technique (ATG), on peut se fier au coefficient de conductivité thermique certifié par celui-ci; celui-ci est , en général, plus faible que celui indiqué dans dans l’annexe B1 de l’AGW du 15 mai 2014 et on peut ainsi diminuer l’épaisseur d’isolant, parfois de manière appréciable.

Les épaisseurs calculées doivent être augmentées de manière à obtenir des épaisseurs commerciales.

A épaisseur égale et pour autant que l’isolant soit correctement mis en œuvre, la présence d’une lame d’air moyennement ventilée entre l’isolant et sa protection (enduit ou bardage), permet de diminuer le coefficient de transmission thermique U de 2,5 à 5 %.

Composition du mur plein	Masse volumique (kg/m³)	λ(W/mK) ou R_u (m²K/W)	Épaisseur du mur plein (cm)	Coefficient de transmission thermique du mur plein sans isolant (W/m²K)	Épaisseur de l’isolant (en cm) à ajouter pour obtenir un coefficient de transmission thermique particulier (U)
					U (W/m²K)	Nature de l’isolant
					U (W/m²K)	MW/EPS	XPS	PUR/PIR	CG
Maçonnerie de briques ordinaires	1 000 à 2 100	0.72	19	2.22	0.60	5.47	4.86	4.25	6.69
					0.40	9.22	8.20	7.17	11.27
					0.30	12.97	11.53	10.09	15.85
					0.15	27.97	24.86	21.76	34.19
			29	1.69	0.60	4.84	4.31	3.77	5.92
					0.40	8.59	7.64	6.68	10.50
					0.30	12.34	10.97	9.60	15.09
					0.15	27.34	24.3	21.26	33.41
			39	1.37	0.60	4.22	3.75	3.28	5.16
					0.40	7.97	7.08	6.20	9.74
					0.30	11.72	10.42	9.12	14.32
					0.15	26.72	23.75	20.78	32.65
Maçonnerie de moellons	2 200	1.40	29	2.54	0.60	5.73	5.09	4.45	7.00
					0.40	9.48	8.42	7.37	11.58
					0.30	13.23	11.76	10.29	16.16
					0.15	28.23	25.09	21.96	34.5
			39	2.15	0.60	5.40	4.80	4.20	6.60
					0.40	9.15	8.14	7.12	11.19
					0.30	12.90	11.47	10.04	15.77
					0.15	27.91	24.81	21.71	34.11
Blocs creux de béton lourd	> 1 200	0.11	14	3.36	0.60	6.16	5.48	4.79	7.53
					0.40	9.91	8.81	7.71	12.12
					0.30	13.66	12.14	10.63	16.70
					0.15	28.66	25.48	22.29	35.03
		0.14	19	3.06	0.60	6.03	5.36	4.69	7.37
					0.40	9.78	8.69	7.60	11.95
					0.30	13.53	12.02	10.52	16.53
					0.15	28.53	25.36	22.19	34.87
		0.20	29	2.58	0.60	5.76	5.12	4.48	7.04
					0.40	9.51	8.45	7.39	11.62
					0.30	13.26	11.78	10.31	16.20
					0.15	28.26	25.12	21.98	34.53
Blocs de béton mi-lourd	1 200 à 1 800	0.75	14	2.67	0.60	5.82	5.17	4.52	7.11
					0.40	9.57	8.50	7.44	11.69
					0.30	13.32	11.84	10.36	16.28
					0.15	28.31	25.17	22.02	34.61
			19	2.27	0.60	5.52	4.90	4.29	6.74
					0.40	9.27	8.24	7.21	11.33
					0.30	13.02	11.57	10.12	15.91
					0.15	28.02	24.90	21.79	34.24
			29	1.74	0.60	4.92	4.37	3.82	6.01
					0.40	8.67	7.70	6.74	10.59
					0.30	12.42	11.04	9.66	15.18
					0.15	27.41	24.37	21.32	33.51
Blocs de béton moyen	900 à 1 200	0.40	14	1.86	0.60	5.08	4.52	3.95	6.21
					0.40	8.83	7.85	6.87	10.80
					0.30	12.58	11.18	9.79	15.38
					0.15	27.58	24.52	21.45	33.71
			19	1.51	0.60	4.52	4.02	3.52	5.52
					0.40	8.27	7.35	6.43	10.11
					0.30	12.02	10.68	9.35	14.69
					0.15	27.02	24.02	21.02	33.02
			29	1.10	0.60	3.39	3.02	2.64	4.15
					0.40	7.14	6.35	5.56	8.73
					0.30	10.89	9.68	8.47	13.32
					0.15	25.91	23.03	20.15	31.67
Blocs de béton léger	600 à 900	0.30	14	1.53	0.60	4.56	4.05	3.54	5.57
					0.40	8.31	7.38	6.46	10.15
					0.30	12.06	10.72	9.38	14.74
					0.15	27.06	24.05	21.05	33.07
			19	1.22	0.60	3.81	3.38	2.96	4.65
					0.40	7.56	6.72	5.88	9.24
					0.30	11.31	10.05	8.79	13.82
					0.15	26.31	23.39	20.46	32.16
			29	0.87	0.60	2.31	2.05	1.79	2.82
					0.40	6.06	5.38	4.71	7.40
					0.30	9.81	8.72	7.63	11.99
					0.15	24.83	22.07	19.31	30.34
Blocs creux de béton léger	< 1 200	0.30	14	2.05	0.60	5.31	4.72	4.13	6.49
					0.40	9.06	8.05	7.04	11.07
					0.30	12.81	11.38	9.96	15.65
					0.15	27.8	24.72	21.63	33.98
		0.35	19	1.86	0.60	5.08	4.52	3.95	6.21
					0.40	8.83	7.85	6.87	10.80
					0.30	12.58	11.18	9.79	15.38
					0.15	27.58	24.52	21.45	33.71
		0.45	29	1.57	0.60	4.63	4.12	3.60	5.66
					0.40	8.38	7.45	6.52	10.25
					0.30	12.13	10.78	9.44	14.83
					0.15	27.13	24.12	21.10	33.16
Blocs de béton très léger	< 600	0.22	14	1.21	0.60	3.79	3.37	2.95	4.64
					0.40	7.54	6.71	5.87	9.22
					0.30	11.29	10.04	8.78	13.80
					0.15	26.28	23.36	20.44	32.12
			19	0.95	0.60	2.77	2.46	2.16	3.39
					0.40	6.52	5.80	5.07	7.97
					0.30	10.27	9.13	7.99	12.55
					0.15	25.26	22.46	19.65	30.88
			29	0.66	0.60	0.73	0.65	0.56	0.89
					0.40	4.48	3.98	3.48	5.47
					0.30	8.23	7.31	6.40	10.05
					0.15	23.18	20.61	18.03	28.33
Blocs de béton cellulaire	< 500	0.18	15	0.98	0.60	2.91	2.58	2.26	3.55
					0.40	6.66	5.92	5.18	8.14
					0.30	10.41	9.25	8.09	12.72
					0.15	25.41	22.59	19.76	31.05
			20	0.77	0.60	1.66	1.47	1.29	2.03
					0.40	5.41	4.81	4.21	6.61
					0.30	9.16	8.14	7.12	11.19
					0.15	24.16	21.47	18.79	29.52
			30	0.54	0.60	–	–	–	–
					0.40	2.91	2.58	2.26	3.55
					0.30	6.66	5.92	5.18	8.14
					0.15	21.67	19.26	16.85	26.48
Blocs de terre cuite lourds	1 600 à 2 100	0.90	14	2.92	0.60	5.96	5.30	4.63	7.28
					0.40	9.71	8.63	7.55	11.86
					0.30	13.46	11.96	10.47	16.45
					0.15	28.46	25.3	22.13	34.78
			19	2.51	0.60	5.71	5.07	4.44	6.98
					0.40	9.46	8.41	7.36	11.56
					0.30	13.21	11.74	10.27	16.14
					0.15	28.21	25.07	21.94	34.48
			29	1.96	0.60	5.21	4.63	4.05	6.36
					0.40	8.96	7.96	6.97	10.95
					0.30	12.71	11.30	9.88	15.53
					0.15	27.70	24.63	21.55	33.86
Blocs de terre cuite perforés	1 000 à 1 600	0.54	14	2.24	0.60	5.49	4.88	4.27	6.71
					0.40	9.24	8.21	7.19	11.29
					0.30	12.99	11.55	10.10	15.88
					0.15	27.99	24.88	21.77	34.21
			19	1.86	0.60	5.07	4.51	3.95	6.20
					0.40	8.82	7.84	6.86	10.79
					0.30	12.57	11.18	9.78	15.37
					0.15	27.58	24.52	21.45	33.71
			29	1.38	0.60	4.24	3.77	3.30	5.18
					0.40	7.99	7.10	6.22	9.77
					0.30	11.74	10.44	9.13	14.35
					0.15	26.74	23.77	20.80	32.68
Blocs de terre cuite perforés	700 à 1 000	0.27	14	1.42	0.60	4.32	3.84	3.36	5.29
					0.40	8.07	7.18	6.28	9.87
					0.30	11.82	10.51	9.20	14.45
					0.15	26.83	23.85	20.87	32.79
			19	1.12	0.60	3.49	3.10	2.72	4.27
					0.40	7.24	6.44	5.63	8.85
					0.30	10.99	9.77	8.55	13.43
					0.15	25.98	23.10	20.21	31.76
			29	0.79	0.60	1.82	1.62	1.42	2.23
					0.40	5.57	4.95	4.34	6.81
					0.30	9.32	8.29	7.25	11.40
					0.15	24.30	21.60	18.90	29.70
Blocs silico-calcaire creux	1 200 à 1 700	0.60	14	2.38	0.60	5.61	4.98	4.36	6.85
					0.40	9.36	8.32	7.28	11.44
					0.30	13.11	11.65	10.19	16.02
					0.15	28.11	24.99	21.86	34.36
			19	1.98	0.60	5.23	4.65	4.07	6.40
					0.40	8.98	7.98	6.99	10.98
					0.30	12.73	11.32	9.90	15.56
					0.15	27.73	24.65	21.57	33.89
			29	1.49	0.60	4.48	3.98	3.49	5.48
					0.40	8.23	7.32	6.40	10.06
					0.30	11.98	10.65	9.32	14.65
					0.15	26.98	23.98	20.98	32.98

Source : Isolation thermique des murs pleins réalisée par le CSTC à la demande de la DGTRE.

Il est également possible d’utiliser le fichier Excel (XLS) pour calculer le U d’une paroi en contact avec l’extérieur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la régulation de la production de vapeur

Pendant le cycle

En général, la régulation des étages de puissance des résistances chauffantes est assurée correctement par l’automate de gestion du générateur. Vu que le nombre d’étages est relativement important par générateur, la découpe de l’appel de puissance électrique peut être modulée efficacement au niveau énergétique.

Inutile, par exemple, d’enclencher toute la puissance pour corriger une petite variation de température ou de pression aux alentours des 134 °C 3 bar.

À ce stade de la régulation pas grand chose à apporter d’autant plus que c’est la qualité du process qui prime avant tout.

Néanmoins, on pourrait considérer que la réduction du temps de séchage sur le temps global du cycle est une économie sur la consommation d’eau adoucie de la pompe à vide.

Les constructeurs essayent de mettre au point divers systèmes permettant de refroidir plus rapidement la chambre de stérilisation :

Par brumisation. La pulvérisation d’eau osmosée dans la chambre de stérilisation permettrait de refroidir la chambre sous vide; l’eau étant directement vaporisée (prise de chaleur latente dans la chambre et, par conséquent, abaissement de la température) par la présence d’un vide poussé et évacuée par la pompe à vide.

Par refroidissement au contact de plaques situées dans la chambre de stérilisation et traversées par de l’eau froide.

Entre les cycles

Coupure de l’alimentation du générateur entre les cycles

Entre les cycles, par contre on se rend compte qu’il y a beaucoup de temps morts au niveau du fonctionnement même de la stérilisation:

le temps de préparation des charges à stériliser est important;
la quantité de matériel à stériliser est limitée (coûts énormes des instruments de chirurgie);
…

L’évaluation de ce temps correspond environ à la proportion suivante (cas où le temps de cycle moyen est de l’ordre de 45 minutes):

Si le temps de cycle passe de 45 à 75 minutes, comme c’est le cas dans certaines stérilisations centrales, les proportions sont modifiées comme suit :

Quel que soit le temps de cycle choisi, durant l’intercycle, on maintient toute l’installation sous pression avec une déperdition au travers des parois importante.

À ce stade, on est en droit de se demander s’il ne vaudrait pas mieux entre chaque cycle couper purement et simplement l’alimentation du générateur. On pourrait alors réduire les déperditions des parois du système sachant qu’elles sont proportionnelles à l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur de part et d’autre de la paroi. Pour une température externe ambiante dans la zone technique relativement constante, les déperditions diminuent car la température interne ou la température de la vapeur diminue au fur et à mesure qu’elle condense au contact des parois qui se refroidissent. La loi selon laquelle la température de la vapeur diminue est complexe puisqu’elle dépend :

du changement d’état de la vapeur à volume constant,
de l’inertie du système (parois d’acier, tuyauterie de cuivre, …).

Il est intéressant de connaître l’économie qui serait réalisée en considérant un système théorique à inertie très faible cédant rapidement sa chaleur à l’ambiance. Attention toutefois que les équipements de l’installation sont, en régime stable, déjà soumis à des contraintes de température et de pression importantes. Si, en plus, le système subit des régimes variables, on risque de provoquer des fatigues prématurées des matériaux et d’augmenter le risque de fuite au niveau des raccords. On considère donc un régime ou l’on maintient une certaine pression (1 bar par exemple) par un appoint de chaleur réduit mais maintenu au niveau du générateur :

Évaluer

Pour aller plus loin dans la réflexion concernant l’évaluation des pertes.

On sait que :

par les données du constructeurs :
- les pertes des parois du générateur, de la distribution et de la double enveloppe en régime établit (3 bar 134 °C) sont de l’ordre de 2,9 [kW];
- les pertes des parois au travers des portes de la chambre sont de 0,5 [kW];
- les pertes totales sont de Q_{déperdition 3 bar} = 2.9 + 0,5 = 3,4 [kW];
- le volume occupé par la vapeur dans le système est de l’ordre de 0,6 [m³];
- le volume de la chambre de stérilisation est de l’ordre de 0,6 [m³].
t_ambiante = 25 [°C];
t_{vapeur_av} = 134 [°C];
t_{vapeur_ap} = 100 [°C];

On fait l’hypothèse que :

en fin de cycle, dès que la charge est retirée du stérilisateur, on referme les portes directement;
la consigne de pression du générateur, en fin de cycle, est de 1 bar;
la pression chute rapidement dans le système de 3 à 1 bar (front raide sans inertie).

On a :

les déperditions au travers des parois sont de l’ordre :

Q_{déperdition 1 bar}

= Q_{déperdition 3 bar} x (t_{vapeur_ap} – _tambiante) / (t_{vapeur_av} – _tambiante)

= 3,4 [kW] x (100 – 25) [°C] / (134 – 25) [°C]

= 2,35 [kW]

Soit une amélioration de l’ordre de 30 %.

L’amélioration de 30 % est purement théorique et tient compte d’une inertie nulle de l’acier; ce qui n’est pas le cas en pratique puisque un acier ordinaire est capable d’emmagasiner beaucoup d’énergie et de la restituer pendant l’intercycle à la fois à la vapeur et à l’ambiance extérieure en prolongeant le maintien dans la double enveloppe d’une vapeur saturée. Cette inertie contribue donc à garder la température de la vapeur assez haute, du moins au début de l’intercycle.

En fait, c’est encore plus complexe que de réduire le phénomène de stockage et de déstockage à l’inertie seule.

Au niveau de l’enveloppe, on assiste à la conjugaison :

Dans le même sens, de l’effusivité thermique qui caractérise un matériau par la quantité d’énergie qu’il lui faut pour se réchauffer. L’acier a une grande effusivité et donc un besoin important d’énergie pour s’échauffer (grand échange avec la vapeur). À l’inverse, il est capable de restituer beaucoup d’énergie.

À l’inverse, de sa diffusivité thermique qui caractérise un matériau par sa capacité à changer rapidement de température en stockage ou déstockage. Pour l’acier inoxydable, elle est importante et donc l’acier se refroidit assez vite en échangeant avec l’ambiance; c’est pour cette raison qu’en pratique, par exemple, on annonce des temps de remontée en pression et en température d’un quart d’heure.

Donc l’acier est capable d’emmagasiner et de restituer beaucoup d’énergie de part son effusivité tout en s’échauffant et se refroidissant rapidement de part sa diffusivité.

En tenant compte de l’inertie de la double enveloppe et de son isolation, le temps de refroidissement augmente et naturellement réduit l’économie par rapport à une cuve à inertie nulle et sans isolation.

Les graphes suivants donnent une idée des temps de refroidissement et de réchauffe pendant l’intercycle :

Refroidissement de la double enveloppe.

Il faut de l’ordre de 30 minutes pour refroidir l’acier de la double enveloppe de 134 à 100 °C. C’est à la fois dû à l’inertie de la double enveloppe et à son isolation.

Réchauffe de la double enveloppe.

Par contre, la remontée en température est assez rapide (de l’ordre de 1 à 2 minutes) puisque c’est le générateur qui fournit sa pleine puissance (40 kW par exemple) à la double enveloppe via la reformation de vapeur (l’isolation jouant dans ce cas le rôle d’un mur à faible déperdition contre lequel l’acier est acculé à se charger).
Dans ce cas, l’économie est plutôt de l’ordre de 15 à 20 %.

Théories

Pour voir le détail concernant les temps de refroidissement et réchauffe durant l’intercycle.

Au niveau de la vapeur, il y a lieu de parler du phénomène de prise de vide dans le sens où lorsque la vapeur échange sa chaleur avec la paroi, elle se refroidit et condense. Mais, en plus, son volume diminue rapidement risquant de créer un vide dans la double enveloppe et d’aspirer l’eau présente dans le générateur de vapeur; d’où l’importance de placer un casse-vide.

Casse-vide.

Ce casse-vide agit simplement par la mise à l’atmosphère de la cuve en permettant à l’air de rentrer. Il s’ensuit un refroidissement accéléré de la cuve.

Conclusion

L’économie dépend donc de différents facteurs :

Une isolation importante joue en défaveur de la coupure du générateur durant les intercycles. Ceci dit, plus on isole moins de déperdition il y aura. Cependant, en amélioration, on tiendra compte de la difficulté de renforcer l’isolation de cuve. En effet, l’environnement immédiat des cuves est encombré de tuyauterie dans tous les sens.

Plus le temps d’intercycle est important plus la coupure augmente l’économie.

Plus le générateur est surdimensionné, plus la relance sera courte.

Pour faire le point à ce niveau, il est utile d’en parler au constructeur.

Le tableau suivant reprend les pertes énergétiques et économiques durant les intercycles et l’amélioration apportée par l’intermittence.

Consommation	Unité	Quantité total	coût unitaire	coût total [€/an]	Réduction [€/an]
Entre les cycles
Eau osmosée (vapeur)	m³/an	48	2,75 [€/m³]	132
Electricité	kWhan	45 059	0,11 [€/kWh]	4 956
Intermittence (-15 %)
Eau osmosée (vapeur)	m³/an	40	2,75 [€/m³]	110	– 22
Electricité	kWhan	38 300	0,11 [€/kWh]	4 213	– 743

Si l’on met en place l’intermittence, on peut s’attendre, en réduisant les consommations de 15 %, à économiser de l’ordre de 765 [€/an]. Cette amélioration peut se réaliser par la mise en place au niveau de l’automate programmable de chaque stérilisateur d’une commande :

de coupure de l’alimentation du générateur à la fin d’un cycle de stérilisation;
du ré enclenchement de cette alimentation au moment du lancement du cycle suivant.

Évaluer

Pour aller plus loin dans la réflexion concernant l’évaluation des pertes.

Posted By : 25 Sep, 2007

Isoler un mur par l’extérieur

Mesures préliminaires

Si le mur présente des problèmes d’humidité ascensionnelle, ceux-ci doivent d’abord être supprimés. Une barrière étanche perpendiculaire au mur doit exister juste au-dessus du niveau des terres. Si cette barrière est inexistante ou mal positionnée, il faut la créer. Pour ce faire une membrane étanche peut être placée en démontant la maçonnerie par petits tronçons. Cette méthode est la plus efficace, mais difficile et délicate à réaliser. Aussi, on peut créer cette barrière en injectant des produits hydrofuges dans la masse du mur.

On doit ensuite laisser au mur le temps de sécher.

La maçonnerie sur laquelle va être posé l’isolant ne peut être perforée, ce qui permettrait une pénétration directe d’air intérieur (humide) dans l’isolant.

Choix du système

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

les performances à atteindre
l’esthétique recherchée
les performances énergétiques
la complexité de la façade
le prix

Les performances d’étanchéité à atteindre

Le système le plus performant est le panneau isolant protégé par un bardage. Celui-ci assure une excellente étanchéité à l’eau. De plus si de l’eau pénètre malgré tout accidentellement, celle-ci est drainée par la coulisse et évacuée par le bas du mur. Ainsi isolant et mur sont parfaitement protégés des pluies.

Il est en outre facile à démonter pour vérifier l’état de l’isolant.

L’esthétique recherchée et contraintes urbanistiques

Bien qu’actuellement très varié au niveau de l’aspect extérieur (ardoises naturelles, synthétiques, bois, feuilles métalliques, …) le bardage ne correspond pas toujours à l’esthétique recherchée ou aux contraintes urbanistiques imposées. L’enduit de finition est généralement plus largement accepté.

Si l’on souhaite un parement extérieur classique en briques, on choisit soit une isolation par l’extérieur par éléments isolants préfabriqués (recouvert de plaquettes de briques), soit on crée un mur creux à partir de la maçonnerie existante.

Les performances énergétiques

L’enduit isolant nécessite des épaisseurs excessives pour atteindre le coefficient de transmission thermique U recommandé.

Les systèmes tels que panneaux isolants plus enduit ou les éléments isolants préfabriqués présentent une très bonne continuité de l’isolation.

Un système avec structure (bardage ou enduit supporté par une structure) présente une isolation discontinue et donc moins efficace pour une même épaisseur d’isolant.

Une structure métallique est déconseillée car elle engendre des ponts thermiques.

La complexité de la façade

Le tandem panneaux isolants + enduit est plus approprié dans les cas d’une façade complexe très découpée. Un bardage est plus approprié dans le cas d’une façade sans ou avec peu de découpes.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

Les prix peuvent être très variables en fonction du type de finition (différents types de bardages, différents revêtements pour les éléments isolants préfabriqués, ….), de la complexité de la surface à isoler, de la préparation du support, et du coût des installations de chantier (distances, échafaudages, hauteur, protections, …).

La création d’un mur creux revient nettement plus cher.

> Les systèmes d’isolation par l’extérieur qui comportent une finition sous forme d’enduit doivent disposer d’un agrément technique ATG.

Les composants doivent faire partie d’un même système (colle, isolant, mortier, armature et finition). L’exécution nécessite un savoir-faire particulier, surtout pour ce système et est donc, de préférence, confiée à un entrepreneur spécialisé.
Il en va de même pour le système des panneaux isolants couverts de plaquettes en briques.

Choix de l’isolant

Type d’isolant

L’isolant est placé directement contre le mur. Si l’isolant est souple, il épouse parfaitement la forme de son support même si celui-ci est un peu irrégulier. Si l’isolant est rigide, il est nécessaire de régler le support avant de poser l’isolant.

Un isolant perméable à l’air (laine minérale, par exemple) ne peut être choisi que si le mur-support sur lequel il est posé est lui-même étanche à l’air (maçonnerie plafonnée, …). Si la maçonnerie doit rester apparente à l’intérieur du bâtiment, pour rendre le mur étanche à l’air, la face extérieure du mur plein doit être enduite avant pose de ce type d’isolant.

Les produits minces réfléchissants (PMR), dont l’efficacité est beaucoup moins élevée que celle annoncée par les fabricants, sont à proscrire dans une isolation par l’extérieur puisqu’ils constituent un film pare-vapeur placé « du côté froid » du mur, susceptibles de provoquer une forte condensation sur la face interne (entre le mur et l’isolant).

Épaisseur de l’isolant

Les épaisseurs d’isolant sont calculées à partir des performances à atteindre.

Conseils de mise en œuvre

> Les panneaux isolants doivent être posés de manière parfaitement jointive et appliqués contre le mur-support afin d’éviter les interruptions dans la couche isolante (= pont thermique) et les courants de convection.

Courants de convection.

Remarque : le risque de courants de convection est encore plus important lorsqu’il y a une lame d’air ventilée entre l’isolant et le parement extérieur.

> Afin d’éviter les ponts thermiques, l’isolation de l’enveloppe doit être continue. Elle doit être dans le prolongement et en contact avec le dormant du châssis muni d’un vitrage isolant. La couche isolante du mur doit être raccordée aux couches isolantes des autres parois du volume protégé.

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

Choix de l’enduit éventuel

Lorsque le mur est isolé par l’extérieur, mur et isolant doivent rester parfaitement secs.

Lorsque le système d’isolation par l’extérieur choisi comporte un enduit, c’est celui-ci qui assure l’étanchéité à l’eau.

Les enduits disponibles sur le marché – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent une absorption d’eau faible et assure ainsi l’étanchéité à l’eau pour autant qu’ils soient appliqués en suivant les recommandations et qu’ils ne présentent pas de fissurations importantes (> 1 à 2 mm).

Outre l’étanchéité à l’eau, les enduits doivent également :

Être perméable à la vapeur afin de permettre le séchage de la maçonnerie et de laisser sortir l’humidité qui aurait pénétré sous forme de vapeur. La plupart des enduits disponibles sur le marché – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent cette perméabilité à la vapeur élevée.
Présenter une bonne résistance mécanique : ils doivent pouvoir résister à des chocs modérés principalement au rez-de-chaussée, adhérer suffisamment à leur support, disposer d’une cohésion adéquate et résister à la fissuration. Les enduits – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent, en général, ces qualités pour autant qu’ils soient appliqués en suivant les recommandations et sur un support bien préparé. Lorsque l’enduit est appliqué directement sur l’isolant thermique, une armature est généralement prévue pour limiter le risque de fissuration.
Donner l’aspect décoratif recherché. Cette variété décorative est donnée par la grande variété de composition, de teinte et d’état de surface : lisse, gratté, tyrolien, ….).

Les enduits, aussi bien minéraux que synthétiques, sont préparés en usine afin d’obtenir une meilleure constance dans les mélanges et limiter de ce fait les variations de teinte et d’état de surface.

Vu les sollicitations importantes dues aux variations thermiques que peuvent subir les enduits, on choisit, de préférence, un enduit de couleur claire. Il sera suffisamment déformable pour limiter le risque de fissuration.

L’enduit nécessite un entretien tous les 10 à 15 ans pour des raisons esthétiques (encrassement).

Détails d’exécution

L’isolation par l’extérieur est un système qui permet d’isoler un mur existant de manière continue pour autant que les détails aux nœuds constructifs (interruptions dans le mur et raccords avec les parois adjacentes tels que ceux montrés ci-dessous) soient réalisés avec soin. Seul le pont thermique au droit d’un balcon reste difficile à éviter.

La baie de fenêtre

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

Mur existant + enduit intérieur.
Arrêt d’enduit + mastic.
Panneau isolant collé.
Armature et mortier d’enrobage.
Enduit de finition.
Armature d’angle.
Retour d’isolation au niveau du linteau (panneau collé revêtu des mêmes couches que le mur).
Profilé d’interruption fixé mécaniquement à la maçonnerie.
Retour d’isolation au niveau du seuil.

Retour d’isolation au niveau du seuil – étapes :

Le seuil en pierre existant est démonté.
Un support de forme adéquate pour laisser de la place à l’isolant sous le châssis (un profilé en acier en « U » par exemple) est placé sous le châssis pour le soutenir.
Une couche isolante (isolant compressible) est placée sous le châssis jusqu’au panneau isolant extérieur.
Un nouveau seuil plus fin (métallique par exemple) est placé en garantissant l’écoulement vers l’extérieur de l’eau évacuée par le châssis (le conduit de drainage doit se trouver en avant du « talon » du seuil).

Ébrasement de baie – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Mur existant + enduit intérieur.
Arrêt d’enduit + mastic.
Panneau isolant collé.
Armature et mortier d’enrobage.
Enduit de finition.
Armature d’angle.
Retour d’isolation au niveau de l’ébrasement (panneau collé revêtu des mêmes couches que le mur).

Seuil et linteau – cas de l’ isolant protégé par un bardage

Retour d’isolation au niveau du linteau.
Retour d’isolation au niveau du seuil de fenêtre.
Retour au niveau de l’ébrasement de fenêtre.
Feuille métallique.

Retour d’isolation au niveau du linteau et au niveau de l’ébrasement : des lattes sont fixées sur le linteau et sur l’ébrasement de fenêtre. L’isolant est posé entre les lattes. Le tout est recouvert d’une finition ( feuille métallique par exemple).

Retour d’isolation au niveau du seuil – étapes (idem que seuil de l’isolant revêtu d’un enduit).

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

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

concevoir

Les principes à respecter sont les mêmes que ceux pour un seuil et un linteau d’un nouveau mur creux !

Cas particulier

Lorsque les dimensions du dormant du châssis que l’on souhaite conserver, ne sont pas suffisantes pour permettre un retour de l’isolant contre celui-ci, il faut casser la maçonnerie des battées.

Linteau – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Ébrasement de baie – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

De même, si l’on souhaite conserver un seuil en pierre, il faut également casser la maçonnerie pour gagner de la place.

S’il n’est pas possible de casser la maçonnerie (linteau en béton, par exemple), il faut remplacer le châssis par un châssis plus petit.

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

Joints de mouvement – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Les joints de dilatation ou de tassement doivent être répercutés dans l’isolation et dans l’enduit. Les rives libres des panneaux, ainsi que les bords des joints de mouvement sont protégés par des profilés « ad hoc » faisant partie du système.

Joint de mouvement en partie courante

Joint de mouvement dans un angle

Raccord avec une paroi adjacente

Mur existant.
Panneau isolant collé.
Armature et mortier d’enrobage.
Enduit de finition.
Profil protecteur.
Joint élastique d’étanchéité.
Fond de joint.
Joint mécanique.

Construction en encorbellement – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit

Enduit.
Revêtement de sol.
Chape.
Isolant acoustique.
Dalle de plancher.
Mur plein.
Panneau isolant.

Posted By : 25 Sep, 2007

Adapter la consigne d’humidité relative de l’ambiance

Limiter l’humidification en hiver

Le besoin d’humidifier est lié à l’apport d’air neuf hygiénique en hiver : l’air extérieur froid, une fois réchauffé, est un air sec. Généralement, pour assurer un bon confort thermique, il est recommandé de porter l’air à un taux d’humidité relative minimum de 40 %. Cette humidification est énergétiquement coûteuse.

À titre d’exemple, en passant d’une consigne de 20°C 50 % HR à 20°C 60 % HR, le coût de l’humidification augmente de plus de 60% et le coût total du traitement de l’air est augmenté de 6,5 % si l’eau est froide dans l’humidificateur (chaleur de vaporisation prise sur l’air) et de 11 % si l’humidification est réalisée par un humidificateur électrique à vapeur…

La première action est de limiter la consigne des sondes d’humidité éventuelles sur des valeurs minimales assurant de confort :

40 % HR, si l’humidification est commandée au moyen d’une consigne d’humidité relative dans l’ambiance ou dans la gaine de reprise d’air.
moins de 40 % HR, si l’humidification est commandée par une sonde installée dans la gaine de pulsion (il faut tenir compte de l’apport en humidité des occupants).

La deuxième action est d’abaisser au maximum en hiver la consigne de point de rosée des groupes de traitement d’air ou installation une correction automatique de cette consigne en fonction de l’humidité ambiante.

Techniques

Pour en savoir plus sur la régulation par point de rosée et son optimalisation,

La troisième action complémentaire des deux premières est de mettre à l’arrêt l’humidification lorsque la température extérieure dépasse 5 .. 8°C.

Le besoin d’humidification n’existe qu’en hiver.

Pour être certain que l’humidification soit stoppée suffisamment tôt, il est possible de commander le fonctionnement de l’humidificateur en fonction de la température extérieure (interrupteur en série). En pratique, le critère « stopper l’humidification si T°_ext> 5°C » est simple et efficace. La sonde peut être placée à l’extérieur ou dans la gaine d’air frais. De toute façon, un air extérieur à 5°C est, en Belgique, chargé de 4,5 gr_eau/kg_air. Une fois chauffé, il atteint 20°C et 30 % HR (ce qui est temporairement supportable). D’autant que l’apport en eau interne (plantes, occupants,…) portera l’air à 40 % HR.

Un seuil de l’ordre de 8°C peut être choisi si le bâtiment présente très peu d’apport interne en eau et/ou si l’installation travaille en « tout air » neuf (c’est à dire en climatisation « tout air » sans recyclage partiel de l’air extrait).

Cet arrêt peut aussi être décidé manuellement dès la fin des gelées diurnes (vers le début mars).

D’autres avantages à cette mesure

De plus, on se prémunit ainsi :

D’un dérèglement de la régulation : il arrive, rarement il est vrai, de rencontrer un caisson de traitement d’air où, en mi-saison, l’humidification est combattue par la déshumidification de la batterie de froid …!

Du fonctionnement sporadique de l’humidificateur (difficulté de régulation des humidificateurs de type « laveur d’air » en mi-saison, avec son cortège de développement bactérien si l’installation n’est pas automatiquement vidangée…

Comme toujours en URE, la mise en place d’une telle mesure doit être progressive : le réglage du seuil de température peut être abaissé progressivement, en étant attentif aux plaintes éventuelles.

À noter :

Il arrive que l’humidificateur tombe en panne … et qu’aucun occupant ne s’en rende compte… !
En quelque sorte, il s’agit là d’un réglage du seuil très, très bas… !

Adapter la consigne en fonction des températures réelles

Si la sonde d’humidité relative est placée dans la gaine de reprise, il est possible (sinon certain) que la température moyenne qui y règne est supérieure à la température de l’ambiance, ce qui va fausser la mesure et augmenter le taux d’humidité ambiant.

Mettons que la reprise (placée dans le faux plafond) aspire de l’air à 25°C alors que l’ambiance est à 22°C. Une consigne réglée sur 50 % HR, va générer en réalité une ambiance à 60 % HR. En effet, la sonde va régler l’humidificateur pour assurer 25°C et 50 % HR, ce qui correspond à l’humidité de 22°C et 60 % HR dans le diagramme de l’air humide…

Adapter la consigne en fonction des températures réelles

Il faut donc tenir compte de cette stratification des températures et diminuer la consigne à, par exemple, 34% HR pour avoir une ambiance à 40 % HR.

Adapter une consigne flottante

À défaut de couper l’humidification en fonction d’un seuil de température extérieure, si la régulation actuelle impose un niveau d’humidité fixe de 50 %, il est possible de diminuer la facture énergétique (liée à l’humidification mais aussi à la déshumidification) en laissant « flotter » le niveau de consigne entre 35 et 60 %, sans atténuation du confort dans les locaux.

Ce n’est que pour des cas particuliers bien spécifiques qu’une fourchette plus stricte est nécessaire

salle d’opération ou de réanimation en milieu hospitalier,
production industrielle (imprimerie, textile,…),
musées,
…

Pour plus d’informations, il sera utile de consulter l’amélioration du fonctionnement de l’humidificateur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionnement de la production d’eau chaude sanitaire en semi-accumulation

On trouvera ci-dessous le développement d’une méthode de calcul extraite du « guide au dimensionnement des appareils de production d’eau chaude sanitaire » publiée par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable. Le document source est disponible ici.

Calculs

Si les besoins sont continus et que l’installation peut être décrite par un profil de puisage critique.

Étape 1 : profil de puisage

Le calcul d’une installation d’ECS en semi-instantané ou semi-accumulation sera fondé sur la reconstitution des puisages possibles dans les conditions réputées les plus rigoureuses.

Établir le profil de puisage consiste à déterminer pour différentes journées caractéristiques de l’année, les besoins en eau chaude heure par heure.

Remarque : Si le découpage heure par heure du profil de puisage n’est pas représentatif de la situation réelle, par exemple si on assiste à des puisages courts et discontinus ou à de courtes pointes de puisage, un autre découpage doit être considéré, de 10 en 10 minutes, par exemple.

La méthode décrite ci-après permet de dimensionner l’appareil de production d’ECS pour satisfaire aux besoins de la pointe la plus importante de la journée. On prendra comme hypothèse que l’entièreté des stocks éventuels d’eau chaude de l’appareil soient reconstitués avant d’aborder la pointe de consommation suivante.

Dimensionné pour la pointe principale, l’appareil choisi pourra alors sans problème satisfaire les demandes de pointes moins critiques.

Étape 2 : profil de l’énergie puisée

L’eau chaude consommée peut se traduire en énergie puisée. Le profil de puisage d’eau chaude peut donc être transformé en un profil d’énergie puisée au moyen de la formule suivante :

E = 1,16 x V₆₀x (60° – 10°) / 1 000

avec,

E = énergie contenue dans l’eau chaude en kWh
V₆₀= volume puisé en litre ramené à 60°C
1,16 / 1 000 = facteur de conversion
10° = température de l’eau froide

Étape 3 : courbe des besoins consécutifs

a. Qu’est-ce que la courbe des besoins consécutifs ?

À partir du profil de puisage (exemple sur base d’un profil de puisage continu ne subissant pas de forte pointe pouvant donc être décrit heure par heure), on peut dessiner le graphe ci-dessous :

Puisages maximum consécutifs.

Ce schéma représente l’énergie maximum puisée en continu en 1 heure, 2 heures, 3 heures, … en considérant les conditions les plus critiques, quel que soit le moment de la journée et le jour de la semaine. Autrement dit, cela peut être le puisage le plus élevé demandé un jour de semaine à 8h00, suivi de la demande la plus forte enregistrée un samedi de 9h00 à 11h00, etc…

b. Comment établir la courbe des besoins consécutifs ?

Le traitement des données peut s’effectuer de la manière suivante :

À partir du profil d’énergie puisée heure par heure, on peut calculer un profil d’énergie puisée, de 2 heures en 2 heures, de 3 heures en 3 heures et ainsi de suite.

On répète la même opération pour chaque jour caractéristique (ex.- en semaine, les vendredi et samedi, le dimanche).

On peut alors dessiner la courbe des besoins consécutifs, on reporte sur un graphe énergie en fonction du temps, l’ensemble des puisages maximum consécutifs, tous types de journée confondus.

Le graphe ainsi obtenu représente donc l’énergie maximum puisée via l’eau chaude sanitaire en 1 heure, 2 heures, 3 heures, 4 heures, …

Il traduit donc les besoins les plus contraignants que l’on peut rencontrer.

Il suffit maintenant de choisir l’appareil de production d’ECS (volume de stockage et puissance de l’échangeur) capable de satisfaire ceux-ci.

Étape 4 : volume de stockage et puissance de l’échangeur

Le dimensionnement des appareils consiste à définir la puissance de l’échangeur (ou du générateur) et le volume de stockage nécessaire pour satisfaire la courbe des besoins consécutifs.

a. La puissance de l’échangeur

Reprenons la courbe des besoins consécutifs. Sur ce graphe, l’énergie fournie par le générateur ou l’échangeur de la production d’ECS en fonction du temps, est représentée par une droite, appelée droite de puissance.

Puisages maximum consécutifs.

Si l’échangeur fonctionne dès le début d’un puisage, cette droite partira de l’origine.

Traçons donc une droite de puissance, par exemple la droite 1. Celle-ci représentant l’énergie fournie par l’échangeur en fonction du temps, la puissance de l’échangeur est représentée par la pente de la droite :

Examinons sur le graphe, ce qu’il se passe après un temps h de puisage :

l’équivalent « énergie » de l’eau chaude consommée par les utilisateurs = E₅kWh,

l’énergie fournie par l’échangeur de puissance P = E₄kWh.

b. Le volume de stockage

L’énergie consommée étant supérieure à l’énergie fournie par l’échangeur, la différence E₅– E₄ doit être contenue dans l’eau chaude stockée.

L’énergie maximum qui doit être stockée dans l’eau chaude du ballon est donc représentée par la plus grande distance verticale entre la droite de puissance et la courbe des besoins consécutifs. C’est-à-dire, la distance verticale entre la parallèle à la droite de puissance tangente à la courbe des besoins (droite 2) et la droite de puissance elle-même (distance B – D). ce qui donne l’énergie : E₂ – E_l.

Le volume du ballon nécessaire est donc de :

en litres

où,

T_ec= température de stockage de l’eau chaude
10° = température de l’eau froide et donc température minimum que peut atteindre l’eau dans le ballon avant que l’inconfort n’apparaisse
a = coefficient d’efficacité du ballon

c. Comportement du système

En parcourant la courbe des besoins consécutifs, on peut résumer le fonctionnement de l’appareil de production d’ECS, comme suit :

de A à B : la puissance puisée est supérieure à la puissance fournie par l’échangeur, le stock d’eau chaude se vide;
en B : le stock d’eau chaude a atteint sa température minimum admissible;
de B à C : la puissance fournie par l’échangeur est supérieure à la puissance puisée. Le stock d’eau chaude se reconstitue partiellement;
en C : le stock d’eau chaude est entièrement reconstitué.

d. En résumé

On a donc déterminé une paire

Puissance de l’échangeur : P =

Volume de stockage : V =

pour satisfaire les besoins.

Remarque : comme dans le cas des préparations instantanées et en accumulation, la puissance sera majorée pour tenir compte des pertes de distribution et de stockage.

Celle-ci dépend évidemment de la droite de puissance choisie. En fait, il existe une infinité de possibilités en fonction de la puissance choisie.

Puisages maximum consécutifs.

On voit ici toute la plage de possibilités offertes lorsque le profil de consommation est considéré sur 24h.

Il convient donc d’explorer l’ensemble des combinaisons P – V possibles avant de faire son choix. On tracera pour cela, une courbe dite d’égale satisfaction des besoins.

Étape 5 : courbe d’égale satisfaction des besoins

Il existe d’autres combinaisons V – P (volume, puissance) permettant de satisfaire les besoins traduits par la courbe des besoins consécutifs.

Pour les déterminer, il suffit de répéter la méthode décrite ci-avant avec plusieurs droites de puissance (ex. – droite 1, 2, 3, … ).

Courbe d’égale satisfaction des besoins.

En calculant pour chacun des cas, la puissance de l’échangeur et le volume de stockage, on peut recomposer une courbe (P, V), représentant l’ensemble des combinaisons possibles : la courbe d’égale satisfaction des besoins.

Étape 6 : choix de la combinaison puissance-volume optimum

Le choix de la puissance et du volume à installer se fera suivant :

Le coût :
Le premier critère sera le coût de l’installation. On comparera le coût de plusieurs combinaisons (puissance, volume), en tenant compte dans une installation combinée (chauffage-ECS) de la surpuissance nécessaire pour la chaudière.

L’encombrement :
La disponibilité de place pour le matériel (le ballon) sera aussi déterminante dans le choix. Il faudra aussi tenir compte des possibilités d’acheminement et d’évacuation du matériel.

La compatibilité avec la puissance chauffage dans les installations combinées :
Dans la mesure du possible (en respectant les deux premiers critères ci-dessus), il faut essayer que la puissance de la production d’ECS soit la moins éloignée possible de la puissance chaudière – puissance de l’échangeur ECS > 30 % de la puissance chaudière. En effet, plus l’écart de puissance sera grand, plus les cycles de fonctionnement du brûleur seront courts pour assurer la production d’ECS, ce qui diminuera le rendement de production.

Posted By : 25 Sep, 2007

Réduire les déperditions thermiques de la gaine d’ascenseur

Réduire les déperditions thermiques de la gaine d'ascenseur

Création d’une zone « chaude »

Au départ, le volume de la gaine est exclu du volume protégé

Il arrive régulièrement que les gaines d’ascenseur et ses espaces annexes rompent la continuité du volume chauffé de l’immeuble par leur mise en communication thermique directe avec des locaux non chauffés ou l’extérieur.

En effet :

Au niveau du pied de gaine, l’isolation est réduite et en contact soit directement avec l’air extérieur ou soit avec des volumes non chauffés (garage, parking, cave, vide ventilé, …). À ce niveau il se crée une déperdition.
De par la présence de déperditions thermiques au niveau des portes palières, le volume chauffé échange sa chaleur avec la gaine d’ascenseur.
Vu la nécessité de ventiler la gaine pour fournir de l’air hygiénique, l’air chauffé du bâtiment passe à travers les interstices des portes palières et est extrait au sommet de la gaine via la salle des machines (si existante) vers l’extérieur.

Tout se passe comme si la gaine d’ascenseur était assimilée à une énorme cheminée.

Amélioration : inclure le volume de la gaine dans le volume protégé

Dans son étude, Suisse énergie constate que créer une zone « chaude » constitue une amélioration intéressante pour réduire les consommations énergétiques. Le fait d’isoler les parois du pied et du sommet de la gaine (ou du local des machines si existant) permet au volume de l’ascenseur d’intégrer le volume protégé et chauffé.
Un grand nombre de techniques d’isolation existe.

En pratique : isolation du pied de gaine d’ascenseur …

Isoler le pied de la gaine d’ascenseur réduit les ponts thermiques et, par conséquent, les déperditions thermiques. Cette modification est assez simple en ne demande que très peu d’investissement.

Source : Suisse énergie.

Améliorer

Pour en savoir plus sur les techniques d’amélioration de l’isolation des murs et des planchers.

Et isolation des cabanons de toiture

Pour intégrer le volume ascenseur dans le volume protégé, il faut isoler, dans la mesure du possible, les murs et la toiture du cabanon.

Améliorer

Pour en savoir plus sur les techniques d’amélioration de l’isolation des murs du cabanon.

Généralement, les toitures couvrant la salle des machines des ascenseurs sont des toitures plates.

Améliorer

Pour en savoir plus sur les techniques d’amélioration de l’isolation des toitures plates.

Créer une coupure thermique au niveau des sas intermédiaires

Régulièrement, dans les bâtiments tertiaires, les paliers d’ascenseur constituent des sas équipés de portes d’accès. En général, ces portes d’accès restent ouvertes au moyen de rétenteur de porte relié sur la détection incendie. Parfois même, les paliers d’ascenseur sont chauffés au moyen de radiateurs; il s’ensuit une déperdition calorifique non négligeable, surtout si la gaine d’ascenseur est à l’extérieur ou présente une grande surface de mur en contact avec l’air extérieur.

L’idée est de créer un sas non chauffé entre le volume protégé et le volume ascenseur et de fermer les portes. Dans ce cas, et pour autant que les portes soient étanches, la coupure thermique que constitue le sas entre le volume chauffé et la gaine limite les déperditions et les débits de fuite.

Les vannes des radiateurs doivent être fermées ou mises sur position antigel.

L’isolation complète du sas paraît difficile et coûteuse. C’est pour cette raison qu’en amélioration, il paraît plus aisé de malgré tout préférer la méthode de la zone chaude.

Contrôler le débit de ventilation de la gaine

Comme le montre une étude faite par Suisse énergie (mise en évidence des débits de ventilation dans les gaines d’ascenseur), le débit de ventilation d’une cage d’ascenseur de 12 [m] de haut d’un bâtiment de 4 étages, équipée de grilles de ventilation haute et basse de 1 225 [cm²] chacune, et dont les températures externes et internes étaient respectivement de 6 et 20 [°C], avoisinait les 600 [m³/h]; ce qui n’est pas négligeable. Toutefois, il est difficile d’évaluer les débits réels sachant que dans le projet :

l’orifice d’ouverture dans le pied de gaine d’ascenseur ne sera pas toujours prévu ;
les fuites au niveau des portes palières seront incontrôlables.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’estimation des débits de ventilation dans les gaines d’ascenseur.

Néanmoins, ces pertes peuvent être considérablement réduites en contrôlant le débit d’extraction naturelle au sommet de la gaine.

Pour ce faire, depuis septembre 2012, la législation belge (par l’Arrêté royal du 21 septembre 2012) reconnait une solution qui consiste à munir l’ouverture de ventilation de clapets motorisés gérés intelligemment. Ceux-ci s’ouvrent automatiquement en cas :

de besoin de ventilation (lorsque les occupants utilisent l’ascenseur) ;
d’incendie ;
de défaillance de la source d’énergie.

Ils sont généralement aussi asservis à un thermostat d’ambiance pour réguler la température dans la gaine (et ce, notamment, afin de garantir le bon fonctionnement des dispositifs de commande et de régulation des ascenseurs (à voir avec le constructeur au niveau des températures de commande)). Une ouverture manuelle doit de plus être prévue pour le service d’incendie.

Il faudra de plus tenir compte :

des prescriptions en matière d’incendie (clapet coupe-feu) ;
des risques de condensation par le placement d’un calorifugeage au niveau des volets ;
des contraintes d’étanchéité à l’air à garantir (clapet étanche à l’air en position fermée).

Posted By : 25 Sep, 2007

Remplacer le fluide frigorigène d’une installation existante [Climatisation]

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

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Traiter les bois attaqués par les insectes

Travaux à réaliser

Préparation

Le bois doit d’abord être dégagé pour le rendre accessible et contrôlable.

Tous les bois sont ensuite contrôlés.

Les galeries d’insectes sont dégagées en éliminant la couche superficielle du bois et la vermoulure.

Le bois est finalement dépoussiéré à l’aide d’un aspirateur.

Ces travaux de préparation ont pour buts :

de pouvoir évaluer la résistance mécanique des diverses pièces et décider de les remplacer si nécessaire,
d’éliminer les parties attaquées jusqu’à mettre à nu le bois encore sain,
de préparer le bois à recevoir le produit de traitement.

Traitement en profondeur

Le bois doit être traité en profondeur lorsque l’on constate une attaque de capricorne dans les poutres, les assemblages ou les pièces encastrées, ou une attaque importante de vrillette dans les assemblages ou les pièces encastrées.

En règle générale toutes les pièces de section supérieure à 64 cm², ayant subi une attaque par les insectes doit être traitée en profondeur.

Le traitement en profondeur se fait en forant des trous verticaux de 6 à 20 cm de profondeur, d’un diamètre de 9 à 16 mm, espacés de 25 à 30 cm.

On veille lors des forages à affaiblir le moins possible les pièces et on vérifie si leur stabilité reste assurée.

Après avoir éliminé les débris de bois, on effectue un nettoyage approfondi des pièces à traiter.

Ensuite, les trous de forage sont remplis à trois reprises avec le produit curatif, injecté au moyen d’un système approprié jusqu’à saturation.

Finalement, les trous de forage sont bouchés à l’aide de chevilles traitées.

Traitement de surface

La surface est aspergée avec le plus grand soin sur toutes les faces à l’aide de moyens mécaniques appropriés de façon à éviter la formation de brouillard.

La quantité minimale de produit à utiliser doit être de 300 ml au m² de surface de bois développée.

Attention

Même si aucune attaque ne s’est déjà produite, lors de la mise à nu du bois pour une transformation, ou lorsque des travaux, liés par exemple à une amélioration de l’isolation, vont cacher des ouvrages en bois, il faut impérativement en profiter pour le traiter de façon préventive.

Bois de remplacement

Tous les bois de remplacement seront traités dans une station agréée, travaillant sous contrôle permanent du l’UBAtc.

Un certificat officiel, établi suivant le modèle UBAtc, mentionnera :

le relevé des pièces traitées,
le mode opératoire utilisé,
le nom du produit de traitement, homologué par l’Association Belge pour la protection du bois.

Posted By : 25 Sep, 2007

Calcul d’un vase d’expansion à pression variable

Nous reprenons ici la méthode de dimensionnement des vases d’expansion fermé à pression variable. Pour les vases d’expansion à pression constante que l’on peut retrouver dans les très grosses installations, nous renvoyons le lecteur intéressé au rapport technique du CSTC (n°1 – 1992) ou au document « Méthode de calcul pour vases d’expansion dans des installations de chauffage et de refroidissement central » du SAPC de la régie des bâtiments.

Etape 1 : déterminer le volume de l’installation V_inst

Pour une nouvelle installation

La contenance en eau totale d’une nouvelle installation peut être calculée en sommant :

La contenance des conduits. Le calcul du réseau révèle la longueur totale des tubes par diamètre de conduite. Il faut donc multiplier cette longueur par la contenance en eau de chaque tronçon, en fonction des tableaux suivants :

Tuyaux en acier
Diamètre		Contenance en eau [l/m]
DN10	3/8″	0,1227
DN15	1/2″	0,2011
DN20	3/4″	0,3664
DN25	1″	0,5811
DN32	5/4″	1,0122
DN40	6/4″	1,3723
DN50	2″	2,3328
DN65	2 1/2″	3,8815
DN80	3″	5,3456
DN100	4″	9,0088
DN125	5″	13,6226
DN150	6″	19,9306
Tuyaux en cuivre
Diamètre		Contenance en eau [l/m]
de x s [mm]	di [m]	Contenance en eau [l/m]
12 x 1	0,010	0,079
14 x 1	0,012	0,113
15 x 1	0,013	0,133
16 x 1	0,014	0,154
18 x 1	0,016	0,201
20 x 1	0,018	0,254
22 x 1	0,020	0,314
28 x 1,5	0,025	0,491
34 x 1,5	0,031	0,755
42 x 1,5	0,039	1,195
Tuyaux synthétiques
Diamètre		Contenance en eau [l/m]
de x s [mm]	di [m]	Contenance en eau [l/m]
12 x 2	0,008	0,050
14 x 2	0,010	0,079
16 x 2	0,012	0,113
17 x 2	0,013	0,133
18 x 2	0,014	0,154
20 x 2	0,016	0,201

La contenance en eau des appareils : radiateurs, convecteurs, chaudières, aérothermes, … spécifiée dans la documentation technique des fabricants.

Pour une installation existante

Pour les installations existantes dont le réseau de conduites est inconnu, la contenance en eau totale peut être estimée sur base des ratios suivants :

Composants de l’installation	Contenance en eau [l/kW]
Chaudière en fonte	0,2 .. 1,5
Chaudière en acier	0,7 .. 4,5
Radiateurs à panneaux	2,5 .. 7
Radiateurs à éléments (acier)	8 .. 16
Radiateurs en fonte	5 .. 10
Radiateurs en aluminium	1 .. 6
Convecteurs	0,3 .. 2,5
Conduites (raccordement bitube)	1,5 .. 4
Conduites (raccordement monotube)	1 .. 2
Installation complète avec :
Radiateurs à panneaux (dim. en régime 90/70)	10
Radiateurs à éléments (acier) (dim. en régime 90/70)	14
Radiateurs en fonte (dim. en régime 90/70)	12,5
Convecteurs (dim. en régime 90/70)	6
Chauffage par le sol (pour T eau moyenne 40°C)	17

Exemple.

Une ancienne installation est équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière en fonte de 400 kW. Sa contenance en eau est estimée à :

Suivant l’estimation par composants

Contenance en eau de la chaudière :

400 [kW] x (0,2 .. 1,5) [l/kW] = 80 .. 600 [l]

Contenance en eau des radiateurs :

400 [kW] x (2,5 .. 7) [l/kW] = 1 000 .. 2 800 [l]

Contenance en eau des conduites :

400 [kW] x (1,5 .. 4) [l/kW] = 600 .. 1 600 [l]

Contenance en eau totale de l’installation :

de 80 [l] + 1 000 [l] + 600 [l] = 1 680 [l] à 600 [l] + 2 800 [l] + 1 600 [l] = 5 000 [l]

Suivant l’estimation globale

Contenance en eau totale de l’installation :

10 [l/kW] x 400 [kW] = 4 000 [l]

Etape 2 : calculer le volume d’expansion de l’eau V_exp

Le volume d’expansion est l’augmentation de volume de l’eau dû à son réchauffement. Pour calculer le vase d’expansion, on considère que l’eau est réchauffée de 10°C à 90°C.

V_exp= V_instx C_exp

où,

V_exp= le volume d’expansion de l’eau [l]
C_exp= coefficient d’expansion

Température de l’eau [°C]	C_exp
10	0
20	0,0014
30	0,0040
40	0,0075
50	0,0117
60	0,0167
70	0,0224
80	0,0286
90	0,0355

Exemple.

Une ancienne installation est équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière en fonte de 400 kW. Sa contenance en eau est estimée à 4 000 [l].

Le volume d’expansion de l’eau en passant de 10°C (eau de ville) à 90°C est de :

4 000 [l] x 0,0355 = 142 [l]

Etape 3 : calculer le volume d’eau net V_net

Le volume d’eau net est le volume d’eau dans le vase d’expansion en fonctionnement normal.

V_net= V_instx 0,01 + V_exp

où,

V_instx 0,01 est un volume de réserve qui a pour but de maintenir une quantité minimale d’eau dans le vase d’expansion lorsque l’installation est complètement refroidie (réserve de 1 %). Si cette réserve n’était pas prise en compte, l’installation risque d’entrer en dépression par rapport à son environnement chaque fois qu’elle se refroidit, ce qui favorise la pénétration d’air et la corrosion.

Exemple.

Le volume d’eau net du vase d’expansion est de :

V_net= 4 000 [l] x 0,01 + 142 [l] = 182 [l]

Etape 4 : calculer la pression de gonflage du vase P_gon

La pression de gonflage est la pression régnant dans le vase d’expansion qui ne contient pas encore d’eau, par exemple, avant qu’il ne soit raccordé à l’installation.

Règle générale

Elle doit être choisie pour que lorsque l’installation est entièrement refroidie, il règne encore une surpression de 0,5 bar au point le plus haut de l’installation. Pour une installation dont la température de l’eau ne dépasse pas 100°C, on prend donc comme pression de gonflage la pression qu’engendre la hauteur de l’installation à laquelle on rajoute 0,3 bar.

P_gon[bar] = (h [m] / 10) + 0,3 [bar],

avec un minimum à respecter de 0,5 bar.

Où,

h est la différence de hauteur [m] entre le vase d’expansion considéré comme étant au point le plus bas de l’installation et le point le plus haut de l’installation.

Exemple.

La distance h qui sépare le vase d’expansion du radiateur le plus haut est de 12 m.

Pression de gonflage du vase d’expansion :

P_gon [bar] = (12 [m] / 10) + 0,3 [bar] = 1,5 [bar]

Conditions particulières à vérifier

Les deux conditions qui suivent doivent en plus être vérifiées si :

dans une construction basse (la hauteur entre les points extrêmes de l’installation est réduite),
lorsque la hauteur et/ou la distance entre le vase d’expansion et le circulateur et/ou la chaudière sont grandes.

Pour éviter la cavitation des circulateurs

La cavitation est la formation de bulles de vapeur qui éclatent dans certaines zones de la roue d’un circulateur. Ce phénomène est source de bruit, réduit la hauteur manométrique du circulateur et l’endommage.

Il apparaît lorsqu’une dépression est entretenue à l’aspiration du circulateur.

Le facteur NPSH est spécifié par les fabricants de pompe, dans leur catalogue. C’est la pression minimale qu’il faut respecter à l’entrée de leur pompe pour éviter la cavitation.

La pression minimale au niveau du vase d’expansion ne peut descendre en dessous de :

P_gon[bar] > NPSH [bar] + (h_{XP [m] / 10)}+ Δp_XP [bar]

où,

NPSH = pression d’aspiration nette du circulateur précisée par le fabricant [bar] (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
h_XP= hauteur entre le point de raccordement du vase d’expansion et la pompe [m]

Δp_XP= perte de charge du tronçon de conduite reliant le circulateur au vase d’expansion, y compris la perte de charge de la chaudière si elle se trouve entre le circulateur et le vase d’expansion [bar]

Exemple.

Reprenons l’exemple précédent. La distance qui sépare le vase d’expansion du radiateur le plus haut est de 12 m. La hauteur qui sépare la pompe du vase d’expansion est de 1 m. La perte de charge de la conduite qui sépare le vase d’expansion du circulateur est de 0,4 kPa (100 Pa/m pour 4 m) ou 0,004 bar. Celle de la chaudière est de 0,002 bar.

Le fabricant de la pompe annonce un NPSH de 2 m de CE (ou 0,2 bar).

Pression de gonflage du vase d’expansion :

P_gon [bar] = 0,2 + (1 / 10) + 0,006 = 0,306 [bar]

C’est la valeur de 1,5 bar calculée dans l’exemple précédent qui sera choisie.

Pour éviter l’ébullition dans la chaudière

Une situation analogue se présente lorsque le fabricant d’une chaudière impose une pression minimale dans la chaudière pour éviter l’ébullition de l’eau qui sera source de bruit et de dégâts.

P_gon[bar] > P_chau[bar] + (h_{XC [m] / 10)}+ Δp_XC [bar]

où,

P_chau= pression minimale dans la chaudière imposée par le fabricant [bar] (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
h_XC= hauteur entre le point de raccordement du vase d’expansion et le point le plus haut de la chaudière [m] (cette pression est positive si le point de raccordement du vase est plus bas que le point haut de la chaudière et négative dans le cas inverse)
Δp_XC= perte de charge du tronçon le point de raccordement du vase d’expansion et le point haut de la chaudière (chaudière comprise) [bar]

Étape 5 : calculer la pression maximale admissible P_max

La pression maximale admissible « P_max » est la pression que l’on ne peut dépasser au niveau du vase d’expansion lorsque l’installation est réchauffée. Elle est atteinte à la pression d’ouverture de la soupape de sécurité de la chaudière « P_s« .
Si le vase d’expansion est proche de la chaudière « P_max » est presqu’égal à « P_s« .
L’écart est important si :

la différence de hauteur entre le vase d’expansion et la soupape de sécurité est grande,

la pompe est placée entre le vase d’expansion et la chaudière (la pression effective de la pompe doit être prise en compte).

P_max [bar] = P_s + (hXS / 10) – P_P

P_p = pression de la pompe (n’est prise en compte que si la pompe est entre le vase et la chaudière [bar]) (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
h_XS= hauteur entre le point de raccordement du vase d’expansion et la soupape de sécurité [m] (cette pression est positive si le point de raccordement du vase est plus bas que le point haut de la chaudière et négative dans le cas inverse).

Etape 6 : calculer la pression finale P_fin

C’est la pression que l’on ne peut dépasser dans l’installation en fonctionnement.

P_fin[bar] = P_max– 0,5

Exemple.

Si la soupape de sécurité est réglée à 3 bar et que le vase d’expansion est proche de la chaudière :

P_fin[bar] = 3 [bar] – 0,5 [bar] = 2,5 [bar]

Etape 7 : choisir le volume réel du vase d’expansion V_r

Le volume du vase d’expansion choisi doit être supérieur à :

V_r[l] > V_net[l] / F_p

où,

F_p est appelé facteur de pression. F_p= (P_fin[bar] – P_gon[bar]) / (P_fin[bar] + 1)

Exemple :

Le volume d’eau net du vase d’expansion est de :

V_net= 4 000 [l] x 0,01 + 142 [l] = 182 [l]

Si la soupape de sécurité est réglée à 3 bar et que le vase d’expansion est proche de la chaudière :

P_fin[bar] = 3 [bar] – 0,5 [bar] = 2,5 [bar]

La distance qui sépare le vase d’expansion du radiateur le plus haut est de 12 m :

P_gon[bar] = (12 [m] / 10) + 0,3 [bar] = 1,5 [bar]

V_r[l] > 182 [l] x (2,5 [bar] + 1) / (2,5 [bar] – 1,5 [bar])

V_r[l] > 637 [l]

On choisira un ou plusieurs vases d’expansion pour un volume total de 650 litres.

Etape 8 : Calculer la pression initiale P_ini

C’est la pression initiale à régler au manomètre, lorsque l’installation est froide.
Elle dépend du volume d’eau de réserve « V_res » réellement obtenu avec la vase d’expansion choisie :

V_res[l] = F_px V_r[l] – V_exp[l]

= (P_fin[bar] – P_gon[bar]) / (P_fin[bar] + 1) x V_r[l] – V_exp[l]

P_ini[bar] = (V_r[l] x (P_gon[bar] + 1) / (V_r[l] – V_res[l])) – 1

Exemple.

Une ancienne installation est équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière en fonte de 400 kW. Sa contenance en eau est estimée à 4 000 [l] et son volume d’expansion de l’eau est 142 [l], la pression finale maximale est de 2,5 [bar] et la pression de gonflage est de 1,5 [bar] et le volume du vase choisi est de 650 [l].

Le volume de réserve réellement obtenu avec ce vase est de :

V_res[l] = ((2,5 [bar] – 1,5 [bar]) x 650 [l] / (2,5 [bar] + 1)) – 142 [l] = 43,7 [l]

La pression initiale à régler au manomètre de l’installation (c’est-à-dire la pression relative) est donc de :

P_ini[bar] = (650 [l] x (1,5 [bar] + 1) / (650 [l] – 43,7 [l])) – 1 = 1,7 [bar]

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le ventilateur

Amélioration du rendement du ventilateur

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

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

Aubes arrières profilées.

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

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

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

Ces valeurs peuvent être obtenues par mesures.

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

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

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

Exemple.

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

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

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

L’économie réalisable s’élève donc à :

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

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

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

Mise en garde : comparaison des courbes caractéristiques

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

Voici ce que mentionnent les courbes caractéristiques :

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

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

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

D’où provient alors l’erreur ?

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

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

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

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

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

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

Il est possible :

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

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

Exemple.

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

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

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

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

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

Amélioration du rendement de la transmission

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

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

Vérification de l’alignement des poulies.

Vérification de la tension des courroies.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le modèle d’isolation d’un comble aménageable

Avant d’isoler

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

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

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

Diagramme décisionnel

Remarques concernant le diagramme

1. La finition intérieure à conserver :

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

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

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

3. Toiture Sarking ou par éléments autoportants :

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

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

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

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

Deux limite toutefois à cette solution :

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la distribution d’eau chaude sanitaire

Stopper la circulation la nuit et le week-end

La boucle de circulation est très consommatrice d’énergie puisqu’une température élevée y est maintenue en permanence. Interrompre cette circulation permet à l’eau de descendre de température et donc de diminuer les déperditions.

Quel est le gain lié à la coupure ?

Malgré qu’il faudra remettre la boucle en température au redémarrage de la circulation, on est toujours gagnant à l’interrompre. Simplement, le gain est d’autant plus grand que la période d’interruption est longue et que l’isolation des conduits est faible.

Une étude réalisée dans le cadre du programme Ravel (Suisse) montre qu’une boucle de circulation, bien isolée, qui serait interrompue seulement 8 heures par jour (33 % du temps) économiserait 19 % des pertes du réseau d’eau chaude sanitaire (diminution des pertes des tuyauteries et de la consommation du circulateur). Dans ce calcul, il a été tenu compte du réchauffage de l’eau refroidie et de la tuyauterie à la fin des 8 heures.

Si la coupure est plus longue (8 h par nuit + week-end, soit 52 % du temps), le bénéfice en est encore bien plus important : 45 % d’économies. Proportionnellement, l’impact du réchauffage diminue.

Attention au ballon de stockage électrique

Si le chauffage est programmé la nuit, il faudra réamorcer la circulation avant la fin de la période de nuit afin que le réchauffage soit réalisé à prix réduit.

Et la Légionelle ?

La légionelle se développe particulièrement bien entre 32 et 42°C. Un arrêt de la boucle de circulation entraînera forcément une température de l’eau assez tiède pendant plusieurs heures. Cependant, si la production d’eau chaude s’est réalisée à 60°C, les bactéries ont été détruites et ne vont pas spontanément se redévelopper. Et une remontée à 60°C aura lieu dès le redémarrage de la circulation.

Et une coupure permanente ?

On peut aussi parfois se demander si la circulation d’eau est vraiment nécessaire ? Un test sur le bâtiment existant (ou sur une partie de celui-ci) peut facilement être réalisé, après avoir éventuellement averti les utilisateurs de la prolongation du temps d’attente.

Une production décentralisée (gaz ou électrique) peut-elle être placée pour alimenter le dernier point de puisage et raccourcir la boucle ?

Mais cette fois, la question de la légionelle se pose sérieusement. Des bras morts plus longs seront présents. Donc un risque de stagnation de l’eau si l’usage est sporadique. Dans la nouvelle réglementation flamande, les bras morts ne pourront être de plus de 5 m et d’une contenance de 3 litres. Si l’arrêt définitif de la boucle est confirmé, il sera au minimum nécessaire de sectionner et vidanger la tuyauterie de retour pour éviter de laisser de l’eau stagnante dans cette partie de l’installation.

Isoler les tuyauteries

Isoler la boucle de circulation

Une isolation aussi performante que celle du ballon s’impose.

L’épaisseur d’isolation rentable de la boucle d’eau sanitaire dépend de son diamètre. Le tableau suivant traduit les exigences de la norme NBN D30-041 en tenant compte de la température de l’eau (fonction du mode de régulation), de la température ambiante et des épaisseurs d’isolant courantes sur le marché

–	Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]
Température de l’eau	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
DN	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
10	40	30
15	40	30
20	40	40
25	50	40
32	50	40
40	50	50
50	50	50
65	60	50
80	60	60

Dispositions particulières	Épaisseur d’isolant
Tuyaux pour les percements dans les planchers et les murs et pour les croisements.	La moitié des exigences ci-dessus
Tuyauteries dans la dalle entre locaux chauffés.	6 mm

Calculs

Le temps de retour de l’investissement est toujours très court : de l’ordre de 0,5 à 1,5 an.

Pour calculer la rentabilité de l’isolation de votre tuyauterie.

Astuce : un fabricant propose une circulation tube-contre-tube, ce qui permet l’exécution d’une seule coquille.

Isolation thermique.
Eau Chaude Aller.
Air.
Eau Chaude Retour.

On pense bien entendu aux tuyauteries traversant des locaux non chauffés (tout particulièrement les gaines techniques) mais également celles qui traversent des locaux chauffés puisque les pertes durant la mi-saison et l’été seront non négligeables. Si le local est climatisé, cette chaleur devra être éliminée en pure perte. Et si le local ne l’est pas, c’est une source de surchauffe supplémentaire par période de forte chaleur.

Dans les gaines techniques verticales, il est parfois impossible d’accéder aux tuyauteries. Pourrait-on alors imaginer d’arrêter la boucle de circulation à hauteur des caves, sans engendrer un inconfort trop important si l’on ne dépasse pas 2 ou 3 étages ?

Cette technique serait dangereuse en matière de propagation de la légionellose. En effet, on crée ainsi des « bras morts » sur le réseau où la température intermédiaire est favorable au développement de la bactérie. Ce n’est en tout cas pas admissible si ce sont des douches qui sont alimentées, puisque la contamination se fait essentiellement via la pulvérisation d’aérosols respirés par les poumons.

Isolation des vannes

Les vannes jouent également un rôle important et seront isolées en conséquence (en première approximation, on admet que les pertes d’une vanne à brides sont similaires à 1 mètre de tuyauterie du même diamètre).

Isoler les tuyauteries d’alimentation des points de puisage

Une isolation thermique des tuyauteries reste toujours utile :

Si les soutirages sont rapprochés, l’économie d’énergie sera très importante.

Si les soutirages sont plus espacés (hébergement), l’utilisateur pourra rapidement obtenir une eau « tiède », souvent jugée suffisante, mais l’économie liée à la pose de l’isolant sera plus faible.

Au minimum, l’isolation des distributeurs placés au dessus de l’accumulateur est nécessaire pour limiter les circulations internes dans les tuyauteries (une campagne de mesure a permis d’évaluer que le refroidissement par une tuyauterie horizontale non isolée greffée sur le ballon est vraiment non négligeable : l’eau refroidie redescend vers le ballon et une boucle convective se forme !).

Programmer le réchauffeur de boucle

L’isolation renforcée du réseau de distribution permet généralement d’arrêter le fonctionnement du réchauffeur de boucle qui peut être présent sur le retour de la boucle de circulation des ballons électriques.

Ceci permet de limiter le chauffage avec le courant de jour. Mais une perturbation de la stratification suite au retour de l’eau de circulation refroidie après la nuit, risque de se poser. Il est alors utile de programmer le réenclenchement de la circulation et du réchauffeur à la fin de la période de chauffage de nuit, pour bénéficier encore du tarif avantageux.

Une alternative peut également consister à augmenter quelque peu la température du ballon, en misant sur la faiblesse de la chute de température dans la boucle. Ou encore, d’abaisser la consigne du réchauffeur de boucle afin de juste maintenir la température minimale souhaitée.

Réduire la puissance de la pompe de circulation

Les boucles de circulation entraînées par des pompes surdimensionnées et non régulées sont des véritables « gaspilleurs d’énergie » ! Pour bien comprendre la logique d’une boucle de circulation, il faut penser au vieux truc des anciens pour éviter le gel d’une conduite en hiver : laisser passer un fin filet à la sortie du robinet ! De même, le débit de circulation d’eau compense les pertes de chaleur mais n’assure pas le débit d’eau d’alimentation d’un équipement.

En pratique, le circulateur de boucle est presque toujours surdimensionné. Lors du remplacement par un appareil de plus faible puissance, on posera un organe de régulation et un clapet antiretour.

Dimensionnement du circulateur de boucle

Le volume d’eau contenu dans l’installation n’entre pas en considération dans la détermination du débit horaire à mettre en circulation. Le débit d’eau chaude qui doit circuler doit compenser la somme des déperditions des tuyauteries du réseau aller, tenant compte d’une chute de température de l’eau acceptable (généralement 5 K) entre les points extrêmes de ce réseau, c’est-à-dire entre le départ du préparateur d’eau chaude sanitaire et le puisage le plus défavorisé.

Ce dimensionnement doit générer une vitesse maximum de l’eau de 0,5 m/s.

La pompe de circulation du type « sanitaire » devra être capable d’assurer le débit ainsi calculé avec une hauteur manométrique égale aux pertes de charge sur le réseau aller et retour, sans oublier celles dues aux vannes, clapets et autres accessoires présents sur l’installation et tout particulièrement aux mitigeurs thermostatiques qui peuvent présenter des pertes de charge importantes.

Posted By : 25 Sep, 2007

Bilan frigorifique d’une chambre froide

Bilan frigorifique d'une chambre froide

Le bilan frigorifique

Etablir un bilan frigorifique, c’est faire l’inventaire des quantités de chaleur à extraire de l’intérieur d’une chambre froide, pour maintenir constante la température à cœur des produits.

Les apports de chaleur se font par :

la conduction au travers des parois : Q1,
l’introduction de produits à température ambiante extérieure : Q2,
larespiration des fruits et légumes Q3,
le renouvellement d’air : Q4,
l’activité des travailleurs : Q5,
le système d’éclairage : Q6,
la ventilation mécanique : Q7.

Ces quantités de chaleur sont calculées sur 24 h.

Une autre base de temps correspondant à la « journée de travail » (Exemple : 8 heures, 10 heures, …) peut être considérée. C’est pendant cette période que les machines sont particulièrement sollicitées.
La puissance moyenne sur 24 h (ou sur une journée de travail) est la somme de ces apports de chaleur sur 24 h (ou sur la journée de travail) [kWh] divisée par 24 [h] (ou par le nombre d’heures de la journée de travail).

Mais la puissance moyenne n’est pas représentative de la puissance nécessaire au refroidissement lors d’un réapprovisionnement. La puissance nécessaire varie en fonction du temps et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants).

Ainsi, au début du processus de refroidissement, la puissance disponible n’est pas suffisante.

Il est très difficile de calculer la puissance réellement nécessaire car il s’agit d’un calcul dynamique. Le calcul statique est d’autant plus éloigné de la réalité qu’on travaille dans des régimes non stationnaires (par exemple : quand il y a beaucoup d’entrées de chaleur sous formes d’air, de marchandises, etc.).

On a donc coutume de majorer la puissance frigorifique moyenne par un coefficient de 24/20 (chambre froide négative) ou de 24/16 (chambre froide positive) pour se rapprocher de la puissance maximale réelle nécessaire.

Le coefficient de majoration de 24/20 ou 24/16 peut très bien être insuffisant dans certains cas. La descente de température des denrées n’est alors pas aussi rapide qu’on le croit.

C’est une des raisons pour lesquelles les aliments ne doivent pas être surgelés à l’intérieur de la chambre froide mais dans une cellule de congélation rapide.

La puissance frigorifique de l’évaporateur est donc la somme des différentes quantités de chaleur dont il est question ci-dessus divisée par 24 h majorée par un coefficient de 24/20 pour les chambres froides négatives et de 24/16 pour les chambres froides positives.

Remarquons que ce coefficient est aussi indicatif du nombre d’heure de fonctionnement quotidien du groupe compresseur : avec une base de temps de 24 h, le nombre d’heures de fonctionnement quotidien du groupe compresseur est d’environ 16 h pour une chambre froide positive et de 20 h pour une chambre froide négative.

Le coefficient de majoration permet donc à la machine de s’arrêter de temps en temps; ce qui est indispensable, notamment pour le dégivrage.

P = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q7 [kWh] / 16 (ou 20) [h],

Pour un bilan calculé sur 24 h.

Si on choisit une base de temps plus courte qu’une journée de 24 heures, une majoration de 24/16 (ou de 24/20) risque d’être exagérée.

Nous proposons les coefficients de majoration suivants :

Chambre froide positive : 50 % (1 – (24 h / 16 h)) x (nombre d’heures de la journée de travail / 24 h)
Exemple.

Pour une journée de travail de 14 h le coefficient de majoration est de 29 % (soit 4,06 heures d’arrêts cumulés),
Pour une journée de travail de 10 h le coefficient de majoration est de 21 % (soit 2,1 heures d’arrêts cumulés).

Chambre froide négative : 20 % (1 – (24 h / 20 h)) x (nombre d’heures de la journée de travail / 24 h).

Il reste à vérifier que les temps d’arrêts cumulés permettent les temps de dégivrages.

Remarque : Le calcul du bilan frigorifique est donc bien un calcul qui doit se faire de manière itérative : le bilan dépend du dégivrage mais le dégivrage dépend de la machine qui dépend du bilan …

Dans le cas de dégivrages, il est évident que le remplissage de l’évaporateur par de la glace va se passer surtout pendant la période d’utilisation intensive, puisque c’est à ce moment qu’on entre et sort souvent de la chambre.

Remarque : dans le cas de la courbe de puissance de l’exemple du graphique, il est clair qu’il faudrait avoir une machine à puissance variable pour éviter de trop fréquents arrêts (ON/OFF) en dehors de la période d’utilisation intensive.

De plus, pendant que la machine est à l’arrêt, l’évaporateur ne contrôle plus l’humidité relative de l’ambiance intérieure qui peut dériver en dehors des limites acceptables à ce sujet en fonction des marchandises entreposées.

Quantité de chaleur journalière passant par conduction au travers des paroi

Q1 = [Σ(S x k x δt)] x 24 h / 1 000

Où :

Q1 = quantité de chaleur journalière passant par conduction au travers des parois (kWh).
S = surfaces extérieures totales (parois verticales + plafond et sol) (m²).
k = coefficient de transmission thermique des parois en W/m².K.
δt = différence entre la température extérieure et la température de stockage (K). Si la température ambiante extérieure n’est pas connue, on considère une température de 25 °C.

Les produits (S x k x δt) concernent des parois qui ont des coefficients différents et/ou qui supportent des δt différents (parce que les parois de la chambre ne sont pas nécessairement toutes contre des ambiances aux mêmes températures partout).

Quantité de chaleur journalière par introduction de marchandises à température ambiante extérieure : Q2 ou Q2′

En froid positif

Q2 = P₁ x C_s x δt / 1 000

Où :

Q2 = quantité de chaleur par introduction de marchandises à température ambiante extérieure (en kWh).
P1 = poids des denrées lors d’une nouvelle livraison (kg).
Cs = chaleur spécifique des denrées (Wh/kgK).
δt = différence entre la température à l’arrivée des denrées et leur température de stockage (K).

Remarque.
Le calcul ci-dessus suppose que le refroidissement des denrées se fait sur 24 h (ou sur la durée de « la journée de travail » considérée).
Le gestionnaire peut, selon le type de denrées et les exigences d’hygiène à atteindre, demander une autre base de temps plus longue (ex.: le nombre de jours qui séparent deux livraisons) ou plus courte (quelques heures).

En froid négatif

Si l’on introduit des marchandises qui ne sont pas à température de la chambre froide négative,

Q2′ = [(P₁ x Cs x δt) + (P₁ x Cl) + (P₁ x Cs’ x δt’)] / 1 000

Où :

Q2′ = quantité de chaleur par introduction de marchandises à température ambiante extérieure (en kWh).
P1 = poids des denrées lors d’une nouvelle livraison (kg).
Cs = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des denrées (Wh/kgK).
Cl = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des denrées (passage à l’état solide) (Wh/kg).
Cs’ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des denrées (Wh/kgK).
δt = différence entre la température à l’arrivée des denrées et 0°C (K).
δt’ = différence entre 0°C et la température négative de stockage (- 18K).

Néanmoins, tout comme en liaison froide négative (où la température de plats entiers est abaissée jusqu’à -18°C), il est recommandé de ne pas dépasser un temps maximum pour la descente en température. Il ne s’agit pas d’une obligation, mais d’une bonne pratique de fabrication qui est recommandée si l’on veut refroidir des aliments en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément à l’arrêté royal relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.

Dès lors, la puissance nécessaire pour la chambre froide négative serait très importante. Ainsi, si les aliments arrivent non surgelés, il faut utiliser une cellule de refroidissement rapide pour descendre les aliments en température et ensuite les introduire dans la chambre froide.

Dès lors, on se contente de calculer la quantité de chaleur par introduction de marchandises congelées qui sont remontées en température de quelques degrés durant le transport et/ou la manutention.

On peut s’inspirer de l’art. 5 de l’A.R. du 5 décembre 1990 relatif aux produits surgelés qui indique, pour les produits surgelés à cœur (<18°C), d’une fluctuation autorisée vers le haut de 3°C max.

Dans ce cas,

Q2′ = (P₁ x Cs’ x δt’) / 1 000

Où :

Q2′ = quantité de chaleur par introduction de marchandises congelées légèrement remontées en température (en kWh).
Cs’ = chaleur spécifique des denrées en-dessous de 0°C (Wh/kgK).
δt’ = différence entre la température à l’arrivée des denrées et la température négative de stockage (- 18°C), soit max. 3°C.

Remarque.
Tout comme en froid positif, le calcul ci-dessus suppose que le refroidissement des denrées se fait sur 24 h (ou sur la durée de « la journée de travail » considérée). Le gestionnaire peut, selon le type de denrées et les exigences d’hygiène à atteindre, demander une autre base de temps.

(*) : « HACCP pour PME et artisans – Auteurs Catherine Quittet et Helen Nelis – Réalise par L’Unité de Technologie des IAA a la Faculté universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux, Le Laboratorium voor Levensmiddelentechnologie de la KU Leuven en collaboration avec l’Inspection générale des denrées alimentaires, l’Institut d’expertise vétérinaire, le service d’Inspection du Ministère de l’Agriculture Finance par le SSTC. » – pg. 45 : « produits surgelés à cœur (<18°C) : de brèves fluctuations vers le haut de 3°C maximum sont autorisées pendant le transport et pendant la distribution locale.

Quantité de chaleur journalière produite par la respiration des fruits et légumes : Q3

Les fruits et légumes sont des organismes vivants qui respirent. Ils dégagent donc de la chaleur. On considère une chaleur dégagée moyenne de 1,4 Wh/kg/24 heures.

Q3 = P x 1,4 / 1 000

Où :

Q3 = quantité de chaleur journalière produite par la respiration des fruits et légumes (kWh).
P = poids des denrées de la chambre froide (kg).

Quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air : Q4

Il s’agit de la chaleur provenant des entrées d’air par infiltration et par ouverture de la porte.

Q4 = V x Δh x φ x n / 1 000

Où :

Q4 = Quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air (kWh).
V = volume de la chambre froide (en m³).
Δh = différence d’enthalpie entre l’ambiance dans la chambre froide et l’ambiance extérieure (Wh/kg).
j= densité de l’air = 1,2 kg/m³.
n = nombre de renouvellements de l’air sur 24 h.

Pour les chambres froides munies d’un sas, on tient compte d’une température ambiante extérieure intermédiaire. Exemple : 10 °C.

Δh est déterminée par le diagrammes de Mollier. L’humidité relative de la chambre froide peut être considérée égale à 90 %. L’humidité relative de l’air extérieur dépend du projet (ex. : 50 %).

Les calculs de (Δh x φ) ont été réalisés pour certaines valeurs dans le tableau ci-dessous :

Δh x φ (Wh/m³)
Température intérieure (°C)	Température et humidité relative de l’air extérieur
Température intérieure (°C)	+ 5 °C / 80 %	+ 10 °C / 70 %	+ 25 °C / 60 %	+ 30 °C / 60 %	+ 38 °C / 60 %
+13			8,7	14	24,9
+10			10,8	16,3	27,3
+9			11,5	17	28,3
+8			12,2	17,7	28,8
+7			12,8	18,5	29,5
+6		1,6	13,5	19,2	30,4
+5		2,3	14,1	20	31,2
+4		3	14,8	20,6	31,6
+3		3,7	15,4	21,2	32,2
+2	1,4	4,3	16	21,7	32,9
+1	2,1	4,9	16,7	22,6	33,6
0	2,7	5,5	17,4	23,3	34,3
-1	3,3	6	18,1	23,8	34,9
-2	3,8	6,6	18,7	24,4	35,6
-15	10,8	13,6	26,3	32	44
-18	12	15,1	28	33,7	45,8
-20	13,4	16,2	29,2	34,9	47,2
-23	14,9	17,7	30,8	36,6	49,1
-25	16	18,7	32	37,7	50,2
-28	17,3	20,2	33,6	39,4	52,3
-30	18,3	21,3	35	40,6	53,5
-33	19,7	22,7	36,5	42,1	55,1
-35	20,7	23,8	37,8	43,3	56,3
-40	23	28,4	40,6	46,1	59,1

Le nombre de renouvellements de l’air sur 24 h est difficile à déterminer. Il dépend de l’appareil et de la fréquence d’ouverture des portes. Des fabricants ont établi des tableaux qui résultent d’analyses statistiques.

Nous avons regroupé ci-dessous les chiffres provenant de deux sources différentes; l’une est « Le Traité d’Ingénierie Hôtelière », l’autre est un fabricant. (La double source de ce tableau explique certains « sauts ». Néanmoins, les chiffres des deux sources sont très similaires).

n : nombre de renouvellement d’air en 24 h (/)
Volume intérieur (m³)	Chambre froide à température positive	Chambre froide à température négative
2	42	38
3	42	36
4	40	34
5	38	32
6	36	30
7	34	27
8	33	27
9	31	26
10	30	24
11	28	23
12	27	22
13	26	21
14	25	20
15	24	20
16	23	19
17	22	18
18	22	18
19	21	17
20	20	16
22	19	15
24	18	15
26	18	14
28	17	14
30	17	13
35	15	12
50	13
75	11
100	9
150	6,7
200	6
300	4,5
400	3,8
500	3,3
700	2,9
800	2,6
1 000	2,2
1 500	1,8
2 000	1,6
2 500	1,4
3 000	1,2

On peut également utiliser la formule suivante :

n = 70 / (V)^{1/2, pour les chambres positives}

n = 85 / (V)^{1/2, pour les chambres négatives}

Remarque importante.
La manière de calculer Q4 (la quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air) ci-dessus est indicative. Elle est basée sur des analyses statistiques pour le nombre de renouvellements de l’air sur 24 h et sur des valeurs forfaitaires d’humidité relative de l’air extérieur (selon la température).

Calcul

Pour accéder à un tableau Excel permettant (entre autres) de calculer la quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air correspondant mieux à votre situation !

Quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant dans la chambre froide : Q5

Q5 = q x t x n / 1 000

Où :

Q5 = quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant dans la chambre froide (kWh).
q = chaleur dégagée par personne et par heure (en Wh/h = W).
t = durée de la présence dans la chambre froide (h).
n = nombre de personnes dans la chambre froide.

Température de la chambre froide	Chaleur dégagée par personne et par heure : q (W)
Température de la chambre froide	Travail dur	Travail moyen	Travail léger
+10°C	372	244	186
+7°C	372	250	198
+4°C	372	256	209
+2°C	372	267	221
0°C	372	273	233
-7°C	384	314	279
-12°C	395	337	291
-18°C	407	372	326
-23°C	419	407	349

Quantité de chaleur journalière dégagée par l’éclairage : Q6

Le niveau d’éclairement moyen à atteindre dans les lieux de stockage est de 125 à 250 lux.
Les fabricants prévoient, en général, une puissance de 10 W/m².

Q6 = 10 x t x S / 1 000 (kWh)

Où :

Q6 = quantité de chaleur journalière dégagée par l’éclairage (kWh).
t = durée de la présence humaine dans la chambre froide (h).
S = surface intérieure de la chambre froide (m²).

Sans précision propre au projet, on peut évaluer la présence humaine journalière dans les chambres froides à 15 occupations de 1,5 minutes maximum, soit 22,5 minutes.

Quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l’évaporateur : Q7

On tient compte d’une puissance de 30 W/m² de chambre froide.

Q7 = 30 x S x 24 h / 1 000

Où :

Q7 = quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l’évaporateur (kWh).
S = surface intérieure de la chambre froide (m²).

On suppose que le moteur du ventilateur tourne en permanence. En effet, pendant la période de dégivrage, la quantité de chaleur dégagée par celui-ci est supposée être équivalente à la chaleur dégagée par le moteur de l’évaporateur.

Remarque.
Dans ce bilan thermique, le dégivrage est introduit d’une manière simpliste, en tenant compte que la chaleur du dégivrage équivaut à celle des ventilateurs, qui sont arrêtés.

Les puissances de dégivrage sont des puissances importantes qui doivent faire fondre le givre, faire monter la température du bloc métallique de l’évaporateur; et il y a encore le chauffage du bac de récolte et de la canalisation d’évacuation.

Le dégivrage est un élément relativement indépendant de la puissance de la machine, il dépend surtout de la fréquence des ouvertures de portes et de l’humidité perdue par les denrées entreposées.

Calcul

Pour accéder à un tableau excel permettant (entre autres) de calculer la quantité de chaleur journalière dégagée par dégivrage correspondant mieux à votre situation (pour autant que le dégivrage se fasse par résistance chauffante).

Autres quantités de chaleur

Selon la présence ou non de postes ci-dessous et de leur importance, il faut encore tenir compte des apports de chaleur suivants :

Le cordon chauffant de la porte

Sur une chambre négative, ce cordon empêche la formation de glace qui souderait les joints sur le dormant (avec le risque de déformer la porte).

Apport par la ventilation

Si la ventilation est nécessaire pour le travail en chambre froide (si les ouvertures de porte ne suffisent pas à fournir de l’air frais en suffisance), il faut prévoir la puissance nécessaire pour refroidir l’air à introduire dans la chambre (en première approximation : débit en kg/h x différence d’enthalpie en kJ/kg).

Apports par rayonnement

Dans des cas particuliers, les parois des chambres sont parfois exposées à des rayonnements calorifiques importants, provenant d’appareils à haute température dans leur environnement proche.

Apport en cas de mises en régime fréquentes

Si la chambre froide n’est pas gardée à température constante, il faudra tenir compte de l’énergie stockée dans les capacités thermiques des parois de la chambre.

Exemple : Calcul du bilan frigorifique d’une chambre froide de fruits et légumes d’un restaurant d’entreprise

Données

Un restaurant sert 500 repas par jour / 5 jours par semaine.

L’approvisionnement se fait 1 fois par semaine. Par sécurité, on prévoit une chambre froide qui permet de stocker 1 jour de plus.

La chambre froide doit assurer une température de max. 6°C.

On prévoit 400 g de fruits et légumes par repas.

Le coefficient de transmission thermique des parois est de 0,355W/m²K, celui du sol est de 1,74 W/m²K.

On considère une température ambiante extérieure de 25°C.

La base de temps est prise égale à 24 h. Il n’y a pas d’apport particulier par rayonnement ni de ventilation supplémentaire à prévoir.

On ne connaît pas l’utilisation exacte de la chambre froide (nombres d’ouvertures journalières, etc); les apports par renouvellement d’air ainsi que par dégivrage ont donc été calculés de manière forfaitaire. Un bilan plus précis devrait être calculé une fois ces paramètres connus.

Bilan frigorifique

Poids des fruits et légumes à stocker :
P = 6 jours x 0,4 kg x 500 personnes = 1 200 kg.

Les dimensions de la chambre sont estimées aux valeurs reprises dans le tableau ci-dessous :

	Dimensions intérieures	Dimensions extérieures*
Largeur	2,7 m	2,82 m
Profondeur	2,4 m	2,52 m
Hauteur	2,4 m	2,46 m
Surface	6,48	7,11
Volume	15,55	17,48

* : l’épaisseur des parois est de 6 cm.

Poids des fruits et légumes lors d’une nouvelle livraison : 5 jours x 0,4 kg x 500 personnes = 1 000 kg.

Quantité de chaleur passant par les parois : Q1

Q1 = [Σ(S x k x δt)] x 24 / 1 000

Avec surface parois + plafond : (2,82 x 2,46 x 2) + (2,52 x 2,46 x 2) + 7,11 = 33,38 m²

Q1 = [(33,38 x 0,355 x19) + (7,11 x 1,74 x 19)] x 24 / 1 000 = 11 kWh

Quantité de chaleur par introduction de marchandises à température ambiante extérieure : Q2

Q2 = P₁ x C_s x δt / 1 000

Q2 = 1 000 kg x 1,04 Wh/kgK x 19°C / 1 000 = 19,8 kWh

Quantité de chaleur produite par la respiration des fruits et légumes : Q3

Q3 = P x 1,4 / 1 000

Q3 = 1 200 x 1,4 / 1 000

Q3 = 1,7 kWh

Quantité de chaleur journalière par renouvellement d’air : Q4

Q4 = V x Δh x φ x n / 1 000

Q4 = 15,55 x 13,5 x 23,5 / 1 000 = 4,9 kWh

Quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant dans la chambre froide : Q5

Q5 = q x t x n / 1 000

On considère 22,5 minutes de présence d’une personne, soit 0,38 heures. Le travail est de type lourd.

Q5 = 372 x 0,38 x 1 / 1 000 = 0,141 kWh

Quantité de chaleur journalière dégagée par l’éclairage : Q6

Q6 = 10 x t x S / 1 000

on considère 22,5 minutes de présence d’une personne, soit 0,38 heures.

Q6 = 10 x 0,38 x 6,48 / 1 000 = 0,025 kWh

Quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l’évaporateur : Q7

Q7 = 30 x S x 24 h / 1 000

Q7 = 30 x 6,48 x 24 / 1000 = 4,7 kWh

La puissance frigorifique de l’évaporateur

P = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 +Q7 / 24

P = 11 + 19,8 + 1,7 + 4,9 +0,14 + 0,025 + 4,7 / 24

P = 1,76 kW

Posted By : 25 Sep, 2007

Plan d’action [Chauffage – nouvelle chaudière]

… ou vaut-il mieux investir dans le remplacement des chaudières ou dans une nouvelle régulation ?

Les améliorations obligatoires

Certaines situations peuvent être qualifiées d’inadmissibles : soit l’investissement à consentir est faible, et directement remboursé par les économies, soit les équipements sont performants mais leurs qualités ne sont pas exploitées correctement (mauvais réglage ou d’un défaut de raccordement).

Améliorer

Dans la première catégorie, on peut classer :

On retrouve dans la seconde catégorie :

Évaluer

la condensation correcte des chaudières du même nom, …

Si on ne peut tout faire … choisir l’amélioration adéquate

Ensuite, si le budget d’investissement est limité, se pose l’alternative suivante : vaut-il mieux investir dans l’amélioration, voire le remplacement des chaudières ou dans l’amélioration de la régulation ?

Un essai de réponse peut être donné au départ d’un exemple :

Exemple.

Une école est chauffée par une chaudière de 500 kW. Sa consommation est de l’ordre de 58 000 litres de fuel par an.

Le rendement saisonnier des chaudières est estimé à 76 % (situation des plus mauvaises).

La régulation globale de l’installation est défaillante, de sorte qu’en moyenne une surchauffe de 2°C est souvent constatée dans de nombreuses zones du bâtiment et aucune intermittence n’est appliquée au chauffage en période d’inoccupation (situation la plus mauvaise : chauffage durant les nuits et les week-ends) .

Comparons le gain réalisable grâce à chacune des améliorations prises séparément. Évidemment ces économies ne sont pas cumulables puisque si on améliore les chaudières, l’amélioration de la régulation aura moins d’impact.

Action	Gain			Investissement	Temps de retour
	[%]	[Litres fuel/an]	[€/an] (à 0,2116 [€/l])	[€]	[ans]
Remplacement du brûleur par un brûleur 2 allures avec clapet d’air fermant à l’arrêt et permettant un rendement de combustion de 89 % (au lieu de 84 %) (faisable uniquement si l’état mécanique de la chaudière le permet).	12	7 000	1 500	4 500	3
Remplacement de la chaudière par une chaudière traditionnelle haut rendement redimensionnée de 350 kW.	17	10 000	2 100	11 000	5,2
Remplacement de la régulation (remplacement de 4 vannes mélangeuses, placement d’un régulateur climatique gérant ces 4 circuits et intermittence par optimisation et placement de vannes thermostatiques sur 80 radiateurs)	30	17 000	3 600	8 000	2,2

En fait, le choix ne se limite pas à l’installation de chauffage. L’isolation de l’enveloppe entre également en balance. Celle-ci doit être pratiquée avant le remplacement de la chaudière. Il est en effet logique de diminuer les besoins énergétiques avant d’améliorer la façon dont on les satisfait. Cette opération est aussi plus rentable et permet de diminuer la puissance de la nouvelle chaudière.

On peut également dire que l’impact de la régulation peut être différent en fonction du type de bâtiment. Ainsi, pratiquer une coupure du chauffage dans un bâtiment à fort degré d’isolation et grande inertie n’apporte guère d’économie, ce ne sera pas le cas dans un bâtiment sans isolation et peu inerte.

Concevoir	Isoler une toiture plate.
Concevoir	Isoler une toiture inclinée.
Améliorer	Améliorer les chaudières.
Améliorer	Remplacer la ou les chaudières.
Améliorer	Améliorer la distribution.
Améliorer	Améliorer les corps de chauffe.
Améliorer	Améliorer la régulation.
Améliorer	Améliorer la maintenance.

Posted By : 25 Sep, 2007

Résoudre un problème de condensation

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Black_mold_in_a_building.JPG

Isoler les parois

Au mieux une paroi est isolée, au moins les déperditions thermiques au travers de celle-ci sont importantes. En hiver, la température de surface intérieure est de ce fait plus élevée. L’isolation des parois délimitant le volume protégé diminue le risque de condensation superficielle mais améliore également le confort et diminue les consommations en chauffage.

L’isolation des nœuds constructifs doit conçue afin d’éviter tout pont thermique responsable de point froid.

Cas particulier des vitrages

La surface vitrée, étant souvent la surface intérieure la plus froide du local, constitue un lieu privilégié à la formation de condensation superficielle. Or, la température de la face intérieure d’un vitrage isolant est nettement supérieure à celle d’un simple vitrage. La pose d’un tel vitrage permet donc de diminuer les risques de condensation.

Température d’un simple vitrage.

Température d’un double vitrage.

Température d’un double vitrage basse émissivité.

Remarque.
La condensation sur la face externe du vitrage est, par contre, signe d’une bonne isolation. Elle peut se produire le matin sur les vitrages « à haut rendement »‘ (ou « basse émissivité »‘). En effet, étant bien isolée de l’espace intérieur, la face extérieure du vitrage se refroidit fortement pendant la nuit. Au matin, un air chaud et humide (l’air se réchauffe plus vite que le vitrage) va provoquer de la condensation de surface sur celle-ci.

Il faut s’en accommoder…!

Remarque importante.
La présence d’un vitrage peu isolant contribue à l’équilibre hygrométrique d’un local : la condensation superficielle s’y forme plus rapidement que sur n’importe quelle autre paroi ou n’importe quel pont thermique présent dans le local.
Dans certains cas la pose d’un vitrage plus isolant perturbe cet équilibre et entraîne la formation de condensation sur d’autres surfaces du local où elle n’est pas souhaitable : sur les châssis, autour des baies, dans les angles des murs avec le plafond, …. entraînant champignons, moisissures, altération des finitions.
Avant la rénovation, on procède donc à une étude judicieuse des parois et des ponts thermiques du local : on vérifie qu’après changement des vitrages, ceux-ci restent la surface sur laquelle la température est la plus basse en hiver, autrement dit que le vitrage reste « le pont thermique le plus important du local ». Si ça n’est pas le cas, on vérifie que la combinaison des 3 autres paramètres (chauffage, production de vapeur, ventilation) empêche la condensation superficielle.

Évaluer

Pour évaluer si la combinaison des 4 paramètres influençant le risque de condensation superficielle va effectivement mener à de la condensation superficielle.

S’il y a condensation superficielle sur les vitrages mais qu’un remplacement des châssis n’est pas envisageable, la seule façon de limiter les dégâts est :

De pouvoir recueillir et évacuer l’eau condensée au moyen de gouttières de condensation, loin des parties de la construction non prévues pour être mouillées.
D’empêcher la pénétration de l’eau de condensation dans la feuillure à l’aide de mastic performant.
De traiter la surface des châssis en bois afin d’empêcher des infiltrations d’eau au sein du châssis par capillarité.

La condensation superficielle peut se former au sein même d’un double vitrage lorsqu’un défaut d’étanchéité permet à l’humidité de pénétrer entre les deux vitres. Dans ce cas, l’efficacité thermique des vitrages se trouve réduite et les risques de bris augmentent. On doit procéder au remplacement de ceux-ci.

Parfois, il suffit de supprimer un obstacle…

Parfois, la paroi est suffisamment isolée, mais un obstacle empêche l’air de circuler et peut même éventuellement agir comme isolant avec, comme conséquence, dans les deux cas, une diminution de la température de surface de la paroi intérieure.

C’est le cas, par exemple, lorsque des meubles sont placés le long d’un mur en contact avec l’extérieur, lorsque des rideaux sont tirés devant la fenêtre, lorsqu’un appui de fenêtre couvre le radiateur empêchant l’air de monter vers la fenêtre, lorsque la maçonnerie est épaisse et la fenêtre profondément encastrée, …

Dans ce cas, il suffit de supprimer l’obstacle : déplacer les meubles, rendre l’espace entre rideaux et fenêtre accessible au passage de l’air chaud de l’intérieur, prévoir des ouvertures dans l’appui de fenêtre de sorte que l’air chaud puisse atteindre la fenêtre, …. pour supprimer la condensation.

Chauffer les locaux

Le fait de chauffer les locaux engendre une augmentation de la température de surface des parois, ce qui réduit donc le risque de condensation des parois.

Chauffage

Si vous voulez en savoir plus sur le chauffage des locaux.

Le principal risque de condensation de longue durée sur une paroi froide n’apparaît pas en cas de températures extérieures très basses, mais lorsque celles-ci restent relativement élevées (surtout de 0 à 10°C) et qu’elles sont accompagnées d’une humidité relative éevée (pluie ou brouillard). Les périodes avec de telles températures extérieures sont fréquentes et on sera tenté de ne pas chauffer certains locaux ou de les chauffer très modérément.

Si certains locaux ne sont pas chauffés, il faut éviter que la vapeur d’eau produite dans les locaux occupés ne soit diffusée vers ces locaux en maintenant les portes fermées ou alors il faut ventiler.

Limiter la production de vapeur

Il n’est, en général pas possible d’éviter la production de vapeur provenant des occupants ou des plantes.

Par contre, une production de vapeur trop importante peut être évitée dans certains cas tels que ceux ci-dessous :

un grand aquarium sans recouvrement adéquat,
des étangs à l’intérieur,
des appareils à cycle de combustion ouvert sans évacuation vers l’extérieur (poêle au gaz ou au mazout, petit chauffe-eau mural, etc.),
l’usage intensif d’humidificateur.

Un taux trop important d’humidité peut également provenir des causes extérieures suivantes :

les infiltrations d’eau de pluie,
l’humidité ascensionnelle,
l’humidité de construction,
l’humidité accidentelle.

Ces causes extérieures considérées comme des anomalies doivent être supprimées avant d’envisager toute autre mesure pour éliminer les problèmes de condensation ou de moisissure.

Ventiler

Il est difficile de diminuer de manière significative la production de vapeur à l’intérieur d’un bâtiment. Par contre, afin que l’augmentation du taux d’humidité due à cette production de vapeur reste acceptable, celle-ci doit être compensée par une ventilation suffisante. L’air humide intérieur est ainsi remplacé par de l’air extérieur plus sec.

Cette ventilation consiste, d’une part, en une ventilation de base qui doit assurer la qualité de l’air en temps d’occupation normale (occupants, plantes, nettoyage, …) et d’autre part, en une ventilation intensive qui doit compenser une production spécifique de vapeur (ventilation dans les cuisines, dans la buanderie, dans les douches…).

Une ventilation correcte des bâtiments se fait par ventilation contrôlée.

Cela implique une amenée d’air extérieur dans certains locaux et une évacuation de l’air intérieur humide dans d’autres.

La ventilation de base des bâtiments doit répondre à la réglementation wallonne. Les débits de ventilation y sont, entre autres, définis.

La réglementation wallonne est d’application depuis le 1er décembre 1996.

Elle concerne les logements, les bâtiments d’hébergement (hôpitaux, homes, hôtels, internats, casernes, prisons, …), les bâtiments scolaires (y compris centre PMS) et les immeubles de bureaux (administration d’une entreprise, d’un service public, d’un commerce) ou les bâtiments qui, à la suite d’une modification de leur utilisation, sont affectés à l’une ou l’autre de ces destinations.

La ventilation peut se faire de manière naturelle ou mécanique.

Mais attention, le respect de la norme garantit simplement aux occupants qu’ils disposent de la possibilité de ventiler correctement…., ….reste à les utiliser correctement !

Concevoir	Pour en savoir plus sur l’installation de ventilation à choisir pour ventiler votre bâtiment (exemple d’un espace de bureau).
Concevoir	Pour en savoir plus sur l’installation de ventilation à choisir pour ventiler votre cuisine collective.

Supprimer un problème de condensation interne dans les châssis en bois pleins

La condensation interne ne concerne que les châssis en bois, elle n’est pas à craindre dans d’autres types de châssis (Aluminium, PVC, polyuréthane….).

Comment la limiter ?

Des précautions permettant de limiter les risques de condensation interne, peuvent être prises lors du traitement du bois.

La condensation de vapeur d’eau dans la masse du bois des menuiseries est évitée lorsque la résistance à la diffusion de vapeur de la finition intérieure est suffisamment grande par rapport à celle de la finition extérieure.

En effet, le bois étant perméable à la vapeur d’eau, celle-ci aura tendance à traverser le châssis de l’intérieur (zone à forte concentration en vapeur d’eau) vers l’extérieur (zone à faible concentration en vapeur d’eau).
Si une couche de finition extérieure peu perméable à la vapeur empêche celle-ci de sortir du châssis, celle-ci risque de rester piégée au sein du châssis.
C’est pourquoi on préfère limiter les risques d’infiltration et empêcher au maximum la vapeur de pénétrer dans le châssis par l’intérieur.

Ce principe est respecté :

Lorsque la finition intérieure est filmogène (peinture ou vernis) et la finition extérieure est non filmogène.
Si les finitions intérieures et extérieures sont toutes 2 des peintures, le nombre de couches intérieures doit être suffisant par rapport au nombre de couches extérieures.
Si ce n’est pas possible, il faut poser une peinture pare-vapeur du côté intérieur du châssis pour provoquer une chute de la pression de vapeur avant la diffusion dans le châssis.

L’erreur classique…

On décide de protéger ses châssis … On applique une peinture protectrice uniquement sur la face extérieure du châssis croyant ainsi protéger le bois contre les agressions extérieures ! en fait, on s’expose à de graves dangers de pourrissement du châssis. La vapeur venant de l’intérieur migre vers la face extérieure et est arrêtée par la présence de la couche de protection extérieure, piégeant ainsi la vapeur au sein du châssis avec le risque que celle-ci atteigne sa température de rosée et condense….

Si c’est trop tard…

Si le châssis s’avère trop abîmé, on le remplace.

En effet, la prolifération des moisissures engendrée par un excès d’humidité peut être à l’origine de graves problèmes de qualité de l’air et diminue l’efficacité énergétique des châssis.

Concevoir

Si vous voulez en savoir plus sur le choix des châssis.

Si seul l’ouvrant est endommagé, il est possible de remplacer uniquement ce dernier.

Améliorer

Si vous voulez en savoir plus sur le remplacement d’une partie d’un châssis.

Si seul une partie d’un cadre est endommagé et lorsqu’il est possible de les remplacer sans causer d’autres dommages (vitrage + calage), on peut remplacer seulement une partie du châssis (montant, traverse). Il convient d’utiliser du bois de durabilité suffisante.

Si les dégâts sont très ponctuels, des résines réparatoires à 2 composants peuvent être appliquées sur les zones moisies, afin d’en limiter la propagation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer la machine frigorifique [Froid alimentaire]

Les principes à suivre

Les projets d’amélioration peuvent poursuivre plusieurs objectifs :

réduire la consommation d’énergie,
limiter la pointe de puissance quart-horaire,
améliorer la maintenance de l’installation.

Objectif 1 : réduire la consommation d’énergie de l’installation frigorifique

Prenons l’exemple d’une installation où l’évaporateur refroidit la boucle d’eau glycolée alimentant les meubles frigorifiques de l’espace de vente d’un supermarché. Il est possible d’envisager 3 niveaux d’intervention :

les espaces à proximité des meubles frigorifiques;
la boucle d’eau glycolée;
les machines frigorifiques.

Voisinage des meubles : réduction des apports internes et externes

La mesure la plus évidente consiste à réduire les apports externes et internes, entraînant de facto la mise au repos du compresseur ou la réduction de la puissance frigorifique d’une centrale de froid par la réduction de la demande des évaporateurs au niveau des meubles frigorifiques, des ateliers et des chambres frigorifiques.

Apports externes : rayonnement direct solaire.

Apports internes : four, condenseur des meubles frigorifiques, …

Améliorer	Améliorer l’étanchéité des bâtiments.
Améliorer	Diminuer les charges internes.

Une mesure toute aussi évidente, mais peu respectée actuellement, est la fermeture des meubles frigorifiques ouverts afin de réduire l’impact direct des apports tant internes qu’externes.

Boucle d’eau glycolée : pertes de la distribution

La diminution des pertes en ligne du fluide réfrigérant ou du frigoporteur pour les installations importantes (supermarchés, hypermarchés) constitue un troisième axe de réflexion : isolation des conduites, augmentation de la température de la boucle secondaire sans mettre en puéril le respect des températures de la chaîne de froid. Sur ce dernier point, le respect des températures de conservation est primordial.

Isolation des conduites indispensable.

La machine frigorifique : travail du compresseur

Pour diminuer le travail du compresseur, et par conséquent améliorer le rendement volumétrique du compresseur, il faut diminuer le taux de compression, entre la pression d’évaporation (BP) et la pression de condensation (HP). Or la thermodynamique montre que ces pressions de fluide frigorigène ne correspondent pas toujours à des niveaux de température du fluide. Diminuer le travail du compresseur, c’est donc diminuer l’écart de température entre évaporateur et condenseur.

En pratique, on cherchera donc à augmenter la température à l’évaporateur (prévoir une consigne de température la plus haute possible) et à diminuer la température au condenseur (profiter d’un air refroidisseur à plus basse température).

Dans le cadre du froid alimentaire, l’augmentation de la température d’évaporation est sensiblement réduite dans le sens où elle est conditionnée par l’application de conservation des denrées.

Dans la pratique moderne, on tend à réduire au maximum des possibilités techniques des groupes de froid la température de condensation (ou pression de condensation).

3°C en plus à l’évaporateur, c’est 10 % de consommation en moins.

3°C en moins au condenseur, c’est 10 % de consommation en moins.

Rappelons aussi que le rendement volumétrique du compresseur peut s’exprimer par la relation : η_Volume = 1 – (0,05 x τ)

Diagramme log p,h (pression, enthapie) du fluide frigorigène R22.

Dans le graphique qui précède, le rendement volumique est de :

1 – (0,05 x 15/3) = 0,75

avec τ = HP / BP (ou P_k/P₀ selon le diagramme).

Limiter le fonctionnement du compresseur à charge réduite, car en dessous de 20 % de sa puissance nominale, le rendement de production de froid d’une machine frigorifique s’écroule :

par un fractionnement de la puissance installée;
par un entraînement à vitesse variable;
…

La machine frigorifique : désurchauffe

Il faut adapter la puissance à la demande. Il est également possible de préchauffer l’eau chaude sanitaire ou l’air de ventilation : ce sont les techniques pour récupérer la chaleur évacuée au condenseur.

Objectif 2 : réduire la pointe de courant électrique appelée par l’installation

Tous les tarifs électriques privilégient la consommation d’électricité nocturne. Or, dans les commerces, l’appel de puissance et la consommation électrique s’effectuent en journée lorsque les magasins sont ouverts. On peut donc se douter que la facture risque d’être salée.

Audit

Pour en savoir plus sur le tarif de la facture électrique.

Pour cette raison, une gestion de la charge par délestage ou par déplacement des périodes de fonctionnement doit être étudiée. Par exemple, l’étalement des périodes de dégivrages permet de réduire l’appel de puissance électrique après dégivrage.

Gérer	Pour en savoir plus sur le délestage.
Gérer	Pour en savoir plus le déplacement des périodes d’utilisation.

Objectif 3 : améliorer la maintenance de l’installation

L’amélioration de la régulation peut également avoir pour objectif de privilégier le bon fonctionnement du matériel, en diminuant ainsi le risque de panne et en améliorant la longévité du matériel. Contrôler la surchauffe, vérifier le sous-refroidissement, mesurer l’intensité électrique appelée, …

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

Vérifier la surpuissance éventuelle

Puissance spécifique utile des évaporateurs

Pour vérifier l’ordre de grandeur de la puissance installée, le ratio souvent rencontré en froid commercial est la puissance spécifique en Watts/mètre de linéaire [W/ml] de l’évaporateur. Rappelons que la puissance spécifique représente la puissance nécessaire à l’évaporateur du meuble frigorifique pour combattre les apports internes et externes par mètre de meubles frigorifiques alignés comme le montre la figure suivante.

Pour différents meubles frigorifiques, on peut établir une puissance spécifique qui peut être certifiée par des essais en laboratoire chez EUROVENT par exemple. Le dimensionnement des évaporateurs et des machines frigorifiques dépendent des bureaux d’étude et des constructeurs de meubles.

Normalement, les évaporateurs des meubles sont dimensionnés pour juste maintenir les denrées à la température requise pour la conservation sans fonction de refroidissement propre. La puissance des évaporateurs devrait juste être suffisante pour s’opposer aux agressions thermiques des apports externes et internes.

Les tableaux suivants montrent les valeurs des puissances spécifiques en fonction des types de meuble.

Meuble à application positive
Famille de meubles	Surface d’exposition [m²/ml]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Vitrine service par le personnel en convection naturelle	0,8	2 à 4	0,2 à 0,25
Vitrine service par le personnel en convection forcée	0,8	2 à 4	0,25 à 0,28
Comptoir horizontal self-service en convection	0,9	0 à 2	0,4 à 0,43
Meuble vertical self-service en convection forcée	1,3	4 à 6	1,2 à 1,3

Meuble à application négative
Famille de meubles	Type de rideau d’air	Surface d’exposition [m²/ml] ou [m²/porte]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Gondole self-service en convection forcée	horizontale, asymétrique, laminaire	0,8	-18 à -20	0,42 à 0,45
Vitrine service par le personnel en convection forcée	horizontal, asymétrique, laminaire	1,1	-23 à -25	0,63 à 0,67
Meuble vertical self-service en convection	verticale, à 3 flux parallèles, turbulents	1,1	-18 à -20	1,9 à 2,1
Meuble vertical self-service en convection forcée	portes vitrées, rideau d’air interne turbulent	0,84	-23 à -25	0,8 0,86

Puissance de la production : application positive

A travers différents exemples en froid positif, on tente de déterminer la puissance frigorifique de la production.

Exemple 1

Dans un hypermarché de 12 000 m² de surface de vente, des meubles frigorifiques à application positive forment 136 m de linéaires. Le tableau suivant montre la composition de la centrale qui alimente ces meubles..

Type de compresseur	Type de réfrigérant	Nombre de compresseurs	Capacité [kW]	Régime de température [°C]
Semi-hermétique	R404A	2	54	– 12,5 (évaporateur) / 45 (condenseur)
		2	64
		1	63
Total puissance			300

La plupart des meubles frigorifiques sont de type ouvert vertical en self-service. La puissance spécifique est de l’ordre de 1,2 à 1,3 kW voire 1,4 à 1,5 kW pour les comptoirs actuels.

Pour 136 m de meubles, la puissance totale qui risque d’être appelée dans des conditions de température et d’humidité internes de l’ordre de 25°C, 60 % (base EUROVENT) et pour une température de condensation externe de 45°C, est de :

P_évaporateur = 136 [m] x 1,4 [kW]

soit,

P_évaporateur = 190 [kW]

Pour une puissance frigorique nécessaire aux évaporateurs des meubles de 190 [kW], la puissance de la centrale est de l’ordre de 300 [kW]. Le coefficient de surdimensionnement est alors de :

Coefficient_{dimensionnement} = 300 [kW] / 190 [kW]

soit,

Coefficient_{dimensionnement} = 1,6

Exemple 2

Dans un magasin d’alimentation biologique, deux meubles frigorifiques à application positive (fruit et légume) forment 5 m de linéaires. Le tableau suivant montre la composition de la centrale qui alimente ces meubles..

Type de compresseur

Type de réfrigérant

Nombre de compresseurs

Capacité unitaire [kW]

Régime de température [°C]

Semi-hermétique

R404A

– 12,5 (évaporateur) /

45 (condenseur)

On a aussi affaire à des meubles frigorifiques du type ouvert vertical en self-service. La puissance spécifique est de l’ordre de 1,2 à 1,3 kW.

Pour 5 m de meubles, la puissance totale qui risque d’être appelée dans des conditions de température et d’humidité internes de l’ordre de 25°C, 60 % (base EUROVENT) et pour une température de condensation externe de 45°C, est de :

P_évaporateur = 5 [m] x 1,3 [kW]

soit,

P_évaporateur = 6,5 [kW]

Pour une puissance frigorique nécessaire aux évaporateurs des meubles de 6,5 [kW], la puissance de la centrale est de l’ordre de 12 [kW]. Le coefficient de surdimensionnement est alors de :

Coefficient_{dimensionnement} = 12 [kW] / 6,5 [kW]

soit,

Coefficient_{dimensionnement} = 1,84

Les exemples ci-dessus montrent que le coefficient de dimensionnement de la production de froid est de l’ordre de 1,6 fois la puissance frigorifique des évaporateurs des meubles. Cette valeur du coefficient permet de se situer au niveau de la surpuissance des installations. Cette surpuissance tient souvent compte de la nécessité de bénéficier de suffisamment de réserve en cas de panne d’un des compresseurs. En effet, les réglementations étant de plus en plus sévères en terme de respect des températures de conservation, les commerçants demandent en général, d’augmenter la redondance des compresseurs pour palier à toute défectuosité éventuelle. Cette manière de réagir est compréhensible dans le sens où le commerçant n’a pas envie de jeter sa marchandise pour cause de dépassement des températures fixées pendant un temps trop long.

En reprenant l’exemple 1, parmi les 300 [kW] de puissance de la centrale positive, si l’on considère qu’un des cinq compresseurs est redondant pour palier à toute défectuosité d’un des quatre autres, la puissance réelle nécessaire pour alimenter les meubles frigorifiques est de l’ordre de 250 [kW], soit un coefficient de surdimensionnement de 250 / 190 ou 1,3.

Certains constructeurs confirment que la puissance installée de la production frigorifique est majorée de 30 % par rapport à la puissance utile réelle nécessaire au niveau des évaporateurs des meubles.

Dans ce type d’installation, il est donc nécessaire, pour réduire les consommations énergétiques, d’adapter la puissance frigorifique du compresseur à la charge utile des meubles.

Puissance de la production : application négative

Exemple

Dans notre hypermarché de 12 000 m² de surface de vente, des meubles frigorifiques à application négative forment :

48 m de linéaires vitrés verticaux mixtes;
48 m de gondoles horizontales.

Le tableau suivant montre la composition de la centrale qui alimente ces meubles..

Type de compresseur	Type de réfrigérant	Nombre de compresseurs	Capacité unitaire [kW]	Régime de température [°C]
Semi-hermétique	R404A	3	17	– 37,5 (évaporateur) / 40 (condenseur)
Semi-hermétique	R404A	2	20	– 37,5 (évaporateur) / 40 (condenseur)
Total puissance			90

Les 48 m de gondoles horizontales ouvertes ont une puissance spécifique de 860 [W/ml], soit 41,3 [kW] de puissance aux évaporateurs ;
Les 48 m de linéaires vitrés ont une puissance spécifique de 450 [W/ml], soit 21,6 [kW] de puissance aux évaporateurs ;

Attention de la puissance de 90 [kW], il faut déduire de l’ordre de 30 [kW] nécessaire pour assurer l’alimentation des chambres froides (300 m³).

Pour une puissance frigorifique nécessaire aux évaporateurs des meubles de l’ordre de 60 [kW], la puissance de la centrale est de l’ordre de 60 [kW]. Le coefficient de surdimensionnement est alors de :

Coefficientdimensionnement = 60 [kW] / 60 [kW]

soit,

Coefficientdimensionnement = 1

La machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes…

Solution ?

Une diminution de 25 % de la puissance frigorifique du groupe ne réduit la puissance électrique absorbée que de 10 % en moyenne ! Il est donc préférable que le compresseur soit découpé en plusieurs niveaux de puissances (par exemple, via un découpage en plusieurs compresseurs).

De plus, l’enclenchement d’un grand groupe peut générer une pointe de puissance électrique importante.

Si l’idéal est la régulation par variation de vitesse du compresseur, la mise hors service de cylindres est une méthode assez répandue parmi les techniques de modulation de la puissance sur une installation existante.

En pratique une vanne magnétique est posée sur la tête de culasse, ce qui rend inopérant un des cylindres qui travaille dans le vide.

Avantage

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

Inconvénients

Ce réglage est énergétiquement moins favorable; les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 %, par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.

La variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance).

L’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

Mais toute intervention sur une installation existante doit avoir l’aval du constructeur (par exemple, un abaissement de vitesse peut modifier dangereusement le régime de lubrification).

Concevoir

Pour plus de détails, consultez le choix de la régulation de la machine frigorifique.

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds …

Principe

Le réglage par « injection » doit être qualifié de « pur anéantissement des gaz chauds d’énergie ». Dans ce cas, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, il provoque un échauffement du moteur. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système hors service dans les installations existantes.

Comparaison : imaginons une pompe qui vide un réservoir « bas » vers un réservoir « haut ». De peur du risque qu’elle se désamorce si elle n’a plus assez d’eau à pomper, on lui réinjecte de l’eau venant du réservoir « haut ». Ainsi, elle peut continuer à fonctionner sans problème !

L’injection de gaz chauds est rencontrée en climatisation sur des groupes avec un compresseur n’ayant pas de système interne de régulation de puissance, sur des petits « chillers » et des systèmes à détente directe (roof-top, par exemple) : c’est absolument à proscrire. Cette technique est présente sur le terrain puisque voici ce que nous a écrit un installateur frigoriste à ce sujet :

« Il est vrai qu’en terme de régulation le principe est évidemment à proscrire, mais il est très fréquent que nous utilisions l’injection de gaz chauds lorsque nous intervenons chez des clients qui ont très peu soin de leur installation : batteries ou filtres d’évaporateurs pas nettoyés. Ceci afin d’éviter la formation de givre important sur les batteries,… et les problèmes d’écoulement qui s’en suivent. Nous utilisons également l’injection de gaz chauds lorsque nous installons une unité extérieure sur deux unités intérieures et que nous n’avons pas affaire à des compresseurs inverter ou à deux compresseurs dans l’unité extérieure. Ces réalités sont très fréquentes, car le coût d’installation est un critère de choix pour le client final. Nous le mettons toutefois en garde du très mauvais rendement énergétique lorsque seule une unité intérieure sur les deux est utilisée. En prévoyant l’injection de gaz chaud sur ce type d’installation, nous savons que, heureusement, dans la majeure partie du temps d’utilisation de la climatisation, les deux unités intérieures sont utilisées en même temps (chaque circuit d’unité intérieure est muni d’une vanne magnétique). »

Quels sont les indices de l’existence d’une telle régulation ? On aura des soupçons si l’on constate que le compresseur ne s’arrête pratiquement jamais. Et on vérifiera alors s’il y a présence eacute;quipements raccordant la haute pression (sortie compresseur) et la ligne d’aspiration (entrée évaporateur). Ensuite, on appelle le frigoriste !

Alternatives

Il faut absolument la remplacer, idéalement par la vraie solution actuelle, la variation de vitesse du compresseur (INVERTER). L’investissement est plus élevé bien sûr, mais l’économie d’énergie résultante permet d’amortir facilement l’investissement.

Une modulation de puissance par l’usage de solénoïdes pour délester certains cylindres permet des économies substantielles (consulter un frigoriste).

À défaut, prévoir 2 à 3 plus petites machines en centrale.

Augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur …

Si le compresseur déclenche régulièrement par période de fortes chaleurs, c’est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à trop haut niveau de pression.

On étudiera également si ce n’est pas le condenseur qui est sous-dimensionné par rapport au compresseur : une augmentation de surface de condensation améliorera le rendement toute l’année.

Une supervision par régulation numérique

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années.

Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences, mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.

Il s’agit en fait une gestion globale du système qui vient se superposer à celle des équipements frigorifiques.

La régulation d’ensemble en sera fortement améliorée :

possibilité de modifier les points de consignes, les horaires de fonctionnement, …. à distance,
création d’alarme avant que les conséquences ne soient perçues de l’occupant,
possibilité de réaliser un délestage du groupe au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment,
visualisation meilleure du fonctionnement par mesure des pressions et des températures tout au long du cycle (via l’historique enregistré),
estimation des performances, de l’énergie consommée, …

Exemples.

Chez Delhaize, on met en place un délesteur de charge sur les groupes frigorifiques de telle sorte que ceux-ci ne s’enclenchent pas simultanément au démarrage des fours à pain, lorsque le bâtiment est en période de pointe électrique. L’inertie des équipements frigorifiques est telle que l’arrêt de quelques minutes ne pose pas de difficulté majeure. Et l’économie tarifaire est appréciable !

Certains régulateurs peuvent abaisser la température de consigne durant les 2 dernières heures de nuit. Les produits stockés « emmagasinent » du froid, ce qui permet de retarder l’enclenchement au tarif de jour. À noter que ce système augmente légèrement la consommation d’énergie, mais permet des économies financières.

Améliorer le fonctionnement du condenseur

Principe de base : abaisser la température de condensation

Abaisser la température de l’air extérieur

Éviter la recirculation de l’air aspiré

Si le condenseur est situé trop près d’une paroi, l’air expulsé par le ventilateur centrifuge risque d’être rebouclé vers l’aspiration : de l’air chaud se mélange à l’air froid, la température de l’air d’aspiration augmente, … de même que la température de condensation.

Favoriser l’échange de chaleur

Valeur test

Pour un condenseur à eau, si l’écart entre T° condensation et la T°eau sortie condenseur > 6 à 10 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si le dT° dépasse 15 K, il faut envisager l’extension de la surface du condenseur.

Pour un condenseur à air, l’écart entre la température de condensation et la température de l’air à l’entrée doit être de l’ordre de 15 à 20 K à pleine charge.

A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Remarque : pour connaître la température de condensation, lire la haute pression, et se référer tableau de correspondance température/pression du fluide frigorigène (Exemple pour le R22, R134a et R407c).

On favorise donc l’échange de chaleur au condenseur par :

un nettoyage régulier des ailettes (condenseurs à air), tout particulièrement à l’automne, avec la chute des feuilles. Nettoyage à l’air comprimé (si l’épaisseur des ailettes est inférieure à 0,15mm), ou à l’eau à faible pression si présence de boues (attention à la fragilité des ailettes, diriger le jet bien perpendiculairement au condenseur).

un détartrage régulier des conduites (condenseurs à eau).

Améliorer

Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Modifier la régulation du condenseur

Nous devrions avoir des excellents rendements dans nos régions où les canicules sont rares ! La température de condensation devrait être de l’ordre 24 à 32°C. Dans ce cas, lorsque la température de l’air extérieur diminue, la capacité de refroidissement du condenseur augmente.
En théorie, c’est tout bénéfice pour le compresseur qui a moins de mal à travailler ! Et pourtant …

Problème avec les détendeurs thermostatiques

Avec un détendeur thermostatique, il est donc nécessaire de maintenir une Haute Pression suffisamment élevée. Dès lors, le constructeur impose une pression minimale, côté HP, à la sortie du condenseur.
Ce problème est renforcé en hiver… Si l’air est à 0°C, la surface d’échange devient excessive. De plus, on n’aura plus besoin de la pleine puissance frigorifique. De sorte que le condenseur sera largement surdimensionné pendant les périodes froides. S’il fait plus froid dehors, le constructeur va diminuer le débit d’air de refroidissement (en arrêtant l’un ou l’autre ventilateur, par exemple), mais il va maintenir le niveau de pression ! en fait, la régulation des ventilateurs sera réalisée sur base du pressostat HP.

Il y a économie sur le ventilateur… mais pas sur le compresseur !

Première amélioration : travailler avec un ventilateur à vitesse variable ou une cascade de ventilateurs

Condenseur : 4 ventilateurs sur 10 à vitesse régulée électroniquement ( Delhaize).

Supposons que le ventilateur du condenseur fonctionne en tout ou rien, avec l’exigence constructeur de maintenir les 12 bars minimum. Par exemple, il s’enclenche lorsque la pression monte à 16 bars et déclenche lorsque la pression descend à 12 bars. Ceci entraîne des cycles on-off « rapides » (+/- 2 min.) et une « fatigue » du moteur. En plus, la mise en route brutale du ventilateur provoquera une chute soudaine de la pression et de la température de condensation. Ceci provoque à son tour une ré-évaporation du liquide resté à la même température. Les bulles de vapeur provoquées par ce phénomène peuvent perturber le bon fonctionnement du détendeur et donc de l’installation (« flash gaz »).

Remarque : installer la vitesse variable sur les ventilateurs existants peut demander le remplacement du moteur du ventilateur.

Cas particulier

Comme le condenseur est entièrement à l’extérieur, par très basse température, c’est toute la masse métallique qui est à 0°C, et même, clapets complètement fermés, le réfrigérant se condense à trop faible pression. Il faut dans ce cas rendre inopérants un certain nombre de tubes.

Pour les rendre inopérants, il suffit de remplir d’office certains tubes avec du réfrigérant liquide. Ce réfrigérant liquide sera sous-refroidi, mais la surface d’échange utile du condenseur ayant fortement diminué, il ne pourra en condenser trop. Ce remplissage est obtenu par une vanne à 3 voies fonctionnant automatiquement et branchée sur un réservoir auxiliaire de réfrigérant.

Comme il faut une certaine quantité de liquide pour remplir ces tubes, il y a lieu de prévoir un réservoir et une quantité de réfrigérant suffisamment grande.

Deuxième amélioration : travailler avec un détendeur électronique

Détendeur électronique.

Il est plus cher à l’investissement, mais ce prix est largement récupéré par l’usage de l’installation. Certains constructeurs annonce des temps de retour simple de l’ordre de 2,5 ans.

De plus, la présence d’un détendeur numérique permet d’optimiser la température de condensation en fonction de la charge du compresseur.

Exemple.

Voici la séquence prévue par un constructeur de régulation :

A 100 % de puissance, l’écart « température de condensation – fluide de refroidissement » est choisi à 12 K.

A 0 % de puissance, l’écart est de 4 K :

la consommation du compresseur est diminuée par la baisse de pression de condensation et le ventilateur adaptera sa vitesse de rotation pour maintenir cette consigne. L’écart n’est pas de 0 K, car les ventilateurs tourneraient tout le temps.

Exemple

si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 25 %, la Tdeg;condensation = 36°C

si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 50 %, la T°condensation = 38°C

si la T°ext = 20°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 26°C

si la T°ext = 10°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = … 20°C car c’est la valeur minimale de condensation

Remarque.
Adopter une température minimale de condensation de 20°C suppose que le sous-refroidissement soit suffisamment élevé. A défaut, la moindre perte de charge sur le tracé va provoquer une vaporisation dans le condenseur (« flash-gaz »). C’est parfois un problème rencontré lorsqu’il faut remonter plusieurs mètres avec la tuyauterie.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Placer un compteur horaire sur l’installation en prévision de son remplacement futur !

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

Un remboursement de la différence peut être prévu comme pénalité en cas de non-respect.

Récupérer l’eau de pluie et des condensats

Principe d’amélioration

Sur le principe des condenseurs évaporatifs, il serait intéressant d’étudier la récupération possible des condensats issus du dégivrage des meubles frigorifiques pour les vaporiser au niveau du condenseur à air.

Condenseur évaporatif : principe.

Un « truc » vieux comme le monde qu’utilisent tous les frigoristes est l’aspersion des batteries des condenseurs avec de l’eau du réseau afin de diminuer la température de condensation en période caniculaire.

Système D pour abaisser la température de condensation.

Ce procédé a toujours fait sourire les puristes sachant que ce genre de technique de refroidissement :

coûte cher. En effet, l’eau utilisée est de l’eau de « ville ». Considérant qu’un litre peut coûter jusqu’à; 2,5 €/m³; (et ce n’est qu’un début), le refroidissement des condenseurs peut s’avérer prohibitif à moyen terme;

risque d’endommager les ailettes du condenseur vu que l’eau de ville est entartrante. 1 mm d’épaisseur de dépôt de tartre sur les ailettes des condenseurs réduit la puissance des condenseurs de l’ordre de 10 à 20 % (source Baltimore).

L’eau qui serait récupérée à partir des condensats est semblable à de l’eau de pluie qui, dans notre beau pays, tombe déjà souvent sur le condenseur. Cette eau n’est pas incrustante et donc intéressante, moyennant filtration à vaporiser sous les condenseurs lorsque c’est nécessaire.

Refroidissement adiabatique de l’air.

L’évaporation de l’eau nécessite un changement d’état, et donc une quantité de chaleur appelée « chaleur de vaporisation ». Cette énergie est prise sur l’air, … qui se refroidit en s’humidifiant.

Globalement, dans le système « eau + air », rien ne se perd, rien ne se crée. L’énergie totale est conservée : l’énergie de l’air « sec et chaud » est égale à l’énergie de l’air « froid et humide ». On dit que la transformation est « isenthalpique » ou encore « adiabatique« .

Sur le diagramme de l’air humide, l’évolution de l’air suit une isenthalpie. Au maximum, l’air peut atteindre la saturation.

Évaluation de l’amélioration

Un litre d’eau évaporée évacue 2 500 kJ de chaleur.

Pour obtenir le même effet avec le refroidissement de l’eau, on devrait refroidir 60 litres d’eau de 10°C… (sur base d’une capacité calorifique de l’eau de 4,18 [kJ/kg.K]).

Dans le cas qui nous intéresse, si de l’eau de condensats est vaporisée au niveau du condenseur sur de l’air extérieur à 30°C , 40 % HR, la température humide est de 20°C 100 % HR (déplacement isenthalpique sur le diagramme de l’air humide). En réalité la température de l’air n’atteint pas cette valeur; elle sera de l’ordre de 5 °C en-dessous de la température de l’air extérieur de 30°C

Comparons les systèmes en fixant des valeurs moyennes : une température d’air de 30°C 40 % HR, une réduction de la température d’entrée par refroidissement adiabatique de 5°C, un pincement des échangeurs de 6°C :

–	–	–	Entrée condenseur	Sortie condenseur	T°condens. fluide frigorifique
Condenseur à air	normal	T° air sec = 30°	T° air = 30°	T° air = 37°	43°
Condenseur à air	avec évaporation d’eau	T° air sec = 30°	T° air = 25°	T° air = 32°	38°

Cette approche simplifiée situe l’ordre de grandeur de la température de condensation, et donc l’impact sur la consommation du compresseur. En effet, si l’on prend un cycle de machine frigorifique, on se rend compte que l’abaissement de température de 5°C peut réduire les consommations du compresseur de l’ordre de 10 %.

Débits d’eau nécessaires

Les débits d’eau nécessaires pour refroidir les condenseurs peuvent être importants. L’exemple suivant nous donne une idée des débits d’eau rencontrés lorsque l’on veut pré-refroidir l’air à l’entrée du condenseur afin de faire chuter la température de condensation.

Exemple.

Sur le même principe que le système D souvent utilisé par les frigoristes, un fabricant a mis au point un condenseur adiabatique, à savoir que la température de l’air à l’entrée du condenseur est abaissée par refroidissement adiabatique par l’humidification d’un matelas au travers duquel l’air de refroidissement du condenseur passe.

Condenseur adiabatique (source : Balticare).

Pour une puissance de condensation de l’ordre de 300 kW, ce qui correspond à la puissance utile de condensation pour un supermarché de 2000 m² (150 m de meubles frigorifiques linéaires), de 10 à 40 l/min ou de 600 à 2 400 l/h d’eau sont nécessaires afin d’abaisser la température de l’air d’entrée de 6 à 8°C.

Si l’on considère que 150 m de meubles condensent 150 l/h, le débit d’eau récupéré n’est pas suffisant.

Récupération des condensats des meubles frigorifiques, des chambres froides, …

La quantité de condensats issue du dégivrage des meubles frigorifiques et des chambres de refroidissement peut être importante.

Calculs

Pour en savoir plus la quantité de condensats piégée dans les meubles frigorifiques ouverts.

Cette quantité est évaluée par le calcul à une valeur de 0,65 litre/mètre linéaire de meuble frigorifique ouvert. Cette valeur dans la pratique est plus importante (source des constructeurs) et peut atteindre de l’ordre de 1 litre /ml voire plus pour les congélateurs ouverts (gondole par exemple).

À l’heure actuelle, les condensats sont envoyés directement à l’égout. Pourtant la teneur en énergie de refroidissement est relativement importante puisqu’on dispose d’une eau à une température un peu supérieure à 0°C. Cette eau pourrait très bien être utilisée pour refroidir le condenseur lorsque les températures extérieures dépassent les 24°C par exemple.

Récupération de l’eau de pluie

L’utilisation de l’eau de pluie peut se révéler intéressante vu, qu’en général, les supermarchés disposent de surface de toiture importante. En effet, pour un supermarché de 2 000 m² de surface de vente, on peut arriver à des surfaces de toiture de l’ordre de 3 000 m² comprenant les locaux sociaux, les réserves, les ateliers, …

Exemple.

En Belgique, les précipitations atteignent en moyenne 60 mm d’eau/m².mois. Ce qui veut dire qu’une surface de 3 000 m²; est capable de capter en moyenne de l’ordre de :

volume d’eau horaire = 3 000 [m² x 0.06 [m³/m².mois] / (24 [heures] x 30 [jours]);

volume d’eau horaire = 150 litres

Toiture de supermarché (source : Delhaize).

C’est un calcul théorique; ce qui implique que, par moment, les précipitations peuvent être très importantes et par d’autres nulles.

Si l’on veut en amélioration pouvoir profiter d’un refroidissement adiabatique avec de l’eau de pluie il est nécessaire d’accumuler l’eau dans une citerne.

En amélioration, pour autant qu’il y ait de la place disponible, ce système pourrait être couplé avec la récupération d’eau de pluie pour les chasses de WC du personnel; à approfondir.

Posted By : 25 Sep, 2007

Limiter les apports solaires [Froid alimentaire]

Limiter les apports solaires

Les vitrages

Source : bioshanti.

Source : Mutsaart (Delhaize).

Dans les commerces « non-food », un apport solaire au travers des vitrages constitue vite un inconfort thermique sachant qu’en général les apports internes tel que l’éclairage, les caisses, les occupants, … sont importants.
Dans les commerces où le froid alimentaire prend une place prépondérante, le problème se complexifie dans le sens où les apports solaires au travers d’un vitrage est une source :

d’inconfort thermique pour la clientèle et le personnel dans les zones où les apports internes sont importants ;
d’augmentation des besoins en froid des meubles frigorifiques qu’ils soient ouverts, fermés ou mixtes.

L’idée que l’on pourrait bénéficier des apports solaires pour améliorer le confort thermique des clients à proximité des meubles frigorifiques est un non-sens. En effet, le rayonnement solaire constitue alors un apport direct pour les meubles frigorifiques et augmente nécessairement les consommations énergétiques de la production de froid.

Dans les commerces avec apports internes élevés, il faut limiter les surfaces vitrées comme les vitrines situées au Sud et surtout à l’Ouest.

Prendre la lumière naturelle au Nord (dans la limite des possibilités urbanistiques) est une solution intéressante vu que la prise de lumière se réalise uniquement sur le rayonnement diffus. Par exemple, la prise de lumière en toiture côté Nord sous forme de « shede ».

« Shedes » orientation nord

Source : Greenwich (« Sainsbury ») et Mutsaart (Delhaize).

Pour les commerces, cela représente les avantages et les inconvénients suivants:

(+)

un plus au niveau du confort visuel ;
un éclairage naturel à l’aide du rayonnement diffus restant relativement constant tout au long de l’année ;
ces ouvertures peuvent permettre de réduire les consommations énergétiques des installations d’éclairage artificiel moyennant un « dimming » des installations.

(+ ou -)

une contrainte architecturale limitée ;
des déperditions en chauffage plus importantes. Néanmoins, en considérant une isolation de toiture renforcée et un vitrage de bonne qualité, les déperditions peuvent être réduite au maximum.

Apports solaires directs limités (côté sud), apports de lumière naturelle diffuse favorisé (« shede » de toiture). Un vitrage est un élément de l’enveloppe dont le bilan thermique est particulier.

Ainsi, durant la saison de chauffe :

Il perd constamment de la chaleur par transmission vers l’extérieur plus froid.
Il gagne de la chaleur, pendant les heures d’ensoleillement, par le rayonnement solaire qui le traverse.

Dans les commerces « non food »

Le bilan sur la saison de chauffe est toujours négatif : plus la surface vitrée est importante, et plus la consommation de chauffage est élevée en hiver. Et ceci, quelle que soit l’orientation. La demande de chaleur du magasin est faible, car il est rapidement « saturé » de chaleur par les charges internes (éclairage, caisse, occupation, …). Et lorsque le rayonnement solaire se produit, il ne contribue pas à diminuer la puissance de chauffage qui est nulle à ce moment, mais apporte un état de surchauffe. De plus, si l’on regarde le bilan annuel, l’augmentation de la surface vitrée ne peut que générer un supplément de consommation en été. Toute augmentation de la surface vitrée entraîne donc une augmentation de la consommation globale du bâtiment.

On en conclut que si le magasin a des apports internes importants, il est raisonnable de se fermer au Sud et à l’Ouest pour s’ouvrir au Nord. On ne garde alors de la composante solaire que la fonction d’éclairage naturel des espaces. A fortiori, si la structure est de faible inertie thermique.

Dans les commerces « food »

Le problème est le même. La fausse idée que les apports internes sont peu importants est tenace. En effet, le fait de multiplier les comptoirs ou meubles frigorifiques ouverts tend à réduire l’impression de chaleur permanente que l’on pourrait rencontrer dans des magasins de mode par exemple. En réalité, les apports sont bien là mais les meubles frigorifiques ouverts jouent le rôle d’énorme climatiseur; la consommation énergétique se reportant sur l’installation de production de froid.

L’idéal est nécessairement axé sur la devise d’Énergie+ :

« L’économie énergétique réside dans l’énergie que l’on ne consomme pas ! »

En d’autres termes, pour consommer moins dans les commerces, il est nécessaire de :

fermer les meubles frigorifiques ouverts (d’accord, c’est pas très porteur comme message mais …) ;
réduire les apports internes (éclairage performant par exemple);
limiter les apports solaires directs.

Pour fixer un ordre de grandeur, voici un extrait de la réglementation thermique française RT 2000 relative à la protection contre l’ensoleillement des bâtiments climatisés autres que les habitations.

Le principe de cette réglementation est de compenser des surfaces de vitrage trop importantes par une protection solaire plus sévère et vice-versa.

Ainsi,

(S Sbaies vert x FSbaies vert x Fma) / (S Sfaçades)
+ 2 x (S Sbaies hor x FSbaies hor) / S Stoit

doit être inférieur à 0,35 (pour le Nord de la France).

où,

Sbaies vert et Sbaies hor = surface des baies verticales dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface des baies horizontales.
FSbaies vert et FSbaies hor= facteur solaire des baies verticales et horizontales.
ma = coefficient de masque architectural (= 1 si pas de masque (valeur par défaut), = 0,75 si débord de toit ou auvent orienté du SE au SO de plus de 0,25 x hauteur baie, = 0,7 si auvent orienté du SE au SO de plus de 0,5 x hauteur de baie).
façades et Stoit = surface des façades dans toutes les orientations à l’exception du nord et surface de toiture.

Concevoir

Choix des vitrages.

Les protections solaires

On a vu dans la réglementation française, ci-dessus, que les apports solaires dépendent évidemment de la surface du vitrage, mais aussi du facteur de la baie, c’est-à-dire du pourcentage d’énergie solaire qui traverse le vitrage par rapport à l’énergie incidente.

Il existe divers moyens de protéger la baie, par des stores enroulables (principalement extérieurs), par des brise-soleil, par des vitrages réfléchissants, …

Photo protections solaires - 01.

Brise-soleil, stores enroulables, vitrages réfléchissants (source Delhaize).

Les protections solaires les plus performantes permettent de diminuer de près de 90 % les apports de chaleur au travers des vitrages. Toute la difficulté du choix consistera à concilier la protection contre les surchauffes et un apport en éclairage naturel suffisant, quelle que soit la saison.

Concevoir

Placer des protections solaires.

Category Archives: Améliorer

Introduction

Hypothèses de travail

Résultats de la simulation

Conclusions

Tout simplement, réguler les installations qui ne le sont pas

Le gain

Améliorer le ralenti nocturne

Le système

Le gain

Les précautions

Si le thermostat d’ambiance agit directement sur la chaudière

Si le thermostat d’ambiance agit sur les vannes mélangeuses

Placement d’un optimiseur sur une installation existante

Améliorer le réglage des courbes de chauffe

Placer des vannes thermostatiques

Le gain

Précautions

Placement d’une soupape différentielle

Une solution d’aujourd’hui : le circulateur à vitesse variable

Vannes thermostatiques et thermostat d’ambiance

Vannes thermostatiques et circuits corrodés

Vannes thermostatiques bloquées en début de saison de chauffe

Réguler l’installation par zones homogènes

Situation 1 : certains locaux profitent d’apports gratuits importants

Situation 2 : certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation générales

Situation 3 : certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée

> Cas 1 : tous les radiateurs du local sont situés sur une même conduite, en série et en bout de circuit

> Cas 2 : les radiateurs du local sont situés sur des conduites distinctes

Améliorations énergétiques

Améliorations acoustiques

Le remplacement d’un vitrage simple par un vitrage plus isolant

Comment procéder ?

La pose d’un profil d’adaptation en bois ou en aluminium : celui-ci sera fonction du type de châssis

Le remplacement de l’ouvrant du châssis

Remarque générale importante !!

Le remplacement d’un double vitrage défectueux par un vitrage plus performant

Résultats

Les principes à suivre

Objectif 1 : réduire la consommation d’énergie de l’installation frigorifique

Objectif 2 : réduire la pointe de courant électrique appelée par l’installation

Objectif 3 : améliorer la maintenance de l’installation

Gérer la durée de fonctionnement de l’installation frigorifique

Programmation horaire

Seuil de fonctionnement en fonction de la température extérieure

Coupure de l’alimentation des carters des compresseurs à pistons

Limiter les pertes des réseaux

Stopper les installations la nuit et les W-E, si pas de besoin

Augmenter la température de départ de la boucle d’eau glacée

D’abord une maintenance de l’installation

Un régime de fonctionnement adapté à une période canicule !

1ère possibilité : réaliser une température glissante sur le départ de l’évaporateur

2ème possibilité : réaliser des réseaux distincts avec une modulation par vanne 3 voies sur chaque départ

3ème possibilité : maintenir les températures de retour les plus hautes possibles

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

Vérifier la surpuissance éventuelle

La machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes…

Créer un ballon tampon

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds

Augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur

Une supervision par régulation numérique

Améliorer le fonctionnement du condenseur et de la tour de refroidissement

Principe de base : abaisser la température de condensation

Abaisser la température de l’air extérieur

Eviter la recirculation de l’air aspiré

Favoriser l’échange de chaleur

Modifier la régulation du condenseur

Problème avec les détendeurs thermostatiques

Première amélioration : travailler avec un ventilateur à vitesse variable ou une cascade de ventilateurs

Cas particulier

Deuxième amélioration : travailler avec un détendeur électronique

Régulation de la tour de refroidissement d’un condenseur à eau

Placer des compteurs sur l’installation existante

Placer un compteur horaire sur l’installation en prévision de son remplacement futur !

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

L’emplacement du thermostat d’ambiance

La programmation des heures de fonctionnement

Le réglage de la température de consigne

Consigne compensée en fonction de la température extérieure

Création ou augmentation de la zone neutre