Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation – Concevoir]

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation - Concevoir]

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


Objectifs de la récupération

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

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

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

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

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

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

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

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


Principes hydrauliques de base

Exploiter l’énergie frigorifique en fonction de la température

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

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

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

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

Exemple.

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

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

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

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

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

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

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

Exemple de récupération de chaleur sur plafonds froids

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

Fonctionnement estival normal :

Fonctionnement en récupération :

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

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

Concevoir

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

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

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

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


Les appareils de cuisson

Exigences Pour en savoir plus…
Les appareils sont calorifugés et régulés.

Concevoir

Les plaques électriques sont à infrarouge ou à foyer halogène avec détecteur d’ustensiles ou à induction.

Concevoir

Les plaques au gaz sont munies d’un « Top Flam » (détecteur de récipient).

Concevoir

Les appareils au gaz sont équipés d’un brûleur séquentiel.

Concevoir

Les fours sont, de préférence, à convection forcée.

Concevoir

Les appareils au gaz portent le marquage CE (obligatoire). Ce marquage garantit, entre autre, que les appareils sont construits de telle sorte qu’une utilisation rationnelle de l’énergie, répondant à l’état actuel des connaissances et des techniques et en tenant compte des aspects de sécurité », est assurée.

Concevoir

Les appareils sont dimensionnés pour pouvoir être utilisés le plus souvent possible à leur charge nominale.

Concevoir

Les appareils sont équipés d’une connexion de délestage.

Concevoir


Les chambres froides

Exigences Pour en savoir plus…
Les chambres froides sont implantées de telle sorte que les portes soient tenues à l’écart des zones chaudes et humides (local de cuisson, laverie, …). De même, elles sont éloignées des sources chaudes (fours,…).

Concevoir

Leur volume est calculé en fonction des besoins réels.

Concevoir

Le bilan frigorifique est calculé en fonction de l’utilisation réelle.

Concevoir

Les condenseurs sont placés dans un endroit largement ventilé ou utilisés pour récupérer la chaleur pour le préchauffage de l’eau.

Concevoir

Dans les chambres à température d’évaporation négative, l’évaporateur ne doit pas se trouver à proximité de la porte. On limite ainsi le givre sur l’évaporateur.

Concevoir

Les parois (y compris la dalle) sont isolées.

Concevoir

La chambre doit être étanche, ce qui nécessite, pour les grandes chambres, une soupape de décompression.

Concevoir

Les portes, sont, de préférence, équipées d’un dispositif limitant les entrées d’air (lamelles plastic, porte vitrée permettant de repérer la denrée cherchée, etc.)

Concevoir

Les chambres à température d’évaporation négative sont équipées d’un dégivrage automatique. Pour les petites enceintes, un dégivrage par résistance chauffante avec régulation par horloge peut suffire, pour autant que la programmation soit adaptée à l’utilisation de la chambre.

Pour les plus grandes enceintes, on choisit un système de dégivrage intelligent qui utilise autant que possible le dégivrage par circulation d’air.

Si la technique de dégivrage produit de la chaleur sur l’évaporateur, un manchon souple placé à la sortie du ventilateur de l’évaporateur isole ce dernier de l’enceinte pendant le dégivrage.

Concevoir

Les tuyauteries sont isolées.

Concevoir

Climatisation

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

La laverie vaisselle

Exigences Pour en savoir plus…
Le matériel
Le lave-vaisselle est isolé et muni de languettes plastic pour le lave-vaisselle à déplacement.

Concevoir

L’eau chaude de rinçage est réutilisée pour le lavage (et le prélavage).

Concevoir

Il est prévu pour être, de préférence, rempli à l’eau chaude au remplissage (à étudier au cas par cas).

Concevoir

Il est prévu pour être rempli à l’eau chaude au rinçage, ou mieux équipé d’un récupérateur de chaleur, ou encore mieux d’une pompe à chaleur.  

Concevoir

En cas de lavage pendant le service, il est équipé d’un détecteur de vaisselle.

Concevoir

Il est dimensionné en fonction de la situation réelle.

Concevoir

L’organisation
Le lavage de la vaisselle se fait de manière différée en dehors des heures de pointe ou durant les heures creuses.

Concevoir


La ventilation

Exigences Pour en savoir plus…
Pour respecter l’hygiène, les locaux sont équipés d’un système indépendant de ventilation.

Concevoir

Les hottes sont, de préférence, à induction (à étudier au cas par cas).

Concevoir

Tous les appareils « polluants » se trouvent sous une hotte. Les hottes « débordent » des appareils. La différence de hauteur entre le sol fini et le bas de la hotte n’est pas trop élevé (ex. 2 m).

Concevoir

Les débits sont calculé sur base des appareils installés et de leur puissance.

Concevoir

L’installation permet la variation des débits en fonction de l’utilisation : les ventilateurs sont à plusieurs vitesses ou à vitesses variables.

Concevoir

Ventilation 

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

Le délesteur de charge

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

Concevoir

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

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


Données

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

Plan

Plan de la cuisine.

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

Liste des équipements qui dégagent de la chaleur

Appareils Puissance (kW)

Cuisson

1 : friteuse à zone froide (30 kg – 10l) 7,5
2 : fourneau : 4 plaques + four (sous plaque) 11,5 + 5
3 : marmite bain-marie (60 litres) 15
4 : sauteuse basculante (50 dm²) 15
5 : four à convection forcée 10
Froid
6 : armoire froide (1 400 l) 0,5
7 : congélateur (300 l) 0,5

Laverie

8 : machine à laver (900 assiettes/heure) 8


Détermination des lieux d’extraction

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

Plan de la détermination des lieux d'extraction.


Calcul des débits

Avec hotte à extraction simple

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

Appareils Puissance des appareils (kW) Débit à extraire par kW [l/s] Débit à extraire par appareil [m3/h]
Friteuse à zone froide (30 kg – 10 l) (1) 7,5 39 1 053

Fourneau 4 plaques + four (sous plaque) (2)

11,5 + 5 45 + 35 1 863 + 630

Marmite bain-marie (60 litres) (6)

15 11,2 605

Sauteuse basculante (50 dm²) (5)

15 45 2 430

Four à convection forcée (6 niveau 1/1) (3)

10 14 504

Total :

7 085

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

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

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

  • Pour le premier bloc comportant la friteuse, le fourneau, le four sous plaque, la sauteuse et la marmite, le débit est de 4 270 m3/h. La surface frontale entre la hotte et le piano est d’un peu plus de 3,6 m (longueur du piano) x 1,2 m (différence de hauteur entre le piano et le bord de la hotte), soit 4,3 m².La vitesse moyenne est de 4 270/4,3 = 0,3 m/s, ce qui correspond à la vitesse moyenne minimale. Cette vitesse est donc suffisante.
  • Pour le deuxième bloc comprenant le four à convection forcée, le débit est 327 m3/h, la surface frontale est relativement importante car les flancs latéraux sont ouverts. On devra, soit augmenter le débit, soit songer à une hotte avec air induit qui va améliorer l’efficacité de la hotte.

Hotte « à effet d’induction »

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

Appareils

Puissance des appareils (kW)

Débit à extraire par kW [l/s] Débit par appareil [m3/h]

Friteuse à zone froide (30 kg – 10 l) (1)

7,5 28 756

Fourneau 4 plaques + four (sous plaque) (2)

11,5 + 5 32 + 25 1325 + 450

Marmite bain-marie (60 litres) (6)

15 8 432

Sauteuse basculante (50 dm²) (5)

15 32 1728

Four à convection forcée (6 niveaux 1/1) (3)

10 10 360

Total :

5 051

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

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

Restaurant

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

La laverie

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

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

Le local des préparations froides

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

Les réserves

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

Les sanitaires

Évaluer

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

La légumerie

Des légumes qui respirent sont entreposés dans la légumerie.

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

Le local des déchets

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


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

Choix du système

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

Équilibre des débits et choix du type de hotte

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

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

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

On a dès lors les débits totaux suivants :

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

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

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

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

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

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

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

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

Vitesse de l’air de transfert

  • Entre le restaurant et la laverie :
    La baie fait 1,2 m x 1,5 m = 1,8 m2
    Le débit est de 800 m3/h
    La vitesse est donc de 800 / 3 600 / 1,8 = 0,12 m/s
  • Entre le restaurant et la laverie :
    La baie fait (porte à ventelles) : 0,5 x (2 m x 1 m) = 1 m2
    Le débit est de 2 655 m3/h
    La vitesse est donc de 2 655 / 3 600 / 1 = 0,74 m/s.

Évaluer

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

Choisir le système d’organisation de la laverie


Les coûts énergétiques

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

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

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

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

Exemple.

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


L’horaire des travailleurs

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

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

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

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

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


L’investissement consenti pour le lave-vaisselle

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

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

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


L’organisation du débarrassage

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

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


Le type de restauration

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

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


Le résultat voulu sur la propreté

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

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


La situation des locaux

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

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

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

Choisir l’emplacement des luminaires – règles générales

Objectif

Règles

Limiter l’éblouissement direct

Grâce aux ventelles, l’angle de défilement transversal est souvent plus grand que l’angle de défilement longitudinal. Il est donc généralement plus facile de prévenir l’éblouissement en plaçant les luminaires longitudinalement par rapport à l’axe du regard.

Limiter les réflexions sur le plan de travail  Respecter une zone interdite située au-dessus du plan de travail.

Cela revient souvent à placer les luminaires en rangées parallèles de part et d’autre du plan de travail plutôt qu’au-dessus.

Éviter les zones sombres le long des fenêtres le soir Un mur réfléchit la lumière, curieusement, un vitrage l’absorbe. La rangée de luminaires le long des fenêtres doit donc être proche de celles-ci pour compenser les pertes de lumière au travers des vitrages (le placement de rideaux peut jouer un rôle semblable).

Éviter les ombres gênantes Favoriser l’éclairage provenant de la gauche (pour les droitiers) et du dessus, mais avec un appoint venant de la droite pour éviter les ombres trop agressives.
Valoriser les apports en éclairage naturel ou les zones de besoins différents Placer les luminaires par zone de besoins différents (zone de circulation, de rencontre, de travail, zone façade, …) avec des commandes dédiées.
Assurer une uniformité correcte Respecter un écartement des luminaires fonction de la hauteur de montage et de la distribution lumineuse des luminaires. Certains fabricants peuvent fournir des tableaux qui illustrent pour un luminaire donné l’uniformité moyenne obtenue en fonction du rapport e (écartement entre les luminaires) / hu (distance entre le luminaire et le plan de travail.

Extrait de catalogue.

Choisir la sous-toiture d’un versant isolé

Schéma explicatif de la sous-toiture.

  1. Lattes
  2. Contre-lattes
  3. Sous-toiture
  4. Isolant
  5. Charpente
  6. Pare-vapeur
  7. Finition du plafond

Pourquoi une sous-toiture ?

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

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

Faut-il toujours une sous-toiture ?

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

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

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


Quelle sous-toiture choisir ?

Les qualités d’une bonne sous-toiture

La sous-toiture doit être :

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

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

La perméabilité à la vapeur

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

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

La capillarité

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

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

La rigidité

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

Une sous-toiture rigide a pour avantage de :

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

Mauvaise mise en œuvre d'une toiture souple.

Mauvaise mise en œuvre d’une toiture souple.

Vide réduit au-dessus d'une sous-toiture souple.

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

Exemple

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


Conseils de mise en œuvre

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

Recouvrement (l)

30° 120 mm
35° 105
40° 93
45° 85
50° 78
l = 60 mm/sinα

Conseils de mise en œuvre-1.

  1. Chevron.
  2. Sous-toiture.
  3. Contre-lattes.
  4. Contre-lattes amincie.

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

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

Conseils de mise en œuvre-2.

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

  1. Chevron ou fermette.
  2. Sous-toiture.
  3. Vide entre la sous-toiture et les tuiles.
  4. Contre-lattes.
  5. Latte.
  6. Latte de pied. Sa hauteur et sa position sont telles que la pente des tuiles de la 1° rangée corresponde à celle des rangées supérieures.
  7. Bande métallique ou synthétique (ou peigne en plastique) destinée à protéger la latte de pied contre la pluie et à éviter la pénétration d’oiseaux.
  8. Gouttière.
  9. Bande de raccord, métallique ou synthétique, de la gouttière en dessous de la sous-toiture.
  10. Crochet de gouttière.
  • Dans le sens de la largeur, les plaques sont posées jointivement et les joints sont recouverts par les contre-lattes.
    Pour les bâtiments fortement exposés, il est conseillé de prévoir un recouvrement latéral de 100 mm environ. Ce recouvrement se fait au niveau de certains chevrons ou fermes. Au-dessus des autres, l’absence de double épaisseur est comblée par des languettes débitées dans la sous-toiture.
    Dans le cas d’une sous-toiture souple (en rouleau), on s’arrangera pour que la longueur des lès couvre toute la largeur du versant de la toiture.
  • Les membranes souples sont posées de manières relativement lâches pour éviter les tensions. On veille cependant à ne pas la repousser vers le haut lors du placement de l’isolant.
  • Toute perforation de la sous-toiture doit être soigneusement évitée lors du chantier.
  • A chaque interruption de la sous-toiture (cheminée, lanterneau, lucarne, …), il faut assurer la déviation des eaux infiltrées par la réalisation de « gouttières ».
  • La sous-toiture doit aboutir à l’extérieur du bâtiment, dans la gouttière ou la corniche par exemple, sans créer de poches inférieures. Il faut veiller à n’avoir aucune contre-pente, particulièrement à cet endroit.

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

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

Récupérer les sources de chaleur « perdues » du bâtiment

Récupérer les sources de chaleur "perdues" du bâtiment


Placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait

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

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

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

Schéma récupérateur de chaleur sur l'air extrait.

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

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

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

Concevoir

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

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

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

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


Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique

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

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

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

Exemple d’application très intéressante.

Le plus logique est de récupérer la chaleur sur le condenseur à air pour chauffer directement l’air d’un local. Ainsi, un supermarché Delhaize à Bruxelles évacue la chaleur du condenseur du groupe frigorifique (armoires de congélation) en créant un rideau d’air chaud à l’entrée du magasin. En été, la chaleur est déviée en toiture par un clapet.

Concevoir

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

Utiliser les systèmes de climatisation à débit de fluide réfrigérant variable

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

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

Concevoir

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

Placer une pompe à chaleur sur les sources chaudes du bâtiment

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

Schéma pompe à chaleur sur les sources chaudes du bâtiment.

Concevoir

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

Choisir le réseau d’eau chaude sanitaire


Conception du réseau

Organisation générale du réseau

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

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

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

préparateurs avec cheminée "ventouse"préparateurs avec cheminée "ventouse"

préparateurs avec cheminée "ventouse"

Adaptation des températures

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

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

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

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

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

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

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

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

Réseau porté automatiquement à haute température, le soir.

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

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

Réflexion.

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

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

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

Attention aussi au réseau d’eau froide !

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

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

Appareil de contrôle de la corrosion

Tubes témoins ou « manchettes de contrôle ».

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

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

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

Placement d’un filtre à tamis

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

Filtre à tamis.

Prévoir un éventuel traitement chimique de l’eau ?

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

Vase d’expansion ?

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


Choix du matériau de distribution

Acier galvanisé

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

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

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

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

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

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

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

Cuivre

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

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

Matériau synthétique

L’évolution de la demande vers :

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

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

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

Voici les principales matières synthétiques utilisées en eau chaude sanitaire :

Symbole Matière
(PB) Polybutylène
(PP) Polypropylène
(PER) Polyèthylène réticulé
(PVC-C) Polychlorure de vinyle surchloré
Exemples de choix possibles (d’après CFP).

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

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

Solution permettant une uniformité de matériau :

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

Solution mixte pour éviter les diamètres supérieurs à 50 mm :

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

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

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

Critère de développement de la légionelle

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

  • D’une part, il apparaît que les tuyauteries en métal, et tout particulièrement en cuivre, retardent mieux le développement du biofim et donc la colonisation bactérienne, par rapport aux tuyaux en matière synthétique. Le téflon et le PEDF seraient les meilleurs matériaux organiques dans ce domaine. Quant au PVC, il semble à l’inverse plus favorable à la création du biofilm (source revue CFP-février 2000);
  • D’autre part, l’AICVF (Recommandation 2004) relate l’avis du Conseil Supérieur d’Hygiène Publique à revenir sur ses positions en considérant que :
    • les matériaux tels que les BP, PP, PER et PVC-C ne favorisent pas systématiquement la formation du bio-film;
    • le cuivre n’agit pas toujours comme un agent bactéricide.
  • Par contre, la rouille est un lieu d’adhérence et de développement du biofilm, ce qui rend l’usage de l’acier galvanisé peu adéquat…

Les joints en caoutchouc sont eux-aussi plus sensibles au dépôt de bactéries.

Par rapport à la lutte anti-légionelles, les matériaux utilisés doivent pouvoir résister à certains traitements chimiques ou thermiques tels que la chloration ou le choc thermique (température de l’ECS > 60 °C) :

Matière Avantages Inconvénients
Acier galvanisé
  • Désinfection thermique possible à température < 60°C.
  • Dégradation accélérée à température > 60 °C;
  • Développement de la corrosion après détartrage.
Cuivre
  • Supportent la désinfection thermiques et chimiques;
  • limiterait la formation du bio-film par action bactéricide;
Polybutylène (PB)
  • Adaptés aux eaux corrosives;
  • Supportent la désinfection thermiques et chimiques
  • Matériaux pouvant être favorables à la formation du bio-film.
Polypropylène (PP)
Polyèthylène réticulé (PER)
Polychlorure de vinyle surchloré (PVC-C)
  • Adaptés aux eaux corrosives;
  • Supportent la désinfection thermiques et chimiques.
  • Peut relarguer du chloroforme par action du chlore sur les solvants des colles d’assemblage.

Dimensionnement des conduites d’alimentation des points de puisage

Un dimensionnement qui limite les temps d’attente

Si les diamètres des conduits d’alimentation des points de puisage sont importants, l’attente de l’eau chaude peut être longue… et coûteuse.

Calculs

Pour estimer le temps d’attente lié au choix du réseau, cliquez ici !
Exemple d’impact de la conception sur le temps d’attente au point de puisage.

Distribution en série

Schéma de distribution en série.

Temps d’attente au lavabo
débit = 4 l/min
Temps d’attente à la douche
débit = 6 l/min
Tronçon 1
(2 m 18 x 1)
6 s Tronçon 1
(2 m 18 x 1)
4 s
Tronçon 2
(2,5 m 16 x 1)
6 s Tronçon 2
(2,5 m 16 x 1)
4 s
Tronçon 3
(1 m 12 x 1)
1 s Tronçon 4
(2 m 14 x 1)
2 s

Total

13 s Total 10 s

Distribution en étoile

Schéma de distribution en étoile.

Temps d’attente au lavabo
débit = 4 l/min
Temps d’attente à la douche
débit = 6 l/min
Tronçon 1
(0,5 m 18 x 1)
1,5 s Tronçon 1
(0,5 m 18 x 1)
1 s
Tronçon 2
(5 m 12 x 1)
5,5 s Tronçon 3
(6 m 14 x 1)
7 s
Total 7 s Total 8 s

Une configuration en étoile permet de diminuer le temps d’attente grâce à la diminution du diamètre. Généralement, un tracé direct dans la dalle permet encore une réduction des longueurs.

Cet exemple montre également que la distance à ne pas dépasser entre le distributeur et un lavabo ou une douche est de l’ordre de 6 à 7 m.

Les temps d’attente recommandés

La recommandation Suisse (SIA 385/3) précise les délais d’attente au soutirage suivants

Délais d’attente au soutirage

Éviers de cuisine 7 s
Lavabos 10 s
Douches 10 s
Baignoires 15-20 s

Les critères de dimensionnement

En matière énergétique, le choix du diamètre des tuyauteries de distribution vers les points de puisage n’a qu’une faible influence sur les pertes de chaleur.
Dans le dimensionnement, on sera attentif à plusieurs points :

  • Évaluer le débit en phase de soutirage de pointe.
  • Adopter une perte de charge maximale après le compteur (ou le réducteur de pression général) de 1,5 bar.
  • Maintenir une pression d’eau d’écoulement minimum à la prise d’eau la plus éloignée de 1 bar.
  • Choisir un diamètre intérieur minimum de 10 à 16 mm, en fonction du matériau de la conduite.
  • Assurer une vitesse d’écoulement dans les conduites comprise entre 1,5 et 2 m/s.

Boucle de distribution d’eau chaude ?

Avec ou sans boucle ?

Chaque point de puisage est raccordé à la conduite de distribution à partir du producteur d’eau chaude. En cas de soutirage, il s’écoule donc d’abord de l’eau froide avant que le robinet ne délivre de l’eau chaude (inconfort). Et après l’arrêt du robinet, l’eau chaude restera bloquée (perte énergétique). Enfin, la légionelle pourrait se développer dans ces bras « morts » à eau tiède : on parle d’imposer réglementairement une boucle sur toute branche de plus de 5 m de longueur ou de plus de 3 litres de contenance en eau. À défaut, un rinçage automatique doit être organisé.

La solution consiste à faire circuler l’eau en permanence dans une boucle de distribution, boucle qui parcourt le bâtiment. L’eau chaude est toujours à proximité de chaque point de puisage, ce qui permet à l’utilisateur d’obtenir rapidement de l’eau à bonne température.

Mais la perte permanente de chaleur par la tuyauterie est non négligeable ! Une forte isolation de la tuyauterie est indispensable.

Calculs

Pour calculer la perte énergétique annuelle d’une tuyauterie, cliquez ici !

Pour comparer les pertes entre les 2 solutions, le calcul est simple mais dépend fortement de la fréquence d’utilisation.

En fait, la boucle se justifie pour des usages entre les deux extrêmes suivantes :

  • Si les puisages sont très réguliers et si la tuyauterie est bien isolée, le temps d’attente de l’eau chaude est faible, ainsi que la perte énergétique. Par conséquent, la boucle n’est pas nécessaire;
  • De même, pour alimenter une fois par semaine les douches des vestiaires, ce n’est pas la peine de mettre une boucle permanente, ni même d’isoler !

Alternative 1 : établir une sorte de compromis entre les 2 situations ? on augmente les bras morts et donc le risque de légionellose…

Alternative 2 : dédoubler les postes de production en les rapprochant des consommateurs (par exemple, un poste pour le réfectoire et un poste pour les sanitaires) et établir 2 circuits de distribution indépendants. Il faut analyser si l’on ne perd pas alors l’avantage de la non simultanéité des besoins : une réduction de la puissance installée.
Remarques.

  • La présence dune boucle de retour rend plus complexe le comptage des consommations des différents consommateurs (en vue dune redistribution des coûts).
  • La boucle de retour détruit la stratification des températures dans la partie supérieure du ballon. S’il s’agit d’un ballon électrique chauffé durant la nuit, il faut éviter la mise en place dune circulation. Si elle est cependant nécessaire, un post-chauffage sera nécessaire hors de l’accumulateur. C’est la solution du réchauffeur de boucle électrique. Il entraîne des consommations en électricité non négligeables, et en bonne partie au tarif de jour. En pratique, l’eau de circulation est raccordée sur des thermoplongeurs, à démonter et détartrer une fois par an.

Réchauffeur électrique de boucle.

Si boucle : débit de retour limité et régulé !

Les boucles de circulation entraînées par des pompes surdimensionnées et non régulées sont des véritables « gaspilleurs d’énergie » !

Pour bien comprendre la logique d’une boucle de circulation, il faut penser au vieux truc des anciens pour éviter le gel d’une conduite en hiver : laisser passer un fin filet à la sortie du robinet ! De même, le débit de circulation d’eau compense seulement les pertes de chaleur mais n’assure pas le débit d’eau d’alimentation d’un équipement.

Globalement, différentes qualités sont nécessaires au projet :

  • Un tracé le plus court possible des conduites.
  • Une isolation soignée des tuyauteries.
  • Une disposition la plus haute possible du retour de circulation dans le ballon.
  • Un diamètre de conduite limité pour la tuyauterie de retour.
  • Un circulateur de boucle d’une très faible puissance. Le calcul du débit d’eau de circulation est basé sur le fait que les déperditions totales de la tuyauterie (entre le départ et le retour) n’entraînent pas une chute de température totale de plus de 5 K (déperditions = débit x cap.therm.eau x delta T°). On en tire le débit… qui sera très faible. Puis on dimensionnera la section du retour sur base d’une vitesse maximum de l’eau de 0,5 m/s, tout en conservant un minimum de 0,2 m/s.
  • La programmation possible d’un arrêt total de la circulation en période d’inoccupation (tout en respectant les prescriptions en matière de protection contre le développement des légionelles). Si malgré tout un usage fortuit apparaissait durant la nuit, l’eau chaude arriverait au point de puisage après quelques secondes d’attente.
  • La remise en route de la circulation programmée juste en fin de la période de chauffe à bas tarif pour les ballons électriques (car l’arrivée du « paquet d’eau froide » perturbe la stratification et réenclenche le chauffage).

Astuce ! Un fabricant propose une circulation tube-contre-tube, ce qui permet l’exécution d’une seule coquille.

  1. Isolation thermique.
  2. Eau Chaude Aller.
  3. Air.
  4. Eau Chaude Retour.

Dimensionnement du circulateur de boucle

Le volume d’eau contenu dans l’installation n’entre pas en considération dans la détermination du débit horaire à mettre en circulation. Le débit d’eau chaude qui doit circuler doit compenser la somme des déperditions des tuyauteries du réseau aller, tenant compte d’une chute de température de l’eau acceptable (généralement 5 K) entre les points extrêmes de ce réseau, c’est-à-dire entre le départ du préparateur d’eau chaude sanitaire et le puisage le plus défavorisé.

Photo circulateur de boucle.

Pompe de circulation.

La pompe de circulation du type « sanitaire » devra être capable d’assurer le débit ainsi calculé avec une hauteur manométrique égale aux pertes de charge sur le réseau aller et retour, sans oublier celles dues aux vannes, clapets et autres accessoires présents sur l’installation et tout particulièrement aux mitigeurs thermostatiques qui peuvent présenter des pertes de charge importantes.

Si boucle : température de distribution contrôlée !

La lutte contre la légionelle génère les conséquences suivantes (source CSTC) :

  • L’eau chaude doit être produite à une température minimale de 60°C; on évitera qu’elle reste durablement dans le chauffe-eau à une température moindre.
  • L’eau doit être maintenue à 55°C au moins en tout point du réseau principal.
  • Dans un système de distribution avec recirculation, la température de retour ne peut jamais être inférieure à 55°C. Par ailleurs, la chute de température entre le point de départ et le point de retour à l’appareil de production d’eau chaude ne peut dépasser les 5°C : si l’eau quitte l’appareil de production à 60°C, la température de retour devra être de 55°C au moins.

Si la production de chaleur est réalisée à une température plus élevée que 60°C, la pose d’une vanne 3 voies modulante, encore appelée « mitigeur », permettra d’abaisser cette température dans le réseau.

 

Mitigeur électrique et mitigeur thermostatique.

Générateur avec :

  1. Générateur.
  2. Vanne d’arrêt gaz.
  3. Filtre gaz.
  4. Réducteur de pression.
  5. Vanne d’arrêt.
  6. Compteur d’eau.
  7. Filtre eau.
  8. Clapet anti-retour.
  9. Manomètre.
  10. Soupape de sécurité.
  11. Purgeur automatique.
  12. Pompe de bouclage.
  13. By-pass.
  14. Raccord isolant.
  15. Vanne mélangeuse/mitigeur.

En passant de 65 à 55°C, les pertes du réseau de tuyauteries seront réduites de 22 %, et les risques de brûlure seront également moindres !


Alternative : le ruban chauffant (= traçage) ?

Schéma du principe du ruban chauffant.

Photo de ruban chauffant.

Des cordons chauffants peuvent être placés sur le réseau. Ils sont généralement auto-régulants, c’est à dire que leurs résistances électriques augmentent avec la température
–> lorsque l’eau chauffe, la résistance électrique augmente et le courant électrique diminue.

À défaut, la température doit être contrôlée par thermostat sur chaque tronçon équipé.

Les défenseurs de cette solution mettent en évidence qu’il ne faut maintenir que les pertes d’une seule conduite (pas de retour) et que la consommation de la pompe est évitée. C’est exact. A isolation de conduite égale, le bilan est positif en faveur du ruban chauffant par rapport à une boucle de circulation. Bien dimensionné, le ruban consomme environ 60 % de la consommation de la boucle.

Mais les pertes d’une conduite de retour de faible diamètre et la consommation d’une petite pompe ne peuvent compenser le fait que le réchauffage se fait alors avec de l’électricité directe chère (tarif de jour, voire de pointe), et donc avec une consommation en énergie primaire triple.

En énergie primaire et en coût, la solution reste à l’avantage de la boucle de circulation lorsque la production de chaleur est réalisée sur base de gaz ou de fuel.

De plus, pour les réseaux principaux en matériaux synthétiques posés sur chemin de câble, il est facile de poser un retour d’eau chaude en créant des points fixes à chaque colonne sur la vanne et le té de réglage. Les bouclages sanitaires en tube de synthèse semblent dès lors plus économiques en fourniture et pose qu’une installation avec des cordons chauffants électriques.

Dans tous les cas, il sera très utile de placer un délesteur pour interrompre la charge durant les heures de pointe (limiter la pointe de puissance du bâtiment).

Dimensionnement et programmation

Un ruban chauffant, entouré d’une bonne isolation thermique, doit être dimensionné sur base de 7 W/m. Et donc l’isolation doit être telle que seulement 7 W/m seront perdus par l’isolant (= besoin de 3 cm d’isolant pour un tuyau d’1 pouce, par exemple).

Ici à nouveau, un fonctionnement intermittent est requis, grâce à une horloge stoppant l’alimentation électrique du ruban en dehors des périodes d’occupation.


Alternative : la pompe à chaleur sur la boucle de retour ?

Il est possible également d’assurer le chauffage de l’eau de retour par une pompe à chaleur (PAC). Ce choix permettrait :

  • de sous-dimensionner le ballon (ou tout au moins de ne pas adopter des suppléments de sécurité) puisque la PAC est en réserve,
  • de préchauffer le ballon durant la nuit à une température minimale,
  • d’arrêter la chaudière en été et de fournir l’eau chaude sanitaire à elle-seule.

Fonctionnement de jour

Réchauffage de la boucle par la PAC.

  1. Circulateur de boucle.
  2. Circulateur de nuit.
  3. et 4  Clapets anti-retour.

Fonctionnement de nuit

Chauffage du ballon par la PAC.

Utilisation d’eau chaude.

L’ensemble de ces arguments permettent-ils d’amortir l’investissement dans une double installation de production de chaleur ? C’est le calcul à faire ! Mais il semble que ce soit bien difficile…

De plus, est-il prudent de placer une pompe à chaleur sur le retour de la boucle de circulation sachant qu’elle ne pourra pas travailler à un régime de température de 55 °C minimum (prévention des légionelles oblige). La réponse est bien entendu négative !


Isolation des conduites

Isolation des conduites

1 m de tuyau en acier de 1 pouce de diamètre, non isolé, dans lequel circule de l’eau chaude à 70°C et qui parcourt une ambiance à 20°C a une perte équivalente à la consommation dune ampoule de 60 W.

Or cette ampoule, si elle restait allumée toute l’année dans la chaufferie, il est fort probable que quelqu’un l’éteindrait, parce qu’elle est bien visible …

Priorité : isoler la boucle de circulation

Étant maintenue à haute température en permanence, la boucle de circulation présente des pertes considérables.

L’épaisseur d’isolation rentable de la boucle d’eau sanitaire dépend de son diamètre. Le tableau suivant traduit les exigences de la norme NBN D30-041 en tenant compte de la température de l’eau (fonction du mode de régulation), de la température ambiante et des épaisseurs d’isolant courantes sur le marché :

Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de
conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]

Température de l’eau

Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)

Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)

DN

10 40 30
15 40 30
20 40 40
25 50 40
32 50 40
40 50 50
50 50 50
65 60 50
80 60 60

 

Dispositions particulières

Épaisseur d’isolant

Tuyaux pour les percements dans les planchers et les murs et pour les croisements. La moitié des exigences ci-dessus
Tuyauteries dans la dalle entre locaux chauffés. 6 mm

Calculs

Le temps de retour de l’investissement est toujours très court : de l’ordre de 0,5 à 1,5 an.

Pour calculer la rentabilité de l’isolation de votre tuyauterie, cliquez ici !

Les vannes jouent également un rôle important et seront isolées en conséquence (en première approximation, on dit que les pertes dune vanne sont similaires à 1 mètre de tuyauterie du même diamètre).

Photo de vannes isolées.

On pense bien entendu au parcours dans les locaux non chauffés et les gaines techniques mais également au parcours dans les locaux chauffés puisque les pertes durant la mi-saison et l’été seront non négligeables. Si le local est climatisé, cette chaleur devra être éliminée en pure perte. Et si le local ne l’est pas, c’est une source de surchauffe supplémentaire en période de forte chaleur.

En absence de boucle, isoler aussi les tuyauteries d’alimentation des points de puisage

Contrairement à une idée reçue, l’isolation thermique des tuyauteries vers les différents points de puisage reste toujours utile :

  • Si les soutirages sont rapprochés (moins de 2 heures), l’économie d’énergie sera très importante,
  • Si les soutirages sont plus espacés (hébergement), l’utilisateur pourra rapidement obtenir une eau « tiède », souvent jugée suffisante, mais l’économie liée à la pose de l’isolant sera plus faible.
  • Au minimum, l’isolation des distributeurs placés au dessus de l’accumulateur est nécessaire pour limiter les circulations internes dans les tuyauteries (une campagne de mesure a permis d’évaluer que le refroidissement par une tuyauterie horizontale non isolée greffée sur le ballon est vraiment non négligeable : l’eau refroidie redescend vers le ballon et une boucle convective se forme !)

Isolation tuyauterie.

Mais attention : ces branches sans boucle constituent des bras morts propices au développement de la légionelle. La nouvelle réglementation flamande n’autorise qu’une longueur maximale de 5 m et une contenance en eau de 3 litres.

Isoler les conduites d’eau froide ?

Dans certains cas, il apparaît que de l’eau froide peut être en contact avec une source de chaleur (conduites d’eau chaude dans une gaine technique, stagnation en chaufferie ou en cave à haute température, citerne tampon pour l’alimentation des hôtels,…), au point que la température de l’eau peut y dépasser les 25°C qui sont propices au développement de la légionelle. Le CSTC recommande dans ce cas une isolation des conduits. Nous vous recommanderions d’analyser d’abord le renforcement de l’isolation de la source de chaleur !


Intégration d’un système de comptage des consommations

Objectif

Responsabiliser le consommateur, sensible à l’état de son portefeuille… Une enquête en Suisse a montré que le placement de compteurs individuels dans un immeuble à appartement diminue la consommation d’eau chaude de 25 à 30 %.

En Suisse toujours, la réglementation impose le placement dans tout bâtiment neuf (abritant au moins 5 preneurs de chaleur) d’appareils enregistreurs des consommations individuelles.

Technique de comptage

Ce souci de comptage influencera le concepteur vers une solution décentralisée de son système de production. Et dans ce cas, la mesure des coûts peut directement être réalisée sur base des énergies consommées.

Dans les autres cas, des décompteurs pourront être placés avant la répartition vers les utilisateurs d’un même groupe et après la boucle de circulation. Le schéma appelé ci-dessus « de compromis » permet d’atteindre plus facilement cet objectif. Mais il n’est pas conforme aux principes de la lutte anti-légionelle…

La valeur obtenue par calcul théorique de l’énergie consommée :

Quantité de chaleur [kWh] = quantité d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x (T°eau chaude- 10) [K]

doit être divisée par le rendement de production de l’eau chaude sanitaire.
Il existe d’ailleurs deux techniques possibles :

  • Soit entacher chaque m³ consommé dune part proportionnelle des pertes à la production.
  • Soit considérer que les pertes à la production sont inhérentes à la fourniture du premier litre d’eau chaude et que donc il s’agit d’une consommation de base payée par tous.

Si production d’ECS combinée au chauffage

Si la production d’eau chaude sanitaire est combinée à la production de chauffage, il est possible :

  • Soit de placer un compteur sur l’arrivée d’eau froide alimentant le chauffe-eau,
  • Soit d’évaluer sa part de consommation en extrapolant la consommation d’été. Cette évaluation est légèrement trop élevée puisque, durant l’été, l’eau chaude sanitaire porte seule la part des pertes éventuelles de maintien en température de la chaudière.

La consommation totale doit ensuite être divisée vers les consommateurs sur base d’un ratio le plus pertinent possible : le nombre de personnes, le nombre et le type d’équipement (voir débits typiques d’un équipement), la surface (immeuble à appartements), …

Photo compteur eau.

Remarque.

Un organe d’arrêt sera prévu de part et d’autre du compteur pour faciliter les révisions.

Choisir les filtres

Date : page réalisée sous l’hégémonie Dreamweaver

Auteur : les anciens

Notes :

  • Pas de contenu manquant
  • Conforme à la mode PEB aout 2008
  • 24-11-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
  • 30-03-2009 : Application des nouveaux styles de mise en page. Julien.

Degré de filtration minimum

Filtre en entrée de centrale

À l’entrée d’air neuf, l’utilisation d’un filtre de faible efficacité (moins de 45 % OPA ou F5) est pratiquement inutile, que ce soit comme préfiltre et a fortiori comme seul étage de filtration. Un tel filtre (filtre plan, filtre à déroulement, filtre métallique) n’apporte aucune protection réelle contre la pénétration des particules de 1 μm et moins qui constituent pourtant 99 % du nombre de particules présentes dans l’air extérieur. Par contre, ils provoquent une perte de charge non négligeable.
Les batteries en aval de ces filtres vont donc rapidement emmagasiner les impuretés, augmentant leur perte de charge et diminuant fortement leur efficacité thermique.

Batterie protégée par un filtre de performance insuffisante.

Le tableau qui suit montre l’accroissement de longévité d’un filtre à haute efficacité grâce à l’utilisation d’un préfiltre grossier, mais aussi l’accroissement des frais d’exploitation dû au deuxième filtre :

Filtre sur l’entrée d’air neuf (préfiltre) Filtre à la sortie du caisson de traitement d’air (filtre finisseur) Accroissement relatif de la longévité du filtre principal Accroissement relatif du coût d’exploitation global
95 % OPA (F9) (aucun) 1 1
85 % GRA à Déroulement (G3) 95 % OPA (F9) 3 à 3,5 1,4

(Source : La filtration de l’air de J-Y Rault).

Si on compare les coûts d’exploitation globaux (coût de remplacement des filtres et augmentation de la consommation électrique pour maintenir un débit constant), la solution préfiltre grossier + filtre fin coûte nettement plus cher (plus de 40 %) que la solution comprenant un seul filtre fin au niveau de l’entrée d’air, du fait de la perte de charge complémentaire qu’il engendre. C’est la conséquence du fait que la consommation électrique d’un filtre est plus élevée que son coût d’investissement.
Par contre, dans un milieu urbain très poussiéreux, l’encrassement du filtre principal est tellement rapide que l’usage d’un préfiltre devient un bon choix, les deux filtres étant placés à l’entrée de l’installation.

Degré de filtration minimum

C’est le degré de filtration du filtre « finisseur » qui détermine la qualité finale de la zone.
Dans des conditions atmosphériques usuelles, un filtre fin (à partir de 60 % OPA (F6) ou 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air est nécessaire. Plus il est fin, plus il coûtera cher à l’investissement et à l’exploitation (consommation d’énergie).
La norme européenne ISO Ventilation for buildings – Performance requirements for ventilation and air-conditionning systems recommande un choix de filtre en fonction de la qualité d’air intérieure exigée et de la qualité de l’air neuf soit de l’air extérieur. Idéalement, la norme propose de choisir pour le préfiltre la classe F7 et pour le filtre finisseur la classe F9.

Qualité de l’air intérieur

Qualité de l’air neuf

Air pur

Poussière

Concentration très élevée

Élevée
F7+F9
F5+GF*+F9
Moyenne
F8
F6+F8
F5+GF*+F9
Modérée
F7
F5+F7
F5+F7
Basse
F5+F6
F5+F6
* GF = Filtre à gaz

Compte tenu de la difficulté et du coût du nettoyage ultérieur des conduits, un filtre F7 est à recommander.

Filtre en sortie de centrale

Il faut éviter en outre d’avoir des sources de pollution en aval du dernier élément filtrant.
La solution d’un filtre unique sur l’entrée d’air neuf n’est idéale qu’en cas d’absence de pollution en aval du filtre. Ces sources de pollution peuvent par exemple être un humidificateur à ruissellement (peu utilisé chez nous) ou un recyclage d’air. Dans ces cas, un filtre complémentaire peut être nécessaire à la sortie du groupe de traitement d’air pour protéger le réseau de distribution de l’air (au minimum 85 % OPA ou F7). La longévité de ce dernier sera extrêmement importante et économique.
Le placement de ce deuxième filtre dans le caisson de traitement d’air est cependant difficile à réaliser, si on veut limiter les pertes de charge.

Exemple.

Comparaison de l’évolution de la pression dans un caisson de ventilation monobloc,
sortie libre dans le caisson avec filtre après le ventilateur et sortie raccordée au gainage avec filtre avant le ventilateur.

On voit dans l’exemple précédent que si le filtre est raccordé en aval du ventilateur et que ce dernier débite librement dans le caisson, la perte de charge (chute de pression totale dans le caisson), donc la consommation est plus importante.
Idéalement, si on place un filtre, dans le caisson après le ventilateur, le raccordement avec la sortie du ventilateur et avec l’entrée du conduit devrait se faire de manière à éviter les brusques changements de section générateurs de pertes de charge.

Ceci augmente malheureusement la taille du caisson.
Cette difficulté implique que dans la pratique courante, un deuxième étage de filtration en aval du ventilateur, n’est utilisé que dans des bâtiments spécifiques comme les hôpitaux.
Dans le cas d’un réseau de distribution pouvant présenter d’importantes fuites, un dernier filtre peut également être placé le plus près possible du local à traiter.

Degré de filtration maximum

Plus un filtre est performant plus il est coûteux en exploitation (coût de remplacement et consommation électrique du ventilateur).
Exemple.

Coût d’exploitation de différents filtres sur le marché : débit moyen de l’installation (en fonction de la perte de charge moyenne des filtres) = 54 000 m³/h, rendement du ventilateur = 0,6

Coût électrique = Δp [Pa] x [heures/an] x 6,5 [c€/kWh] x 54 000 [m³/h] / 0,6 / 3,6 106

Filtre à panneaux

80 % GRA

Filtre à déroulement

80/85 % GRA

Filtre à poches

85 % GRA

Filtre à poches

90 % GRA

Filtre à poches

55 % OPA

Filtre à poches

85 % OPA

Filtre à poches

95 % OPA

Nb de filtres 16 1 16 16 16 16 16
Débit/filtre [m³/h] 3 375 54 000 3 375 3 375 3 375 3 375 3 375
Coût d’un filtre de rechange [€] 5,25 420 31 38,5 75,15 86,55 96
Coût total d’un remplacement [€] 84 420 506,4 616,8 1 202,4 1 348,8 1 536
Perte de charge initiale [Pa] 60 25 35 60 85 130
Perte de charge finale [Pa] 160 150 200 300 300 300
Perte de charge moyenne [Pa] 110 140 88 118 180 193 215
Durée de vie [h] 500 4 000 6 500 4 000 12 000 9 000 6 500
Durée de fonctionnement [h/an] 4 000
NB de changement par an 8 1 0,6 1 0,33 0,44 0,61
Coût des rechanges [€/an] 672 420 303,75 616,8 396,75 609,3 936,9
Consommation par an [€/an] 1 237,5 1 575 990 1 327,5 2 025 2 171,25 2 418,75
Coût total [€/an] 1 909,5 1 995 1 293,75 1 944,3 2 421,75 2 780,75 3 355,65

En jaune sont repris les filtres couramment utilisés en ventilation dans les zones à risque de contamination élevé.

Choix de la taille et du type de filtre

Deux éléments vont conditionner le coût d’exploitation lié à la filtration :

  • La perte de charge moyenne du filtre durant la période de fonctionnement et donc la puissance électrique moyenne absorbée par le ventilateur pour vaincre celle-ci.
  • La longévité du filtre, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle le filtre atteindra la perte de charge finale recommandée par le fabricant et donc devra être remplacé.

À titre d’exemple, le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments limite la perte de charge initiale des filtres en fonction de leur efficacité. Ces valeurs peuvent être considérées comme des ordres de grandeur économiquement raisonnables :

Classe suivant NBN X44-001 Perte de charge initiale maximale au début d’utilisation [Pa]
G70 40
G80 40
G85 50
G95 50
F50 80
F70 90
F85 120
F95 150
U95 150
U99.97 225
U99.99 225

Première règle : choisir des filtres à poches

À efficacité égale, un filtre à poches coûte nettement moins cher (investissement + exploitation) qu’un filtre à déroulement ou qu’un filtre plan. Ceci s’explique par la plus grande surface filtrante du premier par rapport aux autres. Sa longévité est donc nettement plus grande (atteinte de la perte de charge maximum plus tardive). Le nombre de remplacements moindre compense donc un coût d’achat plus important.
À l’inverse, pour un coût d’exploitation semblable, on peut se permettre un filtre à poches plus efficace que les filtres plans ou à déroulement (40 % d’efficacité en plus sur les particules de 1 μm).
De même, à efficacité égale, on a intérêt à choisir le filtre à poches avec les poches les plus grandes.
Exemple : Dans une même gamme de filtres à poches de la marque « x », on retrouve des filtres F7 avec des poches de 700 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 80 PA pour un débit de 3 400 m³/h et des poches de 600 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 100 PA pour le même débit.

Deuxième règle : choisir le filtre le plus épais

À efficacité égale, il faut préférer les éléments filtrants les plus épais. En effet, ces derniers peuvent emmagasiner une quantité plus importante de particules avant d’atteindre la perte de charge finale recommandée. Ainsi pour une même efficacité et une même perte de charge moyenne, le filtre plus épais sera remplacé moins souvent.

Mise en œuvre de la filtration

L’efficacité de la filtration est fortement conditionnée par l’étanchéité du montage. Le degré de filtration peut baisser de plusieurs classes s’il y a by-pass d’air autour des filtres ou trop de fuites.
Voici 3 points auxquels il faut être attentif :

  1. Le filtre doit remplir tout l’espace du gainage dans lequel il s’insère, des panneaux étanches doivent fermer les espaces libres.
  2. Lorsque la filtration est réalisée par plusieurs filtres placés côte à côte, un joint d’étanchéité doit être disposé entre chacun d’eux. Ce joint doit être remis en place lors du remplacement des filtres.
  3. Lorsque le filtre est maintenu dans une glissière, celle-ci doit laisser le moins de jeu possible.

Entretien

Le colmatage des filtres entraîne une augmentation des pertes de charge de l’installation (augmentation de 100 .. 200 Pa par rapport à la situation filtre propre). Cette augmentation entraîne :

  • Une diminution des débits et donc une perte d’efficacité de l’installation de ventilation.
  • Une augmentation du débit d’air non filtré passant par les espaces presque inévitables existant entre les éléments actifs des filtres et leurs supports, dans les joints entre gaines et ventilateurs. Le débit d’air non- filtré peut amener un noircissement rapide des bouches et l’apparition de traînées noires en chaque point où les gaines de distribution d’air ne sont pas rigoureusement étanches.

La facilité d’entretien conditionne souvent sa fréquence. Pour éviter que l’entretien des filtres ne soit négligé à cause de sa difficulté, on convient de prévoir dans l’installation :

  • Des éléments de filtration ayant des dimensions et un poids qui ne rendent pas pénibles les manipulations nécessitées par le nettoyage. Le mode de fixation des éléments sur leur cadre fixe doit permettre un démontage et un remontage aisés en assurant une parfaite étanchéité entre éléments et cadre.
  • Des filtres ayant par leur épaisseur et leur surface de filtration, la capacité d’emmagasinage la plus grande possible, ce qui réduit les fréquences d’entretien.
  • Un accès facile à la section « filtre » au moyen d’une porte ou d’un panneau aisément démontable, construit en fonction des filtres à y introduire.
  • Un manomètre différentiel indiquant la perte de charge maximum que peut atteindre le filtre. Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments recommande que la valeur repère « filtre sale » du manomètre soit rapatriée au niveau d’un tableau électrique sous la forme d’une lampe rouge.
  • Un affichage à proximité du filtre reprenant : l’efficacité, le débit nominal, les pertes de charge initiale et finale et la date du dernier remplacement.

Autres critères de choix

Résistance à la corrosion

Les filtres traitent souvent quotidiennement des dizaines de tonnes d’air : aussi, toutes leurs parties constitutives doivent résister parfaitement aux agents de corrosion contenus dans l’air atmosphérique : vapeurs d’eau, vapeurs et gaz industriels, humidité saline.

Tenue au feu

Les filtres ne devraient pas être la source de fumée ni de gaz irritant ou toxique s’ils sont pris dans un incendie.

Concevoir le mur isolé par l’extérieur

Concevoir le mur isolé par l'extérieur


Choix du système

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

Les performances d’étanchéité à atteindre

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

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

L’esthétique recherchée et contraintes urbanistiques

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

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

Les performances énergétiques

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

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

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

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

La complexité de la façade

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

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

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

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

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

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


Choix de l’isolant

Type d’isolant

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

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

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

Épaisseur de l’isolant

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

Conseils de mise en œuvre

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

Schéma pose des panneaux isolants.

Courants de convection.

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

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

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


Choix de l’enduit éventuel

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

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

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

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

  • Présenter une bonne résistance mécanique : ils doivent pouvoir résister à des chocs modérés principalement au rez-de-chaussée, adhérer suffisamment à leur support, disposer d’une cohésion adéquate et résister à la fissuration. Les enduits – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent, en général, ces qualités pour autant qu’ils soient appliqués en suivant les recommandations et sur un support bien préparé. Lorsque l’enduit est appliqué directement sur l’isolant thermique, une armature est généralement prévue pour limiter le risque de fissuration.
  • Donner l’aspect décoratif recherché. Cette variété décorative est donnée par la grande variété de composition, de teinte et d’état de surface : lisse, gratté, tyrolien, ….).

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

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

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


Détails d’exécution

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

La baie de fenêtre

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

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

Bruxelles Environnement a édité une vidéo illustrative de la mise en œuvre de ce détail :

Isolation : Pose d’un seuil de fenêtre[Vidéo réalisée dans le cadre du projet Conclip, soutenu par Bruxelles Environnement].

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

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

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

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

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

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

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

Joint de mouvement en partie courante

Schéma joint de mouvement en partie courante.

Joint de mouvement dans un angle

Schéma joint de mouvement dans un angle.

Raccord avec une paroi adjacente

Schéma raccord avec une paroi adjacente.

  1. Mur existant.
  2. Panneau isolant collé.
  3. Armature et mortier d’enrobage.
  4. Enduit de finition.
  5. Profil protecteur.
  6. Joint élastique d’étanchéité.
  7. Fond de joint.
  8. Joint mécanique.

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

Schéma panneau isolant revêtu d'un enduit.

  1. Enduit.
  2. Revêtement de sol.
  3. Chape.
  4. Isolant acoustique.
  5. Dalle de plancher.
  6. Mur plein.
  7. Panneau isolant.

Choisir le système de production de vapeur


Générateur électrique ou au gaz ?

Générateur électrique

Il n’y a pas photo, l’électricité est très souvent pris comme vecteur énergétique. Pourquoi ? Par souci de facilité peut-être.

Essayons de voir ce qui motive les concepteurs à proposer l’électricité comme vecteur énergétique en synthétisant les avantages et les inconvénients:

(+)

  • l’électricité peut facilement être amenée à tout point du bâtiment, c’est une énergie propre au niveau même de la stérilisation centrale où l’hygiène est un critère important de sélection de la source de production de vapeur;
  • pas de nécessité de local adapté, d’équipements coûteux telle qu’une cheminée;
  • peu d’entretien;
  • pas de risque lié à l’utilisation du gaz par exemple (moyen de protection réduit);

(-)

  • la stérilisation fonctionne principalement en heure de pointe, la facture énergétique est donc importante (0,11 €/kWh);
  • la pointe quart horaire peut être importante si l’on n’y prend pas garde;
  • les résistances électriques sont relativement fragiles;

Générateur au gaz

Photo générateur au gaz.

Il arrive encore régulièrement que les hôpitaux, où la cuisine utilisant de la vapeur basse pression comme moyen de cuisson (« douche de cuisson », lave-vaiselle, …), soient équipés d’une chaudière à vapeur. Est-ce l’opportunité rêvée pour alimenter une installation de stérilisation centrale ?

La réponse dans la synthèse ci-dessous :

(+)

  • le gaz est un vecteur énergétique intéressant et propre;
  • le prix du kWh (0,05 €/kWh) est plus intéressant par rapport à l’électricité (0,11 €/kWh);

(-)

  • l’investissement dans un système de production de vapeur est important. Même si la chaudière vapeur est déjà présente dans le bâtiment, la pose de la distribution est onéreuse (conduite, équipements de purge, pompe de relevage des condensats, …);
  • les pertes en ligne sont importantes;
  • la souplesse de la régulation est moins bonne que le système étagé de résistances électriques;
  • la chaudière existante alimentant la cuisine travaille souvent en basse pression. Il est nécessaire de placer un surchauffeur pour atteindre la pression voulue en bout de ligne (surchauffeur au gaz ou électrique ?);

Conclusions

Dans le choix du vecteur énergétique entre l’électricité et le gaz, on peut en conclure ceci :

  • En essayant de récupérer l’énergie présente dans l’hôpital sous forme de vapeur à basse pression on se complique la vie à tous points de vue pour l’amener à pression de service de stérilisation (0,3 à 3 bar).
  • Si l’hôpital dispose d’une chaufferie vapeur haute pression (3,5 bar par exemple), il peut être intéressant d’utiliser la vapeur au travers d’un générateur-échangeur vapeur/vapeur; les constructeurs le proposent dans leur catalogue. Mais l’investissement et l’exploitation risquent d’être coûteux au niveau de la distribution de vapeur.
  • L’électricité semble le moins mauvais choix. En terme d’investissement, il est réduit et la technologie est fiable. En terme de facturation énergétique, il sera nécessaire d’être attentif à la gestion du lancement des cycles afin d’éviter une pointe quart-horaire trop importante.

Pour les réfractaires à l’électricité, il existe aussi des chaudières vapeur au gaz/fuel. Dans le cas précis de la stérilisation, il n’est pas possible de prévoir une chaudière au gaz à condensation; les températures mises en jeu sont trop importantes. Alors chaudières gaz ou fuel, c’est le même combat ! Mais de nouveau, l’investissement est très conséquent par rapport aux générateurs individuels intégrés électriques.

   


Générateur local ou central ?

1. Critères de choix

Le choix d’une configuration centrale ou locale est liée à plusieurs critères:

Confort thermique des zones de travail

Le confort thermique des occupants de la stérilisation centrale est très sensible. En effet, l’ambiance est souvent surchauffée de part le contact direct et quasi permanent avec les déperditions des parois des autoclaves lorsque les portes sont fermées (500 W par stérilisateurs selon un constructeur) et de l’intérieur des chambres de stérilisation lorsque les portes sont ouvertes (1 400 W par stérilisateur selon le même constructeur). Il faut ajouter à cela les déperditions des parois de séparation de l’ambiance de travail (zones stérile et propre) et de l’espace technique qui sont, en général, de simples parois de propreté en inox sans isolation.

   

Si cet espace technique est mal ventilé, il risque de surchauffer de part les apports internes importants et de transmettre au travers des parois de propreté une chaleur importante. On y relève les apports internes de déperdition au travers des parois :

  • de la double enveloppe de l’autoclave et de la distribution (de l’ordre de 2 100 W);
  • du générateur de vapeur (800 W).

Les apports internes, s’ils ne sont pas :

  • limités par une bonne isolation des parois des équipements,
  • confinés dans l’espace technique par une bonne isolation des parois de propreté,
  • évacués par une ventilation intelligente (récupération des calories au niveau d’un quai fournisseur en période froide par exemple),

cela risquent de rendre les zones de travail incorfortables; d’où nécessité de climatiser.
Il est pratiquement certain que la conception d’une stérilisation centrale passe par la climatisation des zones de travail car il est difficile, de toute façon, de réduire les apports internes de manière à passer en dessous du seuil de climatisation (gestion des déperditions des portes des autoclaves, de l’ouverture limitée de ces portes, …) mais on peut du moins les limiter au maximum comme, par exemple, la centralisation des générateurs dans un local technique annexe.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la climatisation, cliquez ici !

Puissance installée

Il est clair que lorsqu’on choisi comme vecteur énergétique de l’électricité directe, il est nécessaire de se soucier de l’appel de courant ou de la pointe quart-horaire. Avec la centralisation, on pourrait espérer réduire la puissance installée sachant que le coefficient de foisonnement des cycles de l’ensemble des stérilisateurs est faible. Mais vu que la priorité reste la garantie de résultat au niveau du cycle de stérilisation, le sous-dimensionnement n’est pas une solution en soi car rien n’empêche la possibilité de démarrer tous les stérilisateurs en même temps; une piste à suivre ?

Enfin la centralisation d’une production électrique de vapeur n’est pas le cheval de bataille des constructeurs. A puissance égale, l’investissement est donc beaucoup plus important dans le cas d’un générateur central que celui de la somme des générateurs locaux (rapport annoncé de 1 à 4)

Pertes en ligne

Les pertes en ligne d’une configuration centrale sont plus importantes qu’une configuration locale. Il faudra en tenir compte lors du dimensionnement si on choisit quand même cette option.

Intermittence

L’intermittence permet de réduire les consommations énergétiques et d’eau osmosée. Pourquoi maintenir une installation sous pression entre les cycles ? sachant que :

  • les déperditions inutiles au travers des parois continuent de se produire;
  • les condensats dans la double enveloppe continuent de se former;
  • les temps d’intercycle sont, en général, importants,
  • le temps de remise en pression faible;
  • les contraintes mécaniques peuvent être maîtrisées;

Théories

Pour en savoir plus sur l’intermittence, cliquez ici !

Dans une configuration locale, l’intermittence pourrait être pratiquée sans trop de problème en coupant l’alimentation électrique du générateur à la fin d’un cycle de stérilisation et en la rétablissant au cycle suivant. C’est vrai que l’on va légèrement allonger le temps de cycle effectif pour relancer le générateur afin qu’il puisse fournir une vapeur correcte en terme de pression et de température. Par contre, les consommations vont s’améliorer.

Dans une configuration centrale, l’intermittence ne peut être pratiquée puisque, par son principe même, la centralisation permet une mise à disposition permanente de la vapeur pour les autoclaves.

2. Synthèse

Configuration locale

Dans ce cas, le générateur de vapeur se trouve souvent sous l’autoclave et chaque autoclave possède son propre générateur. La compacité est importante vu qu’il est nécessaire de favoriser l’espace pour les zones de travail du personnel de Stérilisation Centrale.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivants :

(+)

  • le générateur réagit rapidement à la demande du stérilisateur;
  • l’intermittence peut être pratiquée aisément;
  • les pertes en ligne sont limitées;
  • le dimensionnement de la puissance du générateur est plus aisé puisqu’il ne dépend pas d’un coefficient de foisonnement;
  • la mise en parallèle de deux ou plusieurs générateurs peut être envisagée comme secours;

(-)

  • la source de chaleur reste à proximité immédiate de l’ambiance de travail;
  • la compacité de l’installation pose des problèmes de maintenance;
  • une panne du générateur entraîne souvent l’abandon du cycle et l’indisponibilité de l’autoclave (sauf si les générateurs sont reliés par une conduite de secours);

Configuration centralisée

Si le service de Stérilisation Centrale dispose d’un local technique annexe à proximité immédiate, on peut très bien envisager le regroupement des générateurs dans ce local afin de diminuer la puissance installée sachant qu’il est rare de voir tous les stérilisateurs du parc fonctionner ensemble.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivant :

(+)

  • gain de place pour la maintenance de l’installation (détection aisée des fuites au niveau de la distribution);
  • une panne d’un générateur n’empêche pas de continuer le cycle du stérilisateur;
  • Une des sources de chaleur est sortie de la zone de travail;

(-)

  • la conduite mère est de forte section (2″ par exemple); ce qui veut dire que les déperditions sont plus importantes et qu’il faut mieux l’isoler;
  • la longueur importante de la conduite mère augmente les déperditions;
  • les difficultés techniques et d’encombrement augmentent pour le tracé de la conduite mère sachant qu’il est important de récupérer la quantité de condensats produite par les déperditions des parois par gravitation naturelle (nécessité d’espace dans les faux-plafonds pour bénéficier d’une pente vers le générateur);
  • nécessité de multiplier les points de purge;

Alternative

Dès le début du projet, il est possible de demander au concepteur de prévoir une conduite mère reliant les générateurs locaux entre eux afin d’augmenter la sécurité d’alimentation en vapeur et de pouvoir réduire la puissance installée des générateurs.

Nous manquons d’étude de cas en la matière. S’il y a des expériences heureuses ou pas en terme de dimensionnement, il serait intéressant pour tout le monde qu’elles figurent ici !

Choisir le lave-vaisselle

Type de lave-vaisselle

La machine à panier statique à capot est utilisée dans les petits établissements (jusque 200 repas – repas complets). Dans les plus grands établissements, on choisira une machine à déplacement automatique de la vaisselle.

Le choix entre une machine à paniers mobiles ou à convoyeur se fait en fonction du système de lavage et du nombre de couverts à nettoyer en un certain temps.

Avec une machine à convoyeur, la vaisselle est introduite pièce par pièce dans la machine au fur et à mesure de son arrivée. Elle est donc utilisée avec un système de lavage instantané, ce qui est peu intéressant au niveau du prix des consommations électriques.

De plus, à cause du convoyeur, il nécessite beaucoup de place dans la laverie. Un local exigu pourra plus facilement accueillir un lave-vaisselle à paniers avec lequel il est possible de faire des configurations en angle (90 ou 180 degrés) alors qu’une machine à convoyeur ne peut être que rectiligne.

Par contre avec un lave-vaisselle à paniers mobiles, à cause de la place perdue par les paniers (évaluée à 20 %), le nombre de couverts nettoyés dans un laps de temps déterminé est plus faible que celui nettoyé par une machine à convoyeur.

Dans certaines organisations, la combinaison des deux types de lave-vaisselle est réalisée.


Dimensionnement

Un dimensionnement correct du lave-vaisselle permet une utilisation à sa pleine charge; ce qui est optimal au niveau de la consommation en eau et en électricité.

Quel que soit le type de lave-vaisselle envisagé (à panier ou à convoyeur), les principaux paramètres de dimensionnement sont le temps imparti au lavage, l’inventaire des pièces à laver et le temps de contact dans la zone de lavage. le temps imparti au lavage.

Le choix d’un lavage instantané nécessite un sur-dimensionnement de la machine. Ce sur-dimensionnement est donné par le coefficient d’utilisation. Lorsque le lavage est différé, ce coefficient peut être pris égal à 1.

Si la vitesse d’avancée du convoyeur calculée par le dimensionnement est supérieure à 2,50 m/min, il faudra dédoubler le nombre de machine à laver.

À partir de 1 000 repas, on prévoit en général deux machines à laver.

Si des machines spécifiques sont utilisées (laveuse de plateaux ou machine à laver les verres), la capacité du lave-vaisselle polyvalent devra être moindre. Le dimensionnement simplifié aussi bien que les méthodes plus précises devront en tenir compte au niveau de la composition d’un couvert-type.


Choix des équipements améliorant l’efficacité énergétique des lave-vaisselle

Toute l’énergie consommée par un lave-vaisselle est, finalement, transformée en chaleur. À l’entrée, environ 90 % de l’énergie est utilisée pour chauffer l’eau de lavage et 10 % pour actionner les moteurs. A la sortie, environ 70 % de la chaleur est perdue sous forme de buées et de dégagements de chaleur dans l’environnement (au détriment du confort des travailleurs). Les 30 % restant vont à l’égout.

Exemple.

Puissances injectées et perdues sur un lave-vaisselle sans mesures particulières d’économies d’énergie. (Source : société Stierlen).

vaissellepuissancesschema2.gif (7904 octets)

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Les lave-vaisselle actuels utilise le principe de la cascade :

Dans les lave-vaisselle à bacs multiples, l’eau est amenée par cascade de la zone la plus propre vers la zone la plus sale : rinçage -> pré-rinçage -> lavage -> prélavage. De l’eau claire n’est introduite dans le lave-vaisselle que lors de son remplissage initial et lors du rinçage. Un volume équivalent à l’eau utilisée lors du rinçage est évacué à l’égout au départ de la première zone de la machine (prélavage ou lavage). Ceci permet de limiter la consommation d’énergie, d’eau et des produits lessiviels.

Dans les lave-vaisselle « mono-bac » ou « à panier statique », le principe est le même, l’apport d’eau fraîche (claire) se fait également lors du rinçage, eau qui régénère l’eau de lavage.

Plusieurs autres techniques permettent de diminuer la consommation d’énergie des lave-vaisselles et d’augmenter le confort par la même occasion :

  • l’isolation du lave-vaisselle,
  • le récupérateur de chaleur,
  • la pompe à chaleur,
  • la comparaison entre les effets d’un récupérateur de chaleur et d’une pompe à chaleur,
  • le détecteur de vaisselle.

L’isolation du lave-vaisselle

Les pertes de chaleur par rayonnement d’un lave-vaisselle représentent quelques pour-cent (environ 5 %) des pertes de chaleur totales. Une bonne isolation permet de diminuer ces pertes.

Outre la diminution des consommations d’énergie et l’augmentation du confort des travailleurs, l’isolation de la machine va engendrer un abaissement du niveau sonore de la machine. Les bruits émis sont réduits d’environ 80 %.

L’isolation des lave-vaisselle n’est pas systématique. Elle est, selon les fabricants, en option ou standard.

Le récupérateur de chaleur

Un récupérateur de chaleur intégré dans un carter se trouve sur la machine.

  • L’air humide est aspiré au niveau du bac de rinçage pour qu’aucune vapeur ne s’échappe de la machine.
  • La chaleur contenue dans l’air d’évacuation humide est extraite et sert à réchauffer l’eau de rinçage à environ 45°C.
  • L’air refroidi et déshumidifié s’en va dans la conduite d’évacuation.
Exemple.

Machine à 4 zones de lavage équipée d’un récupérateur de chaleur.

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Où :

  • A : prélavage
  • B : lavage
  • C : rinçage
  • D : séchage

Vu qu’avec un récupérateur de chaleur, l’eau de rinçage est réchauffée de la température du réseau à environ 45°C, il est évident que l’alimentation de rinçage se fait à l’eau froide.
Lorsque le lave-vaisselle est équipée récupérateur, la puissance du surchauffeur est adaptée en conséquence : il lui suffira de faire passer l’eau de rinçage de 45°C à environ 85°C.

La puissance totale installée ainsi que les consommations sont diminuées d’environ 20 %.

À titre de comparaison, les puissances installées et les consommations électriques sont équivalentes à celles du même lave-vaisselle alimenté au rinçage à l’eau chaude. Mais dans ce dernier cas, il faut ajouter l’énergie nécessaire pour chauffer au préalable cette eau de rinçage avec un autre combustible (fuel, mazout).

D’autre part,avec un récupérateur, les buées sortant de la machine sont refroidies jusqu’à environ 35°C et déchargées d’une bonne partie de leur humidité. On diminue ainsi les risques de condensation dans le système de ventilation qui va évacuer ces buées.

On ne trouve des récupérateurs de chaleur que sur les lave-vaisselle à déplacement automatique.

Les gains énergétiques sont à mettre en rapport avec le surcoût à l’achat.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer ce que peut vous faire gagner un récupérateur sur un lave-vaiselle adapté à votre établissement, cliquez ici !

Attention, avec les graisses le récupérateur s’encrasse. Celui-ci doit régulièrement être nettoyé.

La pompe à chaleur

Lorsqu’une pompe à chaleur avec récupération sur les buées est installée sur un lave-vaisselle, celle-ci récupère la chaleur des buées au niveau de l’extraction pour la restituer à l’eau de rinçage.

L’eau de rinçage est ainsi chauffée de la température du réseau de distribution à environ 75°C. L’alimentation de rinçage se fait donc, bien entendu, à l’eau froide.

Lorsque le lave-vaisselle est équipé d’une pompe à chaleur, la puissance du surchauffeur est adaptée en conséquence : il lui suffira de faire passer l’eau de rinçage de 75°C à environ 85°C.

La puissance totale installée ainsi que les consommations sont diminuées d’environ 45 %.

D’autre part,avec une pompe à chaleur, les buées sortant de la machine sont refroidies et déchargées d’une bonne partie de leur humidité. On diminue ainsi les risques de condensation dans le système de ventilation qui va évacuer ces buées.

On ne trouve des pompes à chaleur que sur les lave-vaisselle à déplacement automatique.

Les gains énergétiques sont à mettre en rapport avec le surcoût à l’achat.

Calculs 

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer ce que peut vous faire gagner un récupérateur sur un lave-vaisselle adapté à votre établissement, cliquez ici !

On peut également trouver des lave-vaisselle avec pompes à chaleur encore plus performantes qui récupèrent la chaleur sur les buées d’extraction mais aussi sur l’air ambiant.

Dans ce cas, non seulement l’eau de rinçage est chauffée de la température du réseau à 75°C, mais en plus, l’eau de lavage est maintenue à la bonne température. Une résistance de maintien en température n’est plus nécessaire. Le lave-vaisselle doit, dans ce cas, être alimenté au remplissage à l’eau chaude.

Les puissances installées et les consommations électriques sont diminuées de 55 %.

Ce système présente un deuxième avantage non négligeable : l’air ambiant de la cuisine est refroidi, ce qui va améliorer le confort des occupants.

Attention : si l’humidité absolue de l’air du local diminue par condensation dans l’évaporateur de la pompe à chaleur, l’humidité relative du local va augmenter, ce qui ne contribuera pas à l’amélioration du confort à ce niveau.

On en conclut que de l’air sec devra de toute façon être apporté au local pour diminuer son taux d’humidité, mais en quantité nettement plus faible. Autrement dit, la présence d’une pompe à chaleur sur le lave-vaisselle qui extrait l’humidité de l’ambiance permettra un débit d’extraction d’air dans la laverie nettement plus faible.

Exemple.

Source : « Steun voor demonstratieprojecten energietechnologieen » – Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap – departement Économie, Werkgelegenheid, Binnenlandse Aangelegenheden en Landbouw – administratie Économie – afdelong Natuurlijke Rijkdommen en Énergie)

Un lave-vaisselle avec pompe à chaleur intégrée a été installé dans la laverie de deux hôpitaux. L’un de 350 lits, l’autre de 320 lits.

Description

Ce lave-vaisselle comporte une zone de pré-lavage, de lavage, de rinçage et de séchage.

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Son fonctionnement est identique à celui d’une autre machine à laver.

Cependant, ici, la pompe air/eau utilise la chaleur de l’air ambiant du local (26°C) et la chaleur récupérée de la zone de séchage (57°C) pour maintenir l’eau introduite dans le bac de lavage à 63°C. Cette eau est utilisée pour le pré-lavage et le lavage.
La pompe sert également à préchauffer l’eau de rinçage jusqu’à 70°C. Cette eau est ensuite réchauffée jusqu’à 85°C dans un boiler électrique.

Après rinçage, l’eau est recueillie et va servir au lavage.

L’air de la zone de séchage qui passe dans l’évaporateur est refroidi de 57°C à 19°C et est rejeté à l’extérieur.
L’air ambiant qui passe dans un filtre puis dans l’évaporateur de la pompe à chaleur est refroidi de 26°C à 18°C et sert à rafraîchir le local.

Rendement

Le COP de la pompe à chaleur varie donc entre 2,7 et 3,4.

Avantages

Des mesures ont été réalisées sur les lave-vaisselles des deux hôpitaux.

La consommation électrique du lave-vaisselle équivaut à 45 % de ce qu’elle aurait été sans pompe à chaleur.
La consommation électrique du lave-vaisselle du premier hôpital s’élève à 180 kWh/jour, celle du second à 195 kWh/jour.
Les consommations sans pompe à chaleur auraient donc été de 400 kWh/jour ( = 180 x (100/45)) dans le premier hôpital et de 433 kWh/jour ( = 195 x (100/45)) dans le second.

Économies et temps de retour

La machine sans pompe à chaleur et équipée d’une résistance électrique coûte 55 000 €. La machine à laver avec pompe à chaleur coûte 75 000 €.  L’énergie économisée permet-elle de rembourser le sur-investissement ? D’autant que les coûts annuels d’entretien de la pompe à chaleur s’élèvent à 750 €.
Le gain énergétique réalisé grâce à la pompe à chaleur est de 55 %.

L’économie d’énergie annuelle par rapport à une situation de référence avec un lave-vaisselle sans pompe à chaleur est de 80 300 kWh [365 x 0,55 x 400] dans le premier hôpital et de 86 992 kWh [365 x 0,55 x 433] dans le second.

On peut alors calculer le temps de retour de l’investissement, c’est-à-dire le rapport entre le surcoût d’investissement et l’économie annuelle. Avec un prix moyen du kWh de 6,5 c€,  ce temps de retour varie de 4,5 ans [20 000 / [(0,065 x 80 300) – 750]] à 4,1 ans [20 000 / [(0,065 x 86 992) – 750]].

Un autre regard consiste à faire le bilan sur les 15 années de vie du lave-vaisselle : le bilan (simplifié car les valeurs ne sont pas actualisées) donnerait une économie totale de :

(0,065 x 80 300 – 750) x 15 – 20 000 = 47 042,5 € économisés…!

Comparaison entre les effets d’un récupérateur de chaleur et d’une pompe à chaleur

Exemple.

Effets d’un récupérateur de chaleur ou d’une pompe à chaleur sur une machine à convoyeur – Source Stierlen.

Lavevaissellecomparaison.gif (12807 octets)

Le détecteur de vaisselle

Lorsque le lavage est instantané, on choisira un lave-vaisselle avec détecteur de vaisselle. Apparemment, tous les nouveaux lave-vaisselle serait actuellement équipés de ce dispositif.

En effet, lorsque le lavage est instantané, les casiers de vaisselles sont introduits dans la machine à déplacement automatique au fur et à mesure qu’ils reviennent en cuisine. Du fait des espacements entre les casiers qui défilent sur le tapis roulant, une quantité importante d’énergie, d’eau et de détergent est gaspillée.

Les lave-vaisselles avec détecteur de vaisselle sont équipés d’un système comprenant une cellule photoélectrique qui identifie les casiers et d’un système de contrôle qui dirige les opérations du lave-vaisselle.

A l’entrée du tunnel, une cellule photosensible identifie les casiers qui sont chargés dans le lave-vaisselle. Lorsqu’un espacement entre les dits casiers apparaît, le système interrompt les opérations du lave-vaisselle et le maintient en stand-by.

Le système de contrôle maintient le lave-vaisselle hors fonction si la chaîne des casiers est interrompue.

Dès que le système détecte le casier suivant, au début du tunnel, le processus de lavage est repris.

Lorsque la durée de stand-by dépasse un certain temps, le système de contrôle remet la machine en route de manière à ce que le résultat de lavage reste bon.

Avec d’autres systèmes, il y a une temporisation entre l’arrêt et la détection correspondant au temps de passage.

Un bouton de dérogation permet également des interventions par le personnel.

Exemple.

Dans un hôtel en Finlande, on a fait placer ce type de système de contrôle sur un lave-vaisselle d’une capacité de 150 casiers/heure. En moyenne, les besoins de cet hôtel est de 500 casiers par jour. Le but recherché était de diminuer les temps de fonctionnement à vide de telle manière qu’ils ne dépassent pas 10 % du temps total de fonctionnement.

Les campagnes de mesures réalisées ont révélé une consommation électrique avant le placement du détecteur de 0,74 kWh par casier et après placement de 0,38 kWh par casier, soit une réduction de 49 %.

On doit ajouter à cela les économies en eau et en détergent.

 D’autres avantages viennent se greffer sur ces premiers résultats :

  • diminution du niveau de bruit (du fait de la réduction du temps de fonctionnement),
  • diminution du coût de la maintenance.

Aspects économiques.

L’investissement pour le système de contrôle a été d’environ 8075 €. L’économie sur la consommation d’électricité est de 5 400 kWh/mois, à 6,5 c€/kWh, soit 351 €/mois. L’économie totale, détergent et eau inclus, est de 580,25 €/mois.

Le temps de retour simple de l’investissement est donc de 22 mois sur les seules consommations électriques et de 14 mois en considérant les économies totales.


Lave-vaisselle électrique, au gaz ou à la vapeur

Des lave-vaisselle au gaz et à la vapeur ont vu le jour sur le marché.

Un lave-vaisselle nécessite différentes puissances de chauffage internes :

  • Une puissance pour l’eau de lavage. Celle-ci va soit maintenir l’eau du bac de lavage à température lors du lavage si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau chaude au remplissage, soit monter l’eau de remplissage de la température du réseau de distribution à la température de lavage (environ 60°C) si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau froide au remplissage.
  • Une puissance pour l’eau de rinçage. Celle-ci va amener l’eau de rinçage de la température du réseau de distribution à 85 °C si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau froide au rinçage, d’environ 45 °C à 85 °C si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau chaude au remplissage ou à l’eau froide et équipé d’un récupérateur de chaleur ou enfin, de 75°C à 85°C si le lave-vaisselle est alimenté à l’eau froide au rinçage mais équipé d’une pompe à chaleur.
  • Une puissance de séchage pour les lave-vaisselle disposant d’une telle zone.

Ces puissances internes peuvent provenir de résistances électriques. Elles peuvent également provenir d’un circuit de vapeur.

L’alimentation vapeur consiste en le raccordement des organes de chauffe à une installation produisant de la vapeur. La vapeur circule dans des tubulures placées dans les différents bacs, l’échange de chaleur se faisant par contact de l’eau des bacs ou du surchauffeur avec les tubulures contenant la vapeur.

Le lave-vaisselle à la vapeur n’est intéressant que lorsque le prix de revient du kWh est plus intéressant que celui du kWh électrique. Ce qui n’est en général le cas que lorsqu’on dispose déjà d’une distribution de vapeur en bon état. Ce qui est fréquent dans les hôpitaux. La vapeur provient soit d’une chaudière au gaz ou au mazout, soit d’un réseau de distribution.

Les différentes puissances ci-dessus peuvent également provenir d’une chaudière au gaz propre au lave-vaisselle. Le fonctionnement est similaire à un chauffe-eau domestique. La chaudière chauffe de l’eau qui circule en circuit fermé. L’eau chaude alimente des échangeurs de chaleur (réservoir de lavage, eau de rinçage et tunnel de séchage). Ce choix est intéressant lorsque le sur-investissement du lave-vaisselle à gaz et de son installation est compensé par la différence de prix entre le kW gaz et le kWh électrique.

Les prix du kWhfuel et du kWhgaz sont indépendants de la période d’utilisation.

Le prix du kWhélectrique dépend fortement de la période d’utilisation mais également de la tarification de l’établissement. Le prix moyen du kWh électrique varie en fonction de la période d’utilisation. Pour d’autres tarifications, on peut calculer le prix moyen du kWh à partir de la valeur des différents termes intervenant dans la facturation.

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Calculs

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer la quantité d’énergie nécessaire à la vaisselle dans votre propre situation, cliquez ici !

Le choix d’un lave-vaisselle au gaz peut également être faire lorsque la puissance électrique disponible n’est pas suffisante pour un lave-vaisselle électrique.


Lave-vaisselle spécifique

Le lave-ustensiles

La plonge des ustensiles de cuisine constitue sans doute le travail le plus pénible et le plus ennuyeux dans une cuisine.

La tendance actuelle va donc vers la suppression du poste de plongeur batterie après s’être équipé d’un lave-ustensiles.

Selon les fabricants, son temps de retour d’investissement est estimé à 12 à 18 mois.

La laveuse de plateau et la machine à laver les verres

Une machine à laver les verres n’est pas nécessaire si l’aspect des verres ne doit pas nécessairement être impeccable ou si le lave-vaisselle polyvalent est équipé d’un système mécanique, optique ou magnétique d’enclenchement automatique des jets d’eau déminéralisée au passage de paniers de verres (ou couverts) lors du rinçage final.

Les lave-vaisselle spécifiques présentent cependant une certaine souplesse au niveau des changements d’organisation. Ainsi, certains établissements choisissent un lave-vaisselle à part pour laver les verres en prévision du cas où ils passeraient un jour à la vaisselle jetable.

Choisir le lieu d’implantation

Suivant le lieu d’implantation, la consommation liée au transport des occupants
risque de dépasser la consommation de l’immeuble de bureaux …


Valoriser les réseaux de transport en commun

 

Dans un immeuble de bureaux, la consommation journalière des 12 m² occupés par une personne correspond à un parcours aller/retour en voiture de 30 km.

La consommation liée au transport des occupants du bâtiment est donc souvent plus élevée que la consommation du bâtiment lui-même !

Lors du choix d’implantation, parmi les autres critères, on prendra en compte l’intégration dans un réseau de transport en commun.

Pour plus d’info sur ce thème, vous pouvez consulter le site ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://mobilite.wallonie.be de la Région Wallonne.


Favoriser le transport à pied ou à vélo

L’accessibilité des piétons et des cyclistes est essentiellement du ressort de l’urbanisme. Cependant, localement, il est possible de favoriser cette politique, par la réservation d’une zone de parkings pour les vélos, par exemple. Ou l’insertion au programme du bâtiment d’une salle de douches pour les occupants cyclistes.


Valoriser les services de proximité

Dans un zoning industriel, les repas de midi, les courses durant la pause, … génèrent des déplacements énergivores.

On peut donc penser au contraire à une implantation qui limite cet usage :

  • présence de restaurants, de commerces,
  • présence de sociétés de services à proximité,

Valoriser les ressources locales

Les matériaux qui entreront dans le projet représenteront chacun un investissement énergétique.

On privilégiera donc le choix de matériaux de construction locaux, l’utilisation de matériaux recyclables ou recyclés,…

Plus largement encore, une réflexion peut être menée sur la valorisation de la main-d’œuvre locale, voire sur l’appel à des organismes locaux d’insertion professionnelle.


Intégrer le bâtiment au sein d’un projet urbain global

Est-il normal de concevoir des immeubles similaires dans nos régions et sous les tropiques… ?

Ceci dépasse le seul critère énergétique, mais peut être porteur d’une réflexion intéressante :

  • Intégrer le bâtiment dans son contexte topographique, architectural, urbanistique, culturel, …
  • Apporter de la mixité dans les affectations urbaines (bureaux, logements, écoles, commerces, …).
  • Proposer un aménagement local dont la logique s’intègre au projet urbain existant ou peut s’étendre ultérieurement au voisinage futur.
  • Valoriser les espaces publics et semi-publics.

Plus localement, il est aussi utile de réintroduire le contact avec l’environnement grâce aux espaces extérieurs qui environnent le bâtiment.

 

Les fontaines, les bassins,… créent un rapport ludique et symbolique avec l’eau.
Ils favorisent la diversité biologique.

Mais aussi, ils modifient le microclimat dans l’espace environnant, réduisant en été la température de l’air extérieur par évaporation (chaleur latente).

 

Définir la rentabilité d’un projet « Pompe à chaleur »

Définir la rentabilité d'un projet "Pompe à chaleur"


Avis Important aux Lecteurs (mars 2024)

Cet article présente des informations basées sur les données et le contexte de 2007 concernant les pompes à chaleur (PAC). Bien que les principes fondamentaux et les concepts expliqués restent pertinents, il est important de noter que l’article restera inchangé et peut ne pas refléter les dernières avancées technologiques, les changements dans le marché de l’énergie, ou les évolutions des politiques d’incitation financière. En gardant cela à l’esprit, voici quelques conseils pour aider les lecteurs à mettre en perspective les informations fournies :

  1. Considérez l’Évolution des Technologies : Les technologies des PAC ont considérablement évolué depuis 2007, offrant de meilleures performances et une efficacité accrue. Les valeurs de COP mentionnées peuvent donc avoir été dépassées par les modèles plus récents.
  2. Tenez Compte des Changements dans le Mix Énergétique : La consommation en énergie primaire et les émissions de CO2 liées à l’utilisation des PAC peuvent avoir changé, notamment en raison d’une part accrue des énergies renouvelables dans le mix énergétique.
  3. Actualisez les Informations sur les Coûts : Les données sur les coûts d’investissement et d’utilisation des PAC, ainsi que les incitations financières disponibles, peuvent avoir évolué. Il est conseillé de consulter des sources actuelles pour des estimations de coûts et de rentabilité plus précises.
  4. Recherchez les Dernières Subventions et Incitations : Les programmes de subventions et les incitations fiscales pour l’installation de PAC sont susceptibles d’avoir changé. Il est important de se renseigner sur les aides financières les plus récentes pour maximiser la rentabilité de votre investissement.
  5. Évaluez l’Impact Environnemental Actuel : Les impacts environnementaux des PAC, notamment en termes d’émissions de CO2, doivent être évalués à l’aune du mix énergétique actuel et des avancées dans les technologies de production d’électricité.

Nous invitons les lecteurs à utiliser cet article comme une base de connaissances tout en recherchant des informations supplémentaires et à jour pour prendre des décisions éclairées concernant l’utilisation des pompes à chaleur dans le contexte énergétique et environnemental actuel.

Une efficacité dépendante de la performance de la pompe

Quelle efficacité en énergie primaire si la PAC fonctionne avec l’électricité du réseau belge ?

A en croire certains fabricants, la pompe à chaleur « crée » de l’énergie gratuite « récupère » l’énergie solaire gratuite et renouvelable…

En analysant le bilan énergétique, on constate en effet que pour 3 kWh thermiques fournis, environ 2 kWh thermiques peuvent provenir de l’air extérieur ou de l’eau d’une rivière, donc des sources d’énergie renouvelable. Néanmoins, pour fonctionner, elle utilise alors 1 kWh d’énergie électrique. Or la production électrique provenant du réseau a un rendement moyen de 35 % (qui provient la production et des pertes de transport et distribution de l’électricité). Il faut donc approximativement 3 kWh en centrale pour donner 1 kWh à la PAC, … qui fournira 3 kWh en chaleur. Sur base de cette analyse, on voit que le potentiel de réduction de consommation en énergie primaire par rapport à un chaudière traditionnelle au gaz ou mazout n’est pas si évident. Sur base de chiffres plus précis, il est effectivement possible de démontrer que les PAC permettent un réduction de la consommation en énergie primaire. Néanmoins, comme montré dans le raisonnement ci-dessus, il faut s’attendre à une réduction de dizaines de pour cent, mais pas une diminution drastique par un facteur 2 ou 3.

Remarque : Par rapport au chauffage à résistances électriques, le chauffage par pompe à chaleur est donc écologiquement beaucoup plus performant. Mais si le maître d’ouvrage envisage de remplacer ses accumulateurs, il va ouvrir la comparaison à l’ensemble des moyens de chauffage …

Les performances en termes d’énergie primaire dépendent essentiellement de deux facteurs, le coefficient de performance annuel (COPA) ainsi que le facteur de conversion en énergie primaire, que nous appellerons ici « f », de l’électricité disponible sur le réseau belge. Nous reprenons ci-dessous la valeur de COPA pour les différents types de PAC selon trois sources différentes. Dans les deux dernières colonnes, on reprend la valeur minimale et maximale de COPA que l’on considère dans les estimations de performance que nous allons réaliser dans cette page.

Type COPA (Source 2009 : EF4, facilitateur PAC de la Région wallonne) COPA (Source 2008 : Paul Cobut, Energy Saving Services) COPA (Source : rapport Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, ANRE) COPA minimum calcul COPA maximum calcul
Air-Air 2.8-3.5 2.7 2.5 3.5
Air-Eau 2.5-3.5 3.0-3.5 2.7 2.5 3.5
Eau-Eau 3-4.5 3.0-3.8 3.0 4.5
Eau glycolée-Eau 3-4 3.2-4.0 3.2-3.6 3.0 4.0
Sol-Eau 3-4 3.2-4.0 3.2-3.6 3.0 4.0
Sol-Sol 3-4 3.2-4.0 3.2-3.6 3.0 4.0
ECS 2.5-3.0 2.0 3.0

Synthèse des différentes valeurs de COPA diffusées par différentes sources : le facilitateur PAC de la Région wallonne, EF4, un spécialiste de la PAC en Belgique, Paul Cobut, un rapport du ministère du Ministère de la Communauté flamande sur l’installation des  PAC.

La quantité d’énergie primaire consommée par kWh d’énergie thermique utile est calculée pour les différents types de PAC : plus la valeur est faible et plus la technologie est intéressante au niveau de la consommation en énergie primaire. À titre comparatif, les chaudières au gaz et au mazout se situent approximativement autour de 1.2-1.3.

On considère un scénario conservatif avec les valeurs les plus basses de COPA et un scénario positif avec les valeurs maximales. Premièrement, on considère un facteur de conversion pour l’électricité de notre réseau de 3.1. Cela veut dire que pour obtenir 1 kWh électrique en distribution, il faut compter 3.1 kWh en énergie primaire. Cette valeur correspond au cas réel de notre réseau qui produit essentiellement son électricité sur base d’énergie nucléaire (approximativement 60 %). A titre indicatif, on peut considérer la valeur de facteur de conversion prescrite par la PEB qui correspond à la part non nucléaire du réseau.

Type COPA minimum calcul COPA maximum calcul Rapport Eprimaire/Eutile pour f = 3.1 et COPA minimum Rapport Eprimaire/Eutile pour f= 3.1 et COPA maximum Rapport Eprimaire/Eutile pour f =2.5 (PEB) et COPA minimum Rapport Eprimaire/Eutile pour f = 2.5 (PEB) et COPA maximum Rapport Eprimaire/Eutile par ANRE
Air-Air 2.5 3.5 1.25 0.88 1.0 0.71 0.9
Air-Eau 2.5 3.5 1.25 0.88 1.0 0.71 0.9
Eau-Eau 3.0 4.5 1.0 0.68 0.83 0.55 0.66-0.83
Eau glycolée-Eau 3.0 4.0 1.0 0.77 0.83 0.62 0.76
Sol-Eau 3.0 4.0 1.0 0.77 0.83 0.62 0.73
Sol-Sol 3.0 4.0 1.0 0.77 0.83 0.62 0.73
ECS 2.0 3.0 1.5 1.0 1.25 0.83

Rapport entre consommations en énergie primaire et énergie utile pour les différentes technologies de PAC suivant deux scénarios de COPA (conservatif et optimiste) et deux facteurs de conversion de l’électricité du réseau en énergie primaire.

Si on prend l’hypothèse la plus défavorable de COPA minimum avec un facteur de conversion de 3.1 (avec nucléaire), on voit que le rapport entre énergie primaire et énergie thermique utile délivrée est du même ordre de grandeur que pour les chaudières gaz ou mazout. Seule la production d’ECS donne des résultats moins intéressants. Par contre, dès que l’on travaille avec les meilleures performances de PAC (COPA max), les valeurs sont nettement plus intéressantes. Sur base de cette observation, nous proposons la conclusion suivante : avec les COPA attendu les plus faibles, les PAC sont aussi performantes que les chaudières en ce qui concerne l’énergie primaire, par contre, en travaillant sur base des meilleures performances, un gain substantiel est possible.

Cela met aussi clairement en évidence l’intérêt de travailler avec dans les meilleures conditions pour obtenir les meilleures performances : bon matériel, bonne conception, bonne régulation et bon maintien, entretien de l’installation. La qualité est un aspect très important. Il existe un label au niveau wallon pour l’installation des pompes à chaleur, le label PACQUAL : voir ouverture d'une nouvelle fenêtre ! le site internet de RBF (Renewable Buiseness Facilitateur) qui représente les intérêts d’entreprises wallonnes actives dans le renouvelable.

Logo du label PACQUAL (Source : ouverture d'une nouvelle fenêtre !  site internet RBF).

Quelle efficacité en émission de CO2 si la PAC fonctionne avec l’électricité du réseau belge ?

Comme pour l’analyse de la consommation en énergie primaire, le coefficient de performance annuel de la PAC, le COPA, est un paramètre de première importance.  Les valeurs introduites dans le tableau ci-dessus, valeurs typiques minimales et maximales, seront reprises pour l’évaluation des émissions de CO2. En ce qui concerne l’électricité du réseau, nous tenons compte de la production des centrales nucléaires. Cela donne une émission de 302 grammes d’équivalents-CO2 par kWh électrique consommé sur le réseau. À titre comparatif, nous avons placé dans le tableau les émissions caractéristiques de CO2 pour un chauffage direct par l’électricité et par une chaudière au gaz (dont on considère que le rendement saisonnier est de 90 %, le cycle complet du combustible avec 232 grammes d’équivalent-CO2 produits par kWh thermique final).

Type COPA minimum calcul COPA maximum calcul Emission de CO2 : COPA mininmum [gramme équivalent CO2/kWh] Emission de CO2 : COPA maximum [gramme équivalent CO2/kWh]
Air-Air 2.5 3.5 120 86.28
Air-Eau 2.5 3.5 120 86.28
Eau-Eau 3.0 4.5 100 67.11
Eau glycolée-Eau 3.0 4.0 100 75.5
Sol-Eau 3.0 4.0 100 75.5
Sol-Sol 3.0 4.0 100 75.5
ECS 2.0 3.0 151 100
Chauffage électrique direct 302 302
Chauffage au gaz naturel 257 257

Émission de CO2 pour les différentes technologies de PAC suivant les deux scénarios de performance COPA.

Le résultat est sans appel : quelque soit le niveau de performance, COPA, considéré, les PAC émettent nettement moins de CO2 que le chauffage traditionnel et, évidemment, que le chauffage électrique direct. C’est parfois un argument qui est avancé pour promouvoir l’installation des pompes à chaleur. Cet argument est correct, mais nous tenons néanmoins à donner une nuance. Le lecteur pourra ainsi se faire sa propre opinion.

Ces performances en émission de CO2 des PAC proviennent essentiellement de la structure de la production électrique en Belgique, essentiellement dominée par les centrales nucléaires. Sur base des analyses de bilan CO2 actuelles, le nucléaire émet très peu de CO2. Dans le débat, il faut savoir aussi que certains groupes remettent en question cette hypothèse de départ.  D’après ceux-ci, la production d’énergie par centrales nucléaires contiendrait beaucoup d’ « énergie grise » (pour la construction, démantèlement, gestion des déchets, …). Comme les centrales nucléaires émettent relativement peu de CO2 et que les PAC consomment de l’électricité, les émissions de CO2 sont donc relativement plus faibles, ce qui est tout bénéfice pour éviter le réchauffement climatique. Néanmoins, il ne faut pas perdre de vue que le nucléaire produit des déchets qui peuvent être potentiellement très dangereux pour l’environnement. La problématique des déchets nucléaires est un sujet bien connu. En conclusion, on a, quelques part déplacé le risque du réchauffement climatique (CO2) vers le danger des déchets nucléaires.

Quelle efficacité environnementale si la PAC fonctionne avec l’électricité produite de manière renouvelable ?

Les conclusions données précédemment considéraient que l’électricité consommée par la PAC provenait du réseau, réseau essentiellement dans son état actuel. Les conclusions sont tout à fait différentes si on considère que l’électricité qui alimente la PAC est produite sur base d’énergie renouvelable. Dans ce cas, les performances environnementales des PAC sont remarquables.

Quelle rentabilité financière ? Investissement et coût à l’utilisation

Une installation de chauffage basée sur une PAC est généralement plus chère à l’investissement qu’une installation équivalente basée sur des chaudières traditionnelles. On l’observe du moins clairement dans le secteur domestique. Par contre, pour le domaine du tertiaire, nous manquons d’information.

En ce qui concerne le coût d’utilisation, les frais liés à la consommation d’électricité, le coefficient de performance annuel, COPA est encore central.

Nous allons reprendre notre petite étude avec la plage de valeurs de COPA rencontrées en pratique. Le prix de l’électricité est pris à 192 c€/kWh en heures pleines et 105 c€/kWh en heures creuses. Le prix du gaz est fixé à 70 c€/kWh. Ces valeurs sont caractéristiques du secteur domestique en juin 2009 (Source : Apere, Renouvelle). Les calculs suivants sont bien sûr des instantanés dans la mesure où le prix de l’énergie est amené à évoluer dans le temps.

Type COPA minimum calcul COPA maximum calcul Coût : COPA minimum [c€/kWh] (elec de jour) Coût : COPA maximum [c€/kWh] (elec de jour)
Air-Air 2.5 3.5 76.8 54.8
Air-Eau 2.5 3.5 76.8 54.8
Eau-Eau 3.0 4.5 64 42.6
Eau glycolée-Eau 3.0 4.0 64 48
Sol-Eau 3.0 4.0 64 48
Sol-Sol 3.0 4.0 64 48
ECS 2.0 3.0 96 64
Chauffage électrique direct
(élec. de jour)
192 192
Chauffage électrique accumulation
(élec. de nuit)
105 105
Chauffage au gaz naturel 77.8 77.8

Coût du kWh thermique utile produit pour des PAC fonctionnant avec l’électricité de jour (heures pleines). Le prix de l’énergie est aligné sur le secteur domestique à la date de juin 2009.

Le Tableau ci-dessus considère que les PAC fonctionnent essentiellement sur l’électricité de jour, en heures pleines durant lesquelles les prix sont les plus élevés. C’est donc un cas assez défavorable. Comparé à un système conventionnel comme une chaudière au gaz, on voit que les PAC air-air et air-eau sont comparables au gaz avec les COPA faibles. Pour les autres approches, l’énergie fournie est légèrement moins chère que le gaz. Par contre, en considérant les meilleures performances, on obtient des prix sensiblement plus intéressants que le gaz. Cela met encore une fois en évidence l’importance d’installations de PAC qui fonctionnent de manière optimale, et donc, présentant les meilleurs COPA.

On voit donc l’équilibre qu’il faut atteindre pour réaliser une installation rentable basée sur une PAC. L’investissement sera généralement plus cher que pour une chaudière traditionnelle, mais le coût d’utilisation sera moindre. Ces gains durant la durée d’utilisation du matériel doivent contrebalancer ce surinvestissement.  Dans ce genre de calcul, on considère typiquement que la durée d’utilisation d’une pompe à chaleur ou une chaudière est de 20 ans. En d’autres termes, il faut récupérer les surinvestissements sur ces 20 années au maximum pour que le projet soit rentable.

Dans les calculs précédents, nous avons supposé que la PAC fonctionnait avec l’électricité de jour, en heures pleines. En fait,  il est possible de stocker en partie la chaleur fournie par la PAC durant la nuit (chauffage par le sol, par ex.) et donc d’avoir une partie substantielle du coût en électricité de nuit. Néanmoins, cette gestion détériore le rendement du système de chauffage (forte inertie, difficulté de régulation en période ensoleillée, air extérieur plus foid la nuit si PAC Air/eau, …). En conclusion, il est difficile d’établir un prix du kWh en travaillant de cette manière.

Pourquoi ne trouve-t-on pas plus de pompes à chaleur dans nos maisons ?…

Supposons une PAC air-air. Elle doit fonctionner avec du courant de jour. Pour le particulier, le prix du kWh électrique est 3 x plus élevé que le prix du kWh thermique (gaz, fuel, …). Avec un COPA inférieur à 3, la rentabilité financière n’existe plus pour la PAC… Malgré un rendement de près de 300 % sur l’énergie électrique fournie, c’est pratiquement aussi cher que de produire la chaleur par un système traditionnel au gaz ou au fuel…

Supposons une PAC air-eau, avec un système de chauffage par le sol. Cette fois, l’inertie du chauffage par le sol permet d’utiliser le courant de nuit dont le prix du kWh est de l’ordre de 2 fois celui du kWh thermique. Ainsi, la PAC se justifie beaucoup mieux. Seul inconvénient : la régulation du chauffage par le sol est difficile (quelle charge du sol durant la nuit ? Quel temps fera-t-il demain ? Si les occupants sont absents toute la journée, pourquoi chauffer ? Si le sol est déjà chaud, l’arrivée des rayons solaires va provoquer une surchauffe…) et le système reperd une part de sa rentabilité par les pertes de régulation …

Bien sûr, l’usage de la PAC est nettement plus logique que le chauffage électrique, direct ou à accumulation. Ces derniers systèmes devraient d’ailleurs être interdits, pour protéger le consommateur(dépendant du choix fait par des promoteurs immobiliers) et la société (bilan écologique désastreux).


Une performance dépendant de divers facteurs

Dans la section précédente, nous avons clairement mis en évidence l’importance de travailler avec les meilleurs COPA pour atteindre les meilleures rentabilités et performances environnementales (analysées ici en termes d’émission d’équivalent CO2 et de consommation en énergie primaire).

Ce coefficient de performance annuel, COPA, dépend de multiples facteurs faisant référence à tous les aspects d’un bâtiment. C’est pourquoi, pour assurer les meilleures performances, tous ces critères doivent être respectés au sein d’une approche globale. Suivant les présentations techniques de Paul Cobut (Energy Saving Services) de 2009, les différents paramètres influençant le COPA sont répertoriés de la manière suivante :

  • Les performances du matériel en tant que tel, de la PAC : Celles-ci sont traduites par le COP évalué en laboratoire dans des conditions d’essai reprises dans des normes. Il faut donc être vigilant par rapport à du matériel proposé par des fabricants ou installateurs dont les performances n’ont pas été certifiées.
  • La zone climatique : Si on travaille avec l’air extérieur comme source froide, les performances seront d’autant meilleures que la température extérieure sera élevée. Les performances annuelles de la PAC seront donc influencée par la zone climatique à laquelle on appartient.  On peut se rendre de compte de l’évolution des conditions météorologiques à l’échelle de notre territoire en analysant l’évolution des degrés-jours suivant les différentes localités.
  • Le type de chauffage : On a aussi bien développé l’influence du type de source chaude ainsi que leurs caractéristiques. De manière générale, on favorise les émetteurs basse température, que ce soit un chauffage par le sol ou par radiateurs basse température, pour atteindre la différence de température la plus faible entre la source chaude et froide et ainsi atteindre les meilleurs COP.
  • Le mode de vie : Sur base de ce constat, on peut aussi en déduire que le mode de vie, la façon dont les occupants gèrent la consigne de température dans le bâtiment a une influence : augmenter la température de consigne est équivalent à augmenter la température de la source chaude et donc synonyme de COP plus faible.

   

Affiches tirées de la partie Sensibilisation

.

  • Le mode de régulation : De même, l’influence du mode de régulation a été développée dans une autre page. Il s’agit d’une part, de la régulation de la PAC (mode « tout ou rien », avec « by-pass » ou « modulation de fréquence) mais aussi de la régulation de la PAC avec son appoint.
  • Fonction simple ou mixte : Le fait que la PAC doive produire la chaleur pour le chauffage des pièces et de l’ECS (fonctionnement mixte). La production d’ECS demande une température de la source chaude plus élevée (notamment pour la stratégie d’élimination du risque de légionnelles). Du coup, les performances seront plus faibles que pour le chauffage des locaux. Dans les raisonnements ci-dessus, un COPA distinct pour la production d’ECS a été considéré.

Une campagne de mesure sur site en Belgique

Généralement, les fiches techniques des fabricants de pompes à chaleur indiquent un COP instantanés mesuré en usine dans des conditions idéales. Les valeurs proposées sont donc peu instructives pour un calcul de rentabilité.
La Faculté Polytechnique de Mons procède à une campagne de mesure des performances de pompes à chaleur à usage domestique (chauffage d’habitation) dont les résultats partiels (après 5 mois d’études) sont les suivants :

PAC Air/ Air

Une première installation, d’une puissance de 13,4 kW + appoint électrique de 7,5 kW a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,15 (2.63 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,53 dans des conditions de température intérieure de 20°C et extérieure de 7°C.
Une seconde installation, d’une puissance de 10.5 kW + appoint électrique de 2,5 kW a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 1,41 (1,74 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,09 dans des conditions de température intérieure de 21°C et extérieure de 8°C.

PAC Air/ Eau

Une première installation, d’une puissance de 10,4 kW + convecteurs électriques d’appoint dans certaines pièces et résistance électrique d’appoint sur le circuit, a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,08 (3 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,92 dans des conditions de température extérieure de 7°C et d’eau de chauffage de 35°C.
Une seconde installation, d’une puissance de 16,28 kW + convecteurs électriques d’appoint dans certaines pièces (700 W) et résistance électrique d’appoint sur le circuit (6 kW) a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,8 (3,45 si on considère uniquement la pompe à chaleur). Le COP annoncé par le fournisseur était de 4,35 dans des conditions de température extérieure de 7°C et d’eau de chauffage de 35°C.

PAC Sol/Sol

Une première installation couvrant une partie de l’habitation (125 m²), d’une puissance de 10,1 kW + 3 appoints électriques dans les pièces chauffées par la PAC (total = 3,25 kW) et 5 appoints dans les pièces non chauffées (total = 4,25 kW), a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,54. Le COP annoncé par le fournisseur était de 3,99 dans des conditions – 5°C/30°C (surchauffe de 10°C et sur refroidissement nul).
Une seconde installation couvrant une partie de l’habitation (75 m²), d’une puissance de 6.8 kW + 3 appoints électriques dans les pièces chauffées par la PAC (total = 3 000 W) et 4 appoints dans les pièces non chauffées (total = 4 250 W), a donné un COP moyen mesuré sur 5 mois de 2,91. Le COP annoncé par le fournisseur était de 4,45 dans des conditions – 5°C/30°C (surchauffe de 10°C et sur refroidissement nul).
De quoi remettre les pendules à l’heure…

Frais d’investissement

Le principal facteur influençant le coût d’investissement de la PAC est la puissance du compresseur. Plus elle sera élevée, plus la pompe à chaleur sera chère.

Pour les petites puissances, la relation théorique entre la puissance du compresseur Qc et le coût d’investissement (CI) est de l’allure suivante pour les PAC Air/Eau et Eau/Eau :

CI = 2 500. (QC) 0,4

Frais d’investissement pour les PACs Air-Eau et Eau-Eau (Source KUL).

À cela, il ne faut pas oublier d’ajouter le coût du réseau de distribution (chauffage par le sol, par exemple) et des différents appareils annexes (compteur électrique,…). Pour les PAC bivalentes, il faut aussi tenir compte du coût de la chaudière traditionnelle.

Les ordres de grandeur des coûts d’investissement pour des pompes à chaleur de 10 à 12 kW présentes sur le marché belge (puissances typiques pour un logement d’une surface habitable de 150 m² isolée au niveau d’isolation K55) sont repris ci-dessous. Ces coûts comprennent les équipements d’appoints. Il est probable que ces coûts vont diminuer dans les prochaines années.

Système COPs
(y compris pertes de distribution)
Coûts d’investissement
pour une puissance installée
de 10 à 12 kW [€]
Air/ Air 2.5 8 750 à 9 400
Air/ Eau 2.9 9 400 à 10 500
Sol/ Eau 3.3 11 250 à 13 750

Source : Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable (ICEDD).

Néanmoins, l’utilisateur peut avoir intérêt à choisir des pompes de forte puissance. En effet, ramené au kW, les frais d’investissement décroissent avec la puissance. À titre d’exemple, voici l’évolution des frais d’investissement de pompes à chaleurs en Suisse en 1992 en fonction de la puissance nominale de chauffage (source Ravel). On voit ainsi que plus l’installation sera puissante, moins le kW thermique installé sera cher.

À noter qu’une pompe à chaleur n’a besoin ni de cheminée, ni de citerne, ce qui permet de réduire le coût du gros œuvre.

Dans les études de rentabilité des PAC, on considère typiquement que le durée d’utilisation de l’installation est de 20 ans. A titre d’exemple, les expériences d’installations aux États-Unis (on estime à environ 940 000 le nombre d’installations ces dernières années) indiquent des durées de vie moyennes de l’ordre de 17 ans.

Dans le cas particulier des pompes domestiques alimentées par nappe phréatique, il faut tenir compte du coût du forage (de 500 à 850 € par mètre) et de frais annexes : étude de faisabilité (850 à 2 500 €), analyse de l’eau (850 €). Ces valeurs sont uniquement des ordres de grandeur indicative.

Si la demande de puissance est plus importante, les frais d’investissement seront plus lourds :

Puissance nominale du chauffage [kW] Diamètre du puits [mm] Frais spécifiques [€/m]
< 70

71 à 140

141 à 550

150

300

800

200 à 250

300 à 400

350 à 500

Source : Ravel-Suisse. (Chiffres de 1995).

Le coût des installations géothermiques à forage vertical est aussi très important : entre 600 et 900 € par kW de chaleur récupérée, à savoir 55 à 65 € le mètre de profondeur et un besoin d’une quinzaine de mètres par kW.


Frais d’exploitation

Il est impossible d’évaluer simplement la consommation d’une PAC d’un bâtiment tertiaire, d’autant que celle-ci reprend souvent autant des consommations de chaud que de froid. Seule une simulation informatique peut atteindre cet objectif, avec un encodage lourd des caractéristiques du bâtiment et de ses critères d’exploitation.

Méthode proposée par Electrabel pour le domestique

Par contre, selon Electrabel, une estimation des consommations d’une pompe à chaleur domestique peut être calculée a priori selon la formule :

Où,

  • K1 est un facteur tenant compte du ralenti de nuit éventuel. En cas de ralenti, il vaut 0.85 si PAC air/air et 0,9 si PAC air/eau,
  • K2 est un facteur prenant en compte l’occupation ou la non-occupation de jour,

Régime d’occupation

K2
Occupation de jour
Non-occupation de jour PAC air/air
Non-occupation de jour PAC air/eau
1
0.90
0,95
  • K3 est un facteur prenant en considération l’impact d’un chauffage auxiliaire par convecteurs électriques,

Watts aux. /
PAC Watts + 7°C

K3 si air/air K3 si air/eau
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
1.15
1.19
1.23
1.25
1.30
1.17
1.21
1.26
1.30
1.35
  • K4 est un facteur de rendement de la pompe à chaleur relatif à sa température d’équilibre (= T° correspondant à la puissance de dimensionnement de la PAC) et à la température minimale extérieure. C’est la valeur inverse du COP annuel (COPA),
K4 si air/air
équilibre PAC équilibre PAC
T°min. ext. [°C] – 5 < T° éq. < – 2 – 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C
< – 10°C
0.37
0.40
0.38
0.44
K4 si air/eau
équilibre PAC équilibre PAC
min. ext. [°C] – 5 < T° éq. < – 2 – 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C
< – 10°C
0.34
0.37
0.35
0.41

Pour les pompes bivalentes parallèles, les choses sont plus compliquées. Les paramètres deviennent très nombreux et il est difficile de formuler des règles générales. Cependant, il est important de voir qu’il existe, en fonction de la situation et des équipements choisis, une puissance de dimensionnement qui minimise les coûts annuels.

Globalement, les PAC domestiques bivalentes sont plus économiques que les monovalentes, puisque la chaudière supplée à la PAC lorsque celle-ci présente son plus mauvais rendement. Mais l’investissement est plus important.


Temps de retour de l’investissement

Le temps de retour de l’investissement est calculé par sur base du surinvestissement par rapport aux systèmes de chauffage classiques et du bénéfice fait annuellement sur les frais de fonctionnement (aussi appelé ci-dessous frais d’exploitation). Il est bien sûr dépendant de l’efficience de la pompe installée, de son prix à l’achat, de sa puissance, du coût de l’énergie,…

Pompe à chaleur domestique : nos estimations en 2009

Sur base de nos estimations dans le domestique, hors subsides, primes et incitants fiscaux, les pompes à chaleur peuvent être intéressantes économiquement si on peut compter sur les meilleures performances annuelles COPA (dont les valeurs cibles réalistes sont reprises dans le tableau ci-dessus). Dans ce cas, on est en mesure d’amortir en un temps inférieur à la durée d’utilisation de la PAC (c’est-à-dire 20 ans) le surinvestissement par rapport à des chaudières classiques fioul ou gaz. De beaux gains sont possibles.

Cependant, il faut aussi être vigilant concernant les performances du bâtiment, de son enveloppe, à chauffer. Techniquement, le bâtiment doit être suffisamment bien isolé pour permettre de travailler avec des émetteurs basse température (BT) et donc atteindre les meilleurs rendements. D’un autre côté, il faut que le besoin net de chauffage du bâtiment soit suffisamment important pour pouvoir amortir le matériel (son surinvestissement) sur base de frais d’utilisation plus faibles que les chaudières classiques. Par exemple, hormis quelques modèles spécifiques, on rencontre rarement des PAC installées dans les maisons passives. Une des raisons est le surinvestissement pour une installation de PAC et les faibles consommations qui rendront l’amortissement plus délicat.

Pourquoi ne pas citer des chiffres sur les temps de retour ou d’autres indicateurs économiques ? Simplement parce que l’investissement est très variable suivant les circonstances : d’une part selon le projet, le type d’émetteurs que l’on choisit (chauffage par radiateurs BT ou par la sol), la production d’ECS combinée ou pas et, d’autre part, selon les installateurs et les marques. Il y a de grosses variations qui ne permettent pas de donner des chiffres précis, mais plutôt des tendances comme nous l’avons fait ci-dessus. Cette remarque nous permet, premièrement, d’encourager les candidats à comparer les prix tout en s’assurant de la qualité du matériel et de l’installation (cfr. label PACQUAL) et, deuxièmement, d’encourager les candidats à réaliser sur base des devis obtenus une étude de la rentabilité du projet. Les fourchettes de valeurs de performances données dans le tableau ci-dessus devraient donner une bonne estimation du temps de retour.

Finalement, il ne faut pas oublier d’intégrer les incitants fiscaux (primes, subsides ou réductions fiscales) qui rendent les investissements encore plus attrayants.

Pompe à chaleur domestique : autre point de vue, étude de la KUL de 1997

Les tableaux ci-dessus résument une évaluation par la KUL de 1997 des temps de retour d’investissement pour des puissances calorifiques de pompes à chaleur de 5, 10 et 15 kW avec distribution par chauffage par le sol, par rapport à des chauffages au fuel et au gaz avec le même mode de distribution. Ces valeurs concernent l’utilisation de la PAC comme chauffage domestique. Attention : le nombre et la variabilité des paramètres sont tels que ces résultats ne peuvent pas être généralisés. Ils constituent cependant un point de départ utile pour une discussion sur le temps de retour de la PAC.

Puissance
calorifique

Chaudière
classique

Temps de retour
PAC Air/Eau monovalente
[années]
SPF = 2 3 4 5 6

5 kW

Gasoil

X 523 30 19 16

Gaz

X 41 21 16 14

10 kW

Gasoil

X X 29 16 12

Gaz

X 75 20 14 11

15 kW

Gasoil

X X 26 13 10

Gaz

X 147 18 12 10

X = Frais d’exploitation de la pompe > Frais d’exploitation du chauffage traditionnel.

Source : KUL – 1997.

Puissance
calorifique

Chaudière classique

Temps de retour
PAC Air/Eau bivalente
[années]
SPF = 2 3 4 5 6

5 kW

Gasoil

X 281 14 9 7

Gaz

X 24 12 10 8

10 kW

Gasoil

X X 5 2 2

Gaz

X 52 8 5 4

15 kW

Gasoil

X X 3 2 2

Gaz

X X 7 5 4

X = Frais d’exploitation de la pompe > Frais d’exploitation du chauffage traditionnel.

Source : KUL – 1997.

On remarque que le temps de retour diminue avec la puissance de la pompe installée et son facteur de performance saisonnier SPF. Il est aussi plus court pour les PAC bivalentes que pour les monovalentes grâce à leur fonctionnement continu durant la période de chauffe.

Si on considère une durée de vie de 15 à 20 ans, la PAC monovalente ou bivalente ne sera rentabilisée que si son coefficient de performance saisonnier SFP est supérieur à 4 ou 3  respectivement. De tels résultats ne peuvent s’obtenir que si l’installation est performante et bien régulée.

Notons que les subsides accordés aux installations de PAC n’ont pas été pris en compte. Ils permettent pourtant de réduire significativement le temps de retour de l’investissement… De plus, certaines économies de gros œuvre permises par les PAC monovalentes (absence de cheminée) n’ont pas été retenues. Enfin, la probable évolution à la baisse des coûts d’investissement et l’évolution favorable des coûts de l’énergie électrique face aux combustibles fossiles vont aussi améliorer rapidement ces performances (les prix de l’énergie pris en compte datent de 1997. On constate d’ailleurs que les prix du fuel étaient très bas à l’époque. En 2002, le prix du fuel a rejoint celui du gaz, qui lui-même a fortement augmenté depuis 1997). Malgré qu’elle soit dépassée, nous avons volontairement gardé cette étude parce qu’elle montre l’importance d’une évaluation sur le long terme du prix de l’énergie.

Pompe à chaleur tertiaire

Les pompes à chaleur utilisées dans le tertiaire sont plus rentables du fait du coût plus élevé des éléments qu’elles remplacent, comme des systèmes de traitement d’air, de leur valorisation en chaud comme en froid, ou de leur utilisation directement destinée la récupération de chaleur. Il est cependant difficile de donner des évaluations du temps de retour tant le nombre de facteurs impliqués est grand et la diversité des solutions importante.

Il est possible de se faire une idée à partir de quelques études de cas extraites de la littérature :

Études de cas

Pour découvrir la rentabilité de quelques applications tertiaires de la PAC.

Subventions

Sous conditions, la Région wallonne accorde une prime sur le placement d’une pompe à chaleur.  En outre, dans le cas du remplacement d’une chaudière existante, on peut bénéficier de réductions fiscales. Pour tout renseignement utile, voir ouverture d'une nouvelle fenêtre ! le portail de la Région wallonne ou ouverture d'une nouvelle fenêtre ! le site du facilitateur pompe à chaleur de la Région wallonne EF4.

Prédimensionner les condensateurs de compensation

Prédimensionner les condensateurs de compensation


Compensation des transformateurs

Les pertes à vide et les pertes en charge d’un transformateur représentent une puissance réactive de type inductif.

On peut les compenser par des condensateurs raccordés aux bornes basse tension du transformateur.

Les données nécessaires au dimensionnement de la batterie de condensateur sont reprises dans la fiche technique du transformateur et sur la facture électrique (cas du remplacement d’un transformateur sur une installation existante).

Compensation des pertes à vide Po

Po = (courant à vide x puissance) / 100 [kVAr]

Compensation des pertes en charge Pc

PC = X / 100 x puissance

où,

  • X² = Ucc² – R²
  • R = (Pcc / puissance) x 0,1
Exemple :

Un transformateur immergé à pertes réduites d’une puissance de 630 kVA a comme caractéristiques :

Ucc = 4 %

Courant à vide = 1,1 %

Pcc = 5 570 [W]

Compensation à vide

Po = (1,1 x 630) / 100 = 6,93 [kVAr]

Compensation en charge

À pleine charge (8 760 h/an) :

R = (5 570 / 630) x 0,1 = 0,91

X² = 4² – 0,91² = 15,17, d’où X = 3,89

PC = 3,89 / 100 x 630 = 24,5 [kVAr]

Or le transformateur ne travaille quasiment jamais à pleine charge.

À charge moyenne :

Dans le cas d’une installation existante, il est possible de connaître la charge moyenne du transformateur, en connaissant la pointe 1/4 horaire, le coefficient d’utilisation et le cos φ :

La somme des coefficients d’utilisation mensuel donne le nombre d’heures de fonctionnement de l’installation à une puissance égale à la pointe 1/4 horaire moyenne de l’année.

Par exemple : la somme des coefficients d’utilisation = 4 200 [h], ce qui équivaut à un coefficient d’utilisation mensuel moyen de 350 [h]. La puissance 1/4 horaire moyenne de l’année est de 150 [kW]. Cela revient à dire que la consommation de ce bâtiment est équivalente à un appel de puissance de 150 [kW] pendant 4 200 [h/an].

La puissance de compensation moyenne en charge est donc de (avec un cos φ de 0,9) :

PC = 24,5 [kVAr] x (4 200 / 8 760) x ((150/0,9) / 630) = 3,11 [kVAr]

Compensation totale

La puissance totale de la batterie de condensateur nécessaire est de :

6,93 [kVAr] + 3,11 [kVAr] = 10,04 [kVAr]


Compensation centralisée de l’ensemble d’une installation

Valeurs connues

(valeurs relevées sur le compteur pendant un temps « t » et divisées par « t » , ou valeurs lues sur la facture mensuelle)

  • la puissance active P en kW,
  • la puissance réactive Q en kVAr,
  • d’où, la valeur de tg phi de l’installation : Q / P, appelée tg phi1.

Puissance réactive nécessaire des condensateurs

Puissance réactive des condensateurs :

Qc = P x p

où, p = coefficient figurant sur le tableau ci-dessous

 

Remarque.

Le tableau fournit le coefficient p permettant de passer du cos phi1 initial au cos phi2 souhaité. Ce coefficient p est encore obtenu par : p = tg phi1 – tg phi2.

Exemple :

Relevé au compteur actif pendant 10h = 1 670 [kWh]

Relevé correspondant au compteur réactif pendant 10h = 2 000 [kVArh]

Puissance active P = 1 670 / 10 = 167 [kW]

Puissance réactive Q = 2 000 / 10 = 200 [kVAr]

Il en résulte : tg phi1 = 200 / 167 = 1,2

d’où cos phi1 = 0,64

Le cos phi2 souhaité = 0,9 (tg phi2 = 0,48)

Le facteur p correspondant est alors de 0,72 (voir tableau ci-dessus ou tg phi1 – tg phi2 = 1,2 – 0,48).

Il en résulte la puissance des condensateurs à installer :

QC = 167 x 0,72 = 120 [kVAr].

Calcul du temps de retour

Il est alors possible de calculer le temps de retour de l’installation :

POUR CONVAINCRE LE DÉCIDEUR FINANCIER
Prendre, parmi les factures d’électricité, celle où la facturation d’énergie réactive est la plus importante Éléments à extraire de la facture :

1. Puissance de l’installation : P = …………..kW

2. cos phi (ou tg phi) de l’installation : phi = ……….

Éléments à extraire du tableau (calcul de puissance de la batterie) :

1. déterminer le cos phi que l’on souhaite obtenir.

(en général, on choisit un cos phi = 0,92)

2. coefficient : p = …………….

Puissance du condensateur QC = P x p = …………. x  …………. = ………… kVAr

Critères pour le choix du condensateur :

  • type :
  • tension du réseau (220 ou 380 V) :
  • puissance : kVAr
  • place disponible pour la batterie de condensateurs
  • référence :
Calcul du retour d’investissement du condensateur 1. montant de la pénalité d’énergie réactive :
Fr = ………… € (voir facture)·

2. prix indicatif du condensateur :
Fc = ……………. €

3. période de retour d’investissement :
Fc / Fr = ……………… mois

Eté 2008 : Brieuc.
22-10-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
27-10-2008 : WinMerge ok – Sylvie

Concevoir l’esquisse du projet – généralité

Concevoir l'esquisse du projet

Préalable, un document de synthèse peut être imprimé à destination du Maître d’Ouvrage.

Avertissement : l’esquisse décrite ici ne prend en compte que des considérations énergétiques et de confort s’adressant aux bâtiments du tertiaire de manière générale. La prudence est de mise lorsqu’on aborde certaines zones à risque de l’hôpital.

Conception énergétique d’un bâtiment tertiaire :

>  version PDF

Projet et cahiers des charges

Projet et cahiers des charges


Pour intégrer l’efficacité énergétique dans les projets :
  • Le bureau d’études doit rédiger des clauses énergétiques dans ses prescriptions :
    c’est l’objet des « Cahiers des Charges énergétiques ».
  • L’architecte ou encore le Maitre d’ouvrage doivent pouvoir vérifier la qualité énergétique à chaque étape du chantier :
    c’est l’objet des « Check-Lists énergétiques ».

Attention : ces documents ont été rédigés en 2004 et datent donc quelque peu. Il est important de les utiliser avec précaution même si l’esprit général reste valable.

Des cahiers des charges pour le bureau d’études

Les clauses énergétiques à intégrer dans les prescriptions.

Le chauffage > pdf
L’eau chaude sanitaire > pdf
L’éclairage > pdf
La climatisation (HVAC) > pdf 

Des check-lists pour l’architecte et le Maitre d’Ouvrage

Les critères de qualité énergétique pour chaque étape du chantier.

Le chauffage > pdf 
L’eau chaude sanitaire > pdf 
L’éclairage > pdf 
La climatisation > pdf 
La ventilation hygiénique > pdf 
À ce stade, il sera aussi utile de préparer l’exploitation du bâtiment

Choisir la gestion de trafic

Pour rappel, différentes sortes de gestion de trafic existent sur le marché. On citera :

  • la manœuvre à blocage,
  • la manœuvre collective en descente,
  • la manœuvre collective complète,
  • la manœuvre à destination.

Techniques

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

Dans les bâtiments tertiaires neufs, seules les deux dernières nous intéressent; elles permettent d’optimiser le trafic et les consommations énergétiques.

Gestion classique collective.

Gestion à destination.

La manœuvre collective complète se base sur :

  • Une optimisation du trafic par rapport à une proximité d’appel et une direction donnée (montée ou descente).

 

  • Un appel à la montée ou à la descente à l’extérieur de la cabine d’ascenseur (commande palière). La gestion sélectionne l’ascenseur le plus proche ou celui ayant honoré toutes ses destinations (capacité de repartir dans une autre direction).

 

  • Une sélection de l’étage à l’intérieur de la cabine.

La manœuvre à destination se base, elle, sur :

  • Une optimisation du trafic par rapport au regroupement d’un maximum d’utilisateurs ayant la même destination dans le même ascenseur. En d’autres termes, la gestion trouve la meilleure adéquation pour amener un maximum d’utilisateurs à destination en un minimum de temps (le moins possible d’arrêts).

 

  • La commande palière à la montée ou à la descente est remplacée par une commande palière de l’étage de destination. Un clavier à minimum 10 touches est placé au niveau du palier ou au-delà.

 

  • Sur base de cet appel d’étage, la gestion sélectionne l’ascenseur dans le but de constituer un groupe le plus large possible.

 

  • La commande d’étage à l’intérieur de la cabine est remplacée par un afficheur de destination.

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

  • En poussant, par exemple, 10 fois sur le même bouton d’étage, la gestion enregistre une commande pour grouper dix personnes se rendant au même étage; une fausse aubaine pour la gestion. Une fois le « truc » trouvé le système sature directement.

 

  • Un utilisateur opportuniste peut très bien, lorsque une cabine se présente en même temps que lui à un étage, entrer dans la cabine sans pousser préalablement sur le clavier de commande de destination et « gonfler » artificiellement le groupe constitué dans la cabine. Il s’ensuit qu’une personne risque, si le groupe constitué est complet, de rester à son étage sans pouvoir rentrer dans la cabine.

 

Bref cette gestion est très prometteuse mais nécessite de trouver des parades à la malveillance.
Les autres critères de choix ici sont plutôt intuitifs ou basés sur l’expérience des constructeurs et des installateurs d’ascenseurs. On pourrait directement citer :

  • le nombre d’étages,
  • la fonction et l’occupation du bâtiment,
  • le budget,
  • l’efficacité énergétique,

Le nombre d’étages

Parmi les critères pratiques que les constructeurs utilisent souvent pour départager la manœuvre collective complète de la manœuvre à destination, on retrouve celui du nombre d’étages.

Plus le nombre d’étages est important plus les courses seront longues; c’est mathématique ! Ce qui signifie que l’on doit essayer de charger au maximum la cabine d’ascenseur (tout en respectant le confort) et de limiter le nombre d’arrêts. Dans ce cas, la manœuvre à destination est conseillée par les constructeurs pour autant que le nombre d’étages soit suffisant, comme le montre la figure ci-dessous :

  • La manœuvre collective complète convient pour des immeubles allant jusqu’à 20 étages.

 

  • La manœuvre à destination, quant à elle, convient pour des bâtiments ayant plus de 8 étages.

Enfin, restons modestes, les bâtiments tertiaires avec plus de 20 étages ne courent pas les rues en Belgique; ce qui veut dire que le critère de choix d’une gestion par rapport à l’autre est plutôt basé sur la fonction et le type d’occupation du bâtiment.

La fonction et le type de bâtiment

Suivant le type de bâtiment (public, privé, hôpital, bureaux, …), la réaction des utilisateurs face au fonctionnement des ascenseurs est très différente.

  • Dans les bâtiments à forte fréquentation d’utilisateurs « d’un jour » ou « de passage », on préfère ne pas trop compliquer le principe de la manœuvre en utilisant une gestion plus classique comme la manœuvre collective complète.

 

  • Par contre dans les bâtiments où les utilisateurs sont des habitués disciplinés (bâtiments privés), la manœuvre à destination devient très efficace.

Techniques 

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

Le budget

Il est clair que le budget entre en ligne de compte dans le choix du placement d’une gestion efficace comme la manœuvre à destination. En effet, il vaut mieux investir dans ce type de gestion sachant que l’on peut éviter le placement d’un ascenseur supplémentaire rien qu’en optimisant les trajets verticaux.

Exemple.

Lors du dimensionnement de l’installation, le bureau d’étude hésite entre le placement de 4 ou 5 ascenseurs pour satisfaire une demande. Le constructeur annonçant une amélioration théorique du trafic de l’ordre de 25 %, le bureau d’étude pourrait très bien prévoir d’équiper le bâtiment de 4 ascenseurs réels et un cinquième ascenseur « virtuel » matérialisé par la gestion de trafic par manœuvres à destination.

L’efficacité énergétique

L’efficacité énergétique est renforcée lorsqu’on prévoit dans le projet de conception une gestion de trafic performante. En effet, la réduction du nombre de courses, tout en optimisant le facteur de charge (ou le taux de remplissage de la cabine), diminue :

  • les appels de puissance au démarrage (courant de démarrage des motorisations),
  • les consommations énergétiques.

Mais il nous est difficile, aujourd’hui, de comparer l’impact énergétique d’un type de gestion par rapport à l’autre.

Découvrez cet exemple d’ascenseurs équipés d’un système de gestion de trafic.

Faut-il ventiler la toiture ?

Faut-il ventiler la toiture ?


Couverture traditionnelle

  1. Lattes
  2. Contre-lattes
  3. Sous-toiture
  4. Isolant (remplissage partiel)
  5. Charpente
  6. Pare-vapeur
  7. Finition du plafond.
  8. Lame d’air ventilée

Faut-il ventiler l’espace entre l’isolant et la sous-toiture ?

Non, car :

  • Contrairement à ce que l’on croit souvent, l’air amené en hiver par la ventilation ne sèche pas la toiture car il est froid et très humide (80 à 90 % d’humidité relative).
  • L’introduction d’air humide extérieur par l’espace ventilé peut produire de la condensation sur la face inférieure de la sous-toiture qui peut être plus froide que l’air par sur-refroidissement. L’eau ainsi produite, va couler sur l’isolant et le mouiller.
  • En cas de mauvaise étanchéité à l’air des couches situées sous la sous-toiture (isolant, pare-vapeur, finition), la lame d’air ventilée crée une dépression et un appel d’air intérieur, ce qui amplifie les pertes de chaleur et les risques de condensation.

Pour empêcher la ventilation de la toiture, il faut fermer les entrées d’air entre la sous-toiture et l’isolant tant au pied qu’au faîte de la toiture.

Faut-il une lame d’air entre l’isolant et la sous-toiture ?

De préférence pas, car la présence d’une lame d’air favorise les courants convectifs qui augmentent les pertes de chaleur et les risques de condensation.

Si l’étanchéité à l’air est correcte, on peut laisser une lame d’air mais celle-ci doit être non ventilée. En cas de doute sur l’étanchéité à l’air, cette solution n’est pas recommandée.

Et pourtant…. !

La lame d’air ventilée a été préconisée pendant longtemps… !

En effet, en cas de remplissage total, on pense souvent que le bois de charpente pourrit car l’humidité présente est emprisonnée entre deux couches étanches : le pare-vapeur et la sous-toiture.

[A]
  1. Sous-toiture étanche à la vapeur
  2. Ecran insuffisamment étanche à la vapeur ou mal réalisé : La vapeur d’eau entrée ne peut sortir.
    Risque important de condensation !
[B]
  1. Sous-toiture étanche à la vapeur
  2. Ecran étanche à la vapeur : La vapeur d’eau résiduelle est piégée.
    Risque de condensation !

Pour remédier à ce problème on a proposé, à tort, de laisser une lame d’air ventilée pour sécher la charpente.

La solution au risque de pourrissement de la charpente évoqué ci-dessus, se trouve plutôt dans le choix des matériaux et dans le soin apporté à l’exécution. Les points suivants doivent être respectés :

  • Côté intérieur, un écran étanche à l’air ou, le cas échéant, un pare-vapeur adéquat dont les joints sont bien réalisés.
  • La sous-toiture doit être étanche à l’eau et à l’air mais perméable à la vapeur d’eau; ainsi la vapeur d’eau qui serait présente entre le pare-vapeur et la sous-toiture peut être évacuée vers l’extérieur.
    La sous-toiture est, de préférence, capillaire afin de jouer le rôle de régulateur d’humidité.
  • Le bois de charpente doit respecter les prescriptions techniques en vigueur : il doit avoir un taux d’humidité non excessif (max. 15 %) et avoir reçu un traitement fongicide et insecticide.

Ces précautions éliminent le risque de condensation et de pourrissement de la charpente.

  1. Sous-toiture perméable à la vapeur
  2. Ecran étanche à la vapeur :
    La vapeur d’eau résiduelle peut sortir
    Pas de risque de condensation !

Cas particulier : la couverture métallique

Faut-il ventiler la toiture et comment ?

  1. Couverture métallique
  2. Voligeage
  3. Chevrons
  4. Ventilation
  5. Isolant (remplissage partiel)
  6. Charpente
  7. Pare-vapeur
  8. Finition du plafond

Oui, si la ventilation est exigée par le fabricant pour garantir son produit. Mais dans ce cas, elle doit se faire entre le voligeage et la sous-toiture. (c’est-à-dire : AU-DESSUS de la sous-toiture).

  1. Couverture métallique
  2. Voligeage
  3. Contre-latte
  4. Ventilation
  5. Sous-toiture
  6. Chevrons
  7. Isolant (remplissage partiel)
  8. Charpente
  9. Pare-vapeur
  10. Finition du plafond

La ventilation permet de créer, en sous-face de la couverture, une couche de patine qui protège le métal.

Pratiquement, l’air circule :

  • au bas du versant, grâce aux espaces laissés libres entre les contre-lattes;
  • au sommet du versant, grâce aux ouvertures aménagées dans la faîtière.

Dans cette configuration, la sous-toiture est indispensable. En effet, les températures de la couverture peuvent descendre sous la température de l’air ambiant par sur-refroidissement. L’air amené par la ventilation va donc condenser au contact de la face inférieure de la couverture. La sous-toiture va récolter ces eaux de condensation et les envoyer vers la gouttière, protégeant ainsi l’isolant.
Ici aussi, il est indispensable que le bois des voliges ait reçu un traitement fongicide.

Concevoir le réseau électrique avec un regard URE

Concevoir le réseau électrique avec un regard URE


Gestion manuelle des équipements

Un premier niveau dans la gestion des équipements électriques est la commande manuelle ou la simple gestion par horloge.

La première étape est de définir les équipements que l’on souhaite pouvoir couper de façon autonome.

Il s’agit des équipements qui restent systématiquement en fonctionnement en période d’inoccupation :

  • l’éclairage,
  • les équipements raccordés sur des prises (bureautique, éclairages individuels, chaufferettes, …),
  • les équipements de ventilation, …

Ensuite, il faut donner aux utilisateurs les outils de commande nécessaires. Cela signifie que ces équipements devront se trouver sur des circuits propres.

Le principal poste sur lequel il convient d’agir est l’installation d’éclairage.

Il faut prévoir au stade de l’avant-projet le mode de câblage des luminaires de manière à pouvoir effectuer une gestion en fonction de l’éclairage naturel et une gestion en fonction de l’occupation.

La gestion manuelle de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel n’est faisable que s’il est possible d’éteindre séparément les rangées de luminaires en fonction de leur éloignement des fenêtres. On peut aussi, par exemple, raccorder un luminaire sur trois dans les couloirs pour assurer un éclairage de veille ou d’entretien. Ou encore répartir les commandes au sein d’un plateau paysager.

Une réflexion semblable peut se faire pour tous les équipements qui pourraient être délestés de façon centralisée.

Gérer

Pour en savoir plus sur le délestage, cliquez ici !

Pratiquement, réaliser des circuits d’alimentation séparés avec un minimum de câblage peut se faire en utilisant des câbles à 4 fils (3 phases et 1 terre) plutôt que des câbles à 3 fils. Cela permet de réaliser 2 circuits avec un même câble et un surcoût modéré.

Schéma 2 circuits avec un même câble.

De plus l’utilisation de connecteurs électriques rapides permet de diminuer les coûts d’installation et de permettre une réaffectation rapide des équipements en fonction des besoins.

Connexion rapide d’un luminaire.

Exemple.

Au Centre Hospitalier Régional de Mouscron, le Responsable technique, a constaté que la majeure partie de la consommation de nuit du bâtiment était imputable aux différents équipements, laissés en fonctionnement (équipements de bureautique, chaufferettes, …).

Pour résoudre ce problème, il instaura lors de la rénovation des installations électriques vétustes, que le circuit « prises » soit scindé en deux :

  • un circuit équipé de prises blanches qui, raccordé à une horloge, est automatiquement coupé durant la nuit;
  • un circuit équipé de prises rouges qui, lui, reste alimenté en permanence et qui permet au personnel de raccorder les équipements vitaux qui ne peuvent être coupés (recharge d’une batterie, fonctionnement d’un programme informatique, …).

Photo prise rouge, prise blanche.

Dans le même ordre d’idée, la commande de l’éclairage des locaux de consultation a été rapatriée vers une commande unique qui permet au gardiennage d’éteindre de façon centralisée tous les luminaires restés en fonctionnement. En parallèle, les circuits d’éclairage des couloirs permettent le maintien d’un éclairage minimum durant la nuit.


Gestion autonome de certains équipements

Il est également possible de gérer indépendamment différents équipements au moyen de systèmes qui leur sont propres :

  • En bureautique, de plus en plus d’équipements (ordinateurs, photocopieurs, …) possèdent des modes de mise en veille qui diminuent fortement leur consommation lorsqu’ils ne sont pas utilisés.
  • En éclairage, également, les fabricants ont développé des systèmes de gestion, en fonction de la présence et en fonction de l’éclairage naturel, qui agissent directement sur les ballasts électroniques. Ces systèmes peuvent même être indépendants pour chaque luminaire.
  • Il existe en ventilation des bouches intégrant un détecteur de présence.

Une telle gestion équipement par équipement doit évidemment s’étudier au cas par cas. Par exemple, la détection de présence sur l’éclairage d’un bureau ne semble pas adéquate puisqu’elle n’est sensible qu’aux mouvements qui risquent d’être trop faible dans un travail de bureau.

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Pour en savoir plus sur la gestion de la bureautique, cliquez ici !

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Pour en savoir plus sur la gestion de l’éclairage, cliquez ici !

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Pour en savoir plus sur la gestion de la ventilation, cliquez ici !

Lorsque la gestion des équipements se fait par un système extérieur comme ce peut être le cas pour les protections solaires ou l’éclairage, on risque de démultiplier les systèmes de gestions différents et séparés sans possibilité de supervision globale et surtout en démultipliant les câblages dans le bâtiment.


Gestion centralisée

La gestion centralisée des équipements électriques répond à plusieurs objectifs :

  • Gérer de façon centralisée les horaires de fonctionnement des équipements de manière à limiter au maximum les temps de fonctionnement tout en permettant des dérogations.
  • Suivre le comportement des équipements de manière à détecter les dérives et à adapter les paramètres de réglage.

Prenons un exemple pour situer l’importance d’une gestion centralisée : dans un des nouveaux bâtiments de la Région wallonne (30 000 m²), on enregistre une puissance résiduelle de nuit de plus de 50 kW sur les circuits « prises » non gérés, alors que des équipements de bureau modernes ont été installés !
Il existe deux méthodes pour gérer le fonctionnement des équipements de façon centralisée :

  • l’une, ne comprenant que des équipements traditionnels (câblage de puissance, contacteurs, …) gérés au niveau du tableau électrique par un automate programmable,
  • l’autre, utilisant des équipements adressables, raccordés par un bus de communication qui véhicule les informations nécessaires à la gestion.

Gestion par automate programmable

Études de cas

Cette philosophie a été appliquée dans les bâtiments de l’administration régionale wallonne, notamment aux Moulins de Beez.

Toute la gestion est centralisée dans le tableau électrique (par exemple, 1 par plateau). Celui-ci gère l’installation, principalement au moyen de contacteurs disposés également dans le tableau. De là, partent les circuits électriques traditionnels vers les commandes (interrupteurs, boutons poussoirs) et les équipements (prises, luminaires, …). Avec un tel système, il est pratiquement impossible avec un coût de câblage modéré de gérer les installations local par local. Seule une gestion par plateau (par tableau électrique) est possible.

Il est, en outre, possible de raccorder les différents automates ensemble, par un bus de communication et donc de paramétrer l’entièreté d’un bâtiment de façon centralisée.

Exemple : Gestion des équipements aux Moulins de Beez

Schéma gestion des équipements aux Moulins de Beez.

Schéma de gestion des Moulins de Beez : un automate par étage (TE = tableau électrique de l’étage) est supervisé par un automate principal qui permet la gestion de l’ensemble de l’installation.

Automate principal disposé dans le TGBT.

Automate secondaire disposé dans le tableau électrique d’étage.

Cas particulier de la gestion de l’éclairage des bureaux individuels :

  1. Interrupteurs dans chaque bureau.
  2. Contacteurs situés dans le tableau électrique et commandés par l’automate et les boutons relance « bureau ».

L’éclairage des bureaux est commandé via des contacteurs.

Le matin, en fonction d’un horaire programmé, l’automate ferme ceux-ci. À partir de ce moment, l’éclairage peut être allumé via les interrupteurs locaux.

Le soir, l’automate ouvre les contacteurs et coupe ainsi les équipements encore allumés. L’extinction des luminaires n’est pas immédiatement totale. Il y a tout d’abord un préavis d’extinction : le premier signal éteint uniquement les rangées de luminaires côté façade. Après un temps réglable, un deuxième signal éteint la deuxième rangée. Après chaque extinction, il est possible pour l’utilisateur de relancer complètement l’installation à partir d’un bouton poussoir situé dans le couloir. Celui-ci réenclenche les contacteurs. Il dispose alors d’un temps d’éclairage complet réglable avant que le cycle d’extinction ne recommence.

Cette solution demande une réflexion assez complexe sur la configuration que doit avoir le réseau. De plus, elle fournit une solution qui est figée. Elle ne peut donc s’adapter facilement à une modification de l’affectation des locaux. De même, une correction des commandes en fonction du comportement des utilisateurs face au système est difficile.

Gestion par bus de communication

Cette solution est la solution d’avenir. Elle consiste à parcourir le bâtiment avec un bus de communication.
Le principe est le suivant :

  • Un bus de communication (paire torsadée) parcourt tout le bâtiment.
  • Tous les équipements et systèmes de commande sont raccordés au bus via des boîtes de dérivation.
  • Tous les équipements et systèmes de commande sont adressables. Il n’y a plus de liaison de puissance entre eux. Les interrupteurs ne sont plus des éléments qui ouvrent physiquement un circuit électrique, mais des éléments qui envoient des informations sur le bus de communication qui seront traitées par le système de gestion. Chaque équipement possède un code qui permet au système de gestion de lui définir son rôle. Par exemple, on programme dans le système de gestion que l’interrupteur « xx » commande le luminaire « yy ». Une simple modification de la programmation permet de changer son affectation et de le faire commander le luminaire « zz ».
  • Les luminaires sont alimentés par un circuit de puissance et un module de communication avec le bus. Il existe également une série d’équipements adressables permettant de commander les autres équipements (circuits prises, HVAC, protections solaires, …).
  • Le bus de communication peut également accueillir une série d’équipements de régulation (sonde de température, d’ensoleillement, d’éclairement, …) qui lui permet de réaliser une régulation intégrée de tous les équipements. Par exemple, on peut faire interagir la commande des protections solaires et de l’HVAC.
Exemple.

Schéma de câblage d’un plateau de bureaux commandé par bus de communication.En fonction de la position des cloisons, une simple reprogrammation permet de dédier un interrupteur à d’autres luminaires, sans recâblage. On peut également remplacer un interrupteur par un dimmer, en gardant le même support de commande ou encore rebrancher sur le bus une sonde de présence, une sonde d’éclairement, une horloge, ….

Le bus parcourant les interrupteurs peut être disposé en faux plancher, ce qui permet plus facilement de rajouter des commandes où on veut (il est toujours plus délicat de rouvrir un faux plafond) et de les raccorder au bus.

Module de commande faisant l’interface entre la commande et par exemple 2 luminaires et une protection solaire.

On obtient ainsi un système de gestion complet, extrêmement flexible (modifications par simple réadressage des équipements) et ne demandant pas d’automate programmable. Le câblage de puissance est fortement simplifié mais il faut rajouter un câble bus qui parcourt tout le bâtiment.

Le surcoût d’une installation gérée par bus provient principalement des donneurs d’ordre (interrupteurs, boutons-poussoirs, …) communicants (actuellement un interrupteur traditionnel coûte environ 8,75 €, tandis qu’un interrupteur communicant coûte environ 62,5 €).

En lui-même le coût du bus n’est pas élevé (0,4 €/m). Une installation peut donc être évolutive.

L’essentiel est d’avoir prévu au départ un bus qui parcourt l’entièreté du bâtiment. Ceci peut se concevoir avec un surcoût de câblage très modéré par rapport à une installation traditionnelle.

Nous pensons que c’est un minimum à prévoir dans tout nouveau bâtiment !

Plusieurs degrés de sophistication sont possibles.

Une solution intermédiaire entre le câblage traditionnel et la gestion totale par bus, consiste à exploiter dès le départ le bus au moyen d’une installation de base, permettant un degré de flexibilité déjà important tout en utilisant des donneurs d’ordre traditionnels.

Il existe en effet des boitiers communicants pouvant se raccorder à des boutons poussoirs traditionnels. Ils permettent les mêmes possibilités d’adressage que tout autre système communicant (on peut définir quel bouton-poussoir commande quel luminaire). La seule différence est que l’on ne sait travailler qu’en tout ou rien au niveau de la commande.

Schéma boîtiers communicants et boutons poussoirs.

Le coût de cette solution est nettement moindre que pour le système communicant complet puisqu’un boîtier permettant de relayer 4 boutons-poussoirs coûte environ 57,5 €, soit 15 € par point de commande au lieu de 62,5 €.

Boitier de raccordement de 4 boutons-poussoirs on-off.

Si on désire pouvoir dans la suite améliorer les possibilités de gestion, par exemple en plaçant dans certains locaux des dimmers, on peut prévoir dans le câblage un câble « bus » en attente au côté de la liaison entre le boitier et les boutons-poussoirs (en pointillé sur le schéma ci-dessus). On peut alors brancher un dimmer sur le bus en lieu et place du bouton-poussoir, sans aucun recâblage mais en connectant le bus en attente sur l’alimentation bus du boitier.

LON bus ou EIB bus ?

Actuellement, deux systèmes standards de gestion par bus de terrain semblent se développer « LON » et « EIB » (il existe d’autres types de bus mais « LON » et « EIB » semblent être les deux systèmes standardisés appelés à se développer dans le futur).

On peut résumer les avantages et inconvénients (actuels car cela évolue) comme suit :

  • Le système LON est actuellement plus développé en ce qui concerne la gestion des installations d’HVAC, tandis que EIB est plus spécialisé dans les applications électriques.
  • Dans le système EIB, tous les éléments sont directement compatibles, sans aucune programmation, tandis que la mise en commun de matériels certifiés « LON » de marques différentes demande une certaine programmation.

Idéalement, un système de gestion complet du bâtiment devrait comprendre les deux systèmes, communicant entre eux au moyen d’un système de supervision.

Cela constitue, cependant une installation de gestion conséquente. Ainsi, pour ne pas consentir dès le départ un investissement important, tout en se donnant la possibilité d’évoluer vers une gestion de plus en plus fine du bâtiment, il faut dès le départ prévoir un câblage minimum : un réseau EIB peut parcourir l’ensemble des plateaux (comme vu ci-dessus) et un câblage LON peut être placé en attente dans les gaines techniques verticales, de manière à pouvoir facilement créer une extension de la gestion vers les équipements climatiques locaux.


Suivi des consommations

Le suivi des consommations des différents postes consommateurs est un outil de gestion important pour optimaliser la facture électrique.

La facture mensuelle permet un suivi global et déjà de détecter des anomalies de fonctionnement, notamment par rapport aux prévisions qui auraient pu être faites.

Calculs

Pour estimer la consommation future d’un bâtiment, cliquez ici !

Cependant, pour affiner le diagnostic, une connaissance plus précise du fonctionnement de chaque poste consommateur est nécessaire.

Par exemple, on peut détecter sur la facture mensuelle une consommation en heures creuses anormale. Pour circonscrire la cause, il faudra vraisemblablement un comptage séparé des principaux types de consommateur.

De même, une gestion efficace de la pointe 1/4 horaire, demande un enregistrement de la charge totale de l’établissement mais également des principaux consommateurs. Dans le cas contraire, il devient difficile de cerner les éléments responsables et donc d’envisager un délestage efficace.

Compteurs disposés dans le tableau électrique (Moulin de Beez).

Cette gestion n’est possible que si le réseau électrique de départ a été conçu de manière adéquate et permet un suivi séparé des consommateurs. Il ne s’agit évidemment pas de disposer d’un circuit par équipement. On peut imaginer, au départ du TGBT, un circuit par grand poste :

  • l’éclairage,
  • la cuisine,
  • les équipements HVAC (séparer le chaud du froid),
  • les prises équipement (bureautique, …),
  • autres …

Idéalement, on pourrait, dans le cadre d’une gestion technique centralisée, équiper, dès le départ, chaque circuit d’un compteur avec enregistrement de charge. Cela permettrait un suivi en temps réel, permettant de corriger immédiatement toute dérive, ou simplement d’adapter les paramètres de réglage (horaires de fonctionnement de l’HVAC, de l’éclairage, …).

Sans aller jusqu’à ce degré d’équipement, la configuration minimum du réseau doit rendre possible, par un découpage judicieux des circuits, une analyse plus précise de la consommation globale du bâtiment.


Quelques réflexes URE

Voici quelques « flashs » ou « réflexes » qu’il faut avoir lorsque l’on réalise une installation électrique :

  • Prévoir un précâblage bus de manière à faire évoluer le bâtiment vers une gestion de plus en plus fine sans complication de câblage dans un bâtiment existant.
  • Prévoir des alimentations séparées et un comptage des grands postes consommateurs et des gros équipements.
  • Prévoir dans la distribution électrique et la commande la possibilité d’adapter les horaires de fonctionnement des équipements à l’occupation.
  • Installer des systèmes de variation de vitesse sur les moteurs (ventilateurs, pompes).
  • Prévoir des ballasts électroniques dimmables sur tous les luminaires placés en façade, de manière à pouvoir éventuellement les équiper d’une régulation en fonction de l’éclairement naturel sans intervention sur le luminaire et donc sans coût supplémentaire.

Choisir entre les différents types de fenêtre : récapitulatif

A. Les châssis

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix des châssis.

Techniques

Pour en savoir plus sur les différents types de châssis.

Le châssis en bois

Avantages

  • Thermiquement performant.
  • Traditionnel dans nos régions.
  • Produit naturel (si bien géré).
  • S’adapte facilement à des formes complexes.
  • Relativement stable au feu.
  • Relativement résistant à l’effraction.

Inconvénients

  • Nécessite un entretien périodique.

Le châssis en PVC

Avantages

  • Thermiquement performant.
  • Entretien très facile.

Inconvénients

  • Produit synthétique contenant du chlore.
  • Dilatation thermique importante.
  • Faible résistance au feu.
  • Faible résistance à l’effraction

 Le châssis en aluminium à coupure thermique

Avantages

  • Bonne résistance mécanique.
  • Bonne résistance à l’effraction.
  • Facile à entretenir.

Inconvénients

  • Thermiquement moins performant que le bois ou le PVC.
  • Faible résistance au feu.

Le châssis mixte et le châssis à haute performance thermique

Il existe une grande variété de châssis constitués de différents matériaux assemblés en vue de conférer à ceux-ci des caractéristiques spécifiques adaptées à leurs usages : Isolation renforcée, facilité d’entretien, résistance mécanique, …

Le choix de ceux-ci se fera en fonctions des niveaux de performances à atteindre par le bâtiment. Ils sont plus coûteux que des châssis classiques.

B. Le vitrage

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix du vitrage.

Techniques

Pour en savoir plus sur les différents types de vitrage.

Le vitrage thermique

On n’envisagera plus actuellement de mettre en œuvre des vitrages autres que thermiquement performants.

Un double vitrage basse émissivité avec gaz dont le coefficient de transmission thermique Ug est compris entre 1.0 et 1.3 W/m²K, est un minimum à prévoir. De plus, le rapport qualité/prix de ce type de vitrage est intéressant.

Pour des ambitions plus hautes en matière de performance thermique, le triple vitrage s’impose. Il est normal que son prix soit plus élevé. Le châssis doit évidemment être adapté à l’épaisseur du vitrage et à son poids.

Le vitrage thermique solaire

Outre ses qualités thermiques, sa principale fonction est de diminuer les apports solaires pour réduire la surchauffe dans le bâtiment. Il est donc indiqué lorsque le bâtiment ne peut pas être équipé de protections solaires fixes ou mobiles efficaces et qu’il est sensible à la surchauffe à cause de sa faible inertie et/ou d’apports internes importants.

Les vitrages thermiques ont cependant certains inconvénients.

  • Ils peuvent, dans certaines conditions atmosphériques, assombrir l’intérieur au point de nécessiter l’usage de l’éclairage artificiel.
  • Ils peuvent diminuer les apports solaires gratuits en hivers.
  • Leur aspect extérieur n’est pas aussi neutre que celui d’un vitrage normal (couleur et réflexion).
  • Depuis l’intérieur du bâtiment, la perception de la lumière extérieure est modifiée (intensité et couleur).
  • La nuit, la visibilité vers l’extérieur est fortement réduite à cause de la réflexion de la lumière intérieure.

Le vitrage thermique acoustique

Le choix d’un vitrage thermique acoustique n’est justifié que par la localisation du bâtiment dans une zone bruyante. Il protège des bruits extérieurs sans avoir un impact significatif sur l’acoustique intérieure du bâtiment. Il n’est efficace que lorsque les fenêtres sont fermées et donc inutile dans un bâtiment dont les fenêtres doivent être ouvertes souvent.

Ce type de vitrage est plus lourd que le vitrage thermique normal (une des vitres est plus épaisse) et thermiquement légèrement moins performant (à épaisseur totale égale, l’espace entre les vitres est moins large – 12 mm au lieu de 15 ou 16 mm). Il est aussi plus cher.

Le vitrage thermique de sécurité

Comme le vitrage acoustique, le vitrage de sécurité n’est justifié qu’aux endroits où il y a risque de blessure ou de chute pour les personnes, ou d’effraction. Les règles de sécurité à respecter sont reprises dans la norme NBN S23-002 : 2007 et son addendum NBN S 23-002/A1 : 2010. Le principe de base de cette norme est qu’il faut examiner si un verre de sécurité est nécessaire du côté du vitrage thermique où se trouve une zone d’activité humaine.

Ainsi, dans le cas des vitrages thermiques de sécurité (double vitrage ou triple vitrage), le verre de sécurité doit être placé du côté où le choc risque de se produire, ou des deux côtés si le choc peut se produire des deux côtés. En toiture, le verre feuilleté doit se trouver en dessous de manière à éviter la chute de morceaux de vitre. Etc.

Comme le vitrage thermique acoustique, le vitrage thermique de sécurité est plus lourd que le vitrage thermique normal (une des vitres est plus épaisse) et thermiquement légèrement moins performant à épaisseur totale égale. Il est aussi plus cher.

C. L’intercalaire

Normal ou amélioré ?

Les écarteurs qui relient les vitres d’un vitrage double ou triple provoquent un pont thermique plus ou moins important qui augmente le coefficient thermique Uw de la fenêtre.

Certains intercalaires, dits améliorés, réduisent ce pont thermique. Le Uw peut ainsi être diminué de 0.12 W/m²K (voire plus si l’intercalaire est thermiquement très performant).

Il faut être très attentif au moment de la commande de spécifier si on souhaite qu’un intercalaire amélioré soit placé. Il coûte un plus cher qu’un intercalaire normal (supplément 10 à 15 % du prix total du vitrage).