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Posted By : 25 Sep, 2007

Stratégie « soft-énergie » à tous niveaux

L’énergie dans le bâtiment, ce n’est pas que chauffer et refroidir…

L’énergie consommée par un immeuble de bureaux, c’est le double de celle demandée par le chauffage et le refroidissement du bâtiment. En effet, l’éclairage, la bureautique, les pompes et ventilateurs, … alourdissent fortement la facture.

Il est utile de prendre le temps d’étudier tous ces aspects globalement, dès le départ. La place réservée à l’éclairage naturel des locaux en est un exemple clair.

Photo bâtiment Iveg à Anvers. Photo bâtiment Iveg à Anvers - 02.

Le siège d’Iveg à Anvers consomme 2 x moins que la moyenne … mais sa conception a été étudiée durant 2 ans, en collaboration avec le centre de recherches du CSTC.

Le siège d’Elia à Bruxelles est Passif, BREEAM et NZEB grâce à la lumière naturelle, 30 cm d’isolation, du triple vitrage et ses 4 000 m² de PV.

L’énergie dans un immeuble, c’est combien par an ?

L’analyse énergétique d’un local type de bureau (Bâtiment ancien avec 8 cm d’isolant) :

entre 70 et 100 kWh/m²/an de chauffage,
120 kWh/m² électricité (soit 300kWh d’énergie primaire /m²).
TOTAL de 385kWh/m²/an d’énergie primaire,
- dont +- 8,5 m³ de gaz naturel et 120 kWh d’électricité ;
Soit +- 47€/m²/an

Dans un immeuble de bureaux QZEN construit aujourd’hui, l’énergie hors bureautique représente un coût d’environ 10 €/m²/an €.

Évaluer

Pour plus d’informations sur les consommations dans différents types d’immeubles climatisés.

Quelle répartition des consommations dans un bâtiment ?

Dans un bâtiment climatisé, en très grosse approximation (puisque tout dépend du type de bâtiment, des vecteurs énergétiques et de son usage), ce coût se répartit en :

15 % pour le chauffage des locaux et de l’air neuf hygiénique,
15 % pour le refroidissement des locaux,
15 % pour l’éclairage,
15% pour les auxiliaires (pompes et ventilateurs) et équipements électriques divers ;
40 % pour la bureautique.

À partir du programme du bâtiment, on demandera au bureau d’études d’établir un bilan global prévisible des sources de consommation.

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Pour découvrir un exemple d’analyse des besoins thermiques d’un immeuble de bureaux.

Un choix d’équipements électriques à faible consommation

Une politique « soft-énergie » globale

Pour limiter l’énergie, il est donc tout aussi important d’agir sur le choix du luminaire, sur le mode de régulation de la ventilation que sur l’épaisseur de l’isolant.

Mieux, l’investissement sur des équipements électriques performants permet de faire « coup double » :

économie directe d’électricité,
économie indirecte sur la demande de refroidissement et donc sur la capacité de « s’en sortir sans climatisation » !

Toute consommation électrique se transforme en chaleur…

La consommation électrique a doublé en 15 ans dans le secteur tertiaire ! La bureautique (PC, imprimante, photocopieuse, …) explose. De plus en plus, nous chauffons nos bureaux … à l’électricité !

Mais ce chauffage-là, il nous est impossible de l’arrêter en été. Pire, le ventilateur de l’air de refroidissement chauffe l’air de 1 degré, environ. Donc plus nous surdimensionnons nos installations, plus le ventilateur sera puissant, plus il faudra le refroidir …

Ne sommes-nous pas là dans un cercle infernal ?

Si on ne peut aller totalement contre cette évolution qui impose l’équipement électrique comme outil de développement économique, il nous est possible de l’infléchir lorsque l’on prend conscience de l’impact de nos choix.

Par exemple, à débit constant, si nous doublons le diamètre d’un conduit d’air, la consommation du ventilateur chute au 32ème de sa valeur !!!

Des options à prendre dès le début du projet

Voici une série de propositions qui peuvent permettre concevoir un bâtiment « low-tech », « low-energy » … tout en étant « high-design » !

Assurer dans tous les locaux de vie, un éclairement naturel qui rende l’éclairage artificiel nécessaire pendant moins de 40 % du temps d’occupation.

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Choisir les luminaires.

Limiter l’éclairage artificiel à une puissance de 8 Watts/m² pour un éclairement de 500 lux : choix de luminaires et de lampes performantes.

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Choisir les luminaires.

Réguler l’éclairage artificiel en fonction de l’éclairage naturel pour ne pas avoir de cumul de chaleur entre éclairage artificiel et éclairage solaire.

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Apport d’éclairage naturel dans la page Choisir la gestion et la commande

Réguler l’éclairage et la bureautique en fonction de la présence effective de l’utilisateur.

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Choisir les ordinateurs

Placement de l’imprimante et de la photocopieuse à proximité de l’extraction d’air hygiénique (évacuation directe des polluants et de la chaleur dissipée).

Concentration des équipements informatiques et de communication communs (centraux téléphoniques et data, serveurs informatiques, etc…) dans un local séparé des zones de vie ou de travail. Ce local pouvant être refroidi mécaniquement d’une façon distincte.

Intégration des conduits d’air dès la phase de l’esquisse pour favoriser des sections larges et droites, et ainsi limiter les puissances des ventilateurs.

Un emplacement central des groupes de traitement d’air est aussi favorable à ce niveau.

La même démarche peut être réalisée pour les tuyauteries d’eau, mais l’impact énergétique est 10 fois plus faible.

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Choisir le réseau de distribution.

Vers une stratégie « soft-énergie »

Poursuivons la traque aux sources de consommation

Sans être ici exhaustif, mais plutôt pour expliquer la logique du raisonnement, on envisagera de :

Maîtriser les apports solaires par le choix de surfaces vitrées limitées (= ne pas vitrer toute la façade) et équipées de protections solaires.

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Choisir la fenêtre comme capteur d’énergie solaire.

Prérefroidir l’air hygiénique de ventilation par le passage dans un conduit enterré.

Éviter toute boucle de circulation d’eau chaude sanitaire dans le bâtiment, en décentralisant la production près des points de puisage.

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Choisir le réseau d’eau chaude sanitaire

Vers un bâtiment inerte et stable en température intérieure

Si les sources (internes et externes) d’échauffement sont bien maîtrisées, le risque de surchauffe est nettement diminué. Si le bâtiment comporte un grand « réservoir thermique de stockage » : c’est l’inertie de ses parois.

Prévoir d’emblée une inertie thermique accessible suffisante dans les parois : sous l’effet du soleil, le bâtiment ne doit pas se comporter comme une voiture ! Sans inertie, la température intérieure monterait très rapidement et la climatisation mécanique devrait être enclenchée.

Finalement, dans quel type de bâtiment trouvons-nous de la fraîcheur naturelle en été : le préfab de chantier ou l’ancien immeuble de la maison communale ?

Evaluer

Repérer l’origine de la surchauffe

Équipé d’une régulation peu sophistiquée

Et dans ce bâtiment massif, fortement isolé, efficacement ombré, les fluctuations de température seront relativement lentes. Il est donc possible d’y intégrer une forme de régulation qui combine des prises de mesure limitées (la température de quelques locaux représentatifs par exemple) et des actions « douces » (modification d’un régime de température, ouverture modulée d’un dispositif de ventilation, etc.). L’important sera que l’action du système de régulation soit basée sur une mesure la plus représentative possible du ressenti, et donne lieu à des actions mesurées, auxquelles les occupants peuvent déroger. Dans tous les cas, le fonctionnement du bâtiment devra être le plus intuitif possible pour les occupants, et induire naturellement des comportements d’utilisation rationnelle de l’énergie.

Retenons qu’une stratégie « soft-énergie », appliquée à l’ensemble des consommateurs, est un point de départ qui permet ensuite d’envisager pour le traitement thermique des locaux de nombreuses alternatives… douces !

Favoriser les énergies renouvelables

Pour diminuer encore l’appel à des énergies fossiles, il est possible de recourir à la production :

d’eau chaude par des capteurs solaires thermiques ou photovoltaïque,
d’électricité par des capteurs solaires photovoltaïques,
cogénération,
pompe à chaleur à haut rendement,
de chaleur par utilisation de la biomasse (essentiellement le bois).

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Pour plus d’informations sur le chauffage solaire de l’eau chaude sanitaire.

Choisir les lampes

Les lampes à rejeter !

Les lampes à incandescence et les lampes halogènes énergivores :

très mauvaise efficacité lumineuse ;
durée de vie faible.

Les lampes à vapeur de mercure haute pression

mauvaise efficacité lumineuse ;
mauvais rendu des couleurs ;
altération de la température de couleur en cours d’exploitation.

Les lampes fluorescentes de mauvaise qualité (IRC < 70). P.ex.la teinte 640, 630 …

Notons que l’Europe a pris les choses en main et par différentes directives impose le retrait progressif du marché des lampes les moins efficaces !

Critères de choix des lampes

Le confort lumineux impose un choix de lampe associée à son luminaire qui permet de maîtriser le niveau d’éclairement, l’éblouissement, l’uniformité, … et ce de manière à se conformer aux normes NBN EN 12464-1 et NBN EN 12193. Pour respecter le confort lumineux, quelle que soit la volumétrie du local, le concepteur devra trouver un savant compromis entre le nombre de luminaires, leur puissance, leur coût, leur efficacité énergétique, … Il devra aussi tenir compte d’un indice de rendu des couleurs (IRC) à assurer, de la stratégie de maintenance, de la durée de vie des lampes, leur capacité à dimmer leur flux en fonction de l’apport de lumière naturelle et à accepter un nombre d’allumages/extinctions adapté à l’usage, …

Techniques

pour connaitre les différents types de lampes : cliquez-ici !

Données

pour visualiser un récapitulatif des caractéristiques des différentes lampes, cliquez-ici !

Choix en fonction de la hauteur du local

La hauteur du local va influencer le choix de lampe, c’est une évidence ! Mais il ne faut pas perdre de vue que la lampe est toujours associée à un luminaire. Dissocier les deux n’est pas envisageable dans un projet de conception/ rénovation.

Cependant, un premier tri de lampe s’impose en fonction de la hauteur du local. En effet, toutes les lampes ne sont pas à même de donner un niveau de flux adéquat :

Les lampes à flux lumineux important (à puissance élevée) équiperont les luminaires des locaux de hauteur importante (de l’ordre de 6 à 12 m).
À l’inverse, les lampes à flux lumineux réduit ou basse puissance équiperont les luminaires des locaux de hauteur normale (de l’ordre de 1 à 6 m).

Pour les hauteurs inférieures à 7m

La plupart des lampes à flux lumineux modéré conviennent pour les locaux à hauteur classique.

Lampes fluorescentes

Pour rappel, les lampes fluorescentes sont le plus souvent recommandées, du fait :

Photo lampes fluorescentes.

de leur grande efficacité énergétique,
de leur très bon rendu des couleurs,
de leur durée de vie importante,
de leur faible coût d’investissement.

Les systèmes d’éclairage à LEDs

Les systèmes d’éclairage à LEDs envahissent de plus en plus le secteur tertiaire sachant que leur efficacité énergétique se rapproche de celle des lampes fluorescences. On les choisira principalement pour :

leur efficacité énergétique certaine ;
leur rendu de couleur acceptable ;
leur durée de vie très importante.

La technologie LED est en constante évolution et inonde le marché de l’éclairage. On estime que les lampes LED prendront de l’ordre de 80 % du marché à moyen terme. Les seuls freins actuels dans le choix de cette source lumineuse sont naturellement :

l’absence de normalisation qui empêche les comparaisons.
Une qualité très différentes d’une référence à l’autre.

Pour les hauteurs supérieures à 7 m

Dans les locaux de grande hauteur (à partir de 7 – 12 m), on utilise généralement des lampes à décharge sodium HP ou halogénure et iodure métallique. Ce type de lampes est mis en compétition avec, devinez… , les tubes fluorescents et les LEDs !

Lampes à vapeur de sodium ou halogénure métallique ?

Lampes à vapeur de sodium Lampes à halogénure métallique.

Les lampes à vapeur de sodium haute pression ou à vapeur d’halogénure métallique fournissent un flux lumineux par lampe important (jusqu’à 200 000 lm). Elles permettent ainsi d’obtenir un éclairement suffisant avec un nombre réduit de luminaires. Néanmoins, il faut être particulièrement attentif :

à leur emplacement vu les risques d’éblouissement que représentent ces lampes,
aux ombres portées,
à l’uniformité des niveaux d’éclairement (moins de lampes sur la surface à éclairer).

On retiendra encore que vu le faible nombre de points lumineux à installer, la maintenance des lampes à décharge sera plus rapide, ce qui peut représenter un facteur non négligeable dans un local où les plafonds sont hauts et donc peu accessibles.

Lampes fluorescentes

Les progrès réalisés par certains constructeurs sur des luminaires équipés de lampes fluorescentes (de 2 à 4 lampes) pour des hauteurs supérieures à 7 m sont assez spectaculaires.
Ces types de luminaires sont équipés, par exemple, de lampes fluorescentes 4 x 80 W en tube T5 pour des hauteurs d’atelier pouvant aller jusqu’à 12 m avec une efficacité énergétique de ≤2.5 W/m².

Exemple

Pour un atelier de l’ordre de 7 m de haut, vaut-il mieux prévoir de l’équiper de luminaire à lampe aux halogénures métalliques ou à tubes fluorescents ?

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.	Luminaire à tubes fluorescents.
Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.	Luminaire à tubes fluorescents.

Pour en savoir plus sur l’étude de cas, cliquer ici !

On voit tout de suite que :

L’installation d’éclairage équipée de lampes aux halogénures métalliques nécessite moins de luminaires pour atteindre le niveau d’éclairement moyen requis. Par contre, l’uniformité sera moins bonne (les alternances taches claires et taches sombres sont plus visibles).

Mais les lampes à décharge haute pression ne sont pas dimmables (du moins sans problème) et donc dans le cas d’un apport important de lumière naturelle, il est recommandé d’utiliser des systèmes d’éclairage dimmables (fluorescentes ou LEDs).

Éclairage ponctuel proche du plan de travail

Étant donné ses nombreux avantages, le luminaire équipé d’une lampe fluorescente doit donc souvent être préféré.

Éclairage local de bureau

Photo lampe fluocompacte.

Lorsque l’on désire un éclairage ponctuel, la lampe fluocompacte (à ballast électronique séparé) est largement préférable à la lampe à incandescence traditionnelle ou halogène. Malgré son prix plus élevé, la lampe fluocompacte permet, sur une durée de fonctionnement de 10 000 heures, d’économiser de 20 à 125 € par lampe (selon la puissance installée) par rapport au placement d’une lampe à incandescence.

Éclairage de décoration et d’accentuation

lampe à vapeur d'halogénure métallique.

La lampe à vapeur d’halogénure métallique de faible puissance (20 à 150 W) est compacte et sa lumière se laisse facilement focaliser. Si un flux lumineux élevé par unité est requis, elle est une alternative efficace à la lampe à incandescence et à la lampe halogène pour l’éclairage de décoration, par exemple dans les halls d’accueil et les salles d’exposition. Des luminaires indirects équipés de lampes à vapeur d’halogénure métallique de puissance moyenne (150 W, 250 W) réalisent une économie d’énergie de 70 % par rapport aux lampes halogènes.

Éclairage d’un tableau ou de documents affichés sur les murs

Photo éclairage tableau.

Source : Etap.

Un éclairement suffisant sur le tableau ne pourra être obtenu que par un éclairage spécifique.
Pour obtenir un éclairage uniforme sur le tableau, le tube, de par sa forme allongée, est le plus adéquat. Les lampes fluocompactes peuvent aussi convenir, mais on obtiendra plus facilement des « ronds » de lumière et l’éclairage sera donc moins uniforme.

Exemple.

Une classe est éclairée par :

éclairage général : 9 luminaires basse luminance de 2 x 36 W chacun,
éclairage du tableau : 3 luminaires asymétriques de 50 W chacun.

L’éclairement moyen mesuré dans la classe est de 420 lux pour une puissance d’éclairage général de 9 W/m². Le niveau d’éclairement du tableau, lorsque son éclairage spécifique est allumé, est de 436 lux. Lorsque l’on se contente de l’éclairage général, le niveau d’éclairement moyen du tableau est de 99 lux, ce qui est nettement insuffisant.

Choix en fonction de l’éclairage naturel

Source : Philips.

Dans les locaux qui ont accès à la lumière naturelle (présence de baie vitrée), le choix de lampe tiendra compte de la compatibilité avec le « dimming » en vue d’adopter une gestion du flux lumineux en fonction de la lumière naturelle.

Les lampes facilement dimmables

Le choix des lampes fluorescentes (type tube fluo) et les LEDs sera intéressant pour réaliser un dimming efficace en fonction du niveau d’éclairage naturel dans le local concerné.

Les lampes fluocompactes

Mis à part les lampes fluocompactes à 4 pin avec ballast électronique, ce type de lampe à 2 pin et à visser ne peuvent pas être dimmée de manière efficace.

Les iodures et halogénures métalliques

Ce type de lampe ne peut être dimmé au maximum qu’à 50 % (et souvent il y des problèmes de changement de couleur (collor shift) dans le cas de dimming. Si les baies vitrées sont de grandes tailles, le choix des lampes à iodure ou halogénure métallique ne sera pas judicieux.

Choix en fonction du temps de fonctionnement et de la fréquence d’allumage/extinction

Locaux à temps d’occupation prolongé

Comme son nom l’indique, ce type de local accueille des occupants pendant un temps suffisamment long pour envisager un choix de lampes qui ne supportent pas trop les temps courts de fonctionnement et les fréquents cycles d’allumage/extinction. En effet, elles ont besoin d’un certain temps pour chauffer et stabiliser leur flux lumineux. Enfin, les cycles fréquents d’allumage/extinction réduisent leur durée de vie.

On pointera les locaux comme les bureaux, les classes de cours, les salles de réunion, les salles de sports, …

Pour un temps de fonctionnement prolongé avec un nombre restreint de cycle d’allumage extinction, les lampes suivantes conviennent bien :

les lampes fluorescentes ;
les lampes à iodure et halogénure métallique ;
les lampes à vapeur de sodium HP ;
les LEDs.

Locaux à temps d’occupation sporadique

On retrouve des locaux comme les archives, les espaces techniques, … Pour ce type de local, pratiquement toutes les sources lumineuses énergétiquement efficaces conviennent puisque le nombre d’allumage et d’extinction est faible au cours du temps. Ce constat s’appuie aussi sur le fait que ces locaux n’ont pas d’accès à la lumière naturelle et ne nécessitent pas de sources lumineuses « dimmables ». Dans ce cas bien précis, ce sera surtout l’aspect financier qui prévaudra.

Locaux où l’allumage et l’extinction de l’éclairage sont fréquents

On regroupe ici toutes les circulations et les locaux sanitaires. Pour un nombre d’allumage et d’extinction important, les lampes fluorescentes à ballast électroniques et les LEDs conviennent parfaitement.

Choix en fonction de l’IRC et de la température de couleur

Le rendu des couleurs

Pour certaines tâches où la reconnaissance des couleurs est importante, on prendra en compte le paramètre de rendu de couleur. Dans les commerces, cette caractéristique (qualité de la lumière produite) est primordiale et peut être satisfaite avec l’emploi de produits efficaces (autre qu’incandescente) ! Dans d’autres pièces, comme les circulations, cette donnée aura moins d’importance.

La norme EN 12464-1 définit, pour chaque tâche ou local, une valeur de l’indice de rendu de couleur (IRC ou Ra).

Le prix d’achat domine souvent lors du choix du tube fluorescent, choix qui se fait alors sans trop tenir compte du rendu des couleurs.

Les tubes dits « standards » (type 29, 33, 129, 133, 20 ou 30 = anciens codes – ou encore 640,630 …selon les marques) sont nettement moins chers à l’achat que les tubes « type » 830 ou 840. Ils présentent cependant deux inconvénients :

un indice IRC ou Ra réduit, souvent incompatible psychologiquement avec le travail de bureau, mais suffisant pour des circulations (IRC de classe 3 (IRC entre 40 et 60)) ;
une efficacité lumineuse inférieure.

Les tubes standards seront donc à éviter. Dans la pratique, on peut choisir des lampes 830 – 840 dans toutes les situations standards. Cela uniformise les ambiances et facilite la maintenance.

À l’opposé, des lampes à rendu de couleur supérieur (IRC > 90) sont réservées aux magasins de mode, musées, laboratoires ou industries où la fidélité des couleurs est primordiale. Ces lampes sont nettement plus chères et ont généralement une mauvaise efficacité lumineuse.

La température de couleur

La température de couleur de la lampe influence l’impression de confort visuel de l’œil.
La norme EN 12464-1 laisse une certaine latitude quant au choix de la température de couleur des lampes.

La température de couleur d’une lampe fluorescente est indiquée sur la lampe ou dans le catalogue des fabricants.
En pratique, on choisira :

Des teintes froides (Tc = 4 000 K) dans les locaux de travail où les lampes sont utilisées en journée, en complément à la lumière naturelle.
Des teintes chaudes pour l’éclairage des habitations ou assimilées.
Des teintes froides pour des éclairements élevés ou dans des climats chauds.
Des teintes de couleur très froides (température de couleur > 5 000 K), appelées également « lumière du jour » dans les locaux aveugles. En effet, proches de la lumière naturelle, elles ont un effet favorable sur le bien-être des occupants.

Il faut éviter l’utilisation simultanée des teintes froides et des teintes chaudes, ce qui gêne l’adaptation chromatique de l’œil et crée des perturbations visuelles. Ainsi, lorsque les locaux ont un apport important de lumière naturelle, la tendance sera de choisir une température de couleur plus élevée pour éviter de trop grandes différences entre l’éclairage artificiel et naturel.

Dans les locaux où il n’y a pas d’apport de lumière naturelle, la lumière dynamique peut simuler la teinte de la lumière du jour (évolue dans le courant de la journée).

Le spectre lumineux

Les tubes fluorescents présentent une gamme très étendue en termes de température et de rendu des couleurs, ainsi qu’en termes de spectre lumineux. Les fabricants reprennent dans leur catalogue le type d’application de leurs lampes. Cela permet de vérifier si le choix réalisé correspond bien à sa situation propre. Il existe par exemple des lampes pour boucherie qui ont pour but d’accentuer la couleur rouge de la viande.

Données

pour connaitre les caractéristiques générales des différents types de lampe : cliquez ici !

Choix en fonction de l’efficacité énergétique et du prix de revient

Toutes les lampes ne sont pas égales du point de vue de l‘efficacité énergétique et « fonctionnelle » (durée de vie moyenne, utile, …). Le choix entre les différents types dépendra aussi du prix de revient de l’installation, c’est-à-dire de l’investissement (lampes et luminaires), de la consommation des frais de maintenance, de la durée de vie et du nombre d’allumages/extinctions autorisés. En effet, il ne suffit pas de choisir une lampe efficace, mais impayable.

Données

pour connaitre les caractéristiques générales des différents types de lampe : cliquez ici !

Remarque : l’Europe, via ses directives, a entrepris la labellisation des différentes lampes, ce qui permet de comparer plus aisément l’efficacité de différentes lampes. Pour en savoir plus, cliquez ici.

Exemple de calcul par rapport à l’exploitation.

Voici le coût des différentes lampes envisageables dans des ateliers de grande hauteur. Ces coûts sont établis au départ d’une liste de prix d’un fabricant. Ils regroupent le coût d’achat des lampes et le coût de la consommation (ici pris égal à 11 c€/kWh), pour la fourniture d’environ 200 000 lm, pendant 30 000 heures.

On ne tient pas compte ici,

du coût des luminaires,
du rendement du luminaire,
ni de la perte supplémentaire d’efficacité lumineuse due au ballast.

Remarque.

On se doute que les valeurs reprises dans le tableau sont purement théoriques. En effet, on se rend bien compte, qu’à dimensions de local égales, l’uniformité obtenue avec 4 lampes sodium HP de 400 W, par rapport à 38 lampes fluorescentes de 58 W, est nettement inférieure.

Type de lampe	Tube fluorescent 58 W	Sodium haute pression 250 W	Sodium haute pression 400 W	Sodium haute pression confort 250 W	Sodium haute pression confort 400 W	Halogénure métallique 250 W	Halogénure métallique 400 W
Efficacité énergétique (lm/W), auxiliaires compris	90	108	120	88	93	76	88
Puissance installée (W)	38 x 58	7 x 250	4 x 400	10 x 250	6 x 400	12 x 250	6 x 400
Durée de vie utile (h)	16 000	16 000	16 000	12 000	12 000	6 000	6 000
Coût d’achat unitaire (€)	6.6	53	56	55	60	57	57
Coût d’achat (€)	474 (71 lampes)	689 (13 lampes)	448 (8 lampes)	1 350 (25 lampes)	900 (15 lampes)	3 420 (60 lampes)	1 710 (30 lampes)
Coût de consommation (€)	7 273	5 775	5 280	8 250	7 920	9 900	7 920
Coût total (€)	7 747	6 464	5 728	9 600	8 880	13 320	9 630

Conclusion

On se rend compte que les lampes à vapeur de sodium HP offre des avantages pour autant qu’il ne soit pas nécessaire d’obtenir un rendu de couleur élevé; ce qui est rarement le cas en éclairage intérieur (Ra de l’ordre de 80 dans la plupart des types de tâches). Pour rester dans des prix abordables en exploitation, la solution des luminaires équipés de lampes fluorescentes est intéressante.

Calculs	Pour comparer plus précisément le prix de revient de plusieurs installations, en connaissant, le prix d’un luminaire (placement compris), le prix des lampes, le rendement du luminaire. cliquez ici !
Données	Pour connaître et comparer les caractéristiques et les performances des différentes lampes, cliquez ici !

Choix en fonction de la température ambiante du local

Le calcul du rendement d’une lampe s’effectue à température optimale. Ceci est particulièrement important dans le choix entre les lampes T8 et T5, par exemple. Sachant que les T5 atteignent leur flux lumineux maximum à 35 °C de température ambiante et les T8 à 25 °C, il est difficile, de déterminer quel type de lampe est à privilégier. En effet, selon que la valeur réelle de la température ambiante se situe plus vers 25 °C ou 35 °C le rendement lumineux chute de 10 % pour l’un ou pour l’autre des types de lampe.

En ce qui concerne les LEDs, celles-ci sont très sensibles à la température. C’est la température de jonction qui prévaut. Plus la température de la jonction est basse, meilleure est son efficacité lumineuse. Autrement dit, dans les ambiances froides comme les applications en froid alimentaire ou dans les locaux non chauffés, un système d’éclairage à LED convient bien.

Tableau récapitulatif des choix

Type de lampe	Efficacité lumineuse	IRC	Durée de vie	Dimmable	Insensibilité allumage/exctinction	Prix	Domaine d’application
Tube fluorescent	+++/–*	Bon à élevé	+++/–	Oui	++/–	+	Éclairage général des commerces et bureaux, éclairage industriel, sportif.
Fluo- compacte culot à visser	+/–	Bon	–	Oui certains produits spéciaux	+/–	++	En substitution aux incandescentes.
Fluo- compacte +culot à broche	++/-	Bon à élevé	–	Oui	++/–	++	Éclairage domestique et tertiaire.
Halogénures métalliques	+++/–	Bon à élevé	+	Non	–	+/—	Éclairage tertiaire, accentuation dans les commerces, éclairage public, sportif et industriel.
Sodium haute pression	+++/–	Moyen à bon	++/–	Oui	—	+/–	Éclairage routier, industriel, horticole, des salles et terrains de sport.
Sodium basse pression	++++	N. C.	++	Non	—	+/-	Éclairage autoroute.
LED	+/—	Bon	+++	Oui	++	–	Éclairage domestique et tertiaire (couloir et sanitaire).

* L’étendue des indicateurs illustre l’étendue des produits disponibles.

Données

Pour connaître les caractéristiques générales des différents types de lampe, cliquez ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Préparer l’exploitation du bâtiment

Keep it simple !

Les bâtiments à haute performance environnementale peuvent devenir très complexes. Parfois, simplifier les techniques permet de garder le contrôle et de faciliter l’obtention du confort des utilisateurs.

Il est primordial de s’assurer que le niveau de technicité des installations de chauffage, refroidissement et ventilation correspond aux capacités de compréhension et d’action des personnes qui seront chargées d’assurer leur conduite. Selon les situations, cela nécessitera de rédiger des notices explicatives claires ou d’organiser des séances de formation et d’information des futurs occupants et gestionnaires.

Dans tous les cas, il conviendra de mettre en balance la complexité liée à une recherche de performance optimale, et le risque éventuellement accru d’un mauvais usage des installations.

La simplification des techniques : Pierre Sommers vous conseille from Bruxelles Env. on Vimeo.

L’importance de la mise en service

Pris par l’urgence, par le déménagement, … la mise en service est bien souvent négligée.

Et pourtant la mise au point des installations est une étape fondamentale de la vie du bâtiment. Il faut passer de la théorie du projet à la réalité in situ.

Les régulateurs numériques d’aujourd’hui sont hyperpuissants. Mais ils doivent être paramétrés avec soin… et le technicien en charge du travail n’a pas participé aux réunions de conception.

A la fin de son travail, il est impératif que le technicien écrive tout, comme s’il devait partir à la retraite le lendemain et qu’il transmettait le dossier à son collègue ! Une fois le technicien parti, le gestionnaire se retrouvera bien seul…

La rédaction du projet « as built »

En pratique, il devrait y avoir :

La liste de tous les équipements de chauffage et climatisation, avec caractéristiques techniques nominales (dont les courants nominaux absorbés) et année de fabrication.

Les schémas de principe hydrauliques des circuits de chauffage et des circuits d’eau glacée et le schéma de principe aéraulique de la ventilation, « as built », avec débits et pressions des pompes et ventilateurs.

Le schéma électrique des armoires de commande,

Le repérage de chaque équipement technique dans le bâtiment (conduit et appareil).

C’est si simple et cela facilite tellement la vie …

La description détaillée du fonctionnement des installations (liste des régulateurs, paramètres de régulation et logique de régulation).

La description des réglages lors de la dernière mise au point.

Ces documents seront placés dans une armoire prévue à cet effet dans les locaux techniques de production de chaleur, de froid et de ventilation.
On procédera à l’affichage au mur du principe du schéma hydraulique dans chaque chaufferie, avec revêtement protecteur.

Sans revêtement, il sera trop rapidement dégradé…

Un double de tous ces documents sera en possession du gérant.

Le contrat de maintenance

Objectifs

Les installations techniques de chauffage, de ventilation et de climatisation doivent être entretenues, mais aussi réglées et conduites avec les objectifs suivants :

Le maintien des conditions de confort des occupants, tant en été qu’en hiver.
L’économie des énergies, fuel/gaz et électricité, en effectuant les meilleurs réglages possibles des équipements existants.
Le maintien des équipements en bon état de fonctionnement par un entretien adapté à leurs spécificités.
La sécurité de fonctionnement des équipements.
La sécurité des personnes.

Contenu du contrat d’entretien

Un cahier des charges technique d’entretien doit être établi par le client au moment de l’appel d’offres aux différentes entreprises de maintenance.

Ce document doit contenir, en plus des principales clauses générales administratives et juridiques, les deux documents techniques suivants :

La liste de tous les équipements à entretenir avec leurs dates de fabrication et leurs principales caractéristiques techniques.
La liste des prestations techniques d’entretien et de contrôle à réaliser sur chaque type d’équipement avec leur fréquence.

Le nombre minimum de visites de contrôle par an (en plus de celles indispensables pour l’entretien) est donc imposé, suivant complexité des installations : 4 (minimum) à 12 fois par an.

Il ne faut donc pas laisser les sociétés de maintenance proposer librement le programme d’entretien et le nombre de visites pour les contrôles, les réglages et la conduite. Sinon, on risque de confier l’entretien à l’offre la moins chère,… qui est souvent la moins bonne ou la moins complète. En effet, dans le but d’emporter le marché certaines entreprises proposent un programme insuffisant.

La maintenance URE doit permettre d’accorder à chacun le droit au confort thermique et à la qualité de l’air, mais de refuser tout gaspillage, par négligence de conduite, de gestion ou d’entretien. Elle doit garantir au propriétaire que son bâtiment est exploité « au mieux » compte tenu des équipements existants.

Pour garantir une exploitation URE optimale, il y a lieu :

1. De vérifier l’existence d’un d’entretien régulier des installations, sous forme :

D’un planning d’avancement de l’entretien, c.-à-d. un document qui donne la liste avec date des opérations d’entretien qui ont déjà été faites pour cette année.
D’un carnet d’entretien, càd un carnet vierge dans lequel le(s) responsable(s) note(nt) toutes les interventions qui ne sont pas sur le planning d’entretien : les dépannages, les remplacements, les ajouts ou modifications, les mesures ou autres constatations, les visites de contrôles, les modifications de réglages, etc.
Des attestations de contrôle des brûleurs.
De la vérification régulière des courants absorbés par les groupes de pulsion et par les groupes frigorifiques, avec comparaison par rapport au courant nominal pour repérer une dérive.
Des attestations de fourniture des filtres ou autres pièces de remplacement prévues à l’entretien.
Des check-lists des contrôles mensuels ou trimestriels avec les paramètres relevés (température, pressions, réglages, etc.).
Des principales consommations annuelles ou mensuelles, par poste.

Remarque : il pourrait être vérifié simultanément d’autres données relatives à la pollution et la sécurité, à la consommation en eau, en sel de traitement des eaux, … Nous n’abordons pas ces points ici qui dépassent notre champ d’investigation, mais il est certain qu’une vision globale doit être donnée à ces contrôles d’exploitation.

2. De vérifier l’absence de « gaspillage » lors de l’exploitation des installations

Une maintenance correcte devra vérifier que l’installation ne puisse :

Humidifier l’air inutilement (respect strict du critère RGPT, sauf salle informatique).
Déshumidifier l’air inutilement,
Chauffer l’ambiance au-delà de la température minimale de la plage de confort (arrêt effectif du chauffage si la température de l’air dépasse 21°C).
Refroidir l’ambiance en deçà de la température maximale de la plage de confort (enclenchement du refroidissement si la température dépasse 24°C).
Détruire, lors du traitement d’un local donné, de l’énergie frigorifique par un apport d’énergie calorifique complémentaire, excepté si le froid est réalisé par l’air extérieur ou si le chaud est basé sur une récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.
Traiter et pulser dans les locaux un débit d’air neuf excessif par rapport à la présence effective des occupants (débit à définir : par exemple dépassant 50 m³/h/pers effectivement présente).

Elle devra vérifier également :

Le fonctionnement effectif des fonctions URE disponibles telles que free cooling ou free-chilling, récupérateur de chaleur sur l’air extrait ou sur condenseur, …
L’arrêt effectif d’équipements en fonction de la température extérieure ou du moment de la journée ou de la semaine (nuit, week-end, congés, …).

3. De signaler au gestionnaire toutes les mesures URE qu’il serait utile de réaliser

On ne peut reprocher à une société de maintenance qu’une vanne soit déficiente ou qu’un récupérateur soit manquant. Mais on peut lui reprocher de ne pas avoir signalé au gestionnaire les mesures qui lui permettraient de diminuer ses coûts d’exploitation.
Exemples : le placement d’un récupérateur sur l’air extrait, la mise en place d’un free-chilling, l’absence d’une régulation performante, l’intérêt de placer un circulateur à vitesse variable,… sont des mesures dont la société de maintenance peut apprécier la pertinence et la rentabilité.
Elle devrait avoir l’obligation de le signaler par écrit.

Contrôle de maintenance

Il est très utile de prévoir dès la rédaction du contrat d’entretien un système de contrôle d’entretien par le client, par son Responsable Énergie ou par son Ingénieur Conseils. Et donc d’en faciliter le travail ultérieur.

En général, les sociétés de maintenance préparent pour chaque chantier un planning d’entretien prévisionnel, ce planning ne donne que les dates prévues pour les différents entretiens et ne permet donc aucun contrôle de ce qui a été effectivement réalisé. Il est donc très utile de prévoir l’obligation d’afficher en chaufferie un planning mensuel ou trimestriel d’entretien vierge sur lequel la société de maintenance aura l’obligation de noter la date de chaque prestation contractuelle après qu’elle ait été effectuée.

Après une saison de chauffe complète, le planning doit donc être complètement rempli. Ce système permet de contrôler mois par mois l’état d’avancement de l’entretien. En plus de cela, les techniciens inscriront dans le carnet d’entretien conservé en chaufferie toutes les autres interventions non contractuelles, comme les dépannages, les visites supplémentaires, les modifications, etc.

Critères de qualité.

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

Bien sûr, le contrôle d’entretien ne sert à rien non plus s’il n’y a pas de sanctions prévues en cas de manque d’entretien. Il est donc conseillé de prévoir dans le contrat des clauses du type :

Le paiement des factures trimestrielles pourra être bloqué jusqu’à la réalisation complète des prestations prévues.
Une pénalité de 125 € par brûleur et par contrôle sera due au cas où les deux contrôles annuels contractuels n’auraient pas été effectués à la fin de l’année et les attestations de réglage envoyées au Client.
Même type de pénalités pour l’oubli du nettoyage ou du remplacement des filtres, ou autres opérations ponctuelles importantes.

Il faut aussi éviter de mettre dans le contrat d’entretien des clauses qui vous obligent à perdre du temps et de l’argent en passant devant un tribunal pour le plus petit litige.

Prix du Contrat d’Entretien

Le bon fonctionnement économique des installations dépend beaucoup de l’entretien et des réglages des équipements. Or, ceux-ci ne seront réalisés correctement que si le prix du contrat d’entretien est suffisant. Il faut donc éviter de souscrire à une offre de contrat d’entretien dont le prix est anormalement trop bas.

Depuis de nombreuses années, les grosses sociétés de maintenance se font une concurrence féroce afin d’augmenter leur part de marché et d’aboutir à la faillite et à la reprise des plus faibles. Il en résulte souvent des offres de prix anormalement basses pour de gros chantiers.

Lorsque ces offres sont faites à perte, ce qui est parfois le cas, l’entreprise qui a obtenu le marché a plusieurs possibilités pour ne pas y perdre : le plus simple est de ne faire qu’une petite partie de l’entretien et des contrôles prévus, une autre solution est de remplacer par du neuf (avec 20 à 30 % de bénéfice) tous les équipements qui devraient être dépannés, ou remis en état.

Cas vécu.

Sur base d’un cahier des charges précis et identique pour tous les soumissionnaires, les offres étaient de : 22 150 €/an, 13 700 €/an et 5 828 €/an ! Heureusement, le Client (secteur privé) a éliminé l’offre la plus basse et a choisi celle de 13 700 €/an.

Personnel d’entretien

Le choix de la société d’entretien et du personnel de contrôle et de conduite est un problème très important, car pour une grosse installation, toutes les sociétés de maintenance ne se valent pas.

D’abord, il faut vérifier que les sociétés qui présentent une offre de contrat d’entretien ont bien la compétence nécessaire pour les installations en place, en particulier concernant les groupes frigorifiques, les régulations digitales ou les régulations informatisées avec télésurveillance. Il faut aussi vérifier si la société de maintenance possède bien un service de dépannage 24h sur 24h, y compris (et surtout) en juillet et août, à l’époque ou la climatisation est indispensable et où une panne ne peut pas attendre la fin des congés annuels du bâtiment.

Voici 2 cas vécus.

La société de maintenance qui propose l’entretien des installations de climatisation ne possède pas de technicien frigoriste. Elle sous-traite alors une fois par an un gros entretien du groupe frigo mais ne peut donc pas assurer correctement les autres prestations contractuelles de contrôle de ces équipements spécifiques.
Une société de maintenance qui n’a pas de frigoriste constate la panne complète d’un groupe frigo de 2 ans d’âge, elle diagnostique une destruction complète au niveau des clapets et propose le remplacement du groupe pour un montant de 12 400 € HTVA. Heureusement, le Client a eu recours à un Bureau d’Ingénieur Conseil et vérification faite, il n’y avait qu’un problème de fluide frigorigène et aucun dégât aux machines.

Gestion énergétique

Pour accéder au cahier des charges d’exploitation énergétique des installations_Exploitation_HVAC.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les meubles frigorifiques

Les critères de choix liés à la vente des denrées

Bien évidemment, la toute première fonction d’un meuble frigorifique est de mettre en valeur des denrées afin qu’elles soient vendues. Les principaux critères de choix des meubles frigorifiques par rapport à la motivation de vente sont liés aux types :

de denrées vendues;
de vente;
de magasin;
de système frigorifique;
de service.

Adaptation aux denrées vendues

Le choix des meubles frigorifiques liés aux types de denrées dépend principalement :

de la nature des denrées elle-même, des emballages et du conditionnement;
de la compatibilité des matériaux du meuble en contact avec les denrées;
de la température de conservation nécessaire (imposée suivant les denrées);
du mode de distribution du froid;
du volume utile de stockage;
de la hauteur minimale de chargement adaptée aux produits;
…

Adaptation à la forme de vente

Les meubles frigorifiques seront différents suivant :

la politique commerciale soutenue aboutissant généralement au libre-service ou service traditionnel;
qu’il s’agit d’alimentation générale ou spécialisée.

Adaptation à la surface de vente

Il faut prendre en compte :

la grandeur du commerce, sa géométrie, le flux possible des clients,
la présence ou non de « caddy’s »;
les conditions d’ambiance (température, humidité, …);
la disposition des autres rayonnages;
le « design » général du magasin;
…

Adaptation au système frigorifique

Le système frigorifique est lié à la configuration du magasin (en site urbain, rural, toiture plate, surface disponible à l’arrière du commerce ou pas, cave ventilée, …). En effet, on ne peut pas se permettre, par exemple, de placer des condenseurs ou des compresseurs bruyants à l’extérieur en site résidentiel sans prendre des précautions préalables.

L’adaptation des meubles au système frigorifique suit la même logique :

groupe incorporé au meuble ou pas;
groupe de froid centralisé en toiture;
condenseur à air ou à eau;
…

Adaptation au service

Il faut enfin tenir compte :

de la robustesse;
de la fiabilité;
de la durée de vie;
accessibilité avant arrière;
souplesse d’utilisation;
facilité de maintenance préventive et corrective;
…

Les critères de choix liés aux coûts

Il est important de citer les critères de choix liés aux différents coûts qu’il est nécessaire de prévoir avant de choisir tel ou tel type de meuble frigorifique.

Les coûts

Les principaux coûts sont naturellement :

L’investissement qui comprend les meubles frigorifiques proprement dits, les systèmes frigorifiques, l’installation, la réception, … On en déduit un coût global d’investissement annuel comprenant l’investissement lui-même et l’intérêt annuel du capital immobilisé.

L’exploitation qui inclut le coût de l’énergie, les entretiens, le loyer annuel par rapport à la surface occupée par les meubles, les montants de police d’assurance couvrant les équipements et la perte des denrées. Sur le même principe que l’investissement, on en déduit un coût d’exploitation annuel.

Le coût total annuel est donné par la formule suivante :

coût total annuel = coût global d’investissement annuel + coût d’exploitation annuel

Les critères de choix spécifiques

Les critères de choix des meubles frigorifiques self-service se présentent sous forme de ratios spécifiques :

Le ratio « chargement » exprimé par la relation :

chargement = coût total annuel / surface horizontale de chargement (2) [€/m²]

Le ratio « exposition » exprimé par la relation :

exposition = coût total annuel / surface d’exposition (3) [€/m²]

Le ratio « ouverture » exprimé par la relation :

ouverture = coût total annuel / l’ouverture d’exposition (4) [€/m²]

Le ratio « volume » exprimé par la relation :

volume = coût total annuel / volume utile [€/m³]

Les critères globaux de choix liés à l’énergie

Lors de projets de conception, l’aspect énergétique était auparavant négligé au profit naturellement de la vente. Vu l’augmentation constante des prix de l’énergie électrique et par une prise de conscience timide des problèmes d’environnement que cause la production de froid, c’est l’instant, le moment de réfléchir aux choix futurs permettant d’allier quatre éléments indissociables :

la qualité du froid alimentaire;
la vente;
le confort des clients et du personnel;
l’énergie.

Une ou des solutions radicales ?

Existe-t-il un bon compromis entre ces quatre facteurs ? Il existe une ou plusieurs solutions ! Le problème est qu’elles sont évidentes, mais semblent bloquer les commerçants et les responsables « marketing » des grandes et moyennes surfaces dans leur choix de meubles frigorifiques.

Peu importe les moyens et techniques mis en œuvre, mais il suffit de prévoir le confinement ou l’enfermement du froid dans une boîte isolée pour améliorer directement l’efficacité énergétique du froid alimentaire. Certains magasins (ils se reconnaîtront) appliquent ce principe depuis déjà longtemps, d’autres se lancent timidement.

Confinement de l’ensemble du froid alimentaire ou pas ?

Confinement des produits frais dans une enceinte bien isolée

Meuble frigorifique ouvert.

Confinement et isolation légère (double vitrage).

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Là où on arrive à l’optimum énergétique et thermique, c’est lorsque les produits frais sont confinés dans des espaces réfrigérés et isolés des zones de vente classique tempérée. En terme de confort, naturellement, ce n’est pas l’idéal bien que finalement ce n’est qu’une question d’organisation (prévoir une petite laine en été ne pose pas beaucoup de problème). Les pionniers dans ce domaine sont bien connus et adoptent ce principe depuis des années voire plus d’une décennie. On peut dire que ce concept est passé dans les mœurs aujourd’hui. Au vu des personnes rencontrées dans ce type de magasin, toutes les couches de la population y sont représentées. Ce n’est pas nécessairement une question de « standing » comme certains pourraient le laisser entendre.

Confinement des produits frais dans une enceinte légèrement isolée et vitrée

Un autre concept a vu le jour il n’ y a pas longtemps. Dans un premier temps, on pourrait dire que la solution est mauvaise. A bien y regarder, elle se situe juste entre :

les meubles frigorifiques ouverts qui absorbent un maximum de chaleur de l’ambiance de vente global au point que même en période chaude dans certains commerces on soit obligé de chauffer;

et l’enceinte fermée et isolée du reste de l’ambiance globale de vente.

Ce concept serait-il le bon vieux compromis à la belge ?

(+)

confinement des denrées dans une enceinte séparée du reste des surfaces de vente réduisant ainsi le risque de devoir chauffer ces surfaces par apport de froid trop important comme on l’observe pour l’instant avec la prolifération des meubles frigorifiques ouverts;

la « cage » de verre est une approche marketing intéressante. Bien qu’il y fasse froid, l’impression d’inconfort est moins présente que dans une ambiance totalement occulte;

si l’on pousse le concept plus loin on pourrait envisager de placer l’éclairage en dehors de l’espace en verre et, par conséquent de réduire les apports de chaleur produits par les luminaires.

(-)

l’isolation du vitrage est relativement faible. On pourrait espérer réaliser un coefficient de transmission thermique U des parois de l’ordre de 1,1 [W/m².K]. À noter qu’une isolation de 6 cm donne, elle, de l’ordre de 0,4 [W/m².K];

les ouvertures auraient pu être des lamelles verticales ou des portes automatiques, mais pas des rideaux d’air mettant en jeu des consommations électriques supplémentaires au niveau des ventilateurs.

Meubles ouverts ou fermés ?

Meubles frigorifiques négatifs horizontaux

Le choix de fermeture simple en plexiglas sur les gondoles négatives montre une solution rapidement rentable, car elle permet de réduire les consommations énergétiques de l’ordre de 30 à 40 % par rapport à un choix de meubles ouverts. Cette solution a été retenue en amélioration par une chaîne de distribution en Belgique sans observer de baisse du chiffre d’affaire significative. Dès lors, en conception, il semble plus évident de se lancer directement dans cette voie. En effet, ce qui rebute tout un chacun est le changement. Donc si cela marche en rénovation, il ne doit pas y avoir d’obstacle majeur en nouvelle conception.

Meubles frigorifiques positifs verticaux

C’est là que les anciens Belges s’empoignèrent, car le « client roi » doit pouvoir apprécier les denrées sans contrainte d’ouverture et de fermeture de porte. La question qui se pose immédiatement est de savoir pourquoi une méthode qui semble marcher avec le froid négatif ne fonctionne pas pour le froid positif. Est-ce une question :

d’éducation à la consommation : on comprend que le froid négatif doit être confiné parce que les crèmes glacées fondent s’il n’y a pas de confinement du froid et que le froid positif peut être assimilé à la climatisation où les fenêtres peuvent rester ouvertes;

d’investissement : le nombre de mètres linéaires de ce type de meubles frigorifiques étant important cela peut éventuellement rebuter les gérants de se lancer;

C’est une des questions qui reste en suspend.

Choix énergétique progressivement intéressant
Une des solutions intéressantes dans un magasin biologique d’une commune bruxelloise est le choix de placer des lamelles en matière plastique quasi transparentes. Cette technique, selon le gérant du magasin n’a pas l’air de freiner l’achat de denrées. Pour être tout à fait objectif, il est hésitant à protéger l’ensemble de ces meubles par ce type de confinement.

Si on considère que ces lamelles arrivent au même degré de protection que les rideaux de nuit, on peut considérer que les réductions de consommations énergétiques peuvent atteindre aussi 30 à 40 %.

Exemple.

En analysant le graphique suivant issu d’une simulation (TRNSYS) de 50 mètres linéaires de meubles frigorifiques ouverts et verticaux maintenant aux frais des produits laitiers, on constate qu’en retirant les 7 000 [W] d’apport interne dû à l’éclairage pendant l’ouverture du magasin, le simple fait de placer des rideaux de nuit, on réduit de l’ordre de 40 % la demande en puissance de l’évaporateur à la machine de froid

simulation (TRNSYS) de 50 mètres linéaires de meubles frigorifiques ouverts et verticaux

Si l’on considère que les protections de jour peuvent être assimilées à celle de nuit au niveau de la performance, on peut effectivement réduire de 40 % (dans ce cas-ci) les consommations énergétiques de l’installation de froid alimentaire.

Le choix délibéré de meubles frigorifiques verticaux positifs fermés par des portes vitrées pose naturellement le problème des prix.

Le choix des meubles

On n’insistera jamais assez sur la priorité à donner sur le choix de meuble frigorifique fermé !

Le choix des meubles frigorifiques s’inscrit presque toujours dans un cadre de sur-mesure pour les commerces de détail. Pour les moyennes et grandes surfaces, ce choix peut se réaliser dans des gammes plus standards. Quoi qu’il en soi, la motivation première, comme on l’a vu, est toujours liée à la conservation des denrées dans un environnement « hostile » pour elles.

Selon les différents critères énoncés ci-avant, un choix de meubles frigorifiques se dégage. Les fabricants classent en général les meubles selon :

la température de conservation positive ou négative (quelle valeur) ?
le type ouvert mixte ou fermé, vertical ou horizontal ?
l’aménagement interne avec combien d’étagères, avec ou sans éclairage des tablettes, …?
équipé d’un convection forcée ou pas ?
équipé de porte vitrée, de rideau de nuit, de combien de cordons chauffants ?
…

Pour les marques reconnues sur le marché des meubles frigorifiques, la classification EUROVENT aide à standardiser les catalogues. Les fabricants classent donc les meubles par rapport :

aux conditions d’ambiance de la zone de vente dans laquelle le meuble sera placé (classe d’ambiance);
aux conditions de conservation des denrées au sein du meuble (régime de température des « paquets les plus chauds, les plus froids, …);
à leurs dimensions (nombre de mètres linéaires, hauteur, …);
au nombre d’étagères;
à la présence d’éclairage;
…

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Pour en savoir plus sur le classement des meubles frigorifiques ouverts selon EUROVENT, cliquez ici !

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Pour en savoir plus sur le classement des meubles frigorifiques fermés selon EUROVENT, cliquez ici !

Température

La puissance frigorifique est donc toujours liée à une température d’évaporation qui permet de tenir la température de consigne au sein du meuble frigorifique. Le tableau suivant donne un aperçu des températures d’évaporation couramment rencontrées dans le froid alimentaire en fonction des températures de conservation.

Type de meuble	Température de service interne au meuble frigorifique [°C]	Température de l’évaporateur[°C]
Froid positif	+ 6/+8	– 3 à – 5
	+ 4/+ 6	– 4 à – 10
	+ 2/+ 4	– 6 à – 12
	0/+ 2	– 8 à – 14
Froid négatif	– 18/- 20	– 30 à – 35
Froid négatif	– 23/- 25	– 33 à – 38

Appréhender les dépenses énergétiques

L’évaluation du bilan thermique et énergétique permet de préciser la puissance frigorifique nécessaire pour combattre les agressions thermiques du meuble. La puissance frigorifique appliquée à des meubles linéaires et rapportée au mètre linéaire en [W/ml] est un ratio important souvent utilisé par les professionnels pour comparer la performance de différents meubles de même type, mais de marque différente (voir certification EUROVENT). Dans le cadre d’un dimensionnement, les bureaux d’étude ou fabricants s’appuient sur ces valeurs.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation du bilan énergétique des meubles frigorifiques, cliquez ici !

Pour se rendre bien compte de l’impact de son choix de meuble frigorifique en froid positif et négatif, il est nécessaire de rappeler brièvement les différents apports qui influencent les consommations énergétiques des meubles, à savoir :

les apports externes;
les apports internes.

Apports externes

Les agressions externes représentent une bonne partie des apports thermiques. Elles sont dues aux conditions d’ambiance (température et humidité) des zones de vente entourant les meubles.

On retrouve principalement :

les apports de chaleur par les parois (convection de surface et conduction au travers des parois);
les apports de chaleur par les ouvertures libres via ou pas le rideau d’air (induction de l’air de l’ambiance);
les apports de chaleur par rayonnement des parois de l’ambiance avec celle du meuble.

Apports internes

Pour maintenir le meuble à température et dans des bonnes conditions de fonctionnement ainsi que pour rendre les denrées attrayantes, des apports internes sont produits.
On retrouve principalement :

les apports de chaleur par l’éclairage ;
les apports de chaleur par l’intégration des moteurs des ventilateurs dans le réseau de distribution d’air du meuble (le moteur chauffe);
les apports de chaleur des cordons chauffants ;
les apports de chaleur ponctuels par les systèmes de dégivrage .

Évaluation théorique des consommations journalières

L’évaluation théorique du bilan énergétique journalier prend en compte les modifications de régime des apports thermiques tels que l’éclairage pendant la journée, la réduction de l’induction lors de la mise en place du rideau de nuit après la fermeture du magasin, les dégivrages, …, sur une période de 24 heures. Cette période est la même que celle utilisée par EUROVENT pour caractériser les meubles frigorifiques.

Meuble frigorifique vertical positif : bilan énergétique journalier.

Meuble frigorifique négatif : bilan énergétique journalier.

EUROVENT site

Les certifications énergétiques sont en général des initiatives volontaires de la part des constructeurs pour permettre aux bureaux d’études, fournisseurs et utilisateurs de choisir correctement leurs équipements en comparant des pommes avec des pommes dans le cadre d’une concurrence saine. Une certification est accordée à un fabricant lorsque l’équipement testé selon un protocole de mesure préétabli, identique pour tous les équipements de la même famille et basé sur les normes EN en vigueur.

Caractéristiques certifiées

Dans le domaine de l’HVACR (Heating Ventilation Air Conditioning and Refrigeration), une certification qui donne une bonne garantie de qualité notamment au niveau énergétique est EUROVENT. Les exigences des fabricants, à savoir la puissance, la consommation d’énergie et le niveau sonore sont correctement évalués dans le cadre de la demande de certification, et ce, conformément aux normes EN en vigueur.

Pour les meubles frigorifiques, la certification EUROVENT porte plus particulièrement sur les caractéristiques de performances énergétiques suivantes :

la consommation d’énergie électrique de réfrigération REC (du groupe de froid) en [kWh/j];
la consommation d’énergie électrique directe DEC (avec 12 heures d’éclairage) en [kWh/j]. Attention que pour les meubles à groupe de condensation incorporé, DEC est égale à la somme de toutes les énergies électriques consommées par le meuble frigorifique incluant l’énergie du compresseur ;
la consommation d’énergie électrique totale TEC en [kWh/j], avec :
- TEC pour les meubles à groupe de condensation séparé = REC + DEC ;
- TEC pour les meubles à groupe de condensation incorporé = DEC.

Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation des performances énergétiques des meubles frigorifiques ouverts, cliquez ici !
Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation des performances énergétiques des meubles frigorifiques fermés, cliquez ici !

Valeurs européennes moyennes TEC / TDA

Le tableau ci-dessous donne un exemple des valeurs moyennes des consommations pour le marché européen. Les valeurs ont été collectées et moyennées par le groupe WG14 d’Eurovent / Cecomaf sur la base des chiffres fournis par les fabricants et l’expérience terrain.

Les valeurs ont été établies pour les classes de température des paquets M définies en laboratoire :

Famille de meubles	Classe de température du meuble (classe de l’ambiance + denrée)	Moyenne européenne TEC /TDA [kWh/jour.m²]
Pour meubles à groupe de condensation incorporé
IHC1, IHC2, IHC3, IHC4	3H2	8,2
IHC1, IHC2, IHC3, IHC4	3H2	9,6
IVC1, IVC2, (IVC3)	3H2	17,3
IVC1, IVC2, (IVC3)	3H2	21,0
IVC4	3M1	13,9
IHF1, IHF3, IHF4	3L3	21,5
IHF1, IHF3, IHF4	3L1	36,0
IHF5, IHF6	3L1	17,8
IVF4	3L1	30,5
IYF1, IYF2, IYF3, IYF4	3L3	32,3
IYM6	3H2/3L1	25,3
Pour meubles à groupe de condensation séparé (à groupe extérieur)
RHC1	3H	6,2
RHC1	3M2	6,7
RHC3, RHC4	3H	5,5
RHC3, RHC4	3M2	5,8
RVC1, RVC2	3H	10,1
RVC1, RVC2	3M2	12,3
RVC1, RVC2	3M1	13,4
RVC3	3H	13,8
RHF3, RHF4	3L3	13
RVF4	3L1	28,5
RVF1	3L3	29

H = horizontal
V= vertical
Y = combiné
C = réfrigéré
F = surgelé
M = multi-température
A = assisté
S = libre service
R = groupe de condensation séparé
I = groupe de condensation incorporé

Source EUROVENT.

Consommation énergétique certifiée

Actuellement, la plupart des constructeurs, comme le montre le chapitre précédent, se fient aux résultats donnés par la certification EUROVENT. La méthode d’essai est très précise et permet, entre autres, de déterminer :

la qualité du meuble pour maintenir les températures escomptées à l’intérieur du volume utile de chargement ;
les consommations énergétiques globales.

Les essais sont réalisés dans des conditions de températures et d’humidité précises.

Exemple.

Un meuble RVC1 travaillant dans une classe de température 3H2 signifie que :

le type d’application est 1; à savoir : Réfrigéré, semi-vertical
la température et l’humidité de l’ambiance dans laquelle est plongé le meuble est :

Classes de climat des chambres test	Température sèche [°C]	Humidité relative [%]	Point de rosée [°C]	Humidité absolue [g_d’eau/kg_{air sec}]
0	20	50	9,3	7,3
1	16	80	12,6	9,1
2	22	65	15,2	10,8
3	25	60	16,7	12
4	30	55	20	14,8
5	27	70	21,1	15,8
6	40	40	23,9	18,8
7	35	75	30	27,3
8	23,9	55	14,3	10,2

les températures souhaitées au niveau des denrées sont :

Classe de température des paquets tests	La plus haute température du paquet test le plus chaud doit être < [°C]	La plus basse température du paquet test le plus froid doit être > [°C]	La plus basse température du paquet test le plus chaud doit être < [°C]
L1	-15	–	-18
L2	-12	–	-18
L3	-12	–	-15
M1	5	-1	–
M2	7	-1	–
H1	10	+1	–
H2	10	-1	–

pour un type de meuble précis, on détermine la consommation énergétique moyenne :

Famille de meubles	Classe de température du meuble (classe de l’ambiance + denrée)	Moyenne européenne TEC /TDA [kWh/jour.m²]
Pour meubles à groupe de condensation séparé
RVC1, RVC2	3H	10,1

H = horizontal
V= vertical
Y = combiné
C = réfrigéré
F = surgelé
M = multi-température
A = assisté
S = libre service
R = groupe de condensation séparé
I = groupe de condensation incorporé

Source EUROVENT.

La valeur de 10,1 [kWh/jour.m²] est donc une consommation moyenne établie pour l’ensemble des meubles verticaux positifs à groupe de froid séparé et à étagères.

Lorsqu’on analyse de plus près un cas spécifique de meuble, EUROVENT donne les valeurs suivantes pour un RCV1 3H2 :

Modèle

Réfrigérant

Agencement interne

Nombre d’étagères

Rideau de nuit

DEC pour 12 heures d’éclairage [kWh/jour]

REC [kWh/jour]

Surface totale d’exposition

TDA [m²]

TEC/TDA [kWh/jour.m²]

…

R404A

TNLS (ou étagères horizontales non éclairées

1 ou 2

non

6,46

27,7

2,73

12,5

Sachant que ce type de meuble a une ouverture TDA de 2,73 [m²] pour une longueur L de 2,95 [m], on peut évaluer la puissance moyenne absorbée par le meuble. Soit :

P_moyen = TEC x (TDA / L) / 24 [kW/ml] (où ml = mètre linéaire)

P_moyen = 12,5 [kWh/jour.m²] x (2,73 [m²] / 2,1 [m]) / 24 [h/jour]

P_moyen = 0,670 [kW/ml]

Tout ceci signifie que les essais aboutissant à une certification du meuble frigorifique sont réalisés dans des conditions d’ambiance tout à fait particulières. Cette certification est naturellement nécessaire pour permettre aux bureaux d’études en technique spéciale ou au maître d’ouvrage de pouvoir comparer les meubles de même classe ou de même famille ensemble. Les résultats des mesures des consommations énergétiques sont des moyennes, mais ne représentent pas les consommations réelles en fonction des conditions ambiantes de température et d’humidité variables à l’intérieur du commerce.

Puissance frigorifique nécessaire

Une fois le choix des meubles effectué, on peut déterminer assez aisément par les catalogues la puissance frigorifique nécessaire pour son application. Cette puissance conditionnera la valeur de la puissance de l’évaporateur et naturellement celle du compresseur associé.

Exemple.

Un commerçant aimerait investir dans un meuble frigorifique vertical ouvert pour une application en froid positif. Un catalogue de fabricant propose différentes longueurs disponibles pour ce type d’application. La proposition suivante fait l’affaire du commerçant : 3H1 MNLS L250.

Puissance

Classe 3 – 25°C / 60 % d’humidité relative
Type de meuble	Classe de conservation	Aménagements internes	Température d’évaporation [°C]	W/m	Puissance frigorifique [W]
Type de meuble	Classe de conservation	Aménagements internes	Température d’évaporation [°C]	W/m	L125*	….	L250	L375
	3M2	HLNS	-8	1 245	1 555	…	3 110	5 495
	3H2	HLNS	-4	1 120	1 400	…	2 810	4 950
…	…	…	…	…	…	…	…	…
	3M1	HLNS	-9	1 695	2 120	…	4 240	6 355
	3M2	HLNS	-6	1 460	1 825	…	3 650	5 480
	3M2	MNLS	-8	1 715	2 145	…	4 285	6 425
	3H1	HLNS	-3	1 380	1 720	…	3 450	5 170
	3H1	MNLS	-4	1 535	1 915	…	3 840	5 755

HNLS = avec étagères non éclairées
MNLS = avec miroir et étagères non éclairées

* Longueur de meuble [L125 = 125 cm]

Source Constan.

On se rend compte que la puissance frigorifique spécifique du meuble retenu est de 1 535 [W/m].

Remarque : énergie

Dans le cadre d’une campagne de dimensionnement énergétique, on prévoit de déterminer, sur base de la puissance spécifique donnée dans le catalogue, la consommation énergétique journalière [kWh/jour.m²] du meuble et de la comparer à la valeur moyenne européenne TEC/TDA pour le même type de meuble. Le site d’EUROVENT donne pour ce type de meuble une consommation TEC/TDA de 9,05 [kWh/jour.m²] à comparer à la valeur européenne moyenne TEC/TDA qui est de 13,8 [kWh/jour.m²]. A première vue, ce type de meuble répond correctement aux critères énergétiques donnés par EUROVENT.

Attention qu’il est important de connaître la puissance des meubles éclairage compris. En effet, le calcul du TEC/TDA tient compte de la consommation de l’éclairage à raison de 12 heures par jour. Or dans l’exemple pris, les consommations d’éclairage sous les étagères ne sont pas reprises. Le constructeur renseigne :

une puissance supplémentaire à ajouter à la puissance froid de 30 [W/ml]. Pour ce type de meuble, si on considère 5 étagères, le supplément de puissance dû à l’éclairage est de 30 [W/ml] x 5 = 150 [W/ml]. Le catalogue nous renseigne une hauteur de meuble de 1,8 [m]. La valeur de la consommation pour 12 heures de fonctionnement par jour de l’éclairage est alors de :

TEC / TDA = ((150 [W/ml] x 12 [heures/jour]) / 1,8 [m]) + 9,05 [kWh/m².jour]

TEC / TDA = 1 000 [Wh/m².jour] + 9,05 [kWh/m².jour]

TEC / TDA = 10,05 [kWh/m².jour]

On constate que le rapport TEC/TDA du meuble considéré reste toujours en deçà de la valeur de 13,8 [kWh/jour.m²] proposée par EUROVENT.

une température d’évaporation à abaisser en fonction de la présence ou pas d’éclairage. pour chaque lampe présente sous les étagères, il faut abaisser la température d’évaporation de l’ordre de 0,5°C avec une limite basse de -10°C.

Puissance spécifique pour différents types de meubles

Suivant le type de meuble frigorifique, la puissance spécifique est la puissance frigorifique à l’évaporateur par mètre linéaire de meuble, unité souvent rencontrée dans le froid alimentaire.

Comme on l’a vu plus haut, une manière souvent utilisée pour classifier les meubles frigorifiques, est de se baser sur la puissance frigorifique spécifique ou la puissance frigorifique par mètre linéaire ou par module de porte en fonction des conditions classiques définies par EUROVENT (température d’ambiance de 25°C et une humidité relative de 60 %).

Meuble frigorifique à applications positives

Famille de meubles	Surface d’exposition [m²/ml]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Vitrine service par le personnel en convection naturelle	0,8	2 à 4	0,2 à 0,25
Vitrine service par le personnel en convection forcée	0,8	2 à 4	0,25 à 0,28
Comptoir horizontal self-service en convection	0,9	0 à 2	0,4 à 0,43
Meuble vertical self-service en convection forcée	1,3	4 à 6	1,2 à 1,3

Meuble frigorifique à applications négatives

Famille de meubles	Type de rideau d’air	Surface d’exposition [m²/ml] ou [m²/porte]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Gondole self-service en convection forcée	horizontale, asymétrique, laminaire	0,8	-18 à -20	0,42 à 0,45
Vitrine service par le personnel en convection forcée	horizontal, asymétrique, laminaire	1,1	-23 à -25	0,63 à 0,67
Meuble vertical self-service en convection	verticale, à 3 flux parallèles, turbulents	1,1	-18 à -20	1,9 à 2,1
Meuble vertical self-service en convection forcée	portes vitrées, rideau d’air interne turbulent	0,84	-23 à -25	0,8 0,86

Variation des paramètres de dimensionnement par rapport à la classe d’ambiance

Cas d’un type de meuble vertical positif

La puissance frigorifique et la température d’évaporation varient en fonction de la température et du taux d’humidité de l’ambiance dans laquelle les meubles seront placés (classe d’ambiance). En général, la classe d’ambiance qui est prise comme référence pour les essais en laboratoire (EUROVENT utilise cette classe) est la classe 3 (25°C, 60 % d’humidité relative).

Exemple.

Le tableau suivant montre les variations de puissance et de température et sert de référence au dimensionnement dans ce cas-ci des meubles verticaux positifs ouverts.

Φ₀: puissance frigorifique en classe 3 T₀ : température d’évaporation en classe 3 T_min : température de service en classe 3
Classe d’ambiance	Température d’ambiance	Humidité d’ambiance	Facteur de correction de la puissance frigorifique	Correction de la température d’évaporation
	[°C]	[% HR]
2	22	65	Φ₀x 0,88	T₀+ 1,5°C	T_min+ 1,5°C
3	25	60	Référence
4	30	55	Φ₀x 1,22	T₀– 2,5°C	T_min– 2,5°C
6	27	70	Φ₀x 1,22	T₀– 2,5°C	T_min– 2,5°C

Source Constan.

Cas d’un type de meuble mixte négatif

La puissance frigorifique et le nombre de dégivrages varient en fonction de la température et du taux d’humidité de l’ambiance dans laquelle les meubles seront placés (classe d’ambiance). Tout comme les meubles à applications positives, la classe d’ambiance qui est prise comme référence pour les essais en laboratoire (EUROVENT utilise cette classe) est la classe 3 (25°C, 60 % d’humidité relative).

Exemple.

Le tableau suivant montre les variations et de nombre de dégivrages et sert de référence au dimensionnement dans ce cas-ci des meubles verticaux mixtes négatifs.

Φ₀: puissance frigorifique en classe 3 T₀ : température d’évaporation en classe 3 T_min : température de service en classe 3
Classe d’ambiance	Température d’ambiance	Humidité d’ambiance	Facteur de correction de la puissance frigorifique	Correction de la température d’évaporation	Dégivrage
–	[°C]	[% HR]
2	22	65	Φ₀x 0,96	Référence	1
3	25	60	Référence		1
4	30	55	Φ₀x 1,2		2
6	27	70	Φ₀x 1,2		2

Source Constan.

Le choix des portes des meubles fermés

Si vos optez pour un choix de meuble frigorifique fermé, les problèmes de conservation des denrées et de consommation énergétique se simplifient énormément. Beaucoup diront que c’est aux dépens de la vente, de l’ergonomie, de la convivialité, … Il n’empêche, par une campagne de sensibilisation bien orchestrée, la réduction des consommations énergétiques couplée avec un accroissement de la garantie de qualité de conservation des denrées, dues au choix de meubles fermés peut se révéler être un outil marketing « puissant ».

La sensibilisation à l’énergie serait-elle une force de vente ? Tout pourrait porter à y croire.

Les fermetures vitrées permettent de voir les denrées. Mais il faut être correct, le rapport entre les denrées et le client n’est pas aussi puissant que lorsqu’on choisit un meuble ouvert (besoin de « toucher » très facilement les denrées).

Meuble vertical fermé self-service.

Pour les convaincus, le choix d’un meuble équipé d’une porte vitrée, même pour les applications positives, doit prendre en compte la qualité du vitrage et des châssis de porte dans le sens où :

ils garantissent le confinement de l »espace froid;
ils maîtrisent les problèmes de condensation au niveau des points froids.

Les vitrages

Les vitrages sont choisis pour éviter à la fois la condensation interne et externe, et réduire les apports externes de l’ambiance de vente par radiation principalement.

Plusieurs types de vitrage existent sur le marché. Par exemple, un fabricant de verre propose le vitrage suivant :

Le vitrage est double;

la face 2 est une couche à la fois basse émissivité et soumise à une tension DC (courant continu) permettant de réduire les risques de condensation sur la face 1;

attention que le fabricant n’aborde pas le risque de condensation sur la face 4 du vitrage lors de l’ouverture de la porte. Une hypothèse peut être émise en supposant que par convection la couche chauffante transmette sa chaleur à la face 3 et ensuite par conduction à la face 4.

On veillera donc à se renseigner :

quelles sont les consommations énergétiques des couches conductrices des vitrages ?

l’application de la tension aux bornes de la couche est-elle permanente ou peut-elle être interrompue lorsque la porte reste fermée en certains temps ?

En effet, tout apport prolongé de chaleur se répercute sur le bilan thermique et énergétique du meuble favorisant naturellement la surconsommation de la machine frigorifique.

Répartition des températures sur la face 2 du vitrage.

Connexions des alimentations des couches conductrices.

Source : Schott.

Les châssis

Les châssis sont aussi soumis au risque de condensation et de gel pour les meubles à application négative; raison pour laquelle les châssis sont équipés, eux aussi, de cordons chauffants évitant le blocage des portes au niveau des joints de porte. Il est intéressant de se renseigner si l’alimentation électrique des cordons chauffants est permanente ou pas.

Alimentation cordon chauffant.

Source Constan.

Le choix du type de rideau d’air des meubles ouverts

Comme souvent mentionné le point faible des meubles frigorifiques ouverts est naturellement la difficulté de maintenir une température interne basse au sein du meuble par rapport à une ambiance des zones de vente de l’ordre de 20°C, soit un écart de température pouvant aller jusqu’à 50°C voire plus dans certaines conditions.

Ecart de température au niveau des meubles frigorifiques positif et négatif.

Si la décision finale ne sait pas échapper au choix d’un meuble frigorifique ouvert, il faudra prévoir en base un rideau d’air performant surtout pour les meubles verticaux qui sont beaucoup plus sensibles aux variations du taux d’induction de l’air ambiant.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation des performances énergétiques du rideau d’air, cliquez ici !

Le choix du type de rideau d’air est principalement fonction de :

la position de l’ouverture du meuble (horizontale, verticale, inclinée, …);
la longueur de l’ouverture;
l’écart de température

Les fabricants proposent généralement le choix entre un rideau d’air simple ou double tout en sachant que le rideau d’air double augmente le nombre de ventilateurs dans le meuble afin de maintenir un taux d’induction correct (un taux d’induction souvent rencontré dans la pratique se situe aux alentours des 0,1 à 0,2).

Exemple.

Le tableau suivant montre, pour un type de meuble vertical positif ouvert, les caractéristiques des ventilateurs dimensionnés pour assurer la stabilité du ou des rideaux d’air.

Standard
Nombre de rideaux d’air	Longueur du meuble [cm]	Nombre de ventilateurs	Puissance des ventilateurs [W]
1	125	2	76
	188	2	76
	250	3	114
	375	4	152
2	125	3	114
	188	5	190
	250	6	228
	375	9	342

Source Constan.

Suivant l’exemple ci-dessus, on constate que le choix du type de rideau d’air n’est donc pas anodin puisque dans certains cas la puissance des ventilateurs est plus que doublé. À noter qu’en principe la puissance frigorifique de l’évaporateur ne doit pas être renforcée puisque les ventilateurs supplémentaires sont placés en dehors de l’enceinte froide du meuble et ne participent donc pas à l’augmentation des apports internes.

Selon les dires d’un installateur, l’efficacité des doubles rideaux n’est pas probante. Néanmoins, la prudence nécessite que lors d’un projet d’acquisition de meubles frigorifiques le commerçant demande des précisions quant à la puissance frigorifique du meuble par rapport à la consommation électrique supplémentaire des ventilateurs du second rideau.

Exemple.

Le tableau suivant montre, pour un type de meuble vertical positif ouvert, les puissances frigorifiques spécifiques pour un simple ou un double rideau d’air.

Classe 3 – 25°C / 60 % d’humidité relative
Type de meuble	Classe de conservation	Aménagements internes	Température d’évaporation [°C]	Puissance froid spécifique [W/m]
rideau simple	3M2	HLNS	-8	1 390
rideau simple	3H2	HLNS	-4	1 200
…	…	…	…	…
rideau double	3M1	HLNS	-9	1 630
	3M2	HLNS	-6	1 370
	3M2	MNLS	-8	1 610
	3H1	HLNS	-3	1 295
	3H1	MNLS	-4	1 445

HNLS = avec étagères non éclairées
MNLS = avec miroir et étagères non éclairées

Source Constan.

On constate que le rideau double nécessite une puissance frigorifique plus importante de l’ordre de 15 % dans ce cas-ci.

Le choix du système de dégivrage

Quand on parle de système de dégivrage, on parle surtout d’un système d’optimisation du fonctionnement du meuble frigorifique par rapport au dégivrage nécessaire :

dans le cas des applications positives, un régulateur intégré au meuble permettra l’optimisation du temps de coupure de l’alimentation de l’évaporateur;

dans le cas des applications négatives, le même régulateur permettra d’optimiser le temps d’alimentation de la résistance électrique.

Des techniques comme la détection de la fin du palier de fusion de la glace ou du givre par exemple, permettent de réduire au maximum ce temps de dégivrage.

Le choix de la protection de nuit des meubles ouverts

L’ouverture des meubles frigorifiques sur la zone de vente est un enjeu majeur sur la gestion à la fois thermique et énergétique du meuble. Tout serait beaucoup plus simple si ces ouvertures étaient fermées par des portes isolées. Seulement, comme maintes fois signalées, l’ouverture libre des meubles est un argument visiblement de poids pour la vente. Les différentes parades pour limiter les apports par les ouvertures sont reprises dans le tableau suivant en s’inspirant de la littérature (Meubles et vitrines frigorifiques, G. Rigot; PYC édition; 2000) :

Type de meuble	Type d’application	Période de jour	période de nuit	Réduction des consommations énergétiques
Horizontal	négative	rideau d’air	rideau de nuit	8 à 15 %
			couvercle simple	15 à 30 %
			couvercle isolé	25 à 45 %
Vertical	positif	rideau d’air	rideau de nuit	12 à 30 %
	positif	rideau d’air	porte vitrée	–
	négatif	porte vitrée	porte vitrée	25 à 30 %

Rideau de nuit

En partant du principe que pour certaines applications, l’ouverture du meuble doit rester libre, les constructeurs de meubles ont développé la protection de nuit ou « rideau de nuit ».

Le fait de tirer le rideau de nuit à la fermeture du magasin transforme, en simplifiant, les apports par induction et rayonnement au travers du rideau d’air du meuble en apports par pénétration au travers d’une paroi mince ; la face interne de la paroi étant fortement ventilée (résistance thermique d’échange superficiel R_i de l’ordre de 0,43 m².K/W) et la paroi externe peu ventilée (résistance thermique d’échange superficiel R_e de l’ordre de 0,125 m².K/W). Pour une épaisseur de rideau faible (rideau synthétique l’épaisseur e de l’ordre de 3 mm) la résistance thermique du rideau est faible (R₁ = e/λ de l’ordre de 1). La résistance thermique totale de la paroi R_T est donnée par la relation suivante :

R_T = R_e + R₁ + R_i [m².K/W]

R_T = 0,043 + 0.125 + faible

R_T ~ 0,125 [m².K/W]

Le coefficient de transmise thermique global U de la paroi s’exprime par la relation suivante :

U = 1 / R_T

U = 1 / 0,125

U ~ 8 à 10 [W/m².K]

La simulation du passage d’un régime d’induction de journée à un régime par pénétration au travers du rideau de nuit en laissant l’éclairage allumé la nuit donne les résultats suivants :

On constate que la réduction des apports par induction est de l’ordre de 37 %. Des monitorings effectués dans le cadre de campagnes de mesures énergétiques menées par Enertech pour l’Ademe en France ont montré que la principale consommation de nuit des meubles frigorifiques ouverts positifs était due à l’induction. En effet, les meubles, à l’époque du monitoring n’étaient pas équipés de rideau de nuit. Leurs estimations de réduction de la consommation énergétique de nuit avec la pose de « couverture de nuit » était de l’ordre de :

35 % en période chaude;
28 % en période froide.

Ces informations recoupent d’autres résultats de campagne de mesure des consommations énergétiques.

Le choix de l’éclairage

L’éclairage intensif des meubles est-il un critère de vente ?

On sait aussi que les apports internes comme l »éclairage régissent la puissance frigorifique nécessaire au maintien des températures au sein des meubles. La présence d’éclairage au sein du meuble non seulement représente une consommation électrique en soi mais nuit aussi à la consommation énergétique des groupes de production de froid. En simplifiant, le commerçant passe deux fois à la caisse. Pour tant soi peu que l’efficacité de la production de froid ne soit pas optimisée, sa consommation énergétique sera double.

Éclairage de tablette au sein du meuble.

Le placement d’éclairage dans l’enceinte même réfrigérée est une mauvaise chose en soi. En effet, la plupart du temps, les constructeurs de meubles frigorifiques utilisent des lampes fluorescentes. Le problème est que ce type de lampes a une basse efficacité lumineuse aux basses températures comme le montre la figure suivante :

Efficacité lumineuse en fonction de la température ambiante.

Composition fronton.

Extrait d’une étude de cas

En réalisant le monitoring des consommations hebdomadaires essentiellement électriques des installations de froid alimentaire, on peut tout de suite évaluer l’influence de l’éclairage des meubles sur leur bilan énergétique.

L’étude de cas réalisée par Enertech pour l’Ademe (France) sur un supermarché de 1 500 m² nous enseigne un certain nombre de choses par rapport à cet éclairage.

Les courbes hebdomadaires et journalières nous informent que les consommations de froid positif sont principalement influencées ici par l’éclairage et le climat. En effet, on voit que l’allumage de l’éclairage perturbe nettement la production de froid. Les fronts raides descendant et montant sur le temps de midi montrent cette influence. Il faut toutefois rester prudent car on voit nettement que le climat intervient (surtout en période chaude comme c’est le cas ici).

La simulation dynamique réalisée au moyen de TRNSYS nous montre que l’éclairage est responsable de l’augmentation des consommations énergétique à hauteur de ~10 %.

Actuellement, certaines grandes surfaces effectuent des essais afin de voir quel est l’impact de la suppression de l’éclairage dans les meubles frigorifiques sur la vente. Les résultats ne sont pas encore disponibles.Les luminaires placés en dehors de l’enceinte réfrigérée, quant à eux, sont plus efficaces dans le sens où ils n’interviennent pas comme apports internes dans le bilan frigorifique du meuble mais en plus fonctionnent dans une plage de température où le flux lumineux est meilleur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Check-list d’un cahier des charges [isolation de la toiture plate]

La rénovation de la toiture plate est programmée. Voici les points essentiels que doit contenir le cahier des charges.
On sera attentif à 4 aspects du projet :

Le choix des techniques

Exigences	Pour en savoir plus
L’isolant doit idéalment se trouver du côté extérieur par rapport au support. (Pas de toiture froide ! ) (l’isolation à l’intérieur de la structure est délicate à réaliser).	Concevoir
Préférer le lestage aux autres formes de protection, si la pente et la capacité portante du support le permettent.	Concevoir
Toujours protéger la membrane d’étanchéité des rayonnements UV, sauf si celle-ci les supporte et ne risque pas de provoquer la corrosion des accessoires métalliques situés en aval.	Concevoir
Préférer un système d’étanchéité bicouche à un système monocouche, surtout si les conséquences d’une infiltration risquent d’être graves.	Concevoir
Préférer la toiture chaude à la toiture inversée.	Concevoir
Si la membrane d’étanchéité existante est neuve, envisager la toiture inversée ou combinée.	Concevoir
Une toiture inversée doit être lestée, il faut vérifier la capacité portante du support.	Concevoir
La pente minimale pour une toiture chaude doit être de 2 cm/m. La pente minimale pour une toiture inversée doit être de 3 cm/m. La pente maximale pour une toiture lestée au gravier est de 5 cm/m. La pente maximale pour une étanchéité collée à la colle bitumineuse à froid est de 15 cm/m. La pente d’une toiture jardin est de préférence nulle.	Concevoir
Vérifier si un pare-vapeur est nécessaire, et dans ce cas, le prescrire.	Concevoir
Compartimenter l’isolant d’une toiture chaude, sauf ci celui-ci est du verre cellulaire.	Concevoir
Réduire les ponts thermiques.	Concevoir

Le choix des matériaux

Exigences	Pour en savoir plus
Prescrire des matériaux agréés BENOR ou bénéficiant d’un agrément technique UBAtc.	Réglementations
Seule la mousse de polystyrène extrudé convient actuellement pour l’isolation thermique des toitures inversées.	Concevoir
Si un pare-vapeur est nécessaire dans une toiture chaude, il sera de même nature que la membrane d’étanchéité.	Concevoir
Utiliser de la colle à froid plutôt que coller au bitume chaud ou plutôt que souder à la flamme, lorsqu’il y a des risques importants en cas d’incendie.	Concevoir
Préférer l’usage du verre cellulaire complètement étanche à la vapeur, pour l’isolation thermique de locaux à température élevée et forte humidité relative (Classe de climat IV).	Techniques
Ne pas poser d’isolant à base de polystyrène sous une membrane d’étanchéité bitumineuse.	Concevoir
Préférer les membranes bitumineuses aux membranes synthétiques si on ne dispose pas d’un personnel de pose spécialisé et qualifié.	Concevoir
Choisir un isolant dont la résistance mécanique est compatible avec les contraintes d’usage de la toiture.	Concevoir

Le dimensionnement des matériaux

Exigences	Pour en savoir plus
Pour être sûr d’obtenir un coefficient de conductivité thermique U répondant aux exigences de la réglementation, il faut calculer l’épaisseur minimale nécessaire en fonction du type d’isolant choisi.	Concevoir
Pour que le pare-vapeur soit efficace, il faut que sa résistance à la diffusion de vapeur µd ait une longueur minimale en fonction du type d’isolant, du type de support et de la classe de climat intérieur des locaux couverts.	Concevoir
Le système d’accrochage du complexe de toiture (isolation-étanchéité) doit être dimensionné en fonction de l’action du vent. L’action du vent est plus importante le long des rives et aux angles de la toiture plate. Le poids du lestage doit atteindre au moins 1.5 fois l’action du vent. La résistance utile des fixations et des colles est indiquée par les fabricants sur bases d’essais réalisés suivant les directives UEAtc.	Concevoir

Les recommandations de bonne pratique

Exigences	Pour en savoir plus
Faire respecter les codes de bonne pratique, les normes, les prescriptions des fabricants et les prescriptions des agréments techniques UBAtc.	Réglementations
Vérifier le taux d’humidité du support avant réalisation et étudier les possibilités de séchage.	Évaluer
Soigner la continuité de l’isolant et sa pose.	Concevoir
Ne jamais enfermer d’humidité dans l’isolant de la toiture chaude.	Evaluer
Vérifier la compatibilité des matériaux entre eux.	Concevoir
Ne pas surchauffer les matériaux (isolant, étanchéité, métaux, …) qui perdent leurs propriétés ou s’enflamment.	Concevoir
Poser correctement un pare-vapeur continu.	Concevoir
Exiger et vérifier l’absence totale de courant d’air à travers la toiture.	Concevoir
Toujours souder les joints des membranes d’étanchéité bitumineuse.	Concevoir
Protéger les étanchéités des agressions mécaniques.	Concevoir
Prévoir un contrat d’entretien périodique lié à la garantie décennale.	Améliorer

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les tuyauteries des installations frigorifiques [Concevoir – Froid alimentaire]

Les conduites d’aspiration

Outre la nécessité de concevoir les conduites d’aspiration de manière correcte par rapport au retour d’huile vers le compresseur, il est nécessaire, dans un souci énergétique :

de limiter les pertes de charge entre l’évaporateur et le compresseur;
d’isoler suffisamment.

Limitation des pertes de charge

La figure ci-dessous montre clairement l’influence des pertes de charge sur le fonctionnement du compresseur. En effet, des pertes de charge importantes dans la conduite d’aspiration augmentent le travail de compression du compresseur (le taux de compression HP/BP augmente).

Variation des pertes de charge dans la conduite d’aspiration.

La longueur, les déviations et les changements de niveaux des canalisations influencent les pertes de charge et les retours d’huile au compresseur. Dans cette optique, une judicieuse implantation des moto-compresseurs et condenseurs, par rapport aux chambres froides, doit être étudiée avec soin comme par exemple :

la proximité du compresseur par rapport à l’évaporateur;

si le compresseur ne peut être près des meubles ou des chambres frigorifiques, il est nécessaire de prévoir un tracé des conduites le plus rectiligne possible.

Isolation des conduites

Le manque d’isolation, tout comme les pertes de charge augmente le travail de compresseur pour amener le fluide frigorigène à la pression de condensation.
Cet aspect est d’autant plus important que les conduites sont longues, car plus elles le sont, plus les apports par la canalisation d’aspiration seront importants, et cela nuit au rendement et à la puissance de l’installation.

Influence de l’isolation de la conduite d’aspiration.

Les conduites liquides

Isolation des conduites

Le but premier de l’isolation des conduites et des accessoires de la ligne liquide est d’éviter le « flash gaz » (le liquide sortant du condenseur se vaporise à nouveau au contact de parois chaudes) au niveau du détendeur, dans le cas où le sous-refroidissement à la sortie du condenseur ne serait pas suffisant (sous dimensionnement du condenseur par exemple).

Energétiquement parlant, un sous-refroidissement du fluide frigorigène est bénéfique pour le cycle. Donc, dans le cas où la ligne liquide traverse une zone chaude, on a intérêt à isoler les conduites pour éviter le « flash gaz » et y gagner énergétiquement.

La figure ci-dessous montre clairement l’influence de l’isolation de la ligne liquide sur l’échange frigorifique dans l’évaporateur.

Influence de l’isolation de la conduite liquide.

Cet aspect est de nouveau d’autant plus important que les conduites sont longues, car plus elles le sont, plus les apports par la canalisation liquide seront importants.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’alimentation du lave-vaisselle : eau chaude, eau froide ?

Un lave-vaisselle doit être alimenté deux fois : une fois au remplissage avant le service, une seconde fois pour l’eau de rinçage lorsque le cycle de lavage de la vaisselle est commencé.

Pour l’eau de remplissage, le lave-vaisselle peut être alimenté à l’eau chaude ou à l’eau froide. Selon le cas, la résistance interne de lavage va ensuite soit maintenir l’eau à 60°C, soit porter l’eau à cette température.

Pour l’eau de rinçage, la lave-vaisselle peut aussi être alimenté soit en eau chaude, soit en eau froide sauf si le lave-vaisselle possède un récupérateur de chaleur ou une pompe à chaleur. Dans ce cas, le lave-vaisselle est alimenté en eau froide au rinçage puisque le récupérateur ou la pompe à chaleur « se charge » de réchauffer l’eau froide de la température du réseau de distribution à environ 45 °C (récupérateur) ou 75 °C (pompe à chaleur). La résistance interne de rinçage (le surchauffeur) est dimensionnée selon le cas pour porter l’eau de rinçage à 85 °C.

Dans tous les cas où le lave-vaisselle peut être alimenté soit à l’eau chaude, soit à l’eau froide, le choix se fait en fonction du prix auquel on peut obtenir le kWh_fuel ou le kWh_gaz, d’une part et le kWh_électrique, d’autre part.

Les prix du kWh_fuel et du kWh_gaz sont indépendants de la période d’utilisation. Ils sont calculés à partir du coût du litre de fuel et du m³ de gaz (10 kWh équivalent environ à 1 litre de fuel et à 1 m³ de gaz) et du rendement de la chaudière. À titre indicatif, en février 2001, 1 m³ de gaz valait 0,3 à 0,325 € pour le tarif ND3.

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

Audit

Pour comprendre la tarification électrique.

Remarque : vu les considérations ci-dessus concernant la résistance de rinçage calculée en fonction de l’alimentation en eau chaude ou froide et de la présence ou non d’un récupérateur ou d’une pompe à chaleur, ces paramètres doivent être connus avant de choisir le lave-vaisselle.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer ce que peut vous faire gagner en consommations électriques une alimentation à l’eau chaude du lave-vaisselle adapté à votre propre établissement.

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir une installation frigorifique : critères généraux

Limiter le surdimensionnement

On connaît le besoin de limiter la puissance d’une installation. Parole d’un installateur : « aucun système de climatisation ne peut apporter le confort si la puissance frigorifique spécifique est élevée ». Mais on ne reviendra pas ici sur cette nécessité de limiter le besoin de froid (limitation des surfaces vitrées, placement de protections solaires, …).

Pour un bâtiment donné, l’objectif est ici de limiter la sur-puissance de l’installation et de ses composants auxiliaires (pompes, ventilateurs, tours de refroidissement,…) et donc d’établir le calcul des charges sur base de paramètres de dimensionnement corrects.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’impact énergétique du surdimensionnement de l’installation frigorifique, cliquez ici !

On peut comprendre qu’un bureau d’études souhaite se protéger de toute contestation ultérieure (manque de puissance). Dans ce but, la tendance est d’utiliser des coefficients de sécurité maximaux… et de surdimensionner l’installation. Par contre, le maître d’ouvrage peut expressément « prendre sur lui » les risques éventuels d’inconfort et préciser au bureau d’études qu’il souhaite des critères plus précis de dimensionnement.

S’il souhaite limiter l’investissement initial et la consommation future, le maître d’ouvrage pourra demander que le dimensionnement des installations de conditionnement d’air soit réalisé :

Sur base de température et humidité extérieures réalistes :

Les valeurs extrêmes qui servent au dimensionnement pour l’été sont souvent de 30°C et 50 % HR (c’est la valeur proposée par l’AICVF, Association des Ingénieurs en Climatique, Ventilation et Froid, pour le Nord de la France), parfois même 32°C est choisi « par sécurité ». Or, le fabricant Carrier (dont la méthode de calcul pour le dimensionnement fait autorité dans le monde entier) propose 28° et 40 % HR pour Lille et 30° et 40% pour Reims.

Il est important de dissocier les valeurs de dimensionnement des valeurs limites de fonctionnement. On peut sélectionner un équipement capable de ne pas déclencher en dessous de 35, voire 40°C. Ainsi, l’appareil dimensionné pour donner sa puissance nominale pour 30° fonctionnera à 40°, tout en ne fournissant pas temporairement toute la puissance requise (40°C = lors d’une période de canicule, où en plus l’air serait localement chauffé par la présence d’une toiture en roofing noir et d’un mur stoppant tout balayage par le vent !).

Par exemple, si on dimensionne sur 30°C, la centrale de traitement d’air risque de ne pas avoir la puissance suffisante par 32°C extérieurs, et donc de pulser l’air hygiénique à 17°C au lieu de 16°C, mais les ventilo-convecteurs (qui ont été dimensionnés avec une incidence très faible de la température extérieure et en choisissant le modèle « juste au-dessus dans la gamme des appareils ») pourront compenser localement ce léger déficit.

De plus, l’IRM atteste que la température à Uccle ne dépasse jamais 30°C sur une année type-moyenne (. Cette température n’est dépassée que quelques jours par an durant les années « chaudes ».

Répartition des conditions climatiques à Uccle sur base de l’année-type moyenne de l’IRM. Un point correspond à 1 h. Cela signifie l’heure pour laquelle la charge énergétique extérieure est la plus grande (correspond à l’enthalpie maximale) correspond à l’enthalpie du point (30°C et 50%).
Dimensionner sur base d’un point correspondant à 30°C, 40% ne laisse « échapper » que quelques heures par an.

Un cahier des charges qui impose un dimensionnement sur base de 30° et 40%, voire même, 28° et 40% HR limitera les consommations durant toute la vie des équipements.

C’est le responsable du bureau d’études qui demandera au fournisseur de sélectionner un appareil qui ne déclenche pas par action du pressostat de sortie du compresseur pour une température trop faible.

Sur base de température et humidité intérieures « enveloppes » qui réservent une « zone neutre » :

Les puissances frigorifiques seront établies sur base d’une température de consigne minimale de 24°C en période de refroidissement, le critère énergétique optimum étant de 26°C. L’AICVF propose une température de l’air de 25°C, saufs locaux particuliers.

À noter que la température de 26°C n’est pas pour autant la température de consigne permanente. C’est la température de dimensionnement pour une température extérieure extrême. Cela signifie que, par très forte chaleur extérieure, le bâtiment pourrait « monter » jusqu’à 26°C. Or, les occupants venant d’une température élevée à l’extérieur apprécieront que l’écart thermique ne soit pas trop important.

Dans le cas de la technique de climatisation par plafonds froids, une température d’air de 26°C génère un confort équivalent à une température de 24°C obtenue avec un système classique du type ventilo-convecteur, grâce à l’effet de rayonnement frais sur les têtes des occupants.

Un tel niveau de consigne permet l’existence d’une zone neutre entre la consigne d’hiver et la consigne d’été, gage de ne pas voir les productions de chaud et de froid fonctionner simultanément dans le bâtiment.

Sur base de besoins d’air de ventilation limités

Le respect du RGPT est souvent la base du calcul 30 [m³/h.pers] mais la norme européenne NBN EN 13779: 2004 (Ventilation dans les bâtiments non résidentiels-Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation) peut constituer une nouvelle référence de base opposable. Il propose 3 débits d’air neuf à respecter en fonction de la qualité de l’ambiance à respecter (dans des locaux dont la pollution principale est d’origine humaine) pour les locaux sans fumeur en fonction de la qualité d’air souhaitée :

Norme européenne EN 13779: 2004 pour les locaux sans fumeur.
Catégorie de qualité d’air	Débit d’air neuf
Excellente qualité (niveau ambiant de CO₂< 400 ppm au dessus du niveau extérieur).	> 54 [m³/h.pers]
Qualité moyenne (niveau ambiant de CO₂ 400-600 ppm au dessus du niveau extérieur).	de 36 à 54 [m³/h.pers]
Qualité acceptable (niveau ambiant de CO₂ 600-1 000 ppm au dessus du niveau extérieur).	de 22 à 36 [m³/h.pers]
Faible qualité (niveau ambiant de CO₂ > 1 000 ppm au dessus du niveau extérieur).	< 22 [m³/h.pers]

Sur base de taux d’occupation des locaux prédéfinis en fonction de leur usage

Il est important d’informer le bureau d’études de l’occupation des personnes la plus réaliste. En cas de doute, on sollicitera la mise en place d’une gestion de la ventilation en fonction des besoins.

Sur base de niveaux d’apports internes prédéfinis en fonction du niveau d’équipement

L’équipement prévisible des locaux doit lui aussi être défini avec soin si l’on ne désire pas que le bureau d’études se base sur des valeurs standards qui sont parfois bien au-delà de la réalité : le 25 W/m² pris traditionnellement pour estimer les charges de la bureautique par exemple, n’est plus atteint aujourd’hui, sauf dans des secteurs spécifiques comme le secteur bancaire.

Sur base de besoins de déshumidification limités

Traditionnellement, sauf indication contraire, le bureau d’études dimensionne sur base d’un taux d’humidité de 50 % intérieur. Or le corps humain n’est pas sensible à l’humidité dans la fourchette de 35 à 65 % HR. La déshumidification d’été est donc coûteuse, d’autant qu’elle risque de générer l’enclenchement de la post-chauffe pour ne pas pulser un air trop froid dans l’ambiance. Ce qui est dommageable au niveau énergétique.

Un dimensionnement basé sur une humidité intérieure de 60 % est suffisant et recommandé.

Remarque : dans la technique des plafonds froids, un taux d’humidité particulièrement bas est requis pour limiter le risque de condensation dans les locaux.

Sur base de coefficients de foisonnement réalistes

Sur les puissances moyennes d’équipements, sur les taux d’occupation, . des coefficients de foisonnement peuvent être appliqués sur base de l’idée que tout le monde n’est pas toujours présent en même temps. Une étude réaliste des taux d’occupation prévisible est nécessaire.

Sur base d’un fonctionnement 24h/24 en période de canicule

Le temps de fonctionnement supposé de l’installation frigorifique va influencer les résultats (fonctionnement 12h/24 ? 16h/24 ? 24h/24 ?). Un dimensionnement sur base d’un fonctionnement 24h/24 va diminuer la puissance installée (et donc le coût d’investissement) et donc permettre un meilleur rendement durant toute l’année.

La régulation de base travaillera au régime 8h00 – 18h00 et, en cas de canicule, la régulation prolongera automatiquement la période de fonctionnement (en fonction du maximum atteint par la température extérieure, par exemple).

Exemple.

1. En collaboration avec le bureau d’études de Tractebel, un test à été fait sur un immeuble de bureaux pour tester l’impact de la période de fonctionnement des équipements. Les résultats sont très variables en fonction de l’inertie du bâtiment :

Inertie	Durée de fonct. équip.	Facteur solaire baies	Puiss. en W/m²	Puissance relatives	Différence
lourd	12h/24	0,8	99	100 %	–
lourd	16h/24	0,8	86	87 %	– 13 %
lourd	24h/24	0,8	84	85 %	– 15 %

Inertie	Durée de fonct. équip.	Facteur solaire baies	Puiss. en W/m²	Puissance relatives	Différence
léger	12h/24	0,8	113	100 %	–
léger	16h/24	0,8	112	99 %	– 1 %
léger	24h/24	0,8	112	99 %	– 1 %

L’acceptation de faire fonctionner les équipements pendant 16h/24 au lieu de 12 lors de pointes de chaleur permet de sous-dimensionner les équipements de 13 %, si l’inertie du bâtiment est élevée. L’impact est inexistant sur les bâtiments légers.

2. L’impact de l’inertie sur la valeur de la puissance installée nous a motivés à creuser ce paramètre. Voici les résultats (toujours valable pour l’immeuble étudié) :

Inertie	Durée de fonct. équip.	Facteur solaire baies	Puiss. en W/m²	Puissance relatives	Différence
lourd	24h/24	0,8	85	100 %	–
moyen	24h/24	0,8	91	108 %	+ 8 %
léger	24h/24	0,8	111	132 %	+ 32 %

Un bâtiment léger va majorer la puissance frigorifique de l’ordre de 30 % !

3. Voyant l’intérêt de nos lecteurs passionnés par l’étude, divers compléments ont été encore testés pour relativiser les impacts :

La prise en compte d’un facteur d’occupation du bâtiment de 80 % permet de sous-dimensionner les équipements de 9 %. (dans les tableaux ci-dessus le facteur d’occupation était de 100 %)

Une réduction drastique du facteur solaire des baies permet de sous-dimensionner les équipements frigorifiques de 42 %.

La couleur des parois extérieures est sans influence sur le dimensionnement.

Prévoir les outils de gestion

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

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

Attention : l’horloge ne doit pas redémarrer l’installation en période de tarif électrique défavorable, pour limiter le coût de la pointe de puissance quart-horaire.

Pour permettre cette gestion lorsque parmi les utilisateurs, certains demandent une production de froid permanente, il peut être intéressant de dissocier les productions de manière à éviter de faire fonctionner en continu, notamment en hiver, une machine frigo beaucoup trop puissante par rapport aux besoins.

Créer un réseau d’eau glacée qui favorise une température élevée à l’évaporateur

Un régime de fonctionnement qui s’adapte aux besoins réels du bâtiment

Le bureau d’études dimensionne l’installation afin qu’elle puisse répondre aux conditions extrêmes de température extérieure (30°C) et d’ensoleillement (ciel serein).

Souvent, pour limiter le coût d’investissement, il prévoit pour la boucle d’eau glacée un régime départ 6° – retour 11°.

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

De plus, l’air ambiant condense en dessous de 12°C environ. Beaucoup d’énergie du compresseur sera donc consacrée à déshumidifier l’air dans les échangeurs, déshumidification qui n’est souvent pas nécessaire.

Enfin, le compresseur verra son travail diminuer si la température d’évaporation est augmentée.

Faire travailler le réseau d’eau froide au régime 12° – 17° est donc beaucoup plus efficace.

Comment ? Divers concepts d’installation sont possibles afin de mieux « coller » aux besoins variables.

Adopter des échangeurs à haute température

Il faut « faire du froid » avec l’équipement « le plus chaud possible » !

Le plafond froid est très performant à ce sujet : il profite de l’importante surface qui lui est donnée pour faire du froid avec de l’eau comprise entre 15 et 18°C.

Le ventilo-convecteur peut être également efficace pour autant qu’il soit choisi pour fonctionner au régime 12° – 17°C. Mais l’échangeur du ventilo devra alors être surdimensionné. Donc un coût d’investissement et un encombrement plus importants.

L’ unité terminale du système de climatisation à Débit de Réfrigérant Variable est également très performante puisque la régulation numérique va adapter la température de refroidissement aux besoins effectifs de déshumidification de la pièce : la température du fluide frigorigène ne descendra à 6°C que lorsque le local sera en demande de déshumidification.

Réaliser une température glissante par vanne 3 voies sur le départ de la boucle d’eau glacée

Par exemple, adopter les régimes suivants pour le départ de l’eau froide : 6° en été, 9° en mi-saison, 12° en hiver.

Pour que cette solution convienne, il faut que le profil de consommation du bâtiment soit fortement lié à l’évolution de la température extérieure. En climatisation, c’est le cas lorsque les besoins de réfrigération sont ceux liés au traitement de l’air neuf. Par contre, les apports dus aux machines, à l’éclairage, aux personnes sont constants. Les apports solaires sont plus ou moins liés à l’évolution de la température extérieure (c’est en été que température et soleil sont au maximum) mais le soleil peut être important certaines journées d’avril…

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

Parallèle : en chauffage, un régulateur avec courbe de chauffe adapte la température de départ en fonction de la sonde extérieure.

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 – 12, la température moyenne à l’évaporateur est de 9,5°C.

Si le réseau d’eau glacée passe au régime 12 – 17, la température moyenne à l’évaporateur passe à 10,75°C, soit une hausse de 1,25°C.

Cet impact est faible, mais il aura lieu durant toute la vie de l’installation, et il se cumulera aux pertes par tuyauteries plus élevées et à la consommation de latente plus forte également.

Réaliser des réseaux d’eau froide distincts, avec une modulation par vanne 3 voies sur chaque départ

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

Par exemple, imaginons qu’il existe un local à apports internes importants et constant (salle informatique par exemple) et dont la puissance des émetteurs est juste suffisante : il devront toujours être alimentés à 6°. Si par ailleurs, plusieurs locaux plein sud avec larges baies vitrées présentent des besoins liés à la température extérieure et à l’ensoleillement, une modulation de la température de départ de ce circuit sera intéressante.

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

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

Réguler les équipements terminaux sur le débit, en fonction de la température de retour

En thermique, il existe deux manières de réguler : agir sur le débit ou agir sur la température.

Moduler le débit sous-entend conserver une température constante.

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

En réfrigération, par contre, le régime classique 6° – 11° ou 7° -12° présente peu d’écart par rapport à l’ambiance. De plus, le débit est important (à puissance égale, il faut 4 fois plus de débit pour transporter du froid que du chaud puisque le Delta T° est 4 fois plus petit) et sa modulation est plus aisée. Si les besoins sont fort variables, on sera dès lors plus facilement tenté par une régulation sur le débit, avec une température de départ constante, une température de retour la plus élevée possible… et des économies d’énergie sur le transport de l’eau par l’utilisation d’une pompe à vitesse variable. Cependant, un débit minimum dans l’évaporateur est requis par le constructeur, sous peine de le geler à certains endroits. L’installation devra comprendre un by-pass de recyclage ou un découplage hydraulique par une bouteille casse-pression.

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

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

Placer les consommateurs en série en fonction de leur température de fonctionnement

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

Augmenter la température de départ de la machine frigo : cela sera possible si tous les utilisateurs demandent une température d’eau plus élevée.

Freiner le débit à l’évaporateur : c’est limiter car il faut irriguer en permanence la machine frigorifique à un débit minimal (voire constant) imposé. À défaut de débit insuffisant à l’évaporateur, la machine se mettra en sécurité.

Placer les échangeurs frigorifiques 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.

De plus, on préférera un couplage en injection car il permet de couper l’alimentation d’un échangeur sans perturber le reste de l’installation.

Une seule condition de bon fonctionnement : le débit de la boucle primaire doit toujours être >> débit de chaque boucle partielle (pour éviter toute inversion dans le by-pass).

Insérer un réservoir tampon

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

De plus, cela permet également de réguler le compresseur en fonction de la température du ballon-tampon, ce qui est une bonne solution.

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

Schéma bâche tampon simple.

On peut amplifier encore cette possibilité en insérant une bâche à eau glacée dans l’installation. Cette solution peut permettre de diminuer la pointe quart-horaire de l’installation par délestage des groupes frigorifiques.

Choisir une régulation numérique

Quel intérêt ?

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années. Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.

Il s’agit en fait d’une gestion globale du système qui vient se superposer aux équipements décrits ci-dessus.

La régulation d’ensemble en sera fortement améliorée :

Possibilité de modifier les points de consignes, les horaires de fonctionnement,… à distance.

Régulation modulante de la température par l’usage d’un détendeur électronique.

Possibilité de réaliser un délestage du groupe au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment.

Visualisation meilleure du fonctionnement par mesure des pressions et des températures tout au long du cycle.

Estimation des performances, de l’énergie consommée …

Il suffit d’imaginer la difficulté d’un technicien appelé pour résoudre une panne pour comprendre tout l’intérêt d’enregistrer différents paramètres de l’installation.

Exemple d’entretien prévisionnel.

Les pressions d’entrée et de sortie d’un compresseur et les mesures des températures d’entrée et de sortie du frigorigène de cette machine ont été repérés lors de la mise au point de l’installation. Si la température de refoulement est plus élevée qu’elle ne le devrait, c’est que ce compresseur a un problème d’étanchéité de clapet. Il faut agir.

Exemple de délestage.

Chez Delhaize, on met en place un délesteur de charge sur les groupes frigorifiques de telle sorte que ceux-ci ne s’enclenchent pas simultanément au démarrage des fours à pain, lorsque le bâtiment est en période de pointe électrique.

L’inertie des équipements frigorifiques est telle que l’arrêt de quelques minutes ne pose pas de difficulté majeure. Et l’économie tarifaire est appréciable !

Quels paramètres faut-il superviser dans une GTC de machine frigorifique ?

La réponse est fonction de l’importance de l’installation et de la qualité du personnel d’intervention pour en exploiter les résultats. On trouvera dans la maintenance des installations frigorifiques une liste de paramètres qui peuvent être suivis.

Améliorer

Pour en savoir plus sur la maintenance de l’installation frigorifique, cliquez-ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le vecteur énergétique

Une cuisine professionnelle est obligatoirement électrique pour une partie de ces équipements :

la conservation par le froid,
la ventilation,
l’éclairage.

Le choix d’une seconde énergie se pose au niveau de la cuisson (et de la laverie). Ce choix se fait en fonction de plusieurs critères :

La disponibilité

La vapeur

Certaines institutions disposent déjà d’un circuit vapeur basse pression (0,3 bar par exemple) pour une ancienne cuisine ou haute pression (3 bar par exemple) pour le chauffage. Malgré l’attrait énergétique de la vapeur, elle est de moins en moins utilisée.

Le gaz

Dans certaines parties de la région wallonne, le gaz de ville n’est pas distribué. Dans ce cas, il est possible d’utiliser les gaz de pétrole liquéfié (propane et butane), mais ce gaz revient plus cher que le gaz de ville et présentent des dangers de par sa manutention.

D’autre part, le gaz peut être disponible (à la rue) mais pas distribué dans le bâtiment. Il faut alors prévoir des coûts d’installation supplémentaires pour les conduites, le compteur et le détendeur.

L’électricité

L’électricité est toujours disponible, mais dans certains cas, la puissance disponible n’est pas suffisante au réaménagement de la cuisine. Dans ce cas, l’utilisation du gaz ou de la vapeur, si ces énergies sont disponibles, permet d’éviter le remplacement du transformateur.

Les coûts d’utilisation et les coûts d’investissement

Le coût global sur la durée de vie des appareils comporte les composantes suivantes :

les coûts d’investissement des appareils,
les coûts d’installation,
les coûts énergétiques,
les coûts d’entretien.

Ces différentes composantes sont variables selon que les appareils fonctionnent à l’électricité ou au gaz :

Les coûts d’investissement des appareils

Les appareils au gaz sont en général de 10 à 15 % plus chers que les appareils à l’électricité.

Les coûts d’installation

Ils sont plus importants pour les installations au gaz que pour celles à l’électricité.

En effet, les réglementations à respecter sont relativement lourdes.

Les installations aux gaz doivent respecter la norme NBN D51-003 relative aux « Installations alimentées en gaz combustible plus léger que l’air distribué par canalisation », ainsi que le cahier des charges de l’ARGB sur l’aération des grandes cuisines équipées d’appareils au gaz naturel.

Remarque : pour les gaz de pétrole liquéfié (les LPG), il n’y a pas d’équivalent normatif à la NBN D51-003. En l’absence de norme, il faut se référer, pour les règles de bonnes pratiques, au guide édité par FEBUPRO (la FEdération du BUtane et du PROpane) pour l’installateur et le revendeur de LPG.

Le dossier technique sur les installations alimentées en gaz combustible plus léger que l’air, distribué par canalisations de l’ARGB dit : « Lorsque l’évacuation de l’air du local est assuré par une ventilation mécanique (par exemple par la hotte de cuisine), les dispositions sont prises afin d’empêcher que la dépression créée dans le local ne perturbe le fonctionnement correct d’un appareil (ou des appareils) installé(s) dans ce local… » Or, les règles de bonne pratique veulent que les débits à introduire égalent 90 % des débits extraits de manière à maintenir une légère dépression dans les locaux où l’air est extrait pour empêcher la propagation des polluants vers les autres locaux.

Les appareils de cuisson au gaz dans les cuisines collectives sont, en général, pourvus d’une sortie pour les gaz brûlés (= appareils de type B). Ainsi, pour respecter la réglementation ci-dessus, cette sortie doit être raccordée à un conduit d’évacuation menant à une cheminée qui mène les gaz jusqu’à l’extérieur du bâtiment via un extracteur.

Remarque : on rencontre beaucoup de cuisines où cette réglementation n’est pas respectée. Les coûts de l’installation au gaz deviennent trop importants et la cuisine au gaz ne peut plus rivaliser avec la cuisine électrique…, disent les personnes qui ne respectent pas cette réglementation…!

Il existe encore d’autres réglementations à respecter (ex. : détection de fuite de gaz reliée à une alarme, ouverture de la vanne gaz liée au fonctionnement de la hotte (France), … ) que nous n’avons pas pu toutes répertorier ici.

Les coûts énergétiques

Les coûts liés à l’énergie dépendent du rendement des appareils et du coût du kWh.

Le rendement des appareils au gaz est en pleine évolution. Actuellement pour certains nouveaux équipements, le rendement des appareils au gaz est quasi équivalent à celui des appareils électriques.

Quant au coût de l’énergie, le coût du kWh électrique est en général plus élevé que celui du gaz. Mais ça n’est pas toujours le cas : heures creuses (liaison froide), cogénération, … Le coût du kWh est donc à calculer en fonction de votre situation.

Cogénération

Si vous voulez en savoir plus sur la cogénération, cliquez ici !

Le coût du kWh gaz varie également en fonction des consommations et du temps. À titre indicatif, en février 2001, 1 m³ de gaz valait 0,3 à 0,325 € pour le tarif ND3. (1 m³ de gaz équivaut à environ 10 kWh).

Les coûts d’entretien

Les appareils au gaz demandent un entretien plus important que les appareils à l’électricité. Cependant, il semblerait que certains grossistes proposent des contrats d’entretien après vente qui ne sont pas plus chers pour les appareils au gaz que pour les appareils électriques.

La comparaison des coûts de revient entre une installation au gaz ou à l’électricité se fait donc en comparant les différents coûts ci-dessus en fonction de ses propres tarifs et des devis remis par les grossistes, les installateurs et les firmes de maintenance des appareils.

Quant aux appareils à la vapeur, nous n’avons pas de détails quant aux différentes composantes du coût. Mais l’utilisation de la vapeur pour les appareils de cuisine (marmites, lave-vaisselle, etc.) n’est apparemment intéressante que si l’on dispose déjà d’une installation de vapeur.

Il faut, dans ce cas, veiller à ce que l’installation soit en bon état. En effet, ces installations sont souvent âgées et présentent des fuites.

Le besoin de garder une cuisine fonctionnelle même en cas de panne électrique

Si la cuisine doit être fonctionnelle même en cas de panne de courant (ce qui est très rare) et que l’on ne dispose pas d’un groupe de sécurité, on choisira le gaz, pour une partie au moins, des appareils.

Dans ce cas, il faudra veiller à ce que les sécurités présentes sur les appareils soient mécaniques (elles sont souvent électriques).

Les goûts et habitudes du chef-coq

Certains chefs coq préfèrent cuisiner au gaz plutôt qu’à l’électricité …

Posted By : 25 Sep, 2007

Limiter les pertes de chaleur

Un profil de demande thermique en forte évolution

Les conséquences de l’isolation des parois extérieures

Hier et aujourd’hui
(couleur beige = isolant).

Le fonctionnement thermique des bâtiments tertiaires subit une révolution depuis 20 ans suite à la conjugaison de 3 facteurs :

Un renforcement de l’isolation et surtout l’arrivée de vitrages très performants.
Une explosion des apports internes électriques.
Une tendance à augmenter les surfaces vitrées en façade.

Résultats d’une simulation informatique

Pour un même immeuble type de bureau, nous avons comparé les bilans énergétiques entre une construction ancienne (simple vitrage, murs non isolés, …) avec une version usuelle aujourd’hui (double vitrage, murs isolés, …).

Voici les bilans obtenus (évolution de la demande en fonction de la température extérieure, celle-ci variant de – 10 à + 30 °C) :

Une évolution sensible par rapport aux bâtiments des années 70 apparaît :

L’isolation élevée diminue les besoins de chauffage en hiver.
La bureautique couvre une part des besoins d’hiver… mais augmente les besoins de refroidissement en été et en mi-saison.
Le soleil génère des pointes de température difficile à accepter par l’occupant. Les périodes de canicule sont présentes, elles génèrent un risque d’inconfort majeur, mais ne représentent pas une consommation d’énergie élevée, car le temps est court.

Si autrefois le chauffage était arrêté par + 15°C extérieur, aujourd’hui le chauffage des locaux est arrêté dès + 11°C extérieur, voire moins s’il y a beaucoup d’apports internes (la chaudière reste en service pour l’éventuel chauffage de l’air neuf et de l’eau chaude sanitaire). En mi-saison, des locaux restent en demande de chaleur au nord, alors que la façade sud est déjà en demande de refroidissement.

L’isolation diminue la demande de chauffage (hiver) et augmente la demande de refroidissement (été). Mais le bilan global des consommations annuelles est toujours positif en faveur de l’isolation.

Par rapport à un bâtiment mal isolé, la consommation de chauffage tombe au tiers de sa valeur. Et parmi ce tiers restant, le chauffage de l’air neuf hygiénique représente la moitié des besoins.

Si autrefois il y avait 8 mois d’hiver et 4 mois d’été, aujourd’hui la période de chauffe est limitée à 6 mois (15 octobre – 15 avril).

Mais le besoin de rafraîchissement est accru, en été et en mi-saison.

La diminution de l’inertie et l’augmentation des gains internes

Autrefois, le bâtiment disposait d’une bonne inertie thermique qui lissait les pointes d’apports solaires en journée (les bâtiments ne se comportaient pas comme une voiture laissée en plein soleil …) grâce à l’immense réservoir que constituait la masse des parois.

Suite à sa faible isolation, le bâtiment se « déchargeait » la nuit de la chaleur accumulée en journée.

Aujourd’hui, la tendance va vers :

La diminution de l’inertie pour des raisons fonctionnelles (tapis, faux plafond, cloisons mobiles, …).
L’augmentation des équipements de bureautique (doublement des consommations électriques du secteur tertiaire durant ces 15 dernières années !).
L’amplification des apports solaires suite au souhait du Maître d’Ouvrage de larges baies vitrées.
La chaleur interne se retrouve « piégée » dans le bâtiment suite à l’isolation des parois.

Faut-il une forte isolation ? Ne perd-on pas en climatisation ce que l’on gagne en chauffage ?

Non, toutes les simulations informatiques montrent que le bilan reste bénéficiaire en faveur de l’isolation, notamment parce que la saison de chauffe est plus longue que l’été.

Voyons les choses positivement : autrefois, on n’avait pas conscience de l’existence d’une « chaleur interne » parce que celle-ci était négligeable face aux déperditions des parois. A présent, les fuites de chaleur étant maîtrisées et les apports internes amplifiés par l’évolution technologique, ces apports viennent à satisfaire en bonne partie nos besoins hivernaux. Nous arrivons à chauffer nos bureaux avec 7 litres de fuel au m², contre 20 à 25 dans les années 50. Et c’est tant mieux.

Puisqu’une consommation électrique minimale est nécessaire (bureautique, éclairage, …), tant mieux si nous pouvons « utiliser une deuxième fois » cette énergie pour nous chauffer.

Quant aux besoins de rafraîchissement, la courbe bleue du diagramme ci-dessus montre qu’ils apparaissent majoritairement lorsque la température extérieure est entre 14 et 22°C, c.-à-d. plus froide que l’ambiance intérieure. À ce moment, il devrait être possible « d’ouvrir le bâtiment » pour valoriser l’air frais et décharger le bâtiment,… mais le bruit, la pollution de l’air ou le risque d’intrusion rendent cette ouverture parfois complexe.

Ceci renforce l’importance d’une conception initiale du bâtiment adaptée à ce nouveau profil de consommation et la mise en place d’un système de refroidissement qui valorise l’air frais extérieur.

Théories

Pour plus d’informations sur l’évolution des besoins thermiques des immeubles, suite à l’isolation des parois.

Et ceci ne nous épargne pas la nécessité de trouver une solution pour gérer la période de canicule !

Optimaliser le volume du bâtiment

En réalité la chose n’est pas simple : il s’agit de trouver, selon la programmation du bâtiment et le contexte d’implantation (forme et taille du terrain, environnement bâti ou paysager, …) le compromis optimal entre :

une grande compacité pour limiter les pertes de chaleur,
et une faible compacité pour profiter d’éclairage naturel et faciliter le rafraîchissement par ventilation naturelle.

L’intérêt de la forte compacité

Un bâtiment compact, s’approchant du cube, a peu de pertes de chaleur. La surface de déperdition de l’ensemble de ses façades est limitée par rapport au volume des locaux. Les zones centrales, en contact avec d’autres locaux à la même température, ont beaucoup moins de pertes de chaleur que les locaux périphériques.

Par contre, ces zones sont difficilement éclairées et ventilées naturellement.

L’intérêt de la faible compacité

Un bâtiment peu compact (barre, en « peigne », carré avec cour intérieure, présentant de nombreux décrochements, …) a une surface de façade plus importante par rapport au volume des locaux et aura donc plus de déperditions, et une demande de chauffage accrue.

Par contre, le fait d’avoir plus de locaux en façade permet de les éclairer naturellement, et d’organiser relativement facilement une ventilation naturelle.

Exemple : Queen’s Building de l’Université de Montfort, en Angleterre. Les locaux, ventilés naturellement, sont agencés par rapport à leur fonction et la développée de l’enveloppe est importante.

Plan du premier niveau :

ateliers d’électricité
salles de cours
atrium
auditoires
laboratoire de mécanique

Concrètement

Selon les cas, le juste compromis sera en faveur de l’une ou de l’autre solution.

Dans les bâtiments récents, bien isolés, le problème de la surchauffe et de la consommation de froid prend de plus en plus d’importance par rapport à celui de la consommation de chauffage.

Il convient donc, a priori, de favoriser autant que possible l’éclairage naturel et les possibilités de refroidir naturellement le bâtiment par ventilation naturelle intensive en :

Limitant la profondeur des locaux. On recommande de limiter la profondeur des bureaux au double de la hauteur du local, soit à environ 6 m. Ainsi, si deux rangées de bureaux sont séparées par un couloir central, cela donne une profondeur de bâtiment d’environ 15 m.
Limitant le nombre d’étages à 2 ou 3 idéalement. Les contraintes techniques pour organiser une ventilation naturelle intensive dans des bâtiments plus hauts deviennent très lourdes (exemple : cheminées hautes).

Limiter les besoins de chauffage

Opter pour un bâtiment bien isolé

L’isolation de l’enveloppe est, et de loin, le moyen le plus efficace pour réduire la consommation d’un bâtiment. Et les vitrages très performants permettent aujourd’hui de diminuer drastiquement les consommations d’hiver.

Non, on n’isole JAMAIS trop. L’isolation diminue la demande de chauffage en hiver et augmente celle de refroidissement en été, mais le bilan global des consommations annuelles est toujours en sa faveur.

Il est toujours utile d’isoler, même si cela entraîne la nécessité de climatiser. Bien entendu, l’idéal est de trouver des solutions naturelles pour rafraîchir le bâtiment et éviter ainsi le refroidissement mécanique.

Dans les propos ci-dessous, on supposera toujours que le bâtiment est bien isolé.

On donnera également aux concepteurs le temps et les moyens nécessaires pour étudier les détails de construction à prévoir pour éviter les ponts thermiques (principe de continuité de l’isolation).

Concevoir

Pour plus de détails sur la conception des détails de façades.

Favoriser l’étanchéité de l’enveloppe

Le problème est qu’il est impossible d’arrêter ce type de ventilation lorsqu’elle n’est pas nécessaire, en dehors des temps d’occupation notamment. Or elle est fortement consommatrice d’énergie.

Aujourd’hui, il convient de réaliser une enveloppe très étanche à l’air (parois, joints, portes, etc.) et d’organiser une ventilation hygiénique contrôlée (naturelle ou mécanique).

Lors de la construction, on sera très attentif à l’étanchéité à l’air des parois. Le bâtiment ne doit pas se « décharger » de sa chaleur en hiver par des fuites multiples de son enveloppe. La norme européenne EN 13779 recommande un taux de renouvellement d’air maximum sous la pression d’essai de 50 Pa (n50) de 1/h, ce qui génère en moyenne un taux de renouvellement d’air par infiltration de 4 % (0,04/h).

« Blower-test » de contrôle de l’étanchéité .

Il sera très utile de prévoir un sas à l’entrée du bâtiment, particulièrement en cas de climatisation de celui-ci.
On sera très attentif également à la fermeture des grilles de châssis (ventilation hygiénique) pendant la nuit et le week-end, quitte à installer des grilles motorisées si la motivation future de l’occupant paraît faible…

Limiter les besoins de chauffage de l’air neuf hygiénique

Dans un immeuble bien isolé d’aujourd’hui, le chauffage de l’air neuf hygiénique génère plus de la moitié des consommations de chauffage. On veillera dès lors à :

Limiter le débit d’air neuf à 30 m³/heure/personne en période de chauffe. Ce débit peut bien sûr être augmenté en mi-saison et/ou en été.
Favoriser les installations de ventilation « double flux » : une école est occupée 25% du temps, un bureau 30% du temps ! Il est donc fondamental de pouvoir stopper le débit d’air en période d’inoccupation.
Gérer ce débit en fonction de la présence effective des occupants : un capteur (détecteur de présence, sonde CO₂, …) peut permettre de moduler le débit, par palier (ventilateur à plusieurs vitesses) ou en continu (ventilateur à vitesse variable). Tout particulièrement, le débit d’air neuf sera stoppé lors de la relance du bâtiment (le lundi matin, par exemple), avant l’arrivée des occupants.
Préchauffer l’air neuf hygiénique par récupération de chaleur

- Sur l’air extrait (échangeur à plaques, par exemple). Idéalement, il faudra prévoir alors que les conduites d’extraction soient proches des conduites de pulsion d’air.
- Sur une zone tampon du bâtiment. Par exemple, une prise d’air placée dans un atrium captera de l’air déjà préchauffé par le bâtiment et/ou le soleil.
- Sur un puits canadien dans le sol pour capter l’énergie géothermique.
- Sur un condenseur de machine frigorifique, si celui-ci présente un fonctionnement annuel. On imagine par exemple qu’un rideau d’air chaud à l’entrée du bâtiment puisse être alimenté par le refroidissement de la salle informatique ou de la chambre froide de la cuisine.

Si ces idées sont retenues dès le début du projet, elles entraînent peu de surcoûts.

Concevoir

Pour plus de détails sur la conception des installations de ventilation.

Faut-il forcément climatiser le bâtiment ?

Pour certains, le rafraîchissement de l’ambiance intérieure semble aujourd’hui incontournable. Le maître d’ouvrage se trouve-t-il alors confronté à l’obligation d’investir à la fois dans une installation de chauffage, certes plus petite qu’avant, mais aussi dans une installation de refroidissement ?

Non, une machine frigorifique ne doit pas être obligatoirement être installée dans nos régions. Mais une « stratégie de rafraîchissement active » doit être étudiée si la puissance thermique des apports de chaleur dépasse 50 à 60 W/m² au sol.

Décrivons ci-dessous ces diverses possibilités.

Calculs

Pour évaluer la puissance thermique prévisible dans un local et vérifier que les 60 W/m² ne sont pas dépassés, nous vous proposons

une feuille de calcul simplifiée sur Excel.

Trois stratégies sont possibles :

Stratégie 1 : limiter les sources de chaleur et se passer de la machine frigorifique

Constat : depuis l’âge de la pierre, l’homme se chauffe. Cela se comprend, il souhaite vivre dans une ambiance entre 20 et 24°C. Or la température moyenne extérieure annuelle dans nos Régions est de 10°C. Un complément de chaleur est nécessaire.

Par contre, la température à Uccle dépasse 24° durant 2 % de l’année seulement ! Autrement dit, 98 % du temps, il fait plus froid à l’extérieur du bâtiment qu’à l’intérieur. Comment se fait-il que nous ayons alors besoin d’une machine frigorifique pour le refroidir ???

Inspirons-nous du mas provençal (qui reste bien frais même lorsqu’il fait torride à l’extérieur) pour construire un bâtiment.

Il dispose de suffisamment d’inertie intérieure pour stabiliser les variations de température en journée,
il « décharge » le bâtiment via un rafraîchissement nocturne par air (free cooling) ou par eau (slab cooling) pour évacuer l’excédent de chaleur grâce à l’air frais de la nuit.

Free cooling et slab cooling.

Pour vous faire une opinion, voici trois exemples conçus en Angleterre, pays qui a pris beaucoup d’avance dans ce domaine :

Études de cas	Le bâtiment environnemental du « BRE ».
Études de cas	Le centre administratif de Powergen.
Études de cas	Le « Queen’s Building » de l’Université De Monfort.

Mais en Belgique aussi, des initiatives sont prises, comme dans le bâtiment IVEG à Anvers :

Études de cas

Le bâtiment IVEG.

Stratégie 2 : installer chauffage et refroidissement, mais en limiter l’usage aux périodes extrêmes

Analysons la répartition des températures extérieures à Uccle :

Admettons l’évolution actuelle vers l’installation d’une machine frigorifique. Ce n’est pas en soit plus mauvais de refroidir que de chauffer (contrairement à une idée couramment répandue, avec un 1 kWh électrique au compresseur, on produit 3 kWh de froid. Et pour obtenir 1 kWh électrique en sortie de centrale, il faut consommer 2,8 kWh d’énergie primaire. Donc le bilan entre chauffage et refroidissement est neutre).

L’objectif de conception devient :

recours au chauffage des locaux durant les seules périodes de grands froids (T°ext <…5°C…),
recours au refroidissement mécanique aux seules périodes chaudes (T°ext >…18°C…),
durant le reste du temps (5°C < T°ext > 18°C), c.-à-d. plus de 60 % de l’année, les apports internes et externes « gratuits » assurent le chauffage, et l’air extérieur assure le refroidissement de mi-saison. Aucun apport thermique par combustible ne doit être apporté à ce moment.

Cela sous-entend une conception adaptée du bâtiment (pouvoir ouvrir les façades dès qu’il fait trop chaud à l’intérieur, par exemple) et du système de climatisation (conçu comme un appoint), ainsi que le placement d’un récupérateur de chaleur sur l’air extrait, …

C’est une solution à très basse consommation, mais qui nécessite parfois un investissement plus élevé, sauf si le même système gère le chaud et le froid (slab cooling, pompe à chaleur, …). En contre-partie, elle apporte une garantie de résultat final : chauffage et climatisation sont présents pour couvrir toute période de pointe, toute évolution future du bâtiment.

Comment choisir ?

La première stratégie devrait a priori être toujours étudiée. Puisqu’elle ne fonctionne que si les apports de chaleur sont drastiquement réduits, ceci sous-entend que l’approche énergétique est globale. On y gagne donc deux fois : parce que les équipements sont à faible consommation et parce qu’ils n’ont pas entraîné le fonctionnement d’un climatiseur. De plus, la simplification des systèmes est une garantie d’exploitation future à faible coût. Enfin, elle permet à l’occupant de retrouver le contact avec l’extérieur par l’ouverture des fenêtres, ce qui est luxe à nul autre pareil.

La deuxième stratégie est certainement prometteuse. Cette recherche « d’autonomie » maximale du bâtiment sans énergie autre que celle des équipements interne (éclairage et bureautique) et externe (soleil), cette conception des systèmes de chauffage et de refroidissement comme appoint en période de pointe, … constitue un des défis majeurs à relever pour les bâtiments futurs. Lorsque le contexte l’impose (environnement bruyant et pollué, volonté de garantir une stricte consigne de température intérieure, …), c’est la voie à suivre. Elle demande de la créativité tant à l’architecte qu’à l’ingénieur. Encore faut-il leur en laisser le temps et les moyens dans la phase de conception.

À noter une troisième stratégie « de compromis » :

Peut-être qu’une climatisation partielle du bâtiment est la solution ?

Dans les locaux avec forte production de chaleur interne (le centre informatique d’une société d’assurances, par exemple), la climatisation s’impose. Mais il est possible de regrouper dans cette partie du bâtiment les équipements les plus dispensateurs de chaleur (photocopieuses, imprimantes, …) et d’y prévoir une installation de free-chilling (by-pass de la machine frigorifique en hiver et refroidissement direct sur l’air extérieur).

Une telle centralisation des équipements de bureautique permet également de mieux gérer le bruit dans les locaux : les moniteurs des PC sont centralisés en ne laissant plus l’accès qu’aux écrans et claviers. Des lecteurs communs de CD ou de disquettes sont accessibles en partage.

De même, l’ensemble des locaux de réunion peuvent être regroupés (superposés, un ou deux par étage) et gérés par une installation « à volume d’air variable » (VAV).

Enfin, les autres locaux, dégagés des apports thermiques principaux, peuvent alors être gérés par refroidissement naturel.

A chaque besoin,… sa solution. Et cette « décomposition thermique » du bâtiment peut avoir un impact extérieur visible sur son architecture, … ce qui n’est pas inintéressant !

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’implantation de la zone froide [Concevoir – Froid alimentaire]

Une part de l’énergie frigorifique va servir à refroidir (et donc assécher) l’air extérieur jusqu’à la température de consigne des meubles frigorifiques, de la chambre froide, des ateliers de boucherie, …

Cette part d’énergie peut être élevée dans l’ensemble du bilan frigorifique si cet air est chaud et humide.

Ainsi, dans un projet de conception ou de rénovation conséquent, il sera important de respecter une certaine hiérarchisation des priorités :

L’implantation des zones « froide » par rapport au contexte externe (l’orientation du bâtiment, présence d’autres bâtiments ou pas , milieu rural ou urbain, ..).

L’implantation des zones « froide » par rapport au contexte interne (présence d’apports internes tels que fours, rôtissoires, … à proximité directe des chambres froides, des ateliers de boucherie, des meubles frigorifiques, …).

Le confinement des zones « froide » par rapport aux zones adjacentes (chambre fermée, chambre semi-fermée, meuble frigorifique ouvert, …).

Contexte externe

L’implantation des zones « froide » dans le commerce par rapport à l’orientation du bâtiment est primordiale dans le sens où on peut maîtriser l’impact des apports solaires de façon plus simple. Par la même occasion, on pourra placer, dans les limites de faisabilité (autorisations urbanistiques, voisinage, …), les condenseurs côté nord. Le placement des condenseurs sous abri de préférence le long des façades nord permet de naturellement lui procurer de l’ombre.

Condenseur à l’ombre d’une façade (orientation nord).

Contexte interne

L’implantation des zones « froide » dans le commerce par rapport aux zones dites « chaudes » doit être prise en compte. L’influence directe des zones, l’une par rapport à l’autre, risque de compromettre le bilan énergétique par une destruction de l’énergie (on chauffe et on refroidit en même temps dans la même zone). Il faut donc, dans la mesure du possible, éloigner les sources chaudes des zones froides.

Confinement

Les zones non accessibles au public

Même si les zones froides sont bien positionnées par rapport à l’environnement externe et interne, il va de soi que leur confinement est impératif et permet de réduire de manière appréciable les besoins frigorifiques. L’idéal réside dans le choix d’une isolation performante des parois délimitant la zone « froide » par rapport aux autres zones de vente dites « chaudes ».

Le confinement des zones non accessibles au public peut être facilement obtenu sachant que :

la conception des parois « sandwich » est maîtrisée par les fabricants;
les accès entre les zones (réserve générale et chambre froide par exemple) peuvent être contrôlés efficacement par des portes étanches munies de joints performants et gérés par des alarmes.

Sécurité de porte de chambre frigorifique.

Si cela ne gêne pas l’utilisation, une zone tampon ou un sas avec des portes-va-et-vient peut être créé devant les portes des frigos pour disposer d’un espace qui aurait une température moyenne et une humidité relative plus basses.

Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 8 h/jours. Il y a 10 interventions par heure; pendant chacune d’elle, la porte est laissée ouverte pendant 10 secondes.

L’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 35°C, HR = 90 %.

Avec cette utilisation, il y a un renouvellement de 15,7 volumes par jour. L’énergie nécessaire pour refroidir et assécher l’air par les ouvertures de portes est de 40,5 kWh par jour (pendant la période d’utilisation).

Avec une meilleure implantation, l’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 22°C, HR = 50 %.

Avec cette utilisation, il y a un renouvellement de 12 volumes par jour. L’énergie nécessaire pour refroidir et assécher l’air par les ouvertures de portes est de 13,4 kWh par jour (pendant la période d’utilisation).

Soit une économie de (40,5 – 13,4) = 27,1 kWh/jour.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un prix moyen de 0,11 € du kWh, cela représente une économie de (27,1 [kWh] / 2,5) x 0,11 [€] x 260 [jours], soit 342 € par an pour une seule chambre froide.

À cela, il faut ajouter le gain d’énergie électrique pour les dégivrages (environ 6,3 kWh).

Les zones accessibles au public

Il n’en va pas de même pour les zones accessibles aux clients (comme les self-services dans les superettes, les super et hypermarchés). On tentera de minimiser les échanges de chaleur entre les zones « froides » et « chaudes » par le confinement.

Le confinement idéal des denrées alimentaires, tant au niveau thermique qu’énergétique, s’impose de lui-même :

par l’adaptation du concept de chambre frigorifique au grand public (parois isolées);
par la réduction des échanges thermiques au niveau des accès.

Il va de soi que le confinement se réalise au détriment du confort des clients.

« Quoique ? Une petite laine ne ferait-elle pas l’affaire en été »?

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

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionner le chauffage électrique

Appareils de chauffage direct

Pour un appareil de chauffage direct, le dimensionnement est relativement simple : la puissance de chauffe P (kW) doit être au moins égale aux déperditions calorifiques Pn, déperditions normalisées calculées suivant la NBN B62-003.

On prévoit un léger surdimensionnement pour pouvoir atteindre plus rapidement la température de confort lors de la mise en température : P = 1,1 à 1,5 Pn, à moduler d’après le type de local. Par exemple : living 10 %, chambre à coucher 20 %, salle de bains 50 %.

Ce surdimensionnement n’entraîne que peu de conséquences énergétiques si la régulation de l’appareil est suffisamment précise et rapide.

Appareils de chauffage à accumulation

Un dimensionnement en puissance et en capacité de stockage.

Le dimensionnement présente un double aspect :

d’une part, il faut déterminer la puissance électrique des résistances Pe,

d’autre part, il faut choisir un noyau accumulateur capable d’accumuler et de restituer l’énergie calorifique Q nécessaire au cours de 24 heures.

Cette fois, le surdimensionnement de l’appareil peut porter à conséquence puisqu’une charge de nuit excessive entraînera des pertes par les parois supplémentaires. Sauf si une régulation précise limite cette charge. Le surdimensionnement entraîne alors seulement un investissement inutile.

Les besoins énergétiques Q [kWh] sont déterminés à partir des déperditions calorifiques du local, diminuées des gains thermiques gratuits provenant des apports énergétiques internes ou externes (éclairage, machines, soleil, … ). Pour un local du type « séjour », on démontrera plus loin que Q = 20 x Pn, [kWh].

La puissance électrique théorique des résistances PE [kW] doit être suffisante pour produire l’énergie requise Q en tenant compte du nombre d’heures de charge disponibles de nuit comme de jour : Q = PEx t (t = durée totale de charge).

La taille du noyau doit être adaptée à la quantité de chaleur à accumuler par cycle de 24 h et à la demande de chaleur (puissance calorifique à délivrer en fonction du schéma horaire de charge et de décharge de l’appareil).
En pratique, le dimensionnement des accumulateurs se fera de préférence suivant la méthode décrite dans la norme CEI, Publication 531, appendice B. Cette méthode est basée directement sur les mesures de performance d’accumulateurs décrites dans la même norme et effectuées au calorimètre.

Nous en reprenons ci-dessous la logique, car elle est suivie par les installateurs électriciens.

A. Informations préliminaires, comme données de base des calculs

L’utilisateur donne un profil quotidien de la demande de chaleur.
Les déperditions nettes résultantes Pr sont calculées comme égales à la Puissance normalisée Pn (suivant la NBN B62-003) diminuée des gains thermiques gratuits Pg.
Le programme Journalier de charge est donné par le distributeur d’électricité.
Le constructeur des appareils donne les caractéristiques de réponse de ses appareils (P)

B. Méthode de calcul

1. Profil journalier de la température du local concerné

Exemple pour le secteur de l’hébergement :

Diagramme de la température journalière.

2. Calcul de la demande de chaleur journalière

Les déperditions nettes résultantes Pr sont calculées comme égales à la Puissance normalisée Pn (suivant la NBN B62-003) diminuée des gains thermiques gratuits Pg

Exemple : Pn = 1 000 W, Pr = Pn – Pg

Demande de chaleur journalière.

A tout instant, la puissance de restitution P de l’appareil doit au moins être égale à Pr. Dans l’exemple, le cas le plus défavorable a été examiné, c-à-d. en supposant des gains thermiques Pg = 0 pendant la journée (d’où une puissance de chauffe P = 1 kW). Pendant la nuit, le facteur d’abaissement de Pr est de 0,56, dû aux diminutions des déperditions par abaissement de la température, fermeture des rideaux, stores, etc. ainsi que par diminution du taux de ventilation.

Du graphique de demande de chaleur, résulte la quantité totale journalière Q requise pour chauffer le local :

Q = Q_jour + Q_nuit = 15 [h] x Pn + 9 [h] x 0,56 x Pn

Q = 15 [h] x 1 [kW] + 9 [h] x 0,56 [kW]

Q = 20 kWh ou Q = 20 [h] x Pn

On parlera d’une durée nominale de chauffe tn égale à 20 heures.

Remarques

La valeur de 0,56 est arbitraire, elle arrondit simplement les calculs et d’obtenir un stockage égal à 20 h de fonctionnement à la puissance nominale (c.-à-d. la puissance par – 10°C extérieurs).

Le même raisonnement, appliqué au secteur tertiaire (bureaux) génère un stockage égal à 18 heures de puissance nominale (TN = 18 h).

Le choix d’annuler les gains gratuits de la journée va surdimensionner l’appareil.

Pour un local présentant des déperditions calorifiques de 1 000 W par une température extérieure de – 10°C et une température intérieure de 20°C, tout en tenant compte de 5 K de chaleur gratuite (base des calculs de consommation par la méthode des degrés-jours 15/15), Q se calcule comme suit :

Q = 24 [h] x 1 [kW] x ((20 – 5) – (- 10) / (20 – (10))

Q = 20 kWh

3. Diagramme journalier de charge ou de mise à disposition de l’alimentation des accumulateurs

Supposons les indices suivants :

1 = tarif de nuit
2 = tarif jour hors-pointes
0 = pas de charge autorisée

Appelons :

durée totale nuit = t1
durée totale jour hors-pointes = t2

> Exemple 1 : 9 heures de charges (accumulation classique).

Accumulation classique.

> Exemple 2 : 8 h + 1 h de charges (accumulation classique avec relance).

Accumulation classique avec relance.

> Exemple 3 : 7 h + 9 h de charges (accumulation hors-pointes).

Accumulation hors-pointes.

4. Calcul de la puissance électrique théorique des résistances PE

PE = Q / (t1 + t2)

Pour l’exemple 1 : Pe1 = 20 kWh / 9 h = 2,22 kW
Pour l’exemple 2 : Pe2 = 20 kWh / 9 h = 2,22 kW
Pour l’exemple 3 : Pe3 = 20 kWh / 16 h = 1,25 kW

5. Détermination du facteur accumulateur fs

Pour comprendre ce que signifie ce facteur accumulateur, partons d’un cas imaginaire : le noyau se charge totalement, puis se décharge pendant 20 heures (hébergement) ou 18 heures (bureaux). La capacité d’accumulation devrait être égale à Q.

En réalité, la charge se fait en parallèle avec la décharge : à peine l’accumulateur monte en température, que déjà il se décharge partiellement par ses parois. En pratique, il ne devra donc stocker qu’une fraction de Q. Cette fraction est appelée FS.

Notre appareil imaginaire avait un FS = 1 et un appareil direct aura un FS = 0, puisqu’il se décharge aussi vite qu’il se charge.

Les facteurs accumulateurs standard en Belgique sont déterminés par les distributeurs d’énergie électrique :

exclusif nuit (9 h de charge) –> FS = 0,75
exclusif nuit + relance diurne (8 h + 1 h de charge) –> FS = 0,67
trihoraire (7 h + 9 h de charge hors pointe) –> FS = 0,35

6. Sélection de l’appareil dans le catalogue des fournisseurs

Le constructeur donne la réponse de ses appareils, pour un facteur accumulateur et un type de noyau donnés.

Exemple 1 : Accumulation classique 9 h (FS = 0,75)

Type de Noyau	Résistance Pr [kW]	Puissance normalisée couverte Pn, si TN = 18 h	Puissance normalisée couverte Pn, si TN = 20 h
A	2	1,0	0,9
B	3	1,5	1,35
C	4	2,0	1,8

Exemple 2 : Accumulation hors-pointes 7 h + 9 h (FS = 0,35)

Type de Noyau	Résistance Pr [kW]	Puissance normalisée couverte Pn, si TN = 18 h	Puissance normalisée couverte Pn, si TN = 20 h
A	1,3	1,15	1,05
	1,6	1,30	1,20
B	1,8	1,60	1,44
	2,4	2,10	2,07
C	2,7	2,40	2,16
	3,2	2,75	2,45

Application : supposons que le local à chauffer présente des déperditions Pn (parois + ventilation) calculée à 1,15 kW. Il s’agit d’une occupation permanente (hébergement) donc TN = 20 h.

En raccordement exclusif nuit, l’appareil choisi sera un noyau de type B, équipé d’une puissance électrique réelle de 3 kW.

En raccordement hors-pointes, l’appareil choisi sera un noyau de type A, équipé d’une puissance électrique réelle de 1,6 kW.

Accumulation dans le sol

Le chauffage par accumulation électrique de nuit dans le sol nous paraît tellement inadapté dans la construction d’aujourd’hui qu’il ne nous paraît pas utile d’en décrire ici le dimensionnement.

Nous renvoyons cependant le lecteur intéressé à l’ouvrage cité ci-dessous, qui décrit très précisément la méthode de dimensionnement.
(Source : d’après « Le code de bonne pratique pour la réalisation des installations de chauffage électrique » – Communauté de l’Electricité – CEG).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la protection extérieure

En fonction du type de toiture

Toiture inversée

Les parties courantes

La couche isolante d’une toiture inversée est actuellement réalisée uniquement à l’aide de mousse de polystyrène extrudé. Ce matériau ne résiste pas au rayonnement ultraviolet, en outre, il doit être lesté pour éviter son soulèvement sous l’effet du vent ou par flottaison.

Les seules protections qui conviennent dans ce cas sont donc les protections lourdes :

du gravier,
des dalles (sur gravier ou sur plots),
ou des dalles complexes isolantes.

Les remontées d’étanchéité en rives

Lorsque la membrane d’étanchéité utilisée doit être protégée des rayonnements UV (voir plus loin), les remontées d’étanchéité qui ne peuvent être protégées par la protection lourde doivent l’être par une protection légère.

Toiture chaude

Les parties courantes

Tous les systèmes de protection sont possibles pour les toitures chaudes.

Le choix de la protection ne dépendra plus que de la nature de l’étanchéité et de la force portante du support.

Si le support le permet, on préférera une protection lourde qui protège mieux la membrane des chocs thermiques, à cause de l’inertie thermique de la protection, et dispense d’accrocher l’étanchéité.

Si le support ne le permet pas, on se contentera d’une protection légère.

Les remontées d’étanchéité en rives

lorsque la membrane d’étanchéité utilisée doit être protégée des rayonnements UV, les remontées d’étanchéité qui ne peuvent être protégées par la protection lourde doivent l’être par une protection légère.

La pente de la toiture

Les protections légères peuvent être appliquées quelle que soit la pente de la toiture.

Les protections lourdes ne conviennent que pour les toitures relativement horizontales, ainsi :

lorsque la pente de la toiture dépasse 5 %, la membrane ne peut être protégée par du gravier,
lorsque la pente de la toiture dépasse 10 %, la membrane ne peut être protégée par des dalles.

La nature de la membrane d’étanchéité

En fonction de leur nature, les membranes d’étanchéité devront ou pas être protégées des rayonnements solaires.

Membranes bitumineuses

S’il s’agit d’une membrane à base de bitume SBS une protection contre les rayons UV est indispensable, ce qui n’est pas le cas avec une membrane à base de bitume APP.
Une protection des membranes APP est cependant nécessaire lorsque les évacuations d’eaux pluviales situées en aval sont métalliques pour éviter leur oxydation (oxydation des accessoires de toiture).
La protection légère est généralement constituée de paillettes d’ardoise appliquées en usine. Elle peut également être assurée par une couche de peinture compatible avec la membrane.
Plus rarement, la membrane est revêtue d’une feuille de cuivre ou d’aluminium.

Membranes synthétiques

La majorité des membranes synthétiques offrent une résistance suffisante aux rayons UV et aux chocs thermiques.
Seules les membranes en PVC, doivent être stabilisées aux UV lorsqu’elles risquent d’être exposées à ceux-ci.
Attention ! Le lestage en gravier ralentit l’évacuation de l’eau pluviale et peut devenir un foyer de micro-organismes qui favorisent le vieillissement de certains PVC.

En fonction de la capacité portante du support

Seule une toiture dont la capacité portante est suffisante pourra supporter une protection lourde. Sinon seule une protection légère peut convenir.

Exemples de poids de lestage :

dalles complexes isolantes : +/- 50 kg/m²,
gravier 5 cm : +/- 90 kg/m²,
dalles sur plots 6 cm : +/- 150 kg/m²,
dalles sur chape 10 cm : +/- 250 kg/m².

En fonction de l’utilisation de la toiture

Toiture inaccessible sauf pour l’entretien

Lorsque la toiture n’est pas prévue pour la circulation des piétons ou des véhicules, la protection de l’étanchéité peut être légère ou lourde.

Toiture accessible pour la circulation piétonne

Ces toitures doivent être capables de supporter la charge d’utilisation, et la protection circulable.

Celle-ci sera du type protection lourde : carrelage sur chape, dalles sur plots, dalles drainantes, pavage sur gravillon, asphalte coulé ou revêtement drainant pour terrain de sport.
L’étanchéité peut également être recouverte d’un plancher ou d’un caillebotis en bois. Il ne s’agit pas d’une protection lourde. Elle ne fait pas office de lestage de l’étanchéité. Celle-ci doit donc être fixée en conséquence.

Toiture carrossable

Ces toitures doivent supporter la charge de circulation, et la protection carrossable.

Celle-ci sera du type protection lourde.

Les dalles sur plots de grand format, l’asphalte coulé et les enrobés hydrocarbonnés admettent une circulation légère.

Les pavements sur asphalte coulé permettent la circulation de camions légers.

Seules les dalles fractionnées en béton armé permettent le charroi lourd.

Toitures jardins

Pour des raisons esthétiques, la protection de l’étanchéité et son accrochage peuvent être assurées par des plantations et leur substrat.

On sera attentif à plusieurs aspects :

La force portante du support doit être suffisante. Un jardin de toiture peut peser de 25 à 200 kg/m² voire plus dans certains cas de végétation intensive.
L’étanchéité doit être protégée mécaniquement des coups de bêche accidentels.
La membrane d’étanchéité doit être conçue pour résister aux racines.
La réserve d’eau doit être suffisante pour être capable d’assurer l’alimentation des plantes choisies.
L’épaisseur de terre doit être adaptée aux plantes choisies.

Posted By : 25 Sep, 2007

Check-list pour une installation [Ventilation URE]

Voici un résumé des points essentiels qui garantissent une installation de ventilation énergétiquement efficace et confortable.

On sera attentif à 3 aspects du projet :

Paramètres de dimensionnement

Exigences	Pour en savoir plus
Le débit d’air doit correspondre aux exigences des réglementations en vigueur (ni plus, ni moins).	Concevoir
Idéalement, les pertes de charge du réseau de distribution double flux ne doivent pas dépasser 900 Pa (recommandation SIA pour les installations très performantes).	Concevoir
La vitesse de l’air dans les conduits doit être limitée pour limiter les pertes de charge et la production acoustique.	Concevoir
Le niveau acoustique dans les locaux ne doit pas dépasser (grand standing/moyen/minimal):	Concevoir

Choix de matériel

Exigences

Pour en savoir plus

Tout bâtiment neuf doit comporter un dispositif de ventilation avec au minimum des amenées d’air neuf naturelles ou mécaniques dans les locaux de travail et une extraction d’air vicié dans les sanitaires (ventilation simple ou double flux).

Concevoir

Idéalement, une pulsion d’air neuf doit être accompagnée d’un préchauffage (T° de 12 .. 16°C), pour éviter les risques de courant d’air et les risques de condensation sur les conduits et d’une humidification en hiver.

Concevoir

Le debit nominal des amenées d’air doit correspondre aux réglementations pour une différence de pression de 2 Pa.

Concevoir

Pour éviter les risques de courant d’air, les grilles d’amenées d’air naturelles doivent comporter un système autoréglable maintenant le débit dans une plage acceptable.

Concevoir

Pour éviter les courants d’air, les grilles d’amenées d’air naturelles doivent être disposées à plus de 1,8 m de haut et de préférence au-dessus d’un corps de chauffe.

Concevoir

Le coefficient k des grilles d’amenées d’air en position fermée ne doit guère dépasser 3 W/m²K.

Concevoir

Dans les ambiances extérieures bruyantes, des grilles d’amenées d’air naturelles peuvent être équipées d’une isolation accoustique.

Concevoir

Pour assurer un balayage correct de locaux, des dispositifs de transfert (grilles ou détalonnage des portes) doivent être prévus entre les locaux nécessitant un apport d’air neuf et les locaux d’où l’air est évacué.

Concevoir

Pour éviter les risques de courant d’air, les bouches de pulsion doivent être choisies telles que :

En résumé
Grandeurs à respecter	Où ?	Combien ?
Débit	zone d’occupation	selon les besoins
Puissance acoustique	au niveau de la bouche	max : 45 dB(A)
Vitesse de l’air	zone d’occupation (à 1,8 m de haut)	max : 0,2 m/s
Vitesse de l’air	le long des murs (à 1,8 m de haut)	max : 0,4 m/s
Écart de température dans l’air ambiant	zone d’occupation	max : + 1,5°C (chauffage)
Écart de température dans l’air ambiant	zone d’occupation	max : – 1°C (en refroidissement)

Concevoir

Les entrées et les sorties d’air doivent être disposées de manière à garantir un balayage correct des locaux et l’évacuation des polluants.

Concevoir

Si les bouches de pulsion peuvent être fermées (automatiquement par détection de présence ou manuellement par les occupants), un système d’autoréglage des débits doit être prévu sur chacune des bouches.

Concevoir

Aucune perturbation ne doit être prévue aux abords des bouches (registre, coude, …) sous peine d’une production acoustique importante.

Concevoir

Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière sont en général à privilégier. Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant ne sont permis que pour des débits inférieurs à 5 000 m³/h.

Concevoir

Le ventilateur choisi doit avoir le rendement maximum au point de fonctionnement.

Exigences du cahier des charges 105 :

Puissance utile	Rendement minimum
> 7,5 kW	80 %
7,5 kW > > 3,5 kW	75 %
3,5 kW > > 2 kW	70 %

Concevoir

Le ventilateur choisi doit avoir une pression dynamique minimum au point de fonctionnement.

Exigences du cahier des charges 105 :

Type de ventilateur	% de pression dynamique max par rapport à la pression totale
centrifuge à aubes inclinées vers l’avant	20 %
centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière	10 %

Concevoir

L’entraînement direct des ventilateurs avec convertisseur de fréquence présente moins de perte que l’entraînement par courroies.

Concevoir

Dans le cas d’un entraînement par courroies, il faut choisir les poulies les plus grandes possibles ou augmenter le rendement de transmission.

Concevoir

Pour des puissances inférieures à 1 kW, les moteurs à courant continu ont de meilleurs rendements que les moteurs asynchrones.

Concevoir

Pour limiter les pertes de charge, la section du raccord entre le ventilateur et le réseau doit être comprise entre 87,5 % et 107,5 % de la section de sortie du ventilateur et l’angle du raccord ne peut dépasser 15° pour un convergent et 7° pour un divergent. La pièce de transformation doit être placée à une distance du ventilateur supérieure à deux fois le diamètre de sa roue.

Concevoir

Le réseau de distribution doit être dessiné pour en diminuer la longeur et donc pour limiter la hauteur manométrique du ventilateur : préférer les branches parallèles au réseau en série.

Concevoir

Le réseau ne peut comporter de brusques changements de section ou de direction. Des aubes directrices peuvent être disposées dans les coudes présents dans le local technique.

Concevoir

Les conduits circulaires avec joints aux raccords sont préférables aux conduits rectangulaires (meilleure étanchéité, facilité de placement, pertes de charge moindres).

Concevoir

La vitesse de l’air au niveau des batteries doit rester dans une plage allant de 2 à 4 m/s.

Concevoir

Les conduits ne doivent pas passer à travers des locaux à haut niveau sonore.

Concevoir

Des tresses de laine minérale ou un mastic à élasticité permanente doivent être placés entre les conduits et les murs ou planchers traversés pour limiter la transmission acoustique.

Concevoir

Des fixations souples (couche élastique en Néoprène, par exemple) sont requises autour du caisson de traitement et pour le conduit principal.

Concevoir

Un filtre à poches (à partir de 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air neuf est nécessaire et suffisant.

Concevoir

La perte de charge initiale des filtres ne doit pas dépasser 90 Pa pour un filtre F6 et 120 Pa pour un filtre F7.

Concevoir

Le filtre à poches choisi devra avoir le média filtrant le plus épais possible.

Concevoir

L’étanchéité du pourtour des filtres doit être soignée.

Concevoir

Les filtres doivent être faciles d’accès pour l’entretien.

Concevoir

Un manomètre différentiel doit mesurer en permanence la perte de charge des filtres et fournir une alarme si celle-ci dépasse la pression recommandée par le fabricant. Un affichage à proximité du filtre doit reprendre les données telles que type de filtre, pertes de charge initiale et finale, date du dernier remplacement …

Concevoir

Les prises d’air et les rejets d’air extérieurs doivent respecter une série de conditions quant à leur emplacement pour garantir la qualité de l’air neuf et éviter les gênes pour le voisinage.

Concevoir

Le préchauffage de l’air se fera de préférence au moyen d’une batterie à eau chaude et non d’une batterie électrique.

Concevoir

Un récupérateur sur l’air extrait est à conseillé d’un point de vue énergétique. De préférence (si possible) : un échangeur à plaque pour les petits débits (.. 5 000 .. m³/h), un échangeur rotatif pour les grands débits (.. 20 000 .. m³/h).

Concevoir

La régulation du récupérateur en mi-saison (surchauffe) et en hiver (givre) doit se faire de façon modulante pour maximaliser les temps de récupération.

Concevoir

Systèmes de commande

Exigence	Pour en savoir plus
Dans les bâtiments à horaire de travail fixe, la ventilation doit être coupée par une horloge en période d’inoccupation (maintien d’un débit minimum dans les sanitaires).	Concevoir
Dans les salles de réunion ou de conférence à taux d’occupation variable et ventilation double flux indépendante, une sonde CO₂ peut gérer la vitesse du ventilateur en fonction de l’occupation.	Concevoir
Dans des bâtiments avec des locaux à occupation variable, la ventilation peut être liée à un détecteur de présence dans chaque local.	Concevoir

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionner un réseau de ventilation

Le dimensionnement d’un réseau de ventilation consiste à calculer le diamètre de chaque conduit et d’en déduire la hauteur manométrique à fournir par le ventilateur.

Exemple de base

Les différentes méthodes de dimensionnement seront appliquées ci-après à l’exemple de réseau de distribution suivant :

Le débit à fournir par le ventilateur est de 12 600 m³/h. Il se répartit en 5 bouches de pulsion :

Bouche	Débit pulsé
Bouche a	3 600 [m³/h]
Bouche b	1 800 [m³/h]
Bouche c	1 800 [m³/h]
Bouche d	3 600 [m³/h]
Bouche e	1 800 [m³/h]

Pour pulser le débit souhaité, les bouches doivent être alimentées sous une pression de 50 Pa.

Méthode des pertes de charge constantes par branche

Cette méthode consiste à fixer la perte de charge linéaire dans la branche du réseau la plus résistante (a priori, la plus longue), par exemple à une valeur de 1 Pa/m (valeur courante de compromis entre les problèmes acoustiques liés à une vitesse trop élevée de l’air et l’investissement lié à la taille des conduits). Ensuite, en partant de la bouche la plus défavorisée, on égalise la perte de charge de chacune des branches parallèles, ce qui permet d’en déterminer le diamètre. On obtient ainsi en final un réseau directement équilibré.

Suivant des tables reprises dans la littérature, les accidents de parcours (coudes, changements de section, tés, bifurcations, …) sont assimilés à une longueur de conduite équivalente, c’est-à-dire ayant la même perte de charge.

En reprenant l’exemple de base :

Tronçon E-a

On fixe dans ce tronçon la perte de charge linéaire à 1 Pa/m. Connaissant la longueur des conduits et la longueur équivalente des accidents, on déduit immédiatement la perte de charge du tronçon. Ensuite, connaissant la perte de charge linéaire et le débit véhiculé par un tronçon, on peut immédiatement calculer sa section en fonction du débit, en se référant aux abaques couramment rencontrés dans la littérature (fonction de la forme du conduit et de sa composition).

L’exemple est ici donné pour des conduits circulaires. Il est semblable pour des conduites rectangulaires.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
E-F	12 600	3,5	1	1	1	1	–	–
F-G	12 600	3,5	2	1	2	3	710	8,85
G	12 600	3,5	7	1	7	10	710	8,85
G-H	12 600	3,5	3	1	3	13	710	8,85
H	12 600	3,5	7	1	7	20	710	8,85
H-I	12 600	3,5	4	1	4	24	710	8,85
I	12 600	3,5	7	1	7	31	710	8,85
I-J	5 400	1,5	8	1	8	39	506	7,47
J	5 400	1,5	5	1	5	44	506	7,47
J-K	5 400	1,5	1	1	1	45	506	7,47
K	5 400	1,5	5	1	5	50	506	7,47
K-L	3 600	1	9	1	9	59	430	6,89
L	3 600	1	4	1	4	63	430	6,89
L-a	3 600	1	2	1	2	65	430	6,89
a	3 600	1	–	–	(50)	115	–	–

Tronçon K-b

En E, la pression est de 115 Pa. En K, elle est de 115 – 45 = 70 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon K-b doit être identique à la perte de charge du tronçon K-a, à savoir 70 – 50 = 20 Pa

La longueur du tronçon K-b est de 9 m, à laquelle vient s’ajouter la longueur équivalente du coude (6 m), ce qui donne une longueur de 15 m pour une perte de charge de 20 Pa, soit une perte de charge linéaire de 1,33 Pa

On en déduit comme pour le tronçon précédent le diamètre des conduits en fonction du débit véhiculé.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
K-M	1 800	0,5	7	1,33	9	9	308	6,73
M	1 800	0,5	6	1,33	8	17	308	6,73
M-b	1 800	0,5	2	1,33	3	20	308	6,73
b	1 800	0,5	–	–	(50)	70	–	–

Tronçon I-c

En I, la pression est de 115 – 31 = 84 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon I-c doit être identique à la perte de charge du tronçon K-a, à savoir 84 – 50 = 34 Pa.

Le tronçon I-c comporte 13 m de section droite et 25 m de longueur équivalente due aux coudes et changement de section, ce qui donne une longueur de 38 m pour une perte de charge de 34 Pa, soit une perte de charge linéaire de 0,97 Pa On en déduit comme pour les tronçons précédents le diamètre des conduits en fonction du débit.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
I-N	7 200	2	2	0,97	2	2	571	7,82
N	7 200	2	6	0,97	6	8	571	7,82
N-O	7 200	2	1	0,97	1	9	571	7,82
O	7 200	2	6	0,97	6	15	571	7,82
O-P	7 200	2	3	0,97	3	17	571	7,82
P	7 200	2	4	0,97	4	21	571	7,82
P-Q	3 600	1	3	0,97	3	24	433	6,81
Q	1 800	0,5	3	0,97	3	27	328	5,93
Q-R	1 800	0,5	3	0,97	3	30	328	5,93
R	1 800	0,5	3	0,97	3	33	328	5,93
R-c	1 800	0,5	1	0,97	1	34	328	5,93
c	1 800	0,5	–	–	(50)	84	–	–

Tronçon P-e

En P, la pression est de 84 – 22 = 62 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon PE doit être identique à la perte de charge du tronçon P-c, à savoir 62 – 50 = 12 Pa.

Le tronçon PE comporte 6 m de section droite et 4 m de longueur équivalente due au coude, ce qui donne une longueur de 10 m pour une perte de charge de 12 Pa. La perte de charge linéaire est donc de 1,26 Pa.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
P-S	3 600	1	5	1,26	6	6	410	7,56
S	3 600	1	4	1,26	5	11	410	7,56
S-e	3 600	1	1	1,26	1	13	410	7,56
e	3 600	1	–	–	50	63	–	–

Tronçon Q-d

En Q, la perte de charge du tronçon Q-d doit être identique à la perte de charge du tronçon Q-c, à savoir 10 PA Le tronçon PE comporte 1 m de section droite et 3 m de longueur équivalente due au piquage, ce qui donne une longueur de 4 m pour une perte de charge de 10 Pa, soit une perte de charge linéaire de 2,43 Pa.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
Q	1 800	0,5	3	2,43	7	7	273	8,55
Q-d	1 800	0,5	1	2,43	2	10	273	8,55
d	1 800	0,5	–	–	50	60	–	–

Tronçon A-E

La pression nécessaire au niveau de la prise d’air extérieure est de 40 Pa La perte de charge du filtre est de 45 Pa (modification de section comprise). On se fixe dans ce premier tronçon une perte de charge de 0,5 Pa/m.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
A	12 600	3,5	–	–	(40)	40	–	–
A-B	12 600	3,5	4	0,5	2	42	815	6,70
B	12 600	3,5	8	0,5	4	46	815	6,70
B-C	12 600	3,5	2	0,5	1	47	815	6,70
C-D	12 600	3,5	–	–	(45)	92	–	–
D-E	12 600	3,5	–	–	(0,5)	92,5	–	–

Dimensionnement du ventilateur

Le ventilateur doit donc fournir un débit de 12 600 m³/h, avec une pression de 115 + 92,5 = 207,5 Pa

Méthode de la vitesse constante dans la branche la plus résistante

Plutôt que de se fixer une perte de charge linéaire constante dans le tronçon le plus défavorisé (E-a), on peut y fixer une vitesse (exemple : 6,5 m/s).

Puisque l’on connaît la vitesse dans ce tronçon, on peut calculer automatiquement les sections et les diamètres des conduits en fonction du débit véhiculé puisque :

Section = Débit / Vitesse

La perte de charge de chaque section est alors déterminée par des abaques en fonction du type de conduit choisi.

Une fois que l’on a déterminé les sections du premier tronçon, les sections et les pertes de charge de chaque tronçon sont calculées comme dans la méthode précédente.

Méthode des pertes de charge linéaires ou des vitesses dans toutes les branches

Pour simplifier le calcul, on peut également fixer soit la perte de charge linéaire, soit la vitesse dans l’entièreté du réseau de distribution. Les bouches sont alors choisies en fonction de la pression disponible en amont. Si cette pression est trop importante, il faudra diminuer la section du conduit du tronçon ou installer un registre de réglage. Cette méthode est plus simple mais demande quand même le calcul des pressions disponibles à chaque bouche. Leur choix et leur ajustement sont en outre plus complexes.

Outils informatiques

La complexité des réseaux peut rendre fastidieux le calcul d’un réseau complet, surtout si on veut multiplier les essais de manière à optimaliser la solution, en terme d’investissement, de consommation énergétique, de bruit, ….

Heureusement, il existe sur le marché des programmes informatiques qui intègrent les différentes méthodes de calcul et qui fournissent également comme résultats, les surfaces de réseau, son poids, les déperditions en fonction de la température du fluide transporté, des vitesses d’air et des matériaux.

Projet OPTIVENT

Pour les installations résidentielles, le CSTC a développé récemment lors du projet OPTIVENT un outil de calcul informatique gratuit permettent de concevoir, dimensionner et équilibrer un réseau de ventilation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Recommandations générales [bureautique]

Diminuer la consommation de fonctionnement

La première étape est de choisir des équipements qui, à fonctions semblables, consomment le moins possible dans les différents modes de fonctionnement des équipements.

à savoir les modes :

« Marche » où l’équipement produit réellement une tâche (impression d’un document, réception d’un fax, lancement d’un programme de calcul, …) et consomme de l’énergie mais pendant un temps relativement court par rapport aux autres modes de fonctionnement.

« Prêt » des fax, des imprimantes, des scanner, …, où l’équipement consomme beaucoup d’énergie pendant un long laps de temps sans produire de travail bien précis (élément chauffant maintenu à température par exemple).

« Attente » où l’équipement consomme moins d’énergie qu’en mode « prêt ». Cette fonction est en générale propre aux équipements labellisés.

« Arrêt » où certains équipements ont toujours leur alimentation sous tension et, par conséquent, consomme aussi de l’énergie (perte à vide des transformateurs par exemple).

Afin d’éviter des dérives importantes de consommation électrique de la part des constructeurs, différents garde-fous ont été mis en place comme les labels de qualité. En faisant labelliser ses équipements (label Energy Star, par exemple), le constructeur garantit une consommation de fonctionnement optimisée selon des critères bien précis exigés par les organismes de labellisation.

On comparera donc les caractéristiques techniques des différents appareils présents sur le marché dans les différents modes de fonctionnement sachant que sur 24 heures :

Le mode « marche » est relativement peu actif pour la plupart des équipements (sauf pour les serveurs, les photocopieuses en réseau, …).
Les équipements sont souvent en mode « prêt » (ready) ou « attente » (standby) la journée.
La nuit, les équipements ne sont pas débranchés (la fiche électrique des appareils reste connectée à la prise d’alimentation).

Indépendamment de toutes ces considérations, il vient tout de suite à l’esprit que la première mesure est, en fin de journée, de carrément débrancher les alimentations électriques des prises de courant après avoir éteint proprement les équipements (shutdown correct) soit en enlevant la fiche de la prise de courant, soit par l’intermédiaire des interrupteurs des blocs multiprises, … En effet, les appareils consomment de l’énergie même lorsqu’ils éteints mais branchés.

Favoriser la mise en veille

Le comportement des utilisateurs vis-à-vis des équipements de bureautique est justifié par la facilité de travail, donc la productivité.

Pour pallier ce fait, ce sont les équipements eux-mêmes qui doivent gérer leur propre fonctionnement. Pour être efficace et non contraignante pour les utilisateurs, cette gestion doit comporter trois étapes principales :

En cas de non utilisation prolongée, les équipements doivent automatiquement se mettre dans un mode attente ou veille (standby) caractérisé par une consommation de maintien minimum.
Lorsque les appareils sont à nouveau utilisés, leur retour en mode de fonctionnement opérationnel doit s’effectuer en un temps très réduit (de quelques secondes) et ce, sans commande volontaire de la part de l’utilisateur.
En dehors des heures d’occupation normales des locaux (ex : nuit, W-E), les équipements doivent être complètement à l’arrêt.

Ce genre d’auto gestion est configuré par défaut sur les appareils labellisés (Energy Star par exemple).

La minute à forte plus-value

En moyenne un poste de travail constitué d’une UC, d’un écran (14 ou 15) consomme 250 kWh/an (459 kVAh/an), ce qui représente un coût de l’ordre de 28,75 €/an. Dans l’environnement Windows 95, 2000, XP, …, pour les ordinateurs, il faut environ 1 minute pour configurer son poste de travail en mode économiseur d’énergie en cas de non-utilisation réelle. Grâce à ce geste il est possible d’économiser 13,8 €/an (c’est un minimum). À ce niveau l’heure de configuration en mode veille rapporte 828 € !

Attention ! il ne faut pas confondre l’économiseur d’énergie avec l’économiseur d’écran !

Éviter les pollutions harmoniques dues aux équipements

Les perturbations harmoniques sont causées par l’introduction sur le réseau de charges non linéaires comme les équipements intégrant de l’électronique de puissance. Plus généralement, tous les équipements incorporant des redresseurs et de l’électroniques de découpage déforment les courants et créent des variations de tension sur le réseau basse tension et dans certaines conditions sur le réseau haute tension (les distributeurs n’aiment pas du tout cela : déclenchement intempestif des équipements, échauffement, …).

Plus la quantité d’équipements à risques de pollution harmoniques sont nombreux plus le risque d’incidents sur le réseau augmente.

Les conséquences peuvent être immédiates sur certains appareils : problèmes de synchronisation, de commutation, disjonctions intempestives. De plus, on augmente le risque de diminuer la durée de vie de certains équipements.

Étant donné l’aspect dynamique du réseau électrique (c’est-à-dire que son impédance évolue en permanence), il n’est pas conseillé d’opter vers des solutions de type filtre passif c’est-à-dire « batteries de condensateurs« . Les orientations techniques les plus souhaitables sont la mise en place sur le réseau perturbé de filtres actifs encore appelés Correcteurs de Facteur de Puissance.
Dans tous les cas, il est vivement conseillé de procéder à une étude approfondie du niveau de pollution harmonique sur son réseau électrique afin de choisir une des solutions les plus appropriées.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le châssis

Paramètres du bâtiment influençant le choix des châssis

Tâchons de mettre en évidences les principaux critères de choix des châssis à partir des sollicitations auxquelles ils seront soumis.

Ces sollicitations sont fonctions de plusieurs paramètres du bâtiment dont les principaux sont les suivants :

Son implantation

On veillera à prendre des précautions acoustiques suffisantes et adéquates (différentes selon que l’on se trouve en milieu rural ou urbain)

Son orientation

En Belgique, les pluies les plus intenses se manifestent généralement par un vent de sud-ouest. Une bonne étanchéité à l’eau et à l’air y est indispensable ainsi qu’une protection contre le ruissellement d’eau des châssis situés dans le plan de la façade.
En cas d’orientations ensoleillées, on évitera les châssis sensibles aux rayonnements. On préférera les teintes claires de châssis aux teintes foncées.
Des éléments de protections solaires peuvent être prévus ( dépassants de toiture, balcons,…).

La hauteur du châssis par rapport au sol

Celle-ci aura une influence sur :

Les degrés d’exposition aux vents et aux pluies, et donc au soin à apporter à l’étanchéité à l’eau et à l’air du châssis.
Le niveau de sécurité à prévoir. En effet des précautions sont à prendre pour des châssis situés aux rez-de-chaussée ou pour les châssis facilement accessibles. (escaliers de secours extérieurs…)
L’accessibilité des châssis pour l’entretien des châssis et des vitrages.

La présence d’éléments de protection

Tels un dépassement de toiture, un balcon, …, permettent d’atténuer les sollicitations du vent, de l’eau et du soleil. Cela permet plus de liberté dans le choix du type de châssis.

La présence de châssis en toiture

Dans une toiture, les châssis sont sollicités principalement par l’action combinée de la neige, du vent, de l’eau et de leur poids propre. Une attention particulière sera portée à la double barriére d’étanchéité, et à la résistance mécanique du châssis.

De plus, on veillera à garantir l’accessibilité du châssis pour l’entretien par un type d’ouvrant adéquat. Cela n’étant pas toujours réalisable facilement, on préférera des châssis nécessitant peu d’entretien.

Les caractéristiques thermiques désirées

Pour le choix des châssis, il faudra être attentif à 2 caractéristiques thermiques des châssis

Le niveau d’isolation thermique

Les paramètres intervenants dans le degré d’isolation thermique des châssis sont :

Le coefficient de transmission thermique du matériau constituant le châssis

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

La réglementation thermique impose des valeurs de coefficients de transmission thermique maximaux.

On peut cependant recommander d’aller plus loin comme le font certains labels volontaires.

Si le caractère isolant du châssis (considéré seul) a son importance dans le cadre de l’utilisation rationnelle de l’énergie, généralement la surface du châssis est réduite par rapport à la surface du vitrage. Aussi, l’influence de la valeur du U_f sur la valeur U de l’ensemble de la fenêtre est également réduite. Le châssis intervient donc peu dans l’isolation globale d’un immeuble, sauf si celui-ci comporte beaucoup de fenêtres.

Évaluer

Pour évaluer le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre en fonction du coefficient de transmission thermique des châssis et des vitrages, cliquez ici !

En comparant les différents matériaux possible pour les châssis et les valeurs de transmission thermique associées, On constate que :

Le bois a une valeur d’isolation supérieure à celle de l’aluminium et du PVC. De plus, il a l’avantage d’être un produit naturel biodégradable, stable thermiquement, recyclable et isolant.
Mais ses caractéristiques naturelles entraînent un risque d’imperfections (veine, trou d’insectes) et un besoin d’entretiens fréquents.
Les châssis en PVC atteignent des valeurs très basses, et attrayantes… si l’aspect de ce matériau est apprécié. De plus, le PVC est très sensible aux fluctuations thermiques à cause son coefficient de dilatation élevé. Certaines précautions sont donc à prendre lors du choix de ce matériau.
Les châssis en métal présentent une faible valeur isolante mais leur performance thermique dépendra largement de la taille de la fenêtre et du détail du profilé. Actuellement, on ne conçoit plus d’utiliser un châssis en métal sans coupure thermique. Certains châssis pourvus d’un agrément thermique donnent des valeurs inférieures (et donc meilleures) à celles reprises dans les normes.
Les châssis composites font de plus en plus leur apparition sur le marché. Composé de plusieurs matériaux différents, ils permettent de combinés les avantages propres à chacun (meilleure isolation thermique intérieure, capot en aluminium pour l’estétisme extérieur, finition intérieure en bois,…).

Le type d’ouvrant

Le châssis fixe est évidemment optimal thermiquement parlant car il permet une réduction maximale des fuites et des courants d’air. Cependant pour des raisons de ventilation, de confort et d’entretien, un châssis ouvrant est souvent nécessaire.

D’un point de vue thermique, la présence d’un ouvrant modifiera :

La valeur du U_w car selon le type d’ouvrant les proportions de vitrage et de châssis varient. En pratique le calcul du U_w est basé sur une moyenne acceptable.
L‘étanchéité à l’air, influençant directement les performances thermiques de l’enveloppe du bâtiment.

De plus, il est évident que le choix d’un châssis très isolant dont le raccord à la maçonnerie n’est pas étanche à l’air ou muni d’une grille de ventilation défectueuse, n’a pas de sens au niveau énergétique.
Dès lors, on veillera :

Dès la conception du châssis, à définir le type de grille de ventilation et sa position au sein du châssis. On veillera à choisir un dispositif compatible avec le niveau d’isolation thermique, acoustique du reste de la fenêtre.
A soigner le raccord du châssis à la maçonnerie, de façon à assurer une continuité du degré d’isolation au sein de la façade.

La stabilité thermique des châssis

Certains matériaux tels le PVC et l’aluminium, ont un coefficient de dilatation élevé, entraînant une plus grande sensibilité aux fluctuations de température. Dès lors, des désordres importants et non prévus lors de la conception des châssis, peuvent apparaître dans les châssis de grandes dimensions.

Pour avoir une idée…. un profilé en PVC de 3 m de longueur soumis à un écart de température de 50° subit une déformation potentielle comprise entre 9 et 13,5 mm.

En cas d’orientations ensoleillées, on préférera donc le bois ou le polyuréthane moins sensible aux fluctuations de température.

En cas d’utilisation de châssis en PVC, il faut savoir que,

Dès la conception de la fenêtre et de son installation, il faudra prévoir un jeu périphérique suffisant et utiliser des joints d’étanchéité et des fixations adéquates.
Des renforcements en acier galvanisé sont conseillés (… ce qui va malheureusement accroître la conductivité thermique de globale de cette menuiserie).
Les couleurs de ce type de châssis sont restreintes aux tons pâles, les couleurs foncées trop exposées se déformeraient excessivement.

Les châssis en polyuréthane sont très stables thermiquement mais des contraintes internes importantes nécessitent cependant un soin tout particulier à la réalisation des angles.

Idéalement, pour tous les matériaux utilisés pour la réalisation des châssis, des éléments de protections solaires sont conseillés (dépassants de toiture, balcons,…) car aucun d’eux n’est parfaitement stable face aux fluctuations de température.

L’étanchéité à l’eau et à l’air recommandée

Concernant les châssis, les STS définissent des niveaux de performance d’étanchéité à l’eau (PE2, PE3, PE4, PEE ) et à l’air ( PA2, PA2B, PA3 ) recommandés en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.

Voici un tableau (selon les STS 52) reprenant les valeurs de perméabilité à l’air et d’étanchéité à l’eau recommandées, en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol :

Hauteur par rapport au sol

Perméabilité à l’air

Étanchéité à l’eau

0 à 10 m

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

PA2B (1) (3)

PA2B (3)

PA3

PE2 (2)

PE3

PE4

PEE

(1) Si il n’y a pas d’exigence particulière du point de vue thermique et/ou acoustique, on se contentera d’un niveau PA2.

(2) Si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prendra un châssis de résistance PE3, et on le signalera dans le cahier spécial des charges.

(3) Si on est en présence de locaux avec air conditionné, un niveau PA3 s’avérera nécessaire.

Selon les STS 52 [5] le cahier spécial des charges peut, pour des raisons d’uniformisation ou d’aspect, prescrire le même niveau de performance pour tous les châssis du bâtiment en se basant sur les éléments de construction les plus exposés.

L’effet esthétique recherché

Les châssis des fenêtres contribuent très fortement à l’expression architecturale des façades. Ils se différencient au niveau :

De l’aspect et des couleurs

Le châssis en bois

L’aspect est naturel et chaleureux. De nombreuses variétés de bois peuvent être utilisées offrant une gamme de couleurs très variées.

Techniques

Pour connaître les couleurs des différents types de bois, cliquez-ici !

Le bois requiert cependant beaucoup d’entretien et les produits de préservation sont parfois appliqués au détriment de l’aspect physique. (Vernis, enduits peuvent modifier les couleurs et l’aspect du bois..).

Le bois offre comme avantage incontestable que les éléments de menuiserie sont faciles à réparer et les rayures peuvent être enlevées par simple ponçage.

Le châssis en PVC

C’est le matériau le plus économique … mais l’aspect artificiel et synthétique est inévitable malgré des modèles possibles en « imitation texture ou teinte bois ».

De nombreux tons sont disponibles mais la gamme est restreinte aux tons pâles en raison de la grande sensibilité du PVC aux fluctuations de température.

Un inconvénient esthétique réside aussi dans le risque de jaunissement de certains châssis au soleil.

De plus, la couleur peut difficilement être modifiée ou retouchée en cas de rayure. En effet, le fait de peindre ces châssis peut modifier leur absorption d’énergie sous le soleil et augmenter les risques de déformation du châssis.

Le châssis en aluminium

L’ aspect peut être soit métallique soit laqué. Il existe une grande diversité de couleurs possibles par laquage. Le matériau est moins sujet aux rayures, qui sont par contre difficiles à enlever.

Le châssis en polyuréthane

Le polyuréthane est très sensible aux rayonnements UV. Il faut le protéger avec une peinture performante qui lui donne un aspect laqué.

Le châssis en acier

Les possibilités de laquage offrent un grand choix de couleurs.

Le châssis composites

Ceux-ci permettent le cumul des avantages de plusieurs matériaux associés (pouvoir isolant, esthétisme des finitions,…).

Formes et dimensions possibles

Le bois et le polyuréthane permettent les formes les plus variées contrairement au PVC et à l’aluminium qui se prêtent moins facilement aux formes courbes et particulières.

Le matériau utilisé pour le châssis détermine également son encombrement. Les profilés en PVC sont plus larges que les profilés en bois, métalliques ou PUR ce qui « alourdi » l’élancement du châssis et influence le rendement lumineux, surtout des petits châssis.

Les châssis en aluminium peuvent présenter un profil fin et plat, des arêtes vives et permettent de réaliser des constructions élevées de par leur grande solidité. Ce type de châssis est souvent associé aux constructions modernes…

Contrainte d’encombrement liée au type d’ouvrant

La largeur des montants du châssis varie d’un type d’ouvrant à l’autre.

Le châssis fixe sera sans conteste le plus mince mais il empêche le plaisir du contact direct avec l’air extérieur…

L’encombrement vers l’intérieur est le plus grand pour les ouvrants à la française et les oscillo-battants.

Par souci d’uniformisation, on peut imposer la largeur maximale à l’ensemble des profilés de châssis de la façade.

Les facilités d’entretien

En fonction du type de matériau

Le bois présente le plus d’inconvénients à ce sujet. En effet, il doit subir un traitement de conservation comprenant une protection et une finition.
Malgré ce traitement, le bois sera toujours sensible aux effets de l’humidité entraînant des risques de pourrissement et de travail excessif du bois. Les menuiseries en bois devront donc, de plus, être entretenues régulièrement par des lasures ou des peintures.

Techniques

Pour en savoir plus sur les traitements et entretiens des menuiseries en bois, cliquez-ici !

Les autres matériaux ( aluminium, acier, PVC, polyuréthane) nécessitent comme entretien un simple nettoyage au moins annuel. À défaut, la saleté peut s’incruster au point d’empêcher toute rénovation d’aspect.

Le polyuréthane présente comme avantage d’être antistatique et donc de ne pas attirer la poussière.

En fonction du type d’ouvrant

Pour l’entretien, il faut assurer l’accessibilité aux châssis par l’intérieur et par l’extérieur.

Dans le cas d’un châssis fixe, un accès externe doit être possible si le châssis si ne se situe pas au rez-de-chaussée (coursives de services, possibilité de fixer un chariot de nettoyage,…)

En fonction du type d’ouvrant certains châssis sont plus faciles à entretenir que d’autres :

Pivot à axe vertical

Pivot à axe horizontal

Coulissante

à la française

à l’anglaise

pivotant simple

pivotant à axe horizontal

bon

difficile

bon

car s’ouvre à 180°

bon

car s’ouvre à 180°

difficile

bon

si s’ouvre à 180°

difficile

Evaluant les facilités d’entretien selon le type d’ouvrant.

De plus, lorsqu’on dispose d’un châssis ouvrant, il faudra précéder régulièrement au réglage des quincailleries pour assurer une compression suffisante du préformé d’étanchéité.

Le degré de sécurité souhaité

Lors du choix des châssis, on accroît la protection anti-effraction en prévoyant des types d’ouvrants adaptés aux sollicitations, sachant que :

Les châssis fixes sont évidemment les plus sûrs en matière d’effraction. Ils ne nécessitent aucune mesure particulière.
Les châssis ouvrants offrent des résistances à l’effraction différentes selon le type d’ouvrant.

Pivot à axe vertical			Pivot à axe horizontal				Coulissante
à la française	à l’anglaise	pivotant simple	pivotant à axe horizontal	à visière	oscillo-battant	basculante	coulissante	guillotine
bonne	mauvaise	mauvaise	mauvaise	mauvaise	bonne	bonne	bonne	mauvaise

Des profilés de résistance et de rigidité adaptées aux sollicitations, les châssis en acier et aluminium offrent une excellente résistance à l’effraction de par leur solidité.
Une fixation au gros œuvre et des parcloses adaptées.
Une quincaillerie ralentissant l’effraction. Selon le type de châssis, les dispositifs anti-effraction peuvent être plus ou moins conséquents (poignée verrouillable, protection anti-forage, verrou..). Ce qui a une influence non négligeable sur le prix du châssis.

Remarque : si une grille de ventilation doit être intégrée au châssis, on veillera à ce que son dispositif de sécurité soit d’un degré équivalent au degré de sécurité recherché pour le châssis.

Résistance mécanique et longévité en cas d’usage intensif

Les châssis ne constituent pas un élément porteur de la façade, mais doivent cependant offrir une résistance mécanique suffisante vis-à-vis des contraintes extérieures, telles les pressions causées par le vent, et des déformations des profilés sous leur poids propre.

La résistance mécanique vis-à-vis des contraintes extérieures

Les valeurs de références

Les châssis de tous types sont capables de reprendre des contraintes importantes à condition d’être étudiés pour cela.

Les STS définissent des niveaux de résistance mécanique à atteindre par les châssis en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.

Ces niveaux doivent être établis au cours de tests réglementés de résistance, réalisés sur un échantillonnage des châssis commandés. S’il s’agit de châssis standards agréés, ces niveaux de performance sont indiqués dans les agréments techniques.

On s’assurera de choisir un châssis atteignant la performance demandée.

Hauteur par rapport au sol

Résistance mécanique

0 à 10 m

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

PV1 (1)

PV1B

PV2

PV3

(1) si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prendra un châssis de résistance PV2, et on le signalera dans le cahier spécial des charges.

Résistances mécaniques propres au matériau

Les châssis en aluminium et en acier sont les plus solides, ce qui limite les risques d’apparition de flèche. Ils permettent dès lors de réaliser les profilés les plus élancés. Les châssis en acier offrent aussi une très bonne résistance au feu.
Cependant, ils sont également les plus lourds et sont donc déconseillés en toiture inclinée où le poids propre du châssis est à prendre en compte.

La résistance mécanique du PVC est située entre celle du bois et celle de l’aluminium. Cependant, lorsque les châssis de ce type de châssis sont amenés à fermer de grandes baies, il convient de les rigidifier. Les châssis en PVC de certaines marques peuvent être renforcés par des profils métalliques. D’autres prévoient des renforcements uniquement pour certaines pièces en fonction des sollicitations auxquelles elles sont soumises. La raideur du PVC utilisé (de type A ou B) a une influence sur la nécessité de prévoir des renforcements

L’agrément technique

L’avantage indéniable qu’ont les matériaux synthétiques et métalliques (alu, acier, PVC, polyuréthane) sur le bois est d’être produits en usine, le client peut ainsi obtenir certaines garanties de fabrication établies par un agrément technique, tel l’agrément UBATC, accompagnant le produit. Celui-ci certifiera la qualité des matériaux utilisés et les performances techniques propres au profilé du châssis.
A notre connaissance, dans le cas de châssis en bois, les menuisiers ne disposent pas d’un agrément technique. Le bois fourni peut différer du bois commandé tant il existe d’espèces de bois. De plus, aucune garantie n’existe quant à la qualité du traitement qu’aura subi le bois en atelier. Le choix d’un menuisier compétent et fiable est donc primordial.

Concevoir sans agrément technique

Si le maître d’ouvrage souhaite faire poser des châssis ne disposant pas d’un agrément technique, il a intérêt à confier leur fabrication à une firme connue possédant de bonnes références. Il faut en effet savoir que tant les bois que les matériaux synthétiques peuvent être de qualité très différentes.
Le cahier spécial des charges devra être clair quant aux qualités des matériaux et des performances exigées.

Pour le contrôle des performances, il est prudent de prescrire la réalisation d’un essai de laboratoire agréé (coût 5 000 à 7 000 €), surtout si la menuiserie présente un caractère inhabituel (système d’ouverture spécial, grandes dimensions).

Longévité des châssis

La durée de vie des châssis en bois dépend fortement du soin porté à son entretien. Les produits de traitement du bois sont de plus en plus performants, ce qui en assure la longévité.

L’aluminium ne s’altère pas de façon significative, il ne sera pas sujet à la corrosion ni à des dégradations chimiques.

Les châssis en matière synthétique tels le PVC ou le polyuréthane, semblent bien résister avec le temps mais ne sont utilisés que depuis 35 ans, on ignore encore comment ils vieillissent.
Les châssis en PVC, surtout ceux de couleur foncée, sont sensibles aux ultraviolets. Des déformations du châssis dû au phénomène de dilatation thermique peuvent être la cause de fatigue et de fissuration au sein du châssis. Les châssis en PVC ne se corrodent pas.

Le coût

Pour avoir une rapide idée, voici une fourchette de prix en fonction des matériaux choisis par m² de baie.

Il est évident que d’autres facteurs interviennent dans le prix d’un châssis : sa forme, le type d’ouvrant et de quincaillerie, la pose d’un éventuel dispositif de sécurité, l’accessibilité du chantier, …

Châssis en bois – type de bois
Dark Red Meranti	150	190	€/m² de baie
Merbau	170	230	€/m² de baie
Afzélia	200	300	€/m² de baie
Il faut y rajouter les traitements du bois :
Couche d’imprégnation + 2 couches	12	14	€/m² de baie
Couche supplémentaire	4	5	€/m² de baie
Châssis en PVC
PVC	170	220	€/m² de baie
PVC renforcé	185	240	€/m² de baie
Châssis en polyuréthane (PUR laqué)	250	320	€/m² de baie
Châssis en aluminium laqué avec coupure thermique	245	315	€/m² de baie

Pour tous les types de châssis, on ajoutera :

Le coût des joints périphériques entre le châssis et les parois

3.5

€/m² de baie

Les fourchettes de prix mentionnées sont données à titre indicatif. Les prix prévoient la fourniture et la mise en œuvre hors TVA. Ils concernent les ouvrages courants.

Découvrez ces exemples de rénovation de châssis : l’Institut Saint-Joseph à Templeuve et le Passage 45 à Charleroi.

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir une cuisine collective

Dans une cuisine, on élabore de la nourriture. Il s’agit donc de produits qui doivent pouvoir être consommés sans danger; les règles d’hygiène sont inséparables de la fabrication des repas.

Le tracé du plan d’une cuisine collective doit respecter trois règles de base pour satisfaire à des conditions hygiéniques :

Déterminer des secteurs par fonction

En cuisine, certaines activités sont salissantes et d’autres sont soumises à une propreté rigoureuse : il est donc indispensable de prévoir autant d’aires distinctes de travail, qu’il y a de tâches différentes à exécuter. Ces zones de travail doivent être disposées dans un ordre logique et reliées entre elles par des circuits séparés.

On distingue 8 fonctions principales :

réception des marchandises,
stockage de ces marchandises,
préparation des aliments,
cuisson,
conservation des aliments préparés,
distribution,
élimination des déchets,
lavage de la batterie de cuisine et de la vaisselle sale.

Plan d’une cuisine collective : exemple.

Réaliser des circuits courts

Chaque agent doit effectuer le minimum de déplacements entre les zones de travail et à l’intérieur de ces zones.
Les communications entre les différents secteurs doivent permettre une circulation aisée et rapide.

Tous les appareils, les plans de travail, les outils d’exécution doivent être à portée de main.

Respecter le principe de la marche en avant

Les zones de travail doivent communiquer entre elles en respectant le principe de la marche en avant.

Ce principe concerne le cheminement des produits depuis la zone de réception jusqu’à l’assiette du consommateur. A aucun moment, un produit contaminant ne doit couper un circuit propre.

Cette règle concerne tous les circuits : denrées, déchets, vaisselle propre et sale.

Schéma principe de la marche en avant.

Il importe par exemple que :

Les déchets de triage des légumes, de parage des viandes, et les sacs à poubelles ne traversent pas le secteur des préparations froides.

Les emballages vides, les déchets de viande ou de légumes soient amenés au local à poubelles, sans pénétrer dans le secteur de préparation en cuisine.

En bout de chaîne, pour rejoindre le même local à poubelles, les déchets de salles à manger et de plonge soient acheminés en aval du secteur cuisine sans recouper le secteur distribution.

La même précaution soit prise pour le déplacement de la vaisselle propre, qui doit être enlevée du secteur vaisselle par une porte différente de celle par où est introduite la vaisselle sale.

De ceci, découlent trois idées directrices :

Élimination des déchets en amont des secteurs de préparation culinaire, en aval du secteur distribution.

Convergence des déchets vers un seul local de récupération.

Un circuit d’évacuation des déchets ne doit jamais venir croiser un circuit de préparation des aliments.

Pour aboutir au résultat obtenu, il faut considérer tous les éléments de l’ensemble sans exception, y compris les couloirs, dégagements, ascenseurs.

Cette règle facile à énoncer est plus difficile à respecter dans la pratique. Elle est absolument essentielle au plan de l’hygiène.

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir le raccord entre le bas du versant isolé et le mur

Isolation entre chevrons – cas d’une gouttière pendante

Sablière.
Pare-vapeur.
Isolant.
Sous-toiture rigide.
Contre-latte.
Lattes.
Couverture.
Planche de rive.
Chevron.
Voliges.
Gouttière.
Finition intérieure.
Latte de pied.
Peigne.
Bande de raccord de la gouttière.
Tuile de pied à bord recourbé.
Crochet.

Continuité de la fonction de la couverture (étanchéité à la pluie)

La couverture a pour objectif d’arrêter l’eau et de l’évacuer vers la gouttière.

Comment placer la gouttière pendante pour éviter les risques d’infiltrations ?

> Des voliges sont fixées entre ou sur les chevrons ou fermettes avec découpes éventuelles de ces derniers. Celles-ci vont servir de support à la gouttière.
Des planches de rive viennent fermer l’espace sous la toiture.

> La gouttière proprement dite prolongée par une bande de raccord est agrafée sur les voliges prévues à cet effet. L’extrémité de la bande de raccord doit se trouver au moins 80 mm plus haut que le côté extérieur de la gouttière.

Remarque : la bande de raccord de gouttière peut être indépendante de la gouttière pour autant qu’il n’existe pas de risque de remontée d’eau.

> Dans le cas de tuiles, la position et l’épaisseur de la première latte en pied de toiture est déterminée en fonction de la position des tuiles de pied :

le débordement de ces tuiles par rapport à la gouttière doit être d’environ 1/3 de la largeur de la gouttière;

la pente de ces tuiles doit être la même que celle des autres tuiles.

Attention, la bande de raccord de la gouttière et la sous-toiture ne peuvent être perforées lors du clouage de cette latte.

> Une bande métallique ou synthétique (ou peigne plastique) protège la latte de pied contre la pluie et évite la pénétration d’oiseaux ou d’insectes.

Ardoises.
Lattes.
Contre-lattes.
Sous-toiture.
Volige.
Peigne.

> Contrairement aux prescriptions, il n’est en général pas donné de pente aux gouttières pendantes, et ce pour des raisons de pratique et d’esthétique. Cette dérogation n’entraîne, en général, pas de problème en pratique.

Continuité de la fonction de la sous-toiture (évacuation des eaux infiltrées ou condensées)

> La sous-toiture doit aboutir dans la gouttière.

> Le recouvrement minimal entre la sous-toiture et la bande de raccord de la gouttière est de 60 mm en projection verticale

Continuité de l’isolation

La continuité de l’isolation exige une bonne coordination entre les corps de métier.

En effet, dans le cas d’une isolation entre chevrons, l’isolant de toiture est posé après la sous-toiture et la couverture.

Or, la jonction correcte de l’isolant entre le mur et la toiture ne peut être réalisée que par l’extérieur, et la sous-toiture déjà posée condamne l’accès à cette zone.

Aussi, une partie de l’isolant, celle située au-dessus du mur de façade et raccordée à l’isolant de la façade, doit être posée juste avant la pose de la sous-toiture.

Continuité du pare-vapeur et raccord de la finition intérieure de toiture avec celle des murs

Le pare-vapeur doit être correctement raccordé contre la face intérieure du mur de façade. La finition fixée sous le pare-vapeur est raccordée de manière étanche avec la finition intérieure du mur de façade de façon à supprimer tout risque de courant d’air à travers la toiture.

Isolation entre fermettes – cas d’un chéneau et de combles non utilisés

Panne sablière.
Volige.
Planche de rive.
Fond de chéneau.
Fermette.
Sous-toiture.
Contre-latte.
Lattes.
Couverture.
Double latte.
Bande métallique ou synthétique.
Porte à faux de la tuile de pied.
Bande de raccord de la gouttière.
Pare-vapeur.
Vide technique.
Finition intérieure.
Echelle de corniche.
Plafond de rive.
Étanchéité du chéneau.
Comble perdu.

Une échelle de corniche en bois mise à plat au-dessus du mur porteur ou de la dalle permet de réaliser le support du chéneau en porte-à-faux. Elle remplace ou supporte la sablière.

Continuité de la fonction de la couverture (étanchéité à la pluie)

La couverture a pour objectif d’arrêter l’eau et de l’évacuer vers la gouttière.

Comment placer la gouttière pour éviter les risques d’infiltrations ?

Des cales posées sur l’échelle vont servir à donner la pente au chéneau.
Des voliges sont fixées entre ou sur les chevrons ou fermettes (avec découpes de ces dernières dans le second cas). Celles-ci vont servir de support à la bande de raccordement du chéneau.
Des planches (planche de rive, plafond de rive + moulure de finition, fond de chéneau, …) viennent former la corniche assurant par la même occasion la fermeture du bâtiment au pied du versant de la toiture.

Le caisson en bois de la corniche est pourvu d’une étanchéité métallique, en plastique rigide ou en matériaux souples d’étanchéité tels que le bitume polymère armé de polyester et/ou de fibre de verre.

De plus, comme dans le cas précédent :

> L’extrémité de la bande de raccordement de la gouttière doit se trouver au moins 80 mm plus haut que le côté extérieur de la gouttière.

> La hauteur de la première pièce de support des éléments de couverture (liteaux, voliges) en pied de toiture, est adaptée de manière à leur conserver la même pente.
Attention, la bande de raccord de la gouttière et la sous-toiture ne peuvent être perforées lors du clouage de cette pièce.

> Dans le cas de tuiles, la position de la première de latte en pied de toiture est déterminée de manière à ce que la tuile de pied déborde au-dessus du chéneau.

> Une bande métallique ou synthétique (ou peigne plastique) protège la latte de pied contre la pluie et évite la pénétration d’oiseaux ou d’insectes.

Continuité de la fonction de la sous toiture (évacuation des eaux infiltrées ou condensées)

Comme dans le cas précédent :

> La sous-toiture doit aboutir dans la gouttière.

> Le recouvrement minimal entre la sous-toiture et la bande de raccord du chéneau est de 60 mm en projection verticale.

Continuité de l’isolation

L’échelle de corniche permet de réaliser une jonction continue entre l’isolation du mur et de la toiture (ici, la dalle des combles).

Continuité du pare-vapeur et raccord de la finition intérieure de toiture avec celle des murs

Toiture « Sarking » – cas d’une gouttière pendante

Au niveau du raccord, la continuité, de la fonction de la couverture, est assurée de la même manière que pour une toiture traditionnelle (isolée par l’intérieur).

Par contre la continuité des fonctions :

de la sous-toiture;
de l’isolation thermique;
et de l’étanchéité à la vapeur et à l’air,

est spécifique à la toiture « Sarking », vu que le panneau isolant assure, à lui seul, ces différentes fonctions.

Cette technique impose de tenir compte de l’épaisseur supplémentaire apportée par l’isolant.

Schéma - Toiture "Sarking" - gouttière pendante.

Panne sablière.
Chevron ou fermette.
Planche de rive.
Cale de bois.
Panneaux isolants.
Isolant entre chevrons ou fermette.
Sous-toiture éventuelle.
Contre-latte.
Lattes.
Latte plâtrière.
Couverture.
Gouttière.
Bavette indépendante.
Peigne.
Finition intérieure.

Une cale en bois est fixée sur le chevron en bas de versant, celle-ci servira à poser le premier panneau isolant.

Des planches (planches de rive, …) viennent fermer l’espace sous la toiture. La gouttière est fixée dans la planche de rive.

Continuité de la fonction de la sous-toiture

Pour assurer la continuité de la fonction de la sous-toiture des panneaux isolants en bas de versant, une bavette indépendante est engravée dans la partie supérieure du panneau sur une profondeur minimum de 30 mm. Elle est maintenue en place par un joint continu de mastic souple. La bavette est constituée d’un matériau rigide (cuivre, zinc, aluminium).

Continuité de l’isolation

Afin d’assurer la continuité de l’isolation entre celle du mur et celle de la toiture, via la panne sablière, des panneaux d’isolation complémentaires doivent être placés sur la panne sablière, entre les chevrons.

Étanchéité à l’air

Ces panneaux d’isolation complémentaire doivent également assurer l’étanchéité à l’air au niveau de bas de versant. Sinon, des dispositions spéciales sont à prévoir.

Toiture « Sarking » – cas d’un chéneau

Au niveau du raccord, la continuité, de la fonction de la couverture, est assurée de la même manière que pour une toiture traditionnelle (isolée par l’intérieur).

Par contre la continuité des fonctions :

de la sous-toiture;
de l’isolation thermique;
et de l’étanchéité à la vapeur et à l’air,

est spécifique à la toiture « Sarking », vu que le panneau isolant assure, à lui seul, ces différentes fonctions.

Cette technique impose de tenir compte de l’épaisseur supplémentaire apportée par l’isolant.

Schéma - Toiture "Sarking" - cas d'un chéneau.

Mur de parement extérieur.
Mur porteur intérieur.
Isolation.
Ossature corniche.
Panne sablière.
Chevron ou fermette.
Cale de pente.
Fond de chéneau.
Volige.
Panneaux isolants.
Isolant entre chevrons ou fermettes.
Sous-toiture.
Contre-latte.
Latte.
Peigne.
Bavette indépendante.
Couverture.
Planche de rive.
Plafond de rive.
Chéneau.
Finition intérieure.

Une volige est fixée sur le chevron en bas de versant, celle-ci servira à poser le premier panneau isolant.

Continuité de la fonction de la sous-toiture

Pour assurer la continuité de la fonction de la sous-toiture des panneaux isolants en bas de versant, une bavette indépendante est engravée dans la partie supérieure du panneau sur une profondeur minimum de 30 mm. Elle est maintenue en place par un joint continu de mastic souple. La bavette est constituée d’un matériau rigide (cuivre, zinc, aluminium).

Continuité de l’isolation

Étanchéité à l’air

Ces panneaux d’isolation complémentaire doivent également assurer l’étanchéité à l’air au niveau de bas de versant. Sinon, des dispositions spéciales sont à prévoir.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les débits de ventilation

Calcul des débits – Généralités

D’une manière générale, il y a deux bilans à faire dans un local :

Un bilan des puissances dégagées par les appareils ou l’occupation spécifique des locaux de la cuisine. Les méthodes à choisir pour calculer ces différents débits correspondant à ce bilan sont données ci-dessous pour chacun des types de locaux.
Un bilan classique des déperditions et apports calorifiques qui comptabilise les puissances dégagées par :

les échanges par les parois,
les échanges par les baies vitrées,
les apports internes (les occupants, l’éclairage, …),
etc.

Si d’après ce bilan, il y a un apport significatif en chaleur créant une augmentation de la température ambiante souhaitée, il faudra augmenter l’apport d’air neuf (ces débits ne peuvent donc pas être des débits de transfert) par rapport aux débits de ventilation dont il est question au point 1.

Le local de cuisson

En Belgique, il n’existe malheureusement pas de norme indiquant les débits de ventilation dans les cuisines collectives.

D’autres part, il existe de nombreuses méthodes de calcul des débits. Ces méthodes donnent des résultats très différents.

De manière à rapprocher les débits à extraire des débits réels nécessaires, nous pensons que les méthodes à appliquer sont celles qui tiennent compte des appareils installés : de leurs types et de leurs puissances. Nous recommandons donc la méthode en fonction de la puissance des appareils pour autant que cette méthode soit adaptée aux appareils actuels. Certains fabricants disposent de tables de calculs correspondant à cette méthode qui tiennent compte, non seulement des appareils de cuisson actuels, mais également de l’efficacité de leur hotte ou plafond filtrant. Cette méthode tient compte de la chaleur (sensible et latente) réellement dégagée par les appareils de cuisson. Elle permet donc de calculer des débits suffisants pour évacuer l’air vicié mais non exagérés par rapport à ce besoin.

Cette méthode considère un facteur de simultanéité et en donne des valeurs forfaitaires selon le cas. Cependant, il est préférable que celui-ci soit choisi en fonction de l’utilisation réelle des appareils de cuisson bien connue par le chef-coq.

Spécificités dans les cuisines avec appareils au gaz

Dans le cas d’une cuisine avec des appareils au gaz, on veillera à respecter au moins les valeurs préconisées par la NBN D51-003. Cette norme a été expliquée dans un dossier technique de l’ARGB. Les débits à respecter sont repris dans la partie qui concerne l’aération.

Il existe également des débits préconisés par le cahier des charges de l’ARGB sur l’aération des grandes cuisines.

Nous avons demandé à l’ARGB si les débits devaient respecter la NBN D51-003 et/ou le cahier des charges de l’ARGB dont il est question ci-dessus, nous n’avons pas eu de réponse de leur part.

La laverie

Comme pour le local de cuisson, il existe de nombreuses méthodes pour calculer les débits à extraire dans les laveries.

Dans l’absolu, la méthode qui permet le mieux de se rapprocher des débits réellement nécessaires est celle qui tient compte de la chaleur (sensible et latente) dégagée par le lave-vaisselle.

Malheureusement, ces chiffres ne sont pas connus pour les différents types de lave-vaisselle actuels (à panier statique, à déplacement, alimentés en eau froide, alimentés en eau chaude, avec récupérateur de chaleur, avec pompe à chaleur, etc.).

Il y a donc lieu de suivre les recommandations des fabricants.

Influence d’une pompe à chaleur sur les débits d’évacuation :

La pompe à chaleur traite l’ensemble du local en absorbant chaleur et humidité (absolue).
Il reste cependant nécessaire de prévoir une extraction, mais celle-ci peut-être nettement moins importante.

Les locaux annexes

Il existe des débits spécifiques pour les locaux annexes. Ces valeurs nous ont été fournies par un fabricant.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les espaces médicalisés

Principe général

Dans les zones non médicalisées, on se rapproche de la conception des bâtiments classiques du tertiaire tels que les bâtiments ou les plateaux de bureaux administratifs ou médicaux. Dans ces zones la ventilation naturelle peut être envisagée pour autant qu’elle n’interfère pas avec la ventilation mécanique des autres zones (zones administratives intégrées dans des zones médicalisées par exemple).

Configuration la plus courante

Généralement, la ventilation dans les unités d’hospitalisation à risque de contamination faible est une ventilation mécanique à distribution de type horizontale :

La prise d’air pour le groupe de traitement peut se faire à l’étage considéré ou en toiture.
La distribution est composée d’un réseau de conduits horizontaux placés dans le faux plafond des zones de circulation (faux plafonds du couloir) et distribuant l’air neuf au droit de chaque chambre.
La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque chambre est alors obtenue par une grille murale placée au niveau de la retombée des faux plafonds des circulations ou de l’entrée.
Le transfert d’air entre la chambre et la salle d’eau se fait, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.

Grille de transfert d’air.

L’extraction de l’air vicié se fait, via la salle d’eau et le réseau de conduits horizontal, en bout de plateau ou à travers des conduits verticaux en toiture.

Le système à distribution verticale est à éviter dans les unités d’hospitalisation et dans les hôpitaux en général de manière à éviter la biocontamination croisée entre étages dont la spécialité médicale est différente (la pneumologie pourrait-elle partager le même réseau de ventilation que la maternité ?).

Ventilation double flux verticale.

Air neuf
Air rejeté
Air vicié

Équilibre amenée d’air neuf – évacuation d’air vicié

Les normes de ventilation n’impose pas d’équilibrer les débits d’extraction et d’amenée d’air. C’est cependant le moyen de garantir que les débits d’air neuf prévus soient effectivement introduits dans le bâtiment : l’air ne rentrera pas s’il ne peut sortir !

La norme doit donc être considérée comme une ligne de conduite reprenant les exigences minimales à respecter. Elle ne garantit en aucun cas le débit réel de ventilation du bâtiment.

Dans la mesure du possible, il faut donc essayer d’équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, tout en laissant un léger surplus d’amenée d’air par rapport à l’extraction pour maintenir les chambres en surpression et éliminer les entrées d’air parasites venant du couloir et de l’extérieur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la cellule de refroidissement ou de congélation rapide [Concevoir – cuisine collective]

Quand doit-on choisir une cellule de refroidissement rapide ?

Dans toute cuisine où l’on a opté pour une liaison froide, il est recommandé d’abaisser la température au cœur des aliments de + 65 °C à + 10 °C en moins de 2 heures. La cellule de refroidissement rapide est l’équipement idéal pour atteindre ces performances. Il ne s’agit pas d’une obligation, mais d’une bonne pratique de fabrication qui est recommandée si l’on veut refroidir des aliments cuits en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément a l’arrêté royal relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.

Cette bonne pratique provient, en fait, d’une réglementation qui s’applique aux établissements de transformation de la viande : arrêté royal relatif aux conditions générales et spéciales d’exploitation des abattoirs et d’autres établissements.

Il convient de noter que le choix de la liaison froide peut se faire pour l’ensemble des menus ou pour une partie seulement. Il existe, par exemple, certaines cuisines collectives qui proposent chaque jour des plats végétariens en plus du menu du jour, mais pour ne pas avoir à fabriquer chaque jour deux plats, les plats végétariens sont préparés un jour par semaine, par exemple, en liaison froide.

Choix du procédé de production du froid

Il existe deux procédés de production du froid dans une cellule de refroidissement rapide :

le froid mécanique,
le froid cryogénique

Les coûts d’utilisation d’une cellule de froid mécanique sont nettement (10 x) plus faibles que ceux d’une cellule de froid cryogénique. Ils sont d’environ 0,1 €/repas pour la seconde. Par contre les coûts d’investissement pour une cellule cryogénique sont nettement plus faibles que pour une cellule mécanique.

Pour une utilisation régulière de la cellule, la cellule mécanique sera donc beaucoup plus intéressante. Dans le seul cas d’une utilisation occasionnelle, une cellule cryogénique peut être intéressante.

En milieu hospitalier, l’azote liquide est souvent utilisé en quantité importante (génétique, laboratoire classique, …). Dans ce cas, il est intéressant de considérer l’option de refroidissement rapide cryogénique sachant qu’en exploitation les prix seront réduits par rapport à un usage exclusif pour la cuisine.

Lorsque le refroidissement rapide est utilisé régulièrement, il paraît risqué de n’avoir qu’une seule cellule. En cas de panne, la préparation est bloquée. On peut alors songer à investir dans une cellule de refroidissement mécanique principale et une deuxième cellule cryogénique de dépannage.

Parmi les fluides utilisés pour le froid cryogénique, vu la très faible température d’ébullition de l’azote, celui-ci est utilisé lorsque les distances à parcourir entre le lieu de stockage du fluide et le lieu de production du froid sont grandes.
Il faut cependant veiller à bien calorifuger les conduites.

Le dioxyde de carbone (CO₂) sera utilisé lorsque ces distances sont plus courtes.

Précautions d’utilisation

Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant et économique, on place les préparations sur les clayettes ou les supports prévus à cet effet, afin de favoriser la circulation de l’air, et d’utiliser la cellule à sa capacité nominale.

Capacité et puissance frigorifique des cellules

La capacité (kg) doit correspondre à celle des appareils de cuisson, c’est-à-dire qu’elle doit permettre de refroidir le nombre de repas qui peuvent être préparés en une seule fois par les autres appareils de cuisson.

Remarquons que le nombre de repas à refroidir ne correspond pas nécessairement à la totalité des repas du service. La liaison froide peut n’être utilisée que pour une partie des repas (Exemple : plats végétariens).

L’ensemble des mets préparés pourra ainsi être refroidi dès la fin de la cuisson. En effet, selon la réglementation, « la durée de refroidissement entre la fin de la cuisson et une température à cœur de 10 °C doit être inférieure ou égale à deux heures. »

D’autre part, la cellule pourra ainsi être utilisée à sa pleine capacité. Ce qui permet de travailler au meilleur rendement possible.

La puissance frigorifique de l’appareil dépend de la durée que prend le refroidissement ou la congélation, de la capacité désirée et de la température à atteindre.

Le besoin en frigories est donné par la quantité de chaleur qu’il faut retirer des aliments pour les faire passer de 65 °C à 10 °C (ou – 18 °C).

Le calcul ci-dessous est statique et purement théorique. Il est donné à titre indicatif. En réalité, pour correspondre à la réalité, le calcul devrait être fait en dynamique. Statique, le bilan ci-dessous néglige les apports de chaleur par conduction au travers des parois, relativement négligeables par rapport à la chaleur à extraire des aliments.

En refroidissement rapide.

Q = m x Cs x δt

Q = besoin en frigories (en kWh),
m = poids des aliments dans la cellule (kg),
C_s= chaleur spécifique des aliments (kWh/kg°C),
δt = différence entre la température à l’entrée et à la sortie des aliments (10°C) (K).

En congélation rapide.

Q = (m x C_s x δt) + (m x Cl) + (P1 x C_s‘ x δt’)

Où :

Q = besoin en frigories (en kWh),
m = poids des aliments dans la cellule (kg),
C_s = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
C_l = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des aliments (passage à l’état solide) (kWh/kg),
C_s‘ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
δt = différence entre la température à l’entrée des aliments et 0°C (K),
δt’ = différence entre 0°C et la température de sortie des aliments (-18°C) (K),

La puissance frigorifique de l’évaporateur.

P(W) = Q (kWh) / t (h)

t = temps maximum légal – temps nécessaire au conditionnement des aliments.

Temps maximum légal = 2 h pour le refroidissement de 65°C à 10°C et 3 h pour le passage de 10 °C à – 18 °C (congélation).

Exemple.

1. Soit une cellule de congélation rapide, d’une capacité de 20 kg; la congélation doit se faire en 4 h.

Q = 20 x 1,04 x 65 + 20 x 80 + 20 x 0,53 x 18 = 3 143 (Wh) (soit 157 Wh par kg)
P = 3 143 / 4 = 785 W (soit 40 W/ kg.)

2. Soit une cellule de refroidissement rapide, d’une capacité 20 kg; le refroidissement doit se faire en 1h30.

Q = 20 x 1,04 x 55 = 1 144 Wh (soit 57 Wh/kg.)
P = 1 144/1h30 = 762 W/h (soit 38 Wh/kg).

En réalité la puissance calculée ci-dessus en statique est une moyenne. Or, la puissance nécessaire varie en fonction du temps, selon une courbe d’allure exponentielle, et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants). La puissance frigorifique des cellules correspond donc à cette puissance maximale.

Voici les puissances électriques que nous avons relevées dans la documentation d’un fournisseur :

Remarque : entre la puissance frigorifique et la puissance électrique, il y a le COP.

Cellule à clayette – surgélation et refroidissement rapide
	Capacité par cycle (kg)	Puissance électrique installée (W)
	7	2 100
	15	2 280/450*
	25	4 000/580*
	50	6 100/580*

* version équipée sans groupe frigorifique (à distance).

Cellule à chariots – surgélation et refroidissement rapide
	Capacité par cycle (kg)		Puissance électrique installée (W)
	En surgélation	En refroidissement	Puissance électrique installée (W)
	65	65	3 200/900*
	80	110	5 400/4 300*
	160	220	9 600/6 600*
	240	330	11 500*
	320	440	14 000*
	480	660	20 000*

* version équipée sans groupe non comprise l’alimentation du groupe frigorifique (à distance).

Image par défaut pour la partie Concevoir

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la distribution de vapeur

Choix du réseau

Le choix du réseau de distribution de vapeur est principalement lié à la centralisation ou pas des générateurs de vapeur.

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 suivant :

(+)

la proximité du générateur par rapport à l’autoclave limite les longueurs des conduites de distribution et donc les déperditions au travers des parois;
le générateur étant dédicacé à l’autoclave, les débits de vapeur nécessaires sont faibles et ne nécessitent pas des canalisations de grosse section; ce qui limite les déperditions au travers des parois;
les condensats formés par les déperditions des conduites sont naturellement ramenés au générateur par gravitation; ce qui réduit les pertes de condensats au niveau des purgeurs;
…

(-)

la compacité de l’installation pose des problèmes d’isolation des conduites;
une panne du générateur entraîne souvent l’abandon du cycle et l’indisponibilité de l’autoclave;
problème de maintenance;
…

Configuration centralisée

Si la 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 ensembles.

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;
centralise la source de chaleur en dehors de la zone d’occupation;
…

(-)

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 et les casse-vide;
…

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 légèrement 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 !

Choix des matériaux

La tenue dans le temps des conduites d’alimentation en vapeur dépend de la qualité de la vapeur et, par conséquent de la qualité de l’eau. Si l’eau est de qualité médiocre (corrosive et agressive par exemple), on risque de détériorer rapidement les équipements du réseau de vapeur. Par sécurité, les matériaux utilisés pour la fabrication de ces équipements, y compris la distribution, seront en acier inoxydable type 316 Ti.

Isolation des conduites

L’isolation des conduites de la distribution de vapeur est importante pour limiter :

les déperditions et, par conséquent, les pertes énergétiques,
la production de condensats et, par conséquent, la surconsommation d’eau.

L’illustration ci-dessus montre à quel point il est important d’isoler correctement les conduites même si certains mentionneront que l’isolation cache les fuites de vapeur; ce qui est un mauvais prétexte pour ne pas isoler.

Divers matériaux d’isolation des conduites existent dans le commerce comme, par exemple, la fibre de laine minérale en longueur préformée, le caoutchouc, … On sera attentif, dans le cas précis de la vapeur, à la tenue des propriétés de l’isolant à des températures de l’ordre de 150 °C.

Matériaux	Température de tenue maximale [°C]
Laine minérale	de l’ordre de 650
Caoutchouc	175
Polyuréthane	135

Calculs

Pour en savoir plus sur la rentabilité de l’isolation des conduites.

Les équipements annexes

Attention à l’isolation des vannes et des équipements susceptibles de provoquer des déperditions énergétiques non négligeables.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’éclairage de la cabine d’ascenseur

Critères de choix

Niveau d’éclairement

La norme NBN EN 81-1, préconise un niveau d’éclairementEm de 50 [lux] dans la cabine. Seulement, la norme ne précise pas à quelle hauteur doit être réalisé ce niveau d’éclairement. Pour s’éclaircir les idées, la norme EN 12464-1 (lumière et éclairage des lieux de travail) donne des éléments de réponse : l’ascenseur n’est pas à proprement parler un lieux de travail mais la norme obéit à une logique intéressante du choix du plan de travail, à savoir dans ce cas-ci, le niveau du sol.

En pratique, comme dans les couloirs par exemple, le plan de travail se situe à une hauteur de 10 [cm] au dessus du sol; à ce niveau, il faut 50 [lux].

Uniformité

La norme NBN EN 81-1ne précise pas non plus l’uniformitédu niveau d’éclairement. La norme EN 12464-1 vient de nouveau à notre secours : soit une uniformité de 0,7

Éblouissement

L’éblouissement d’une source lumineuse visible dans les cabines d’ascenseurs peut être important dans le sens où le plafond est relativement bas et, par conséquent, la source lumineuse proche du champ de vision.

Efficacité énergétique

L’efficacité énergétique de l’éclairage dans des lieux de travail du secteur tend à atteindre 1,25 W/m².50 lux en éclairage direct et 3 W/m².50 lux en éclairage indirect. Dans les cabines d’ascenseurs on essayera dans la mesure du possible de tendre vers ces valeurs.

Choix de l’éclairage

Choix du système d’éclairage

Pour respecter les critères de confort et d’efficacité énergétique de l’installation d’éclairage, le choix entre un système direct, indirect ou mixte est loin d’être évident. Effectivement, pour atteindre un niveau d’éclairement de 50 [lux] au-dessus du sol avec une uniformité correcte, l’éclairage direct est idéal mais éblouissant. Par contre, dans le cas d’un éclairage indirect supprime l’éblouissement. Mais pour peu que les parois internes de la cabine soient sombres, le niveau d’éclairement de 50 [lux] sera difficile à atteindre avec une efficacité énergétique idéale pour ce système.

En restant raisonnable l’éclairage mixte est un bon compromis.

Choix des lampes

D’emblée dans le choix des lampes on tiendra compte de la gestion de l’éclairage qui influence le nombre d’allumage et d’extinction :

Pour un éclairage permanent ou dont la gestion s’effectue par une horloge (coupure de l’éclairage en dehors des heures d’occupation), le choix des tubes fluorescentsou des lampes fluocompactesest judicieux dans le sens où leur efficacité lumineuse est très bonne (de l’ordre de 95 [lm/w]) et leur durée de vie moyenne importante (de l’ordre de 10 000 à 15 000 heures).

Par contre, pour une gestion en fonction de la demande (détection de présence par exemple), le tube fluorescent (n’aime pas les allumages répétitifs) est remplacé par des lampes halogènes qui présentent une efficacité lumineuse (de l’ordre de 15 à 30 [lm/W]) moindre mais supportent mieux les allumages répétitifs. Ici la durée de vie est moins bonne que dans le cas des tubes fluorescents (2 000 à 4 000 heures).

Maintenant les constructeurs d’ascenseurs incluent dans leur équipement d’éclairage standard, les lampes LED atteignant, à l’heure actuelle, une efficacité lumineuse entre 25 et 35 [lm/W] pour une durée de vie entre 20 et 30 000 heures. Ce type de lampe a de l’avenir mais reste relativement cher pour l’instant.

Choix du ballast

Dans le cas du choix de lampes fluorescentes, le ballast qui accompagne ce type de lampe doit être de bonne qualité. Il sera au minimum de type électronique.

Choix des luminaires

Dans le choix des luminaires, on privilégiera l’éclairage direct.

Dans le cas d’un éclairage permanent ou semi permanent le luminaire sera :

ouvert,
équipés d’un réflecteur en aluminium de bonne qualité,
dont l’angle de défilement des ventelles est limité et positionnés dans le local de manière à éviter les éblouissements directs des patients couchés,
équipés d’une lampe fluorescente.

Dans le cas d’un éclairage adapté à l’occupation de la cabine le luminaire sera :

ouvert,
équipés d’un réflecteur en aluminium de bonne qualité,
équipés d’une lampe halogène.

L’éclairage indirect est une option que proposent les fabricants d’ascenseurs. Dans ce cas, les parois doivent de préférence être claires de manière à atteindre une efficacité énergétique de 3 [W/m².50 lux) lorsqu’elles sont combinées avec une lampes types tube fluorescent.

En ce qui concerne l’éclairage mixte, il peut représenter un bon compromis pour atteindre le bon niveau d’éclairement au sol sans trop éblouir et en concervant une efficacité énergétique convenable.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix des composants des luminaires.

Choix de la gestion

Lorsque le choix de la motorisation se porte sur un système performant (« gearless » ou sans réducteur de vitesse par exemple), la consommation de l’éclairage entre autre devient importante. Non seulement il faut choisir un éclairage performant mais aussi une gestion adaptée à la fréquentation des ascenseurs.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de la consommation des appareils d’éclairage lorsqu’ils sont gérés en fonction de l’occupation.

Trois cas de figure sont à prendre en considération dans la gestion des luminaires :

l’éclairage permanent jour et nuit pendant toute l’année,
l’éclairage est permanent pendant les heures d’occupation de l’immeuble, et coupé en dehors,
l’éclairage est commandé par détection de présence au sein de la cabine.

Suivant le type de gestion, l’exemple suivant montre que les consommations sont très différentes.

Exemple.

On considère deux types de luminaire dans la cabine classique de 8 personnes (640 [kg]) :

Un luminaire de bonne qualité équipé d’un tube fluorescent TL8 de 36 [W] avec une efficacité lumineuse de 90 [lm/W] et utilisé dans le cas d’un allumage permanent ou d’une gestion semi permanente. En effet, le TL est intéressant à partir du moment où les allumages et extinctions sont peu nombreux.

Un luminaire de bonne qualité équipé d’une lampe halogène de 40 [W] avec une efficacité lumineuse de 20 [lm/W] et utilisé dans le cas d’une gestion en fonction de l’occupation de la cabine (par détection de présence par exemple). Ce type de lampe supporte mieux les allumages et extinctions fréquentes que les tubes fluorescents ou les lampes fluocompactes.

On simplifie l’exemple en prenant différents paramètres standards :

le nombre moyen de courses journalières pour les bâtiments du tertiaire est compris entre 300 et 1 200 [courses/jour],
le temps moyen d’une course est aux alentours des 20 [s],
le nombre annuel de jour d’occupation est de l’ordre de 240 [jours],
le temps moyen d’occupation de l’immeuble est de 10 [h/jour].

De plus les hypothèses suivantes sont prises :

on ne tient pas compte de la durée de vie et du vieillissement de la lampe halogènes soumise à des allumages et des extinctions fréquentes,
le temps moyen d’une course est constant en fonction du nombre de courses.

Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous et donnent le graphique suivant :

Nombre de course/jour	Temps d’occupation des ascenseurs [h]	Consommation annuelle de l’éclairage [kWh/an]
Nombre de course/jour	Temps d’occupation des ascenseurs [h]	Tube fluorescent allumé en permanence	Tube fluorescent allumé pendant l’occupation de l’immeuble	Lampe halogène allumé pendant l’occupation de la cabine
300	1,7	315,4	86,4	72,0
400	2,2	315,4	86,4	96,0
500	2,8	315,4	86,4	120,0
600	3,3	315,4	86,4	144,0
700	3,9	315,4	86,4	168,0
800	4,4	315,4	86,4	192,0
900	5,0	315,4	86,4	216,0
1 000	5,6	315,4	86,4	240,0
1 100	6,1	315,4	86,4	264,0
1 200	6,7	315,4	86,4	288,0

On constate que rapidement la gestion par détection de présence dans la cabine d’ascenseur équipant la lampe halogène devient vite énergivore lorsque la fréquentation dépasse les 400 [courses/jour].

Ce qui signifie que la gestion idéale dans un immeuble :

n’est pas l’éclairage permanent (c’est évident),
à fréquentation importante (hôtels, bureaux, hôpitaux, …) est la gestion semi-permanente où l’éclairage est éteint en dehors des heures d’occupation courante,
à faible fréquentation faible (ascenseurs réservés aux professeurs dans les écoles par exemple) est la gestion par occupation de la cabine.

Gestion en fonction de l’occupation de l’immeuble

Dans certains types d’immeubles comme les bureaux administratifs, les hôpitaux, les hébergements dont la fréquentation des ascenseurs est importante (dans ce cas-ci > 400 [courses/jour], on placera le contact d’une horloge hebdomadaire en parallèle sur celui d’un détecteur de présence dans le circuit d’alimentation de l’éclairage de cabine de l’ascenseur.

Gestion en fonction de l’occupation de la cabine

Dans d’autres types d’immeubles comme les écoles dont la fréquentation des ascenseurs est faible (dans ce cas-ci < 400 [courses/jour], on placement le contact d’un détecteur de présence dans le circuit d’alimentation de l’éclairage de cabine de l’ascenseur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir une nouvelle installation électrique et URE

Une installation électrique dans un nouveau bâtiment tertiaire est le plus souvent constituée :

d’un transformateur transformant la haute tension du distributeur en basse tension,

d’un raccordement vers le tableau électrique général basse tension (ou TGBT),

d’une distribution du TGBT vers les différents équipements comme les luminaires, les prises, …

d’équipements consommateurs (éclairage, bureautique, HVAC …)

Concevoir une nouvelle installation avec un regard URE :

C’est diminuer au maximum les pertes d’énergie en amont des utilisateurs. Il s’agit des pertes des transformateurs (pertes à vide et pertes en charge) et des pertes de distribution entre le transformateur et le TGBT. C’est par un choix et un dimensionnement correct des équipements qu’une optimalisation est possible.

C’est concevoir le réseau de distribution vers les équipements de manière à rendre possible une gestion du fonctionnement de ceux en fonction des besoins réels.

C’est enfin choisir les équipements les plus performants possibles.

Concevoir	Choix du transformateur.
Concevoir	Dimensionnement des câbles de raccordement au bâtiment.
Concevoir	Concevoir la distribution électrique interne.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des prises et des rejets d’air extérieurs

Prises d’air

Les prises d’air neuf doivent :

Être les plus proches possible de la centrale de traitement de l’air. On sait que les pertes de charge en aspiration sont plus faibles qu’en refoulement, car il s’agit d’une mise en vitesse; mais le dessin des prises d’air doit néanmoins être bien tracé, car la perte de charge existe, elle est une source de bruit et elle peut avoir une grande influence sur le fonctionnement des équipements placés en aval : ventilateurs, filtres, échangeurs.

Pour minimiser les pertes de charge,
il faut assurer un passage progressif entre l’espace infini extérieur
et la section du conduit d’aspiration.

Ne pas aspirer du côté de rues à fort trafic.

Éviter les effets de by-pass entre prise d’air neuf et évacuation d’air vicié. Les aspirations doivent naturellement être faites loin des zones de refoulement d’air vicié. Les prises d’air neuf doivent être faites plus bas que les sorties des rejets d’air vicié. De même, il faut s’éloigner des orifices d’évacuation des fumées de parking et tours aéroréfrigérantes, tout en tenant compte des vents dominants.

Pour limiter les charges calorifiques inutiles, éviter de disposer les prises d’air dans des endroits fortement ensoleillés (toitures, terrasses, façade ensoleillée, …) sans protection.

Résister aux intempéries. Pour cela, les aspirations se font en général du bas vers le haut, sinon sous la protection d’une visière assez longue, car l’aspiration a évidemment tendance à entraîner la pluie ou la neige. Ne pas oublier que neige et brouillard givrant peuvent très vite obturer les grillages de protection et faire se coller les uns aux autres les volets mobiles des registres automatiques ou autobasculants.

Limiter le transfert des bruits. Il est fréquent de confier aux prises d’air une fonction d’insonorisation permettant non seulement de réduire le bruit extérieur pénétrant dans l’installation, mais également le bruit de celle-ci partant vers l’extérieur, en particulier celui des ventilateurs.

Prévoir un accès pour le nettoyage. Celui-ci peut être fréquent puisque les grilles de prise d’air extérieur ne sont pas protégées par des filtres.

Ne pas permettre l’intrusion de rongeurs par exemple grâce à un grillage. Celui-ci sera réalisé avec une section de câble la plus faible possible pour limiter les pertes de charge à l’entrée.

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les prises d’air extérieures :

Le placement préférentiel de la prise d’air est face aux vents dominants.

Le dimensionnement de la prise d’air non protégée s’effectue sur base d’une vitesse d’air maximum de 2 m/s.

Les principales distances à respecter par rapport à la prise d’air sont reprises dans le tableau suivant :

Exigences EN 13779	en [m]
Distance au sol	1,5 x l’épaisseur de neige maximum
Distance minimale des sources polluantes (point de ramassage d’ordure, parking de plus de 3 voitures, …)	8

Rejets d’air

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les rejets d’air vers l’extérieur.
Si une bouche de rejet d’air est disposée sur un mur, elle doit respecter les prescriptions suivantes :

Les rejets d’air doivent se trouver à plus de 8 m d’un immeuble voisin.

Les rejets d’air doivent se trouver à plus de 2 m d’une prise d’air neuf située sur le même mur et de préférence au-dessus de celle-ci.

Le débit d’air par bouche ne peut dépasser 0,5 m³/s et la vitesse de l’air au droit de la bouche doit dépasser 5 m/s.

Si une de ces conditions n’est pas respectée, les rejets d’air doivent être installés en toiture.
L’Annexe C3 de la PEB complète la EN 13779 en imposant que dans le cas d’une ventilation naturelle, les bouches d’évacuation soient raccordées à un conduit d’évacuation qui débouche au-dessus du toit. Les conduits d’évacuation doivent avoir un tracé vertical autant que possible. Des déviations de maximum 30° par rapport à la verticale sont admises.

Combinaison rejet-entrée d’air

Distance minimum entre entrée et rejet d’air pour un air de ventilation courant à faible niveau de pollution (norme EN 13779).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les salles de sport

Apport d’air neuf

L’apport d’air neuf nécessaire à la respiration des occupants et à l’évacuation des polluants doit être calculé en fonction du nombre des occupants potentiels et non en fonction d’un taux de renouvellement d’air, comme c’est parfois fait. Calculer les débits d’air en fonction d’un taux de renouvellement d’air de l’ordre de 3 à 4 [vol/h] conduit à des surdébits importants donc à un surdimensionnement et une surconsommation importants.

En France, l’arrêté du 12 mars 76 (toujours d’application) impose un débit de débit de 25 [m³/h par sportif]. En Belgique, l’annexe C3 de la PEB impose une valeur minimale générale de 22 m³/h par personne, sans distinction entre spectateurs et sportifs, et un taux d’occupation minimal de 3.5 m²/personne.

Dans les vestiaires, l’annexe C3 de la PEB impose un débit minimum de 25 m³/h par WC ou de 15 m³/h par m² et un débit de 5 m³/h par m² pour les douches avec un minimum de 50 m³/h.

Exemple.

Considérons une salle de sport de 7 000 m³. L’occupation maximum de la salle est de 24 sportifs (une classe) et 50 spectateurs.

Méthode de dimensionnement des apports d’air neuf	Dimensionnement	Débit d’air à assurer	Taux de renouvellement d’air
En fonction du nombre de personnes : 25 [m³/h.sportif] et 22 [m³/h.spectateur]	25 [m³/h.sportif] x 24 [sportifs] + 22 [m³/h.spectateur] x 50 [spectateurs]	1 700 m³/h]	0,24 [vol/h]
en fonction du taux de renouvellement d’air : 4 [vol/h] (valeur couramment rencontrée)	4 [vol/h] x 7 000 [m³]	28 000 [m³/h]	4 [vol/h]

Chauffage avec air recyclé

Dans les installations de chauffage à air, l’apport d’air de ventilation est souvent combiné au chauffage de la salle (chauffage par aérothermes avec prise d’air extérieure). Le débit d’air brassé par les émetteurs de chaleur est nettement plus élevé que les débits d’air hygiéniques recommandés. Il est donc important, pour des raisons d’économie d’énergie, de recycler une part importante de l’air de la salle, l’air neuf ne devant servir qu’à la ventilation hygiénique de la salle.

Le débit d’air neuf peut être surdimensionné uniquement pour les situations d’inconfort d’été ou de très forte affluence pour évacuer les calories excédentaires.

Modulation des apports d’air neuf

L’occupation d’une salle de sport est souvent variable (occupée en journée par une classe et en soirée par une compétition avec spectateur). Les débits d’air neuf nécessaires varient en conséquence. Il est dès lors intéressant de prévoir une possibilité d’adaptation des débits, soit automatique, soit manuelle. La ventilation doit en tout cas être arrêtée en période d’inoccupation.

Exemple.

Une salle de 44 x 22 m avec 150 places de gradins a une fréquentation maximum estimée à 300 personnes. En temps ordinaire, l’occupation ne dépasse pas 60 personnes (deux classes de collège). voici comment on pourrait envisager la ventilation :

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation normale de 10 à 60 personnes.

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation faible de 0 à 10 personnes.

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation forte de 60 à 300 personnes.

Le souhait de moduler et d’arrêter la ventilation en fonction de l’occupation impose de pouvoir découpler le fonctionnement du chauffage et de la ventilation, par exemple lors de la relance du chauffage avant occupation.

Infiltrations d’air

Les apports d’air neuf incontrôlés coûtent cher et provoquent des inconforts par courant d’air froid. Sans attention particulière, ceux-ci peuvent rapidement être importants (effet cheminée entre les entrées et la toiture …).

On aura donc soin de créer des sas d’entrée ou des espaces tampons non chauffés (hall d’entrée) et de munir les portes de dispositifs de fermeture automatique.

Une attention particulière doit être portée à l’étanchéité des tourelles d’extraction à l’arrêt, surtout en combinaison avec un chauffage à air chaud. Elles doivent au minimum comprendre des clapets de fermeture automatiques à l’arrêt des ventilateurs. Les extracteurs en toitures sont d’ailleurs à déconseiller lorsque l’on utilise un chauffage à air chaud, sauf s’il est prévu de les faire uniquement fonctionner à la demande (par exemple pour limiter les surchauffes par très forte affluence).

Balayage

Le principe du balayage consiste à ventiler les locaux annexes (vestiaires, douches, sanitaires) avec de l’air en provenance de la salle. L’air neuf est introduit dans cette dernière et transféré vers les locaux annexes d’où il est extrait. Ceci permet en outre de préchauffer l’air neuf avant son introduction dans les vestiaires et limite ainsi les risques de courant d’air.

Comment poser correctement de l'isolant ?

Posted By : 25 Sep, 2007

Comment poser correctement de l’isolant ? [toiture plate]

La toiture inversée

Étanchéité posée librement, en semi indépendance ou collée

Isolant lesté

La toiture chaude

Étanchéité lestée		Isolant posé librement
		Isolant posé en semi-indépendance (*)
		Isolant fixé mécaniquement (*)


Étanchéité fixée mécaniquement à travers l’isolant		Isolant posé librement
		Isolant posé en semi-indépendance (*)
		Isolant fixé mécaniquement (*)


Étanchéité collée		Isolant collé
		Isolant fixé mécaniquement

(*) pour faciliter la mise en œuvre.

La toiture isolée à l’intérieur de la structure (délicat)

Étanchéité posée librement, en semi indépendance ou collée

Isolant souple ou en vrac remplissant intégralement la cavité

Le collage au bitume chaud ne convient pas sur les tôles métalliques profilées sauf lorsque l’isolant est du verre cellulaire (CG).

La technique de pose à la colle bitumineuse à froid ne convient pas pour le polystyrène expansé (EPS).

La fixation mécanique est généralement utilisée sur des supports en bois ou en tôles profilées. Elle ne convient pas lorsque l’isolant est du verre cellulaire (CG).

Lorsque l’isolant et l’étanchéité sont uniquement collés, il convient de vérifier si l’isolant lui-même est capable de résister au délaminage et au pelage. Dans les autres cas (fixation mécanique et lestage) seuls la résistance de la fixation ou le poids du lestage servent à accrocher la couverture.

Concevoir

Pour en savoir plus sur l’accrochage

L’isolant devra être posé de telle façon qu’il y ait le moins possible de ponts thermiques.

La meilleure façon de ne pas avoir de pont thermique en toiture est d’ éviter toute interruption de la couche isolante.

L’isolant sera donc si possible continu, d’épaisseur constante et sec.

Lorsqu’un pont thermique a été repéré, on tentera de le neutraliser.

Évaluer	Pour savoir comment repérer les ponts thermiques
Améliorer	Pour savoir comment neutraliser les ponts thermiques

Posted By : 25 Sep, 2007

En construction nouvelle, la climatisation est-elle nécessaire ?

Comprendre l’évolution thermique des bâtiments aujourd’hui

Un inconfort d’été trop important

La climatisation d’un immeuble entraîne des coûts d’exploitation 3 à 4 fois plus importants que le simple chauffage traditionnel des locaux, suite à l’énergie frigorifique demandée mais aussi à l’importance des consommations liées au transport de l’air (ventilateurs). C’est ce qui ressort d’un vaste travail de simulation réalisé par l’ISSO aux Pays-Bas et dont nous avons développé un extrait dans l’analyse des coûts d’exploitation de la climatisation.

Évaluer

Pour accéder à l’étude comparative entre les coûts d’exploitation d’une installation de chauffage et ceux d’une installation de conditionnement d’air.

Reprenons-en le tableau final où les coûts sont globalisés et ramenés à une échelle de 100 pour la situation 1 (radiateurs et ventilation naturelle) :

–	–	SUD	EST	OUEST	NORD
1	radiateurs + ventilation naturelle	coût : 100 Inconfort : 370 h/an	coût : 105 Inconfort : 400 h/an	coût : 105 Inconfort : 450 h/an	coût : 106 Inconfort : 310 h/an
2	radiateurs + ventilation mécanique double flux	coût : 219 Inconfort : 260 h/an	coût : 221 Inconfort : 280 h/an	coût : 222 Inconfort : 310 h/an	coût : 223 Inconfort : 230 h/an
3	radiateurs + ventilation mécanique double flux + rafraichissement* + free cooling de nuit**	coût : 337 Inconfort : 25 h/an	coût : 346 Inconfort : 45 h/an	coût : 346 Inconfort : 60 h/an	coût : 348 Inconfort : 20 h/an
4	conditionnement d’air (installation 4 tubes avec éjecto-convecteurs)	coût : 392 Inconfort : 0 h/an	coût : 387 Inconfort : 0 h/an	coût : 392 Inconfort : 0 h/an	coût : 373 Inconfort : 0 h/an

*Par « rafraîchissement » en été, on entend ici une pulsion d’air « rafraîchi » correspondant à 4 renouvellements horaires : refroidi à une température de 18 [°C], lorsque la température extérieure est < 23 [°C] et refroidi à une température de (T°_ext – 5°), lorsque la température extérieure est > 23 [°C]

**Par « free cooling de nuit », on entend ici une pulsion d’air extérieur de ventilation correspondant à 4 renouvellements horaires, si T°_ext < T°_int et si T°_int > 20 [°C]

Si le coût de l’installation traditionnelle est moins élevé, il faut constater que le nombre d’heures d’inconfort empêche sa mise en œuvre pratique !

Par « inconfort », on entend le nombre d’heures durant la période de travail où le PMV (Vote Moyen Prédictif) des occupants serait > 0,5. Autrement dit, le nombre d’heures où l’on peut s’attendre à recevoir des plaintes du personnel… On considère que si ce nombre d’heures est inférieur à 100 heures par an, il s’agit d’une gêne temporaire tout à fait acceptable. Au-delà de 200 h/an, des mesures de refroidissement sont nécessaires pour garder un climat intérieur correct. Cette vision du confort est assez limitée, car elle ne tient par exemple pas compte de la théorie du confort adaptatif.

Dans d’autres simulations de cette étude, il apparaît que seuls les bâtiments dont la charge interne est limitée à 20 W/m², ce qui correspond à une situation d’absence d’équipement bureautique, peuvent encore se passer d’un système de refroidissement. C’est le cas du secteur domestique, mais pas du secteur des bureaux, … et encore moins des hôpitaux.

Bien que certaines hypothèses de l’évaluation de l’ISSO pourraient être remises en cause, il apparaît clairement que la simple ventilation diurne ne permet pas d’évacuer les charges calorifiques excédentaires en été. Le confort d’été ne pourrait être assuré. Cela ne veut cependant pas dire que la climatisation est devenue un mal nécessaire sans alternative …

Est-ce une conséquence « perverse » de l’isolation renforcée des parois ?

Certains critiquent l’évolution actuelle de l’augmentation de l’isolation des parois (y compris le placement de vitrages à traitement sélectif) et se justifient en disant « qu’on n’avait pas tous ces problèmes autrefois ! »

Ils oublient de dire combien les consommations de chauffage des anciens bâtiments sont élevées et le gouffre financier que représente une vieille école, un vieil immeuble administratif, …

Le bilan énergétique global annuel (hiver + été) est largement en faveur de l’isolation des parois, même pour un immeuble de bureaux.

Reste qu’une surchauffe apparaît … Est-elle une conséquence du renforcement de l’isolation ?

L’analyse de l’évolution des puissances thermiques d’un local de bureau-type fait apparaître que, en renforçant l’isolation, la puissance maximale de réfrigération (par 30°C extérieurs) est inchangée, voire en légère baisse. Le profil de puissance s’est cependant décalé. Ainsi, le besoin de refroidir le local apparaît pour des températures plus basses que si le local n’est pas isolé. Le besoin de chauffage n’apparait lui aussi que pour des températures plus basses.

On constate donc que le renforcement de l’isolation modifie fondamentalement le profil de consommation du local

il diminue fortement les consommations d’hiver,
il diminue la durée de la période de chauffe des bâtiments,
il augmente la demande de rafraîchissement, surtout pour une température extérieure comprise entre 10 et 20°C,
les besoins de chaleur et de refroidissement apparaissent plus ou moins équilibrés dans l’année.

Pour en savoir plus :

Théorie	L’évolution des besoins thermiques des immeubles suite à l’isolation des parois.
Concevoir	Analyse des besoins thermiques : exemple pour un immeuble de bureaux.
Concevoir	Analyse des besoins thermiques : exemple d’une salle d’opération.

Quels sont les éléments qui renforcent cette évolution ?

L’augmentation des charges internes par l’équipement électrique des bureaux.
La tendance actuelle des architectes d’accroître sensiblement le pourcentage de vitrage de la façade, et donc les apports solaires peu désirables (les vitrages performants ne créent plus l’inconfort de la surface froide en hiver, phénomène qui limitait leur surface autrefois).
La diminution de l’inertie des parois (cloisons légères mobiles, tapis au sol, faux plafond avec absorbeur acoustique).
Une attente accrue de confort et de productivité du personnel.

Faut-il faire marche arrière ?

Voyons les choses positivement : autrefois, on n’avait même pas conscience de l’existence d’une « chaleur interne » parce que celle-ci était négligeable face aux déperditions des parois. A présent, les fuites de chaleur étant maîtrisées et les apports internes amplifiés par l’évolution technologique, ces apports viennent à satisfaire en bonne partie nos besoins. Nous arrivons à chauffer nos locaux avec 5 litres de fuel au m², contre 20 à 25 dans les années 50. Et c’est tant mieux.

Mais cela rend le bâtiment beaucoup plus sensible que précédemment aux apports solaires …

Autrefois, le chauffage constituait le principal poste énergivore, mais à présent, l’équilibre thermique entre les déperditions du bâtiment et les apports « gratuits » est plus rapidement atteint. Des besoins de réfrigération apparaissent mais l’origine de la surchauffe (apports solaires, équipements intérieurs) est cette fois maîtrisable, par opposition à l’origine du chauffage : la froide température extérieure.

Cela renforce l’importance d’une bonne conception initiale du bâtiment et de la mise en place d’une stratégie adaptée à ce nouveau profil de consommation.

En conclusion : agir dès la conception

Autrefois, les besoins de refroidissement d’un bâtiment étaient résolus par une simple ventilation, avec une période d’inconfort limitée à quelques jours par an. L’isolation actuelle accroît cette période d’inconfort et demande une réponse nouvelle.

Dans certaines conditions, une conception architecturale et technique poussée permet de garantir le confort estival sans recours à la climatisation. Dans tous les cas, des mesures doivent être prises pour limiter la duré d’utilisation et la puissance des installations frigorifiques.

C’est dès la phase de conception que les concepteurs pourront mettre en place une stratégie dans ce sens, intégrée à une approche globale du confort :

en limitant les apports solaires (choix de l’orientation, masques architecturaux, stores,…), tout en conservant un bon éclairage naturel.

en limitant des apports internes (éclairage et équipements performants),

si possible, en renforçant l’inertie des locaux (pour lisser la pointe de puissance frigorifique liée aux apports de chaleur), tout en préservant la qualité acoustique des locaux.

en valorisant la fraicheur de l’air extérieur en journée (la majorité de la demande de réfrigération apparaît lorsque la température extérieure est comprise entre 10 et 20°C), sans créer de courant d’air inconfortable.

en valorisant la fraîcheur nocturne, sans provoquer de surrefroidissement et d’inconfort matinal.

en exploitant des « sources de fraicheur » telles que le sol, une rivière, …

Concevoir	Limiter les apports solaires.
Concevoir	Limiter les charges internes.
Concevoir	Exploiter le pouvoir rafraîchissant de l’environnement.

Il existe cependant des situations où, par la spécificité du bâtiment et/ou parce que la dimension énergétique n’a pas été intégrée dès sa […] la climatisation va s’imposer. Le challenge devient alors : quel système performant mettre en place pour limiter la consommation de la climatisation ?
Quelques exemples :

Dans un bâtiment en milieu urbain pollué et bruyant : l’air et le bruit passent volontiers par les fentes des châssis … L’étanchéité des parois combinée à une ventilation mécanique permet de prévoir des châssis fixes, non ouvrants et donc très étanches, … tout en assurant une qualité hygiénique de l’air aux occupants, mais complique la valorisation de la fraîcheur de l’air.

Dans locaux « aveugles », dans les parties centrales des larges immeubles, dans les larges bureaux paysagers bien isolés : les apports thermiques des équipements de bureautique, des personnes, de l’éclairage, … doivent être évacués artificiellement puisque les déperditions de l’enveloppe sont proportionnellement très faibles (ce sont des bureaux dont le système de chauffage ne s’enclenche que lorsque la température extérieure descend en dessous de 0°C…).

Dans les endroits où la qualité de l’air doit être surveillée : les salles d’opération, les laboratoires, les ateliers de production des entreprises pharmaceutiques, … Le conditionnement d’air permet de pulser plus d’air dans une pièce que d’en extraire. La pièce est alors mise en surpression et aucune petite « bébête » ne peut rentrer (pas de contamination par l’air des pièces environnantes). on parle de « salles blanches ».

Dans des locaux avec forte production de chaleur interne : le centre informatique, par exemple.

Dans les salles de réunion, salles de conférence, … : la forte concentration de personnes apporte une chaleur sensible et latente élevée, et nécessite de toute façon un apport d’air neuf hygiénique important, qui ouvre la porte à des techniques de « conditionnement d’air ».

Dans les locaux fortement vitrés et à parois très légères : la conception architecturale inadaptée génère un déséquilibre thermique et seul l’équipement de climatisation peut artificiellement restaurer le confort des occupants…

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le circuit de distribution

Collecteurs primaires en boucle ouverte

Circuit primaire en boucle ouverte.

Un circuit en boucle ouverte est composé d’un collecteur de départ et d’un collecteur de retour séparés. Il n’y pas de pompe primaire. Ce sont les circulateurs des circuits secondaires qui déterminent le débit qui circulera dans les collecteurs et les chaudières.

Ce circuit présente l’avantage de la simplicité de conception et donc des économies d’investissement.

Par contre, comme inconvénient, il présente des risques d’interférence entre les circuits secondaires et donc des difficultés de régulation. En effet, toute modification de l’ouverture d’une vanne mélangeuse entraînera une modification du débit dans les autres circuits. Il s’en suivra des réactions en chaîne des régulateurs et des oscillations dans le réglage des vannes.

Cas où la boucle ouverte est recommandée

Ce type de circuit n’est pas à rejeter d’office. En effet, son extrême simplicité peut être exploitée sans problème en présence de

chaudières à grand volume d’eau, pouvant fonctionner à débit nul,
et pouvant fonctionner sans limite basse de température de retour,
et raccordées à des collecteurs primaires courts.

Dans ce cas, en effet

Les chaudières ne risquent pas de se rompre au démarrage, alors que toutes les vannes mélangeuses sont fermées.
Les chaudières peuvent condenser sans risques lorsqu’en mi-saison, la température de l’eau renvoyée par les circuits secondaires s’abaisse.
Le circuit primaire présente des pertes de charge tellement négligeables qu’une modification de débit (vanne mélangeuse se fermant, ou chaudière mise à l’arrêt et isolée), ne modifiera que très peu les conditions de fonctionnement des circuits secondaires.

Remarquons que ce type de schéma convient très bien pour les chaudières à condensation pouvant fonctionner sans débit minimal.

Cas où la boucle ouverte ne convient pas

Dans le cas de chaudières à faible volume d’eau, et donc à forte perte de charge, les circuits primaires en boucle ouverte sont à exclure.

Si la chaudière choisie ne supporte pas les retours à température froide (qui risquent d’apparaître en mi-saison puisque l’eau renvoyée vers la chaudière est à la température de retour des circuits), un circulateur de recyclage doit alors être prévu sur les chaudières.

Circulateur de by-pass placé sur la chaudière.

Cas particulier du remplacement de chaudière

Comme on le voit, toutes les chaudières ne peuvent convenir avec un circuit en boucle ouverte. Il faut donc être attentif lorsque l’on procède au remplacement d’une ancienne chaudière raccordée à ce type de circuit. Il faut que la nouvelle chaudière puisse « survivre » aux mêmes conditions de fonctionnement (sans irrigation minimale, sans limite basse de température de retour). Dans le cas contraire, il faut adapter le circuit primaire, par exemple en installant une pompe de bypass.

En conclusion

En conclusion, pour sa simplicité, le circuit primaire en boucle ouverte peut être considéré comme le circuit le plus intéressant mais ne convient que pour certains types de chaudières. Dans les autres cas, il faudra choisir un circuit en boucle fermée ou avec une bouteille casse-pression qui présentent des performances énergétiques légèrement moindres.

Collecteurs primaires en boucle fermée

Lorsque la chaudière ne peut supporter les conditions de fonctionnement imputables au circuit en boucle ouverte ou que le collecteur primaire doit avoir une longueur importante (cas d’un collecteur alimentant plusieurs sous-stations), on peut avoir recours à un circuit en boucle fermée.

Circuit primaire fermé avec pompe unique.

Circuit primaire fermé avec une pompe par chaudière.

Intérêt d’un circuit en boucle fermée

Le circuit primaire en boucle fermée a pour but d’éliminer la pression différentielle au pied de chaque circuit secondaire. On dit que la boucle primaire est « sans pression » ou que la pression différentielle entre les collecteurs est faible par rapport à la perte de charge des vannes trois voies du secondaire.

En pratique, pour que la boucle fermée puisse jouer son rôle, il faut réduire ses pertes de charge. Pour cela, on double le diamètre des collecteur par rapport au diamètre de la boucle.

Il faut également être attentif à ne pas placer dans la boucle un élément à forte perte de charge comme un clapet anti-retour, ou encore une vanne d’isolement partiellement fermée.

Cette dernière est pourtant couramment rencontrée. Elle est prévue notamment pour le cas où une pompe secondaire tomberait en panne : en fermant la vanne, le circuit primaire se met en pression et de l’eau est poussée par la pompe primaire vers le circuit défaillant. Le problème est qu’il faut être attentif qu’en fonctionnement normal, la vanne soit totalement ouverte, les circulateurs doivent « aspirer » le débit dans la boucle primaire et non se sentir « poussé dans le dos » par la pompe primaire.

Si ces différentes précautions ne sont pas prises, le problème d’interférence hydraulique entre les circuits (parfois rencontré avec les circuits en boucle ouverte) risque d’apparaître.

Inconvénient d’un circuit en boucle fermée

Dans le cas d’installations composées de plusieurs chaudières régulées en cascade, le circuit en boucle fermée implique de faire fonctionner les chaudières à plus haute température pour éviter les problèmes d’incompatibilité des débits entre les circuits secondaires et le collecteur primaire et les risques d’inconfort.

Les chaudières et le collecteur présentent ainsi plus de pertes.

Ce type de circuit est donc énergétiquement moins intéressant et choisir une chaudière très basse température en association avec celui-ci n’a guère de sens.

Calculs

Pour simuler cette situation, cliquez ici !

Collecteurs primaires avec bouteille casse-pression

Circuit primaire avec bouteille casse-pression.

Les avantages et inconvénients de la bouteille casse-pression sont semblables à ceux de la boucle fermée :

S’adresse aux chaudières demandant un débit d’eau minimum permanent et ne pouvant supporter des retours à très basse température.
Permet d’éviter les problèmes d’interférence entre les circuits dans le cas de chaudières et de collecteur à fortes pertes de charge.
Demande aux chaudières de fonctionner à plus haute température pour éviter les problèmes d’incompatibilité des débits entre le circuit primaire et les circuits secondaires (ici, c’est le premier circuit secondaire après la bouteille casse-pression qui risque de puiser de l’eau froide dans le retour).

Un avantage de la bouteille casse-pression par rapport à la boucle fermée est de pouvoir profiter de la faible vitesse de circulation dans la bouteille pour y installer un dégazeur et une récupération des matières solides qui décantent vers le fond de la bouteille.

On reconnait à droite de la chaudière la bouteille casse-pression. Elle sépare hydrauliquement le circuit de la boucle primaire (venant de la chaudière) des 2 circuits alimentant des collecteurs secondaires (départ rouge et retour bleu).

Ici, le placement d’une bouteille casse-pression paraît discutable puisqu’il s’agit d’une chaudière à condensation…(voir ci-dessous).

Cas particulier des chaudières à condensation

La présence d’une chaudière à condensation impose une étude particulière du circuit hydraulique qui lui sera associée.

En effet, le circuit doit garantir une alimentation de la chaudière avec une eau à la température la plus basse possible, condition pour favoriser au maximum la condensation.

Le choix du circuit hydraulique dépend principalement de 3 facteurs :

1. le type d’utilisateurs : applications toutes à basse température, applications mixtes basse et haute température, présence d’une production d’eau chaude sanitaire, …
2. le type de chaudière : avec ou sans irrigation impérative,
3. le nombre de chaudières : une seule chaudière à condensation, chaufferie composée (une chaudière traditionnelle et une chaudière à condensation).

On comprend que la configuration du circuit hydraulique est intimement liée au type de chaudière choisi. Il est donc impératif que le cahier des charges de la nouvelle installation comprenne une description précise de ces deux éléments. Une modification ultérieure ou un choix incorrect de l’installateur risque de conduire à une association chaudière – circuit ne correspondant plus aux critères de performance d’une installation à condensation.

Principes de base et conseils

Pour assurer une condensation maximale, il faut respecter les principes suivants:

S’il y a plusieurs types d’utilisateurs, la chaudière à condensation ou la partie « échangeur-condenseur » de cette chaudière doit être alimentée par les retours les plus froids. Par exemple, avec une installation équipée de groupes de traitement d’air à température élevée et de radiateurs fonctionnant en température glissante, c’est ce dernier circuit qui sera raccordé sur la chaudière à condensation.
En aucun cas, le retour d’eau froide vers la chaudière ne peut être mélangé avec de l’eau chaude. Il faut donc éviter les boucles fermées, les circulateurs de by-pass, les soupapes différentielles, …

Exemple.

Dans une installation équipée de vannes thermostatiques, il est coutume de placer au départ de chaque circuit de distribution secondaire, une soupape différentielle qui « court-circuite » une partie du débit pour éviter que la pression n’augmente trop dans le circuit lorsque les vannes se ferment.

Lorsque les vannes thermostatiques se ferment, la pression augmente dans le réseau. La soupape différentielle s’ouvre alors pour renvoyer directement une partie de l’eau chaude vers le retour.

Cette technique a pour effet de remonter la température de retour lorsque les vannes thermostatiques se ferment. Elle est donc à déconseiller.

On peut lui préférer les circulateurs à vitesse variable qui, eux vont automatiquement diminuer le débit à la fermeture des vannes. On y gagne en consommation électrique et en diminution de la température d’eau de retour.

Départ des circuits secondaires avec circulateurs à vitesse variable.

En pratique

Chaque fabricant de chaudière à condensation propose des schémas hydrauliques se rapportant à leur matériel. Ils peuvent également étudier l’intégration de la chaudière dans une installation existante. De même, le subside accordé actuellement par les distributeurs de gaz est soumis à un examen des circuits hydrauliques qui doit garantir le fonctionnement correct de la condensation.

Techniques

Pour visualiser des exemples de circuits hydrauliques favorables à la condensation, cliquez ici !

Raccordement des chaudières au circuit primaire

On rencontre généralement deux types de raccordement des chaudières au circuit primaire : en parallèle ou avec une « boucle de Tichelmann ».

Anciennement, la « boucle de Tichelmann » était souvent préconisée du fait de l’équilibrage automatique qu’elle permettait. Elle ne se justifie plus toujours actuellement. En effet :

L’équilibrage « naturel » réalisable grâce à une boucle de « Tichelmann » est tout relatif. En effet, étant donné la normalisation des diamètres des conduits de distribution, il est impossible d’obtenir exactement les mêmes pertes de charge dans tous les tronçons. Par exemple, pour un débit de 32 m³/h, la perte de charge est de 96 Pa/m pour une conduite DN 100 et de 346 PA/m pour une conduite DN 80. Les pertes de charges singulières (coudes, tés, …) sont également différentes d’un tronçon à l’autre. Des vannes d’équilibrage peuvent donc être également nécessaires avec un raccordement « Tichelmann ».
Avec les chaudières à faible capacité en eau et forte perte de charge, la perte de charge des conduites peut devenir négligeable par rapport à celle des chaudières. La configuration du raccordement des chaudières influe donc peu sur la répartition des débits entre les chaudières.La « boucle de Tichelmann » n’apporte rien en présence d’une combinaison de chaudières différentes (puissance différentes, chaufferie composée d’une chaudière traditionnelle et d’une chaudière à condensation, …) puisque dans ce cas, il ne sert à rien de maintenir une pression identique au droit de chaque chaudière.
La « boucle de Tichelmann » ne peut s’appliquer à une installation à plus de 2 chaudières régulées en cascade avec isolation hydraulique à l’arrêt. En effet, si la circulation est stoppée dans une des chaudières, le débit va varier dans certains tronçons et pas dans d’autres. Il apparaîtra alors un « déséquilibre hydraulique » entre les chaudières encore en fonctionnement.

Pour que les circuits alimentant chaque chaudière présentent les mêmes pertes de charge, il faut que
la perte de charge du tronçon AB parcouru par le débit q soit la même que celle du tronçon DE parcouru par le débit 2q et que la perte de charge du tronçon BC parcouru par le débit 2q soit la même que celle du tronçon EF parcouru par le débit q.

Or si la première chaudière est mise à l’arrêt par la régulation, le débit des tronçons DE et EF restent inchangés, tandis que le débit des tronçons AB et BC varie. Les pertes de charge ne sont donc plus identiques entre les circuits de chaque chaudière. Il y a déséquilibre et variation des débits dans les chaudières en fonctionnement.

Configuration des circuits secondaires

Comme cela est également expliqué dans le choix de la régulation :

A chaque « zone thermique homogène », son circuit spécifique.

C’est le critère essentiel pour obtenir une régulation correcte.

Idéalement, le découpage hydraulique coïncidera avec la répartition des locaux ayant des besoins similaires,

similaires au niveau des plages horaires d’occupation essentiellement,
similaires dans les sollicitations extérieures (soleil, vent,…), ce qui entraîne bien souvent un découpage par façade,
similaires au niveau du type d’équipement de chauffage et au niveau de l’inertie du bâtiment (on ne mélange pas des radiateurs et des convecteurs sur un même circuit car ils demandent des températures de fonctionnement différentes).

Exemple.

Par exemple, dans une école, les locaux de classes et les couloirs attenants peuvent être sur un même circuit : leurs plages d’occupation sont similaires et il suffira de placer des vannes thermostatiques sur les radiateurs pour maintenir 16° dans les couloirs. Par contre, la salle de gymnastique devra disposer d’un circuit distinct si,

soit son occupation la distingue du reste de l’école (entraînements sportifs le soir, par exemple),
soit son type de corps de chauffe est différent (des aérothermes sont toujours alimentés par de l’eau à haute température).

De même, lors de la conception d’un immeuble de bureaux, on imaginera de pouvoir chauffer chaque étage indépendamment des autres (utilisation de WE, multi-locataires, …).

Choix des matériaux

Le matériau utilisé pour réaliser le circuit de distribution n’influence pas les performances énergétiques de l’installation.

Par contre, il peut avoir un impact sur les risques de corrosion encourus.

La combinaison du cuivre et de l’acier

Il faut savoir que l’utilisation de plusieurs métaux différents dans une même installation peut être une source de problème.

Notamment, en présence d’eau, le cuivre induit une corrosion du métal auquel il est couplé.

L’utilisation du tube en cuivre et du tube en acier dans une même installation est donc à éviter.

Le risque est cependant limité dans le circuit fermé d’une installation de chauffage si les apports d’oxygène neuf sont faibles, ce qui signifie qu’il faut éviter les rajouts fréquents d’eau d’appoint (fuites, détérioration du vase d’expansion) ou les dépressions dans le circuit.

Concevoir

Les dépressions dans un circuit de chauffage sont le résultat d’un mauvais dimensionnement du vase d’expansion ou de son emplacement incorrect.

Pour en savoir plus, cliquez ici !

La combinaison de l’aluminium et de l’acier

Certains traitements de l’eau consistent à injecter des produits ayant pour but de neutraliser les agents facteurs de corrosion et éventuellement de former une couche protectrice sur la surface métallique.

Pour ces traitements, la cohabitation entre l’acier et le cuivre est acceptable car il existe des conditions de « passivation » (acidité de l’eau) communes pour ces deux métaux.

Par contre, les conditions de passivation de l’acier correspondent aux conditions de corrosion de l’aluminium. Ceci demande donc l’emploi d’inhibiteurs de corrosion appropriés.

Pour cette difficulté, la combinaison de l’acier et de l’aluminimum (certains radiateurs décoratifs) est délicate.

Matériaux synthétiques

Il existe des matériaux synthétiques aptes à être utilisés dans les installations de chauffage (polyéthylène réticulé, polypropylène).

Ceux-ci résistent aux températures et pressions imposées et sont munis de barrières étanches à la pénétration de l’oxygène dans l’installation.

Les produits autorisés font l’objet d’un agrément technique ATG qui précise leur domaine d’application.

Pour en savoir plus sur l’utilisation et la mise en œuvre de ces matériaux, nous renvoyons le lecteur à la note d’information technique NIT 207 du CSTC : Systèmes de tuyauteries en matériau synthétique pour la distribution d’eau chaude et froide sous pression dans les bâtiments (mars 1998).

Isolation

Quelle conduite isoler ?

Suivant les prescriptions de la norme NBN D30-041 et du cahier des charges type 105 de la Régie des bâtiments (1990), les conduites suivantes doivent être isolées :

Toutes les conduites de chauffage se trouvant dans le sol, à l’extérieur ou dans des espaces ne faisant pas partie du volume protégé (volume chauffé) du bâtiment (chaufferie, grenier, sous-sol, …).
Toutes les conduites de chauffage se trouvant dans des faux plafonds, des locaux techniques ou des gaines techniques, même si ceux-ci font partie du volume protégé du bâtiment.
Toutes les conduites de chauffage traversant des locaux où un système de climatisation est prévu.
Toutes les conduites de chauffage passant dans des locaux du volume protégé mais desservant d’autres locaux et non le local où elles passent.

Cette dernière exigence est valable si

le diamètre de la conduite est supérieur à DN 60,
si la longueur totale des conduites de ce type est supérieure à 6 m,
et surtout si les déperditions des conduites sont telles qu’elles entraînent une surchauffe (donc une surconsommation) du local traversé.

Évaluer

Pour en savoir plus sur la surchauffe liée à la distribution, cliquez ici !

Épaisseur d’isolation

Calculs

Pour évaluer l’épaisseur d’isolation à mettre en œuvre et comparer le gain énergétique et financier de plusieurs solutions d’isolation, cliquez ici !

Les tableaux suivants traduisent 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 :

–	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)
–	Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]
Température de l’eau	*45°C ()**	80°C
DN	*45°C ()**	80°C
10	25	40
15	25	40
20	30	40
25	30	50
32	40	50
40	40	50
50	40	50
65	40	60
80	50	60
100	50	80
125	60	80
150	60	80
200	60	80
250	60	80
300	80	100
350	80	100
400	80	100
() température équivalente à un fonctionnement en température glissante en fonction de la température extérieure.*

–	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
–	Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]
Température de l’eau	45°C (*)	80°C
DN	45°C (*)	80°C
10	25	30
15	25	30
20	25	40
25	25	40
32	30	40
40	30	50
50	30	50
65	40	50
80	40	60
100	40	60
125	50	60
150	50	80
200	50	80
250	60	80
300	60	80
350	60	80
400	60	80
() température équivalente à un fonctionnement en température glissante en fonction de la température extérieure.*

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
Tuyaux situés dans des éléments constructifs entre locaux chauffés et occupés par des utilisateurs différents.	La moitié des exigences ci-dessus
Tuyauteries dans la dalle entre locaux chauffés et occupés par des utilisateurs différents.	6 mm
Tuyaux entre locaux chauffés et occupés par le même utilisateur.	Aucune

Pour les vannes, filtres et autres brides, la norme NBN D30-041 demande d’isoler les vannes ayant un diamètre supérieur ou égal à DN40 au moyen d’une enveloppe démontable. L’épaisseur d’isolant doit être équivalente à 6 cm de laine minérale.

Protection de l’isolant

Une protection de l’isolant s’impose pour :

augmenter la durabilité de l’installation,
conserver la valeur de l’isolation en la protégeant des infiltrations d’eau et d’humidité.

Actuellement, on rencontre principalement des tôles d’aluminium, des revêtements plastiques ou du plâtre.

Généralement, les isolants en caoutchouc synthétique ou mousse de PE souple, à structure à cellules fermées et paroi extérieure lisse ne doivent pas être pourvus d’un revêtement complémentaire.

Les isolants placés dans les coudes doivent être protégés par un élément préformé ou découpés sur mesure.

Lorsqu’il s’agit de tuyauteries non apparentes le revêtement peut être appliqué en usine sur les coquilles isolantes. Les joints entre les coquilles devant être parachevés par une bande autocollante (par exemple en aluminium).

Protection de l’isolant en aluminium (pose en cours).

Protection de l’isolant en plâtre.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la gestion en ventilation

Un ventilateur plusieurs vitesses – Les économies d’énergies

Le ventilateur à 2 ou plusieurs vitesses peut être commandé de différentes façons :

Il est très difficile d’évaluer la réduction des débits introduits grâce à une gestion de ventilation par un moteur à 2 ou plusieurs vitesses.
Elle dépend de nombreux paramètres tels que :

- le cycle de fonctionnement initial par rapport au nouveau cycle de fonctionnement,
- le nombre de vitesses et les débits correspondant à ces vitesses.

L’économie de débit peut être visualisée sur un diagramme donnant les débits sans et avec gestion.

Exemples.

> Cas 1 : ventilateur surdimensionné.

Dans une cuisine, la ventilation fonctionnait initialement 24 h sur 24. Suite à un calcul ne tenant pas compte de la chaleur réellement produite par les appareils, le ventilateur avait été surdimensionné. Il n’y avait qu’une seule vitesse.
On a remplacé le moteur du ventilateur par un moteur à deux vitesses + arrêt.
La poulie du moteur fut également modifiée de manière à diminuer le débit maximum de façon à l’adapter au débit maximum nécessaire aux équipements.

La diminution des débits peut être substantielle. Elle est ici représentée par la proportion de la surface bleue sur la surface totale.

> Cas 2 : ventilateur bien dimensionné.

Dans une cuisine, la ventilation fonctionnait du matin au soir. Le ventilateur était bien dimensionné. Il n’y avait qu’une seule vitesse. On a remplacé le moteur du ventilateur par un moteur à deux vitesses + arrêt.

Dans cet exemple, l’économie de débit est d’un peu plus de 20 %.

Un moteur à vitesse variable + régulateur PI – Les économies d’énergies

Une plate-forme d’essais a été construite au centre de recherche des Renardières d’EDF à Moret-sur-Loing en France. Le but de cette plate-forme est de recréer au mieux les conditions de fonctionnement d’une grande cuisine.

Des essais sur cette plate-forme ainsi que des mesures sur des cuisines réelles ont permis d’évaluer les effets d’un moteur à vitesse variable muni d’une régulation PI en fonction de la température de l’air ambiant complétée de deux alarmes pour le taux de CO₂ et l’humidité entraînant un passage en vitesse maximale en cas de dépassement de consigne.

Ces essais et mesures sont décrits dans le magazine « Chaud Froid Plomberie » n° 585 de novembre 1996. Ce magazine tient lui même ses informations du n° 44 de la revue « Qualita ».

Exemples.

Une cuisine fonctionnant de 8 h à 23 h a été simulée. On a fait varier la puissance appelée de 0 à 32 kW lors du déjeuner et du dîner. Le régulateur PI commande un moteur à vitesse variable. Le débit du ventilateur correspondant à la vitesse minimale est de 2 100 m³/h et celui correspondant à la vitesse maximale est de 4 500 m³/h. La température de consigne est de 24°C. Le régulateur est programmé pour couper la ventilation entre 23 et 8 h.
Voici les résultats obtenus :

–	Chauffage d’air neuf (par jour)	Consommation du moteur (par jour)
Grande vitesse (de 8 h à 23 h)	270 kWh	10,5 kWh
Régulation PI	144 kWh	3,3 kWh
Économie	46,6 %	68,6 %

Une simulation sur ordinateur a montré qu’un débit minimal quatre fois inférieur au débit maximal aurait permis de plus grandes économies d’énergie : le débit aurait été réduit de 60 % au lieu de 46,6 %.

La même régulation a été installée dans une cafétéria existante dans laquelle des mesures ont été faites. Cette cuisine ouverte sur une salle de restaurant prépare 500 repas/jour; 7 jours sur 7. Elle est équipée de matériel électrique pour une puissance totale installée de 116,6 kW.
Un régulateur PI commande un moteur d’extraction à vitesse variable. Le passage en vitesse maximale se fait automatiquement lorsque le taux d’humidité dépasse 70 %. Une alarme sur le taux de CO₂ n’est pas nécessaire vu que la cuisine est « tout électrique ».
La ventilation de cette cuisine est dimensionnée pour ne pas dépasser 28°C. Cela suppose que la température de l’air soufflé soit proche de 20°C.

En effet, lors des mesures, la température de l’air soufflé (provenant du restaurant) était de 21°C. Le nombre de repas servis était de 456 lors du fonctionnement en grande vitesse et de 493 lors du fonctionnement en régulation PI.Voici les résultats obtenus :

–	Chauffage d’air neuf (par jour)	Consommation du moteur (par jour)
Grande vitesse	528 kWh	57,7 kWh
Régulation PI	169 kWh	5,1 kWh
Économie	68 %	91 %

Les économies de débits baissent si la température du restaurant augmente. Les températures du restaurant ont varié de 20 à 24°C durant les essais. Les économies sur les débits d’air ont respectivement varié de 70 à 40 %.

Remarque.

Nous pensons que ces chiffres ne sont pas à généraliser et sont à prendre avec beaucoup de précautions. En effet, les exemples ne précisent pas si les vitesses frontales minimales entre la hotte et le plan de travail ainsi que si les débits dans la salle de restaurant sont respectés. Ils ne donnent aucune précision quant au fonctionnement avant et après installation du régulateur.

De manière générale, tout comme pour une gestion à plusieurs vitesses, l’économie de débit dépend :

De la plage de débit possible.

De la différence entre les débits maximums sans gestion et des débits réellement nécessaires à chaque instant (c’est-à-dire du cycle de fonctionnement initial par rapport au nouveau cycle de fonctionnement). Notons que les débits réellement nécessaires dépendent d’une multitude de facteurs dont notamment le rendement des équipements, la puissance installée, la variabilité de la puissance appelée, etc.

Choix de la gestion

S’il y a gestion de la ventilation, celle-ci se fait par adaptation de la vitesse aux besoins soit grâce à un moteur à plusieurs vitesses, soit grâce à un moteur à vitesse variable. En effet, cette gestion est plus efficace au niveau énergétique que les autres moyens tels que l’adaptation de la vitesse par clapets d’étranglement, par exemple.

Choix entre un moteur à une (pas de gestion) ou plusieurs vitesses et un moteur à vitesses variables + régulateur PI

Le choix entre un moteur à une (pas de gestion) ou plusieurs vitesses et un moteur à vitesses variables + régulateur PI se fait en fonction :

du confort
de la rentabilité
du type de cuisine
mais encore…

Le confort

La gestion des débits en fonction de la demande des équipements ne peut se faire que si le confort est respecté.

Les débits, s’ils sont bien calculés, doivent respecter 3 critères qui assurent le confort :

Une augmentation de température ambiante maximale.
Une augmentation d’humidité absolue maximale.
Une vitesse frontale entre la hotte et le plan de travail minimal, de manière à assurer l’entraînement correct des particules en suspension dans l’air.

On peut raisonnablement supposer que lorsque le nombre d’équipements en fonctionnement diminue, la température et l’humidité dégagées diminuent proportionnellement et que la diminution des débits commandée par la gestion ne compromettra pas ces deux premiers critères.

Par contre, il faudra veiller, lorsque les débits diminuent, à ce que les vitesses frontales soient encore suffisantes pour assurer l’évacuation des particules en suspension.

D’autre part, si le système de ventilation est avec transfert d’air entre le local de cuisson et le restaurant, par exemple, il faut veiller à ce que les débits, en cas de gestion dans le local de cuisson, soient encore suffisants dans l’ (ou les) autre(s) local(aux).

Il faut qu’il y ait asservissement du ventilateur de pulsion par rapport au ventilateur d’extraction.

Exemple : avec deux moteurs à 2 vitesses, une mesure est faite dans le local de cuisson, une autre dans la salle à manger. Si aucune des 2 mesures ne dépasse un certain seuil, les deux moteurs se mettent sur la plus petite vitesse. Ces deux vitesses tiennent compte du fait qu’il y a des différences de débits à respecter entre la pulsion et l’extraction de manière à respecter une dépression dans les locaux avec odeurs.

La rentabilité

Les économies d’énergie avec un ventilateur à plusieurs vitesses ou avec un ventilateur à vitesse variable + régulateur PI dépendent de nombreux paramètres dont il est question ci-dessus.

Ces économies possibles sont à évaluer au cas par cas.

Une gestion est, par exemple, indispensable lorsque les ventilateurs sont surdimensionnés. Ce qui arrive très facilement vu qu’il n’existe pas en Belgique de réglementation au niveau du calcul des débits de ventilation dans les cuisines collectives.

La rentabilité dépendra du surcoût, sans doute, relativement faible d’un ventilateur à plusieurs vitesses, et plus élevé d’un ventilateur à vitesse variable (convertisseur de fréquence) + régulateur PI par rapport à un ventilateur à une seule vitesse.

Le type de cuisines

Le ventilateur à vitesse variable + régulateur PI est un système relativement sophistiqué et relativement délicat à régler. Ainsi, il est plus approprié à une « grande cuisine » : nombre de couverts élevés, plusieurs repas par jours, système de ventilation indépendant, etc.

Mais encore : remarque

Chaque type de filtre n’est efficace que dans une plage de vitesses. A chaque filtre d’une surface donnée correspond donc une plage de débits (correspondant aussi à une plage de pertes de charges). Un débit minimal doit donc être maintenu pour assurer cette efficacité.

Choix de la commande d’un moteur à plusieurs vitesses

Si l’on choisit un moteur à plusieurs vitesses, il existe plusieurs méthodes pour commander la vitesse :

La meilleure commande est celle qui permet de se rapprocher le plus possible des besoins réels.
Ainsi, si le personnel est bien sensibilisé, la commande manuelle peut être plus intéressante que l’horloge.

La température et la mesure de courant sont de bonnes commandes mais la deuxième n’est valable que pour une cuisine « tout électrique ».
En fait, dans le cas d’une cuisine « tout électrique », les deux commandes reviennent au même vu que tout le courant est transformé en chaleur.
Mais la commande par sonde de température dépend de la température initiale de l’air c.-à-d. de la température à laquelle l’air est insufflé ou de la température de l’air après transfert. Ainsi les consignes seront plus difficiles à régler que pour une gestion commandée par mesure de courant : elles devront tenir compte de cette température initiale.

Il peut être intéressant de combiner les différentes commandes :

Exemples de commande

Posted By : 25 Sep, 2007

Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique [Concevoir – Froid alimentaire]

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite d’une chambre froide, d’un meuble frigorifique ouvert, … vers l’extérieur. Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique.

Fonctionnement du condenseur

En principe, trois opérations successives se passent dans le condenseur de la machine frigorifique :

Evolution des températures du fluide frigorigène et du fluide de refroidissement.

Dans une machine frigorifique, les gaz qui sont expulsés par le compresseur en fin de compression sont à très haute température (de 70 à 80°C). On dit qu’ils sont surchauffés. Comme la condensation se fait à une température largement inférieure (aux alentours de 40°C, par exemple), une quantité de chaleur va devoir être évacuée des gaz surchauffés pour les amener à leur température de condensation qui correspond à la pression de refoulement (dite pression de condensation). C’est la désurchauffe.
Puis lors de la condensation elle-même, une importante quantité de chaleur va aussi devoir être évacuée pour liquéfier (si possible complètement) le fluide frigorigène gazeux.
Enfin, si les conditions des échanges thermiques dans le condenseur le permettent (température du fluide refroidisseur suffisamment basse, débit du médium de refroidissement suffisamment important), le liquide condensé va subir le sous-refroidissement, ce qui améliore le rendement de l’évaporateur.

Récupération de l’énergie

Dans certains cas, on pourrait envisager de récupérer cette énergie pour chauffer de l’eau ou de l’air, au lieu de la gaspiller en pure perte :

si on a des besoins en eau chaude sanitaire de température pas trop élevée (45° à 50°C);
si on a des besoins de chauffage pour des allées froides, des locaux contigus, …
si on veut éviter ou diminuer la puissance de climatisation du local des machines, ou faire des économies d’énergie sur ce poste;
si on veut participer à la lutte contre le réchauffement global de l’atmosphère.

La récupération de l’énergie du côté des condenseurs suppose évidemment des investissements supplémentaires par rapport à des machines classiques plus simples :

des échangeurs de condenseurs adaptés;
des réservoirs-tampons pour l’eau chaude sanitaire ou de chauffage;
une disposition plus compliquée des tuyauteries;
une bonne évaluation des pertes de charge dans les tuyauteries;
une régulation complète permettant le contrôle correct de toute l’installation, y compris des récupérateurs.

Étant donné les spécificités inhérentes à chaque projet, le rapport entre l’investissement et les économies d’énergie doit faire l’objet de calculs adaptés, à demander aux auteurs de projet. Il faut en effet considérer ensemble la machine frigorifique et les appareils de production d’eau chaude sanitaire ou de chauffage.

Le bilan doit prendre en compte :

l’apport d’énergie « gratuite » par la machine frigorifique,
le fait que l’on doit quand même disposer, en plus des récupérateurs, d’une puissance installée suffisante pour pallier les périodes où la machine frigorifique ne fonctionne pas,
la pénalisation énergétique apportée toute l’année par l’échangeur supplémentaire,
le cas où le condenseur de la machine frigorifique doit assurer à lui seul, l’évacuation de toute la chaleur (lorsqu’il n’y a pas de besoin d’énergie dans les récupérateurs, ou quand ces derniers sont arrivés à leur consigne maximale de température).

Exemple d’application très intéressante

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

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’air

Le moins qu’on puisse dire, c’est que les idées de manquent pas quant à la récupération de la chaleur des condenseurs afin de chauffer l’ambiance des magasins directement ou des annexes indirectement.

La question traditionnelle qui revient dans les discussions est la suivant : « j’ai déjà payé mon électricité pour garder à basse température mes aliments, que puis-je faire de la chaleur des condenseurs ? C’est quand même idiot de la rejeter à l’extérieur en période froide alors que je dois en plus chauffer mon magasin ! ».

On se propose d’analyser, de manière théorique, différents cas souvent rencontrés dans les magasins d’alimentation, à savoir :

Des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle.
Des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle.
Des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle.
Des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle.

Ici, on analyse les consommations énergétiques finales et primaires ainsi que le bilan CO₂des différentes configurations en tenant compte des valeurs de rendement et d’efficacité énergétiques des équipements :

La chaudière présente un rendement saisonnier sur PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) de 0.90 (valeur de la CWaPE ou Commission Wallonne Pour l’Énergie).
Le rendement global des centrales belges est de 55 % (selon la CWaPe). Dans cet exercices, on se place dans une situation défavorable, à savoir que le rendement moyen belge des centrales (en tenant compte du rendement des centrales nucléaires) est plutôt de 38 %.
1 kWh de gaz consommé représente 251 g de CO_{_2.}
Le prix actuel du gaz est estimé à 0.05 €/kWh PCI.
Le prix de l’électricité est évalué à 0.11 €/kWh.

Sur base du principe :

« La véritable économie d’énergie est celle que l’on ne consomme pas ! »

On ne recommandera jamais assez de fermer les meubles frigorifiques tout en rappelant qu’un meuble de 1 mètre de largeur (1 mètre linénaire) peut être comparé à un radiateur qui échangerait par convection et rayonnement de l’ordre de 800 W et représente les 2/3 de la demande de froid au niveau de l’évaporateur.

Il est sûrement l’heure de rappeler aussi que l’on a atteint le paradoxe de la chaîne alimentaire froide. En effet, on en arrive, depuis un certain temps, à réchauffer les « allées froides » des magasins et ce afin d’assurer le confort des clients.

« C’est une aberration énergétique criante ! »

Pour bien illustrer ce petit « coup de gueule », l’étude simplifiée qui suit montre les effets conjugués du succès des meubles frigorifiques d’ouverture de plus en plus imposante avec les effets négatifs qui vont de paire, à savoir :

le risque accru pour la conservation de la chaîne du froid;
l’inconfort évident des « allées froides ».

Incorfort dans les allées froides.

Les principales valeurs de déperdition thermique du magasin en régime établi sont les suivantes :

Les déperditions au travers des parois et des entrées du magasin sont de 12 kW.
La puissance frigorifique nécessaire pour maintenir à température les denrées en froid positif est de 2 x 8 mètres linéaires (superette par exemple) de meubles linéaires ouverts représentant de l’ordre de 2 x 10 kW de froid à 4°C (température d’évaporation fixée à – 10°C).

Configuration 1 : meubles fermés, condenseurs dans une enceinte isolée

La configuration étudiée est la suivante :

Si les meubles frigorifiques de 2 x 10 kW sont équipés de portes vitrées au niveau des ouvertures, ils ne nécessitent plus que 2 x 3 kW de froid à l’évaporateur. En effet, sur base de l’étude du bilan thermique des meubles ouverts, les pertes par l’ouverture représentent de l’ordre de 66 % de la puissance disponible à l’évaporateur. En fermant ces ouvertures, la puissance nécessaire à l’évaporateur est de l’ordre de 2 x 3 kW. Pour le besoin du calcul énergétique, les compresseurs de 2 x 10 kW sont remplacés par des compresseurs 2 x 3 kW.
Les groupes de froid sont incorporés dans les meubles et la chaleur évacuée par les condenseurs est réintroduite dans le magasin pour assurer le confort des clients (dans les allées froides par exemple). Il est clair que ce type de configuration, comme on le verra par la suite, est la moins mauvaise des solutions par rapport aux consommations énergétiques primaires (consommations à la centrale pour l’électricité et consommations de gaz pour la chaudière).
La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique (COP’s équivalents donnés par « Bitzer software » de BITZER et « select 6 » de COPELAND).
La chaudière ne donne pas d’appoint de chaleur car, pour les besoins de l’exercice, on s’arrange pour avoir de faibles déperditions au travers des parois de l’enveloppe par une bonne isolation, un contrôle de la ventilation hygiénique, …

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que le rejet de 9,6 kW dans l’ambiance du magasin permet à la chaudière de ne pas être allumée et compenser, non seulement les 6 kW pris par les meubles frigorifiques, mais aussi les 3.6 kW de déperdition au travers des parois. On pourrait dire que c’est du chauffage électrique et, par conséquent, à énergie primaire importante (rendement moyen des centrales électrique de 38 %), la seule différence étant que si on compare ce mode de chauffage par rapport à une pompe à chaleur :

la source froide (la source d’où provient l’énergie) est chaude puisque dans l’ambiance;
à la consommation près du compresseur, l’énergie, « tournant » sur elle même, est utilisée pour refroidir les meubles frigorifiques et, après utilisation, est restituée à l’ambiance;
la chaleur de compression excédentaire sert en fait à compenser les déperditions au travers des parois de l’enveloppe.

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	0	kWh/h
	Energie compresseurs	1.8 x 2 = 5.6	kWh/h
	Energie condenseur	4.8 x 2 = 9.6	kWh/h
	Coût	5.6 x 0.11= 1	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	5.6 / 0.38= 14.7	kWh/h
	CO₂	23.1 x 0.251 = 3.7	kg/h de CO₂

Configuration 2 : meubles fermés, condenseurs dans l’enceinte

La configuration étudiée est la suivante :

Si les meubles frigorifiques de 2 x 10 kW sont équipés de portes vitrées au niveau des ouvertures, ils ne nécessitent plus que 2 x 3 kW de froid à l’évaporateur. En effet, sur base de l’étude du bilan thermique des meubles ouverts, les pertes par l’ouverture représentent de l’ordre de 66 % de la puissance disponible à l’évaporateur. En fermant ces ouvertures, la puissance nécessaire à l’évaporateur est de l’ordre de 2 x 3 kW. Pour le besoin du calcul énergétique, les compresseurs de 2 x 10 kW sont remplacés par des compresseurs 2 x 3 kW.
Les groupes de froid sont incorporés dans les meubles et la chaleur évacuée par les condenseurs est réintroduite dans le magasin pour assurer le confort des clients (dans les allées froides par exemple). Il est clair que ce type de configuration, comme on le verra par la suite, est la moins mauvaise des solutions par rapport aux consommations énergétiques primaires (consommations à la centrale pour l’électricité et consommations de gaz pour la chaudière).
La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique (COP’s équivalents donnés par « Bitzer software » de BITZER et « select 6 » de COPELAND);
Un appoint de chaleur est nécessaire vu que l’enveloppe est moins performante que lors du cas précédent; c’est la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que malgré le rejet de 9,2 kW dans l’ambiance du magasin, la chaudière doit apporter 8,8 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	8.4/0.9 = 9.3	kWh/h
	Energie compresseurs	1.8 x 2 = 5.6	kWh/h
	Energie condenseur	4.8 x 2 = 9.6	kWh/h
	Coût	8.4 x 0.05 + 5.6 x 0.11= 1	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	8.4 + 5.6 / 0.38= 23.1	kWh/h
	CO₂	23.1 x 0.251 = 5.8	kg/h de CO₂

Configuration 3 : meubles fermés, condenseurs à l’extérieur

La configuration étudiée est la suivante :

On garde les mêmes meubles frigorifiques avec des portes fermées.
Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont placés à l’extérieur.
La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22 °C pour un air externe moyenne sur l’année de 6 °C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après le même constructeur de compresseur.
Un appoint de chaleur est nécessaire. C’est toujours la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. La chaudière doit apporter 16 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	18/0.9 = 20	kWh/h
	Energie compresseurs	0.7 x 2 = 1.4	kWh/h
	Energie condenseur	3.7 x 2 = 7.4	kWh/h
	Coût	20 x 0.05 + 1.4 x 0.11= 1.2	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	20 + 1.4 / 0.38= 23.7	kWh/h
	CO₂	23.7 x 0.251 = 5.9	kg/h de CO₂

Configuration 4 : meubles ouverts, condenseurs dans l’enceinte

La configuration étudiée est la suivante :

Le commerçant décide d’investir dans des meubles frigorifiques ouverts pour les mêmes produits et la même capacité en volume. Il est nécessaire de remplacer aussi les compresseurs dans le sens où les apports externes par induction de l’air au travers de l’ouverture des meubles peuvent atteindre 60 % des apports totaux. Ce qui signifie que la puissance nécessaire à l’évaporateur sera de l’ordre de 2 x 10 kW au lieu de 2 x 3 kW.
Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont dans l’enceinte du magasin afin que l’on puisse récupérer la chaleur au niveau des condenseurs.
La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que les compresseurs, vu leur performance médiocre (COP de 1.7), doivent évacuer plus de chaleur au niveau des condenseurs. Il en résulte que la chaudière, dans ce cas, n’a pas besoin de venir en appoint. La question clef est de savoir s’il faut récupérer la chaleur au prix de la dégradation de la performance énergétique des compresseurs ou l’inverse.

Bilan énergétique et CO2

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	0	kWh/h
	Energie compresseurs	6 x 2 = 12	kWh/h
	Energie condenseur	16 x 2 = 32	kWh/h
	Coût	0 x 0.05 + 12 x 0.11= 1.32	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	0 + 12 / 0.38= 31.6	kWh/h
	CO₂	31.6 x 0.251 = 7.9	kg/h de CO₂

Configuration 5 : meubles ouverts, condenseurs à l’extérieur

La configuration étudiée est la suivante :

On garde les mêmes meubles frigorifiques ouverts (2 x 10 kW).
Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont placés à l’extérieur.
La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22°C pour un air externe moyenne sur l’année de 6°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après le même constructeur de compresseur.
Un appoint de chaleur est nécessaire. C’est toujours la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. La chaudière doit apporter 32 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques ouverts (soit 20 kW).

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	32/0.9 = 35.6	kWh/h
	Energie compresseurs	2.4 x 2 = 4.8	kWh/h
	Energie condenseur	12.4 x 2 = 24.8	kWh/h
	Coût	35.6 x 0.05 + 4.8 x 0.11= 2.3	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	35.6+ 4.8 / 0.38= 48.2	kWh/h
	CO₂	48.2 x 0.251 = 12.1	kg/h de CO₂

Conclusions

Tableau comparatif

Configuration	Energie finale consommée chaudière [kWh/h]	Energie finale électrique consommée [kWh/h]	Energie primaire consommée [kWh/h]	Coût de l’énergie [€/h]	kg/h de CO₂	Rejet de CO₂
Configuration 1	0	5.6	14.7	0.6	3.7	0
Configuration 2	9.3	5.6	23.1	1	5.8	+57%
Configuration 3	20	1.4	23.7	1.2	5.9	+59%
Configuration 4	0	12	31.6	1.32	7.9	+ 113 %
Configuration 5	35.6	4.8	48.2	2.3	12.1	+ 227 %

Choix des meubles frigorifiques fermés

La toute première conclusion à tirer est qu’il faut choisir des meubles frigorifiques fermés quel que soit le type de denrée exposé. À ce sujet, au risque de passer pour des doux rêveurs, c’est possible de choisir des meubles tant en « froid positif » qu’en « froid négatif »avec des portes sans trop de risque pour que le chiffre d’affaire tombe en chute libre.

Récupération faible par rapport aux besoins de chaleur

C’est le cas des configurations 1 et 2.
Le tableau comparatif précédent permet de tirer des conclusions :

En période froide, l’impact de la récupération de chaleur au niveau des condenseurs sur le bilan énergétique est mitigé par rapport à la solution où les groupes de condensation (compresseur et condenseur) sont placés à l’extérieur permettant, par l’air de refroidissement externe, d’optimiser le cycle frigorifique (COP de 4.2).
Le principe d’abaisser la température de condensation reste de toute façon immuable.

Récupération importante par rapport aux besoins de chaleur

C’est la cas des configurations 3 et 4.
Le tableau comparatif précédent permet de tirer des conclusions :

En période froide, même si la performance énergétique des compresseurs est dégradée (COP de 1.66), par le fait que la température de condensation (le condenseur se trouve à l’intérieur) est élevée, il est intéressant de récupérer l’énergie de condensation. L’optimum se situe naturellement lorsque la chaleur rejetée par les condenseurs équivaut aux déperditions des parois de l’enveloppe du commerce.
En plus de récupérer la chaleur, on aura donc intérêt à limiter au maximum les déperditions de l’enveloppe qu’elles soient sous forme :
- d’une meilleure isolation;
- d’un meilleur contrôle des infiltrations au niveau des portes d’entrée et des réserves;
- d’une gestion efficace de la ventilation de l’air hygiénique.

Exemple

Delhaize, par exemple, a mis au point un système similaire à celui représenté sur les figures ci-dessous permettant de récupérer la chaleur en période froide mais dégradant la performance de la machine frigorifique.

Là où le bas blesse, lorsque les condenseurs sont incorporés aux meubles frigorifiques ou dans l’enceinte même du magasin, c’est que lorsque les déperditions au travers des parois s’inversent (période chaude, apport solaire important, …), il est nécessaire d’évacuer la chaleur des condenseurs à l’extérieur. Dans le cadre d’une installation de récupération de chaleur sur un condenseur à air, il n’est pas aisé de le réaliser.

Schéma de principe en période froide (récupération); source : Delhaize.

Schéma de principe en période chaude (pas de récupération); source : Delhaize.

Remarques

La plupart des cas présentés ci-dessus, sont issus de cas réellement observés. Malheureusement, aucun monitoring des consommations n’est disponible à l’heure actuelle. A va de soi que le placement d’une batterie de chauffe au dessus de la tête des clients dans l’allée froide n’est pas un bon principe mais est juste utilisé comme moyen de provocation, d’interprétation ou de réaction des lecteurs. Ce principe donne les avantages et inconvénients suivants :

(+)

simple;
modulable;
…

(-)

nécessite des vitesses d’air plus importantes afin d’amener l’air chaud à environ 1.5 m du sol pour assurer un certain confort thermique des clients;
augmente l’induction de l’air chaud au niveau du rideau d’air car le mouvement de l’air dans cette zone est amplifié;
…

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’eau

Beaucoup de techniciens dans l’âme se retrouveront dans les configurations qui suivent sachant que tout un chacun recherche à récupérer un maximum d’énergie sur les consommations des groupes frigorifiques. De manière générale, il n’y a pas de solution miracle mais des solutions innovantes efficaces dans certaines conditions.

Récupération de la chaleur de refroidissement des gaz chauds du fluide frigorigène (CO₂ pour chauffage au sol).

Configuration 1 : chauffage par air pulsé au pied des meubles

Cette configuration existe dans certains magasins Delhaize et est en cours de monitoring.
Elle se compose essentiellement :

D’un ballon de 1 000 litres constituant un condenseur à eau dont le secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le primaire est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin.
Le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente une batterie chaude de la centrale de traitement d’air.
La pulsion de l’air chaud s’effectue au niveau du pied du meuble frigorifique, assurant un certain confort au niveau de l’allée froide.
La reprise d’air de la centrale de traitement d’air se situe en hauteur.
La température d’air de pulsion au pied du meuble frigorifique peut être modulée en fonction de la température de reprise et de la température de l’air neuf nécessaire à la ventilation hygiénique.

En période froide :

Le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon.
Le condenseur à air assure la condensation résiduelle et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique).
La batterie chaude de la CTA (Centrale de Traitement d’Air) réchauffe l’air neuf mélangé à l’air de reprise pour la pulser au pied des meubles frigorifiques. Attention que le fait de pulser cet air à proximité des rideaux d’air des meubles pourrait augmenter les apports par induction du meuble.

En période chaude :

En principe, on ne devrait plus réchauffer l’air de pulsion au pied des meubles. En pratique, il se fait que l’ouverture des meubles étant de plus en plus importante, le refroidissement de l’air ambiant est véritablement présent et inconfortable pour les clients; d’où la tendance actuelle à réchauffer l’air même en été.

« Voilà un bon exemple de destruction d’énergie à grande échelle! »

Le condenseur à air assure l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

Régime en période froide.

Régime en période chaude.

Configuration 2 : Chauffage par le sol dans les allées froides

Cette configuration est à creuser. Toutes les réalisations ou idées à ce sujet sont les bienvenues.

Elle se composerait essentiellement :

D’un ballon constituant un condenseur à eau dont le secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le primaire est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin.
Le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente un réseau de chauffage au sol au niveau de l’allée froide.
D’une chaudière d’appoint raccordée sur le collecteur principal.

En période froide :

Le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon.
Le condenseur à air assure la condensation résiduelle et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique).
Le réseau de chauffage au sol assure un chauffage rayonnant dans l’allée froide. Cette configuration peut être intéressante dans le sens où la chaleur rayonnant devrait influencer moins les meubles frigorifiques qui sont principalement sensibles aux apports par induction d’air (mélange convectif entre l’air de l’ambiance et celui du rideau d’air du meuble).

En période chaude :

Le condenseur à air assurerait l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

Régime en période froide.

Intérêt ou pas du chauffage au sol

Parmi les avantages et les inconvénients du chauffage par le sol en association avec les meubles frigorifiques positifs ouverts en position verticale, on pointera principalement :

(+)

Le chauffage au sol apporte principalement de la chaleur par rayonnement. Or en froid positif, les principaux apports qui influencent prioritairement le bilan thermique et énergétique du meuble sont les apports par induction(mélange de l’air ambiant avec celui du rideau d’air froid). De plus, l’échange entre deux parois étant maximal lorsque celles-ci sont parallèles, les apports de chaleur dus au chauffage au sol seraient plus faibles.
Le confort devrait être optimal.
Les températures de condensation, pour ce type de chauffage, pourraient être basses.
…

(-)

La mise en œuvre d’un chauffage au sol est coûteuse.
Comme les magasins demandent une certaine flexibilité dans l’agencement des meubles frigorifiques, le chauffage au sol est un frein par rapport à cette flexibilité. Cependant, à la conception, il est possible par une bonne programmation de déterminer les emplacements dans les zones de vente où les meubles n’ont pratiquement aucune chance de bouger. De plus, il faut aussi tenir compte que les évacuations des condensats de dégivrage des meubles ainsi que les conduites liquides et gaz du circuit frigorifique sont souvent, eux aussi, figés voire encastrés dans le sol.

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été. Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique.

Ainsi, dans les commerces où le froid alimentaire est nécessaire, les besoins d’eau chaude sanitaire peuvent être importants et une récupération de chaleur au condenseur se justifie tout à fait. Mais un ballon de préchauffage est propice au développement de la légionelle.

Il faut donc s’assurer que l’eau séjournera durant un temps suffisamment long dans le dernier ballon : 60°C durant 30 minutes ou 70°C durant 4 minutes, par exemple (en cas de débit de pointe, de l’eau « contaminée » risque de traverser seulement le 2ème ballon).

Configuration 1 : Un échangeur thermique parcouru par le fluide frigorigène est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude

Dans le système ci-contre, un simple échangeur thermique (placé en série et en amont du condenseur normal) est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude. Par effet de cheminée, la chaleur sera donnée à la zone la plus froide du ballon puis communiquée à l’ensemble du réservoir.

On parle de condenseur-désurchauffeur parce que la désurchauffe des gaz provenant du compresseur auront lieu dans cet échangeur.

La réglementation impose le principe selon lequel il ne doit pas y avoir de contact possible entre le fluide frigorigène et l’eau potable. En cas de perforation de l’enveloppe du fluide, la détérioration éventuelle doit se manifester à l’extérieur du dispositif.

Dans l’échangeur ci-dessus, une double paroi de sécurité est prévue selon DIN 1988.

Configuration 2 : Un ballon intermédiaire à double échange est intégré comme interface

On peut également prévoir un système à double échange :

Deux échangeurs sont intégrés dans un même ballon (1). Le premier échangeur est celui du condenseur de la machine frigorifique, le deuxième est le serpentin de préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Dans ce ballon intermédiaire, il n’y a aucun risque de dépôt calcaire puisque l’eau n’est jamais renouvelée.

En cas de fuite de fluide frigorigène, la pression dans le ballon augmente et une alarme est déclenchée.

Un deuxième condenseur en série est nécessaire pour le cas où le besoin de chauffage de l’eau sanitaire serait insuffisant.

Configuration 3 : en présence d’une boucle de distribution

Le régulateur de température de départ de la boucle utilise l’appoint lorsque le niveau de température du ballon est insuffisant.

Un tel schéma (contrairement au précédent) risque cependant d’être propice au développement de légionelles, puisque le ballon de récupération peut être à une température inférieure à 60°C durant un temps assez long. Il n’est pas à recommander si des douches sont présentes dans l’installation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires dans les salles de sports

Règles particulières à 1 sport

Dans certains sports, certaines directions de vision se présentent plus fréquemment. On peut parler de directions principales et secondaires.

Il faudra veiller à limiter l’éblouissement en évitant un flux lumineux orienté dans la direction du regard principal.

Il faudra éviter de placer des luminaires inclinés en bout de terrain. Ceux-ci seront à proscrire s’il s’agit de lampes à décharge haute pression dont la luminance moyenne est 20 à 30 fois supérieure à celle des lampes fluorescentes.

Dans le cas d’une installation avec tubes fluorescents, on placera les luminaires parallèlement à la direction principale.

Dans le même but, la norme EN 12193 recommande :

Types de sport	Recommandations pour l’emplacement des luminaires
Badminton	Aucun luminaire ne devrait se situer dans la partie du plafond située au-dessus de l’aire de jeu principale.
Nettball	Aucun luminaire ne devrait se situer dans la partie du plafond comprise à l’intérieur d’un cercle de 4 m de diamètre centré au droit du panier.
Tennis	Aucun luminaire ne devrait se trouver dans la partie du plafond située au-dessus du rectangle de marquage prolongé de 3 m derrière les lignes de fond.
Volley-ball	Aucun luminaire ne devrait se situer au plafond, au moins dans la partie directement au-dessus de l’aire du filet.

L’Afe recommande de ne pas disposer une ligne de luminaires dans l’axe longitudinal d’une surface d’évolution. Il est conseillé de préserver une bande d’environ 6 m de large, centrée sur cet axe longitudinal.

La salle omnisports

Dans la salle omnisports, les appareils d’éclairage sont disposés en même temps pour différents terrains de sport dont les tracés au sol s’entremêlent.

Les luminaires seront donc répartis uniformément de manière à éclairer tous les terrains.
Pour éviter l’éblouissement direct, on évitera de placer des luminaires inclinés. Avec des lampes à décharge haute pression, l’inclinaison est tout à fait à proscrire.

Les directions principales des différents terrains peuvent être perpendiculaires entre elles. Il n’est donc pas possible d’éviter certains emplacements comme expliqué dans « les règles particulières à un seul sport ». On peut néanmoins privilégier certains terrains et respecter au mieux les règles pour ceux-ci.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir un système de refroidissement tout air

Quand opter pour un système tout air ?

Bien que l’air ne soit pas le mode de transfert de chaleur le plus efficace (faible capacité calorifique, faible efficacité des ventilateurs), il peut s’avérer intéressant de choisir un refroidissement par air lorsque les débits thermiques nécessaires sont proches de ceux requis pour la ventilation hygiénique. Cela peut notamment être le cas dans des salles de réunion, grands bureaux paysagers, salle d’opération ou de spectacle par exemple. Ou encore, lorsque les besoins de refroidissement du bâtiment sont faibles et bien maitrisés (par des superficies vitrées réduites, des protections solaires extérieures,…). On fait alors l’économie d’un réseau d’eau chaude et/ou glacée et des émetteurs locaux.

Choix de la configuration du réseau

Deux situations sont possibles :

soit les besoins des locaux sont relativement constants dans le temps, auquel cas un système à débit d’air constant sera retenu ;
soit ces besoins sont variables et le choix d’un système VAV sera fait.

Différents systèmes à débit d’air constant sont envisageables :

Système monogaine
- unizone
- multizones
Système double-gaines multizones (avec boîtes de mélange).

Lorsque les locaux présentent des occupations et des charges thermiques variables, il reste à affiner le choix parmi les différentes technologies de VAV : découpage du bâtiment en zones homogènes, modulation du débit par local ou groupe de locaux, choix du niveau de pression.

Choix du débit d’air constant « monogaine » ou « double-gaines » (dual duct)

Si une seule zone est à traiter, ce choix ne se pose pas : la régulation du caisson de traitement d’air permettra de s’adapter aux variations de la demande. C’est ce que l’on fera pour une salle de conférences, pour une salle d’opération dans un hôpital, pour un grand hall, …

Par contre, si plusieurs zones sont à traiter, le système doit pouvoir s’adapter à des besoins différents : locaux situés sur des façades différentes, salles de réunion différemment utilisées,…

Comment, à partir d’un même caisson de traitement d’air, produire des températures différentes ? C’est là que le choix existe entre 2 systèmes :

Soit un système mono-gaine, multi-zones

Mais ce système risque fort d’être destructeur d’énergie (préparation d’air chaud, refroidi par la suite…). Aussi, il ne peut être imaginé en pratique que sur base d’une centrale préparant de l’air frais (16°, par exemple) et les unités terminales apportent le complément uniquement via une batterie de chauffe terminale.

Mais comment gérer les besoins variables en été ? Le local exposé au soleil souhaitera un air plus froid que celui qui est au Nord. On risque donc de refroidir l’air en centrale et de le réchauffer à l’entrée des locaux au Nord…

On constate ici que la centralisation du traitement génère un manque de souplesse total. On préférera se diriger soit vers une installation « tout air » à débit d’air variable, soit vers une solution « air-eau ».

Soit un système double gaines, dit « dual duct »

Deux réseaux parallèles : un réseau d’air chaud et un réseau d’air froid. Une sonde de température ambiante commande le réglage d’une boîte de mélange. Ce système est contraignant à plusieurs niveaux : financièrement (investissement), énergétiquement (risque de « détruire » de l’énergie à l’exploitation) et spatialement (encombrement dans les faux plafonds).

On ne l’installe plus aujourd’hui car il est très énergivore (on détruit de l’énergie pour obtenir la température souhaitée). On tente plutôt de le démanteler dans les anciens bâtiments où il est installé.

Conclusions

Il nous semble que le système « tout air – à débit constant » ne peut raisonnablement s’appliquer aujourd’hui que pour le traitement d’une seule zone, c’est-à-dire un ou plusieurs locaux homogènes, commandés par une seule sonde d’ambiance commune. C’est là une limitation très importante, qui explique le succès des systèmes à volume d’air variable, beaucoup plus souples que ceux à débit constant.

Cas particulier pour les locaux occupés de façon sporadique

En présence de locaux à chauffage très intermittent (comme des salles de réunion, de spectacles,…), une variante avec système de chauffage complémentaire par radiateurs permet d’assurer un chauffage de base entre 12 et 15°C en période de non-occupation, et une mise en confort très rapide dès l’arrivée des personnes (ou par horloge).

Ce système est économique et supprime la surchauffe des locaux en période de forte occupation grâce aux possibilités de ventilation et de rafraîchissement, et à la faible charge des parois.

Systèmes VAV : Un découpage du bâtiment en zones homogènes

Puisque la température de pulsion de l’air au départ d’un groupe de préparation sera uniforme pour l’ensemble de la zone traitée, le bâtiment sera découpé en zones homogènes pour lesquelles on souhaite avoir une modulation du débit distincte. Par exemple, la façade Nord, la façade Sud et l’ensemble des locaux intérieurs peuvent constituer 3 zones avec un groupe distinct et une température de départ distincte (une zone intérieure demande toujours du refroidissement alors que la zone Nord demande majoritairement du chauffage).

La taille de l’installation impose parfois le découpage également : les débits d’air sont couramment de 6 (jusqu’à 10) renouvellements du volume des locaux par heure ! L’encombrement impose parfois un découpage en zones distinctes.

Mais le dimensionnement de la centrale profite lui au contraire de l’effet de foisonnement entre locaux dont les besoins sont différents : si façade Est et façade Ouest sont sur une même centrale, il ne faudra jamais cumuler les 2 puissances puisque le soleil ne peut être des 2 côtés simultanément.

Exemple.

Un regroupement des salles de réunion sur un même groupe de préparation permet de valoriser les avantages du VAV. Chaque salle se greffera sur le réseau via une bouche de pulsion commandée par détecteur de présence. Le ventilateur du groupe travaillera à vitesse variable pour maintenir une pression constante dans le réseau. Le groupe de préparation sera dimensionné avec un facteur de simultanéité (défini de commun accord avec le Maître d’Ouvrage) pour tenir compte du fait que toutes les salles ne seront pas occupées en même temps.

La régulation du débit peut être on/off en fonction qu’il y ait présence ou non, ou modulée en fonction du contrôle de la température du local, ce qui est énergétiquement préférable. Une sonde CO₂ sur la reprise permettra d’adapter la quantité d’air neuf aux besoins.

À l’intérieur d’une zone, chaque local peut avoir sa bouche modulante et donc un débit modulé en fonction des besoins. La régulation est alors très souple,… mais l’installation est chère !

À noter l’inconvénient de ce type d’installation à air (par rapport au système air-eau) : le manque de souplesse dans la modification future du réseau (démontage des faux plafonds). On a dès lors intérêt à prévoir de nombreuses bouches, afin d’anticiper un découpage différent des locaux dans le futur (ajout d’une cloison).

Pour mémoire : le choix du nombre de conduits

Il est théoriquement possible de prévoir un système VAV à deux conduits : une centrale prépare simultanément de l’air froid et de l’air chaud, les deux fluides étant distribués en parallèle et mélangés dans une boîte de détente à l’entrée de chaque zone.

Il s’agit ici d’un système hyper flexible, pouvant répondre avec souplesse à des besoins variables et opposés.

Dans la version « usine », un premier clapet motorisé fait passer soit l’air chaud, soit l’air froid. Un second module ensuite le débit.

Dans la « full options », la boîte de réglage est équipée de deux volets de réglage progressif. Une zone neutre sépare les plages d’ouverture des conduits d’air chaud et d’air froid.

En principe, il n’existe aucun mélange possible entre chaud et froid au niveau du diffuseur, même si les deux conduits cohabitent toute l’année dans les gaines techniques…

Le coût d’investissement est vraiment très important. On cite parfois comme application les grands navires de plaisance : pour le confort des passagers, on souhaite leur fournir une souplesse totale de régulation, même lorsque le bateau vire de bord et que la face ensoleillée change ainsi brutalement… !

Aujourd’hui, pour atteindre un tel objectif de confort, on choisira plutôt une installation de ventilos-convecteurs à 4 tubes ou une installation à fluide réfrigérant variable, très souples également lorsque les besoins fluctuent fortement.

Seule application éventuelle : la réhabilitation d’un système classique à deux conduits à débit constant en système à débit variable.

Améliorer

Pour en savoir plus sur l’amélioration d’une climatisation « tout air » à débit constant existante, cliquez ici !

Choix du système de chauffage associé

Les systèmes mono gaine sans réchauffage terminal

On ne pulse que de l’air froid en été (entre 12 et 18°C) et de l’air chaud en hiver (entre 25 et 40°C). L’air est préparé en centrale et, dans le cas d’une installation VAV, chaque local régule le débit d’air juste nécessaire en fonction de la température souhaitée, avec un débit minimum ajusté :

soit au débit d’air hygiénique,
soit à un débit plus élevé parce qu’une bonne distribution de l’air dans le local l’oblige,
soit à un débit plus élevé parce que les besoins de chauffage apporté par l’air l’obligent (si régulation à une sortie).

Le plus simple est d’avoir une consigne fixe pour chaque saison et le passage d’une consigne à l’autre est réalisé par un thermostat extérieur : il y a basculement pour une température extérieure de + 15°C, par exemple. Mais cette régulation peut être affinée.

Le système est très économique (surtout à l’exploitation), notamment parce qu’on ne fait jamais du chaud et du froid simultanément. Mais il ne convient que pour les locaux dont les charges thermiques sont homogènes. Il sera par exemple impossible de refroidir un local intérieur et de réchauffer simultanément un local périphérique traité par le même groupe …

Les systèmes monogaine avec réchauffage terminal

Cette variante s’applique aux bâtiments qui comportent des zones dont les besoins sont différents. On pense tout particulièrement aux grands immeubles de bureaux dont les zones centrales ont en permanence des besoins d’évacuation de la chaleur (charge stable) et dont les zones périphériques (locaux en façades) ont des besoins de chauffage en hiver, par grands froids (charge variable).

L’idée est alors de prévoir un circuit d’air froid pour tous les locaux, à débit variable, complété par des batteries de chauffe pour les locaux périphériques

En fait, il s’agit d’un « vrai » VAV pour la zone interne (alimentée en froid toute l’année), et d’un VAV complété d’une variation de température pour les locaux périphériques. On comprend qu’une telle installation soit très souple à l’usage !
Trois principes sont possibles :

1. Soit l’apport de chaleur est réalisé par des corps de chauffe traditionnels (radiateurs, convecteurs)

Généralement, ces corps de chauffe sont placés en périphérie du bâtiment, le long des façades, pour vaincre les déperditions par les parois. Le système VAV refroidit le cœur du bâtiment en hiver, refroidit tout le bâtiment en été et assure la ventilation hygiénique toute l’année. On sera attentif à ne pas « casser de l’énergie » par un fonctionnement simultané du froid et du chaud dans les mêmes locaux. Ainsi, une plage neutre doit être réservée entre chauffage et refroidissement (par exemple, les vannes thermostatiques de radiateurs sont réglées sur 21°C et l’ouverture du débit d’air froid ne commence qu’à 23°C). en-dessous de 23°C, la boîte VAV fonctionne sur son débit minimum préréglé.

C’est la solution sans doute la plus économique à l’investissement et à l’exploitation. Problème : bloquer les vannes thermostatiques sur 21°C n’est pas toujours bien accepté par l’occupant…

À défaut d’un recyclage de l’air (pour des raisons hygiéniques ou parce que les conduits ne sont pas situés l’un près de l’autre, un récupérateur de chaleur peut être prévu entre conduits d’extraction et de pulsion.

2. Soit les batteries de chauffe sont placées en série sur la boîte VAV

Une régulation spécifique est nécessaire :

Par exemple, si la sonde d’ambiance détecte une température inférieure à 21°C, la vanne de chaud est ouverte à 100 % et le débit d’air est réduit au seuil minimal préréglé. Lorsque la température intérieure approche de 23°, la vanne chaud se ferme progressivement. Lorsque la température dépasse 23°, la vanne chaud est fermée et le débit d’air frais augmente progressivement jusqu’à atteindre le débit maximal pour la charge maximale et maintenir 24°C dans l’ambiance. Ici encore, l’insertion d’une zone neutre entre chaud et froid sera énergétiquement obligatoire.

On perçoit le défaut de ce système : le chauffage est assuré sous un débit d’air minimal… La puissance de chauffe ne pourra être très élevée ! et l’on risque d’augmenter en permanence le débit d’air minimum préréglé uniquement pour des besoins de chauffage.

Cela montre la limite du VAV lorsque l’on veut aussi traiter des locaux ayant des besoins de chauffage.

En pratique, la batterie de chauffe est souvent intégrée dans la boîte de détente. Elle est alimentée en eau chaude, ou remplacée par une résistance électrique (dont la consommation doit être soigneusement étudiée vu le coût du kWh électrique).

Une gestion de ces résistances électriques est utile :

démarrage en Heures Creuses (fin de nuit) lors de la relance,

délestage possible de certaines résistances lors de la pointe de puissance quart-horaire.

Pour un bon fonctionnement de la boîte VAV, une gestion de la pression du réseau en amont est nécessaire.

À noter que la présence de batteries de chauffe va augmenter les pertes de charge à vaincre par le ventilateur, hiver (admettons…) comme été (là, c’est plus dommage puisque cette batterie est à l’arrêt !). Mais on parle ici d’une perte de charge de 40 Pa au débit max, soit 10 Pa au débit moitié, ce qui reste faible à comparer au 1 500 PA de l’ensemble du réseau.

A nouveau, à défaut d’un recyclage de l’air, un récupérateur de chaleur peut être prévu entre conduits d’extraction et de pulsion.

3. Soit les batteries sont placées en parallèle par rapport au local

Le schéma suivant est théoriquement possible :

La régulation est complétée par l’enclenchement du ventilateur d’air recyclé lorsque le chauffage est enclenché :

Chaque batterie chaude voit son débit modulé en fonction du thermostat d’ambiance de la zone qu’elle alimente.
Il s’agit d’une solution qui présente plusieurs avantages par rapport à la solution « série »

Le débit de pulsion d’air chaud est tout à fait indépendant de l’installation. Par rapport à la solution précédente, un tel fonctionnement en « circuit fermé » permet d’augmenter la puissance de chauffe puisque le débit d’air est plus élevé.

En période de relance (avant l’arrivée des occupants), le chauffage peut fonctionner en circuit fermé, sans apport d’air frais extérieur.

En été, il n’y a pas de perte de charges supplémentaires générées par le passage de l’air dans la batterie de chauffe.

Mais cette solution est très chère et sophistiquée. On peut penser alors à une solution plus simple :

pulsion d’un débit d’air hygiénique constant,

complété par des unités terminales à recyclage, équipées de batteries de chaud et de froid dans les zones périphériques et d’une batterie de froid dans la zone centrale.

Mais c’est alors une installation « air-eau » avec ventilo-convecteurs ou MTA (Module de Traitement d’Air) !

Dispositifs d’économie d’énergie

Choix du régime de pression

L’air peut être distribué à des vitesses variant de 5 à 15 m/s.
À débit égal, doubler la vitesse de l’air dans les gaines permet de diminuer par deux la section nécessaire. Le bureau d’études cherchera donc parfois à augmenter la vitesse pour réduire l’encombrement des conduits. Mais un air pulsé à haute vitesse circule à haute pression. Il doit dès lors être « détendu » à l’entrée du local. C’est le rôle de la boîte de détente.

Un autre inconvénient des hautes vitesses est que les frottements de l’air sur les parois des gainages sont proportionnels au carré de la vitesse. Et donc le ventilateur doit vaincre des pertes de charges beaucoup plus élevées, variant de 500 à 1 500 Pa.

De plus, à ces hautes pressions, des précautions sérieuses sont à prendre en matière acoustique, notamment au niveau des appareils terminaux (amortisseur de bruit).

Aussi, pour différentes raisons, on a tout intérêt à limiter les vitesses et donc en tout cas à ne pas dépasser une perte de charge de 1 000 Pa pour le dimensionnement du réseau.

À noter que si autrefois les bouches à débit variable exigeaient une pression minimale élevée pour un bon fonctionnement, ce critère n’est pratiquement plus d’application aujourd’hui.

> pour un réseau à basse vitesse (à basse pression) :

la vitesse de déplacement de l’air varie entre 2 m/s (au droit des bouches) et 7 m/s (au départ de la conduite principale).

le groupe de reprise d’air (= GE = Groupe d’Extraction) est dimensionné entre 150 et 300 Pa, ce qui entraîne une puissance de 250 à 500 W au moteur, pour 1 m³/s.

le groupe de pulsion d’air (= GP = Groupe de Pulsion) est dimensionné entre 450 et 600 Pa, ce qui entraîne une puissance de 750 à 1 000 W au moteur, pour 1 m³/s.

> pour un réseau à haute vitesse (à haute pression) :

le groupe de pulsion d’air (= GP = Groupe de Pulsion) est dimensionné entre 1 200 et 2 400 Pa, ce qui entraîne une puissance de 1 600 à 3 000 W au moteur, pour 1 m³/s.

Il est généralement utile d’équiper les ventilateurs d’un moteur à deux vitesses afin de réduire la puissance motrice en situation d’occupation réduite.

Exemple.

Chiffrons la différence de consommation entre les réseaux Basse et Haute pression. En moyenne, le réseau Haute pression sera dimensionné sur une perte de charge globale supérieure de 1 000 Pa par rapport au réseau Basse pression (pulsion + extraction). Le supplément de puissance du ventilateur est alors de :

Puissance = Débit x Hauteur manométrique / Rendement

Soit un supplément minimum de 1 300 Watts pour un débit de 1 m³/s transporté, où 0,36 W par m³/h transporté.

Imaginons un groupe de 10 000 m³/h. La consommation supplémentaire annuelle (sur base de 0,1 €/kWh, pointe comprise) sera de :

Suppl. consommation = (10 000 x 0,36 x 24 x 365 / 1 000 [Wh/kWh]) x 0,1 [€/kWh] = 3154 €/an !

Soit près de 100 000 € pour deux ventilateurs en 30 ans de fonctionnement…

Si l’installation ne tourne qu’aux heures de bureau (50 h/semaine), le supplément est ramené à 98 €/an.

Pour l’utilisateur du bâtiment, il y a sûrement une manière plus efficace de dépenser cet argent…

Remarque : à titre d’information, les cliniques St Luc de Bruxelles traitent près de 300 000 m³/h… Le débit de 10 000 m³/h dont il est question ici représente donc l’équivalent du service des urgences…

Si le régime Haute Pression est malgré tout choisi, il est clair qu’il ne faudrait jamais dépasser les 15 m/s, pour limiter la consommation et aussi le bruit produit dans les boîtes de détente.

Récupération de chaleur

Lorsque l’on choisit une installation à débit d’air constant, le coût du traitement d’air d’une installation « tout air neuf » est hors de prix.

La récupération de chaleur sur l’air extrait

Une quantité importante d’énergie peut être récupérée en plaçant un récupérateur de chaleur sur l’air extrait. Le rendement des échangeurs de chaleur à plaque atteint aujourd’hui facilement 80 à 90%.

Différentes technologies de récupération de chaleur sont envisageables : le croisement des flux d’air neuf et extraits dans un échangeur à plaque ou à roue, ou l’échange indirect par l’intermédiaire de batteries et d’une boucle d’eau.

Le recyclage de l’air extrait

Une autre possibilité de récupération d’énergie est le recyclage d’air extrait.

Des registres motorisés modulent les débits d’air recyclé et d’air rejeté. Le débit d’air neuf ne peut cependant jamais descendre sous le débit minimal d’air neuf hygiénique en période d’occupation.

L’efficacité de ce système est dû à plusieurs faits :

Dans cette technique, il est possible de moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants du ou des locaux. Par exemple, une sonde CO₂ placée dans le conduit d’air extrait peut moduler l’ouverture du registre d’air neuf. D’où une fameuse économie !

Parmi les systèmes de récupération d’énergie, le recyclage partiel de l’air extrait permet de valoriser aussi bien l’énergie sensible que l’énergie latente (chaleur et humidité).

La technique permet de valoriser l’air frais extérieur durant une bonne partie de l’année : la demande de refroidissement des locaux ayant souvent lieu lorsque l’air extérieur est plus froid que l’ambiance, il sera possible d’en profiter par un débit d’air neuf plus élevé, voire apportant les 100 % du débit. Et si l’air neuf est trop froid, la température sera relevée par le mélange avec de l’air chaud extrait des locaux.

Recyclage et récupérateur de de chaleur ne sont bien entendu pas incompatibles. Dans un réseau dimensionnée largement au-delà des besoins d’air hygiénique, on combinera souvent les deux, pour pouvoir à la fois moduler la quantité d’air neuf et maximiser la récupération d’énergie. Pour maximiser le bénéfice énergétique, l’air neuf sera d’abord réchauffé par récupération de chaleur avant d’être mélangé à l’air recyclé.

Dans tous les cas, la modulation du recyclage et de la récupération de chaleur doit être réfléchie pour éviter les surchauffes en mi-saison.

Pour en savoir plus :

Études de cas

Recyclage ou tout air neuf pour une salle d’opération.

Calculs

Dans les outils de calcul – rubrique « Climatisation » – vous trouverez un outil permettant de calculer les caractéristiques d’un mélange d’air.

Free cooling

Cette technique vise à valoriser l’air frais extérieur lorsque la demande de refroidissement a lieu alors que l’air extérieur est plus froid que l’ambiance. Dans ces conditions, il sera possible d’en profiter en engageant un débit d’air neuf plus élevé, voire apportant les 100 % du débit. Et si l’air neuf est trop froid, la température sera relevée par récupération de chaleur ou par recyclage de l’air chaud extrait des locaux.

Une installation VAV est particulièrement bien adaptée pour une utilisation optimale des énergies gratuites par free cooling. Cette pratique s’applique également dans le cas de systèmes à débit constant.

En hiver, de l’air frais extérieur peut alimenter les zones à rafraîchir sans nécessiter l’enclenchement des groupes frigorifiques.
En été, une ventilation nocturne peut décharger le bâtiment de la chaleur accumulée en journée.

Mais il faut être attentif à plusieurs problèmes :

Ne pas casser du froid par du chaud !

Si la zone centrale demande du froid alors que la zone périphérique souhaite de la chaleur, on utilisera de l’air extérieur « gratuit » en centrale, préparé pour les besoins de la zone intérieure (à 16°C par exemple), et cet air sera ensuite post chauffé dans les zones périphériques.

En aucun cas, il ne faudrait créer du froid par une machine frigorifique et simultanément alimenter les batteries de chauffe par le réseau de chauffage. C’est d’ailleurs une solution interdite par la réglementation thermique française. À la limite on pourrait imaginer de récupérer la chaleur du condenseur de la machine frigorifique. Mais un tel système serait inadapté ici.

Privilégier le recyclage partiel de l’air extrait des locaux

En hiver, on souhaite profiter de l’air extérieur pour alimenter le réseau d’air froid, mais 65 % du temps, l’air extérieur est inférieur à 14°C et doit donc être réchauffé avant d’être pulsé dans les locaux. Il serait dommage, alors que l’on veut économiser le groupe frigorifique, de tout reperdre en chauffage…

Un recyclage partiel de l’air extrait est ici tout indiqué. Ainsi, l’air extrait des locaux (à 24°) sera mélangé à l’air neuf extérieur pour obtenir la température juste souhaitée, sans surcoût énergétique. Par exemple :

50 % d’air extrait à 24°C + 50 % d’air neuf à 8°C = 100 % d’air à 16°C

Études de cas

Les bilans énergétiques d’une installation avec et sans recyclage ont été réalisés pour le cas de 4 locaux de consultation à l’hôpital de Chimay.

C’est une très bonne solution si les locaux requièrent par eux-mêmes un apport d’air élevé (local de réunion intérieur, salle de conférence). Cet air est alors utilisé simultanément pour rafraîchir.

Remarques.
Dans tous les cas, l’analyse système/zone est très importante pour adapter les groupes aux besoins de chaque zone. « Zoner les locaux », c’est ici la première démarche URE.

Si le recyclage n’est pas souhaité pour des raisons hygiéniques, il est possible de placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait qui transférera la chaleur sans autoriser de contact entre l’air vicié et l’air neuf.

Pour en savoir plus :

Concevoir

Valoriser la fraicheur de l’environnement.

Choix de la régulation

La régulation d’une installation « à volume d’air variable » se décompose en de multiples régulations imbriquées.

La régulation classique d’un espace refroidi par une installation « tout air » dissocie la régulation :

d’une part de la température en agissant sur les batteries froides et chaudes,

D’autre part, dans le cas du VAV, du débit d’air en agissant sur les clapets de réglage d’air neuf et d’air recyclé.

En conception énergétique, il est intéressant de mixer les deux pour pouvoir récupérer au maximum l’énergie contenue dans le recyclage.
Ainsi, pour un local refroidi par VAV :

La régulation de la température intérieure,
>	requiert la régulation du débit d’air,
	>	qui requiert la régulation de la pression dans le conduit d’air pulsé,
		>	qui entraîne la régulation de la pression dans le conduit d’air repris,
			>	ceci sous-entendant la régulation du débit des ventilateurs.

La régulation de la température intérieure

Dans le cas d’une installation à débit constant, la sonde de température de l’ambiance envoie son signal au régulateur de température qui le compare à la valeur de consigne. Imaginons que ce soit l’été et qu’il fasse trop froid dans l’ambiance. Suite à l’écart détecté, la vanne de froid est fermée progressivement.

Si la température d’ambiance continue à baisser, et descend en dessous de la zone neutre, c’est la vanne de chaud qui est ouverte progressivement.

Si la zone contient plusieurs locaux, il arrive souvent que la sonde soit placée dans la reprise d’air afin de mesurer la valeur moyenne des locaux traités.

Ceci est le schéma classique avec une zone neutre dans laquelle les batteries froides et chaudes sont fermées. Dans certains locaux, tels que des salles d’opération, il n’y aura pas de zone neutre !

Remarque : la vanne de froid peut donc s’ouvrir soit pour déshumidifier l’ambiance, soit pour la refroidir. Le régulateur d’humidité devra être informé de la demande du régulateur de température et il prendra la demande la plus exigeante pour agir sur la vanne.

Notons que les exigences de température de certains locaux tels que des zones à risque de contamination élevé sont importantes et ne laissent pas de place à une plage neutre de température dans laquelle les vannes des batteries froides et chaudes sont fermées : il y a donc destruction d’énergie ! Dans un système à recyclage, il existe un moyen de combattre la destruction d’énergie par un savant mixage des consommations des équipements de la centrale de climatisation et d’énergie de recyclage.

Dans le cas d’une installation VAV, le principe de base consiste à réguler la température intérieure en moduler le débit d’air en fonction des besoins, et non la température de pulsion.

Si le chauffage est apporté par une batterie terminale, une régulation simple « à une sortie » consiste à moduler le débit en fonction d’une seule courbe de température :

en plein été, le débit est maximal,

en mi-saison, la température intérieure diminue et le débit d’air diminue également, jusqu’à atteindre le débit minimal (au moins le débit hygiénique),

en hiver, ce même débit minimum reste pulsé, mais c’est la température de l’air qui augmente pour couvrir les besoins de chauffage. On agit alors sur l’ouverture de la vanne de la batterie terminale.

Par contre, si le chauffage est apporté par l’air, on adopte une régulation « à deux sorties ». Elle est basée sur le raisonnement ci-dessous.

En hiver, une augmentation de la température dans le local va entraîner une diminution du débit d’air chaud pulsé. En été, au contraire, une augmentation de température intérieure va entraîner une augmentation du débit d’air froid pulsé.

Il est donc nécessaire d’inverser le sens d’action du régulateur en fonction de la saison. Ce changement peut être réalisé par un thermostat extérieur, par exemple réglé sur 15°C. De plus, une zone neutre sera ménagée par décalage des points de consigne hiver et été.

Cette commutation ne s’appliquera pas dans les locaux soumis uniquement à des apports de chaleur (zones centrales des immeubles climatisés).

Si les besoins des locaux sont liés aux conditions climatiques, la température de l’air pulsé peut aussi être adaptée en fonction de la température extérieure, via une loi de correspondance donnée (sorte de « courbe de chauffe », étendue en été).

Enfin, pour mieux tenir compte des besoins réels (présence des personnes, des équipements,…), la consigne peut également être compensée en fonction de l’évolution de la température intérieure. Lorsque l’écart entre la température effective mesurée dans le local et la consigne croît, la température de soufflage est augmentée en hiver et diminuée en été. La difficulté consiste à trouver le local « témoin »… Problème qui peut être résolu si une GTC est installée sur le bâtiment : dans ce cas, les informations de tous les régulateurs locaux sont envoyées par le bus de communication vers la centrale qui retient l’exigence la plus forte.

À noter que, pas plus que dans les autres systèmes de climatisation de bureaux, l’humidité des locaux ne peut être régulée local par local. Seul un réglage global de l’hygrométrie est possible dans le caisson de traitement central, sur base d’une mesure de l’humidité dans la gaine de reprise commune. Cette valeur moyenne est généralement suffisante vu la faible sensibilité du corps humain à l’humidité ambiante.

La limite basse de température de soufflage

Imaginons une salle de conférences de plusieurs centaines de personnes. La température extérieure est de 10°C. Vu les apports de chaleur importants donnés par les occupants, on aimerait pouvoir pulser un maximum de cet air extérieur frais « gratuit ».

Mais il faut que les bouches de soufflage soient prévues pour mélanger rapidement l’air frais avec l’air ambiant. On choisira des bouches à haute induction.

A défaut, les occupants risquent d’être incommodés par la coulée d’air froid. Il faudra alors préchauffer l’air entrant à une température minimale réglée par l’exploitant.

De là, une sonde de limite basse de température de soufflage, informant le régulateur de température, qui lui agit sur la vanne de la batterie de chaud ou de froid.

La régulation de l’humidité

Pour la plupart des installations, le contrôle précis de l’humidité ne se justifie pas : il suffit de s’assurer que l’humidité de l’ambiance est comprise entre 40 et 60 %, plage du « grand confort ». C’est le cas des salles de conférences, de cinéma, de gymnastique, dans les restaurants, les centres commerciaux, … Il n’y a que dans des cas particuliers comme les salles d’opération ou les laboratoires que le contrôle strict de l’humidité se justifie.

Autrement dit,

en dessous de 40 % d’humidité relative, la vanne de l’humidificateur s’ouvre progressivement,
au-dessus de 40 %, l’humidificateur est à l’arrêt,
au-dessus de 60 %, la déshumidification est enclenchée par l’ouverture progressive de la vanne de froid.

C’est le rôle du régulateur d’humidité.

Notons qu’il est cependant rare de devoir déshumidifier. Ce ne sera souvent que par temps orageux que l’humidité intérieure dépassera les limites acceptables. C’est pourquoi il n’est pas absolument obligatoire de commander la déshumidification au moyen d’une sonde d’humidité, surtout si l’installation est équipée d’une post-chauffe (cas des installations régulées par point de rosée) engendrant une destruction d’énergie (refroidissement et chauffage successif de l’air).

La régulation de la pression et du débit dans les systèmes VAV

La régulation locale du débit d’air pulsé

On peut adapter le débit par réglage d’un clapet : un servomoteur commande la position d’un clapet en fonction de la température dans le local. Ce clapet est généralement doté d’un système d’auto-réglage en fonction de la pression (afin de maintenir le débit souhaité malgré les variations de la pression du réseau). Il est inséré dans une boîte de détente tapissée d’absorbants acoustiques pour réduire le niveau de bruit. L’air est ensuite réparti vers le local via des diffuseurs.

Schéma sur régulation locale du débit d'air pulsé.

Il est également possible de faire varier le débit en agissant directement au niveau des diffuseurs. Le clapet est cette fois intégré dans le diffuseur. C’est la gaine de pulsion qui joue le rôle de plenum de distribution. Ici aussi, des absorbants acoustiques sont intégrés dans les parois.

Schéma sur régulation locale du débit d'air pulsé.

Les diffuseurs utilisés sont spécifiques aux installations à débit d’air variable. En effet, le confort doit être assuré quel que soit le débit pulsé. Curieusement, le risque d’inconfort apparaît lors des faibles débits : l’air à faible vitesse ne se mélange pas bien à l’air ambiant (faible induction) et « tombe » sur les occupants. Dans ce but, l’air est diffusé tangentiellement au plafond pour bénéficier d’un effet Coanda dans les deux directions.

Malheureusement, la pression n’est pas tout à fait stable dans le réseau, et à une position donnée du clapet ne correspond pas toujours une même valeur de la vitesse de l’air dans la bouche. Aussi, selon les fabricants, divers systèmes complémentaires sont utilisés pour s’assurer de l’adéquation du débit aux besoins.

Imaginons que le régulateur de température détecte une température ambiante supérieure à la consigne. Il envoie au régulateur de débit un signal qui devient sa consigne. Le débit est ajusté. Mais peu de temps après, les vannes des locaux voisins se ferment. La pression monte dans le circuit et le débit a tendance à augmenter. On pourrait attendre la réaction du local, via l’évolution de la température. Mais on préfère réaliser une mesure directe du débit et corriger la consigne du régulateur de débit. Certains constructeurs insèrent alors dans le conduit un capteur de pression dynamique. Puisque celle-ci est proportionnelle au carré de la vitesse, la vitesse réelle du fluide sera connue. Un actionneur pourra modifier la position du siège du clapet et la consigne de débit sera ajustée.

En résumé, la température influence la position d’ouverture du clapet. Et la mesure effective du débit déplace la courbe de réglage globalement.

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air pulsé

Lorsque plusieurs clapets se ferment, la pression monte dans le réseau. Les clapets encore ouverts sont perturbés dans leur régulation et de plus, ont tendance à augmenter leur niveau de bruit lors du passage de l’air.

Une régulation de la pression du réseau sera organisée. Un capteur de pression sera placé dans la gaine (idéalement entre la moitié et les deux tiers du réseau) et une régulation du ventilateur sera organisée en vue de pulser le débit juste nécessaire et de maintenir une pression constante dans le réseau. Idéalement, via un variateur de vitesse sur le moteur du ventilateur.

Si une Gestion Technique Centralisée est prévue dans la bâtiment, ou simplement un système de centralisation des informations issues des boîtes de réglage, les possibilités actuelles de régulation permettent de se libérer de cette contrainte du maintien de la pression en un endroit donné de la gaine. En effet, on mesure à présent le débit réel pulsé au droit de chaque bouche, et cette information permet de commander le ventilateur de telle sorte que le débit de la bouche la plus défavorisée soit tout juste atteint.

La régulation locale du débit d’air repris

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

Trois régulations sont possibles :

Schéma sur la régulation locale du débit d'air repris.

Soit le régulateur de température ambiante envoie le même signal au clapet de reprise qu’au clapet de pulsion,

Soit la sonde de débit d’air pulsé envoie son information vers le régulateur du clapet de reprise,

Soit enfin, on ajoute un capteur de pression dans le local pour réguler directement la surpression ou la dépression existante dans le local.

Cette dernière solution sera d’application lorsque l’on souhaitera maintenir volontairement la surpression ou la dépression d’un local (salle d’opération, salle blanche,…)

Mais un tel système est impayable ! Il n’est pas vraiment nécessaire d’identifier pulsion et extraction dans chaque local. On s’accorde généralement à dire qu’une gestion de l’air par zone ou par étage (au niveau de la trémie d’extraction) est suffisante pour éviter un transfert d’air parasite entre étages. On travaillera donc au niveau de la pression dans le conduit d’air repris.

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air repris

Trois solutions sont possibles :

Soit les commandes des ventilateurs de pulsion et de reprise sont synchronisées (le variateur de vitesse agit sur les deux moteurs simultanément). Mais ce système impose que les ventilateurs aient des caractéristiques aérauliques semblables. Or, les deux réseaux sont différents. Des écarts de débit apparaissent et les locaux risquent de ne plus être maintenus en surpression…

Soit ce sont les pressions des deux réseaux qui sont comparées et le ventilateur de reprise est régulé de façon à maintenir en permanence une différence de pression donnée.

Soit enfin, ce sont les débits qui sont comparés entre pulsion et reprise et la régulation se fait en fonction d’un débit différentiel constant.

À noter que dans les installations qui sont supervisées par une régulation numérique, le bus de communication peut signaler la position ou le débit réel de chaque boîte de détente. Le régulateur central somme alors ces débits pour définir le débit total des groupes de pulsion et d’extraction.

Quelle régulation de vitesse des ventilateurs ?

Plusieurs modes de réglage permettent d’adapter le débit des ventilateurs (de pulsion et/ou d’extraction) en fonction de la grandeur de référence :

étranglement,
by-pass,
aubage mobile de prérotation à l’aspiration,
variation de la vitesse du moteur,
variation de l’angle de calage des aubes (pour les ventilateurs hélicoïdes).

Tous ces modes de réglage n’entraînent pas la même économie électrique. Le by-pass (l’équivalent de la soupape différentielle utilisée en chauffage) peut même conduire à une augmentation de la consommation.

Il ressort de la comparaison des différents types de réglage que la solution énergétiquement la plus intéressante est la variation de la vitesse du ventilateur, soit par paliers grâce à des moteurs à plusieurs vitesses, soit de façon continue au moyen d’un convertisseur de fréquence.

Gamme de convertisseurs de fréquence.

Cependant, lorsque les plages de réglage souhaitées sont assez réduites, les solutions de l’étranglement (plage de réglage maximum de 100 à 85 %) ou des aubages de prérotation (réglage de 100 à 70 %, uniquement pour les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’arrière et les ventilateurs hélicoïdes) sont des solutions satisfaisantes.

Cette dernière solution, de moins en moins utilisée, peut cependant devenir plus intéressante que la variation de vitesse du ventilateur, pour les ventilateurs de très grosse puissance (40 .. 50 kW). En effet, un convertisseur de fréquence devant gérer une telle puissance est très coûteux.

Pour les ventilateurs hélicoïdes, la modification automatique de l’angle de calage des aubes conduit à une diminution de la consommation électrique presque équivalente à la variation de vitesse.

La gestion de l’apport d’air neuf

Il importe d’adapter à tout moment le débit d’air neuf adéquat. On peut parler d’une véritable gestion de l’air neuf, puisque :

Lorsqu’il fait très chaud dehors (T° > 25°C), l’air neuf doit être réduit au minimum hygiénique pour limiter les coûts de refroidissement.

Lorsqu’il fait froid dehors(T° < 16°C) et que le système de chauffage est enclenché, l’air neuf doit également être réduit au minimum hygiénique.

Le débit sera maximal lorsqu’il est préférable d’utiliser de l’air extérieur « gratuit » que de traiter l’air intérieur.

Le débit sera nul en période de relance du bâtiment (pas d’occupants).

Le débit sera maximal si l’on souhaite refroidir le bâtiment durant la nuit par de l’air frais extérieur (free cooling).

C’est donc le régulateur de température qui va organiser l’ouverture du registre d’air neuf, en comparant la température de l’air repris et de l’air neuf. On réalise parfois la comparaison des enthalpies (= des énergies), ce qui est plus précis puisque ce sont les niveaux d’énergie contenue dans l’air qui sont comparés : température + humidité de l’air.

Dans une installation VAV, quelles que soient les exigences thermiques, les besoins en air hygiénique doivent être rencontrés. Dans les installations avec « air recyclé », le registre d’air neuf devra en permanence être adapté : si le débit d’air à pulser dans les locaux est faible, la part de l’air neuf sera importante (jusqu’à 100 %). Au contraire, un grand débit pulsé entraîne une faible proportion d’air neuf.

Ce qui corse la régulation, c’est que les ventilateurs travaillent toujours dans des conditions différentes : ainsi, le débit de 100 % d’air neuf est souvent demandé lorsque les ventilateurs tournent à très basse vitesse…

La position des registres n’est pas significative du débit réel. Aussi, une sonde de vitesse d’air sera placée dans le conduit d’air neuf et agira sur les registres d’air neuf et de reprise pour maintenir le minimum hygiénique par mesure directe. De plus, si du free cooling est organisé pour refroidir les locaux, il sera prioritaire et l’apport d’air extérieur sera maximal.

Une régulation basée sur une sonde de présence, sonde CO₂,sonde de qualité d’air, permet également de faciliter la gestion du débit d’air neuf.

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

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

On trouvera plus de détails dans la régulation du taux d’air neuf d’une installation tout air et la régulation du débit d’air variable dans un conduit.

Les sécurités de fonctionnement

Un thermostat antigel est placé en aval de la batterie de chauffe, mais le plus près possible de celle-ci pour être influencé par son rayonnement.

Ce thermostat antigel ouvre progressivement la vanne de chauffe si la température descend en dessous de la valeur de consigne antigel. Par exemple : si la consigne antigel est de 2°C, quand la température du thermostat descend en dessous de 8°C, la vanne s’ouvre progressivement. À 2°C, elle est totalement ouverte. Si la température continue à descendre, le registre d’air neuf est fermé (action par « tout ou rien ») et l’alarme est enclenchée. S’il n’y a pas de recyclage, les ventilateurs doivent être arrêtés également.

À l’arrêt de l’installation, la vanne de la batterie de chauffe et le registre d’air neuf doivent se fermer et les ventilateurs doivent s’arrêter.

Deux pressostats différentiels contrôlent le fonctionnement des ventilateurs. S’ils ne sont pas satisfaits, le registre d’air neuf est fermé et l’alarme est enclenchée.

Un pressostat différentiel contrôle l’encrassement du filtre sur l’air neuf et enclenche une alarme en cas d’encrassement.

Le schéma de régulation global

Si l’ensemble des contraintes sont résumées dans un seul schéma, on aura, pour un système à débit constant :

Mais cette présentation correspond à la logique analogique, où les différents régulateurs sont imbriqués. Si le même problème est vu par un régulateur numérique, il traitera toutes les données (= INPUT) dans un seul programme de traitement (comme un programme d’ordinateur) et il fournira en sortie toutes les commandes (= OUTPUT) pour les différents moteurs et vannes.

Mieux, un bus de communication va parcourir le bâtiment, collecter les INPUT et alimenter les OUTPUT :

À noter que tous les branchements ne sont pas représentés, notamment parce que les commandes de sécurité restent locales.

Paramètres de dimensionnement

Une diminution des dimensions de la centrale de traitement d’air par rapport au système à débit constant

Comparons les systèmes :

Avec un système à débit d’air constant, chaque local est dimensionné avec un débit d’air permettant de répondre à la charge frigorifique extrême; dans le caisson de traitement d’air central, on devra traiter (en permanence !) le total des débits maximaux de tous les locaux.

Par contre, avec le système VAV, on va tenir compte du fait que le soleil tourne autour du bâtiment et que la charge maximale de la façade Ouest survient lorsque la façade Est est à faible demande; la centrale de préparation sera dimensionnée sur base du cumul instantané possible entre tous les locaux,… ce qui est déjà nettement plus raisonnable ! De même, si ce sont des bureaux, des locaux de réunion, … dont on peut prévoir qu’ils ne seront pas tous occupés en permanence, on peut tabler sur un certain foisonnement de la puissance totale de l’installation.

Il en résulte une économie du coût d’investissement de la centrale, par rapport à un système à débit constant. Mais encore faut-il que la taille de la centrale ne soit pas trop importante (n’oublions pas que l’on travaille avec des débits horaires correspondants à 6…8 renouvellements horaires !), que la localisation de la centrale, que les distances par rapport aux trémies verticales, … permettent un tel regroupement. Peut-être devra-t-on répartir les locaux par zones et perdre l’intérêt du regroupement ? Peut-être est-ce la régulation qui va imposer le découpage par zones distinctes ?

On constate ici toute l’importance qu’il faut attacher à définir correctement avec le Maître d’Ouvrage la configuration des zones homogènes et le coefficient de simultanéité d’occupation des locaux de chaque zone.

Température de l’air

Une température de pulsion minimale de 14° est tout à fait possible, parfois même 12°C. Suite à un fort effet d’induction, cet air se mélange à l’air ambiant, si bien que l’on développe une veine d’air à 19°C.

Attention, ceci suppose une T° de sortie de batterie froide de 11 à 12°C, suite aux apports du ventilateur (2K) et des gaines dans le bâtiment (1K). Ce qui signifie que, lors du free cooling, pour pouvoir assurer son effet refroidissant à 14°C dans le local, l’air extérieur doit également être à 11° ou 12°C ! D’où une diminution de l’énergie frigorifique gratuite.

Dans le local, la T° prise pour l’ambiance est une valeur de 25°C. Le Delta T° de travail de l’air froid dans le local est donc de (25-14) = 11 K.

Débits

On rencontre un débit maximal de 15 à 46 m³/h par m² traité. Soit avec une hauteur sous plafond :

De 2,7 m : un taux de brassage de 5,5 à 17 ren/h
De 3 m : un taux de brassage de 5 à 15 ren/h

Soit une puissance frigorifique de 150 à 190 W/m² !

Le débit minimal (pour assurer un brassage d’air et un taux d’induction suffisant) est de l’ordre de 9 m³/h par m² traité. Soit avec une hauteur sous plafond :

De 2,7 m : un taux de brassage de 3,3 ren/h
De 3 m : un taux de brassage de 3 ren/h

Ce qui est donc bien un équivalent de 3 x le débit hygiénique… sauf dans les salles de réunions.

La sélection des équipements terminaux

Il importe de sélectionner le matériel de telle sorte que le registre ait une bonne autorité sur le débit d’air qu’il contrôle.

On sera attentif à la bonne distribution de l’air dans les locaux en fonction des différents régimes de débits d’air. Il est possible de demander au fabricant de la bouche prévue un profil de distribution d’air dans le local aux différentes vitesses.

Actuellement, la régulation par vitesse variable sur des moteurs asynchrones des ventilateurs ne pose plus de problème.

Il faut être attentif au débit de limite basse admissible par l’appareil. On sait que le débit minimum est ajusté :

soit au débit d’air hygiénique,
soit à un débit plus élevé, pour les besoins d’une bonne distribution de l’air dans le local,
soit à un débit plus élevé pour les besoins de chauffage du local (si régulation « à une sortie »).

C’est ce qui entraîne, par exemple, un débit minimum égal à 30 % du débit nominal dimensionné pour l’été. Or ce débit minimum doit être le plus faible possible pour limiter la consommation de l’installation. On veillera donc tout particulièrement à ne pas surdimensionner les besoins en chauffage des locaux. Idéalement, on intégrera, avec l’accord du Maître d’Ouvrage, l’idée que les apports internes vont participer au chauffage des locaux et que donc l’installation peut être diminuée d’autant. Lors de la relance du matin de l’installation, l’arrivée d’air neuf sera stoppée et le bâtiment montera en température par recyclage de l’air intérieur.

À noter que pour la climatisation des zones internes, on dimensionne le débit minimum pour éliminer de toute façon la charge d’éclairage, puisque l’on sait qu’elle sera toujours présente.

Enfin, on sera attentif au fait que ce n’est pas forcément le bilan d’été qui entraînera les puissances frigorifiques maximales. Le Sud pourrait être plus pénalisant à certains moments de la mi-saison.

Critères acoustiques

Le niveau sonore généralement souhaité dans les bureaux (NR 35 ou 40 dB(A) environ) suppose une étude acoustique sérieuse de l’installation, surtout si le régime Haute Pression est adopté.

Il faut savoir que le respect des critères acoustiques est traité (par le bureau d’études) après le dimensionnement des réseaux.

Attention dès lors à ne pas imposer un niveau acoustique trop faible dans les locaux (parfois non justifié, suite à l’existence de bruits provenant des autres équipements ou des occupants par exemple), car le concepteur va avoir pour réflexe d’augmenter l’importance du silencieux à la sortie du groupe de préparation. Or le silencieux crée des pertes de charges supplémentaires et la consommation du ventilateur en sera augmentée toute sa vie durant !

Par contre, c’est la boîte de détente (à l’entrée de laquelle est placée le clapet de réglage) qui doit être suffisamment grande, celle-ci jouant le rôle de plénum de détente acoustique.

Mise en œuvre du groupe de traitement d’air

La surface sur laquelle repose le groupe de traitement d’air doit être suffisamment rigide pour éviter la mise en vibration d’éléments de la structure du bâtiment.

Il est conseillé de placer le groupe de traitement d’air sur une dalle flottante placée sur des plots antivibratiles, surtout si le groupe est placé au-dessus de locaux sensibles que ce soit en toiture ou en local technique.

Afin d’éviter la transmission de vibrations à la structure du bâtiment, on raccorde les caissons du groupe et les gaines avec des manchettes souples.

Les parois sont à double enveloppe en tôle d’acier galvanisé ou peint. Un isolant acoustique et thermique de 25 mm d’épaisseur minimale est fixé entre les deux tôles.

On constate que la prise d’air peut être aussi bruyante que la pulsion. On placera dès lors un silencieux dans la gaine de prise d’air neuf et sur la gaine de pulsion d’air. De même, en toiture, il faut toujours éloigner les groupes de traitement d’air des grilles de rejet d’air vicié, car le bruit du groupe de traitement d’air pourrait se transmettre, vers les locaux occupés, via la gaine de rejet d’air.

Tout particulièrement, les boîtes de mélange des systèmes « dual duct » seront sources de bruit et demanderont un traitement spécifique.

Dans les réseaux à Haute Pression, les boîtes de détente seront insonorisées pour amortir le bruit.

Critères économiques

Les systèmes mono-gaines à débit constant ont un coût d’installation variant 125 et 190 €/m² (HTVA) pour une installation complète. Les coûts de maintenance varient, suivant le surface, entre 1,75 à 5 €/m² par an.

Avec un prix compris entre 137,5 et 212,5 €/m², l’installation VAV est plutôt plus chère qu’une installation par ventilos-convecteurs. Elle devrait être moins chère qu’une installation à débit constant suite à la taille plus réduite du caisson de préparation en centrale, mais le coût de la régulation en est nettement plus élevé.

Check-list du projet

Des questions à se poser :	Plus d’infos ?
Les systèmes à débit constant ne convient, en pratique, que pour traiter un seul local ou plusieurs locaux mais de températures homogènes. Est-ce votre cas ?	détails
Le découpage par zones permet-il de réguler correctement les ambiances, tout en profitant d’un coefficient de foisonnement pour le dimensionnement des groupes de traitement d’air ? (exemple : regroupement des salles de réunion sur une même centrale)	détails
La vitesse de dimensionnement choisie est-elle nécessaire pour réduire l’encombrement ? Ne peut-on pas élargir les conduits pour diminuer les coûts d’exploitation et le bruit durant toute la vie de ce système ?	détails
Ne pourrait-on pas éviter le régime Haute Pression ? La vitesse de l’air dans les conduits est-elle nécessaire pour réduire l’encombrement ? Ne peut-on pas élargir les conduits pour diminuer les coûts d’exploitation et le bruit durant toute la vie de ce système ? Ne doit-on pas imaginer des ventilateurs à 2 vitesses ?	détails
Le débit d’air neuf hygiénique est-il assuré quel que soit le débit pulsé ?	détails
Le système permet-il de valoriser l’air neuf extérieur « gratuit » si la température est adéquate (free cooling) ?	détails
Un récupérateur de chaleur est-il placé sur l’air extrait ? Un recyclage partiel de l’air extrait est-il prévu ?	détails
Le choix du système de chauffage est-il le plus adéquat ? Si des résistances électriques sont prévues, une étude de consommation probable a-t-elle été faite ? Un délestage est-il prévu ? Un mode de fonctionnement en recyclage (pas d’apport d’air neuf) est-il prévu par la régulation lors de la relance du matin ?	détails
La régulation interdit-elle tout fonctionnement simultané du chauffage et du refroidissement ? (présence d’une « zone neutre »)	détails
La régulation du débit pulsé entraîne-t-elle véritablement une diminution de l’air traité et une diminution de la vitesse de rotation des ventilateurs (pas de by-pass de l’air non pulsé) ?	détails
Le débit minimum a-t-il été préréglé à la valeur vraiment minimale (la plus proche possible du débit hygiénique) ?	détails
La sélection des bouches permettra-t-elle une bonne distribution de l’air, même lors du débit minimum ?	détails
La qualité acoustique du projet est-elle suffisante ?	détails

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la régulation [Chauffage]

La régulation des chaudières

Réduire les pertes des chaudières

Adapter la température de l’eau

Autrefois, la logique de base était la suivante : puisque l’on ne savait pas à quel moment il y aurait des besoins de chaleur (demande de la zone nord, du ballon d’eau chaude sanitaire, …), la chaudière était maintenue sur son aquastat à température élevée en permanence. Les pertes étaient élevées, les chaufferies étaient surchauffées, idéales pour faire sécher un vêtement détrempé ! Pour les chaudières gaz atmosphériques, la perte de rendement était importante car le foyer, surmonté de la cheminée, se refroidissait en permanence !

Ces 20 dernières années, une amélioration est apparue : la température de maintien de la chaudière est liée à la température extérieure. On parle d’une régulation glissante sur sonde extérieure. La chaudière est réglée à 80° en janvier et à 50° en avril, sauf si une limite basse est prévue pour les besoins de l’eau chaude sanitaire ou pour des raisons de condensation.

Aujourd’hui, avec l’apparition de la régulation numérique, une nouvelle logique apparaît : ce sont les circuits consommateurs qui vont définir la température minimale de chauffe. Si le circuit sud demande une température d’eau de 35°C, et le circuit nord de 43°C, la chaudière sera informée qu’une température de 48°C est suffisante. A présent, la régulation numérique peut avertir la chaudière des besoins des consommateurs et la chaudière peut se maintenir à très basse température sans risque de corrosion, si elle est conçue « très basse température« . C’est l’énergie qui est gagnante puisque les pertes sont limitées au minimum.

Concevoir

Attention, ce type de régulation a ses limites dans certaines situations :

Une installation combinée alimentant à partir du même collecteur primaire un échangeur instantané (échangeur à plaques) pour la production d’eau chaude sanitaire.
La combinaison de plusieurs chaudières, régulées en cascade, d’une boucle primaire fermée et de circuits secondaires équipés de vannes mélangeuses.

Pour en savoir plus sur les limites d’application des chaudières « très basse température » : cliquez ici !

Réguler les chaudières et les brûleurs en cascade

Si l’option a été prise de :

diviser la puissance à installer en plusieurs chaudières,
choisir des brûleurs 2 allures (gaz ou fuel).

> l’ensemble doit faire l’objet d’une régulation en cascade.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le nombre de chaudières et sur le type de brûleur à choisir : cliquez ici !

Cette fonction est prévue dans la plupart des régulateurs modernes qui permettent de gérer en cascade plusieurs chaudières équipées de brûleurs à 2 allures.

Attention, il ne faut pas perdre de vue que la gestion des chaudières en cascade implique le placement de vannes motorisées sur chaque chaudière et commandées par le régulateur.

Protéger les chaudières classiques

Si le choix de la chaudière s’est porté sur une chaudière traditionnelle ne pouvant pas travailler en très basse température, il faudra que la régulation soit adaptée aux prescriptions du fabricant de la chaudière. Ces prescriptions sont le plus souvent :

un débit minimal (généralement fixé à un tiers ou à la moitié du débit nominal),
une température minimale de l’eau de retour (généralement 55° ou 60°C).

Voici quelques exemples de ce que peuvent imposer les fabricants de chaudières.

Concevoir

Exemples qui montrent également la complexification de l’installation lorsque l’on ne choisit pas une chaudière très basse température (ou à condensation) à grand volume d’eau.

Pour en savoir plus sur le choix d’une chaudière, cliquez ici !

Circulateur de recyclage

Les exigences de débit et de température de retour minimaux sont généralement rencontrées par la présence d’une pompe de charge (ou pompe de recyclage) en by-pass de l’installation ou, mieux, en série avec le générateur. Le débit minimal d’alimentation de la chaudière est assuré, même si les circuits se ferment, et l’eau froide de retour des radiateurs est mélangée à l’eau chaude venant de la chaudière.

Pompe de recyclage permettant un débit permanent dans la chaudière et le maintient du température minimale de retour.

Commande des chaudières en fonction de la température de départ et de retour

Une alternative pour éviter des retours de température trop froids est de choisir un régulateur qui permet une régulation de l’enclenchement des chaudières en fonction de la température de départ et en fonction de la température de retour : le brûleur s’enclenchera si la température de retour ou la température de départ est trop basse.

Ouverture progressive des circuits secondaires

Mais des risques subsistent le lundi matin, lorsque tous les circuits sont ouverts et envoient vers la chaudière de l’eau à 15°C ! … Condensations internes corrosives, chocs thermiques, … peuvent diminuer la durée de vie de la chaudière. On peut dès lors faire mieux : le(s) régulateur(s) de départ des circuits secondaires peuvent limiter leur ouverture de telle sorte que le mélange (by-pass + retour) ne descende jamais sous les 60°C. Le lundi matin, au démarrage de l’installation, les vannes ne laisseront passer qu’un faible débit d’eau vers les radiateurs pour que progressivement toute l’eau de l’installation se réchauffe. Cette fonction est intégrée aux régulateurs actuels.

Une sonde à l’entrée de la chaudière empêche la (ou les) vanne(s) de s’ouvrir si cette température descend au-dessous de 55°C, par une priorité sur l’action du régulateur en fonction de l’extérieur.

Si la chaudière est coupée complètement durant l’inoccupation du bâtiment, certains fabricants recommandent qu’au démarrage, la chaudière tourne dans « son propre jus » et monte en température, avant de s’ouvrir progressivement vers l’eau du circuit. Cela peut se faire au moyen d’un circulateur et d’une vanne 3 voies par chaudière.

Contrôle de la température retour au démarrage de la chaudière au moyen d’une vanne 3 voies et d’un circulateur par chaudière. Le circulateur sera temporisé à pour continuer à évacuer la chaleur de la chaudière après leur arrêt.

Régulation en température glissante avec limite basse

De plus, la température de départ de la régulation glissante peut avoir une limite basse afin de s’assurer d’une température de retour suffisante.

Conduite d’une chaudière en température glissante avec limitation de la température de départ de la chaudière, pour limiter les pertes de la chaudière et éviter les condensations dans la chaudière.

La régulation de la distribution

Découpage des circuits

A chaque « zone thermique homogène », son circuit spécifique.

C’est le critère essentiel pour une réalisation correcte de la régulation.
Idéalement, le découpage hydraulique coïncidera avec la répartition des locaux ayant des besoins similaires,

similaires au niveau des plages horaires d’occupation essentiellement,
similaires dans les sollicitations extérieures (soleil, vent,…), ce qui entraîne bien souvent un découpage par façade,
dans une moindre mesure, similaires au niveau du type d’équipement de chauffage et au niveau de l’inertie du bâtiment.

Exemple.

soit son occupation la distingue du reste de l’école (entraînements sportifs le soir, par exemple),
soit son type de corps de chauffe est différent (des aérothermes sont toujours alimentés par de l’eau à haute température).

En rénovation, on travaille généralement sur base de circuits de distribution existants. Dès lors, si le découpage des circuits correspond à des zones thermiquement homogènes (un circuit pour les classes, un pour la salle de sports, etc…), une régulation spécifique par zone s’implantera facilement.

Améliorer

Si par contre, des modifications nombreuses ont eu lieu depuis la conception du bâtiment et que les fonctions ne se superposent plus aux circuits initiaux, il faudra davantage user d’astuces …

Régulation de chaque circuit

Chaque zone thermique est dotée d’une régulation qui lui est propre. Le plus souvent, dans le cas d’un chauffage par radiateur, ce sera une vanne trois voies qui règle la température de l’eau de départ de chaque circuit.

Fonctionnement d’une vanne mélangeuse :
elle mélange l’eau chaude de la chaudière et l’eau froide de retour des radiateurs pour obtenir la température d’eau voulue.

Toute la difficulté consiste à trouver le « témoin » fidèle des besoins de la zone. C’est pourquoi, traditionnellement, on utilise la température extérieure car si la température extérieure descend, le besoin de chauffage augmente. Ce lien n’est que grossièrement valable et d’autres témoins doivent souvent être trouvés.
Par exemple, il est intéressant de choisir un régulateur dont le réglage de la courbe de chauffe peut être automatiquement ajusté (décalage automatique de la courbe) en fonction :

d’une sonde d’ensoleillement (pour un circuit alimentant une façade sud),
d’une sonde de vent (pour les immeubles de grande hauteur),
ou d’une sonde d’ambiance (nécessaire aussi pour gérer l’intermittence avec un optimiseur). cette dernière possibilité permettra de pallier les difficultés de réglage « manuel » de la courbe de chauffe.

Evidemment, on aura compris que ces différentes sondes, appelées « sondes de compensation » ne peuvent pas être utilisées si le circuit de chauffage dessert des locaux d’orientation différente ou avec des apports internes de chaleur différents.

Exemple : la réglementation thermique française

La réglementation thermique française RT 2000 impose des caractéristiques minimales à toute installation de chauffage équipant un bâtiment neuf. Il faut ainsi qu’une installation qui dessert une surface de plus de 400 m² comprenant plusieurs locaux, dispose d’un ou de plusieurs dispositifs centraux de réglage automatique de la fourniture de chaleur au minimum en fonction de la température extérieure. Un même dispositif ne peut desservir une surface de plus de 5000 m².

Différents corps de chauffe

Attention, le type de courbe de chauffe choisie dépend du comportement des corps de chauffe : la puissance émise par un radiateur ne variera pas de la même façon à une variation de température d’eau, qu’un convecteur ou qu’un chauffage par sol.

Certains régulateurs comportent donc la possibilité d’adapter la forme de la courbe de chauffe aux corps de chauffe choisis. C’est pourquoi, on ne peut mélanger sur un même circuit, régulé en fonction de la température extérieure, des convecteurs et des radiateurs.

Exemple.

Courbes de chauffe typiques en fonction du type de corps de chauffe.
Les pentes programmées sont de (70° / 25°) = 2,8 pour les radiateurs, de (60° / 28°) = 2,1 pour les convecteurs et de (35° / 25°) = 1,4 pour le chauffage par le sol. Pour les convecteurs, la courbure de la courbe de chauffe augmente lorsque la hauteur du convecteur diminue.

La régulation locale

Le bâtiment est découpé en zones. Chaque zone a son circuit, avec une température d’eau préparée en fonction de ses propres besoins (sonde extérieure, programmation horaire,…). Reste que chaque local peut avoir des besoins différents de celui de sa zone ! … De plus, la seule régulation en fonction de la température extérieure ne tient pas compte d’une série d’éléments perturbateurs :

renouvellement d’air variable du bâtiment en fonction du vent,
apports internes (occupants, bureautiques, .) variables en fonction des locaux,
apports externes (soleil, ombre d’un bâtiment voisin, .) variables,
l’impact d’une augmentation des pertes par ventilation sur la température intérieure est immédiat, celui d’une diminution de température extérieure, lent, du fait de l’inertie du bâtiment,
déséquilibre thermique entre les corps de chauffe,
…

Il est donc nécessaire de recourir à une régulation de l’ambiance local par local, en complément d’une régulation centrale en fonction des conditions extérieures :

pour assurant le confort dans tous les locaux,
sans surchauffe (et donc surconsommation) dans les locaux favorisés.

Améliorer

Pour en savoir plus sur le gain énergétique réalisable grâce à la régulation locale, cliquez ici !

Choix d’une vanne thermostatique

La solution la plus facile à mettre en œuvre est la vanne thermostatique. Celle-ci permet de limiter le débit dans les corps de chauffe pour ne pas dépasser une température de consigne. Cette solution est quasi obligatoire dans tout local bénéficiant d’apports de chaleur internes et/ou externes plus importants que les autres locaux.

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

Il n’est pas forcé de prévoir partout des vannes thermostatiques

Exemple.

Dans l’ensemble des locaux administratifs d’un hôpital, par exemple, les besoins sont homogènes. Une régulation centrale du circuit peut être suffisante et il peut être tenu compte des influences diverses par la présence de 2 ou 3 sondes d’ambiance. On parle d’une régulation centralisée sur sonde extérieure, avec compensation par sondes d’ambiance (dont on prend la valeur moyenne).

On peut régler la proportion d’influence entre sonde extérieure et sonde intérieure.

Vannes « institutionnelles »

Il existe deux objections importantes au placement de vannes thermostatiques sur les corps de chauffe :

Les occupants des bâtiments tertiaires ne savent pas comment on manipule une vanne thermostatique et parfois ne se sentent pas responsables de son réglage (exemple, les élèves d’une classe).
En fonction du type de public, les tentatives de détérioration peuvent être fréquentes.

Heureusement, le matériel disponible sur le marché permet de répondre à ces objections, grâce aux vannes dites « institutionnelles ». Ces vannes sont résistantes aux chocs. Leur organe de fixation est caché et la plage de réglage est bloquée.

Vanne institutionnelle : le réglage de la consigne n’est pas accessible à l’occupant, elle résiste aux chocs (même d’un ballon de basket .) et ne peut être facilement démontée.

Vannes avec préréglage du débit

Il est préférable de choisir un corps de vanne avec préréglage de débit incorporé. Certains fabricants ne commercialisent d’ailleurs plus que ces vannes.

En effet, ces vannes permettent de palier aux défauts d’équilibrage entre les corps de chauffe. Le réglage est plus facile avec ce type de matériel qu’avec les traditionnels tés de réglage dont on ne sait trop bien sur quelle position ils doivent être réglés.

Exemple.

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

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

Le débit correct de chaque radiateur est ainsi réglé et la vanne thermostatique travaille dans des conditions adéquates.

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Améliorer	Pour en savoir plus sur l’équilibrage d’une installation, cliquez ici !

Type de sonde thermostatique

Les vannes dont le bulbe thermostatique est rempli de gaz réagissent nettement plus vite à toute variation de température intérieure, le gaz ayant une inertie thermique moindre que les liquides. Les fluctuations de températures seront dès lors moindres, ce qui est favorable à une meilleure maîtrise des consommations. Les vannes équipées d’un gaz sont cependant plus chères.

Vanne équipée d’un gaz et vanne équipée d’un liquide.

Régulation de zone

S’il est possible d’isoler en bout de circuit, une zone comprenant plusieurs locaux présentant les mêmes apports de chaleur gratuits, on peut simplifier la régulation locale en utilisant une vanne de zone commandée par un thermostat d’ambiance (placé dans un endroit représentatif).

Régulation locale au départ d’un local témoin, avec une vanne de zone motorisée et un thermostat d’ambiance.

Exemple. Par exemple, le logement des médecins de garde pourrait avoir une régulation qui lui est propre sans forcément posséder son propre circuit depuis la chaufferie.

Dans ce cas, il faut que les occupants du local témoin soient conscients de leur impact sur le confort des autres locaux : il ne s’agit pas d’ouvrir les fenêtres, de fermer les vannes des radiateurs, de placer une armoire devant le thermostat, …
Attention, on ne peut pas mélanger dans un même local un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques. En effet, imaginons que la consigne du thermostat d’ambiance soit supérieure à la consigne donnée aux vannes. Lorsque cette dernière est atteinte, la vanne va se refermer. Le thermostat d’ambiance sera, lui, toujours en demande et restera puisque les vannes empêchent la température de monter. Il en résultera :

Un fonctionnement permanent de la chaudière si le thermostat d’ambiance agit sur le brûleur (cas d’une installation de type « domestique »).
Une ouverture complète et permanente de la vanne de zone.

Avec pour conséquence, surchauffe et surconsommation dans les locaux sans vannes thermostatiques. À l’inverse, si la consigne du thermostat d’ambiance est inférieure à la consigne donnée aux vannes, le thermostat arrêtera la fourniture de chaleur et les vannes seront en permanence insatisfaites et donc ouvertes en grand. Elles deviennent donc inutiles.

S’il y a une régulation locale, la régulation centrale est-elle nécessaire ?

On pourrait penser que le travail de la vanne mélangeuse est superflu, qu’il suffit de préparer une seule température en sortie de chaudière et que les vannes thermostatiques feront le travail de modulation des débits et de la puissance fournie.
Ce raisonnement, parfois appliqué à tort dans les installations domestiques, est erroné.

Puissance émise par un radiateur lorsque son débit varie (100 % = débit nominal).

En effet, prenons un radiateur dont le régime normal équivaut à une entrée de l’eau dans le radiateur à 80° et une sortie à 60° (en plein hiver). Lorsque le débit du radiateur est freiné de moitié (50 %), la puissance du radiateur est encore de 80 % de sa valeur maximale. Pour diminuer la puissance du radiateur de plus de la moitié (moyenne de la saison de chauffe), il faut diminuer le débit en dessous de 20 %. Il faut travailler sur le dernier quart de la course de la vanne. Or celle-ci a une plage de travail de l’ordre de 0,3 .. 0,8 mm au total ! Si au mois d’avril, le radiateur est alimenté avec de l’eau trop chaude, la vanne va osciller (s’ouvrir et se fermer), « pomper » disent les spécialistes, et un sifflement désagréable apparaîtra. À noter que ce phénomène est amplifié si le circulateur est surdimensionné (c’est souvent le cas !).

Sans compter que les pertes de distribution sont plus importantes.

Puissance émise par un radiateur lorsque son débit et sa température d’eau varient (100 % = débit nominal).

Si on diminue la température de l’eau alimentant le radiateur, il est possible d’adapter sa puissance aux besoins tout en conservant une ouverture de la vanne suffisante pour son bon fonctionnement.

De plus, la régulation centrale est également nécessaire parce qu’elle permet une gestion globale des intermittences (nuit, week-end, vacances,…).

Soupape différentielle ou circulateur à vitesse variable

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

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

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

Lorsque les vannes thermostatiques se ferment, la pression augmente dans le réseau. La soupape différentielle s’ouvre alors pour renvoyer directement une partie de l’eau chaude vers le retour.

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

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

Actuellement, il est possible d’installer un circulateur à vitesse variable : la vitesse est régulée de telle façon que la pression du réseau reste constante. Si seulement quelques vannes sont ouvertes, il tournera à vitesse réduite. L’achat d’un circulateur avec régulateur de vitesse intégré est rapidement amorti durant l’exploitation.

Circulateur à vitesse variable.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix d’un circulateur, cliquez ici !

L’emplacement des capteurs

Le rôle d’un capteur est d’être un témoin fidèle … de ce qu’il est censé mesurer ! Ce n’est pas toujours le cas :

la sonde d’ambiance d’un local est parfois influencée par le soleil qui lui tombe dessus à certains moments,
la sonde placée sur la tuyauterie est parfois détachée et le contact ne se fait plus,
…

Par quelques graphiques, précisons les critères à respecter pour les sondes intérieures et extérieures.

Emplacement des sondes de température intérieures

A éviter :

La sonde ne peut être soumise à l’ensoleillement.

La sonde ne peut être influencée par une source de chaleur interne (éclairage, radiateur, …).

La sonde ne peut pas être placée sur un mur extérieur.

La sonde ne peut être placée contre une cheminée.

La sonde ne peut être placée dans un endroit clos, peu influencé par l’air ambiant

La sonde ne peut être placée dans un endroit clos, peu influencé par l’air ambiant (dans une niche, derrière une tenture, …).

Emplacement des sondes de température extérieures

S’il n’y a qu’une sonde pour le bâtiment, on la posera sur une façade nord-ouest ou nord-est.

Elle doit être placée à une hauteur de 2 m à 2 m 50 au-dessus du niveau du sol ou accessible à partir d’une fenêtre.

A éviter :

La sonde ne peut être soumise à l’ensoleillement direct.

La sonde ne peut être placée contre une cheminée.

La sonde ne peut être placée au dessus d’une fenêtre.

La sonde ne peut être placée au dessus d’une sortie de ventilation.

Emplacement des vannes thermostatiques

Pour qu’une vanne thermostatique assure correctement son rôle, elle doit mesurer une température la plus représentative possible de la température ambiante. Le tête de la vanne, comprenant l’élément thermostatique, ne doit pas être échauffé par le corps de chauffe. On peut repérer comme influences parasites :

les coins de murs,
l’air chaud s’élevant des tuyauteries ou du radiateur (vanne placée verticalement),
un radiateur épais (radiateur de plus de 16 cm de large),
des tablettes ou caches décoratifs (tablette située à moins de 10 cm du radiateur),
des tentures,
.

Si les conditions adéquates ne sont pas réunies, il sera nécessaire d’utiliser des vannes thermostatiques avec bulbe à distance.

Positionnements incorrects et corrects d’une vanne thermostatique.

Vanne thermostatique qui sera placée juste au-dessus d’un nouveau radiateur : jamais elle ne pourra travailler correctement.

L’intermittence et la dérogation

Pratiquer l’intermittence de chauffage en fonction de l’occupation ne peut conduire qu’à une économie d’énergie.
Celle-ci est entre autres fonction du type de régulation qui est appliquée.

Coupure complète

Le régulateur doit permettre une coupure complète de l’installation en période d’inoccupation. Au moment de la coupure, le régulateur doit :

fermer la ou les vannes de régulation,
arrêter le ou les circulateurs,
et éventuellement arrêter le brûleur (si la chaudière peut fonctionner en très basse température).

La consigne de nuit sera surveillée par une sonde d’ambiance qui relancera l’installation si nécessaire (par exemple, si la température descend sous 16° en semaine et 14° le week-end dans certaines zones comme l’administration).

Optimiseur

La technique qui maximalise l’économie réalisée est l’optimiseur auto-adaptatif. Le principe de base du travail de l’optimiseur consiste à couper au plus tôt et à relancer au plus tard, tout en conservant le confort intact. C’est ainsi que la température moyenne intérieure sera la plus basse et que donc les économies seront les plus importantes.

Pour ce faire, l’optimiseur adapte automatiquement le moment de coupure et de relance en fonction de la température extérieure (sonde extérieure), de la température intérieure (sonde d’ambiance), l’inertie du bâtiment et la surpuissance disponible à la relance.

Attention cependant, le fonctionnement correct de l’optimiseur est lié :

à la bonne conception des circuits hydrauliques,
à l’emplacement correct des sondes d’ambiance,
à la prise en compte de la puissance réellement disponible pour la relance (par exemple, si on bloque le fonctionnement d’une chaudière en fonction de la température extérieure),
à la gestion de la vitesse des circulateurs électroniques (par exemple, si les circulateurs diminuent automatiquement leur vitesse pour la nuit, l’optimiseur doit gérer ce changement de vitesse, sinon il ne disposera pas de la puissance envisagée pour la relance).

Si ces conditions ne sont pas remplies, l’optimiseur ne pourra pas calculer le moment de la relance et risque d’anticiper tellement celle-ci que le ralenti disparaîtra.

Évaluer

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Dérogation

Dans les bâtiments où des activités sont organisées en dehors des heures d’occupation normales, il doit être possible d’étendre la durée de fonctionnement de l’installation.

Quel que soit le mode de dérogation appliqué, il est important que le système se remette de lui-même en fonctionnement automatique. Une dérogation dont la fin serait gérée manuellement par les occupants risque rapidement de conduire à des oublis.
On peut imaginer :

Une horloge annuelle : un gestionnaire peut encoder à l’avance les périodes d’occupation exceptionnelles au moyen d’une horloge. Ce système a comme avantage de centraliser la gestion auprès d’une seule personne responsable, ce qui évite les erreurs de manipulation et permet un suivi de l’activité du bâtiment.
Les inconvénients sont : la centralisation peut poser des problèmes en cas d’absence du responsable, une relance ou une suppression de la dérogation « improvisées » sont impossibles, de même qu’une modification en dernière minute, de la durée de chauffage programmée. Ce mode de gestion demande également souvent que la programmation soit possible depuis le bureau du gestionnaire (au moyen par exemple d’une GTC).
Un bouton poussoir : en utilisant un bouton poussoir, les occupants peuvent relancer l’installation pour une période donnée, par exemple 2 heures. Après cette période, le régulateur se remet tout seul en mode automatique. Cette fonction est intégrée d’office sur beaucoup de régulateur. Sur une installation existante, il est possible de l’intégrer au moyen d’un bouton poussoir et d’un relais temporisé raccordé au régulateur en by-passant la commande de l’horloge. Le gros avantage de ce système est de permettre une dérogation « improvisée » sans dépendre du gestionnaire. La relance se fait malheureusement pour des durées fixes (par exemple 2 heures) et ne permet pas une relance anticipée qui peut être nécessaire après une longue coupure.

Exemple.

D’autres informations peuvent permettre de passer d’un régime vers l’autre :

Un bouton-poussoir placé à l’entrée de la salle de sports, ou de la salle des fêtes, peut enclencher le chauffage et un détecteur de présence peut l’interrompre parce qu’aucune présence n’a été détectée dans le dernier quart d’heure.
Dans une école d’Habay-La-Neuve, c’est le prof de gym qui enclenche l’installation de chauffage de la grande salle de sports en tournant la clef dans la porte d’entrée (un contact électrique enclenche un relais) et qui l’arrêtera en refermant derrière lui. Le temps de passage dans le vestiaire (dont le chauffage est programmé classiquement) est suffisant pour remettre la salle en température.

L’essentiel est de trouver un témoin fidèle de l’occupation (l’éclairage ? l’ouverture d’une porte ? d’un sas ? …). Bien sûr, pour diminuer le temps de remise en température, ce type d’action sous-entend soit une faible inertie des parois, soit une température de « veille » pas trop différente de celle de fonctionnement.

Rappelons qu’envisager des possibilités de dérogation peut également influencer le découpage hydraulique choisi : il faut essayer de circonscrire les activités « exceptionnelles » sur un même circuit de distribution de manière à réduire au maximum la zone chauffée.

Fonctions annexes

Le régulateur choisi peut intégrer les fonctions complémentaires suivantes :

La programmation horaire : idéalement, le régulateur doit permettre, en fonction des besoins, d’encoder des programmes de fonctionnement journaliers (coupure de nuit), hebdomadaires (coupure de week-end) et annuels (coupure de vacances).
La température d’inoccupation : en période de coupure, on a toujours intérêt à abaisser au maximum la température de consigne. Cependant, une température inférieure à environ 9°C risque de poser des problèmes de condensation dans les locaux. De plus, en fonction de la surpuissance de l’installation, un abaissement de température excessif peut poser des problèmes de relance pour les températures extérieures extrêmes. Le régulateur peut alors remonter automatiquement la température de nuit en fonction de la température extérieure.

Exemple.

Par exemple, lorsque la température extérieure descend au-dessous de 5°C, la température de consigne de nuit augmente de 0,7°C par °C extérieur.

Si la température extérieure est de – 5°C, la consigne de nuit sera réglée automatiquement à :

9 [°C] + 0,7 [°C] x (5 [°C] – (- 5 [°C])) = 16 [°C]

La compensation de l’effet de paroi froide : lors de la remontée en température, quand on atteint la température de consigne, le régulateur peut continuer à envoyer toute la puissance, pendant un temps programmé, pour éviter un inconfort du fait du rayonnement froid des parois du local non complètement réchauffées.

Analogique ou digital ?

Nous vivons une période charnière où deux types d’équipements de régulation coexistent : la régulation analogique traditionnelle et la régulation numérique (encore appelée régulation digitale ou DDC, Direct Digital Control).

Régulateurs analogique et digitaux.

L’évolution des technologies nous entraîne vers l’installation d’équipements numériques. Tous les arguments ne jouent cependant pas en ce sens :

Pour le digital

Un raisonnement de bon sens nous porterait à dire : achetons dès aujourd’hui du numérique, demain nous pourrons centraliser toute la gestion des équipements et, par exemple, la gérer à distance par modem (quel bonheur de pouvoir de chez soi contrôler l’origine de la panne signalée par un enseignant, plutôt que de devoir aller voir sur place… souvent pour rien).

L’ennui, c’est qu’actuellement les protocoles de communication ne sont toujours pas compatibles : la marque X parle chinois et la marque Y parle arabe, impossible de les mettre sur le même bus ! On attend une uniformisation du même type que celle qui a eu lieu dans le domaine informatique (PC IBM compatible, DOS Microsoft). Actuellement, choisir une marque de régulateur, c’est pratiquement se résoudre à rester dans la même marque dans le futur pour assurer la compatibilité des connexions !

Contre le digital

Le régulateur numérique reste souvent une « boîte noire ». Dans la pratique, nous constatons souvent une difficulté de lecture des paramètres de ces régulateurs par le gestionnaire.

Aucun contrôle de la régulation n’est alors possible et une intervention du technicien d’exploitation devient (très) difficile. Si un mode d’emploi clair explique le paramétrage (à exiger donc !), c’est gérable, mais encore faut-il que ce mode d’emploi ne se perde pas. Le seul recours est alors de faire appel au chauffagiste. En cas de changement de ce dernier, il est fort probable que le paramétrage soit perdu et le régulateur déconnecté par le gestionnaire (cas vécu).

En conclusion, la régulation numérique permet des possibilités de régulation quasi illimitées. Cependant, nous constatons sur le terrain que plus le schéma de régulation est complexe et plus le paramétrage des régulateurs est « obscur », plus le risque de voir la régulation incontrôlable et incontrôlée est grand.

On risque donc d’obtenir le résultat inverse de celui souhaité, avec à l’extrême un retour en mode manuel.

Cette conclusion est évidemment à nuancer en fonction du type de bâtiment et de structure de gestion technique des équipements : un hôpital n’est pas une école primaire.

Fonctions annexes

Arrêt des circulateurs

Si une vanne se ferme ou si le brûleur s’arrête, signifiant l’absence de besoin de chauffage, il est inutile de maintenir les circulateurs en fonctionnement.

Cela doit être prévu dans la régulation, de même qu’une temporisation (d’environ 6 minutes) à l’arrêt pour permettre une évacuation complète de la chaleur contenue dans l’eau.

Les régulateurs permettant cette fonction comprennent généralement aussi une fonction « dégommage » des circulateurs. C’est une fonction qui remet les pompes en marche pendant 30 secondes, par exemple toutes les 24 heures. Pour éviter l’entartrage et le blocage de celles-ci. Cette fonction peut également être appliquée aux vannes motorisées.

On peut également prévoir la commutation automatique des pompes jumelées lorsqu’une tombe en panne et également à intervalle régulier (toutes les 150 h par exemple).

Détection des pannes

Il peut être également très utile de choisir des régulateurs capables de détecter eux-mêmes et d’afficher les différentes pannes pouvant apparaître dans les équipements de mesure et les fonctions de régulation.

Exemples.

court-circuit ou coupure dans le câblage des sondes,
écart trop important de la température de départ,
modification trop rapide ou écart trop grand de la température ambiante,
..

Communication

La gestion à distance des équipements (modification des paramètres, repérage des pannes, mise en dérogation, …) apporte un plus dans la conduite des installations.

Pour qu’à terme, l’installation puissance être raccordée à un système de gestion technique centralisée (GTC), il faut dès le départ choisir un matériel dit « communiquant » (et pour être à l’abri des problèmes de protocole de communication, de la même marque que les autres régulateurs).

Suivi des consommations

La mise en place d’une nouvelle régulation constitue un moment clé pour l’implantation de compteurs dans l’installation. On peut envisager ainsi :

Le comptage de la chaleur délivrée vers une zone du bâtiment, en plaçant un compteur d’énergie thermique. Il va mesurer le débit d’eau qui alimente la zone et l’écart de température entre l’entrée et la sortie. Un petit processeur fera alors le calcul et affichera les kWh consommés. Ceci part d’un principe de management très efficace : décentraliser les budgets auprès des consommateurs finaux. Si la section primaire de l’école occupe une aile du bâtiment, et qu’un circuit distinct l’alimente (ou s’ils sont situés sur la fin du circuit), le compteur thermique leur donnera leur propre consommation. Leur motivation dans la gestion des consommations sera renforcée et remboursera rapidement l’investissement dans le compteur, sans compter l’absence de conflits liés à la répartition arbitraire. Mieux ! Pour un prix de l’ordre de 750 €, il existe des vannes deux voies dont l’ouverture est commandée par un thermostat d’ambiance, et qui comptent simultanément l’énergie véhiculée (ce sont des vannes qui assurent généralement la régulation et la répartition des frais de chauffage dans les immeubles à appartements multiples).
Le comptage de la consommation de fuel, par un simple compteur fuel sur la vanne magnétique de la ligne gicleur : cela permet de faire un suivi régulier des consommations et de détecter une anomalie de fonctionnement, ce que la jauge ne permet pas.
Le comptage de l’eau sanitaire : vu l’augmentation rapide du coût de l’eau, il devient un plus dans la surveillance des fuites et autres chasses d’eau cassées.
Le comptage de l’appoint d’eau du circuit de chauffage : on rencontre parfois des installations où le concierge ajoute chaque jour un appoint d’eau sans que personne ne s’inquiète. Et pourtant, l’eau fraîche régulièrement ajoutée apporte également beaucoup d’oxygène en suspension, oxygène qui est un des principaux agents de corrosion. Avec un petit compteur de débit placé sur le tuyau de raccordement de l’eau de ville vers le réseau de chauffage, une évaluation du problème est possible …
Le comptage des degrés-jours : sur base des relevés de la sonde extérieure, le régulateur peut fournir les degrés-jours, chiffre indicateur du froid qu’il fait. Cela permet une gestion efficace des consommations par le rapport consommation/degrés-jours.

Gérer

Pour en savoir plus sur la comptabilité énergétique, cliquez ici !

Suivi des paramètres de régulation

En pratique, il n’est pas rare de rencontrer des installations de régulation dont personne ne connaît très bien le mode fonctionnement…

Les schémas sont perdus, les modes d’emploi sont introuvables, …

Il sera donc toujours utile de prévoir dès le début de la nouvelle installation la mise en place de son suivi :

La présence d’une copie des schémas hydrauliques et des schémas de régulation dans la chaufferie.
L’indication des caractéristiques de tous les appareils (lorsqu’un circulateur tombe en panne, on le remplace provisoirement par celui disponible en réserve, le provisoire devient définitif,… et on a perdu toute référence du circulateur correct !).
La présence d’un carnet de bord qui signale le réglage initial des paramètres et les modifications réalisées durant la vie de l’installation, outil qui aide le petit nouveau qui vient remplacer celui qui part à la pension !

Ces conseils semblent scolaires, … ils sont pourtant vraiment très utiles en pratique.

Gestion Technique centralisée (GTC) ?

Que peut apporter une GTC ?

Local de gestion centralisée au Collège St Paul à Godinne.

La motivation paraît double :

Organisationnelle avant tout. Il s’agit d’améliorer l’efficacité de la gestion des hommes chargés de la maintenance, de réduire les déplacements inutiles, de mieux préparer le matériel nécessaire pour l’intervention, voire de mieux suivre le travail effectif de chaque ouvrier. L’amélioration du confort dans les bâtiments s’ensuivra par une gestion très rapide des alarmes : une anomalie sera corrigée avant même que l’occupant ne s’en aperçoive (donc pas de plaintes !). ce type de gain est difficilement chiffrable …

Énergétique ensuite. L’intelligence restant au niveau de la chaufferie, la télégestion n’assure qu’un transfert de l’information. A première vue, l’amélioration semble nulle par rapport à une régulation locale correcte. Cependant l’expérience des gestionnaires ayant fait le choix d’une GTC montrent que ce poste est plus important qu’on pourrait le penser a priori.
En effet, il apparaît que :

Dans les 6 mois qui suivent l’installation, de nombreuses mises au point sont effectuées grâce aux historiques transmis par la télégestion (comportement du système la nuit, le W-E, …). À titre d’exemple, on peut citer l’adaptation de la courbe de chauffe d’un bâtiment ou le repérage d’un défaut sur une sonde, actions très facilitées par la présence d’une télégestion.
Les installations sont mises en dérogation manuelle plus souvent qu’on ne le croit. Le rôle « d’espion » permanent de la télégestion permet des économies réelles, quoique difficilement chiffrables. En fait, l’économie dépendra de la situation initiale. Sur un bâtiment en chauffage quasi continu, 30 % d’économie sont possibles. Mais au départ d’un bâtiment muni d’une régulation correcte et régulièrement vérifiée, on ne peut espérer plus de 5 % d’économie d’énergie supplémentaire par l’installation d’une télégestion.

À ceci, viennent s’ajouter des besoins complémentaires éventuels qui améliorent la rentabilité de l’opération : le contrôle des accès, la prévision du remplissage des cuves, le suivi des consommations d’eau, …

Exemple.

Dans l’institution de Monsieur M., un supplément de 10 000 € a été dépensé en consommation d’eau l’an dernier, suite à des fuites non détectées. Un programme de télégestion peut déclencher un message d’alarme si un compteur d’impulsion l’informe des consommations anormales.

Quelle GTC ?

Le principal critère de choix entre une GTC réalisée avec un système propriétaire lié à une seule marque pour les régulateurs et la supervision ou un système plus ouvert permettant l’intégration d’appareil de marque différente mais utilisant des « standards » de communication, se situe au niveau de l’ampleur du bâtiment et des équipements à gérer.

Dans un bâtiment de taille moyenne (par exemple, une école) un système propriétaire pour ne gérer que les installations de chauffage conviendra tout à fait.

Dans un bâtiment de taille plus importante où l’on veut étendre le système de gestion à d’autres systèmes que le chauffage (éclairage, stores, intrusion, incendie, …), on sera presque obligé de se tourner vers un système utilisant les standards « LON », « EIB », « KONNEX », …

Dans tous les cas, il faut être attentif lorsque l’on se lance dans un projet de GTC à différents critères de choix. Notamment :

l’existence d’une liste de prix clairement publiée et complète,
un engagement éventuel sur des prix durant x années lors de l’acquisition du système de supervision (on pourrait imaginer une adjudication pour tous les bâtiments existants, avec contrat à long terme (10 ans) sur un pourcentage de variation de prix),
la fiabilité dans le temps de la société de régulation,
l’accès à l’information sur le fonctionnement des systèmes (mode d’emploi, formation, … ),
le besoin éventuel de recourir à un contrat de maintenance (ces deux derniers points sont liés à la lisibilité des messages par le personnel de maintenance),
les possibilités d’adaptation des programmes de gestion des équipements si ceux-ci sont modifiés (par exemple, le remplacement d’une chaudière par deux plus petites en cascade nécessite-t-il une reprogrammation par le constructeur ?),
la lisibilité des informations prévues par le logiciel de supervision. Le prix annoncé comprend-t-il un synoptique de l’installation ou simplement un listing des états et valeurs des entrées/sorties ?

Quel que soit le choix réalisé, il est essentiel d’avoir en tête que le coût le plus élevé sera celui accordé au software.

Tout programme spécifique (mise au point d’une communication entre deux régulateurs de protocole différents, par exemple) sera hors de prix par rapport à l’acquisition d’un hardware compatible …

Préalablement à la consultation des différents constructeurs, il est utile de réfléchir :

aux techniques que l’on souhaite surveiller dans chaque bâtiment (chauffage, éclairage, eau, incendie, …),
aux informations qu’il sera nécessaire de renvoyer vers le poste de contrôle pour chacune de ces techniques,
et donc au nombre d’entrées et de sorties à prévoir pour chaque application. Ce seront ces « points » qui définiront la taille du système et donc son coût.

Exemple des points envisageables dans une chaufferie pour sa télégestion.

Signalisations TS

Marche/arrêt : pompes, brûleurs, ventilateurs, surpresseurs
Fin de course : vannes

Alarmes TA

Disjoncteur : général, pompes, brûleurs, ventilateurs.
Dépassement de limite : température de fumées, niveau de cuve fuel, température chaudière, température ECS. température eau départ, température eau retour, pression eau, pression gaz, débit.
Anomalies : brûleur, incendie, fuite gaz, fuite d’eau.
Intrusion : ouverture porte local, ouverture porte coffret.

Comptage d’impulsion TCI

Débits : fuel, gaz, vapeur, eau.
Énergie : électrique, thermique consommée, thermique produite.

Comptage horaire THI

Fonctionnement : pompes, brûleurs, ventilateurs, surpresseurs.

Mesures TM

Température eau : départ chauffage, retour chauffage, écart départ-retour, boucle ECS, ballon ECS.
Température air : extérieur, locaux témoins.
Autres températures : fumées.
Pressions : eau, vapeur, gaz.
Niveaux : fuel.

Commandes TC

Marche/arrêt : pompes, brûleurs, ventilateurs, ralenti chauffage, boucle ECS.
Ouverture/fermeture : vannes.

Réglages TR

Consignes de régulation : température de départ, température d’ECS, température ambiante, courbe de chauffe.
Position : vanne.

On vérifiera également si le logiciel de supervision est prévu pour créer une alarme sur base des informations transmises. Par exemple, lire les consommations d’eau constitue une première étape, mais pouvoir définir les paramètres qui entraînent une alarme dans un logiciel de gestion standard sera tout aussi important (exemple : une alarme est déclenchée si la consommation de nuit dépasse x m³). Si ce logiciel doit être réalisé à la carte, la démarche risque d’être coûteuse.

Exploitation de la GTC

La mise en place d’un système de télégestion entraîne également une modification de la distribution des tâches au sein de l’équipe technique. Si l’organisation est assurément améliorée, c’est notamment parce qu’une personne du cadre assure un suivi régulier des installations. Celle-ci doit avoir une compétence minimale en HVAC et une connaissance physique des installations gérées pour pouvoir interpréter les mesures et les pannes constatées. Par exemple, la baisse de la température de l’ambiance peut provenir de diverses causes.

Si son rôle se limitait à répercuter le message d’alarme à l’équipe de maintenance, une part de l’intérêt de l’opération serait perdue …

Une efficacité accrue de l’équipe d’intervention se réalise donc moyennant un investissement plus important du staff de maîtrise.

Investir plus tard ?

Dans tous les cas, le problème de télégestion doit être posé. Même si aucune réalisation n’est envisagée à court terme, il est utile d’investir actuellement dans du matériel DDC « communiquant », avec la perspective qu’une gestion centralisée puisse avoir lieu dans le futur.

Études de cas	La conduite des bâtiments de la ville de Mons.
Études de cas	La rénovation de la régulation au Collège St Paul à Godinne.

Synthèse : les 6 principes de base

Principe de régulation d’une installation de chauffage équipée de deux chaudières à grand volume d’eau et pouvant travailler en très basse température (ou chaudière à condensation).

>	Les chaudières sont régulées en cascade par action sur leur brûleur, leur vanne d’isolement et leur circulateur éventuel.
>	La température des chaudières suit au plus près la température des circuits secondaires de distribution (sauf si chaudière ne pouvant descendre en température, production instantanée d’eau chaude sanitaire combinée ou collecteur primaire bouclé).
>	Chaque zone d’occupation et de besoin homogènes dispose de son propre circuit de distribution dont la température d’eau est régulée en fonction d’un thermostat d’ambiance ou le plus souvent d’une sonde extérieure.
>	Chaque circuit dispose un thermostat d’ambiance qui permet de gérer la température d’inoccupation et éventuellement d’ajuster le réglage de la courbe de chauffe dans le cas d’une régulation en fonction de la température extérieure.
>	Les locaux profitant d’apports de chaleur plus importants que les autres sont équipés de vannes thermostatiques le plus souvent « institutionnelles ».
>	L’intermittence est gérée par un optimiseur qui assure une coupure complète des circuits de distribution et éventuellement des chaudières et calcule automatiquement le moment de la coupure et de la relance en fonction des températures intérieures et extérieures.

Cas particulier des petits bâtiments

On définit comme petit bâtiment, un bâtiment dont le circuit de chauffage est unique et directement alimenté par la chaudière. Ce mode de conception s’apparente aux installations domestiques.

Si on choisit une chaudière très basse température (ou à condensation), ce que nous recommandons, la régulation centrale agira directement sur la chaudière :

Un thermostat d’ambiance commande le brûleur et le circulateur. Le fonctionnement de ce dernier est temporisé pour anticiper l’allumage du brûleur (et éviter un allumage sans circulation) et, à l’arrêt, pour évacuer la chaleur résiduelle contenue dans l’eau. En dehors des demandes du thermostat, l’ensemble de l’installation est mise à l’arrêt. Le thermostat permettra un ralenti grâce à deux températures de consignes différentes. Des vannes thermostatiques affinent le réglage de température dans les locaux ne comprenant pas le thermostat d’ambiance s’ils présentent des apports de chaleur plus importants que le reste du bâtiment ou demandent une température de consigne moindre.
Une sonde extérieure qui adapte la température de l’eau de la chaudière. Dans ce cas, le circulateur fonctionne en continu durant la saison de chauffe. Ce système est utilement complété par une sonde d’ambiance pour gérer la température en période de ralenti (le circulateur peut être arrêté lors de la coupure). Des vannes thermostatiques dans chaque local doivent prendre en compte les apports de chaleur particuliers.

Nous ne disposons pas de données chiffrées neutres qui nous permettrait de départager ces deux solutions d’un point de vue énergétique (la combinaison des 2 est aussi envisageable). La première solution est plus classique mais demande de trouver un local témoin représentatif.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les corps de chauffe

Convecteurs, radiateurs ou chauffage par le sol ?

Les corps de chauffe se différencient par le mode d’émission de chaleur

convection pour les convecteurs,
rayonnement pour le chauffage par le sol,
convection et rayonnement pour les radiateurs.

Mode d’émission de chaleur des corps de chauffe.
Par exemple, un radiateur traditionnel à ailettes émet environ 70 % de sa chaleur par convection et 30 % par rayonnement. Ce rapport est de 50 % / 50 % pour un radiateur à panneaux sans ailettes.

Confort

Le « rayonnement doux » (c’est-à-dire à basse température) est le mode d’émission le plus confortable

sensation de confort globale la meilleure,
homogénéité des températures (peu de stratification des températures, pas de fort rayonnement sur une face du corps).

C’est ainsi que des grands radiateurs fonctionnant à basse température et le chauffage par le sol se démarquent légèrement des autres types de corps de chauffe.

Par exemple, une étude menée en France par le « GREC » (Groupe de recherche sur les émetteurs de chaleur) montre que faire fonctionner un radiateur en basse température (augmentant ainsi la part d’émission par rayonnement par rapport à la convection) diminue de 0,5 à 7,5 % le nombre d’insatisfaits. Un niveau plus bas de température de fonctionnement suppose un investissement et un encombrement supérieur. En contrepartie, la basse température d’émission présente aussi des avantages en terme de consommation de la chaudière.

Consommation

Convecteur ou radiateur ?

Un convecteur suppose une température de fonctionnement plus élevée que des radiateurs, ce qui implique des pertes de distribution et de production légèrement plus importantes (une chaudière à condensation est par exemple moins efficace avec des convecteurs).

Courbe de chauffe type pour des convecteurs, des radiateurs et du chauffage par le sol.

Cette différence de température de fonctionnement implique également que l’on ne peut raccorder des radiateurs et des convecteurs sur un même circuit de distribution. Chacun demande une régulation de température spécifique. De plus, la transmission de chaleur via de l’air entraîne inévitablement une certaine stratification des températures.

Cela oblige d’augmenter la température moyenne de la pièce pour un même confort au niveau des occupants. L’impact est cependant faible pour les locaux d’une hauteur sous plafond de 2,5 .. 3 m. Il n’en va pas de même pour les locaux de plus grande hauteur. Surtout s’ils sont très mal isolés puisque pour fournir une puissance plus élevée, la température de l’air sera plus élevée.

Exemple. On observe un gradient vertical de :

Pour les radiateurs : 0°C/m (bâtiments très bien isolés) à 0,8°C/m (bâtiments anciens.
Pour les convecteurs : 0,5°C/m (bâtiments très bien isolés) à 1,2°C/m (bâtiments anciens).
Pour les planchers chauffants : 0°C/m (pour tout type de bâtiment).

Exemple de stratification des températures avec un chauffage par radiateur et un chauffage par convecteur, dans un local mal isolé (source : « Les émetteurs de chaleur » du Groupe de Recherche sur les Émetteurs de Chaleur de l’ADEME).

En conclusion, un convecteur n’est choisi par rapport à un radiateur que parce qu’il est moins cher et moins inerte. Il répond ainsi rapidement à une variation de charge fréquente (local ensoleillé, local de réunion).

Lorsqu’il s’agit de locaux climatisés au moyen de ventilos-convecteurs (convecteurs avec ventilateur intégré), on ne dédouble évidemment pas les systèmes. L’émission de froid et de chaud est réalisée par le même appareil.

Chauffage par le sol

Par rapport aux radiateurs et aux convecteurs, le chauffage par le sol est plus difficile à situer. Il présente des grandes qualités et des grands défauts.

Sa consommation est fonction de sa situation :

Si le plancher chauffant est situé au-dessus d’une cave, d’un vide ventilé ou du sol, il présentera des pertes vers le bas qui peuvent devenir importantes cette perte peut rapidement dépasser 10 .. 20 % de la puissance émise, en fonction de l’isolation sous le plancher. Dans ce cas, le chauffage par le sol est clairement plus énergivore que le chauffage par radiateurs ou convecteurs.

Chauffage par le sol (au rez-de-chaussée) avec isolation insuffisante (seulement 2 cm de polystyrène expansé).

Calculs

Pour estimer la perte d’un chauffage par le sol situé au dessus d’une cave, en fonction du degré d’isolation : cliquez ici !

Si le plancher chauffant est situé entre 2 étages occupés, cette perte peut être négligée. Le chauffage par le sol peut alors être énergétiquement plus intéressant. Dans ce cas, les études du GREC le présentent comme 10 % moins consommateur. Cela s’explique par le fait que, puisque la température moyenne des parois (dont fait partie le sol) est plus élevée, la température de l’air ambiant pourra être plus basse, pour obtenir un confort équivalent.

Le chauffage par le sol sera alors d’autant plus intéressant s’il est associé à une chaudière à condensation. En effet la température de retour de l’eau dans un chauffage par le sol ne dépasse pas 40°C et permet donc la condensation toute l’année.

Nous tenons cependant à nuancer l’économie possible, présentée ci-dessus. Nous ne pouvons cependant pas quantifier cette nuance :

Par son inertie thermique importante, le chauffage par le sol peut conduire à des surchauffes (et donc des surconsommations) plus importantes que les autres systèmes. En effet, c’est l’entièreté de la dalle de sol qui est chaude. Celle-ci ne peut donc réagir instantanément à l’apparition d’apports de chaleur gratuits importants et, de plus, elle a perdu une bonne partie de sa capacité à absorber la chaleur excédentaire.

Ce phénomène est quelque peu contrecarré par les propriétés d’autorégulation du système : l’émission de chaleur du plancher diminue d’elle-même lorsque la température de l’air augmente et se rapproche de celle du sol (de l’ordre de 24°C). Mais avant que l’émission de chaleur devienne négligeable, la surchauffe se fera ressentir.

L’inertie thermique importante du système, réduit le gain que l’on pourrait réaliser en pratiquant une intermittence du chauffage en période d’inoccupation.

Exemple. La dalle de sol, au pied d’une baie vitrée est un régulateur de l’apport solaire : il emmagasine le rayonnement solaire durant la journée et le restitue (avec un déphasage) en soirée. C’est ce qui fait la différence entre un bâtiment massif et une caravane (ou une voiture).

Comparaison entre la chaleur instantanée due à l’ensoleillement et la chaleur réellement restituée au local, pour des bâtiments à forte et faible inertie.

Si ce « réservoir », ce « ballon tampon », est déjà en partie préchauffé par le système de chauffage, il ne peut guère remplir son rôle. Si encore, on pouvait prévoir l’arrivée du soleil … Mais le chauffage de la dalle devant être démarré 4 heures avant l’usage du local, il est impossible de prédire la présence du soleil. Un compromis ? Il est peut-être possible de diviser la dalle de sol en deux partie : un réseau alimentant la zone proche de la façade et un réseau plus intérieur au bâtiment. En mi-saison, seule la zone intérieure serait alimentée, gardant « au frais » le plancher susceptible d’être ensoleillé. Nous n’avons jamais rencontré une telle solution, qui reste donc théorique. On peut aussi dédoubler les systèmes : le chauffage par le sol peut assurer un chauffage de base et un chauffage par radiateurs ou convecteurs en complément, qui peut réagir rapidement à un apport de chaleur subit. Mais dans ce cas, on perd un des avantages du chauffage par le sol qui est l’absence d’encombrement (pas de corps de chauffe visible) et augmente les coûts déjà importants (le chauffage par le sol entraîne à lui seul un surcoût de 20 %).

Par exemple, le chauffage par le sol ne convient absolument pas pour une école dont le temps d’inoccupation et les apports de chaleur gratuits (élèves, ensoleillement) sont importants. Pas plus pour un restaurant. Il ne convient pas non plus pour tout local fortement ensoleillé.

Par contre, il convient tout à fait dans les locaux de grande hauteur (atrium, local avec mezzanine, …) pour lesquels la stratification des températures devient importante dans le cas d’un chauffage par convection.

Chauffage par le sol dans un grand hall.

En conclusion

Le chauffage par le sol est intéressant (tant au niveau du confort que de la consommation)

dans des locaux situés au-dessus de locaux chauffés,
non soumis à des apports de chaleur importants et variables (occupants, soleil, …),
à usage continu (de type hébergement).

Le chauffage par convecteur convient dans des locaux à une variation de charge fréquente (local ensoleillé, local de réunion).

Dans tous les autres cas, le chauffage par radiateurs est le meilleur compromis confort/consommation.

Le chauffage par le plafond ?

Cela existe !

Le principe de l’émission de chaleur est semblable à celui des planchers chauffants. Comme 90 % de la transmission de chaleur se fait par rayonnement, la stratification des températures dans le local reste réduite et les performances énergétiques bonnes.

Généralement, il s’agit de plafonds électriques. Mais il est également possible de combiner plafond refroidissant et plafond chauffant dans un même système. Cela permet d’éviter un dédoublement des systèmes et tout encombrement au sol lorsque l’on choisit une climatisation par plafond froid. A priori (nous ne disposons pas de résultats de mesure neutres), l’efficacité énergétique obtenue doit être semblable à celle des planchers chauffants (rayonnement, eau à basse température).

En pratique, une technique consiste à découper le plafond en plusieurs zones. Seule la bande de plafond proche de la façade sera alors alimentable en eau chaude. La puissance émise est suffisante pour chauffer des bureaux présentant des charges internes non négligeables.

D’après la littérature, le plafond chauffant donne des résultats semblables au chauffage par le sol, en ce qui concerne le confort et la consommation. Il présente, cependant une inertie moindre qui lui permet de réagir plus rapidement aux apports de chaleur gratuits. L’intermittence est également plus aisée, pour peu que l’on augmente la température de l’eau au moment de la relance, avant l’arrivée des occupants. Cela se justifie par le peu de surpuissance disponible par m² de plafond si on travaille à température de régime (puissance de l’ordre de 75 .. 90 W/m²).

Le chauffage par le système de ventilation mécanique ?

Dans les anciens immeubles de bureaux non isolés, la puissance nécessaire au chauffage est telle que le débit de ventilation hygiénique est insuffisant si on veut assurer avec celui-ci un chauffage aéraulique. La séparation des fonctions « ventilation hygiénique » et « chauffage » s’impose d’autant plus que le bâtiment est peu isolé et que les apports internes de chaleur (machines, éclairage, …) sont faibles.

Si on veut combiner ventilation et chauffage, un recyclage partiel de l’air doit être organisé pour augmenter les débits pulsés, ce qui surdimensionne les équipements de ventilation.

Par contre, dans les bâtiments de bureaux plus modernes, bien isolés, fortement équipés (ordinateur, imprimante personnelle), la puissance de chauffage nécessaire se réduit fortement, et avec elle, les débits d’air nécessaires pour un chauffage aéraulique. Dans ce cas, il peut être logique d’envisager la combinaison du chauffage et de la ventilation au sein d’un système double flux flux. Il n’y a plus alors d’autres sources de chauffage.

Exemple.

Prenons un bureau au sein d’un immeuble. La largeur de façade du bureau est de 4 m , pour une hauteur de 3 m. La profondeur du local est de 5 m. Le bureau est entouré (au-dessus, en dessous et sur les côtés d’autres bureaux. La façade est composée de vitrages sur une hauteur de 2 m et de maçonnerie pour le mètre restant. La température intérieure de consigne est de 20°C.

Le débit d’air neuf recommandé est de 2,9 m³/h.m², soit pour ce bureau de 60 m³, 58 m³/h ou un renouvellement d’air de 1 vol/h.

En imaginant que la température de l’air pulsé soit au maximum de 35°C, la puissance calorifique maximum transportée par l’air de ventilation est de :

0,34 [W/(m³/h).K] x 58 [m³/h] x (35 [°C] – 20 [°C]) = 296 [W]

Puissance et débit nécessaire pour assurer le chauffage par – 9°C extérieurs
Type de façade	Puissance de chauffage	Débit d’air nécessaire (température de pulsion = 35°C)
Mur non isolé, simple vitrage	1 682 [W]	330 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage	673 [W]	132 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage HR	394 [W]	77 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage HR et 10 W/m² d’éclairage	194 [W]	38 [m³/h]

On voit que pour un bâtiment non isolé, il faut multiplier le débit d’air hygiénique par 5 si on veut combiner chauffage et ventilation. Cette majoration n’est plus nécessaire pour des bâtiments bien isolés avec un minimum d’apport de chaleur interne (éclairage, bureautique, ….).

Attention, si, pour assurer une puissance de chauffage suffisante, une majoration du taux de brassage d’air est nécessaire, elle doit se faire par recyclage d’une partie de l’air extrait. Le risque est de majorer le débit d’air neuf. C’est à proscrire car cela entraîne une augmente de la consommation non négligeable dans un bâtiment bien isolé.

Pour optimaliser la relance matinale du système de chauffage aéraulique, il faut prévoir la possibilité de travailler en tout air recyclé, l’apport d’air n’étant enclenché qu’à l’arrivée des occupants.

Dimensionnement des corps de chauffe

Actuellement les chaudières les plus performantes sur le marché sont les chaudières gaz à condensation.

La quantité de fumée condensée et donc, le rendement de celles-ci augmente lorsque la température de l’eau de l’installation diminue. Pour assurer une température d’eau minimale durant l’ensemble de la saison de chauffe, on a donc tout intérêt à dimensionner les radiateurs à un régime de température de 80/60 au lieu du 90/70 traditionnel, malgré une augmentation de la surface des radiateurs d’environ 26 % et un surcoût (sur le matériel) du même ordre.

Rappelons également que le chauffage par rayonnement à basse température est plus confortable.

Exemple.

Le coût global d’une installation de chauffage de 400 kW dans un nouveau bâtiment est de l’ordre de 120 000 .. 180 000 €.

Ce coût peut être comparé au surcoût de choisir des radiateurs dimensionnés en régime 70°/50° : environ 6 000 €.

> Quel est le gain réalisable sur le rendement de la chaudière à condensation ?

Lorsque les radiateurs sont dimensionnés en régime 90/70 (sans surdimensionnement), la température moyenne de retour des radiateurs sur l’ensemble de la saison de chauffe est de l’ordre de 43°C (avec une régulation en température glissante). Avec des radiateurs dimensionnés en régime 70/50, cette même température sera d’environ 33°C.

Pour une chaudière à condensation performante dans laquelle la température des fumées à la sortie est supérieure de 3°C à la température de retour de l’eau, le graphe suivant montre qu’en diminuant la température moyenne de l’eau de retour de 10°C, le rendement moyen de la chaudière à condensation augmente de 6 %.

Rendement utile d’une chaudière gaz en fonction de la température des fumées et de l’excès d’air (n = 1,3 équivaut à un excès d’air de 30 %). Pour un excès d’air de 20 %, une température de retour 43° C (équivalent à une température de fumée de 46°C) équivaut à un rendement utile de 97 %, une température de retour de 33°C (équivalent à une température de fumée de 36°C), à un rendement utile de 103 %.

Sur une consommation de l’ordre de 50 000 m³ de gaz, cela équivaut à une économie de l’ordre de 3 000 m³ de gaz par an ou environ 680 €/an.

Le même principe peut être appliqué aux autres utilisateurs comme les batteries à eau chaude dans les groupes de traitement d’air, les ventilos-convecteurs ou encore la production d’eau chaude sanitaire.

Ces équipements travaillent généralement à plus haute température. Il est conseillé de les surdimensionner pour diminuer leur température de fonctionnement, par exemple en leur appliquant un régime de fonctionnement 70°/40° (batteries à eau chaude, échangeurs à plaque fonctionnant avec une température d’entrée de 70° et une température de sortie de 40°). Cette pratique qui, pour les batteries, n’est pas encore rentrée dans les habitudes, conduit à un surinvestissement rapidement rentabilisé en exploitation.

Raccordement hydraulique des corps de chauffe.

Dimensionnement des corps de chauffe.

Emplacement des corps de chauffe et rendement d’émission

Lorsque l’on place un radiateur le long d’une paroi extérieure, une partie de la chaleur émise est directement perdue vers l’extérieur :

le dos du radiateur rayonne directement vers la façade,
la température de l’air au dos du radiateur est plus élevée,
de l’air chaud lèche généralement les vitrages (radiateur en allège) ce qui augmente leur perte.

Anciennement, les corps de chauffe étaient, quand même, placés le long des façades pour compenser le rayonnement froid des murs extérieurs non isolés et des simples vitrages.

Ce choix ne se justifie plus aujourd’hui puisque l’isolation des murs et la présence des doubles vitrages (vitrages haut rendement) ont entraîné une augmentation

Il devient dès lors judicieux de placer les corps de chauffe le long des murs intérieurs, supprimant ainsi entièrement les pertes. Le gain réalisable est de l’ordre de 1 à 2 % sur le rendement d’émission et donc sur la consommation globale.

Il faut absolument éviter est le placement (malheureusement encore rencontré dans des bâtiments neufs) de radiateurs devant des vitrages (vitrages descendant jusqu’au plancher).

Emplacement des corps de chauffe.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les imprimantes

Fonction unique ou multifonction ?

Fonction unique

Il est clair qu’une imprimante, un scanner ou un télécopieur seuls consommeront normalement moins d’énergie qu’un dispositif multifonction offrant des performances similaires. Pour autant qu’une seule des fonctions soit nécessaire par les utilisateurs, il vaut mieux choisir l’appareil à fonction unique.

Multifonction

Dans le cas contraire, il faut savoir qu’un dispositif multifonction consomme moins de 50 % de l’énergie utilisée par une imprimante, un scanner, un télécopieur et une photocopieuse séparés. Cette règle générale ne s’applique pas seulement aux petits appareils « tout en un » destinés aux bureaux de taille réduite, mais aussi aux bureaux plus grands. En effet, préférer l’utilisation d’un dispositif multifonction vous permettra d’économiser 50 %.

De même, pour un usage limité de ce type d’équipement, la consommation du mode « attente » (qui représente le principal problème pour les équipements d’impression et d’acquisition d’images peu utilisés) des dispositifs multifonctions sera inférieure à la somme de la consommation en mode « attente » des 4 quatre appareils périphériques réunis. Par conséquent, si les caractéristiques de performance (vitesse, délais de réactivation, etc.) conviennent, le dispositif multifonction est probablement le meilleur choix.

Il faut également favoriser l’impression recto-verso, on utilise alors moins de papier, et cela est important quand on sait que nettement plus d’énergie est utilisée pour la fabrication du papier que pour l’impression. De plus, on « use » pas l’imprimante plus vite, elle a été fabriquée pour ça ! Quand à l’idée de croire que l’imprimante consomme plus d’énergie lorsqu’elle imprime en couleur, elle est fausse. L’utilisation de tailles de police raisonnables ainsi que de marges plus étroites sur les feuilles peut également permettre d’économiser l’encre et le papier.

Utiliser du papier recyclé est également très important et est parfaitement toléré par la plupart des imprimantes modernes. Cela est principalement dû à l’amélioration de la qualité de ce type de papier (moins « pelucheux » dorénavant). Ce n’est donc plus vrai de croire que le papier recyclé entraîne « bourrages », déchirements et autres inconvénients avec les imprimantes. De plus, ce papier est aujourd’hui au même prix que le papier traditionnel, et son aspect peut être pratiquement identique.

Pour plus de renseignements voir le site : http://www.ecoconso.be

Les imprimantes laser sont les plus gourmandes en énergie bien que certains modèles d’imprimantes laser, à l’heure actuelle, égalent les imprimantes à jet d’encre. On analysera donc correctement ses besoins pour voir si une imprimante à jet d’encre, consommant beaucoup moins, ne pourrait pas convenir :

Une excellente qualité d’impression est rarement nécessaire.
On peut souvent se contenter d’une vitesse d’impression moindre.

Remarque : lorsque l’on imprime une page en plusieurs exemplaires, l’imprimante à jet d’encre sera nettement moins rapide que l’imprimante laser. La première doit en effet enregistrer chaque exemplaire dans sa mémoire, tandis que la seconde ne l’enregistre qu’une seule fois.

Imprimante à jet d’encre ou laser ?

Jet d’encre

Les imprimantes à jet d’encre sont généralement meilleures pour l’environnement que les imprimantes laser (bien que certaines imprimantes laser égalent les performances énergétiques des jets d’encre). Pourquoi ? Tout simplement parce qu’elles consomment généralement moins. Elles sont cependant moins conformes à une utilisation en réseau où on préférera une imprimante laser pouvant bien sûr entrer en mode veille.

Évaluer

Pour plus de détail sur les puissances mises en jeu au niveau des imprimantes à jet d’encre, cliquez ici !

Laser

Une imprimante n’est généralement utilisée que très brièvement. Durant les périodes d’inactivité, la consommation d’énergie peut considérablement diminuer si on laisse refroidir le tambour de chauffe.

Évidemment, plus le tambour se refroidit, plus le temps de remontée en température jusqu’au niveau opérationnel est prolongé (de l’ordre de 30 à 45 secondes). Il faut donc trouver un bon compromis entre les exigences contradictoires d’une faible consommation d’énergie en stand-by et un bref temps de remise en régime.

Il existe maintenant sur le marché des appareils qui déclenchent le tambour de fusion après quelques minutes d’inutilisation. Les nouvelles technologies (tambour à très faible inertie thermique) permettent alors de le réchauffer presque instantanément dès la réception d’une commande d’impression. Ces technologies s’appliquent évidemment aussi aux fax laser et aux photocopieurs.

Exemple : il existe une imprimante de bureau qui déclenche son mode veille et imprime une page en 18 secondes. En mode veille, cette imprimante absorbe une puissance de 5 W.

A terme, ce type d’imprimante ne possédera plus de bouton ON/OFF. Elle ne s’allumera qu’au moment de la commande d’impression et s’éteindra automatiquement après.

Si une imprimante ne dispose pas de mode veille, c’est qu’elle ne possède pas les éléments électroniques lui permettant un réveil lors de la réception d’une commande et une impression sans perte d’information.

Dans ce cas, cela vaut-il la peine de l’allumer pour l’impression et de l’éteindre entre temps ?

Oui, si on considère que l’imprimante n’est généralement utilisée que très brièvement, d’autant plus si elle est dédiée à un seul ordinateur et que les imprimantes à laser modernes ne nécessitent que 30 secondes environ et 3 Wh d’énergie pour passer de l’état froid à l’état opérationnel.

Exemple : Une imprimante laser réalise 50 copies par jour. Pour cela elle a besoin de 17 minutes.

Si l’appareil est déclenché après chaque copie, il consomme 220 Wh (mesure effectuée sur un appareil typique). Par contre, s’il reste enclenché toute la journée (9h), il consomme 690 Wh. L’économie réalisable est donc de 68 %.

Utiliser une imprimante pour plusieurs utilisateurs

La possibilité d’utiliser une seule imprimante pour plusieurs utilisateurs doit être examinée. Il existe sur le marché des appareils qui permettent ce raccordement (si l’ensemble ne se trouve pas raccordé en réseau) avec une commutation soit manuelle, soit automatique, en fonction des besoins de chacun.

Dans ce cas, le temps d’utilisation de l’imprimante s’allonge. À partir d’un certain nombre d’utilisateurs (grosses imprimantes « réseau ») un mode veille devient inutile car l’imprimante fonctionne quasiment en continu. Il ne faut cependant pas perdre de vue que plus le nombre d’utilisateurs est important, moins ceux-ci se sentiront concernés par l’extinction de l’imprimante, en fin de journée et de semaine. Dans ce cas la présence d’un mode veille se justifie amplement. Au pire, les heures d’enclenchement d’une imprimante collective doivent être adaptées automatiquement aux heures de travail à l’aide d’une horloge programmable. Celle-ci peut commander, soit l’extinction et l’allumage, soit uniquement l’extinction. Ce dernier cas demande évidemment une sensibilisation des occupants, car quelqu’un devra prendre en charge l’allumage matinal. L’utilisation en dehors des heures de travail demandera aussi une gestion manuelle (allumage et surtout extinction).

Évaluer

Pour plus de détail sur les puissances mises en jeu au niveau des imprimantes partagées, cliquez ici !

Économiser la matière première

La fabrication du papier consomme également de l’énergie (10 fois plus que son impression !).

Le papier recyclé demande lui aussi beaucoup d’énergie pour sa transformation et le gain énergétique par rapport à la production classique est très faible. Néanmoins, il faut prendre en compte, qu’indépendamment du volet énergétique, l’industrie du papier consomme beaucoup de … forets impliquées dans le cycle d’absorption des gaz à effet de serre (CO₂).
En outre, des études anglaises ont estimé que la consommation d’énergie pour la production du papier consommé aux Royaumes-Unis risquait de doubler de 1998 à 2010 si aucune mesure n’était prise.

Bref, il est donc important d’en faire un usage parcimonieux :

En choisissant des imprimantes capables d’imprimer en recto-verso.
Actuellement on peut trouver des imprimantes à jet d’encre qui permettent d’imprimer en recto-verso automatiquement (sans devoir retourner manuellement le papier).
Certaines imprimantes laser le font aussi automatiquement. Il est déconseillé de le faire manuellement pour les autres car le réchauffage du toner déjà appliqué sur une face encrasse très rapidement la machine.

En utilisant le papier déjà imprimé sur une face pour usage personnel.

Le toner des imprimantes laser peut également être économisé :

Lorsque le signal « manque de toner » s’affiche, on peut prolonger un certain temps la vie de la cartouche en la secouant pour mieux répartir le toner.

Par essais successifs, on peut réduire le contraste d’impression pour obtenir la qualité d’impression juste nécessaire aux besoins. Il existe également des imprimantes présentant un mode d’impression permettant d’économiser 50 % du toner par page. La qualité d’impression s’en ressent évidemment (caractères plus pâles) mais reste tout à fait satisfaisante pour l’impression de documents de travail.

Pour une même qualité d’impression, certaines imprimantes consomment nettement moins de toner ou d’encre que d’autres.

On peut limiter le remplacement des cartouches des imprimantes à jet d’encre :

Pour les imprimantes couleurs, il est préférable de choisir une imprimante pour laquelle les trois couleurs fondamentales et le noir possèdent une cartouche séparée, ce qui est toujours le cas pour les nouvelles imprimantes. Dans ce cas, l’épuisement d’une couleur n’entraînera pas automatiquement le remplacement de la cartouche complète.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les amenées d’air naturelles

Types de systèmes possibles

Systèmes inadéquats : les fuites, les fentes, les fenêtres et les conduits ouverts

L’URE consiste à assurer le confort des occupants, tout en maîtrisant les consommations énergétiques. Il faut donc limiter les apports d’air extérieurs à la quantité nécessaire et suffisante (ni plus, ni moins !) pour maintenir la qualité de l’air intérieur.

Or, les débits d’air frais entrant dans le bâtiment via les infiltrations (fuites et fentes) sont tout à fait incontrôlables (en quantité, en température, en direction et en durée) et varient fortement avec les conditions atmosphériques

Les fuites et les fentes représentent des ouvertures accidentelles et involontaires n’offrant aucune garantie quant au débit de fuite atteint.
Les fuites et les fentes constituent des dispositifs d’amenée d’air tout à fait incontrôlable, car sans réglage possible. Par grand vent, les risques de courant d’air sont importants et les pertes d’énergie sont incontrôlables. À l’inverse, par temps calme, les débits d’air neuf peuvent être insuffisants.
La surface totale des fuites d’un bâtiment est souvent insuffisante pour atteindre les débits exigés par la norme.
Les inétanchéités du bâtiment sont souvent mal réparties, conduisant à des inégalités de ventilation entre les locaux.

La ventilation par les fenêtres peut quant à elle servir de ventilation intensive périodique qui permet une élimination rapide des polluants émis dans l’ambiance.

Elle est inadéquate pour assurer une ventilation de base continue car :

Elle est liée à la bonne volonté des occupants ;
Elle est intermittente, ce qui signifie qu’entre les périodes d’ouverture le taux de CO₂ dans le local va fluctuer fortement entre les périodes d’ouverture et les périodes de fermeture et dépassera bien souvent la valeur couramment admise de 1 000 ppm ;
Elle est source d’inconfort pour les occupants étant donné les débits importants d’air neuf, souvent froid ;

Les conduits de ventilation ouverts (ouvertures non obturables dans les murs ou le sol) fournissent des débits souvent trop importants et non réglables. Ils ne peuvent servir qu’à la ventilation de locaux spéciaux comme les garages, les caves, les chaufferies, les greniers, …

Systèmes adéquats : les grilles de ventilation

La norme NBN D50-001 décrit les exigences relatives aux amenées d’air naturelles. Bien que son application ne soit obligatoire que pour les locaux d’hébergement, elle peut servir de base pour définir les caractéristiques minimums à respecter en la matière. La solution la plus élégante est la grille d’amenée d’air disposée en façade, soit dans les murs, soit dans les menuiseries.

Les critères de choix d’une grille d’amenée d’air naturelle sont

L’intégration dans la structure existante
Le débit d’air neuf
Les possibilités de réglage
L’étanchéité
L’isolation thermique
L’isolation acoustique
La facilité d’entretien et vieillissement
La sécurité anti-effraction
L’emplacement
L’agrément technique

L’intégration dans la structure existante

En fonction des situations, les grilles d’aération doivent avoir un profil s’intégrant dans les structures existantes, soit entre vitrage et châssis (plusieurs possibilités en fonction de l’épaisseur du vitrage), soit dans la menuiserie, soit dans la maçonnerie.

Quel que soit le mode de placement, il faut que les jonctions avec la grille soient étanches.

Lorsque les grilles sont placées dans des fenêtres, elles ne peuvent entraver l’ouverture de ces dernières

des grilles moins épaisses sont prévues pour châssis coulissants,
pour les fenêtres battantes, les grilles ne peuvent heurter le mur adjacent.

Grilles dans le châssis.

Souvent, les grilles d’amenée d’air naturelle perturbent l’esthétique des menuiseries extérieures. L’aspect visuel joue donc un rôle non négligeable dans le choix d’une grille. On peut exploiter la grille dans l’esthétique de la fenêtre ou essayer de la rendre la plus discrète possible. Il existe ainsi des grilles extrêmement discrètes. Par contre, plus le débit exigé par grille est important, plus celle-ci sera imposante. De même, les grilles isophoniques, par la présence de l’isolant acoustique, dépassent nettement du plan de la fenêtre.


Intégration entre le châssis et le vitrage.	Intégration dans la menuiserie.	Intégration au dessus du châssis, contre la battée.

Dans le cas de fenêtres cintrées, la grille devra bien souvent se placer en partie basse, avec les risques de courant d’air que cela peut provoquer si la grille ne se trouve pas au niveau des radiateurs.

Il n’existe pas de dimension standard pour les grilles. Leur hauteur varie en fonction du débit par mètre recherché. La longueur d’une grille est fonction des dimensions du châssis (elle est coupée sur mesure en usine). La longueur est cependant limitée par la rigidité des mécanismes de réglage intérieurs.

Le débit d’air neuf

Suivant les normes, la somme des débits nominaux des grilles d’un même local doit être au moins équivalente au débit requis par la réglementation wallonne. Inversement, avec les grilles en position complètement ouvertes, ces débits ne peuvent dépasser le double des débits réglementaires.

Comme le débit varie avec les conditions atmosphériques, avec l’étanchéité à l’air du bâtiment, … , le débit mentionné par les fabricants dans leur documentation doit avoir été mesuré conformément à l’Annexe C3 de la PEB, c’est-à-dire pour une différence de pression de part et d’autre de la grille de 2 Pa. Cette différence de pression correspond aux pressions moyennes de vent au droit des fuites et des dispositifs de ventilation dans des conditions climatiques normales.

Le respect des normes par les fabricants pour définir les débits est important pour comparer les différents produits.

Exemple.

aux Pays-Bas, le débit nominal des grilles est défini par la norme néerlandaise pour une différence de pression de 1 Pa. Une même grille a donc, en Belgique, un débit « catalogue » de 40 % supérieur au débit « catalogue » néerlandais (le débit varie comme la racine carrée de la pression : racine de 2 = 1,4).

Les possibilités de réglage

L’Annexe C3 de la PEB impose que l’ouverture de la grille doit pouvoir être réglée manuellement ou automatiquement soit en continu soit via au moins 3 positions entre la position ouverte et la position fermée. Étant donné que la plupart du temps, les grilles sont situées sur le haut des châssis, il est intéressant de disposer d’un système de cordelette, de tringle ou de glissière permettant un réglage facile et accessible. Il existe également des grilles motorisées pour les emplacements difficiles d’accès.

Grille motorisée avec commande par potentiomètre.

Grille à coulisse réglable.

Si un local comprend plusieurs grilles, le réglage peut se faire par ouverture/fermeture de certaines d’entre elles. Chaque grille prise individuellement ne doit pas posséder un réglage propre.

On sait que les débits de ventilation naturelle varient constamment en fonction des conditions atmosphériques (vent, température) et de l’utilisation du bâtiment (ouverture de fenêtres,…). Pour limiter ces influences sur le débit d’air neuf, il est pertinent de placer des grilles dites « autoréglables ». Ces dernières, équipées d’une membrane mobile, permettent d’obtenir un débit de passage relativement constant dans une plage de pression différentielle de 10 à 200 Pa. Non seulement elles assurent une alimentation en air plus ou moins constante, mais elles évitent également que les utilisateurs ne bouchent complètement les grilles pour éviter les courants d’air inévitables par vent fort.

Grille autoréglable.

L’étanchéité

À l’air

La norme NBN D50-001 fixe également le débit maximum de fuite en position fermée. Pratiquement, la section nette résiduelle d’une grille en position fermée ne peut dépasser 3 % de la section en position ouverte.

À l’eau

De plus, la grille doit être étanche à la pluie quelle que soit la direction et la force du vent (un vent violent équivaut à une différence de pression entre intérieur et extérieur d’environ 50 PA).

Ainsi, dans les endroits fortement exposés au vent et à la pluie, il est impératif de choisir une grille, dont la prise d’air extérieure est protégée par un capot.

À ce sujet, l’Annexe C3 de la PEB recommande pour empêcher dans la mesure du possible l’infiltration d’eau par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, de ne pas avoir de pénétration d’eau possible pour une différence de pression inférieure ou égale à 150 Pa en position « Fermée » et pour une différence de pression inférieure ou égale à 20 Pa en position « Complètement ouverte ».
Pour les fenêtres qui sont spécifiquement conçues comme bouche d’alimentation, la position « Complètement ouverte » doit être comprise comme la position d’ouverture maximale pour la ventilation (et non la position d’ouverture maximale de la fenêtre).
En l’absence de normes spécifiques, la détermination de l’étanchéité à l’eau des bouches d’alimentation s’effectue selon la norme NBN EN 13141-1. Les tests sont effectués selon la norme NBN EN 1027. La méthode d’essais retenue est la méthode 1A.
Pour les bouches d’alimentation qui ont des dimensions variables, les tests doivent être effectués sur un échantillon dont la mesure-jour de chaque dimension variable est de 1 m. Si la dimension maximale disponible est plus petite que 1 m, le test doit être effectuée sur un échantillon dont la dimension est maximale.

Aux animaux

En position ouverte, certaines grilles disposent d’un moustiquaire empêchant le passage des insectes.

Pour empêcher dans la mesure du possible la pénétration d’animaux indésirables par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, l’Annexe C3 de la PEB recommande qu’il ne soit pas possible de faire passer les objets suivants à travers la bouche d’alimentation, soit depuis l’intérieur vers l’extérieur, soit dans l’autre sens :

une petite boule en métal avec un diamètre de 4 mm
un petit disque en métal avec un diamètre de 10 mm et une épaisseur de 3 mm

Cette exigence est valable pour chaque position d’ouverture.

L’isolation thermique

En position fermée, la face intérieure de la grille ne peut constituer un point froid sur lequel des condensations peuvent apparaître. Il ne faut donc pas que la grille constitue un pont thermique par rapport aux matériaux qui l’entourent.

Pour cela, la grille doit comporter une coupure thermique (absence de contact ou matériau isolant) entre les matériaux en contact avec l’extérieur et les matériaux en contact avec l’intérieur. La qualité d’isolation de la grille se mesure par son coefficient de transmission thermique k. Par exemple, une grille placée dans un double vitrage doit avoir un coefficient U semblable à celui du châssis, c’est-à-dire au plus 3 W/m²K.

Dans la pratique toutes les grilles prévues sur le marché pour être associées à un double vitrage comportent une coupure thermique. Il faut cependant être attentif à ne pas placer une grille prévue pour des usages spécifiques (simple vitrage) qui n’en posséderait pas.

L’isolation acoustique

Plus le milieu extérieur est bruyant, plus il est important de veiller à ce que la grille ne soit pas un pont acoustique trop important entre l’extérieur et l’intérieur. L’isolement acoustique des bouches doit être adapté à l’isolement acoustique global de la façade.
Des absorbeurs acoustiques peuvent être prévus dans la grille de ventilation.

Grilles isophoniques.

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

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

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

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

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

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

La facilité d’entretien et le vieillissement

L’aspect extérieur de la grille doit être garanti dans le temps.

L’idéal est de pouvoir entretenir la grille à partir de l’intérieur des locaux. Les pièces doivent donc être facilement démontables et également remplaçables en cas de détérioration, particulièrement pour le dispositif anti-insecte et les dispositifs d’atténuation acoustique que l’on ne peut nettoyer correctement.

Un mode d’emploi clair doit être joint au matériel.

La sécurité anti-effraction

La présence d’une grille de ventilation ne doit pas faciliter l’intrusion dans le bâtiment.

L’emplacement

Les ouvertures en façade ne doivent pas être source de courant d’air froid pour les occupants. Deux possibilités existent pour éviter cet inconvénient.

Les ouvertures peuvent être placées à plus de 1,80 m du sol. Dans ce premier cas, le risque de courant d’air est encore minimisé si l’ouverture se situe au-dessus d’un corps de chauffe, créant ainsi un mélange rapide entre l’air frais et l’air chaud.

En plus des courants d’air, la position basse de la grille a comme inconvénients de la soumettre au poids du vitrage et d’augmenter les risques d’infiltration d’eau ou de neige.

On peut aussi placer les grilles à l’arrière des corps de chauffe. Dans ce cas l’air neuf est automatiquement préchauffé et entraîné par convection naturelle. Il y a cependant un risque de gel des corps de chauffe à eau, si ceux-ci sont à l’arrêt. Il existe également des convecteurs et climatiseurs possédant une prise d’air frais directement à l’extérieur.

Placement de la grille (et de la tige pour l’actionner), avant la pose du radiateur.

Détail grille.

Mise en œuvre

Voici quelques erreurs à ne pas commettre lors de la mise œuvre de grilles d’amenée d’air.

Positionnement inverse de la grille :
pénétration d’eau, courants d’air, difficulté de réglage.

Mauvais positionnement des joints en néoprène entre la grille et le vitrage :
inétanchéités.

Position basse de la grille :
résistance mécanique de la grille, déformation, courants d’air.

Mauvaise étanchéité entre la grille et la maçonnerie,
un joint souple (silicone) est souvent nécessaire.

Mauvais reserrage des baies :
entrée de poussières d’isolant, de maçonnerie.

Cas particulier de la ventilation intensive de nuit

On peut pratiquer une ventilation intensive de nuit de manière à décharger le bâtiment de la chaleur emmagasinée durant la journée et diminuer ainsi les surchauffes. On parle alors de free cooling.

Attention : les débits d’air de refroidissement nocturne doivent être beaucoup plus élevés que ceux nécessaires à l’apport d’air neuf hygiénique. En pratique, un taux de renouvellement d’air horaire de l’ordre de 4 … 6 doit être assuré pour obtenir l’effet refroidissant. Alors qu’un seul renouvellement d’air horaire est généralement suffisant pour l’apport d’air hygiénique.

Dans le cas d’une utilisation de la ventilation intensive pour pratiquer un refroidissement nocturne du bâtiment, il est recommandé de choisir des systèmes

empêchant l’intrusion d’insectes,
garantissant une protection contre les effractions,
limitant le risque de pénétration de pluie,
évitant la gêne acoustique de l’extérieur.

Les châssis tombants sont adéquats pour la ventilation de nuit. Ils sont étanches à la pluie et protègent assez bien le bâtiment de l’intrusion.

Grille de ventilation nocturne intensive.

Il existe également des systèmes de grilles fixes que l’on peut disposer par l’intérieur dans les châssis ouvrants, permettant ainsi une ventilation intensive par ouverture complète des fenêtres sans risque d’effraction et d’intrusion de pluie. Ces grilles peuvent être facilement placées en été et retirées en hiver, selon les besoins de refroidissement nocturne du bâtiment.

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionner une chaudière et ses auxiliaires

Dimensionnement des chaudières à condensation

Le principe

La puissance de la production de chaleur est déterminée en fonction des besoins de chaleur du bâtiment. Sur base du besoin de chaleur, l’objectif du dimensionnement de la ou des chaudières est de lui/leur permettre de travailler à charge partielle un maximum de temps pendant la période de chauffe. En effet, le fonctionnement à charge partielle permet aux chaudières à gaz ou au fuel de produire de la chaleur avec un meilleur rendement de combustion.

Concevoir

Pour plus de renseignements sur le dimensionnement des installations de chauffage.

Quelle puissance pour les chaudières ?

Avec les chaudières modernes dont le coefficient de perte à l’arrêt est extrêmement réduit (… 0,2 % … de la puissance chaudière), en adaptant la puissance du brûleur aux besoins réels, le rendement s’améliore. En effet, dans ce cas, la surface d’échange de la chaudière augmentant par rapport à la puissance de la flamme, la température de fumée à la sortie de la chaudière sera plus basse et le rendement de combustion plus élevé. Cette augmentation de rendement sera plus élevée que la légère augmentation des pertes à l’arrêt. Il faut cependant faire attention à ne pas abaisser exagérément la puissance du brûleur par rapport à la puissance de la chaudière sous peine de voir apparaître des condensations dans celle-ci. Il faut rester dans les limites préconisées par chaque constructeur. Il faut également tenir compte du surinvestissement éventuel pour la chaudière. La PEB demande de préciser quel est le rendement à un taux de charge de 30 % ; c’est la valeur à laquelle l’ensemble brûleur/chaudière donne en général son meilleur rendement. De ce point de vue, le choix d’une puissance de chaudière plus élevée que la puissance de dimensionnement ne permettra pas à celle-ci de travailler à charge partielle pendant un maximum de temps.

En effet, comme le montre le schéma ci-dessous, le rendement de combustion s’améliore à charge partielle. Les brûleurs gaz à pré-mélange avec contrôle de la combustion permettent d’améliorer le rendement de 4 à 5 % entre la charge nominale (100 %) et la limite basse de charge partielle (10 %). La plupart des constructeurs ne vont pas plus bas que les 10 %. Pour beaucoup de modèles de chaudière à air pulsé, l’optimum de rendement se situe autour des 30-40 % de taux de charge.

Rendement de combustion.

La monotone de chaleur donne des renseignements sur le taux de charge de la chaudière auquel on doit s’attendre sur une saison de chauffe, et ce pendant un nombre d’heures déterminé.

Exemple

Le besoin de chaleur d’un bâtiment tertiaire est représenté par la monotone de chaleur suivante. On constate que :

La puissance maximale correspondant au dimensionnement est de 600 kW, soit 100 % de taux de charge ;

La période pendant laquelle une chaudière au gaz avec brûleur à pré mélange travaillera entre 10 et 30 %, est de 5 000 – 2 300 = 2 700 heures/an, soit de l’ordre de 2 700 / 5 500 = 49 %. Cette valeur de 49 %, au niveau énergétique est très intéressante. En d’autres termes, pendant la moitié de la saison de chauffe, la chaudière fonctionnera à son meilleur rendement ;

En surdimensionnant de 110 % la puissance de la même chaudière, la période pendant laquelle le même brûleur travaillerait entre 10 et 30 % serait de 4 900 – 1 800 = 3 100 heures/an, soit 56 % de la période de chauffe. Un léger surdimensionnement dans ce cas-ci est bénéfique d’un point de vue énergétique. Attention toutefois que le fait d’augmenter la puissance de l’ensemble chaudière/brûleur implique aussi que pour les faibles besoins de chaleur, le « pompage » (marche/arrêt intempestif) du brûleur sera plus important pour une production surdimensionnée.

Quelle combinaison de puissance ?

La norme NBN D30-001 (1991) propose la répartition de puissance suivante :

Puissance calculée Q_tot [kW]	Nombre minimum de chaudières	Puissance utile de la chaudière
Puissance calculée Q_tot [kW]	Nombre minimum de chaudières			Chaudière 1	Chaudière 2	Chaudière 3
< 200	1	1,1 x Q_tot	–	–
200 kW < .. < 600	2	0,6 x Q_tot	0,6 x Q_tot	–
> 600	3	0,33 x Q_tot	0,33 x Q_tot	0,5 x Q_tot
> 600	3	0,39 x Q_tot	0,39 x Q_tot	0,39 x Q_tot

Il ne faut sûrement pas aller au-delà du surdimensionnement proposé ici. En effet, ce dernier peut déjà être important si on considère que le calcul de « Q_tot » inclut déjà des marges de sécurité.

Dimensionnement des chaudières bois

Les chaudières au bois, pellets ou plaquettes, possèdent des spécificités par rapport aux chaudières gaz ou fioul si bien qu’elles sont dimensionnées différemment, du moins dans le domaine tertiaire. Voici les éléments qui vont modifier le raisonnement :

Plage de modulation de puissance plus restreinte : Les chaudières au bois fournissent leur meilleur rendement près de la puissance nominale, c’est-à-dire proche de la puissance maximale. Quand on réduit la puissance, le rendement diminue légèrement. Néanmoins, comme toute chaudière, la plage de modulation des chaudières au bois sont limitées. Cette plage est plus restreinte que pour le gaz ou certains brûleurs au mazout. En dessous d’un certain seuil de puissance, le rendement de la chaudière et la qualité de la combustion deviennent nettement dégradés. Pour les chaudières de puissances élevées, on peut donner un ordre de grandeur pour la puissance minimale qui est de 25-30 % de la puissance nominale. En dessous de cette valeur de puissance minimale instantanée, il n’est pas souhaitable de faire fonctionner la chaudière au bois.

Besoin de cycles longs de production : Les chaudières au bois ont besoin de fonctionner sur base de cycles de production longs pour atteindre les meilleurs rendements et une qualité de combustion efficace, ce qui limite l’émission de gaz et particules nocifs. Pour un besoin de puissance thermique faible du bâtiment, c’est-à-dire à température extérieure modérée, la puissance minimale de la chaudière ne peut descendre à ce niveau (à cause des limites de modulation citées ci-dessus). On pourrait imaginer de travailler avec une puissance à la chaudière qui appartient à sa plage de modulation (par exemple, à puissance minimale) et arrêter/redémarrer la production de la chaudière de manière régulière pour atteindre le niveau de demande du bâtiment. En d’autres termes, puisqu’on n’est pas arrivé à réduire suffisamment la puissance instantanée de la chaudière pour rencontrer le niveau de besoin du bâtiment, on diminue son temps de fonctionnement. Par définition, cela raccourcit la durée de cycles de production ce qui n’est pas compatible avec de bons rendements et une faible émission de gaz nocifs. Cette notion de « cyclage », c’est-à-dire d’arrêter et redémarrer la combustion pour les faibles besoins, est aussi rencontrée pour le chaudières gaz et mazout possédant un niveau de modulation de puissance relativement faible. Pour les techniques gaz et mazout, idéalement, il faut aussi éviter ces cyclages. Néanmoins, la longueur des cycles de production est moins critique pour ces vecteurs énergétiques que pour le bois-énergie.

Le coût des chaudières au bois : Les chaudières au bois sont intrinsèquement plus chères que leurs homologues au gaz ou au mazout. Il n’y a rien d’alarmant à voir dans ce constat. En effet, avec le bois-énergie, on peut bénéficier d’un coût du combustible inférieur aux autres vecteurs énergétiques classiques. Du coup, le surinvestissement pour la chaudière au bois peut-être amorti. Après ce délai, on peut même engendrer des gains. Par contre, il peut être intéressant de ne pas choisir une chaudière au bois trop puissante pour limiter le coût et de réaliser les appoints de puissance par une chaudière traditionnelle, ces appoints étant relativement peu fréquents.

Dimensionnement de la puissance maximale des besoins

Comme il a été expliqué dans la section précédente, on part de la puissance maximale demandée au système de chauffage. Celle-ci est estimée en sommant les pertes par transmission, ventilation, infiltration avec une température externe égale à la température de base. Ensuite, on complète éventuellement par une certaine marge de puissance afin d’assurer la relance (si on travaille en régime intermittent).

Dimensionnement de la chaudière bois : aspects techniques

Si on dimensionne la puissance nominale de la chaudière principale au bois sur la puissance maximale demandée au chauffage, elle ne pourra pas répondre à tous les appels de puissance du bâtiment. En effet, à température externe modérée, la modulation de la chaudière principale au bois ne pourra pas toujours descendre au niveau de puissance requis sans dégrader fortement son rendement voire la qualité de la combustion. Pour les faibles puissances, celles-ci devront être produites par une autre chaudière capable de travailler efficacement dans cette plage. Dans le diagramme ci-dessous, l’énergie produite par la chaudière principale au bois peut être comparée à l’énergie produite par l’appoint : il s’agit des aires sous la courbe.

Illustration sur la monotone de charge du taux de couverture d’une chaudière bois dimensionnée sur la puissance maximale.

Le fraction de la demande annuelle produite par la chaudière principale au bois s’appelle le taux de couverture. Pour optimiser la chaudière principale au bois, il faut maximiser ce taux de couverture. La manière de procéder consiste à ne pas dimensionner la puissance nominale de la chaudière sur la puissance maximale demandée au système de chauffage. Cela abaisse la puissance minimale qui peut être produite par la chaudière et on est donc à même de produire pour des températures extérieures plus modérées correspondant à des besoins relativement faibles. En fait, dans la monotone de charge, on sacrifie les pics de puissance qui n’ont lieu que pendant peu de temps pour intégrer les faibles puissances qui sont atteintes pendant une plus grande partie de l’année : le niveau de puissance que l’on retrouve pendant la majeure partie de la saison de chauffe s’appelle aussi charge de base. On peut se convaincre de l’intérêt de dimensionner à une puissance inférieure à la puissance maximale des déperditions avec la monotone de charge suivante où la production annuelle de la chaudière principale bois est supérieure au cas précédent (c’est-à-dire quand la chaudière a une puissance nominale égale à la puissance maximale de besoin de chauffage).

Illustration sur la monotone de charge du taux de couverture d’une chaudière bois dimensionnée à une puissance inférieure à la puissance maximale.

On peut réaliser le même raisonnement pour différents niveaux de puissance nominale de chaudière principale au bois. Typiquement, on obtient un taux de couverture optimal avec une puissance de chaudière principale bois inférieure à la puissance maximale de besoin de chauffage : une puissance nominale trop faible donne des taux de couverture trop faibles et, au-delà de l’optimum, une puissance nominale trop proche de la puissance maximale réduit le taux de couverture. En fait, cet optimum dépend de la forme de la monotone de charge et donc varie d’un bâtiment, d’une institution, à l’autre.

Exemple d’évolution du taux de couverture en fonction du rapport entre la puissance de la chaudière (PN) et la puissance maximale des déperditions (QT).

Il faudra réaliser un appoint de puissance pour couvrir les besoins de puissance du bâtiment supérieurs à la puissance nominale de la chaudière bois. Cela s’opère par une chaudière d’appoint. Si cette chaudière d’appoint travaille sur base d’un vecteur énergétique autre que le bois, on dira que l’on travaille en mode bivalent. Dans certains cas, la chaudière d’appoint pourrait elle-même fonctionner au bois-énergie. Dans ce cas, on dira plutôt que l’on travaille avec des chaudières en cascade si le conditionnement est le même pour les deux chaudières.

Dimensionnement de la chaudière bois : aspects économiques

Les chaudières bois sont caractérisées par des coûts d’achat supérieurs aux chaudières traditionnelles gaz ou mazout. Du coup, il peut être intéressant de ne pas dimensionner la chaudière bois sur la puissance maximale de chauffage comme les puissances élevées sont appelées très peu souvent. On calibre la chaudière bois sur la charge de base pour qu’elle fonctionne un maximum de temps et que le surinvestissement pour la chaudière bois puisse s’amortir plus rapidement. C’est une seconde raison qui justifie un fonctionnement en mode bivalent.

Dans le point précédent, nous avions annoncé que la chaudière d’appoint pouvait fonctionner au bois. Pourtant, sur base de considérations économiques, l’intérêt de placer une chaudière traditionnelle gaz ou mazout est plus évident étant donné qu’elle est amenée à fonctionner pour des courtes périodes de la saison de chauffe. Néanmoins, dans certains cas, une chaudière d’appoint fonctionnant au bois-énergie semble pouvoir se justifier économiquement. Tout dépend de la consommation annuelle que devra assurer cette chaudière, du coût et de la disponibilité du combustible pour l’institution qui utilisera cette chaudière.

Sécurité d’approvisionnement de chaleur : chaudière de soutien

Dans les considérations précédentes, on pourrait penser que la chaudière d’appoint a une puissance relativement faible, c’est-à-dire juste le complément de puissance nécessaire pour assurer, avec la chaudière principale au bois, le besoin maximal de chauffage. En fait, dans certains cas, la puissance de la chaudière d’appoint est supérieure à la puissance de la chaudière bois. En effet, on veut, pour certaines applications, garantir l’alimentation en chaleur du bâtiment même si la chaudière bois ne peut plus fonctionner (pour cause de panne, entretien, manque de combustible dans le silo). Ce problème de sécurité d’approvisionnement se pose pour tous les vecteurs énergétiques (gaz et mazout compris). La chaudière d’appoint aura un rôle de soutien (« backup ») pour pouvoir maintenir la température du bâtiment à un niveau acceptable même si la chaudière principale au bois ne peut plus fonctionnement temporairement, niveau qui n’est pas nécessairement égal à la température de consigne : on peut dans certains cas juste maintenir la température à une valeur modérée inférieure à la consigne, le temps de remettre la chaudière principale au bois en fonctionnement.

À titre d’exemple, on peut citer le cas de la chaufferie de Libin qui alimente un réseau de chauffage urbain. La chaudière principale est une chaudière à plaquettes de 550kW qui est dimensionnée pour répondre à 95% du besoin annuel de chaleur. Par conséquent, la chaudière d’appoint ne doit répondre qu’à 5% du besoin annuel. Néanmoins, cette chaudière travaillant au mazout présente une puissance nominale de 600kW afin de pouvoir servir de soutien en cas de panne de la chaudière principale.

Nombre de chaudières

Dans les considérations précédentes, nous avons essentiellement analysé le cas d’une seule chaudière bois principale qui assure la majeure partie de la production annuelle de chaleur. Le besoin d’une chaudière d’appoint a été longuement discuté. Si la puissance demandée est suffisamment importante, on peut aussi réaliser la production principale de chaleur sur base de plusieurs chaudières au bois-énergie. Cela permet, d’une part, de balayer une plage plus large de puissances sans devoir faire face au problème de « cyclage » et, d’autre part, de répondre à la question de la sécurité d’approvisionnement en cas de panne.

Exemples d’une installation composée de deux chaudières à pellets fonctionnant en cascade.

Dimensionnement des circuits de distribution

Le débit que doit véhiculer un circuit de distribution dépend de la puissance à fournir et du régime de dimensionnement des corps de chauffe.

Exemple

L’aile nord d’un bâtiment demande une puissance de chauffage (calcul des déperditions) de 50 kW à fournir par des radiateurs dimensionnés pour fonctionner en régime 90°/70°.

Le débit d’eau chaude nécessaire pour obtenir cette puissance de chauffage est égal à :

Débit = Puissance / (capacité thermique de l’eau x ΔT°)

= 50 [kW] / (1,16 [kWh/m³.K] x (90 – 70)[K])

= 2,16 [m³/h]

La section des conduites se déduit de la relation :

section = débit / vitesse

Plus les conduites de distribution sont étroites, pour assurer ce débit, plus la vitesse de l’eau est élevée, avec pour conséquences :

l’augmentation du bruit,
l’augmentation des pertes de charge et de la consommation électrique du circulateur,
la difficulté de réglage de l’installation.

En contre-partie, le coût des conduites est moindre.

Deux techniques sont possibles pour dimensionner le diamètre des conduites :

se fixer une vitesse maximale constante (par exemple 0,5 m/s) dans tout le réseau,
ou se fixer une perte de charge constante pour chaque tronçon (par exemple, 120 Pa/m).

La première méthode donne généralement d’importants diamètres (investissement élevé, mais consommation des circulateurs moindres). La deuxième méthode peut donner des vitesses de circulation élevées et des problèmes acoustiques.

Dans son rapport n°1 de 1992, CSTC conseille de combiner les deux méthodes :

pour les diamètres réduits (DN10-20), limiter la vitesse de l’eau à 0,4 m/s pour des raisons acoustiques,

augmenter cette vitesse à 0,8 .. 1,2 m/s dans les grands diamètres (> DN50) si les conduites parcourent des locaux inoccupés, pour des raisons économiques,

ne pas dépasser une perte de charge de 120 Pa/m pour les tronçons intermédiaires pour limiter les pertes de charge.

Ce n’est évidemment pas au responsable technique à dimensionner les conduites. Il peut cependant s’interroger sur les grandeurs de référence maximale utilisées par le bureau d’études lors de la conception. Par exemple, si on dimensionne les conduites pour une perte de charge linéaire de 50 Pa/m au lieu de 120 Pa/m, la puissance absorbée par le circulateur diminuera de 30 .. 40 %. Le prix des conduites augmentera de 4 .. 8 %.

Dimensionnement des circulateurs

Le dimensionnement correct des circulateurs est un poste important qui va conditionner non seulement la consommation électrique de l’installation, mais aussi son confort.

Malheureusement, on ne calcule pas toujours précisément l’installation parce que cela prend du temps et que cela coûte plus cher que de mettre un circulateur trop gros.

On peut se faire une idée du dimensionnement correct des circulateurs en comparant la puissance électrique de ces derniers à la puissance des chaudières. Attention cependant, cette méthode ne peut convenir que pour vérifier le dimensionnement. Elle ne peut en aucun cas servir au dimensionnement d’un nouveau circulateur qui doit se faire en calculant les pertes de charge du réseau.

Simulation du rapport entre puissance électrique du circulateur Pe en [W] et la puissance des chaudières Pth [kW] en fonction du volume du bâtiment, pour plusieurs circulateurs présents sur le marché. Hypothèses de calcul : régime de température avec DT = 20 °C (ex : 90°/70 °C), pertes de charge linéiques de 0,01 [mCE/m] et pertes de charge de la chaudière et des organes de régulation de 1 [mCE/m] (valeurs réalistes et représentatives de la pratique). (Source : Cyssau, Mortier et Palenzuela, revue CVC, novembre 2000).

pour le circulateur avec rendement moyen,
pour les circulateurs avec rendement élevé,
pour les circulateurs avec rendement faible. Le rapport PE/P_th ne dépasse 2 que pour des circulateurs ayant un rendement faible

Les Suisses (programme d’impulsion RAVEL) considèrent qu’une installation équipée de radiateurs normalement dimensionnée doit vérifier la relation :

puissance électrique d’un circulateur PE en [W] =
puissance thermique du réseau qu’il alimente P_th[kW]

En tout cas si :

puissance électrique d’un circulateur PE en [W] =
2 x puissance thermique du réseau qu’il alimente P_th[kW]

Il est fort probable que le circulateur choisi soit surdimensionné ou que son rendement soit mauvais.

La puissance thermique de chaque réseau a dû être calculée par le bureau d’études, car elle est nécessaire pour établir le débit d’eau à fournir. On peut également la vérifier par une méthode approximative, circuit par circuit. Par extrapolation, on peut également dire que les circulateurs sont globalement bien dimensionnés si :

puissance électrique de tous les circulateurs PE en [W] =
puissance thermique des chaudières P_th [kW]

Comme pour les circulateurs de moins de 1 kW, les constructeurs ne fournissent pas la puissance électrique absorbée des circulateurs pour chaque point de fonctionnement, on se basera pour établir la puissance électrique du circulateur choisi sur la relation :

puissance électrique du circulateur [W] =
90 % de la puissance lue sur la plaque signalétique [W]

Dimensionnement des corps de chauffe

Comme mentionné dans « Le choix des corps de chauffe« , dimensionner les corps de chauffe pour un régime de température de 70°/50° au lieu du 90°/70° traditionnel augmente les performances des chaudières à condensation. Cependant, le surcoût de ce surdimensionnement ne sera pas vite rentabilisé. Si ce temps de retour est considéré comme excessif, un bon compromis est alors de choisir le régime 80°/60°.

Exemple.

Le coût global d’une installation de chauffage de 400 kW dans un nouveau bâtiment de 4 000m² est de l’ordre de 120 000 … 180 000 €.

Ce coût peut être comparé au surcoût lié au choix de radiateurs dimensionnés en régime 70°/50°, soit un supplément de puissance installée de 69 % : environ …10 000… €.

> Quel est le gain réalisable sur le rendement de la chaudière à condensation ?

Lorsque les radiateurs sont dimensionnés en régime 90°/70° (sans surdimensionnement), la température moyenne de retour des radiateurs sur l’ensemble de la saison de chauffe est de l’ordre de 43 °C (avec une régulation en température glissante). Avec des radiateurs dimensionnés en régime 70°/50°, cette même température sera d’environ 33 °C.

Pour une chaudière à condensation performante dans laquelle la température des fumées à la sortie est supérieure de 3 °C à la température de retour de l’eau, le graphe suivant montre qu’en diminuant la température moyenne de l’eau de retour de 10 °C, le rendement moyen de la chaudière à condensation augmente de 6 %.

Rendement utile d’une chaudière gaz en fonction de la température des fumées et de l’excès d’air (n = 1,3 équivaut à un excès d’air de 30 %). Pour un excès d’air de 20 %, une température de retour 43° C (équivalent à une température de fumée de 46 °C) équivaut à un rendement utile de 97 %, une température de retour de 33 °C (équivalent à une température de fumée de 36 °C), à un rendement utile de 103 %.

Sur une consommation de l’ordre de 50 000 m³ de gaz, cela équivaut à une économie de l’ordre de 3 000 m³ de gaz par an.

> Que conclure ?

Le surcoût d’installation des radiateurs est donc non négligeable… D’autant que l’économie faite par la chaudière est déjà comptabilisée dans la justification de son propre surcoût…

En fait, de toute façon un surdimensionnement des radiateurs de 27 % (régime 80/60) est de rigueur (pour assurer la relance), donc la température moyenne de l’eau de retour est de 39 °C. Par ailleurs, les apports internes vont créer un surdimensionnement de facto de l’installation. Donc, même si tout abaissement de température est bénéfique pour le CO₂, il ne semble donc pas que ce soit sur ce poste qu’il faille mettre l’investissement prioritaire. Il sera beaucoup plus important de s’assurer que le circuit hydraulique provoque un réel retour d’eau froide vers la chaudière (pas de bypass de chaudière, ni de soupape différentielle, par exemple).

Ces équipements travaillent généralement à plus haute température. Il est conseillé de les surdimensionner pour diminuer leur température de fonctionnement, par exemple en leur appliquant un régime de fonctionnement du type 70°/40° ou 90°/45° (batteries à eau chaude, échangeurs à plaque fonctionnant avec une température de sortie de 40°.45°). Cette pratique qui, pour les batteries, n’est pas encore rentrée dans les habitudes, conduit à un surinvestissement rentabilisé par l’exploitation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la robinetterie

Choix de la qualité

On peut intégrer la qualité comme facteur d’économie dans la mesure où les problèmes de fuite ou de dysfonctionnement s’en trouvent minimisés.

Et vu le coût moyen de 5 € du m³ d’eau chaude, le surcoût de la qualité est rapidement amorti. « Il faut être riche pour acheter bon marché », disait ma grand mère…

Mélangeur à 2 robinets ? Mitigeur monocommande ? Mitigeur thermostatique ?

Voici les résultats d’une étude faite dans le cadre du programme Ravel en Suisse.
Ils montrent que la consommation d’énergie est :

19 % plus élevée avec un mélangeur à deux robinets pour bain/douche qu’avec un mitigeur thermostatique (consommation supplémentaire d’énergie environ 200 kWh/an).
56 % plus élevée avec un mélangeur à deux robinets pour lavabo qu’avec une robinetterie sans contact (consommation supplémentaire d’énergie environ 200 Wh/an, également).

Sur base du prix du kWh, il est possible d’avoir une idée de la rentabilité de l’investissement.

	Eau chaude	%
Bain
– mitigeur thermostatique	64	100
– mitigeur à monocommande	69	108
– mélangeur à 2 robinets	76	119
Lavabo	–	–
– robinetterie sans contact	16	100
– mitigeur à monocommande	20	125
– mitigeur thermostatique	23	143
– mélangeur à 2 robinets	25	156

Influence de la robinetterie sur la consommation d’énergie
base : eau chaude à 55°C, eau froide à 15°C.

On peut en déduire une stratégie de choix appliquée à un lavabo :

Type de robinetterie	Consommation d’énergie	Consommation d’eau	Coût	Remarque
– mélangeur à 2 robinets	élevée	élevée	faible	simple
– mitigeur à monocommande	faible	moyenne	normal	économique
– mitigeur thermostatique	moyenne	élevée	élevé	confortable
– robinetterie sans contact	faible	faible	élevé	hygiénique

Cette grille de choix doit encore être confrontée à l’analyse du comportement probable de l’utilisateur. Le robinet d’eau chaude est parfois inutilement actionné, de même que le levier du mitigeur à monocomande est souvent laissé dans une position médiane, même si l’eau chaude n’était pas recherchée…

Cette analyse est partagée par le CSTB en France. Il semble que le mitigeur thermostatique de douche n’apporte surtout des économies que lors du deuxième usage rapproché (rinçage, par exemple). Sur base d’un surcoût moyen de 45 €, ils annoncent un temps de retour de 4 ans dans un usage familial. En usage tertiaire, le temps de retour est donc nettement plus faible.

Le réglage optimum du débit avant celui de la température

Il semble que le facteur numéro 1 de consommation d’énergie soit la quantité d’eau utilisée, avant la température. Donc il faut d’abord chercher à ce que le robinet fournisse juste le débit d’eau nécessaire, et dans un deuxième temps à ce que l’adaptation de la température souhaitée entraîne le moins de consommation d’eau chaude.

L’ergonomie des différents robinets mérite donc une attention particulière, au regard de l’occupation des mains de l’utilisateur. Dans certains cas, les mains étant occupées par un objet (lavage, …), il peut être utile de sélectionner une robinetterie dans l’ouverture est commandée par le genou ou le pied (pédale).

Favoriser l’usage de l’eau froide

Pour favoriser l’usage préférentiel de l’eau froide pour se laver les mains, il est plus aisé de n’ouvrir que l’eau froide avec un mélangeur qu’avec un mitigeur. Aussi, certains fabricants proposent des mitigeurs avec une manette un peu particulière. En effet, la tête céramique est conçue pour que la position centrale corresponde en fait à la position « pleine eau froide » au lieu de la position « eau mitigée ».

Le thermostatique : avant tout un confort renforcé

Le thermostatique amène un confort supplémentaire en terme de stabilité de température, même lorsque la production instantanée entraîne des fluctuations de température de l’eau chaude.

Pour augmenter les économies, il existe également des robinets dont le réglage de base correspond à un débit limité à 40 ou 50 %. Ce n’est que si l’utilisateur veut volontairement obtenir le plein débit, après avoir déverrouillé le bouton « éco » du limiteur, que le débit maximal est fourni.

De plus, les thermostatiques intègrent une fonction de sécurité grâce à un bouton « stop » qui limite la température de l’eau mitigée en sortie à 38°C et permet ainsi d’éviter les risques de brûlure (très utile en milieu fréquenté par des personnes âgées ou des des enfants).

Dans des lieux de soins, la température d’arrivée d’eau chaude est parfois de 60°C au moins pour des raisons d’hygiène. Pour éviter tout risque de brûlure, il est possible d’intégrer un mitigeur de sécurité sous l’évier, en amont du mitigeur normal. Il se pose sur la vanne d’arrêt. Il prérègle la température maximale de sortie, indépendamment des variations de pression et même en cas d’interruption de l’arrivée d’eau froide, d’après le fournisseur.

Le réglage de température est dissimulé sous une coiffe et modifiable via une clé Allen par le technicien.

Enfin, il existe des mitigeurs centralisés pour une zone du réseau.

Choix d’équipements à faible débit

Utilisation des « boutons poussoirs »

La réduction de la durée d’utilisation peut être directe : une robinetterie à fermeture automatique dans les installations publiques permet de diminuer drastiquement la consommation d’eau.

Utilisation des commandes électroniques

Ils régulent le débit d’eau sans aucun contact physique de l’utilisateur, à l’aide d’une technique opto-électronique. Ce n’est que lorsque les mains se trouvent dans la zone de réception du capteur sous le robinet que l’eau est distribuée.

En voici une version,
avec l’alimentation en savon également sous contrôle.

Il existe des modèles raccordés au réseau (très faible consommation mais investissement plus élevé), d’autres avec alimentation par batterie (plus aisé en rénovation mais un bilan est à faire !).

Certains encore disposent d’une auto-fermeture, programmable entre 2 et 60 secondes.

Si l’électronique est présente, elle permet également de présélectionner la température d’eau mitigée.

Et puisqu’on en est à rêver, il existe des modèles de robinets intégrables dans la GTC (Gestion Technique Centralisée) du bâtiment : une alarme se déclenche si l’ouverture reste ouverte trop longtemps, une coupure automatique de tous les robinets du bâtiment est possible d’un seul lieu (début des WE, par ex.), un contrôle interdit une température pouvant provoquer des brûlures (dans un home pour personnes âgées), …

Placement de mitigeurs avec butée

Ce type de robinetterie s’utilise comme un mitigeur classique. Toutefois, un point « dur » ou une butée délimite les 2 zones de fonctionnement : une zone économique (de 0 à 6 litres/min environ) et une zone de confort (jusqu’à environ 12 litres/min). Le surcoût de cette technique « point dur à franchir » est négligeable et donc le temps de retour est immédiat.

Placement de « mousseurs »

Un mousseur est un régulateur de débit qui réduit la section de passage en fin de robinetterie et/ou qui crée un mélange air/eau. Il participe en même temps à la performance acoustique du robinet. Il permet par exemple de réguler un débit maximum de 6 ou 8 litres/minute. Un mousseur revient environ à 5 €.

Dans la pratique, on se rend compte que des foyers de légionelles peuvent se retrouver au niveau des mousseurs; raison pour laquelle dans beaucoup d’institutions les mousseurs ont été enlevés.

On rencontre aussi ce type de réducteur de débit dans des « douchettes économes » : soit une manette permet de réduire le débit, soit un effet de « nuage d’eau » est créé. Attention au fait que ce type de douchette peut accélérer le phénomène d’aérosolisation, et donc une sensibilité plus grande à la contamination par la légionelle.

Ces équipements terminaux modifient la courbe de réglage en température. La mise en place d’une perte de charge supplémentaire diminue « l’autorité » de la vanne. Si l’évolution est au départ linéaire, la perte de charge finale limite la zone de réglage de la température sur une bonne partie de la plage angulaire.

Problème commun à tous ces équipements : le calcaire !

L’entartrage de ces équipements est un problème si l’eau est particulièrement chargée en calcaire. Un entretien régulier des équipements (vinaigre, produit de type « Viakal », …) ou un adoucissement de l’eau avant son chauffage peut être nécessaire.

Les douchettes avec picots sont donc à privilégier : un simple grattage des picots permet alors de décoller les dépôts.

Certains mousseurs se présentent comme spécialement étudiés pour réduire le dépôt de calcaire.

Tous ces équipements devront pouvoir être facilement démontables et nettoyables.

Choix du mécanisme de vidange des WC

Il ne s’agit pas d’eau chaude… donc pas d’économie d’énergie potentielle. Cependant, c’est le premier poste permettant de réduire la consommation globale d’eau du bâtiment : nous allons donc faire une exception !

Les WC sont référencés par la taille de cuvette. Si autrefois, les cuvettes avaient une capacité de 9 à 10 litres, les cuvettes de 6 litres sont aujourd’hui courantes. Mais différents appareils permettent une économie d’eau supplémentaire par rapport aux cuvettes 6 litres :

Le WC à double commande

Un bouton délivre 3 litres, l’autre 6 litres.
Coût moyen : 120 € (pour le pack complet).
Économie estimée : 4,5 m³ sur l’année par personne, par rapport à une cuvette 6 litres sans double commande, pour un usage familial.
Temps de retour : 6 mois en usage familial, donc nettement moins en usage tertiaire.

Variante : il existe des systèmes qui peuvent être interrompus où une première pression sur le bouton de chasse permet l’enclenchement alors qu’une seconde pression permet l’arrêt de l’écoulement.

Chasse de WC à double commande.

Les cuvettes avec accélérateurs de débit

Cette fois, c’est de 2,5 à 4 litres qui sont nécessaires, l’accélérateur de débit permettant de conserver toute son efficacité au siphon. L’économie d’eau passe à 67 % par rapport à une cuvette de 9 litres.
Coût moyen de l’accélérateur : de 270 € à 840 €.
Économie estimée : 9 m³ sur l’année par personne, par rapport à une cuvette 6 litres sans double commande, pour un usage familial.
Temps de retour : 22 mois en usage familial, donc nettement moins en usage tertiaire.
Application : tout immeuble de 4 étages maximum.

Certains de ces équipements ont reçu un « avis technique » du CSTB (France).
Remarque : ces différents appareils peuvent être sensibles au calcaire qui peut perturber le bon fonctionnement du mécanisme ou du robinet. Les fuites ne sont pas toujours bien visibles. Il convient donc de fermer le robinet d’arrêt situé en amont du réservoir de temps en temps afin de vérifier que le niveau d’eau dans le réservoir ne diminue pas.

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionner les câbles de raccordement au bâtiment

Perte [W/m] = R x I²

où,

R = résistance électrique [ohm/m]
I = courant [A]

Exemple.

Un câble (4 x 95²) de 80 m alimente un bâtiment avec une puissance maximum de 100 kW, une tension de 400 V et un cos j de 0,9.

Courant véhiculé dans chaque fil :

I = 100 [kW] / 0,9 / 400 [V] / 3_^0,5= 160 [A]

Résistance du câble (Cu95² : R = 0,232 Ohm/km) :

R = 0,232 [Ohm/km] x 0,080 [km] = 0,0186 [Ohm]

Pertes par effet joule :

Pertes = 3 [fils] x 0,0186 [Ohm] x 160² [A] = 1 428 [W]

Coût des pertes pour une durée d’utilisation à puissance maximum de 4 200 h/an (somme des coefficients d’utilisation mensuels) et un prix moyen du kWh de 0,11 €/kWh :

Coût = 1 428 [W] x 4 200 [h/an] x 0,11 [€/kWh] = 659,7 [€/an]

Coût sur 10 ans = 6597 [€]

On peut faire le même calcul mais en doublant le câble, c’est-à-dire en plaçant deux câbles de (4 x 95²) :

I = 100 [kW] / 2 / 0,9 / 400 [V] / 3_^0,5= 80 [A]

R = 0,232 [Ohm/km] x 0,080 [km] = 0,0186 [Ohm]

Pertes = 6 [fils] x 0,0186 [Ohm] x 80² [A] = 714 [W]

Coût = 714 [W] x 4 200 [h/an] x 0,11 [€/kWh] = 329,8 [€/an]

Coût sur 10 ans = 3298 [€]

Résultats – Rentabilité
Nombre de câble (4 x 95²)	1	2	>3
Coût des pertes [€/an]	660	330	180
Investissement [€] (un câble posé = 15 €/m)	1 200	2 400	3 600
Temps de retour [ans]	–	7,2	20

On voit qu’il est nettement plus intéressant énergétiquement et financièrement, de démultiplier les câbles d’alimentation. Évidemment, l’investissement, souvent seul élément pris en compte, est démultiplié en conséquence. Mais on oublie que les économies sur la durée de vie de l’installation peuvent être importantes.

Calculs

Pour estimer les pertes de votre alimentation et comparer plusieurs solutions

(Dans ce programme, il vous sera demandé d’insérer le prix que vous payez par kWh électrique consommé. Si vous ne le connaissez pas, vous pouvez l’estimer grâce aux informations reprises dans la théorie « coût moyen du kWh électrique économisé« ).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le programme de bâtiment

Définir le programme, c’est aussi imaginer l’ambiance intérieure …

Mise en commun et chasse à l’inoccupation des espaces

Un point important pour réaliser des économies d’énergie consiste mettre en commun un maximum de services de manière à réduire le nombre de ceux-ci tout en permettant qu’ils soient de taille et qualité satisfaisante.

Lors des premiers dessins, il faut se poser la question du taux d’occupation des différents espaces et étudier la possibilité de combiner des usages de manière à réduire la quantité d’espace non utilisé de longues heures chaque jour. En agissant ainsi, le coût de la construction sera réduit et ce sont autant de m² et de m³ qui ne devront être chauffés alors qu’ils sont inoccupés la plupart du temps.

Est-il nécessaire d’avoir 8 imprimantes par étage ? Faut-il réellement une salle de réunion par département ? Chaque étage doit-il avoir sa cafétéria ? Plutôt que d’avoir un parking de 200 places chacun, nos deux enseignes ne pourraient-elles pas se contenter d’un parking commun de 300 places utilisable en soirée par les riverains ?

Plus la mise en commun sera forte et plus le taux d’occupation des espaces sera optimisé, plus les économies d’énergie seront grandes.

Schéma sur le principe de mise en commun des espaces.

Choisir l’ambiance intérieure souhaitée

L’architecte et le bureau d’études ne pourront développer des stratégies adéquates que si le Maître de l’Ouvrage s’est préalablement positionné sur l’ambiance intérieure qu’il souhaite créer dans son bâtiment.

Le souhait de pouvoir gérer son propre environnement

Parmi les attentes exprimées auprès des promoteurs, on entend de plus en plus souvent le souhait des occupants de pouvoir ouvrir leur fenêtre. Il y a un certain rejet des ambiances feutrées, trop coupées du bruit du monde extérieur.

Malgré la fluctuation des températures que cela peut entraîner, il apparaît que l’occupant est beaucoup plus conciliant avec le confort lorsqu’il gère lui-même son environnement. Par contre, il sera très exigeant avec le service de maintenance lorsqu’il se trouve face à une fenêtre fixe, totalement dépendant de la pulsion d’une bouche d’air…

Dans les bureaux paysagers, les personnes qui ont vue sur l’extérieur et accès à l’ouverture de la fenêtre sont généralement beaucoup plus satisfaites que les autres occupants.

Plus généralement, c’est donc l’accès éventuel par l’occupant à la ventilation, à l’éclairage, aux protections solaires, au chauffage, … qui doit être défini dès le départ du projet.

Attention : la définition de l’ambiance dépasse le simple souhait et demande une réflexion approfondie. Ainsi,

l’ouverture des fenêtres peut générer des nuisances acoustiques,
l’air extérieur peut être pollué et nécessiter une filtration,
si la climatisation est installée, elle devra être coupée lors de l’ouverture de la fenêtre. L’occupant devra alors choisir : fermer sa fenêtre et avoir une ambiance refroidie, ou ouvrir sa fenêtre et laisser la température monter.

Par exemple, au siège d’ELIA à Bruxelles, chaque zone de 40 m² peut réguler la température locale de +-2 °C par rapport à la température de consigne générale et ouvrir une bouche d’aération naturelle sur simple pression d’un bouton. La hauteur et l’exposition au vent grâce au site dégagé du bâtiment rendent la ventilation naturellement puissante et sensible par les occupants.

Le remplacement de la climatisation par un free cooling de nuit

Voici un autre exemple de choix d’un type d’ambiance : une stratégie de « free-cooling », c’est à dire de refroidissement naturel du bâtiment sans climatisation mécanique, peut être décidée. On profite de la fraîcheur de la nuit pour ventiler le bâtiment.

Ceci sous-entend une variation de la température intérieure sur la journée puisque c’est le bâtiment qui fait tampon, accumule la chaleur en journée et attend la nuit pour se décharger.

Il faut donc décider d’accepter ou non le fait qu’en été le bâtiment soit par exemple à 22°C au matin et à 26°C au soir.

L’intégration de la lumière dans le bâtiment

Par un jeu d’atria, par des puits de lumière, par des coupoles vitrées,… il est possible d’intégrer la lumière naturelle au sein du bâtiment. La consommation d’éclairage artificiel en sera diminuée d’autant, mais surtout, le bâtiment y trouvera son âme.

A contrario, ce sont des m² ou des m³ à financer. Et ce sont bien souvent des apports de chaleur excédentaires en été, qui ne pourront être maîtrisés que par une possibilité d’ouverture automatisée en toiture. Donc un coût.

Il faut trouver l’optimum entre une grande compacité pour limiter les pertes de chaleur et une moins grande compacité (augmenter les surfaces déperditives) pour profiter davantage d’accès à de la lumière naturelle. La compacité du bâtiment joue un rôle fondamental dans le calcul du niveau K du bâtiment.

Mais la qualité architecturale est un élément de satisfaction de l’employé sur son lieu de travail qui influe aussi sur sa productivité professionnelle…
En caricaturant quelque peu, on peut aller jusqu’au fait que le choix de la hauteur sous-plafond caractérisera la « hauteur d’esprit » des occupants !

Choisir des consignes de confort réalistes

Les études du « sick building syndrom » ont montré l’impact négatif d’un choc thermique trop important à l’entrée du bâtiment climatisé. Ceci ne veut pas dire que l’on apprécie pas la fraîcheur d’un bâtiment en plein été, mais bien que notre corps s’adapte au climat et trouve très confortable une ambiance à 26°C lorsqu’il fait 30°C dehors.

Si aux États-Unis l’ambiance intérieure semble établie sur base d’un « 22°C toute l’année, quelle que soit la température extérieure », un mouvement d’opinion se dessine chez nous pour rejeter ce « tout air conditionné » et réintégrer une certaine saisonnalité de l’ambiance intérieure. On parle plutôt de « rafraîchir » l’ambiance afin de passer plus facilement les quelques jours de canicule de l’année.

Le bureau d’études concevra le système et le dimensionnera en fonction des exigences de son client. C’est donc ce niveau d’exigence qui sera à la base du projet. On sera donc attentif à définir avec soin les consignes intérieures souhaitées.

Température et humidité

Solution 1

Classiquement, on impose au cahier des charges des températures intérieures à vérifier dans les situations extérieures les plus critiques.
Par exemple :

Température en hiver : 21°C par – 10°C extérieur (- 8° à Bruxelles et – 12°C en Ardennes).
Température en été : 24°C (26°C si plafonds froids) par + 30°C et 50 % HR.
Humidité : min 40 % en hiver, max 65 % en été.

Imposer une telle exigence à un bureau d’études, c’est forcément imposer une climatisation mécanique.

Solution 2

On peut également lui proposer un niveau d’exigences plus compatible avec la recherche de solutions alternatives, admettant de dépasser temporairement certaines limites de température. Par exemple, en Hollande, il est proposé le critère de « 100 heures par an au dessus de 25,5°C, dont 20 heures au dessus de 28°C ». C’est une simulation informatique qui devra prouver que cette exigence sera bien satisfaite pour une année climatique type moyenne.

Solution 3

On peut également aborder le problème sur base d’un rafraîchissement garanti. Ce n’est plus une consigne intérieure fixe mais bien un abaissement de 3 ou 4°C par rapport à la température extérieure.

Solution 4

Et un compromis peut être trouvé : une climatisation partielle des lieux. Pourquoi ne pas concentrer les locaux générateurs de surchauffe (locaux informatiques, salles de réunion, …) dans une zone du bâtiment qui sera refroidie mécaniquement ? Les autres locaux seront moins chargés en apports internes et seront plus facilement refroidis naturellement. Les niveaux d’exigence sont alors adaptés en fonction des lieux.

Apport d’air neuf hygiénique

Dans un bâtiment bien isolé, la consommation liée au traitement de l’air neuf hygiénique (chauffage et humidification en hiver, refroidissement en été) dépasse les pertes par les parois de l’enveloppe. La définition du débit est donc d’une importance capitale pour la consommation future du bâtiment.

La norme européenne EN 13779 (Ventilation for buildings – Performance requirements for ventilation and air-conditionning systems, Commission technique CEN/TC 156, 1999) propose différents débits d’air neuf à respecter en fonction de la qualité de l’ambiance à respecter :

Norme européenne EN 13779 pour les locaux sans fumeur.
Catégorie de qualité d’air	Débit d’air neuf
Excellente qualité (niveau ambiant de CO₂< 400 ppm au dessus du niveau extérieur)	> 54 [m³/h.pers]
Qualité moyenne (niveau ambiant de CO₂400 – 600 ppm au dessus du niveau extérieur)	de 36 à 54 [m³/h.pers]
Qualité acceptable (niveau ambiant de CO₂600 – 1 000 ppm au dessus du niveau extérieur)	de 22 à 36 [m³/h.pers]
Faible qualité (niveau ambiant de CO₂> 1 000 ppm au dessus du niveau extérieur)	< 22 [m³/h.pers]

L’exigence du RGPT, 30 [m³/h.pers], correspond donc à une qualité acceptable. Un courant actuel venu des pays nordiques tend à installer de 50 à 70 [m³/h.pers]. Compte tenu des fortes conséquences énergétiques de ce choix (chauffage, humidification, refroidissement), une valeur située entre 30 et 40 m³/h semble adéquate. On choisira certainement 30 m³/h si une possibilité d’ouvrir les fenêtres existe. Un système double flux avec récupération de la chaleur sur l’air rejeté permet de préchauffer l’air neuf et réduire considérablement les pertes liées à la ventilation.

Éclairage

Une des techniques les plus économes pour un immeuble de bureaux consiste à assurer un éclairement général de 200 lux, tout en dotant chaque poste de travail de son éclairage individualisé. On atteint dans ce cas une puissance installée de 7 Watts/m²/500 lux… soit 3 x moins que ce qui était installé dans les années 70.

Question : lorsque le bureau d’études estime les charges thermiques du local, doit-il cumuler la charge d’éclairage et celle d’ensoleillement ? Si le soleil est présent, ne peut-on tabler sur une extinction des luminaires ?

Bureautique

Il existe des solutions pour diminuer les charges internes. Un PC dégage 150 Watts, dont 100 pour l’écran. Si le choix d’écran plat est décidé, les apports de chaleur diminuent au tiers. Et le gain énergétique est double puisqu’à l’énergie électrique plus faible pour alimenter l’équipement est ajoutée l’énergie économisée en climatisation.

En tant que maître de l’ouvrage, il faut clairement définir les charges liées à l’équipement. Cela évitera au bureau d’études de prendre des coefficients de sécurité trop importants. Si le niveau énergétique est faible, cela lui donnera également plus d’aisance pour proposer des solutions alternatives.

Par exemple, si la charge thermique est faible (équipements à faible consommation et apports solaires limités), il est possible d’utiliser des plafonds froids ou des poutres froides, alimentés par de l’eau à 17°C (régime 17/19).

Photo plafond froid.

Le risque de condensation est faible lors de l’ouverture des fenêtres et l’on ne devra plus consommer beaucoup d’énergie pour déshumidifier l’air neuf hygiénique. De plus, une partie de l’année, l’eau réchauffée à 19°C pourra être refroidie en toiture sans équipement frigorifique, simplement en passant dans un aéroréfrigérant (= échangeur eau/air avec ventilateur). Ce sera particulièrement efficace la nuit et le bâtiment pourra ainsi être déchargé de la chaleur accumulée en journée.

Choisir le degré de flexibilité

La flexibilité est aujourd’hui un must, surtout si l’on est promoteur. Le bâtiment devient une boîte dans laquelle le client futur installera ce qu’il souhaite.

Cette approche génère généralement trois difficultés majeures :

Les cloisons intérieures légères sont sans inertie et des faux-plafonds (et/ou faux-planchers) coupent l’accès thermique aux dalles de béton. L’espace intérieur devient très sensible aux apports solaires (effet similaire à la voiture laissée au soleil…) et une climatisation s’impose.
Si le client peut intégrer où il veut une salle de réunion (apport d’air neuf hygiénique élevé) ou une salle informatique (apports thermiques élevés), le bureau d’études va devoir surdimensionner les installations de tout le bâtiment, créant des coûts d’exploitation nettement plus élevés des auxiliaires (pompes, ventilateurs).
L’architecture du projet en soufre et donc la qualité des ambiances. Sans citer de marque, on peut tenter un parallèle avec des hôtels préfabriqués aux abords de nos villes… que nous acceptons pour dormir une nuit, mais pas pour vivre ou travailler.

Il apparaît important de limiter dans le programme les zones de flexibilité, réservant à certains espaces des tâches spécifiques.

Il est d’ailleurs curieux de constater que les anciens bâtiments de qualité sont toujours là, rénovés certes, mais en y adaptant un nouveau programme. À l’opposé, les bâtiments légers modulaires, pourtant très flexibles, sont abandonnés et détruits.

Une réflexion qui intègre le bureau d’études dès l’esquisse

La conception d’un bâtiment à basse énergie forme un tout : choix de l’orientation, choix de l’enveloppe, choix des équipements, … tout est lié.

Architecte et bureau d’étude doivent y travailler ensemble dès le départ. Par exemple, le free cooling naturel du bâtiment demande des taux de renouvellement d’air horaires > 4, donc des débits d’air importants, donc des sections élevées, donc des « cheminées » à intégrer dès le début du projet architectural.

Cheminées de ventilation naturelle du bâtiment du BRE.

Une des difficultés à ce niveau est créée par le principe des concours d’architecture. L’architecte y travaille seul pour limiter les frais (il travaille souvent à perte…). Il conçoit une enveloppe attractive pour gagner le concours… et se voit contraint de la respecter ensuite. C’est là que l’on voit parfois les bureaux d’études s’arracher les cheveux !

Suggestion : idéalement, le maître d’ouvrage devrait prendre en compte le coût d’exploitation du bâtiment et proposer parmi les critères d’évaluation du concours un quota de 30 %, par exemple, pour la vision globale des coûts sur la durée de vie du bâtiment. Le bureau d’études doit alors être associé au concours…

Acoustique

L’ambiance acoustique de chaque espace doit également être conçue dès la programmation tant les nuisances sonores peuvent être à l’origine de tensions ou de problèmes de concentration. Il conviendra de regrouper les espaces en fonction du niveau sonore produit et accepté dans le cadre des activités ayant cours dans cet espace et/ou, à défaut, de recourir à des dispositifs d’isolement et/ou d’absorption acoustique adéquats.

À gauche : dispositifs d’absorption acoustique appliqués sur un plafond à forte inertie.
À droite : paroi légère vitrée et dédoublée séparant un openspace d’une salle de réunion.

Posted By : 25 Sep, 2007

Eau chaude sanitaire [Concevoir l’avant projet]

Plaçons-nous dans l’idéal pour décrire l’installation de production d’eau chaude sanitaire :

Équiper les points de puisage de réducteurs de débit

Du bouton-poussoir à fermeture automatique au robinet à œil électronique, en passant par la douche à faible débit : l’installation la plus économe est celle qui consomme peu d’eau.

En voici une version, avec l’alimentation en savon également sous contrôle.

A priori, décentraliser la production

Si le gaz est disponible et vu les nouvelles contraintes liées à la légionelle (maintien à haute température), on décentralisera au maximum la production : produire près du lieu de puisage, avec des préparateurs instantanés étanches (encore appelés appareils « ventouses »). Autant faire circuler la conduite de gaz dans le bâtiment que la conduite d’eau chaude.

Si production centralisée, alors semi-instantané

Schéma production centralisée, alors semi-instantané.

Si les besoins sont élevés, ou si le gaz n’est pas disponible, une installation semi-instantanée paraît optimale : un échangeur instantané pour produire au moment de la demande, avec le renfort d’un petit ballon de stockage pour stabiliser la température de l’eau durant la première minute de puisage.

L’eau chaude sanitaire est le « vilain petit canard » de l’installation de chauffage !

Les besoins de chauffage du bâtiment sont de plus en plus souvent couverts par des émetteurs à basse température, avec de l’eau préparée par une chaudière à condensation gaz performante.

La production d’eau chaude à haute température perturbe cette évolution. Si les besoins sont élevés, on étudiera donc l’intérêt d’assurer une production de l’eau chaude par une chaudière indépendante.

Choisir un circuit adapté à la chaudière

Si la production d’eau chaude est combinée avec le chauffage du bâtiment par une chaudière à condensation, on dimensionnera l’échangeur au régime 70° – 40° et/ou le circuit hydraulique sera bien étudié pour favoriser le retour d’eau froide vers la chaudière.

Préchauffer par une installation solaire

Prévus dès le départ du projet, des capteurs solaires permettront de couvrir 50 % des besoins annuels, avec une rentabilité financière correcte et une rentabilité environnementale très forte.

Isoler fortement le(s) ballon(s) et la boucle de circulation

On choisira sans hésiter des ballons coiffés d’une jaquette isolante de 10 cm d’épaisseur. L’investissement est très rapidement amorti.

De même pour la boucle de distribution : la lutte contre le développement de la légionelle impose des hautes températures, et donc une isolation plus élevée qu’autrefois.

Accumulateurs d’eau chaude en milieu hospitalier.

Munir l’installation d’outils de gestion

Un compteur permettra de connaître les besoins d’eau chaude du bâtiment, de connaître l’importance du débit de pointe, … C’est sur base de ce profil de puisage que l’on pourra piloter au mieux l’installation, et… la rénover ultérieurement !

Concevoir	Choix du mode de préparation de l’eau chaude.
Concevoir	Choix du réseau.

Posted By : 25 Sep, 2007

Compartimenter l’isolant [toiture plate]

La fragmentation se fait en reliant l’étanchéité et l’écran pare-vapeur.

Compartimenter l'isolant

Les surfaces cloisonnées auront 100 à 300 m² dans le cas d’une couche de protection difficile à enlever.

Les surfaces cloisonnées auront 400 à 600 m² dans le cas d’une couche de protection facile à enlever.

La dimension des aires séparées dépend du niveau de risque accepté. Plus la surface des compartiments est réduite, plus la fiabilité est élevée.

Les barrières de compartimentage seront implantées au-dessus des points hauts du support.

La fragmentation doit être indiquée sur les plans « as built » pour pouvoir connaître la limite des zones inondées en cas de fuite.

Le compartimentage permet également pendant le chantier d’effectuer des fermetures de zone et de pouvoir réaliser la toiture en plusieurs phases.

Lorsque l’isolant est du verre cellulaire (CG) posé suivant la technique de la toiture compacte, il n’est pas nécessaire de compartimenter la couche d’isolant, celui-ci n’étant pas inondable.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les appareils de conservation

Type d’enceinte de conservation

Il existe différents types d’enceintes de conservation :

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

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

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

Le choix du type d’enceinte se fait donc en fonction des différents volumes à entreposer.

Il est cependant à noter que pour les petites exploitation, la réglementation autorise cependant l’entreposage de matières premières « à risques différents » dans une même enceinte à condition que la séparation se fasse par un autre moyen : le zonage, l’emballage.

Les armoires froides sont utilisables le plus souvent comme chambre de jour.

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

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

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

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

Volume et puissance

Le volume nécessaire dépend du nombre de repas, du choix de la gamme des produits, du rythme de livraison.
Le calcul exact du volume de l’enceinte se fait à partir d’une quantité moyenne d’un type d’aliments par repas, des dimensions standards du matériel de livraison de cet aliment, des dimensions standards du matériel de stockage et du nombre de jours pendant lesquels l’enceinte doit assurer l’approvisionnement. Il s’agit d’un calcul de bureau d’études; nous ne l’aborderons pas ici.

Cependant, on choisit de préférence, et si c’est possible, une chambre de forme rectangulaire et compacte : rapport entre la largeur et la longueur proche de 0,8 par exemple. Ce choix permet de diminuer les pertes par conduction à travers les parois de l’enceinte.

L’évaporateur

Photo évaporateur.

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

La puissance de l’évaporateur se calcule à partir du bilan frigorifique.

Mais attention le bilan frigorifique doit parfois être adapté en fonction de conditions particulières.
Exemples.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Régulation

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

Climatisation

Pour plus de détails concernant le choix de la machine frigorifique (évaporateur, compresseur, condenseur,…) et sa régulation, cliquez ici !

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

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

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

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

Caractéristiques techniques générales

L’enceinte de conservation pour les plats cuisinés à l’avance doit comporter un enregistrement permanent de la température (0 à 3°C). Les graphiques de température doivent être conservés durant un mois. Les plats y sont placés sur des chariots, paniers ou clayettes.

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

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

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

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

Climatisation

Pour plus de détails concernant le choix du fluide frigorigène, cliquez ici !

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

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

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

Refroidissement du condenseur

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

La puissance frigorifique pour une même quantité de frigories est de 10 à 15 % plus faible pour un groupe à eau.

Dans les coûts d’utilisation d’un groupe à eau, il faudra tenir compte de la consommation en eau.

La chaleur des condenseurs des installation frigorifiques peut être récupérée pour chauffer l’eau sanitaire.

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

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

Climatisation

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les scanners

Suivant le type de scanner, les modes de fonctionnement disponibles et suivant le respect ou pas des critères de labellisation par le constructeur, les consommations énergétiques peuvent varier. Le tableau ci-dessus donne une idée des consommations électriques annuelles auxquelles il faut s’attendre :

Type de scanner	Consommation moyenne [kWh/an] ( source Energy Star)
	Fonction basse énergie pas activée ou pas disponible		Fonction basse énergie activée
	Toujours allumé (BEPA/TA)	Éteint en fin de journée (BEPA/EFJ)	Toujours allumé (BEA/TA)	Éteint en fin de journée (BEA/EFJ)
Scanner conventionnel	214	69	0	0
Scanner labellisé	214	69	108	37

Évaluer

Pour plus de détail sur les puissances et les consommations mises en jeu au niveau des scanners, cliquez ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la fenêtre comme capteur de lumière naturelle [Esquisse du projet]

Favoriser l’éclairage naturel extérieur

Dans une démarche de construction ou de rénovation lourde, on privilégiera l’utilisation de la lumière naturelle à la place de l’éclairage artificiel. La qualité « spectrale » de la lumière naturelle ainsi que sa variabilité et ses nuances offrent une perception optimale des formes et des couleurs. L’éclairage artificiel devrait donc être considéré comme un complément à la lumière naturelle. Aussi, d’un point de vue énergétique, l’utilisation de l’éclairage naturel comme « source » lumineuse est gratuite ; ce qui signifie que la facture en électricité sera d’autant plus réduite que l’éclairage naturel exploité.

Dans bien des projets de conception ou de rénovation de bâtiments tertiaires, en confort lumineux, l’objectif premier est de privilégier l’ouverture des espaces de travail vers la lumière naturelle tout en sachant qu’une trop grande ouverture des façades est souvent synonyme d’éblouissement, de surchauffe et déperditions thermiques au travers des baies vitrées. Le compromis reste de rigueur !

Bien des paramètres viennent influencer de manière plus ou moins significative la pénétration de la lumière dans les espaces de travail :

L’orientation des façades ;
La présence d’ombres reportées (bâtiments ou autres façades du bâtiment étudié faisant de l’ombre) ;
La taille, la forme et la position des baies vitrées dans les façades ;
La forme et les dimensions des trumeaux ;
Les caractéristiques des vitrages ;
La présence de protection solaire (fixe, mobile, …) ;
…

Vitrage clair. Vitrage sélectif. Auvent. Lamelles. Ombre reportée.

Pour un projet de taille importante, une étude par un bureau spécialisé est toujours intéressante sachant qu’il est possible d’optimiser conjointement les conforts lumineux et thermiques par des simulations dynamiques tenant compte de l’ensoleillement et du climat à tout moment de l’année disponible sous forme de bases de données type « météonorm » par exemple.

L’éclairage naturel extérieur n’est pas uniforme

L’intensité de la lumière naturelle varie fortement en fonction du type de ciel, du moment de l’année, de l’heure dans la journée, de l’orientation de l’ouverture, de son inclinaison et de son environnement.

Les études d’éclairage naturel des locaux sont basées, conventionnellement, sur un ciel couvert donnant un niveau d’éclairement de 5 000 lux sur une surface horizontale en site dégagé (Commission Internationale de l’Énergie).

Or, en Belgique, un tel éclairement est dépassé 80 % du temps entre 8h00 et 16h00, par ciel couvert. Et ce ciel couvert ne se présente que 36 % du temps de l’année.

À l’extrême, en juin, à midi et par ciel serein, l’éclairement dépasse 100 000 lux! (Franchement, de quoi se plaint-on ?!)

Lumière solaire directe ou lumière solaire diffuse ?

La lumière solaire directe dispense un flux considérable, facile à capter et à diriger. Elle présente une dynamique intéressante (création de reliefs dans le bâtiment) et peut être utilisée en tant qu’énergie thermique. Par contre, le rayonnement solaire direct est souvent une source d’éblouissement et parfois de surchauffe du bâtiment. De plus, sa disponibilité est épisodique et dépend de l’orientation des ouvertures.

La lumière diffuse du ciel est disponible dans toutes les directions. Elle suscite peu d’éblouissement, ne provoque pas de surchauffe, mais elle peut être insuffisante dans de nombreux cas. En outre, elle crée peu d’ombres et de très faibles contrastes. Une lumière diffuse est donc idéale pour des locaux de travail où il est important d’avoir un éclairage constant, sans source d’éblouissement. La lumière du nord est assurément une lumière diffuse (depuis toujours exploitée dans les ateliers d’artistes). Mais il est possible de valoriser également la lumière directe venant des autres orientations, pour autant qu’une protection masque le disque solaire ou qu’un rideau intérieur diffuse la lumière incidente.

L’influence de l’environnement

Lors de la conception d’un bâtiment, il est donc important de mesurer l’impact de l’environnement existant sur le nouvel édifice afin de profiter au mieux des possibilités offertes par le terrain pour capter la lumière.

Le relief du terrain, les constructions voisines, … peuvent modifier fortement l’apport.

L’effet de rue est caractérisé par le masque solaire que créent les bâtiments situés de l’autre côté de la rue. Il dépend de la hauteur de ces constructions et de la distance qui sépare les deux côtés de la rue.

Des surfaces réfléchissantes placées au sol telles qu’un dallage brillant ou un plan d’eau peuvent contribuer à capter davantage de lumière. Ainsi, l’eau, en réfléchissant le ciel et l’environnement, intensifie l’impression lumineuse d’un lieu.

Mais la présence d’un bâtiment voisin équipé de vitrages réfléchissants, précisément pour se protéger de l’ensoleillement, risque de provoquer un éblouissement excessif des occupants.

Des éléments liés au bâtiment lui-même, tel que des murs de refends, des surplombs, des light shelves, … peuvent aussi provoquer un ombrage en fonction de leur taille, de leur réflectivité et de leur orientation.

La végétation se distingue des autres écrans parce qu’elle peut être saisonnière, ce qui est le cas des arbres à feuilles caduques, et que par ailleurs elle ne possède qu’une opacité partielle. Elle se contente de filtrer la radiation lumineuse plutôt que de l’arrêter.

Sélectionner la fenêtre comme espace capteur de lumière

Pour quels locaux ?

A priori, tous les locaux devraient disposer d’un éclairage naturel (sauf archives et locaux techniques). On peut parler de nécessité pour les « locaux de vie » (où les occupants séjournent plusieurs heures par jour) et de souhait pour les sanitaires et les circulations (où les occupants ne font que passer).

Voici deux couloirs du même bâtiment, avec les mêmes orientations.
Dans le premier cas, l’architecte a introduit une dissymétrie dans la distribution des locaux, et des ouvertures vers l’extérieur pour introduire de la lumière naturelle.
Faut-il préciser que la première mise en œuvre est plus chère ?..
On parle ici de qualité de l’ambiance intérieure dans un lieu de travail.

Ouverture latérale ou zénithale ?

Ouverture latérale et ouverture zénithale.

Au niveau de l’apport de lumière naturelle, une ouverture zénithale s’ouvre sur la totalité de la voûte céleste. Elle induit une meilleure pénétration de lumière, particulièrement par temps nuageux. La distribution lumineuse obtenue par une ouverture zénithale est aussi beaucoup plus homogène que celle produite par une fenêtre latérale. De plus, la lumière entre dans les locaux par le plafond, ce qui limite a priori les phénomènes d’éblouissement. L’éclairage zénithal convient spécialement à la pénétration de la lumière naturelle dans les bâtiments bas et profonds.

Distribution de lumière très homogène,
mais défavorable à la perception du relief.

Mise en évidence du relief par l’éclairage latéral,
malgré un couloir rectiligne.

Par contre, la lumière latérale est favorable à la perception du relief. L’entretien est également plus facile que pour une ouverture zénithale. De plus, le bilan thermique est en faveur d’une ouverture verticale. En été, les apports peuvent être limités (particulièrement au sud, via une « casquette » architecturale).

Tandis que les apports d’été sont toujours excédentaires au niveau d’une ouverture en toiture.

Seule solution : la décapotable ! Si la coupole ou la verrière peut être largement ouverte en été, le problème peut être résolu. Reste la gestion de la pluie et du vent…

Quelle orientation de la fenêtre latérale ?

Les pièces orientées au nord bénéficient toute l’année d’une lumière égale et du rayonnement solaire diffus. Il est judicieux de placer des ouvertures vers le nord lorsque le local nécessite une lumière homogène, peu variable ou diffuse, et lorsque les apports internes sont élevés.

Les pièces orientées à l’est profitent du soleil le matin, mais le rayonnement solaire est alors difficile à maîtriser, car les rayons sont bas sur l’horizon. L’exposition solaire y est faible en hiver, mais elle permet d’apporter des gains solaires au moment où le bâtiment en a le plus besoin. Par contre, en été, l’orientation est présente une exposition solaire supérieure à l’orientation sud, ce qui est peu intéressant.

Une orientation ouest présente un risque réel d’éblouissement et les gains solaires ont tendance à induire des surchauffes. En effet, les vitrages tournés vers l’ouest apportent des gains solaires l’après-midi, au moment où le bâtiment est depuis longtemps en régime.

Une orientation sud entraîne un éclairement important. De plus, les pièces orientées au sud bénéficient d’une lumière plus facile à contrôler. En effet, en hiver, le soleil bas (environ 17°) pénètre profondément dans le bâtiment, tandis qu’en été, la hauteur solaire est plus élevée (60°) et la pénétration du soleil est donc moins profonde. En été, les apports solaires sur une surface verticale sont également nettement inférieurs au sud qu’à l’est ou à l’ouest, car ils sont diminués par un facteur égal au cosinus de l’angle d’incidence.

Les dimensions de l’ouverture

On peut quantifier l’apport de lumière naturelle dans un local par le facteur de lumière du jour (FLJ). Exprimé en %, il exprime le rapport entre l’éclairement intérieur sur le plan de travail dans le local, et l’éclairement extérieur sur le plan horizontal, en site dégagé, par ciel couvert.

Plus le facteur de lumière du jour est élevé, plus le temps d’utilisation des locaux avec la lumière naturelle est élevé, limitant ainsi la consommation d’éclairage artificiel.

Un objectif raisonnable est d’arriver à un temps d’utilisation de l’éclairage naturel d’au moins 60 %. Ceci entraîne un facteur de lumière du jour de 2,5 (exigence de 300 lux) à 4 % (exigence de 500 lux) dans les locaux de vie, et de 1,5 % dans les circulations et sanitaires (exigence de 100 lux).

Une méthode approchée permet d’évaluer le Facteur de Lumière du Jour moyen d’un local donné, en fonction de sa surface vitrée.

L’emplacement de l’ouverture

Bien sûr, plus la surface est importante, plus l’éclairage naturel est élevé. Mais on sait que les apports solaires augmenteront eux aussi et donc le risque de surchauffe du local. Il nous faut donc optimiser l’efficacité lumineuse de la fenêtre.

Pour évaluer l’influence de l’emplacement de la fenêtre sur la répartition de la lumière dans un local, nous comparons trois fenêtres identiques, situées à 3 hauteurs différentes.

Plus la fenêtre est élevée, mieux le fond du local est éclairé et plus la zone éclairée naturellement est profonde. Si le fond du local (situé à 7 m de la façade dans notre test) reçoit une valeur de référence 100 pour la fenêtre basse, il recevra 128 pour la fenêtre à mi-hauteur et 143 pour la fenêtre haute.

A surface égale, l’efficacité lumineuse d’une fenêtre est donc maximale au niveau d’un bandeau horizontal, situé en partie supérieure de la paroi.

Une telle fenêtre en hauteur procure les avantages suivants :

Une répartition très uniforme de la lumière dans l’espace ainsi qu’un bon éclairage du fond du local.

Une source de lumière au-dessus de la ligne de vision, ce qui réduit les risques d’éblouissement direct.

Cependant, le seuil se trouve au-dessus du niveau de l’oeil, la vue sur l’extérieur est impossible. La fenêtre ne peut jouer son rôle de lien entre un local et son environnement. De plus, une zone d’ombre est formée à proximité du mur de fenêtre. En général, il est préférable de coupler une telle fenêtre avec une fenêtre classique, équipée de protections solaires.

Pour maximiser les apports de lumière naturelle, on peut également interrompre un faux plafond à proximité de la fenêtre pour favoriser la pénétration de la lumière naturelle par cette ouverture. Ce procédé est connu sous le nom de « plafond biaisé ».

De cette étude, on peut déduire une autre conclusion très intéressante : c’est la zone inférieure d’une fenêtre qui est la moins efficace en matière d’éclairage naturel. La présence d’une allège opaque est donc thermiquement préférable (présence d’une isolation pour diminuer les pertes en hiver et opacité vis-à-vis des apports solaires).

La forme de la fenêtre

Analysons l’influence de la forme de la fenêtre en comparant la répartition lumineuse fournie par trois fenêtres de proportions différentes, pour une surface vitrée identique et une hauteur de l’allège constante.

Lorsque la largeur de la fenêtre diminue, la répartition devient moins uniforme, bien que l’éclairement moyen soit pratiquement le même dans les trois cas étudiés. Par contre, l’éclairement du fond du local augmente avec la hauteur de la fenêtre. Pour une même surface vitrée, une fenêtre haute éclaire davantage en profondeur. L’idéal réside donc dans une fenêtre horizontale, mais dont le linteau est élevé. En première approximation, une pièce est convenablement éclairée jusqu’à une profondeur de 2 à 2,5 fois la hauteur du linteau de la fenêtre par rapport au plancher.

Analysons l’influence de la répartition des ouvertures dans une façade : comparons la grande fenêtre centrée et deux fenêtres plus petites, placées symétriquement.

Dans les deux cas, les fenêtres ont une superficie vitrée totale identique et la même hauteur; leur allège est située au même niveau par rapport au sol. La moyenne des éclairements varie peu, mais la répartition de la lumière dans la partie du local avoisinant les fenêtres est différente. Dans le cas de deux fenêtres séparées, une zone d’ombre apparaît entre celles-ci, ce qui peut créer des problèmes de confort visuel pour les occupants.

Le type de châssis

Le type et la taille du châssis modifient la vue vers l’extérieur et la quantité de lumière admise dans un édifice.

Le châssis fixe sera sans conteste le plus mince mais il empêche le plaisir du contact direct avec l’air extérieur…

Le matériau utilisé pour le châssis détermine également son encombrement : en général, un châssis en bois est plus mince qu’un cadre en aluminium à coupure thermique. Les châssis en PVC sont les plus larges.

Mais les innovations récentes permettent de plus en plus de diminuer l’impact visuel des châssis et d’augmenter ainsi la quantité de lumière captée.

Cafétéria dans un lycée.

Valoriser l’éclairage naturel capté

Les dimensions du local

La profondeur du local ne devra pas dépasser le double de la hauteur du linteau de la fenêtre, puisque l’intensité de la lumière naturelle décroît très rapidement en fonction de l’éloignement de la fenêtre.

Ainsi, la profondeur des bureaux devrait être limitée à 6 mètres.

À noter qu’une variation de la hauteur sous plafond (pour une même baie vitrée et une surface de plancher identique) induit une très faible différence dans la répartition lumineuse du local. Le niveau d’éclairement est cependant un petit peu plus élevé dans les pièces ayant un plafond plus bas.

La réflexion sur les parois

La nature et la couleur des surfaces intérieures influencent directement l’éclairage naturel dû aux réflexions intérieures. Une bonne distribution de la lumière nécessite des parois et du mobilier de couleurs claires.

L’importance de la clarté des surfaces est due à un double effet

les facteurs de réflexion plus élevés permettent à la lumière d’être davantage réfléchie.

l’œil humain analyse des niveaux de luminance : sous les mêmes conditions d’éclairage, une surface claire est donc subjectivement perçue comme mieux éclairée qu’une surface foncée.

On peut dire que si le facteur de réflexion moyen des murs d’un volume quelconque est inférieur à 50 %, la lumière pénétrera difficilement en profondeur dans cet espace. Or la plupart des matériaux architecturaux ont de faibles facteurs de réflexion. Un plancher clair peut avoir un facteur de réflexion de 30 %, mais pas beaucoup plus, ce qui est nettement plus bas que les murs (~ 50 % ) et que les plafonds (~ 70 %).

Dès lors, pour favoriser la pénétration de la lumière dans un local, on adoptera un revêtement du sol et du mobilier relativement clair, possédant donc un facteur de réflexion élevé. De plus, la clarté des tables de travail s’avère un élément favorable au confort visuel dans la mesure où la réduction du contraste entre le papier et le support de la table induit une diminution des efforts d’accommodation que l’œil doit effectuer à chacun de ses mouvements.

En revanche, les sols sont souvent de couleur relativement sombre afin de faciliter leur entretien. Il faut donc envisager un compromis susceptible de satisfaire simultanément les exigences de confort et de maintenance.

Comme le plafond ne reçoit la lumière naturelle que de manière indirecte, son influence sur la répartition de la lumière est relativement faible. En revanche, lorsqu’un dispositif de distribution lumineuse dévie la lumière vers le haut, par exemple à l’aide d’un light shelf, le plafond reçoit une grande quantité de lumière qu’il doit répartir dans toute la pièce; le facteur de réflexion de cette surface doit alors être élevé (> 70 %), valeur correspondant à celle du plâtre blanc propre.

Lorsque les matériaux de revêtement présentent une certaine brillance, la lumière arrive plus facilement en fond de pièce.

En contrepartie, les surfaces en question acquièrent une luminance élevée et peuvent donc devenir des sources d’éblouissement.

De manière générale, les surfaces brillantes sont donc à conseiller comme moyen de transmission de la lumière naturelle, mais elles sont à éviter dans les locaux de travail, dans la mesure où les activités (lecture, écriture,…) peuvent être perturbées lorsque l’environnement lumineux est fort contrasté.

Distribuer l’éclairage dans les locaux

L’inconvénient de la lumière naturelle par rapport à la lumière artificielle réside dans la grande inhomogénéité des éclairements qu’elle induit. La répartition de la lumière représente donc un facteur clef pour assurer un éclairage de qualité.

Un éclairage naturel direct engendre des risques importants d’éblouissement et entraîne une répartition des luminances très irrégulière dans le local.

L’éclairage naturel indirect utilise les réflexions des rayons lumineux sur une paroi pour obtenir une distribution lumineuse plus homogène. Cependant, le niveau d’éclairement assuré dépend fortement du coefficient de réflexion de la paroi et donc de sa maintenance régulière.

Le Kimbell Art Museum, conçu par L. Kahn, renferme un exemple d’éclairage naturel indirect fabuleux.

De longs plafonds cylindriques laissent pénétrer la lumière naturelle en leur centre grâce à un système filtrant et réfléchissant, qui redirige la lumière solaire éclatante du Texas sur les voûtes du musée.

L’aménagement des parois intérieures

La distribution de l’éclairage dépend aussi de l’organisation des espaces intérieurs. Utiliser des cloisons transparentes ou translucides permet à la lumière de se répandre dans les deux pièces séparées par la surface vitrée. À l’intérieur d’un bâtiment, l’architecte est tributaire des effets de lumière qui se créent : il dote les espaces intérieurs de l’atmosphère désirée par une disposition étudiée des ouvertures et des obstacles à la lumière. Par exemple, un local disposé à l’est peut, par le truchement des baies intérieures, recevoir un peu de lumière de l’ouest.

Dans un long couloir, la présence de fenêtres translucides donne un relief agréable et permet d’éviter l’éclairage artificiel (bandes verticales à côté des portes ou impostes au-dessus des portes).

Les meubles sont parfois de réels obstacles qui empêchent la transmission de la lumière vers certaines parties de la pièce. Il est donc essentiel de réfléchir au type de meubles, ainsi qu’à leur emplacement, de manière à favoriser la pénétration de la lumière naturelle.

Ces deux modes d’éclairage peuvent aussi être combinés pour créer un éclairage direct/indirect, alliant une ouverture directe à la lumière naturelle à un système d’éclairage indirect. Un exemple de ce type d’éclairage est une façade qui unit une fenêtre normale et un light shelf. Ce mode d’éclairage possède, en général, les avantages de l’éclairage indirect, mais la partie directe permet en plus de créer des ombres, qui mettent en valeur le relief des objets. D’autre part, la maintenance des coefficients de réflexion des parois est un peu moins critique vu qu’une partie de l’éclairage entre de manière directe dans l’espace.

Gérer l’éclairage artificiel en fonction de l’éclairage naturel

Force est de constater que les occupants d’un bâtiment tertiaire sont peu motivés à éteindre leurs luminaires, même si l’éclairage naturel est suffisant. De plus, la modulation ON-OFF n’est pas souple et provoque un choc psychologique lors de l’extinction.

Par exemple, il est possible aujourd’hui de placer une cellule sensible à l’intensité lumineuse en dessous du luminaire. Si, en présence de soleil, celle-ci dépasse les 500 Lux souhaités, l’alimentation électrique du luminaire est automatiquement réduite. Sans que l’occupant ne s’en rende compte, l’éclairage naturel est directement valorisé. C’est « la vanne thermostatique » du luminaire !

Concevoir

Pour plus d’informations sur la mise en place d’une technique de gestion de l’éclairage artificiel.

Renforcer l’éclairage naturel à l’intérieur du bâtiment

Le puits de lumière

Certaines zones centrales dans un bâtiment n’ont pas d’accès direct à la lumière du jour. Dès lors, un conduit de lumière, passant à travers différentes pièces, permet de répandre la lumière naturelle captée en toiture ou en façade dans ces locaux aveugles.

Signalons toutefois que les puits de lumière risquent d’occuper un assez grand volume dans le bâtiment. Leur surface interne doit être d’autant plus réfléchissante que la lumière naturelle doit être amenée profondément dans le bâtiment. Pour limiter au maximum les pertes par absorption, il faut utiliser des matériaux très performants au niveau photométrique.

Architecte : M. Botta.

Utilisation du verre
dans des éléments de sol ou d’escalier.

Si le puits de lumière prend de plus larges dimensions, on parle d’atrium. Sa gestion thermique est souvent difficile (refroidissement par la surface vitrée en hiver, surchauffe par l’excès d’apports solaires en été). Un équilibre dans le degré d’ouverture doit donc être trouvé pour favoriser l’éclairage des pièces centrales, tout en évitant un déséquilibre thermique … coûteux en climatisation !

Exemple d’un atrium bien dimensionné.

Au Lycée Vinci de Calais, une dynamique est donnée par les 3 ouvertures : bandeau lumineux sur toute la longueur, coupole en toiture, pignons vitrés aux deux extrémités.

Si toute la toiture avait été ouverte, l’énergie incidente aurait entraîné des surchauffes en été.

Le conduit solaire

Un conduit solaire transmet la lumière solaire directe au cœur même du bâtiment. Le rayonnement solaire est capté au moyen d’un système de miroirs et de lentilles ou de capteurs paraboliques, éléments qui se meuvent en fonction de la trajectoire du soleil. La transmission du rayonnement solaire se fait par des systèmes de miroirs, de lentilles, de prismes réflecteurs, de fibres optiques, de baguettes acryliques, de fluides de cristaux liquides ou des conduits creux, dont les faces intérieures sont recouvertes de métaux polis. Les faisceaux lumineux ainsi obtenus peuvent alors être dirigés sur une surface précise ou diffusés dans l’espace.

Ce conduit, beaucoup moins volumineux qu’un puits de lumière, peut facilement atteindre une longueur de 15 mètres. Il est parfois associé à un puits de lumière.

Le conduit solaire apporte un flux lumineux nettement plus important et plus concentré que le puits de lumière. Cependant, tous ces systèmes de gestion du rayonnement solaire direct sont relativement chers à installer et s’appliquent donc plus particulièrement aux régions fortement ensoleillées.

Le « light shelf »

Un light shelf est un auvent, dont la surface supérieure est réfléchissante.

L’objectif est double

Rediriger la lumière naturelle vers le plafond, ce qui permet de faire pénétrer la lumière profondément dans la pièce.
Protéger l’occupant des pénétrations directes du soleil (éblouissement et rayonnement direct).

La surface du light shelf doit être aussi réfléchissante que possible, mais peut-être mate, brillante ou spéculaire. Une surface spéculaire renvoie théoriquement plus de lumière, mais il faut pour cela qu’elle soit nettoyée très régulièrement, ce qui n’est pas toujours aisé. En pratique, un light shelf brillant (semi-spéculaire) est sans doute le meilleur choix.

La couleur du plafond doit être aussi claire que possible, car il joue le rôle de distributeur de la lumière naturelle réfléchie par le light shelf. Sa pente a également de l’importance : un plafond incliné vers le fond du local ou de forme arrondie incurvée vers l’intérieur de l’espace augmentera fortement la profondeur de pénétration de la lumière dans le local.

Architecte : Michael Hopkins and Partners.

Dans nos régions, il est surtout applicable pour des locaux profonds d’orientation sud. Ses performances sont fortement réduites pour des orientations est et ouest, pour lesquelles le rayonnement solaire a un angle d’incidence plus faible.

De manière relative, plus le local est sombre, plus l’apport d’un light shelf peut être intéressant. Si la composante réfléchie interne est déjà grande dans un local, le même système sera proportionnellement moins efficace. L’emploi d’un light shelf en rénovation sera particulièrement profitable dans les pièces dont les murs ont des coefficients de réflexion faibles et un mobilier foncé (à noter qu’il sera moins cher de commencer par repeindre les murs !).

Le choix de la meilleure configuration de light shelf résulte d’un équilibre entre les demandes d’éclairage naturel et les besoins d’ombrage d’un local.

Un light shelf est habituellement situé à environ deux mètres de hauteur, divisant la fenêtre de façade en deux parties. Sa position dépend de la configuration de la pièce, du niveau des yeux et de la hauteur sous plafond pour permettre une vue vers l’extérieur et ne pas causer d’éblouissement. Une position basse augmente la quantité de lumière réfléchie vers le plafond … mais accroît les risques d’éblouissement.

L’augmentation de la profondeur du light shelf limite l’éblouissement, mais diminue aussi la pénétration de la lumière et la vue vers l’extérieur. Le light shelf, affectant la conception architecturale et structurelle d’un édifice, est de préférence introduit au début de la phase de conception puisqu’il nécessite un plafond relativement haut pour être efficace.

Les light shelves horizontaux sont un bon compromis entre une inclinaison du système vers le centre de la pièce ou vers l’extérieur. Tournée vers l’extérieur, le light shelf crée un plus grand ombrage, mais tournée vers l’intérieur il éclaire mieux le fond de la pièce.
On peut classer un light shelf selon sa position : intérieur, extérieur ou combiné.

Ainsi que le montre les simulations de l’éclairage d’un local, sans et avec light shelf,

Le light shelf extérieur donne les meilleurs résultats du point de vue du niveau d’éclairement en fond de pièce, tout en ombrant la grande fenêtre.

Placé à l’intérieur, il réduit le niveau d’éclairement moyen du local, mais offre toutefois un ombrage pour la partie supérieure du vitrage.

Enfin, le light shelf combiné assure la distribution lumineuse la plus uniforme dans le local; il se révèle également la meilleure protection solaire.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’isolant [Concevoir la toiture plate]

Quelle matière choisir ?

Le choix du matériau isolant dépendra de plusieurs facteurs. C’est au concepteur de choisir ceux qui sont prioritaires.

L’efficacité isolante,
les sollicitations mécaniques externes,
la compatibilité avec le support,
la compatibilité avec la composition de toiture,
le comportement au feu,
le prix,
la compatibilité avec les autres matériaux mis en œuvre,
la perméabilité à la vapeur d’eau.

L’efficacité du matériau isolant

La valeur isolante du matériau dépend de son coefficient de conductivité thermique. Plus sa conductivité est faible, plus l’isolation sera efficace et donc plus l’épaisseur nécessaire à mettre en œuvre sera réduite. Le matériau doit également conserver une efficacité suffisante dans le temps. Celle-ci dépendra du comportement du matériau aux sollicitations mécaniques, à l’humidité, au vieillissement, …

Les matériaux isolants couramment utilisés pour les toitures plates sont les suivants (du plus isolant au moins isolant) :

Les valeurs reprises sur le schéma de droite sont celles fournies par les spécifications techniques européennes de l’EOTA (European Organisation for Technical Approvals), les déclarations volontaires de qualité ATG (agréments techniques de l’UBAtc – Union belge pour l’agrément technique dans la construction) ou les certificats Keymark du CEN (Comité européen de normalisation).

Exemple.

Pour obtenir une isolation équivalente à 10 cm de polystyrène expansé (EPS) dont vaut 0.040 W/mK il faut 12 cm de verre cellulaire (CG) dont vaut 0.048 W/mK

R = e(EPS) / λ(EPS) = e(CG) / λ(CG)

0.10 m / 0.040 W/mK = 0.12 m / 0.048 W/mK = 2.5 (m²K)/W

On utilise également des panneaux composites, dont le pouvoir isolant dépend des matériaux qui les composent.

La résistance à l’écrasement

Les sollicitations et l’utilisation de la toiture qui pourra être accessible ou non, limiteront le choix des matériaux isolants.

Chacun des matériaux disponibles sur le marché possède une résistance à l’écrasement spécifique.

Si on classe les matériaux isolants couramment utilisés pour les toitures plates, du plus résistant au moins résistant, on obtient :

Le verre cellulaire,
la perlite expansée,
le liège,
la mousse de polystyrène extrudé,
la mousse de polystyrène expansé,
la mousse résolique, la mousse de polyuréthane, la mousse de polyisocyanurate,
la laine de roche.

Les isolants rigides, comme le verre cellulaire, conviennent pour les toitures destinées à recevoir de lourdes charges (moyennant dans certains cas, l’interposition d’une plaque de répartition entre la charge et l’isolant).

Les isolants semi-rigides, comme les mousses synthétiques, conviennent pour les toitures sur lesquelles il faut circuler régulièrement pour accéder à des locaux techniques situés en toiture.

On n’utilise jamais la laine de verre comme isolant des toitures chaudes à cause de sa faible résistance à l’écrasement.

Les isolants souples, comme la laine de roche, ne conviennent que pour les toitures qui ne doivent être accessibles que pour l’entretien de la toiture elle-même.

Connaissant les contraintes d’utilisation, on choisira un isolant qui présente une résistance à la compression suffisante.

Exemple.

Ainsi si on souhaite placer sur une toiture une charge permanente de 200 kg (2kN) répartie sur une surface de 200 cm² (10 cm x 20 cm) la contrainte de compression sur l’isolant est de 10 N/cm².
Le verre cellulaire est capable de reprendre sans se déformer 28 N/cm² (minimum de la valeur moyenne de rupture : 70 N/cm² avec un coefficient de sécurité de 2.5) et donc convient largement. On prendra toutefois la précaution d’interposer un matelas de caoutchouc entre le socle et la membrane pour répartir correctement la charge et éviter un poinçonnement dû à un défaut ponctuel du socle.

Dans le cas des autres matériaux isolants que le verre cellulaire, toute charge amène un écrasement. Celui-ci augmente avec la charge et diffère suivant le matériau isolant. L’écrasement n’est pas directement proportionnel à la charge. Il convient d’interroger le fabricant de l’isolant pour connaître la déformation résultante de la charge. Il faut ensuite vérifier si cette déformation est compatible avec la membrane utilisée en interrogeant le fabricant des membranes.

Selon la norme SIA271 (Ch) l’écrasement de l’isolant ne peut dépasser 10 % sous une charge de 11 N/cm².

Compatibilité avec le support

Lorsque le support est relativement souple et exposé à des mouvements dus au vent, aux charges, etc. (tôles profilées), il y a intérêt à choisir un matériau isolant suffisamment souple comme la laine de roche, pour suivre le mouvement sans subir de contraintes internes importantes.

Les laines minérales et les mousses sont flexibles. Le verre cellulaire est raide et peut contribuer à rigidifier la toiture. Cette toiture n’est cependant circulable que pour l’entretien.

La compatibilité avec le système de toiture

Toiture inversée

Lorsque la toiture est du type « toiture inversée » le seul matériau isolant généralement utilisé est la mousse de polystyrène extrudé XPS, à cause de son caractère hermétique.

Il existe aussi, au stade expérimental, un système de toiture inversée non lestée utilisant de la laine de roche MW comme isolant. Ce système n’a jusqu’à présent pas été développé.

Toiture chaude

La mise en œuvre de panneaux de mousse de polystyrène extrudé XPS dans une toiture chaude n’est pas indiquée à cause de son coefficient de dilatation thermique élevé.

La mousse de polystyrène expansé EPS ne peut être utilisée dans une toiture chaude que moyennant certaines précautions prescrites par les fabricants. Elle doit être suffisamment stabilisée (retrait de naissance) et recouverte sur les deux faces d’un voile de verre bitumé avec recouvrement au droit des joints.
Il est conseillé de couvrir d’un lestage une toiture chaude isolée à l’aide de ce matériau, car celui-ci résiste mal à une température supérieure à 70°C.

Dans le cas de revêtements d’étanchéité posés sur de la mousse PUR ou PIR, le matériau isolant doit être revêtu d’un voile de verre bitumé sur les deux faces. La masse volumique de la mousse est de 32 kg/m³ au moins. (NIT 134 p 30).

En dehors des réserves qui précèdent, tous les autres matériaux peuvent être mis en œuvre dans les toitures chaudes moyennant le suivi des prescriptions du fabricant.

Le comportement au feu

Lorsque le support de la toiture résiste mal au feu (plancher en bois, tôles profilées métalliques), ou lorsque la mise en œuvre de l’étanchéité nécessite l’usage d’une flamme, l’inflammabilité de l’isolant joue un rôle important.

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

Les mousses de polystyrène et de polyuréthane sont inflammables et résistent mal à la chaleur.

Les seuls isolants ininflammables pour toitures plates sont le verre cellulaire et la laine de roche.

Les panneaux à base de mousse résolique ou de polyisocyanurate ont un bon comportement au feu.

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

Pour diminuer la propagation du feu par l’isolant, il est possible de compartimenter celui-ci à l’aide de panneaux isolants ininflammables.

Compartimentage de la couche isolante à l’aide d’un isolant ininflammable.

Un lestage en gravier protège efficacement l’isolant du feu venant de l’extérieur (incendie d’un bâtiment voisin, par exemple).

Protection de l’étanchéité par le gravier du lestage.

L’isolant sera protégé du feu venant de l’intérieur par la résistance au feu du support lui-même.

Protection de la couverture par le caractère RF du support.

Le prix

« LE NERF DE LA GUERRE ».

À performance égale on choisira le matériau le moins cher.

Il faut cependant tenir compte dans la détermination de ce prix, de l’épaisseur nécessaire pour obtenir une résistance thermique égale, et du prix de la mise en œuvre.

Exemple.

Supposons deux isolants possible a et b.

Ils conviennent tous les deux pour l’usage prévu (résistance à la compression, résistance à la vapeur d’eau, comportement au feu, compatibilité avec les supports et avec l’étanchéité, etc.).

a coûte 300 €/m³, sa pose coûte 7 €/m², son coefficient de conductivité thermique λ_i vaut 0.028 W/mK
b coûte 200 €/m³, sa pose coûte 4 €/m², son coefficient de conductivité thermique λ_i vaut 0.054 W/mK

La résistance thermique à atteindre pour la couche isolante est de 2.5 m²K/W.

L’épaisseur d’isolant a à mettre en œuvre est de : 7 cm (épaisseur disponible).
L’épaisseur d’isolant b à mettre en œuvre est de : 13.5 cm -> 14 cm (épaisseur disponible).

Coût total fourniture et pose de a = 28 €/m²

Coût total fourniture et pose de b = 32 €/m²

D’où le choix de a pourtant plus cher au m³ et à la pose, mais thermiquement plus performant.

Attention ! Dans le souci d’une bonne gestion, il faut raisonner en coût global, et tenir compte, non seulement du coût de l’isolant et de sa mise en œuvre, mais aussi :

des coûts d’entretien;
des coûts de réfection prévisibles;
de la durée de vie moyenne de l’isolant;
de sa fragilité pouvant provoquer une rupture de l’étanchéité et une dégradation du bâtiment entraînant des coûts de réparation et des troubles de jouissance;
des frais de chauffages supplémentaires entraînés par une humidification anormale ou accidentelle de l’isolant.

La compatibilité avec les autres matériaux mis en œuvre

La compatibilité chimique entre les matériaux isolants (principalement les mousses synthétiques) et les solvants utilisés dans les colles et les membranes doit être vérifiée.

On sera attentif aux prescriptions des fabricants et aux agréments techniques relatifs aux produits.

La perméabilité à la vapeur d’eau

Dans le cas d’un climat intérieur très humide (Classe IV) il sera parfois intéressant d’utiliser le verre cellulaire comme isolant, surtout lorsque la pose correcte d’un pare-vapeur très performant est difficile.

Le verre cellulaire est en effet complètement étanche à la vapeur. On évite ainsi les condensations internes dans l’isolant qui conserve ses performances thermiques.

L’impact écologique

Les différents matériaux isolants n’ont pas tous le même impact sur l’environnement. Pour limiter cet impact, on choisira de préférence un isolant « écologique« .

Quelle épaisseur choisir ?

Les performances thermiques que l’on désire atteindre détermineront l’épaisseur minimale d’isolant nécessaire en fonction du coefficient de conductivité thermique λ de celui-ci.

Le choix de l’épaisseur de l’isolant doit se réaliser en fonction de la performance énergétique à atteindre.

Rem: On peut bien entendu choisir une valeur U plus contraignante que ce qu’impose la réglementation si on désire augmenter le confort et diminuer les consommations (temps de retour de l’investissement à calculer).

calculs

Pour calculer le temps de retour de l’isolation d’une paroi.

Par exemple, si on veut obtenir une valeur U = 0.3 W/m²K, l’épaisseur e_i de l’isolant se calcule par la formule suivante (pour des couches homogènes) :

e_i= λ_i( (1/U) – (1/h_e+ 1/h_i+ e₁/λ1 + e₂/λ₂+ e₃/λ₃+ … ) )

où,

λ_i est le coefficient de conductivité thermique de l’isolant,
U est le coefficient de transmission thermique U de la paroi à atteindre : 0.3 W/m²K,
h_eet h_i les coefficients de transmission thermique entre le toit et les ambiances extérieures et intérieures valant respectivement 23 W/m²K et 8 W/m²K,
e_x/λ_x la résistance thermique des autres couches de matériaux.

La valeur U d’une toiture est presque uniquement déterminée par la couche isolante. Pour simplifier le calcul, on pourrait négliger la résistance thermique des autres matériaux, tout en assurant à U une valeur inférieure à 0.3 W/m²K. La formule devient alors :

e_i= λ_i((1/ 0.3) – (1/23 + 1/8 )) m = λ_ix 3.16 m

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

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

Exemple.

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

Son λ_i vaut 0.039 W/mK (suivant agrément technique du produit),

e_i = 0.039 x 3.16 = 0.12324 m

L’épaisseur commerciale : 13 cm (par exemple : 6 + 7 cm).

Dans le cas de la toiture inversée, l’épaisseur doit être augmentée pour compenser la perte d’efficacité due à l’écoulement de la pluie ou de la neige fondue entre l’isolant et l’étanchéité.

calculs

Pour estimer l’épaisseur suffisante d’un isolant.

Remarque.
La résistance thermique totale des couches situées sous le pare-vapeur ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous le pare-vapeur avec comme conséquence, de la condensation interne.
La couche d’isolant apportée doit donc être suffisamment épaisse pour atteindre 70 % de la résistance thermique totale de la toiture.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la liaison [cuisine collective]

Une ou plusieurs liaisons

On peut choisir une liaison chaude ou froide de manière globale ou de manière partielle. En effet, certaines cuisines fonctionnent selon plusieurs concepts de liaison à la fois :
Exemples.

Liaison froide pour les viandes en sauce, liaison chaude pour les frites.
Liaison chaude en semaine, liaison froide pour le WE.
Liaison chaude en général mais liaison froide pour assurer quelques plats pour les consommateurs végétariens.
etc.

Critères de choix de la liaison

Plusieurs critères permettent de choisir entre les différents types de liaisons :

Le type de repas que l’on souhaite servir et les qualités gustatives,
la distance entre le lieu de production et le lieu de consommation,
le besoin de séparer le moment de production par rapport à celui de consommation,
l’hygiène,
le souhait d’offrir une large carte.

Le type de repas que l’on souhaite servir et les qualités gustatives

La liaison froide ne permet pas de tout préparer. Exemples : frites, grillades, etc.

En outre, certaines personnes refusent de passer à la liaison froide pour des raisons de goûts. Celles-ci prétendent que le goût des repas en liaison froide est plus fade et préfèrent offrir une cuisine traditionnelle en liaison chaude.

La distance entre le lieu de production et le lieu de consommation

Si la distance entre le lieu de production et de consommation est trop grande ou si la distribution est d’une complexité telle que les repas risquent d’arriver à destination froids (cas des hôpitaux par exemple) une liaison froide s’impose. En effet, en liaison chaude, les plats doivent être consommés dans les deux heures.

Le besoin de séparer le moment de production par rapport à celui de consommation

La liaison froide peut se choisir lorsqu’on souhaite différer le moment de production par rapport à celui de consommation. Cela se passe, par exemple, dans des institutions où l’on sert des repas le week-end mais que l’on souhaite limiter au maximum le personnel de cuisine durant ces périodes.

L’hygiène

La liaison froide est un mode de préparation très hygiénique. Les qualités nutritives sont conservées. C’est pourquoi elle est très souvent choisie dans les hôpitaux.

Le souhait d’offrir une large carte

La liaison froide permet plus facilement de satisfaire cette exigence.

Consommation de la liaison

La consommation varie de :

1,2 à 4,25 kWh/repas (moyenne de 2,5) en liaison chaude,
0,7 à 1,5 kWh/repas (moyenne de 1) en liaison froide positive.

Les puissances appelées sont en moyenne de :

420 W/repas en liaison chaude,
120 W/repas en liaison froide positive.

L’origine de la différence entre la liaison chaude et la liaison froide positive est multiple :

La liaison froide demande une descente, puis une remontée rapide en température. Ces étapes consomment une énergie supplémentaire par rapport à la liaison chaude. La remontée en température en liaison froide engendre une puissance de pointe très élevée du fait que l’on ne peut étaler la remontée.

Néanmoins, les surconsommations dues aux deux étapes supplémentaires de la liaison froide sont compensées.

En effet, d’une part, la liaison froide permet d’utiliser les appareils à leur charge nominale, ce qui les rend beaucoup plus efficaces au niveau énergétique. Une marmite qui permet de cuire 100 kg. de pomme-de-terre est utilisée à sa pleine charge même si l’on en a besoin que de 50 kg.; le reste sera consommé plus tard.

De plus, l’eau chaude d’un bain-marie, par exemple, peut être récupérée pour la cuisson suivante. D’autre part, en liaison froide, il n’y a, en principe, pas de maintien en température nécessaire. Les repas sont remontés en température juste avant le service.

Ainsi, la consommation plus importante de la liaison chaude par rapport à la liaison froide n’est pas directement due au mode de liaison mais principalement à une différence dans le types d’aliments préparés : les cuissons à haute température telles que fritures, grillades, etc. ne concernent que la liaison chaude.

Ce type de cuisson est très énergivore. En effet, le rendement des grills, des sauteuses et des friteuses, … est faible. Il y beaucoup de pertes : la chaleur n’est pas confinée à l’intérieur des appareils vu qu’ils sont ouverts. L’évaporation très énergivore est importante. Le transfert de chaleur n’est pas favorisé comme dans des appareils tels que fours à convection forcée ou four combiné air-vapeur.

La consommation ne représente donc pas un critère de choix de la liaison. C’est le type d’aliment que l’on veut préparer qui va conditionner la consommation et non la liaison choisie.

Enfin, au niveau du prix de revient de l’énergie, la liaison froide permet de décaler la préparation par rapport au service et permet donc de décaler la consommation de la préparation 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 la préparation vers les heures creuses. On bénéficie alors d’un prix plus avantageux pour le kWh.

Audit	Pour comprendre la logique tarifaire du distributeur – Haute Tension.
Audit	Pour comprendre la différence entre heures creuses et heures pleines.

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer l’isolant dans le versant ou dans le plancher des combles ? [Concevoir]

Isolation dans le versant de toiture et dans le plancher des combles.

En bref !

L’isolant doit être placé à la limite de l’espace protégé.

Ce choix sera dicté par différents facteurs :

L’espace sous les versants doit-il être habitable ?
Comment réaliser l’étanchéité à l’air ?
Quels sont les risques de ponts thermiques ?

Si les combles doivent être habitables, il faut évidemment placer l’isolation dans les versants de toiture. Il ne faut pas oublier d’isoler les pignons jusqu’à la pointe.

Si les combles ne doivent pas être habitables, il est préférable d’isoler leur plancher. On réduit ainsi le volume chauffé mais surtout aussi la surface de déperdition thermique. Cela n’empêche pas l’utilisation des combles comme espace de rangement pour des objets insensibles au froid. On crée ainsi un espace adjacent non chauffé (EANC) qui protège thermiquement le bâtiment en servant de tampon entre le volume protégé et l’environnement extérieur.

Dans certains cas cependant, pour simplifier la forme de l’enveloppe du volume protégé, on intégrera les combles non habitables au volume protégé. On diminue ainsi les nœuds constructifs qui sont sources potentielles de ponts thermiques ou les raccords de la barrière d’étanchéité à l’air qui sont sources potentielles de fuites (infiltrations – exfiltration) d’air.

Pour être efficace, la barrière d’étanchéité à l’air d’une toiture légère (généralement le pare-vapeur ) doit être posée le plus près possible de la couche isolante. De plus, cette barrière d’étanchéité doit être la plus continue possible (le moins de raccords possible). On tiendra compte de cette contrainte pour choisir l’emplacement de l’isolant (plancher ou versant).

La présence de conduites de ventilation ou de chauffage dans les combles peut également influencer le choix. On se posera la question de savoir s’il est préférable d’isoler les conduites ou bien d’isoler les combles dans lesquels elles se trouvent. Cela dépendra notamment de la facilité de réaliser la barrière d’étanchéité à l’air et du nombre de percement de celles-ci par les conduites.

Posted By : 25 Sep, 2007

Définir les éléments de contrôle [isolation de la toiture plate]

Il s’agit d’éléments tubulaires qui drainent la couche d’isolant et qui permettent de détecter la présence d’eau avant que celle-ci ne puisse provoquer des dégâts plus importants.

En outre, de tels points de contrôle permettent la vérification de la réalisation correcte de la toiture, par exemple lors de la réception des travaux.

Les dispositifs de contrôle se placent aux points bas du support.

Lorsque l’isolant est du verre cellulaire (CG) posé suivant la technique de la toiture compacte, ce dispositif est inutile, l’isolant étant imperméable.

Évaluer

Le contrôle de l’humidité sous la membrane d’étanchéité peut également être réalisé à l’aide d’un scanner de plate-forme ou hygromètre électronique que possèdent certains fabricants d’isolant et de membranes d’étanchéité.

Posted By : 25 Sep, 2007

Salles d’opération [éclairage]

Le niveau d’éclairement

Certaines caractéristiques de plaies et de tissus, bien que différentes par nature, ne se distinguent souvent, au niveau des contrastes de luminance, que par quelques points seulement, exprimés en pourcentage. Par conséquent, l’opérateur doit faire preuve d’une acuité visuelle particulièrement élevée, pour être sûr de reconnaître les infimes différences de luminosité.

Pour que l’œil puisse distinguer de très faibles nuances de luminosité, il faut d’une part un haut niveau de luminance d’environnement et un temps l’adaptation de l’œil assez long.

La figure montre l’évolution de l’acuité visuelle en fonction de la tâche visuelle et de la luminance des objets. La situation 3 représente la situation couramment rencontrée lors d’une opération. Une deuxième abscisse montre le niveau d’éclairement nécessaire pour atteindre ces luminances si le facteur de réflexion des objets est de 0,05 (tissus foncés). Ainsi pour que l’acuité visuelle puisse tendre vers un maximum, le niveau d’éclairement du champ opératoire doit souvent atteindre 100 000 lux.

Il n’est évidemment pas nécessaire de maintenir de tels niveaux d’éclairement dans l’ensemble de la salle d’opération. Cependant, on a vu que l’acuité visuelle maximum demande un temps d’adaptation assez long. C’est pourquoi, il est nécessaire de maintenir un éclairement suffisamment important sur les pourtours du champ pouvant être parcourus du regard par le chirurgien, pour éviter des troubles d’adaptation, dus à des différences de luminance trop marquées.

Les reliefs

La visualisation de la structure des tissus, des cavités étroites nécessite une lumière permettant de faire ressortir les reliefs peu prononcés. Cela sera possible grâce à un éclairage ayant à la fois une composante rasante et une composante perpendiculaire.

Le spectre et la couleur

L’interprétation de l’état du patient dépend fortement de la très bonne restitution des couleurs des plaies ou tissus.

Température de couleur de 4 500 K et de 3 000 K.

La vision des couleurs dépend de la sensibilité de l’œil mais aussi d’une composition la plus homogène possible du spectre de la source lumineuse. La lumière idéale de ce point de vue est la lumière naturelle (IRC = 100, Température de couleur = 5 600 K). Les lampes émettant une lumière chaude (3 000 K env.) possède trop de jaune et de rouge, ce qui peut altérer la vision correcte en salle d’opération. Pour obtenir une lumière blanche, il faut une température de couleur supérieure à 4 500 K.

Les ombres

Les instruments, les mains ou la tête de l’opérateur peuvent masquer ou assombrir la lumière du champ opératoire. La manière la plus efficace pour supprimer de telles ombres portées consiste à doter l’éclairage opératoire d’une lumière inondant le champ selon un angle spatial le plus large.

Les rayonnements infrarouges

Pour empêcher le dessèchement des tissus, dû au rayonnement thermique émis par les lampes, il faut que la lumière émise comprenne le moins de rayonnement infrarouge possible. La suppression de ce rayonnement profite aussi à l’opérateur qui peut subir lors des longues interventions des contraintes thermiques au niveau de la tête.

Les reflets

Lorsque le diamètre du champ lumineux est trop important, il y a des risques d’éblouissement de l’opérateur par réflexion de la lumière sur des objets se trouvant en périphérie du champ opératoire. C’est pour cela qu’il faut limiter le diamètre du champ lumineux à 20 .. 35 cm.

Au sein de ce champ lumineux, la lumière sera considérée comme agréablement répartie si son intensité suit le profil suivant en fonction du rayon du faisceau lumineux.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir un récupérateur de chaleur

Récupérateur à plaques dans
un caisson de traitement d’air.

Intérêt d’un récupérateur

L’air neuf de ventilation, après avoir été porté à la température de confort à l’intérieur du bâtiment, est rejeté à l’extérieur alors qu’il possède un niveau énergétique supérieur à l’air extérieur que l’on introduit. On parle d’une enthalpie (un contenu en chaleur) plus importante que l’air extérieur.

L’idée est de transférer cette chaleur de l’air extrait vers l’air neuf. On peut ainsi arriver à une récupération de 50 .. 95 % du budget de chauffage de l’air de ventilation.

Calculs

Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur, cliquez ici !

Exemple.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Un récupérateur de chaleur sur l’air extrait permet, en gros, de récupérer 50 % de cette consommation (certains récupérateurs permettent de récupérer 75 .. 95 % de cette consommation), soit l’équivalent de 3,6 litres ou 2,24 € (à 0,622 €/litre) par heure de fonctionnement.

Installation sans récupération.

Installation avec récupération.

Synoptique des récupérateurs

Il existe 4 types de récupérateurs :


Les caloducs.	Les échangeurs à plaques (simples ou doubles, avec refroidissement adiabatique indirect).

Les échangeurs à eau glycolée (simples ou à haute performance).	Les échangeurs à régénération (roues, à clapets simples ou multiples).

Nous reprenons ci-après les critères de choix entre ces différents types de récupérateur.

Rentabilité d’un récupérateur

En fonction du type de système, le rendement de récupération varie de 50 à 95 %.

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

Le coût du récupérateur (y compris le coût lié à son encombrement), tenant compte de la possibilité de réduire la puissance thermique des autres équipements thermiques (batteries, chaudières, humidificateurs). Cette possibilité augmente avec la performance du récupérateur, mais dépend aussi du type de récupérateur et de son mode de régulation, notamment en hiver (risque de givre).

L’augmentation de la consommation des ventilateurs liée à la perte de charge du récupérateur. Cette perte de charge n’est pas directement liée à la performance du récupérateur. Bien sûr un double échangeur à plaques aura plus de pertes de charge qu’un simple échangeur. Mais un caloduc présentera lui des pertes de charge importantes alors que ses performances sont plutôt médiocres.

Les coûts d’entretien, tous les récupérateurs n’ayant pas la même accessibilité.

Comme on le voit, il est difficile de tirer des règles générales quant à la rentabilité d’un récupérateur, ni quant à la performance du récupérateur à installer. Sans compter qu’il reste un point délicat dans le calcul de la rentabilité du fait des conditions de fonctionnement essentiellement variables de la ventilation.

L’optimalisation consiste à rechercher, parmi plusieurs solutions techniques applicables à la situation concernée, l’équipement présentant le temps de retour le plus court et/ou l’économie maximale. Une étude devra ainsi être menée par le concepteur tenant compte :

Du rendement de récupération tant en température qu’en humidité. Le rendement considéré sera établi suivant la norme EN 308 et correspondra au matériel réellement installé,

du mode de régulation de la récupération,

du risque de givre côté air extrait et du mode de dégivrage appliqué,

de la possibilité de réduire la puissance de production de chaud, de froid et d’humidité et de réduire la puissance des batteries de chaud et de froid. Cette possibilité dépend du rendement du récupérateur et de son mode de régulation (régulation modulante ou tout ou rien), de la régulation de vitesse du ventilateur,

de la perte de charge supplémentaire du récupérateur et de la consommation électrique qui en résulte,

de l’encombrement dû au récupérateur et du surinvestissement qu’il entraîne,

du coût du récupérateur.

Exemple simplifié.

Envisageons ici un exemple de calcul succinct de rentabilité :

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

Économie d’énergie

La température intérieure est de 22°C.

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

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

soit un récupérateur dont le rendement de récupération est de 50 %.

Cela implique une énergie récupérée de 52 062 kWh/an ou 5 200 litres fuel ou 3 234 €/an (à 0,622 €/litre).

Augmentation de la consommation électrique

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

0,4 [W/(m³/h)], soit 4 [kW].

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

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

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

Puissance de la pompe de circulation = 0,3 kW.

Le supplément de consommation électrique sera donc de :

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

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

L’économie annuelle réelle est donc de 3 234 [€/an] – 560 [€/an] = 2674 [€/an].

Investissement

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

6 250 [€] / 2674 [€/an] = 2,4 [ans]

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

Même si un récupérateur n’est pas toujours rentable dans le sens des financiers qui exigent un retour de 3 ans, en aucun cas un récupérateur ne représente pas une dépense, puisqu’il se récupère toujours sur sa durée de vie par les économies d’énergie générées. Investissons donc dans la technologie plutôt que dans le combustible…

De plus, quel est le financier qui s’engagerait sur le prix de l’énergie dans 20 ans ? Pour une nouvelle installation, le placement d’un récupérateur représente un investissement raisonnable.

C’est pourquoi, aujourd’hui l’installation d’un récupérateur de chaleur sur l’air extrait d’une installation de ventilation double flux est systématique si le débit d’air neuf du groupe de pulsion dépasse 10 000 m³/h en usage diurne (10 heures par jour, 5 jours par semaine) ou 4 000 m³/h en usage continu. On peut même conseiller l’installation à partir de débits de l’ordre de 5 000 m³/h en usage diurne ou 2 000 m³/h en usage continu.

Caractéristiques de l’air extrait et de l’air pulsé

Un récupérateur de chaleur sera d’autant plus rentable qu’il permet de récupérer la chaleur sensible et la chaleur latente (« chaleur d’humidification ») de l’air extrait.

Récupération de l’humidité

L’humidification de l’air neuf en hiver est énergivore (on peut estimer que l’humidification est responsable de 25 % la consommation liée au traitement de l’air neuf en hiver).

Ainsi lorsque l’air neuf doit être humidifié, on a tout intérêt à ce que l’on puisse récupérer l’humidité de l’air extrait. Cela permet de réduire la taille de l’humidificateur et améliore la rentabilité du récupérateur.

Cette récupération de l’humidité n’est possible qu’avec les récupérateurs par accumulation (roue hygroscopique échangeur à régénération) ou le recyclage de l’air extrait (caisson de mélange). Cependant, ces récupérateurs ne sont admis que si on peut admettre un risque de contamination de l’air neuf par l’air extrait.

Condensation de l’air extrait

On peut aussi récupérer la chaleur latente contenue dans l’air extrait en condensant la vapeur d’eau qu’elle contient, ce que font les autres récupérateurs. La récupération et donc la rentabilité du récupérateur est d’autant plus importante que l’air extrait :

est humide,
est chaud,
c’est-à-dire que l’air extrait contient beaucoup d’énergie ou que son enthalpie est élevée.

Pour illustrer cela, prenons comme l’exemple d’une récupération faite sur trois types d’air différents :

Par exemple, considérons que l’air extérieur possède les caractéristiques moyennes suivantes :

Température	Humidité relative	Enthalpie
6°C	90 %	19 [kJ/kg]

Prenons trois types d’air intérieur :

		Température	Humidité relative	Enthalpie
1°	Air intérieur très sec.	20°C	35 %	33 [kJ/kg]
2°	Air intérieur normal (bureaux).	20°C	60 %	42 [kJ/kg]
3°	Air intérieur très humide (piscines).	28°C	65 %	68 [kJ/kg]

En comparant les enthalpies entre air entrant et air sortant, et en tablant sur une récupération moyenne de 50 %, on obtient :

		Écart d’enthalpie	Récupération de chaleur uniquement	Récupération de chaleur et d’humidité
1°	Air intérieur très sec.	14 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]
2°	Air intérieur normal (bureaux).	23 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]	11,5 [kJ/kg]
3°	Air intérieur très humide (piscines).	49 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]	24,5 [kJ/kg]

La connaissance des caractéristiques de la source de chaleur (température et humidité ) joue donc un rôle essentiel lors du choix de la récupération.

Rendement des récupérateurs

Tous les types de récupérateur ne permettent pas la même quantité d’énergie récupérée.

Efficacité thermique des récupérateurs
Échangeur à plaques	50 .. 85 %
Échangeur à eau glycolée	40 .. 80 %
Caloduc	50 .. 60 %
Échangeur par accumulation	75 .. 95 %

En fonction de l’énergie récupérée et de l’investissement à consentir, la rentabilité de chaque type de récupérateur varie en fonction du débit d’air à traiter. Ainsi, pour les faibles débits (… 5 000 m³/h …), ce sont les échangeurs à plaques simples qui sont les plus rentables. Les échangeurs par accumulation sont quant à eux fort onéreux pour les petites installations. Il n’en va pas de même pour les plus grosses installations (… 20 000 m³/h …) pour lesquelles ils deviennent plus que concurrentiels.

Cela montre qu’il est intéressant lors de chaque projet d’envisager attentivement différents types d’installation et d’en évaluer la rentabilité.

Emplacement des réseaux de ventilation et encombrement

L’encombrement et le coût (coût supplémentaire du groupe de traitement d’air) sont des facteurs non négligeables dans le choix d’un système de récupération (n’oublions pas qu’il faut aussi prévoir un filtre sur l’air extrait pour protéger la batterie !).

À titre d’exemple, on donne dans le tableau ci-dessous l’encombrement relatif des différents systèmes de récupération, pour un même débit d’air de 10 000 m³

Type de récupérateur	Boucle à eau glycolée	Échangeur à plaques	Caloduc	Échangeur par accumulation
Encombrement spécifique en m pour 10 000 m³/h	0,5 – 1	1,5 – 2	0,5	0,5 – 2

On remarque que c’est l’échangeur à plaques qui prend le plus de place. Si l’utilisateur opte pour ce type d’échangeur, il doit tenir compte de l’espace dont il dispose sachant que ce type d’échangeur peut prendre deux à trois fois plus de place.

De plus il faut prévoir également un espace suffisant permettant la maintenance de l’installation.

La proximité des circuits de pulsion et d’extraction peut aussi être un facteur favorisant le choix d’un type de récupérateur.
Si les conduits d’extraction et de pulsion sont éloignés et difficilement rapprochables, on choisira alors un récupérateur à eau glycolée.

Risques de contamination

Le recyclage de l’air est sans conteste la technique la plus rentable en matière de récupération de la chaleur de l’air. Cependant, les attentes toujours plus exigeantes en ventilation et en qualité d’air entraînent des débits d’air neuf en hausse et parfois un sentiment de réticence s’installe quant à la sécurité du recyclage.

Ceci dit, on voit de plus en plus de nouveaux projets de conception de zones à risque de contamination élevé prévue avec recyclage. L’argument en faveur d’un recyclage de l’air est qu’en phase aseptique (la plupart du temps) une filtration terminale bien suivie suffit à garantir une qualité d’air excellente. De plus, le réseau de ventilation étant dédicacé à une seule zone de même activité on craint moins les contaminations croisées responsables d’infections nosocomiales.

Par contre, dans les zones à risque de contamination faible, le risque de contamination croisée, lui, n’est pas négligeable par le fait que la centrale de traitement d’air dessert plusieurs zones à activités différentes.

Dans cette optique, les systèmes de récupération sans recyclage (à savoir, l’échangeur à eau glycolée, l’échangeur à plaques, l’échangeur à caloduc) offrent un plus grand intérêt et proposent une récupération sans contact entre air neuf et air vicié, donc sans contamination possible. Notons cependant que pour les échangeurs à plaques, un contact entre l’air vicié et l’air neuf peut se produire en cas de détérioration de l’échangeur par corrosion par exemple. Il est donc à éviter dans les zones sensibles, comme dans les zones hospitalières à contamination contrôlées.

Les systèmes de récupération par accumulation ne conviennent pas, lorsque la qualité d’air est une exigence prioritaire. En effet, ils présentent tous un risque d’injection d’air vicié dans l’air pulsé. On parle de « cross-over ». Celui-ci est cependant différent en fonction des systèmes :

Pour les régénérateurs rotatifs, le « cross-over » augmentera si le joint entre les deux flux d’air est mal entretenu.

Pour les régénérateurs à clapet unique, le « cross-over » augmente avec la distance entre le récupérateur et la bouche d’extraction. En effet, lors du basculement du clapet, l’air vicié se trouvant dans ce conduit sera réinjecté dans le bâtiment comme étant de l’air neuf.

Pour les régénérateurs à clapets multiples, la quantité d’air vicié réinjecté avec l’air neuf au moment du basculement équivaut uniquement à la quantité d’air contenue dans le récupérateur. On évalue alors le « cross-over » à environ 3 % du débit de pulsion (3 % du débit d’air pulsé est de l’air recyclé).

Type de récupérateur	Risque de contamination des flux d’air
Échangeur à plaques.	Faible.
Échangeur à eau glycolée.	Nul.
Caloduc.	Nul.
Échangeur rotatif.	Probable.
Régénérateur à clapet unique.	Certain – dépend de la taille du conduit d’extraction en aval de récupérateur.
Régénérateur à clapets multiples.	Certain – 3 % d’air recyclé.

Régulation des récupérateurs

Tous les types de récupérateurs nécessitent un système de régulation :

En hiver pour éviter le gel du côté de l’air extrait : lorsque la température extérieure devient négative, il est possible qu’en certains endroits de l’échangeur la température de l’air extrait chute sous 0°C. Du givre apparaît alors sur l’échangeur, réduisant les performances du récupérateur et augmentant les pertes de charge. Dans ce cas, il faut soit réduire la puissance de récupération, soit organiser des cycles de dégivrage.

En mi-saison et en été pour éviter la surchauffe de l’air à la sortie du récupérateur : lorsque la température intérieure est plus élevée que la température extérieure et qu’un besoin de refroidissement se fait ressentir dans les locaux, la récupération de chaleur doit être réduite, voire annulée pour éviter que l’air neuf ne contribue à surchauffer l’ambiance intérieure et pour permettre un free cooling avant l’enclenchement de la production de froid.

Régulation d’hiver

Du type de régulation dépendra, entre autres, la possibilité de réduire la puissance des batteries de chauffe, des chaudières et des humidificateurs, ce qui a une influence non négligeable sur l’investissement total et donc sur la rentabilité du récupérateur.

Si la régulation entraîne un arrêt de la récupération lorsque du givre apparaît, c’est-à-dire pour les températures les plus froides, il est hors de question de réduire la puissance des batteries de chauffe puisque lorsque les besoins de chauffe sont maximaux, le récupérateur est inopérant.

Il est cependant possible de contourner ce problème :

Les systèmes de récupération par accumulation (y compris les roues) ne présentent pas de risque de givre. Ils permettent donc de réduire la puissance des équipements de chauffe et d’humidification.

Pour les autres systèmes, voici les modes de régulation possible :

Le by-pass : la batterie de récupération est by-passée lorsqu’il y a un risque de givre. La présence de givre est mesurée soit par ΔP sur la batterie ou de façon « fixe » en fonction de l’humidité relative et de la température extérieure. On peut moduler le by-pass (ou la vanne de régulation dans le cas d’un circuit intermédiaire à eau glycolée) et en parallèle moduler la vitesse du ventilateur de pulsion. La solution de base est un ventilateur à deux vitesses. Ainsi, en période de dégivrage, au moment où l’on réduit pour un court instant la puissance de récupération, le débit d’air pulsé est réduit pour ne pas créer d’inconfort thermique, même avec une batterie de chauffe de taille réduite. Cette façon de faire a cependant ses limites. En effet, en présence d’un récupérateur à haut rendement, la diminution de débit pulsé en période de dégivrage pour maintenir une température de pulsion correcte devient trop grande pour assurer un confort continu. Un certain surdimensionnement de la batterie de chauffe par rapport au minimum requis est alors à prévoir. Il est cependant difficile de tirer une règle de conduite claire. En effet, les périodes de dégivrage peuvent être courtes, dépendent de la configuration de l’échangeur et des caractéristiques de l’air extrait. Les risques de givre n’apparaissent également que quelques semaines par an.

Une deuxième solution est le recyclage de l’air extrait vers l’air pulsé : après son passage dans l’échangeur, l’air vicié est directement réinjecté dans le récupérateur, entraînant son dégivrage. L’inconvénient de cette technique est que durant la courte période de dégivrage, l’air pulsé est entièrement contaminé par de l’air vicié (on travaille en recyclage total). Par contre, l’intérêt de cette technique est qu’aucun surdimensionnement de la batterie de chauffe n’est à prévoir.

Technique de dégivrage par recyclage.

La troisième solution applicable aux échangeurs à plaques est le système de dégivrage par « latte mobile ». Il s’agit d’une latte, qui va se déplacer sur toute la largeur de l’échangeur et boucher 3 à 4 plaques au niveau de l’air neuf , et permettre ainsi le dégivrage de ces plaques du côté de l’air extrait. On utilisera ce système soit dans le cas où le recyclage n’est pas autorisé (salles blanches ou d’opérations…), soit dans le cas où il est interdit de diminuer pendant quelques minutes le débit d’air neuf. Par ce système, on conserve en permanence une certaine puissance de récupération.

Notons en outre que lorsque le bâtiment comporte de nombreux groupes, on peut miser sur la non simultanéité des risques de givre sur chaque groupe pour limiter les coefficients de sécurité pris sur le dimensionnement des chaudières et peut-être ainsi diminuer légèrement l’investissement total même si le mode de régulation des récupérateurs empêche de réduire la puissance de chaque batterie de chauffe.

Régulation d’été

Lorsque des besoins en refroidissement se font ressentir pour des températures extérieures relativement fraîches, il est intéressant de réduire la récupération de chaleur pour éviter la surchauffe et profiter au maximum du free cooling.

Les solutions suivantes sont envisageables (suivants les cas) :

Un clapet de by-pass tout ou rien qui est le système le plus simple mais qui limite fortement la récupération.

Modification du débit d’air par clapet de by-pass modulant.

Modulation sur le débit d’eau glycolée par vanne 3 voies.

Basculement du caloduc (ce procédé se rapproche très fort d’un système tout ou rien).

Réduction de la vitesse de rotation du rotor de l’échangeur rotatif.

Régulation de la puissance de récupération
par bypass de la batterie réchauffant l’air neuf.

Régulation de la puissance de récupération
par recyclage d’une partie de l’air rejeté.

Régulation de la puissance de récupération
par modification du débit de fluide caloporteur (échangeur à eau glycolée).

Ici aussi, il est préférable d’adopter une régulation modulante de la récupération. En effet, si la récupération était purement et simplement mise à l’arrêt à partir d’une certaine température extérieure, l’air neuf risque, en fonction de cette température, d’être pulsé à trop froid et imposer le recours à une batterie de chauffe.

Il existe également sur le marché des récupérateurs à plaque dits « à refroidissement adiabatique indirect ». Dans ceux-ci, l’air extrait est refroidi par évaporation (de l’eau est pulvérisée dans le flux d’air extrait). Celui-ci refroidit à son tour l’air neuf pulsé, ce qui permet d’augmenter la période pendant laquelle on peut pratiquer du free cooling et d’éviter le recours à une batterie froide.

Dans ce cas la régulation suivra la séquence suivante en fonction de l’augmentation de la température extérieure et des besoins en refroidissement :

si la température de l’air pulsé après le récupérateur est inférieure à la température intérieure, ouverture maximale des volets d’air neuf (cas d’une installation avec recyclage d’air (climatisation « tout air »)),
diminution de la récupération de façon modulante,
pulsion de l’air neuf, sans traitement,
mise en route du refroidissement adiabatique indirect,
réduction du débit d’air neuf au minimum hygiénique et enclenchement de la batterie froide éventuelle.

Régulation tout ou rien ou modulante

En fonction du type de régulation appliqué, on a le choix entre :

Une régulation en tout ou rien par arrêt total de la récupération. Par exemple, lorsque la température extérieure chute sous – 3°C, il y a risque de gel sur la batterie de récupération et le récupérateur est totalement mis à l’arrêt. Le préchauffage de l’air est entièrement repris par la batterie de préchauffe. La mise à l’arrêt intervient également lorsque la température de l’air neuf à la sortie du récupérateur dépasse, par exemple, 18°C.

Une régulation modulante qui ajuste la puissance de récupération en fonction des risques de gel et de surchauffe. Par exemple, lorsque la température de l’air neuf après récupération atteint 18°C, la puissance de récupération est ajustée pour maintenir cette température.

Cette seconde possibilité est préférable.

On l’a vu, dans certaines situations, la régulation modulante permet de tenir compte de la présence du récupérateur dans le dimensionnement des équipements de chauffe.

Elle augmente, par la même occasion, les périodes de récupération et donc la quantité totale d’énergie récupérée durant l’année. Cela se visualise très bien sur les courbes des températures cumulées reprises ci-après.

Sur ces courbes, la surface colorée correspond à l’énergie annuelle récupérée. On voit très bien le nombre d’heures supplémentaires de récupération que l’on peut obtenir avec une régulation modulante par rapport à une régulation tout ou rien.

Cependant, d’une manière générale, les régulations modulantes sont évidemment plus coûteuses.

Réglage par by-pass du récupérateur
lorsque T° air_neuf < – 3°C et T° _{air neuf sortie} > 18°C.

Réglage progressif lorsque t_{air neuf} < – 3°C et t_{air neuf sortie} > 18°C .

Maintenance

La maintenance du système de récupération de chaleur est un point important qui contribue à atteindre les gains d’énergie annoncés sur la durée de vie de l’équipement.

Les différents systèmes de récupération nécessitent chacun une maintenance bien spécifique, qui est fonction de leur technologie.

Le tableau ci-dessous donne pour chaque type de récupérateur les différents points à contrôler lorsque l’on fait la maintenance

Échangeur à boucle d’eau		∇
Échangeur à plaques			∇
Caloducs				∇
Échangeur par accumulation					∇
1	État des surfaces d’échange (nettoyage régulier)	X	X	X	X
2	Contrôle des éventuelles fuites d’air
	fuites externes	X	X	X	X
	fuites internes		X	X	X
	fuites par turbulences				X
	fuites au niveau du clapet de by-pass		X	X	X
3	Contrôle de la régulation
	régulation à bascule			X
	régulation de la vitesse de rotation				X
	régulation sur le circuit caloporteur	X
	régulation du/des clapets de by-pass		X	X	X
	régulation antigel	X	X	X	X
4	Contrôle du fluide caloporteur
	contrôle de la teneur en antigel (glycol)	X
	contrôle du remplissage du circuit	X		X
	contrôle du débit	X
	contrôle de la purge	X

On doit donc tenir compte lors du calcul de la rentabilité financière du système de récupération, que les coûts de maintenance sont différents d’un système à l’autre.

Pour s’assurer du maintien des performances de la récupération, il y aura lieu de prévoir un contrôle régulier du fonctionnement, par mesure des températures entrée – sortie du récupérateur et comparaison avec les performances annoncées par le constructeur dans la notice technique.

Le contrôle de l’état de propreté de l’équipement de récupération est primordial.
En effet, l’encrassement des surfaces d’échange aura deux conséquences néfastes sur la récupération :

la réduction du coefficient d’échange de chaleur,
la réduction des débits d’air.

C’est dans ce but qu’un filtre doit être placé sur l’extraction, en supplément de celui déjà existant sur la pulsion. Filtres dont l’entretien est à assurer.

À noter aussi qu’il faut prévoir suffisamment d’espace pour permettre un entretien correct de l’installation.

Exemple.

Par exemple, dans le cas de l’échangeur à eau glycolée, pour changer le filtre et nettoyer l’échangeur on doit pouvoir disposer d’une longueur totale de 3,5 à 4 m, distance dont on ne dispose pas toujours pour l’installation d’où la nécessité de veiller préalablement à ce point.

Le contrôle du vieillissement (présence de points de corrosion, présence de fuites) sera prévu annuellement ou lorsqu’une dérive de fonctionnement est constatée. Les réparations éventuelles seront réalisées le plus rapidement possible.

Résumé des critères de choix

Dans le cadre de l’élaboration d’un projet, il est nécessaire d’avoir à l’esprit certaines questions :

Au niveau des principes de conception

Est-ce que le mélange d’air recyclé est possible ?
Y a-t-il de la chaleur perdue à disposition ?
Est-il nécessaire de prévoir une sécurité absolue contre la contamination ?
Est-ce qu’une autre récupération que la chaleur est possible ou souhaitable ? (froid, humidité)

Au niveau technique

Les gaines d’air neuf et d’air vicié peuvent-elles être rassemblées ?
La place nécessaire pour le récupérateur est-elle existante ?
Quelles sont les modifications de l’installation existante à prévoir ?
Existe-t-il un accès facile au récupérateur pour l’entretien et le nettoyage ?
Y a-t-il des situations spécifiques de montage à considérer ?
Y a-t-il des matériaux spécifiques de construction requis ?
Faut-il prévoir une protection spéciale contre la corrosion ?
Quelle disposition faut-il prendre pour éviter le gel ?
Quelles seront les conditions de fonctionnement en phase de démarrage ?
Quelles seront les mesures à prendre en cas de panne ?
Faut-il prévoir un by-pass côté air (surtout pour le gel) ?

Au niveau du mode de fonctionnement

Quels sont les états de l’air évacué, de l’air neuf et éventuellement de l’air recyclé ?
Quels sont les temps de fonctionnement de l’installation (moment et durée) ?
Les volumes d’air sont-ils constants ou variables ?
Quelle est la température de pulsion maximum admissible après le récupérateur ?

Autant de questions et de réponses qui orienteront le choix final du récupérateur.

L’ordinogramme qui suit, basé sur les questions de principe de conception ci-avant, donne un premier canevas de solution :

(*) récupérateur rotatif à rotation lente avec raccordement adéquat du ventilateur.

(**) échangeur à circulation : prévoir une couche de protection sur l’échangeur de l’air évacué si celui-ci est agressif.

(1) Motif : mélange d’air recyclé, pas de système de récupération de chaleur, cependant la façon la plus fonctionnelle d’économiser de l’énergie.

(2) Motif : données de construction :

Distance entre les gaines d’air neuf et air évacué.
Place nécessaire et coûts pour le rassemblement des gaines d’air neuf et d’air évacué (principalement par des quantités d’air importantes).

(3) Motif : toute sorte d’air évacué contaminé.

(4) Motif : échangeur à rotation rapide utilisable uniquement pour des petits débits d’air.

(5) Motif : quantité minimale d’air neuf par personne.

(6) Motif : air évacué non dangereux et peu chargé d’odeurs.

(7) Motif : air évacué chargé d’odeurs, contaminé, radioactif ou agressif. Pour des raisons de sécurité, séparation complète des gaines d’air neuf et d’air évacué. Egalement pour des raisons de panne (dommages de gel ou montage, vibrations, vieillissement des masses d’étanchéité, déformation des matières plastiques.

Résumé des caractéristiques des récupérateurs

	Boucle à eau glycolée	Échangeur à plaques	Caloduc	Échangeur par accumulation
Nécessité de placer les conduits d’air côtes-à-côtes	non	oui	oui	oui
Possibilité d’échange d’humidité	non	non	non	oui
Existence de pièces en mouvement (risque de panne)	oui	non	non	oui
Rendement en chaleur sensible	40 – 80 %	50 – 85 %	50 – 60 %	75 – 95 %
Encombrement spécifique en m pour 10 000 m³/h	0,5 – 1	1,5 – 2	0,5	0,5 – 2
Danger de gel	oui	oui	oui	non
Mélange entre l’air neuf et l’air vicié	non	non	non	oui
Perte de charge type en Pa	150 – 250	120 – 250	180	150

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionner une protection solaire fixe

L’indicateur d’occultation

La figure ci-dessous représente l’indicateur d’occultation d’une fenêtre rectangulaire. Les courbes en arche (appelées lignes d’ombres) prenant appui aux deux extrémités de la base de l’indicateur servent à étudier les avancées au-dessus d’une fenêtre et les lignes verticales portées sur l’indicateur de 15° en 15° servent à étudier les avancées verticales. L’indicateur d’occultation est valable quelles que soient les dimensions et l’orientation de la fenêtre.

Profil d’ombre d’un écran horizontal

Pour dessiner le profil d’ombre d’une fenêtre équipée d’un écran horizontal, il faut commencer par déterminer les angles a, b et c. L’angle « a » représente un ombrage de la fenêtre de 100 %, l’angle « b » un ombrage de 50 % et l’angle « c » un ombrage nul. Ensuite, il convient de repérer les trois lignes d’ombre relatives aux angles « a « , « b » et « c » sur l’indicateur d’occultation.

Graphe profil d'ombre d'un écran horizontal - 01.

Profil d’ombre d’un écran vertical

Il existe deux types fondamentaux de pare-soleil vertical : les avancées perpendiculaires à la façade et celles qui lui sont obliques. Premièrement, on détermine les angles « a » et « b ». Ceux-ci correspondent à l’occultation complète de la baie. Ensuite, il faut déterminer les angles « c » et « d » qui représentent une occultation à 50 % et enfin les angles « e » et « f » pour une occultation nulle. On trace alors les lignes verticales relatives aux angles « a », « b « , « c », « d », « e », « f » à partir de la base de l’indicateur d’ombre.

Combinaison d’avancées horizontales et verticales

Pour déterminer le profil d’ombre d’un ensemble pare-soleil comportant des parties horizontales et verticales, il suffit de fusionner les profits des deux types d’avancées.

+ =

Le diagramme solaire

Pour une latitude donnée, le diagramme solaire représente la position du soleil en fonction de l’heure universelle (heure officielle = heure universelle + 1 h, en hiver et = heure universelle + 2 h, en été) et en fonction du mois (le 15 ème jour du mois).

lmpact de la protection

Pour connaître les périodes durant lesquelles la protection sera efficace, le profil d’ombre de celle-ci est comparé au diagramme solaire. Il s’agit de superposer les deux diagrammes qui doivent évidemment être à la même échelle.

L’index du profil d’ombre doit être positionné sur la valeur de l’azimut correspondant à l’orientation de la fenêtre.

Pour les écrans horizontaux, la fenêtre est entièrement à l’ombre aux heures où le soleil est au-dessus de la ligne « a »; elle est à demi-ombragée pour les points se situant sur la ligne « b » et non protégée lorsque le soleil est sous la ligne « c ». De même, pour les écrans verticaux, la fenêtre sera protégée pour les positions du soleil se trouvant au-delà des lignes « a » et « b » et aura une protection partielle respectivement entre les lignes « c » et « e », et « d » et « f ».

Pour une compréhension plus aisée, examinons les exemples suivants.

Exemples.

Une fenêtre orientée au sud-ouest est équipée d’une protection horizontale (a = 60°, b = 43°, c = 10°). Lorsqu’on superpose le diagramme solaire et le profil d’ombre (index sur sud-ouest), on peut constater pour le 15 août, par exemple : la fenêtre est complètement ombrée de 5h à 12h10 (heure universelle), vers 14h la fenêtre est à moitié ombrée, vers 18h30, la protection devient nulle.

Une fenêtre orientée au sud-ouest est protégée par un écran vertical. La superposition au diagramme solaire et du profil d’ombre montre par exemple pour le 15 août : une protection totale de 5h à 11h15, une protection de 50 % à 12h, une protection nulle dès 13h30.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le dégivrage

Précautions à prendre au niveau du choix de l’enceinte et du groupe

Au niveau de la configuration de l’enceinte et pour éviter au mieux la formation de givre sur l’évaporateur, il est préférable que celui-ci soit situé loin de l’entrée par laquelle est amené l’air chaud et humide.

Exemple.

La chambre froide est installée chez un grossiste en fruits et légumes. L’évaporateur de la chambre froide se situe comme sur le dessin ci-après :

La porte est ouverte toute la journée pour permettre aux clients (des petites supérettes) de venir faire leurs achats, des bandes en plastique sont installées pour limiter les pertes frigorifiques.

La température d’évaporation étant de -8° un dégivrage est nécessaire. La proximité de la porte favorise les entrées d’air à température moyenne de 20°. Cet air chaud est aspiré par l’évaporateur et du givre apparaît très vite sur la batterie.
Un dégivrage est nécessaire toutes les deux heures alors que dans d’autres conditions seul 3 à 4 dégivrages par 24 heures seraient suffisants.

Pour éviter des consommations importantes d’électricité et une régulation qui apporterait toujours des soucis, il a été prévu d’arrêter la production frigorifique toutes les deux heures tout en laissant tourner les ventilateurs de l’évaporateur. On dégivre 10 minutes uniquement grâce à la température ambiante de l’air.

En ce qui concerne l’installation, pour faciliter et optimiser les opérations de dégivrage, on choisit, de préférence, une installation avec :

Une vanne magnétique sur le circuit frigorifique (juste avant l’évaporateur).
Cette vanne va permettre d’arrêter le cycle du fluide frigorigène lors d’un dégivrage : lors d’un dégivrage, l’alimentation électrique de la vanne magnétique est coupée. La vanne se ferme. La Basse Pression au compresseur descend et le compresseur s’arrête dès que le niveau réglé sur le pressostat Basse Pression est atteint.Quand il n’y a pas de vanne magnétique, le compresseur est directement arrêté électriquement (contacteur). Mais dans ce cas, une migration de réfrigérant peut se produire et encore continuer à s’évaporer, ce qui peut poser problème.
Des manchons souples placés à la sortie du ventilateur de l’évaporateur si la technique de dégivrage produit de la chaleur sur l’évaporateur. Lors d’un dégivrage, lorsque la ventilation est à l’arrêt, ce manchon retombe et se rabat sur la surface de pulsion du ventilateur. Une barrière physique est ainsi créée autour de la chaleur produite dans l’évaporateur pour dégivrer l’évaporateur.
Ces manchons souples en fibre polyester sont encore appelés « shut up ».

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

Une organisation rationnelle des interventions dans les chambres froides peut être source d’économies d’énergie. On peut regrouper les interventions et laisser les portes ouvertes pendant un temps le plus court possible.
Il y aura ainsi moins d’air humide qui entrera à l’intérieur de l’enceinte. Au niveau économies d’énergie, on gagne ainsi sur trois plans :

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

Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air à l’extérieur de la chambre a les caractéristiques suivantes : t° = 28°C, HR = 80 %.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 12h/jours.

Il y a 10 interventions par heure, pendant chacune d’elle la porte est laissée ouverte pendant 30 secondes.
Avec cette utilisation, l’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage est de 15,6 kWh/jour.

Avec une meilleure organisation, le personnel n’ouvre plus la porte que 5 fois par heure et ne la laisse plus ouverte que 6 secondes par intervention.
L’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage n’est plus que de 3,9 kWh/jour soit une économie de 11,7 kWh/jour.
Avec un prix moyen de 0,115 € du kWh, cela représente une économie de 11,7 [kWh] x 0,115 [€] 260 [jours], soit 350 € par an pour une seule chambre froide.

Il faut ajouter à cette économie, l’énergie gagnée sur le refroidissement et le séchage de l’air entrant dans la chambre froide, ainsi que sur le givrage de la vapeur qu’il contient.
En effet, dans le premier cas, le renouvellement d’air de la chambre est de 61 volumes par 24 h; l’énergie frigorifique nécessaire pour traiter cet air est de 109,6 kWh pour le refroidissement et le séchage dont 46,9 kWh pour le givrage.
Dans le second cas, le renouvellement n’est plus que de 6,2 volumes par 24h et l’énergie nécessaire n’est plus que de 11 kWh (refroidissement et séchage), dont 4,7 kWh pour le givrage.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un coût moyen de 0,115 € du kWh électrique, cela représente une économie supplémentaire de ((109,6-11) [kWh] / 2,5) x 0,115 [€] x 260 [jours], soit 1179,25 € par an.

Dans cet exemple, on n’a pas diminué le nombre de dégivrages dans le cas où il y a moins de vapeur qui rentre dans la chambre. Cela représente, en fait, une économie supplémentaire car il faut moins d’énergie pour refroidir les masses métalliques des évaporateurs, chauffées lors des dégivrages.

Remarque : vu la remarque

ci-dessous, cet exemple sert plus à montrer qu’il y a de grosse possibilité d’économies par une utilisation rationnelle de la chambre froide qu’à donner des chiffres exacts. En effet, la masse de l’évaporateur ainsi que le nombre de dégivrage ont été encodés de manière arbitraire.

Calculs

Si vous voulez estimer vous même les possibilités d’économiser de l’énergie grâce à une utilisation rationnelle de votre chambre froide, cliquez ici !

Mais ATTENTION : ce tableau doit être utilisé avec beaucoup de précautions !

En effet, les résultats dépendent de paramètres introduits par l’utilisateur. Or ces paramètres ne sont pas toujours connus et dépendent eux-même du résultat des calculs.

Par exemple :

La masse des évaporateurs est une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur. Or elle dépend d’une série de paramètres qui ne sont pas dans le tableau (et notamment la puissance frigorifique totale). Il est donc a priori très difficile d’introduire une valeur correcte pour la masse des évaporateurs.
Le nombre de dégivrage est aussi une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur.
Or, il dépend de la masse de givre piégée sur les ailettes des évaporateurs, de l’écartement de ces ailettes, de la surface d’échange des évaporateurs (c’est-à-dire de leurs dimensions) qui conditionne l’épaisseur moyenne de givre collé sur les ailettes.

Il faut aussi se rappeler que le rendement d’un évaporateur baisse au fur et à mesure que du givre vient se placer dans les interstices entre les ailettes.
Cela veut dire que si on diminue artificiellement le nombre de dégivrages, on diminue évidemment l’énergie nécessaire pour les dégivrages parce qu’il faut moins souvent chauffer les masses métalliques, mais on diminue aussi le rendement des évaporateurs (et donc de la machine entière) avec le grand danger d’avoir des évaporateurs bourrés de glace, ce qui provoquera finalement l’arrêt de la machine.

En fait, cela revient à dire que le calcul des machines frigorifiques doit être un calcul intégré où les éléments du bilan frigorifique ne peuvent pas toujours être envisagés séparément, comme c’est le cas ici avec ce tableau…; il s’agit d’un calcul itératif !

Choix de la technique de dégivrage

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons :

par résistance chauffante,
par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur,
par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie,
par circulation d’air.

Les deux premières méthodes citées ci-dessus sont les plus courantes :

Par résistance chauffante

Des résistances chauffantes sont imbriquées dans les tubes en cuivre qui composent la batterie de l’évaporateur. Leur position et leur puissance sont étudiées par le fabricant de manière à répartir uniformément la chaleur produite à l’ensemble de la batterie.

Avantages, inconvénients et choix

C’est une méthode simple, très répandue pour les unités de puissance moyenne.
Elle n’est pas dénuée de divers inconvénients : la consommation se fait en électricité directe, et donc à un prix élevé en journée, surtout si la période de dégivrage a lieu durant la pointe quart-horaire du mois.

Précautions

Dans les équipements frigorifiques des grandes cuisines, la place disponible fait souvent défaut et la tendance des architectes est de sélectionner du matériel très compact. D’autre part, les budgets sont de plus en plus étroits, ce qui ne facilite pas la sélection de matériel de qualité.
Cependant pour assurer un bon fonctionnement du dégivrage à long terme, certaines précautions sont à prendre :

Les résistances n’ont pas une durée de vie éternelle. Elles doivent être remplacées en cas de défaillance. Lors de l’installation de l’évaporateur, il ne faudra donc pas oublier de tenir compte de leur longueur (généralement la longueur de l’évaporateur) et laisser l’espace nécessaire pour permettre de les extraire de leur » doigt de gant « .
Toutes les résistances sont fixées à l’aide de fixation ad hoc dans la batterie. Il importe de fixer également les nouvelles qui seraient introduites après un remplacement.En effet, si les résistances ne sont pas bien fixées, les dilatations produites lors du chauffage et du refroidissement peuvent faire bouger les résistances et les faire sortir de leur position avec comme conséquence de ne plus chauffer uniformément la batterie sans compter les inconvénients matériels que cela suppose.

Par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur

Cette technique, encore appelée dégivrage par « vapeurs chaudes » ou par « gaz chauds », consiste à inverser le cycle et à faire fonctionner l’évaporateur, le temps du dégivrage, en condenseur.

Avantages, inconvénients et choix

L’inversion de cycle est très économique, notamment car les vapeurs chaudes sont directement introduites dans les tubes avec des températures très élevées. Les temps de dégivrage sont donc très courts : parfois quelques secondes suffisent.
Néanmoins, cette méthode complique le réseau des conduites frigorifiques : des éléments supplémentaires tels que la vanne à 4 voies (qui sert à l’inversion de cycle), vannes magnétiques pour couper les circuits, etc. viennent s’ajouter à l’installation.
Ainsi, elle est surtout utilisée dans les installations industrielles.
Dans les équipements frigorifiques des grandes cuisines, il n’y a que les machines à glaçons, quand il en existe, qui sont parfois munies d’un système d’inversion de cycle pour démouler les glaçons.

Par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie

Avantages, inconvénients et choix

Cette technique est parfois utilisée pour des enceintes froides à des températures voisines de 0°C et pour des enceintes réclamant une humidité élevée (chambres de conservation de fruits). La consommation d’eau, fluide de plus en plus coûteux, est un inconvénient.

Par circulation d’air de la chambre

De l’air provenant soit de l’intérieur de la chambre même, soit de l’extérieur, est envoyé sur l’échangeur. Dans le premier cas, le dégivrage est très lent. Dans le second, il faut isoler l’évaporateur de la chambre, ce qui n’est pas pratique.

Avantages, inconvénients et choix

L’inertie des produits stockés doit être suffisante à maintenir l’ambiance dans une fourchette de température acceptable. C’est donc une technique qui n’est pas à utiliser pour des chambres froides qui sont quasi vides juste avant le réapprovisionnement.
La première de ces méthodes a l’avantage de récupérer totalement l’énergie frigorifique stockée dans la glace. De plus seule une horloge est nécessaire pour interrompre la production frigorifique. Elle ne tombe donc jamais en panne.
En général, cette méthode est utilisée avec une température de chambre supérieure à 0°C et lorsque les enceintes ne sont pas trop sollicitées par des ouvertures de portes. Mais la pratique montre que certains régulateurs « intelligents » utilisent également ce système lorsque la température est fortement négative, grâce au fait qu’en dessous de -5°C la structure de la glace est très différente (beaucoup plus poudreuse et donc moins collante : une sublimation est alors possible).
Remarque : cette technique est celle utilisée par un fabricant qui propose une régulation intelligente des dégivrages.

Choix de la régulation du dégivrage

Le dégivrage est une source de consommation d’énergie :

Par l’apport de chaleur nécessaire à la fusion du givre (effet utile).
Suite à l’échauffement, suivi du refroidissement, de la masse métallique de la batterie (effet nuisible).
Par le réchauffement partiel, suivi de la remise en température de la chambre froide, une partie de la chaleur que nécessite le dégivrage ayant été perdu dans cette enceinte (effet nuisible).

Il existe donc une fréquence optimale de dégivrage pour minimiser l’énergie dépensée par cette opération :

Trop fréquente, ils sont effectués alors qu’une faible quantité de givre s’est déposée sur la surface froide, l’effet utile est insuffisant devant les effets nuisibles qui l’accompagnent.
Trop peu fréquente, la masse excessive de givre présente sur la batterie diminue l’efficacité énergétique de la machine frigorifique.

Choix du type de régulation

Pour les petites enceintes, une régulation par horloge peut suffire. Mais mal utilisée, cette régulation peut conduire à des aberrations énergétiques : qu’il y ait présence ou non de glace, le dégivrage est enclenché à l’heure programmée, la durée du dégivrage est fixe, quelle que soit la présence effective de glace.
Ainsi, en fonction des conditions d’exploitation des enceintes froides (peu ou beaucoup d’ouvertures de portes), les agents d’exploitation devront modifier la fréquence des dégivrages par le réglage des horloges, et une sonde de fin de dégivrage doit permettre à l’installation de redémarrer plus rapidement que la période fixée.
Cependant ils ne doivent, en aucun cas, intervenir sur la séquence interne des opérations de dégivrage. Certaines d’entre elles, si elles sont mal conduites, peuvent créer des écarts de pression intolérables entre l’intérieur et l’extérieur des chambres froides.
Pour les plus grandes enceintes, il est indispensable, au niveau énergétique, que la séquence des dégivrages réels se rapproche au mieux de la séquence utile. On utilise pour cela une régulation électronique intelligente de dégivrage. De tels systèmes permettent des économies substantielles.
Il en existe au moins deux sur le marché :

Le premier système de régulation électronique intelligent permet d’espacer la séquence de dégivrages initialement programmés s’il n’a pas détecté de phase de fusion suffisamment longue durant les 10 dernières opérations de dégivrage programmés.
Le second système de régulation électronique intelligent détecte la présence de glace à partir de deux sondes de température (l’une mesure la température ambiante de la chambre, l’autre est placée dans les ailettes de l’évaporateur). L’explication de ce principe ne nous a pas été détaillée.Chez ce fabricant, le critère d’arrêt du dégivrage classique est une température d’évaporateur de 10°C. Cela semble élevé mais c’est, semble-t-il, une sécurité par rapport à l’absence totale de glace.En plus de cette détection de givre, ce système choisit un dégivrage par circulation d’air de la chambre chaque fois que la température intérieure le permet. Ce qui est très intéressant au niveau énergétique puisque non seulement il ne faut pas produire de la chaleur pour le dégivrage, mais qu’en plus, toute l’énergie latente contenue dans la glace sera restituée à l’ambiance.Un dégivrage classique par résistance chauffante n’aura lieu que lorsqu’il n’est pas possible d’attendre la fusion de la glace par l’air ambiant.

Quel que soit le système de régulation intelligente, la souplesse de ces appareils par rapport aux thermostats mécaniques permet d’affiner les réglages et de proposer des fonctions complémentaires :

alarmes,
possibilité de faire fonctionner le congélateur avec une consigne abaissée de 5°C la nuit (pour bénéficier du courant de nuit),
possibilité de délester durant la pointe 1/4 horaire,
…

D’après le fabricant du second système système ci-dessus, l’investissement (+/- 1 625 €) est amorti en moins d’un an.

Exemple.

Une chaîne de supermarchés belge a adopté ce système pour l’ensemble de ses chambres froides depuis 2 ans. Un des responsables techniques nous a confirmé que l’investissement a largement été amorti sur cette période en regard des économies d’énergie apportées (plus de 20 % de la consommation de la chambre). Une généralisation de ce système à l’ensemble des points de vente est programmée.

De plus, ces systèmes peuvent tout à fait s’adapter sur des installations existantes.
Lors de la pose d’un système de régulation de dégivrage, il est important de l’adapter au mieux à la chambre froide et à son utilisation. Il appartient au frigoriste de bien poser au client les questions pour comprendre son mode de travail et de câbler la régulation la plus appropriée.

Autres précautions…

Pour optimiser le dégivrage, le frigoriste ne doit pas oublier de prévoir deux temporisations dans les étapes de dégivrage :

Après l’opération de dégivrage proprement-dite, il faut prévoir une temporisation avant l’ouverture de la vanne magnétique (permettant à la production frigorifique de reprendre). Cette précaution permet d’assurer l’égouttage.
Ensuite, il faut prévoir une deuxième temporisation avant la remise en fonctionnement des ventilateurs de l’évaporateur. Cette temporisation permet à la batterie d’atteindre une température moyenne inférieure ou égale à celle de l’enceinte. À défaut, la remise en route prématurée des ventilateurs peut envoyer de la chaleur dans la chambre froide et/ou des gouttelettes d’eau encore présentes.

Il veillera aussi à prévoir un système de sécurité qui arrête le dégivrage dès qu’une température ambiante excessive est atteinte. Cette sécurité doit, par exemple, être accompagnée d’une alarme qui prévient le personnel du problème.
Cette précaution est d’autant plus importante que les produits stockés sont coûteux.

Exemple.

Il est déjà arrivé qu’un contacteur qui commandait les résistances électriques de dégivrage d’une enceinte stockant des crustacés, du caviar, etc. reste bloqué et que du chauffage soit diffusé toute la nuit dans la chambre avant que le personnel ne s’en aperçoive le lendemain matin.

Évacuation des condensas

Il faut prévoir un raccordement de décharge pour l’évacuation des condensas ou des eaux de dégivrage.
Dans les chambres froides négatives, pour éviter le gel, les tuyaux qui évacuent les condensas doivent être calorifugés, voir chauffés. L’évacuation par le haut à l’aide d’une pompe de relevage offre l’avantage d’éviter les passages de tuyaux à l’intérieur de l’enceinte (en général, l’évaporateur est suspendu au plafond). De façon générale, il faut chercher à sortir les condensas par le chemin le plus court de la chambre froide vers l’extérieur de manière à éviter tout souci.
L’exploitation devra toujours veiller à la bonne évacuation des eaux de dégivrage, et donc maintenir toujours libre de givre non fondu le bac de collecte de ces eaux. Elle doit également veiller au bon état de la conduite d’évacuation et de son système de chauffage (pour les chambres à températures négatives).
L’écoulement des condensas est primordial pour assurer de parfait dégivrage. Un bac de condensas qui ne se vide pas va provoquer très rapidement la prise en glace de la batterie par simple conduction entre l’eau et les ailettes.

La cellule de refroidissement ou de congélation rapide

Les temps maximum autorisés pour refroidir ou surgeler dans une cellule est relativement court (respectivement 2 h ou 4 h 30); le dégivrage se fait en fin de cycle.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les appareils de cuisson

Règle générale

D’une façon générale, pour minimiser les consommations d’énergie, on doit choisir des appareils bien dimensionnés ayant un rendement élevé.

En ce qui concerne l’optimisation de la pointe quart horaire, on a intérêt à choisir des appareils électriques qui prévoient une puissance spécifique de maintien en température. Il existe, par exemple, des marmites ou des fours qui disposent d’une résistance importante pour la montée en température et une deuxième plus faible pour le maintien en température. Ces appareils coûtent plus cher mais peuvent engendrer une puissance de pointe moindre.

Ce principe n’existe pas sur des appareils tels que les friteuses, grills, sauteuses ou fourneaux car pour de tels équipements, on a besoin de toute la puissance pour remonter en température afin de ne pas risquer d’obtenir une mauvaise cuisson.

Ce système n’est intéressant que s’il existe déjà une grande discipline de la part des cuisiniers pour ne pas enclencher tous les appareils en même temps.

Le rendement des appareils

Le rendement d’un appareil de cuisson représente le rapport entre l’énergie absorbée par la charge (les aliments) et l’énergie totale absorbée. En effet, de l’énergie totale nécessaire à la cuisson des aliments, seule une part parvient finalement sur la table. L’autre part se retrouve dans l’eau utile à la cuisson ou s’échappe par les parois des appareils.

Le rendement d’un appareil dépend avant tout du type de cuisson. Ainsi, dans la gamme des appareils permettant d’arriver au résultat souhaité au niveau du goût, on a intérêt, au niveau énergétique, à utiliser, celui ayant le meilleur rendement. Exemple : il vaut mieux cuire les brocolis au cuiseur à la vapeur (rendement jusque 90 %) plutôt qu’à la marmite (rendement moyen de 50 %).

Pour un même type d’appareil, le rendement dépend principalement des facteurs suivants :

la qualité d’isolation pour les enceintes fermées,
l’efficacité des dispositifs de réglage,
l’inertie de l’élément chauffant.

Une paroi non isolée dégage une puissance calorifique d’environ 1 000 W/m² en moyenne. Tandis qu’une paroi bien isolée dégage environ 100 W/m² en moyenne.

Exemple.

Une marmite de 150 litres a une surface de déperdition de 1,6 m². Si l’on reprend les chiffres moyens ci-dessus, la puissance perdue est donc de 1 600 W pour une paroi mal isolée et de 160 W pour une paroi bien isolée. Pour une durée de cuisson de 1 heure, l’énergie perdue sera de 1,6 kWh dans le premier cas et de 0,16 kWh. dans le second. Au prix moyen de 0,115 € du kWh la différence dans le coût d’utilisation est de 0,165 €, pour une seule utilisation.

Une bonne régulation des appareils permet de gagner 10 % au niveau de la consommation.

Le rendement d’un appareil est à demander au fabricant. En effet, celui-ci ne se retrouve pas dans la documentation des fabricants qui préfèrent citer des pourcentages d’économie sans préciser l’objet de la comparaison.

Le dimensionnement

Le choix et le dimensionnement des appareils dépendent de nombreux critères :

le type de cuisine offerte au consommateur,
le type de liaison,
le nombre de couverts,
le nombre de repas par jour,
la variété des plats offerts aux consommateurs,
la gamme des produits de base,
etc.

Il ne s’agit pas ici de montrer comment dimensionner chaque appareil, mais bien de donner quelques indications !

Il est très difficile d’arriver à ce résultat à partir d’abaques de dimensionnement et il vaut mieux choisir et dimensionner les appareils à partir de la situation réelle de la cuisine.Équiper rationnellement une cuisine, c’est chercher à faire coïncider la capacité de production réelle des équipements aux besoins de la cuisine. En effet, si un équipement est sous-dimensionné, il ne permettra pas d’offrir le service voulu aux consommateurs. À l’inverse, s’il est sur-dimensionné, le rendement de l’appareil sera mauvais. Il représentera une perte financière à l’achat et à la consommation. Enfin, tout équipement qui n’est pas utilisé représente une perte sèche.

Le choix et le dimensionnement des appareils se fait, si possible, en collaboration étroite avec le chef-coq. Il représente la personne adéquate pour disposer d’une vue d’ensemble de tous les critères dont dépend le choix des appareils et le contexte de production.

Exemple.

Dans une cuisine considérée, on a répertorié les données suivantes pour dimensionner les marmites de manière optimale.

La (les) marmite(s) va(vont) servir à préparer :

du potage,
des légumes,
de la purée, de la compote ou du pudding,
des sauces.

Pour le potage, la quantité est de 0,3 litre par potage, il faut compter 65 % de potage par rapport au nombre de repas et le taux de remplissage est de 100 %.

Pour les légumes, il faut prévoir une contenance de 1/4 litre par repas et le taux de remplissage est de 80 %.

Pour la purée, la compote et le pudding, il faut compter 0,15 litre par repas, 50 % d’unités par rapport au nombre de repas et un taux de remplissage de 80 %.

Pour la sauce, il faut compter 0,1 litre par repas et le taux de remplissage est de 80 %.

Ces données vont servir de base pour dimensionner les marmites en fonction de la situation réelle.

On sera peut-être amené à choisir plusieurs petits appareils plutôt qu’un seul gros appareil.

Remarques.
Pour beaucoup d’appareils (exemple : sauteuse, friteuse, etc.), la capacité productive d’un équipement n’est pas égale à sa capacité théorique. La capacité productive s’exprime en produits par unité de temps. Exemple : nombre de grillades à l’heure, nombre de cafés à la minute, etc.

Elle tient compte de l’ensemble des temps nécessaires à l’ensemble d’un cycle de fonctionnement. Pour un équipement de cuisson d’une certaine contenance, on distingue le temps de chargement, de montée en température, de cuisson proprement-dite, de déchargement et de nettoyage.

Par manque d’information sur la manière dont va être utilisé un équipement, un fabricant se contente de donner la capacité théorique d’un équipement qui ne tient compte que des temps actifs (cuisson). La capacité théorique ne tient donc pas compte des différents temps morts nécessaires à la production.

Au risque de surestimer la capacité réelle d’un équipement, il faut donc la calculer à partir de la capacité théorique et du contexte de production.

Choix des plaques de cuisson

On choisit de préférence des foyers infrarouges avec détecteur de casserole ou des plaques à induction. Celles-ci ont un meilleur rendement (induction : 90 %), infrarouges (75 %) qu’une plaque électrique en fonte (60 %).

Le meilleur rendement d’une plaque à induction va permettre de gagner jusqu’à 35 % d’énergie par rapport à une plaque en fonte électrique mais elle va aussi engendrer une économie en supprimant les problèmes de plaques en fonctionnement continu puisque la plaque à induction ne fonctionne qu’en présence d’une casserole. L’économie peut alors être beaucoup plus importante.

Mesures comparatives de la consommation d’énergie pour l’échauffement de 1,5 l d’eau de 20 à 95 °C et pour différentes plaques de cuisson
Induction	162 Wh	100 %
Foyer halogène sous vitrocéramique	220 Wh	136 %
Foyer radiant sous vitrocéramique	233 Wh	144 %
Plaque fonte	252 Wh	155 %
Réchaud à gaz naturel, feu ouvert	295 Wh	182 %

Mesures comparatives de la durée de l’échauffement de 1,5 l d’eau de 20 à 95°C, pour une puissance de 2 kW
Induction	336 sec	100 %
Foyer halogène sous vitrocéramique	399 sec	119 %
Foyer radiant sous vitrocéramique	428 sec	127 %
Plaque fonte	454 sec	135 %
Réchaud à gaz naturel, feu ouvert	532 sec	158 %

Le prix d’une plaque à induction est élevé, rendant son temps de retour proche des 15 ans par rapport à une plaque classique en fonte bien utilisée. Néanmoins, ce temps de retour peut n’être que de 2 ans si la plaque classique est allumée en continu et ce, dès le matin.

De plus, la diminution du dégagement de chaleur va améliorer le confort et diminuer la ventilation si celle-ci est réglée en fonction des besoins.

Si l’on opte pour des plaques au gaz, on les choisit avec un « économiseur sur feu vif », appelé « Top Flam ». Il s’agit d’un détecteur de récipient situé à côté du brûleur, qui permet l’allumage ou l’extinction automatique du brûleur principal par simple contact avec le récipient. Outre les gains énergétiques, ce dispositif a aussi un effet induit favorable sur le confort (pas de dégagement inutile de chaleur), et offre une sécurité accrue (suppression des risques de brûlure quand le feu vif reste découvert).

L’apparition de détecteurs d’ustensiles sur les fourneaux dont l’élément chauffant montre une faible inertie : foyer halogène ou radiant sous plaque vitrocéramique pour l’électricité et feu ouvert pour le gaz, permet dans certains cas d’abaisser la consommation d’énergie de 30 à 50 %.

Choix des fours

Un four à convection forcée est préférable à un four à convection naturelle.

Dans les fours à convection forcée, l’action d’une turbine favorise l’homogénéité de la température et la rapidité de transmission de la chaleur. Cette technique améliore sensiblement le rendement (45 % pour un four statique et 80 % pour un four à convection forcée). L’économie d’énergie est en plus renforcée par une montée en température rapide. Globalement, on parle d’une économie d’énergie de 45 %.

L’économie d’énergie est encore plus grande avec un four combiné air/vapeur. Le transfert calorifique s’effectue par l’intermédiaire de vapeur à pression atmosphérique ou très basse pression. Le rendement est meilleur qu’avec un transfert à air chaud pulsé de l’ordre de 40 % et engendre une plus faible déshydratation des denrées. Néanmoins, la vapeur ne peut pas être utilisée pour toutes les préparations.

La tendance actuelle est d’acheter ces fours comme appareils polyvalents faisant office de four, marmite, sauteuse, voire plaque à snacker ou même friteuse. Une seule électronique gère le tout, avec des programmes faciles à régler (on affiche, par exemple, simplement le nom du produit et parfois sa masse).

Leur gain de consommation est complexe, car il faut comparer à plusieurs autres types de matériels, et pondérer par rapport à leurs fréquences respectives d’utilisation. En moyenne, le bilan est assez bon : des appareils individualisés performants obtiennent les mêmes consommations, et font parfois mieux mais l’appareil polyvalent gagne souvent par son automatisation poussée, et par ses multiples programmes permettant de choisir exactement le plus adapté.

En liaison froide, le choix d’un four combiné air/vapeur est particulièrement intéressant au niveau des consommations énergétiques. En effet, pour profiter de l’avantage du meilleur rendement du four combiné par rapport à celui de la plupart des autres appareils, il doit être utilisé à sa charge nominale. L’économie peut encore être augmentée de 10 à 15 % si le four est utilisé sans interruption entre les cuissons. Ce genre d’organisation est très facile en liaison froide. De plus, dans ce cas, l’utilisation du four combiné peut être synchronisée avec celle de la cellule de refroidissement rapide, rendant inutile l’utilisation du four de maintien en température.

En liaison chaude, cette organisation n’est pas très adaptée. Dans certains cas, le gain énergétique peut même être négatif.

Ces appareils polyvalents ont des limites : on ne peut tout faire simultanément.

Si aucun délestage général de la cuisine n’est prévu, on choisit de préférence un four combiné équipé d’un régulateur électronique qui hache la demande d’énergie et qui assure donc la fonction du délesteur de charge au niveau du four uniquement.

Le cuiseur à vapeur

La cuisson au cuiseur à la vapeur est l’une des plus intéressantes au niveau énergétique. Le rendement de cet appareil atteint les 90 %. Pour autant qu’elle permette d’atteindre les qualités recherchées au niveau résultat de cuisson, on a donc intérêt à la choisir le plus souvent possible.

La basse consommation de la cuisson avec ces appareils est due au confinement (pas d’évaporation de l’aliment), à la durée : cuisson plus rapide au-dessus de 100°C (grâce à la pression, on augmente la température de cuisson de 15°C, ce qui demande plus d’énergie, mais on réduit le temps de moitié), à la taille réduite du matériel (moins de masse inerte et moins d’échange avec l’air ambiant), à la température (qui n’est pas si élevée que cela, comparée à un bain de friture ou à un grill), au bon transfert de chaleur (turbulence de la vapeur et chaleur de recondensation au contact des aliments) et aux moindres quantités d’eau à chauffer (comparer au court bouillon).

Remarque : on peut obtenir des résultats assez comparables (quoiqu’un peu moins bons) avec une cuisson en marmite, bien dimensionnée, avec couvercle et très bien réglée (avec automatisme) ou en cuisson sous vide.

Choix des marmites

Il existe des marmites à chauffage direct ou indirect (ou au bain-marie). Une marmite à chauffage indirect dispose d’une double enveloppe.
Il existe 4 grands types de marmites à chauffage indirect :

la double enveloppe est alimentée manuellement avec de l’eau,
la double enveloppe contient de l’huile en circuit fermé,
la double enveloppe est alimentée avec de la vapeur basse pression en circuit fermé,
la double enveloppe est alimentée avec de la vapeur haute pression en circuit fermé.

Les deux dernières sont aussi considérées comme des marmites directes avec la vapeur comme « combustible ».

Le système indirect avec vapeur haute pression a un rendement plus élevé que le système indirect avec vapeur basse pression qui lui-même a un meilleur rendement que le système à alimentation en eau. En effet, avec la vapeur comme alimentation, il y a un meilleur transfert de chaleur. La vapeur est bien répartie dans la double enveloppe et pas uniquement dans le bas comme l’eau. Mais ces appareils reviennent plus chers. En effet, les matériaux et les soudures doivent pouvoir résister à la pression.

Un mélangeur (qui peut être utilisé pour certains aliments) permet d’améliorer le transfert de chaleur. Le mélangeur dans une marmite à chauffage indirect présente un autre avantage : il permet de refroidir rapidement et dans les délais requis une préparation en utilisant soit de l’eau de distribution, soit de l’eau réfrigérée.

En liaison froide, on a intérêt à choisir des marmites permettant de programmer tout un cycle de production : remplissage, cuisson, mélange, refroidissement. Le programme pourra ainsi être enclenché la nuit et on bénéficie ainsi du tarif heures creuses.

Les commandes informatiques permettent non seulement de commander différents processus de fabrication, mais permet aussi d’afficher la température mesurée dans la marmite.

Et en plus….

Les appareils électriques sont choisis, de préférence, avec une connexion prévue pour raccorder un délesteur de charge. Cette connexion permet de s’assurer que l’appareil est prévu pour être délesté et que le délestage se fera sur le bon organe.

Si l’appareil ne possède pas de connexion de délestage, cette connexion peut toujours être réalisée a posteriori mais elle doit alors être décidée et réalisée par une personne ayant une bonne connaissance du cycle de fonctionnement des appareils de manière à ne pas perturber leur fonctionnement.

A propos des appareils au gaz

Il y a eu beaucoup d’améliorations concernant le rendement des appareils au gaz ces dernières années. Outre un bon calorifugeage, ce rendement est obtenu par le brûleur séquentiel, par l’optimisation du transfert de chaleur et par l’allumeur électronique.

Avec un brûleur séquentiel, la diminution de l’apport de chaleur est obtenue par une série d’arrêts et de remises en marche du brûleur plutôt que par une diminution du débit de gaz qui a pour effet de raccourcir la flamme.

Avec un brûleur séquentiel, l’allumage s’effectue toujours à plein débit. Il permet d’augmenter le rendement de l’appareil de 20 points. On choisit donc les appareils (marmites, sauteuses, plaques de cuisson, etc.) avec ce type de brûleur.

Le meilleur transfert de chaleur fait gagner quelques points de rendement (parfois près de 10 points). Il s’obtient par le choix du matérial pour l’échangeur (cuivre bon conducteur) et par le choix de la géométrie des parois d’échange thermique : trajet des gaz chauds plus long, plus turbulent (ailettes, tétons).

L’allumeur électronique est plus facile à manipuler que le piezzo. On arrêtera donc plus volontiers l’appareil.

Grâce à ces techniques, il existe une friteuse au gaz à haut rendement (88 %) fabriquée en Hollande. Ce rendement est à comparer aux 45 % d’une friteuse au gaz classique.

Marquage CE et utilisation rationnelle de l’énergie

Depuis le 1er janvier 1997, les appareils de cuisson professionnels au gaz doivent porter le marquage CE. Pour obtenir ce marquage, ces appareils doivent répondre aux « exigences essentielles » des différentes directives européennes les concernant.

Outre, les aspects « sécurité », cette directive prend en compte les aspects « utilisation rationnelle de l’énergie ». En effet, le point 3.5 des exigences essentielles dit : « Tout appareil doit être construit de telle sorte qu’une utilisation rationnelle de l’énergie soit assurée, répondant à l’état des connaissances et des techniques et en tenant compte des aspects de sécurité ».

Il est essentiel que l’indication BE (abréviation de Belgique) soit reprise sur la plaquette signalétique et sur l’emballage comme pays de destination où l’appareil à gaz peut être commercialisé et installé. En effet, du fait de la pluralité des conditions de distribution des gaz et d’installation des appareils à travers les différents pays d’Europe, la mention des catégories, nécessaire pour identifier les aptitudes de l’appareil, n’est pleinement explicite qu’en liaison avec le pays de destination; cette indication a donc été considérée comme une condition essentielle pour l’utilisation en toute sécurité des appareils à gaz.

Pour les appareils de cuisson professionnels, seules les catégories I2E+, I3+ et II2E+3+ sont admises en Belgique. Pour les appareils de catégorie II2E+3+, l’état de préréglage de l’appareil doit être clairement indiqué sur l’appareil.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation [Cuisine collective]

Transfert ou système indépendant : l’hygiène

Pour la ventilation de la zone de cuisson et de la salle à manger, le système indépendant est beaucoup plus favorable au niveau hygiénique que le système avec transfert. En effet, avec le deuxième système, l’air vicié produit par les consommateurs dans le restaurant se retrouve comme « air neuf » dans la zone de cuisson.

À ce propos, l’arrêté royal du 7 février 1997 relatif à l’hygiène des denrées alimentaires dit : « tout flux d’air pulsé d’une zone contaminée vers une zone propre doit être évité ». Cet arrêté a été remplacé par l’arrêté du 13 juillet 2014, mais les recommandations restent d’application.

Le système avec transfert n’est donc pas interdit mais on lui préfère le système indépendant.

Néanmoins, lorsqu’un tel système est existant, on peut concevoir de filtrer l’air lors de son passage entre le restaurant et le local de cuisson. Ce filtrage peut se faire de deux manières :

Il existe des grilles de transfert avec filtres.
Cependant les grilles existantes doivent, dans ce cas, être remplacées par des grilles munies de filtres beaucoup plus grands, car les pertes de charges seront beaucoup plus importantes. De plus, le changement des filtres à temps risque de ne pas être réalisé. Ce système demande donc beaucoup de précautions.
Mieux vaut placer un groupe entre le restaurant et la zone de cuisson.
Le groupe en question est constitué de filtres et d’un ventilateur dans un caisson. Il possède une grille d’extraction et de pulsion. Un témoin signale lorsque le filtre doit être changé. Ce signal se base sur une mesure de pression.

Transfert ou système indépendant : le confort

En général, un système indépendant garantit un meilleur confort (températures) qu’un système avec transfert vu qu’il est plus facile d’adapter la ventilation au besoin d’un seul local que de plusieurs. Mais dans certains cas, le système avec transfert peut bien s’adapter aux besoins de plusieurs locaux simultanément.

Exemple.

Système indépendant dans une cuisine et dans un restaurant.

Système avec transfert entre une cuisine et un restaurant .

A condition que l’air pulsé soit contrôlé, le confort est meilleur avec un système indépendant. En effet, l’air pulsé est adapté aux besoins dans chacun des locaux. Tandis qu’avec un système avec transfert, l’air de transfert correspond aux conditions de confort pour le restaurant mais va ensuite encore subir les apports gratuits de la cuisine.

Contre-exemple.

Système indépendant dans une cuisine et dans un local de préparations froides.

Système avec transfert entre une cuisine et un local de préparations froides.

Ici, un système avec transfert peut apporter autant de confort qu’un système indépendant. En effet, l’air de transfert peut encore subir les apports gratuits de la cuisine sans atteindre des températures excessives.

Transfert ou système indépendant : consommations

Lorsque l’occupation de deux locaux est simultanée, il est évident que le système avec transfert est plus intéressant au niveau des consommations énergétiques que le système indépendant.

Mais en général les différentes occupations d’une cuisine ne sont pas simultanées (exemple : préparation, cuisson, restauration, nettoyage de la vaisselle, etc.); les consommations doivent dès lors être calculées pour chaque système pour connaître le moins énergivore.

Chacun des 3 systèmes que l’on retrouve dans une cuisine (avec transfert, indépendant ou avec transfert et amené et extraction d’air complémentaire) peut être amélioré avec des ventilateurs d’extraction et de pulsion à 2 vitesses (ou plus ou à vitesse variable) interconnectés et commandés en fonction de l’occupation.

1. Dans un système avec transfert

Dans un système avec transfert, on pulse et on extrait, dès que la cuisine ou la salle à manger est occupée, le maximum des débits calculés pour les deux pièces.

Exemple : ventilation d’une cuisine et d’une salle à manger.

Les débits calculés sont de :

10 000 m³/h en extraction dans la cuisine,
7 000 m³/h en pulsion dans la salle à manger.

Illustration ventilation d'une cuisine et d'une salle à manger.

La pulsion de 9 000 m³/h (=0,9 x 10 000 m³/h) assure la dépression par rapport au reste du bâtiment de manière à éviter la propagation des polluants.

Avec des ventilateurs à une seule vitesse :
Le débit d’air neuf = 9 000 m³/h si le restaurant et/ou la cuisine est(sont) occupé(s).

Avec des ventilateurs à deux vitesses :
Le débit d’air neuf = 9 000 m³/h si l’occupation du restaurant et/ou de la cuisine est(sont) « complète(s) ».
Si on ne se retrouve pas dans l’un des cas ci-dessus, le débit d’air neuf = 4 500 m³/h si les occupations du restaurant et de la cuisine sont partielles.

2. Le système indépendant

Avec un système indépendant, pendant les heures d’occupation des deux pièces on pulse dans chaque pièce, le débit correspondant à chacune des pièces. Pendant les heures où une seule pièce est occupée, on n’y pulse que le débit y correspondant.

Exemple : ventilation d’une cuisine et d’une salle à manger

Les débits calculés sont de :

10 000 m³/h en extraction dans la cuisine,
7 000 m³/h en pulsion dans la salle à manger.

Illustration ventilation d'une cuisine et d'une salle à manger.

Avec des ventilateurs à une seule vitesse
Le débit d’air neuf :
= 16 000 m³/h si le restaurant et la cuisine sont occupés,
= 9 000 m³/h si seule la cuisine est occupée,
= 7 000 m³/h si seul le restaurant est occupé.

Avec des ventilateurs à deux vitesses
Les débits ci-dessus sont à diviser par deux pour la (les) pièce(s) qui n’est (ne sont) occupée(s) qu’à moitié.

3. Dans un système avec transfert et amené ou extraction d’air complémentaire

Ce système est identique au système avec transfert, mais il permet de travailler avec le plus petit débit calculé pour les deux pièces. Le supplément est apporté ou extrait uniquement dans la pièce qui l’exige.

Exemple : ventilation d’une cuisine et d’une salle à manger

Les débits calculés sont de :

10 000 m³/h en extraction dans la cuisine,
7 000 m³/h en pulsion dans la salle à manger.

Illustration ventilation d'une cuisine et d'une salle à manger.

Avec des ventilateurs à une seule vitesse
Le débit d’air neuf :
= 9 000 m³/h lorsque la cuisine (au moins) est occupée.
= 7 000 m³/h lorsque seul le restaurant est occupé.

Avec des ventilateurs à deux vitesses
Le débit d’air neuf :
= 9 000 m³/h lorsque l’occupation de la cuisine est « complète »,
= 7 000 m³/h lorsque l’occupation du restaurant est complète et que la cuisine est occupée partiellement ou inoccupée,
= 4 500 m³/h lorsque l’occupation de la cuisine est « partielle » et que le restaurant est occupée partiellement ou inoccupée,
= 3 500 m³/h lorsque l’occupation du restaurant est « partielle » et que la cuisine est inoccupée.

Comparaison énergétique des différents systèmes

Exemple.

LOCAL

HORAIRES D’OCCUPATION

Légende :

occupation partielle

occupation complète

10 h 30 à 11 h 30

11 h 30 à 12 h 30

12 h 30 à 13 h

13 h à 13 h 30

13 h à 14 h

Cuisine

Restaurant

SYSTEMES

DEBITS DE PULSION A RECHAUFFER (m³/h)

TOTAL DES DEBITS D’AIR NEUF (m³)

Système avec transfert sans réglage de débit

9 000

31 500

Système avec transfert avec réglage de débit

4 500

9 000

4 500

24 750

Système indépendant sans réglage de débit

9 000

9 000 + 7 000

7 000

37 500

Système indépendant avec réglage de débit

4 500

9 000

9 000 + 7 000

7 000 + 4 500

3 500

29 000

Système avec transfert et apport/ extraction d’air complémentaire sans réglage de débit

9 000

7 000

30 500

Système avec transfert et apport/ extraction d’air complémentaire avec réglage de débit

4 500

9 000

7 000

3 500

23 250

Remarques et conclusions.

Au niveau des coûts de consommation pour réchauffer l’air pulsé, un système avec transfert est d’autant plus favorable que le temps d’occupation commune de la cuisine et de la salle à manger augmente et que le débit à extraire dans la cuisine et à introduire dans la salle à manger sont proches. Un système indépendant l’est d’autant plus que le temps d’occupation commune est faible et que le débit à extraire dans la cuisine et celui à introduire dans la salle à manger sont différents.
Un système avec réglage des débits est plus intéressant qu’un système sans réglage et ce d’autant plus que ce réglage est fin.
Au niveau des dépenses énergétiques, le système avec transfert et amenée et extraction d’air complémentaire combine les avantages des deux autres systèmes.

Simple ou double flux

L’extraction, sauf exception (local des ordures largement ouvert sur l’extérieur, …), est mécanique.

Le choix entre une pulsion naturelle ou mécanique se fait selon les mêmes critères que pour la ventilation générale.

Ventilation

Si vous voulez en savoir plus sur le choix du système de ventilation, cliquez ici (exemple des bureaux).

Pour de petites cuisines (Exemple : cuisine d’école dont les débits à extraire ne dépassent pas 5 000 m³/h), bien que cela ne soit pas optimal au niveau du confort (l’air introduit n’est pas préchauffé), l’air est parfois introduit naturellement.

Dans certains cas, même si la cuisine est très peu importante, la pulsion doit se faire mécaniquement pour des raisons pratiques (pas de possibilité de placer une grille en façade, par exemple).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir un système rayonnant sur boucle d’eau froide : plafond froid, dalle active

Dalle active ou plafond froid ?

Inertie, puissance et free chilling

Il existe deux technologies d’émetteurs « froids » basés sur un échange par rayonnement : les plafonds froids et les dalles actives.

Clairement, la puissance émise par une dalle froide active est faible par rapport à celle d’un plafond froid traditionnel (de l’ordre de moitié). Elle présente un temps de réponse également très élevé et sera donc peu efficace pour gérer un afflux de soleil soudain. Il suffit de voir la température de surface inférieure de la paroi (22,5° pour 26° ambiant…) pour se rendre compte que la réponse va manquer de pêche !

Par contre, la dalle froide se distingue du plafond rayonnant par une grande inertie thermique.

Avantages d’un émetteur inerte : il est possible de réaliser un stockage nocturne de frigories dans la dalle ! Cette technique présente dès lors les avantages du système de stockage frigorifique dans des bâches d’eau glacée (production de frigories au prix du kWh de nuit, diminution de la puissance frigorifique installée, …). Elle permet également de valoriser la fraîcheur nocturne par free chilling.

Inconvénients d’un émetteur inerte : l’inertie du système rend la régulation très difficile… Y aura-t-il du soleil demain ? Faut-il enclencher le refroidissement cette nuit ? De plus, la décharge du froid est indépendante des besoins réels. La température ambiante du local varie dans la journée en fonction des charges du local… On imagine un tel système lorsque les besoins sont créés par une charge interne permanente, mais non par des apports solaires ou une occupation variable.

C’est ainsi que la dalle active va pouvoir valoriser au mieux le froid créé durant la nuit : soit par passage dans un échangeur direct, soit par utilisation d’une machine frigorifique avec un très bon rendement.

Si l’eau provient d’une nappe phréatique ou d’une sonde géothermique, il ne semble pas fort intéressant de passer au système de refroidissement par dalle puisque la puissance frigorifique est à disposition également en journée.

On arrive donc à différents types de configuration, dont :

Un refroidissement de nuit sur l’air extérieur, assisté par une machine frigorifique en période de canicule.

Un refroidissement 24h/24 via des plafonds froids, dont le froid est capté sur des sondes enterrées.

Confort acoustique

Les nattes capillaires noyées dans le plafonnage et les dalles actives sont peu intéressantes au niveau acoustique : aucune absorption à attendre de leur part. Les plafonds froids suspendus par contre intègrent souvent des matelas absorbants.

En outre, les émetteurs noyés sont pénalisés lors de la pose d’ilots acoustiques suspendus. En effet ceux-ci viendraient bloquer l’échange par rayonnement entre les occupants et le plafond, ce qui limite l’échange thermique à la seule composante convective entre l’air et le plafond. D’autres surfaces d’absorption doivent être trouvées (panneaux mobiles, armoires avec panneaux intégrés, sous-faces des tables de travail, …).

Par exemple, les portes des armoires du bâtiment Worx à Kortrijk sont des panneaux acoustiques microperforés :

Une campagne d’essais a été menée à l’institut de recherche suédois pour mesurer l’influence de faux plafond discontinu, morcelé en ilots flottants de petite taille, sur les échanges thermiques entre le local et la dalle active.
La campagne consistait à comparer deux configurations, un faux plafond de 8.6 m² (6 éléments de 1,2 m x 1,2 m) représentant 45 % de la surface du local suspendu à deux hauteurs différentes (20 cm et 80 cm).
On constate une diminution de l’efficacité due à la présence des éléments acoustiques de 16 % lorsqu’ils sont suspendus à 20 cm et de 12 % à 80 cm. Il apparait logique que plus l’élément acoustique est suspendu bas, plus la convection de l’air autour du panneau est facilitée. De même l’efficacité acoustique est améliorée, car le son se répartit mieux autour du panneau, tout comme des panneaux trop proches l’un de l’autre se gênent le son ne distribuera pas correctement autour des panneaux.

Choix de la technologie de plafonds froid

Le terme plafond froid recouvre lui-même une large variété de dispositifs d’émission. Pour faire le tri parmi ces technologies, on peut distinguer plusieurs critères de choix :

L’inertie du plafond

La plupart des plafonds froids sont peu inertes, puisque constitués de tuyauteries fixées sur un faux plafond peu épais. Seuls les systèmes constitués de nattes capillaires noyées dans un plafonnage présentent un plafond froid, dont l’inertie plus importante.

Le mode d’émission de froid entre la tuyauterie d’eau et le local

La plupart des systèmes utilisent la conduction de froid (en réalité, de la chaleur) vers les panneaux de plafonds. Pour augmenter la puissance, l’essentiel consiste à faire communiquer au mieux le froid entre le tube et l’entièreté du plafond, si possible métallique. Un système qui ne comporterait que quelques points de soudure de temps en temps, ne serait pas idéal à ce niveau…

Il existe des faux plafonds à ailettes clipsables, atteignant une puissance de 80 à 90 W/m² actif.

Mais on améliore les choses par des tubes intégrés à un profilé aluminium. Ces systèmes, bien qu’un peu plus chers, permettent une excellente conduction du froid, si bien que la différence de température entre l’eau et la surface métallique est seulement de l’ordre de 1°C. Des puissances de 100 à 130 W/m² actif sont atteintes, pour un écart de 10° entre la température moyenne de l’eau (16°C) et la température de l’ambiance (26°C), c’est-à-dire, dans des conditions extrêmes.

Mais l’échange par rayonnement est rapidement limité. Aussi, afin de favoriser l’effet convectif, des ailettes seront serties sur les tuyauteries. L’idée consiste à créer un effet d’écoulement d’air, de « cheminée froide » le long de ces ailettes. Cette fois, deux tiers de la puissance sont communiqués par convection. La puissance frigorifique est maximale (130 W/m² et plus) pour autant que le faux plafond reste à claire-voie, ce qui n’est pas toujours accepté par l’architecte.

De plus, la hauteur du faux plafond devient fort importante. On envisagera plutôt ce système dans un hall de grande hauteur.

La facilité du montage

Si certains systèmes sont assemblés sur place (serpentins clipsés, par exemple), d’autres sont montés en usine et arrivent par modules « tout faits ». On peut imaginer que cette deuxième solution est plus fiable.

La planéité d’ensemble est un élément très important, car notre oil est très sensible au moindre défaut, tout particulièrement dans les bureaux paysagers.

Le critère esthétique

Certains plafonds sont de type à lamelle, d’autres sont modulaires (généralement de largeur 600 mm.), ce qui modifie l’aspect architectural.. Les nattes noyées dans le plafonnage et les dalles actives sont par contre totalement invisibles.

La facilité de la maintenance

Chaque constructeur rivalise d’astuce pour pouvoir accéder le plus facilement possible à l’espace situé au-dessus du faux plafond (modification d’un câblage, …).

C’est en dé-clipsant les tuyauteries pour les uns, c’est en faisant pivoter une fixation par charnière pour les autres. La liaison entre le réseau d’eau froide et le module de faux plafond est réalisée par des flexibles.

Le montage des modules est facilité, mais le prix d’achat est augmenté.

La hauteur minimale nécessaire est fonction de l’ensemble des équipements à placer dans le faux plafond. Au cas où seule la fonction thermique est présente, la hauteur minimale requise est de 55 mm.

Remarques :

1. De nombreux fabricants proposent leurs produits sur le marché :

des fabricants de faux plafonds qui ont développé la fonction « thermique »,

des fabricants de matériel thermique qui ont développé la fonction « faux plafond » !

Il est indispensable que les deux fonctions soient totalement maîtrisées et proposées avec des matériaux de qualité.

2. Un plafond froid ne s’achète pas sur « catalogue » et une installation ne peut se concevoir sans qu’un Ingénieur Conseil n’intègre tous les besoins et exigences du Maître de l’Ouvrage et de l’Architecte.

L’Entrepreneur réalisant un tel système doit en prendre la responsabilité globale tant au point de vue installation (faux plafond) que performance (confort).

3. Pourrait-on avoir un « plancher froid » ? C’est une solution peu confortable (froid aux pieds, chaud à la tête !). Pour éviter cet inconfort, on limite de tels systèmes à une puissance de 30 W/m². Exemple d’application : un show-room de voitures. L’immense avantage est de pouvoir faire du chauffage par le sol en hiver !

Choix de l’apport d’air neuf

Les plafonds froids et dalles actives sont des systèmes agissant sur la température du local indépendamment de l’apport de l’air neuf de ventilation (imposé par la réglementation pour garantir une qualité de l’air suffisante).

Celui-ci ne pourra ici se faire qu’au moyen d’une ventilation double flux. En effet, l’air neuf doit être pré-refroidi en centrale, et ce pour deux raisons :

La puissance frigorifique des plafonds froids est parfois insuffisante pour reprendre toute la charge frigorifique du local. Un air prérefroidi peut alors lui venir en aide. Dans le cas d’une dalle active, une pulsion d’air traité en centrale peut compléter l’inertie du système rayonnant par une réactivité importante. Attention cependant à la destruction d’énergie entre la dalle refroidie et un air éventuellement préchauffé.
Pour éviter toute condensation sur le plafond, l’humidité relative dans le local doit être maintenue par la batterie de prérefroidissemment à une valeur de 52 .. 57 % HR, en fonction de la température du plafond.

L’enjeu est de ne pas « casser l’énergie », en refroidissant l’air neuf pour le déshumidifier et en le réchauffant ensuite pour éviter les courants d’air (on considère souvent qu’une température de pulsion minimum de 16°C est nécessaire).

Il est clair que de prévoir des par bouches toriques (à haute induction) est une garantie de pouvoir pulser l’air à très basse température sans créer de courants d’air, et donc de ne pas détruire de l’énergie.

Ce type de bouche est par ailleurs favorable à l’émission du plafond. Des essais réalisés au Laboratoire de Thermodynamique de l’ULg auraient montré qu’une augmentation de l’ordre de 30 % de la puissance frigorifique est réalisée avec ce type de bouches. Ce pourcentage atteint même les 50 % s’il s’agit d’un plafond chauffant.

Idéalement, il faudrait arriver à ne pas devoir postchauffer l’air neuf après déshumidification. Plus de détails techniques sont donnés dans la régulation de la déshumidification de l’air neuf avec plafonds froids.

Contrôle du risque de condensation

En pratique, le risque de condensation est limité.

Le taux d’humidité d’un local dépend non seulement du taux d’humidité extérieur, mais également du dégagement d’eau dans le local. Prenons l’exemple d’un local type de bureau individuel (occupation : 70 g/h.personne à 26 °C , plantes, etc.). Si la ventilation apporte 25 m³/h d’air neuf, l’humidité absolue du local est en moyenne supérieure de 3 g/kg à l’humidité absolue de l’air extérieur.

Si la température de surface d’une dalle active est de 22 °C (température d’équilibre pour de l’eau entrant à 16 °C dans la dalle et une ambiance à 26 °C ), le risque de condensation apparaît si l’humidité ambiante dépasse 16,7 g/kg, soit si l’humidité extérieure dépasse (16,7 g/kg – 3 g/kg =) 13,7 g/kg. Ainsi, pour une année moyenne en Belgique, le point de condensation n’est dépassé que 12 heures sur 8 760 par an. Il n’a pas été dépassé pendant la période de canicule de juin 1976, similaire à celle que nous avons connue en 2003.

Si, en mi-saison ou en hiver, la température de surface de la dalle est de 20 °C (température d’équilibre pour de l’eau entrant à 18 °C dans la dalle et une ambiance à 22 °C ), le risque de condensation apparaît si l’humidité ambiante dépasse 14,7 g/kg, soit si l’humidité extérieure dépasse (14,7 g/kg – 3 g/kg =) 11,7 g/kg. Pour une année moyenne en Belgique, l’humidité extérieure ne dépasse jamais ce niveau entre début octobre et fin mai.

Le risque de condensation sur les parois est donc très faible dans les locaux tels que les bureaux, même si l’air neuf n’est pas déshumidifié. De plus, lors d’une augmentation d’humidité rapide dehors ou par des sources internes, l’humidité dans la pièce n’augmente que lentement à cause de la grande capacité d’absorption des plafonds, murs et mobiliers.

Par contre, dans des salles de réunion ou des cafétérias où le dégagement d’humidité est plus important, l’importance de la condensation en cas d’occupation exceptionnelle (ou de défaut de ventilation) sera plus grande et aura donc des conséquences plus sérieuses. Mais on peut imaginer que dans ces locaux un climatiseur d’appoint soit nécessaire et qu’il joue le rôle de déshumidificateur (T° d’évaporateur généralement très basse vu la détente directe et la compacité de l’échangeur).

Le risque de condensation est un peu plus important lorsque l’on choisit des plafonds froids, puisque le régime de température est moins élevé que dans la dalle active. Le risque de condensation reste néanmoins limité notamment suite à la déshumidification de l’air neuf en centrale. La formation d’une véritable goutte d’eau (capable de dégâts) semble difficile à créer lors des essais de laboratoire : un film humide peut se former sur le plafond (buée) sans pour autant que de gouttes ne chutent.

Restent des risques exceptionnels tels que la fête pour le départ de Louis à la pension, la cafetière qui bout en permanence, et quelques jours orageux par an, …

Aussi différentes dispositions sont possibles pour limiter le risque de condensation

Limitation de la température de départ de l’eau pour les réseaux intégrés dans la dalle de plafond (généralement 15°C).

Contrôle de l’humidité relative à proximité du plafond et coupure de la circulation d’eau, pour les réseaux en faux plafonds.

Prise en considération des conditions extérieures pour anticiper les fluctuations d’humidité à l’intérieur du local.

Dans un bâtiment avec fenêtres ouvrantes, l’alimentation du plafond en eau devrait pouvoir être interrompue par un contact de feuillure. À défaut, une information efficace des occupants et du personnel d’exploitation sera impérative.

Choix du système de chauffage associé

Plusieurs solutions sont possibles.

Soit le chauffage de l’air pulsé

Si l’on dispose déjà d’un réseau d’émetteurs pour le refroidissement et d’un réseau de ventilation hygiénique, on peut chercher à limiter l’investissement en évitant un troisième réseau, spécifiquement dédié au chauffage. Une piste est alors d’utiliser le réseau de ventilation.

On sait que le débit d’air pulsé est très faible (généralement entre 1 et 2 renouvellements horaire) puisqu’il correspond au débit d’air neuf hygiénique, parfois gonflé pour couvrir les besoins de déshumidification de l’air en été. Et la température de l’air ne peut dépasser 35 à 40°C.

Cet apport ne permet de couvrir que peu de déperditions. Cette solution n’est donc possible que si le bâtiment est fort isolé au départ et/ou que le client accepte de prendre en compte les apports internes comme source de chauffage. Expliquons-nous : si l’on respecte la norme du calcul des déperditions (NBN B62-003), on ne peut compter que sur le système de chauffage pour vaincre les déperditions dans le cas le plus critique. Or, en pratique, les occupants, la bureautique, l’éclairage, … apporteront de la chaleur de façon non négligeable et les installations seront souvent surdimensionnées. Si le Maître de l’Ouvrage l’accepte, il peut donc autoriser le bureau d’études à tenir compte d’apports internes minimaux et diminuer d’autant la puissance de son installation. Ceci est d’autant plus exact que l’on travaille dans un bâtiment à utilisation permanente.

Si des coupures prolongées sont possibles (WE, période entre Noël et Nouvel An), la puissance maximale doit tenir compte de la relance et un calcul plus fin doit avoir lieu. On peut alors imaginer que l’air neuf soit recyclé lors de la relance et que la puissance totale de l’installation soit consacrée à la remise en température du bâtiment. Mais cette solution n’autorise pas une extraction classique de l’air neuf par les sanitaires… puisque l’air assure la fonction de chauffage et doit être recyclé.

Soit le chauffage par le plafond ou par la dalle

Deuxième piste pour éviter un émetteur de chauffage spécifique : L’apport de chaleur par le réseau de tuyauterie du faux plafond ou de la dalle active. Cette solution est possible, mais présente un risque d’inconfort.

L’inconfort résulte de l’asymétrie du rayonnement en mode chauffage (= « impression désagréable d’avoir de la chaleur qui tombe sur la tête ») et ne permet pas d’alimenter le réseau à une température supérieure à 35 °C. Pour les dalles actives, le régime de température est encore plus bas : de l’ordre de 28 °C maximum. Mais dans les bâtiments récents, cette faible puissance de chauffe pourrait ne pas poser de problème vu les besoins limités. On peut imaginer également que la température serait seulement élevée en période de relance (lorsque les occupants sont absents, puis relayée par le réseau d’air en période d’occupation). Attention aux contraintes sur les tuyauteries… Nous n’avons pas d’expérience pratique à ce sujet.

On peut imaginer que la stratification des températures soit alors assez défavorable du point de vue rendement (couche d’air chaud coincée sous le plafond). Par contre, l’eau à très basse température permet de valoriser le très bon rendement d’une chaudière à condensation.

Le schéma ci-dessous montre l’installation 2 tubes réversibles (réseau chaud/froid, dans/sous le plafond) et propose de la coupler avec une ventilation/refroidissement par déplacement, technique complémentaire très efficace pour les occupants. Elle propose aussi la formule d’insertion des tubes dans la structure du bâtiment (augmentation de l’inertie).

Un compromis peut être en imaginant un chauffage par le plafond limité aux panneaux situés le long des façades. En toute logique, on apporte ainsi une ceinture de chaleur au bâtiment là où les déperditions ont lieu. Les vitrages doivent être sélectionnés en très basse émissivité.

Soit un chauffage traditionnel par radiateur ou convecteur statique

Si le bâtiment est de construction plus traditionnelle, faiblement isolé, un réseau de radiateurs sera prévu en complément des plafonds froids. C’est une solution généralement appliquée en rénovation puisque l’on peut récupérer l’installation existante, quitte à renouveler les corps de chauffe.

Choix du réseau d’eau froide associé

On utilisera soit un réseau spécifique aux plafonds/dalles disposant d’un groupe frigorifique propre, soit le réseau global du bâtiment. Le premier cas présente l’avantage de pouvoir travailler à plus haute température au niveau de l’évaporateur et donc d’améliorer la performance du groupe frigorifique.

En été l’eau froide peut être produite par différents moyens :

L’eau peut être refroidie par l’air extérieur, via un échangeur placé en toiture.

Pour profiter d’un air plus frais, il apparaît que le fonctionnement aura principalement lieu durant la nuit. D’où la nécessité de stocker le froid dans l’épaisseur de la dalle.

L’eau peut être refroidie par de l’eau pompée dans une nappe phréatique, via un échangeur à plaques eau/eau.

Le fonctionnement peut alors avoir lieu 24h/24.

L’eau peut être refroidie par circulation dans le sol sous le bâtiment, via un échangeur sol/eau. La présence d’une circulation d’eau d’une nappe phréatique éventuelle autour des conduits renforce le refroidissement. La puissance frigorifique varie entre 10 et 25 W/m courant.

Le fonctionnement peut alors avoir lieu 24h/24.

L’eau peut être refroidie par une machine frigorifique traditionnelle, venant en appoint d’une des sources ci-dessus, notamment pour vaincre les périodes de canicule.

Les plafonds froids et dalles actives, puisqu’elles travaillent à haute température, sont particulièrement indiqués pour valoriser la fraicheur de l’environnement. Cette propriété valorise tout particulièrement la technique de free-chilling qui consiste à by-passer le groupe frigorifique et à refroidir directement l’eau de 17 à 15°C par l’air extérieur.

Puisque cette possibilité existe dès que la température extérieure est inférieure à 13°C, cette technique sera particulièrement intéressante si des besoins de refroidissement des locaux existent en période froide, ou si l’inertie du système permet de valoriser la fraîcheur nocturne. C’est l’analyse des besoins du bâtiment en fonction de la température extérieure qui devra le dire.

Plafonds froids et dalles actives seront de même aisément couplés à des forages géothermiques ou d’autres sources froides naturelles (nappe phréatique, rivière, lac,…), auxquels cas ils profiteront d’une eau de refroidissement en boucle ouverte. Un échangeur, spécialement traité pour résister à la corrosion et au colmatage, permettra le refroidissement à la source froide. Pour fournir l’appoint en plein été, le système est épaulé par un groupe frigorifique (placé en parallèle et dont le condenseur est raccordé à cette même source froide).

Schéma Plafonds froids et dalles actives couplés à des forages géothermiques.

Le filtrage et traitement des eaux devra faire l’objet d’une attention soutenue.
Pour en savoir plus :

Concevoir

Valoriser la fraicheur de l’environnement.

Paramètres du dimensionnement

La nécessité de limiter les apports solaires

La limitation des plafonds est liée à leur puissance frigorifique : de l’ordre de 90 W/m² de plafond actif, soit 72 W/m² de surface au sol si on considère que 20 % du plafond ne sera pas actif, suite à la présence des luminaires, des angles, …… Les dalles actives présentent une puissance inférieure à 60W/m².

Si ce système doit vaincre des apports internes importants (bureautique : 25 W/m², éclairage : 12 à 15 W/m², occupants : 7 W/m²), la réserve disponible pour les apports solaires solaires est fortement réduite.

Concevoir

Ceci sous-entend que les apports solaires des vitrages soient fortement limités :

soit par la conception du bâtiment créant des ombres portées;

soit par la mise en place de protections solaires extérieures;

soit par le placement de stores intérieurs clairs combinés à des vitrages performants;

soit par la configuration des lieux (bureaux paysagers, salles profondes).

Dimensionner avec une eau à haute température

Classiquement, on dimensionne le réseau de plafonds froids au régime 15 ° – 17 °C. Les dalles actives sont utilisées à un régime 16 °C-20 °C.

On peut d’abord étudier l’intérêt de passer à un régime 15 ° – 18 °C. La température moyenne des plafonds n’augmenterait que d’un demi-degré (16,5 au lieu de 16 °C). La puissance émise est liée à l’écart de température par rapport à l’ambiance (26 °C nominaux). Elle n’augmentera donc que de l’ordre de 5 %, alors que la consommation électrique augmentera bien davantage puisque le débit augmente de 50 % et que les pertes de charge évoluent au carré de celui-ci.

Par ailleurs, si les besoins thermiques sont faibles, c’est la température de départ qui peut évoluer. Pourquoi pas une distribution d’eau au régime 17° – 19 °C ? Cela permet de limiter la consommation liée à la déshumidification de l’air, voire de supprimer toute post-chauffe de l’air neuf.

Travailler avec une haute température peut permettre également :

Concevoir	de récupérer la chaleur des plafonds pour préchauffer l’air neuf.
Concevoir	ou de refroidir l’eau des plafonds froids par free-chilling.

Prévoir une installation frigorifique performante

On retrouve souvent un réseau de plafonds froids à 15° et un réseau d’eau glacée à 7°, notamment pour alimenter la batterie froide du groupe de traitement d’air. Idéalement, si la taille de l’installation le permet, on installera deux machines frigorifiques. Celle qui alimentera le réseau à 15° pourra bénéficier du COP nettement plus performant (en principe, le gain est de 3 % de la consommation par degré d’augmentation de la température à l’évaporateur).

Les fabricants dimensionnant toujours avec des petits échangeurs (évaporateur, condenseur) pour diminuer les coûts, il est utile d’imposer une valeur de COP minimale à respecter.

Un appoint par poutres froides ou pulsion d’air

Lors du dimensionnement, cela « coince » parfois au niveau du local d’angle suite à l’ensoleillement sur 2 façades.

Des poutres froides sont alors parfois proposées en supplément du plafond, pour augmenter l’effet frigorifique (le fait que ces équipements travaillent à même régime de température d’eau est un avantage). Mais les risques d’inconfort par « coulée d’air froid » sont importants avec cette technique et il convient d’étudier soigneusement leur disposition dans le local.

Une alternative est de valoriser le réseau de ventilation par un traitement centralisé de l’air neuf hygiénique. A priori, le groupe de traitement d’air est déjà lié à une machine frigorifique pour assurer une déshumidification. De là à voir l’air neuf comme un appoint thermique, il n’y a qu’un pas !

L’évaluation de la puissance intrinsèque du plafond

La transmission énergétique du système dépend :

de la température ambiante,
de la température des parois environnantes,
de la température de l’eau,
du type de plafond,
de la façon dont l’air est distribué dans la salle.

Quelle est la fidélité sur les chiffres de puissance avancés ? On peut penser que le fabricant qui annonce 130 W/m^² suppose une ambiance très chaude (pour augmenter le delta T°) et une circulation de l’air favorable le long des panneaux, induite par l’apport d’air neuf !

Il faudra donc vérifier si la puissance intrinsèque du plafond a bien été contrôlée en laboratoire suivant la procédure reprise dans la norme DIN 4715 (avril 1993). En réalité, on sera toujours supérieur à cette puissance, car une fenêtre ensoleillée sera par exemple à une température de 30 °C environ, ce qui est supérieur aux conditions d’essai de la norme. À noter que d’autres procédures existent également.

Il est conseillé de réaliser un essai en « vraie grandeur » pour vérifier les performances du système (sur site ou en laboratoire d’essais), mais le budget nécessaire de +/- 12 500 € suppose un projet de grande envergure pour être « rentabilisé ».

On sera également attentif au fait que la puissance annoncée est une puissance délivrée par m^² de panneau installé, ce qui n’est pas forcément égal à la surface au sol des locaux. Il faudra retirer la surface des luminaires, des détecteurs, des bouches, des zones de coin non couvertes, … pour arriver à la surface utile rafraîchie.

La figure ci-dessous montre l’évolution de la puissance intrinsèque pour un type donné de plafonds :

Exemple.

température ambiante : 26 °C
régime eau froide : 15 °C – 17 °C –> T°moy = 16 °C
Delta T° (ambiance – temp. moyenne eau) = 10 K

On en déduit un puissance intrinsèque de 77,5 W/m².

La sensibilité est forte puisque si la température ambiante monte de 1°C, la puissance frigorifique monte à 85 W/m² (+ 10 %).
Et inversément, si la température ambiante souhaitée est de 24°C, la puissance disponible descend à 63 W/m² (- 19 %) ! Mais en pratique, les 26 °C sont très bien supportés par les occupants suite au rayonnement froid. Ce serait plutôt 24°C qui génèrerait de l’inconfort par excès de refroidissement.

Il est clair que si le local nécessite des puissances frigorifiques importantes et fort variables dans le temps, le ventilo-convecteur convient mieux.

L’évaluation des apports latents dans les locaux

Il semble que les apports en eau par les occupants proposés dans la méthode « Carrier » soient fort élevés et correspondent au regard d’un fournisseur de matériel frigorifique, soucieux de vaincre les situations les plus critiques. Dans « Le Recknagel », on trouve des valeurs en apport d’eau plus modérées. L' »ASHRAE » est également légèrement plus faible que « Carrier ».

De plus, les valeurs « Carrier » sont valables pour une climatisation par convection. Les occupants augmentent l’échange par évaporation lorsque la température de l’air augmente, pour compenser la perte d’échange par convection.

Dans le cas d’une climatisation avec un plafond froid, une partie de l’échange se fait par rayonnement et cette partie n’est pas fonction de la température ambiante et il semble donc que les occupants produisent moins de vapeur.

Le débat reste ouvert et nécessite une confirmation par mesures officielles en laboratoire. Mais ces valeurs vont influencer l’évaluation du débit d’air neuf (ci-dessous) et donc la consommation finale de l’installation.

La détermination du débit d’air neuf

L’air neuf hygiénique est fortement déshumidifié en été pour supprimer le risque de condensation sur les plafonds.

Le niveau de déshumidification à atteindre est directement fonction de la température minimale d’entrée de l’eau dans les plafonds : idéalement il faudrait pouvoir travailler avec de l’eau à 17° d’entrée, 19° de sortie. Pour plus d’information à ce sujet, on consultera la régulation de la déshumidification.

Plus classiquement, on se limite à refroidir l’air extérieur jusque 13 °C en sortie de batterie froide, l’air est postchauffé jusque 15 °C et pulsé à 16 °C dans les locaux (1° est donné par le ventilateur).

Pour déshumidifier davantage, on peut augmenter le débit d’air neuf pulsé qui peut atteindre les 2 renouvellements horaires. Mais cette solution est plus énergivore dans la mesure où elle entraîne des coûts de transport de l’air plus élevé et le réchauffage d’une quantité d’air neuf plus élevée durant tout l’hiver et la mi-saison.

Il faut d’ailleurs se soucier du réflexe de l’installateur qui, étant inquiet « de ne pas y arriver » en été (= de ne pas avoir une puissance frigorifique suffisante avec les plafonds), va « pousser » le débit d’air afin qu’il puisse donner un petit effet refroidissant complémentaire.

Évaluer

Pour le Maître d’Ouvrage, c’est une consommation permanente supplémentaire non négligeable liée au traitement de l’air neuf, pour un risque limité à quelques journées par an, lors d’un été fortement ensoleillé.

A noter qu’il est possible d’augmenter plus astucieusement la puissance frigorifique du plafond en valorisant l’effet convectif de l’air neuf. L’idée est de faire en sorte que de l’air en mouvement vienne lécher le plafond en augmentant ainsi l’effet frigorifique. Mais il ne faut pas souffler l’air neuf directement le long du plafond. En effet, cet air est déjà froid (16 °C) et il ne captera pas l’énergie du plafond (16°C). Au contraire, il supprimera le contact entre une partie du plafond et l’air chaud du local. Par contre, si l’air neuf est distribué par bouches toriques verticalement, en plusieurs points du plafond, il va générer un brassage de l’air du local par induction et celui-ci va entrer en contact avec le plafond. Des essais menés à l’ULg ont permis ainsi d’augmenter jusqu’à 30 % la puissance frigorifique du plafond.

Le réseau de distribution d’eau

La distribution est basée sur des tuyauteries-mères (généralement disposées au plafond du couloir) qui alimentent les serpentins des différents locaux.

On souhaite souvent diminuer au maximum le delta de T° entre aller et retour, afin d’avoir le plafond le plus froid possible et la puissance maximale. Mais cela entraîne une augmentation du débit et donc du diamètre de la tuyauterie. La longueur maximum des circuits sera déduite d’une volonté de limiter à DN 80 ou DN 100 le diamètre des conduites-mères et de critères de dilatation des réseaux.

Il faudra prévoir la gestion de la pression différentielle du réseau, suite à la fermeture des vannes 2 voies. Cela se fera de préférence au moyen d’un circulateur à vitesse variable.

Un projet global

Le plafond froid ne peut être considéré comme un élément indépendant parcouru par de l’eau froide. C’est un système global qui intègre des exigences techniques et esthétiques :

le plafond froid : finition, forme, matériaux, puissance intrinsèque garantie;
l’architecture : aspect, planéité, sécurité au feu, performances acoustiques,…
les équipements à incorporer : luminaires, détecteurs, bouches,…
la pulsion d’air neuf : débit réglementaire ou sur-évalué pour répondre aux besoins de froid, refroidissement, déshumidification, confort (vitesse résiduelle)…
l’eau froide : débit et niveau de température, pression statique admissible, disposition des tuyauteries, production,…
la régulation : contrôle individuel de la température ambiante, contrôle des températures d’air et d’eau en fonction de la température extérieure, contrôle de l’humidité, asservissement à l’ouverture des fenêtres,…
la récupération d’énergie : capteur d’énergies « gratuites » venant des espaces de travail, récupération d’énergie, intégration des circuits plafonds froids dans l’ensemble du circuit de production de froid,…

Une collaboration entre Ingénieur Conseil et Architecte s’impose dès le début du projet, en y associant le Maître d’Ouvrage car il influencera les premières réflexions :

le niveau de confort à atteindre;
le souhait de faire également le chauffage par faux plafond;
le niveau de puissance à atteindre;
…

Réception des installations

Planéité du plafond

La pose est généralement délicate car tout défaut dans la planéité d’un faux plafond est directement visible, surtout si la lumière est rasante. Les réceptions d’installation donnent généralement lieu à des discussions tendues entre architecte et installateur !

Bon fonctionnement hydraulique

Une fois le plafond fermé, tout est caché et il est très difficile de pouvoir dire quel est le fonctionnement réel du réseau !

Imaginons la plainte d’un occupant futur : est-ce lui qui est de mauvaise foi … ou le débit d’eau qui est réellement insuffisant ?

Il est tout à fait possible qu’une vanne d’isolement soit par erreur fermée (sic !), qu’un thermostat soit défectueux, qu’un flexible soit croqué, …

La vérification sur site comprend :

les contrôles et essais hydrauliques systématiques (positions des tuyaux, points d’éventage, essais de pression);

la vérification de la bonne circulation d’eau dans les réseaux et l’irrigation correcte de chaque élément de plafond.

Idéalement, il faudra procéder à une thermographie infrarouge du plafond lors de la réception de l’installation. Le coût de cette mesure a fortement baissé grâce à l’amortissement des caméras et se justifie amplement par rapport aux ennuis que l’on peut avoir tout au long de la vie de l’équipement. De plus, ce type de contrôle se fait beaucoup plus facilement tant que le bâtiment est inoccupé.

Il suppose une bonne préparation avant le passage des agents contrôleurs (notamment en mettant la pleine puissance de l’installation en route, quitte à chauffer parallèlement le bâtiment par le système de chauffage).

Après la mise au point finale et les vérifications de la performance finale (température ambiante, vitesses résiduelles, confort,… ), l’information de l’exploitant et de l’occupant seront nécessaires afin d’utiliser ce système au mieux de ses possibilités. Il est utile d’expliquer le principe d’apport de froid pour éviter le risque d’un excès de froid. La température de l’air n’est pas le seul critère. Un thermostat classique peut être réglé sur 25 ou 26°C car le plafond froid entraîne un équivalent-confort de 24°C. On rencontre d’ailleurs des installations où les thermostats ne sont pas gradués…!

Source : Conférence de Mr P.A. Delattre – Tracrebel Development Engineering – journée ATIC du 25.09.98.

Posted By : 25 Sep, 2007

Prédimensionner une installation sanitaire tertiaire

Objectif : un ordre de grandeur réaliste

La difficulté de l’évaluation pour un bâtiment neuf

Idéalement, l’installation se dimensionne se base sur le profil de puisage (quantité d’eau puisée en fonction du moment de la journée) le plus critique.

Or la constitution de ce profil de puisage n’est pas évidente dans un bâtiment neuf puisque l’on ne connaît pas encore son mode de fonctionnement. Tout au plus connaît-on les équipements sanitaires et peut-on imaginer des scénarios réalistes.

Le bureau d’études, soucieux de garantir le confort à 200 %, prend alors de fortes sécurités. Lors des audits d’installation, il n’est pas rare de rencontrer des ballons de stockage 2 à 3 fois plus volumineux que nécessaire.

Avec la conséquence que l’on imagine sur les pertes de stockage…

La possibilité de réajuster le tir dans un bâtiment existant

Dans les bâtiments existants, il est possible de connaître précisément le mode d’utilisation, moyennant le placement d’un compteur sur la fourniture d’eau chaude. Le coût de ce dernier est en général souvent vite remboursé par l’économie d’investissement lors du remplacement du matériel et par l’économie d’énergie qui résulte d’un dimensionnement plus strict.

Malgré cela, peu d’installateurs prennent la peine de passer par cette étape. C’est donc au gestionnaire de l’imposer.

Pas de méthode normalisée pour les bâtiments tertiaires

En Belgique, il n’existe malheureusement pas de méthode normalisée de dimensionnement des installations d’eau chaude sanitaire. Il existe seulement une Note d’Information Technique du CSTC, basée sur la norme allemande DIN 4708, qui présente le moyen de définir le profil de puisage d’un immeuble à appartements en fonction du nombre de logements.

Il n’existe pas « un » volume de stockage possible

Il existe une infinité de solutions :

depuis le ballon de stockage capable durant la nuit de préparer l’eau chaude de toute une journée,
jusqu’à l’échangeur instantané qui ne stocke rien à l’avance,
en passant par toutes les solutions intermédiaires de ballons tampons qui gèrent la pointe et se rechargent en cours de journée par un échangeur interne.

Il est possible de checker l’ordre de grandeur

En se fixant des hypothèses de départ, la démarche développée ci-dessous permet de fixer un ordre de grandeur réaliste pour les équipements.

Le profil de puisage

La connaissance de la quantité d’eau chaude puisée est indispensable pour dimensionner correctement l’appareil de production, quel que soit le système choisi.
Il existe trois méthodes pour établir le volume puisé dans un bâtiment :

Les profils typesOn peut se référer à des statistiques de consommation établies sur des bâtiments identiques.
On appliquera souvent cette méthode pour les bâtiments neufs.
Le recensement des points de puisage
On peut répertorier les points de puisage, leur débit nominal et leur période d’utilisation d’après les statistiques disponibles.
Des exemples de débits pour des points de puisage typiques peuvent être utilisés.
Ce recensement est à réaliser avec énormément de prudence. En effet, le risque de surdimensionner largement le système est important si on n’établit pas un scénario d’utilisation simultanée des différents points de puisage.
Le comptage des consommations réelles
La méthode idéale est de mesurer la consommation réelle d’eau chaude. Cette méthode sera la plus adaptée dans le cadre de rénovations dans le secteur tertiaire.
Une campagne de mesures au moyen de compteurs d’eau, soit sur l’alimentation des différents points de puisage ou appareils consommateurs, soit sur l’alimentation en eau froide de l’appareil de production existant, met à l’abri de tout sur ou sous-dimensionnement du système.

Uniformisation des températures de l’eau chaude puisée :

La température de l’eau puisée varie en fonction du type de puisage.

Aussi, pour permettre l’addition de volumes puisés à des températures différentes, les volumes V_x à une température T_x seront convertis en volumes d’eau équivalents à 60°C par l’expression suivante :

V₆₀= V_x

Dans cette expression, 10° représente la température moyenne de l’eau froide

Si la température de l’eau puisée est inconnue, on considérera :

pour les cuisines : TX = 55°C,
pour les sanitaires : TX = 45°C,

Si les volumes puisés sont mesurés par compteur sur l’alimentation en eau froide de l’appareil de production :
TX = température de l’eau du ballon (ou en sortie de l’échangeur si le ballon est inexistant).

Coefficient d’efficacité « a » du ballon de stockage

Lorsque de l’eau chaude est puisée, de l’eau froide envahit le bas du ballon, le haut restant disponible pour l’utilisation suivante.

Mais dans certains cas (ballon horizontal, retour de la boucle dans le ballon, …), un mélange d’eau chaude et froide se produit, si bien que de l’eau à 35 … 40°C se forme. Cette eau est inutilisable. La température du ballon ne peut descendre en dessous de la température minimum de distribution de l’eau (par exemple, la température de distribution est de 45°C, pour assurer 40°C à tous les points de puisage). Le volume du ballon nécessaire pour offrir le même confort sera alors nettement supérieur.

Moyennant une construction adéquate de l’appareil, la stratification dans le ballon est optimale et l’énergie exploitable du ballon est maximum. Dans ce cas, on considère qu’au moment où le ballon ne fournit plus le confort adéquat aux utilisateurs, la température de l’eau est proche de la température de l’eau froide, à savoir 10°C.

Ainsi, le volume d’un ballon avec bonne stratification peut être inférieur au volume d’un ballon où il y a mélange intégral entre l’eau froide et l’eau chaude de plus de 50 %, pour un même confort fourni à l’utilisateur ! Ceci est illustré dans le graphe ci-dessous, où deux ballons, un avec bonne stratification (a = 0,9), l’autre avec un mélange important(a = 0,5), sont vidés en parallèle, l’eau chaude étant remplacée par de l’eau à 10° et aucune source de chaleur ne réchauffant le stock.

Température de l’eau fournie par deux ballons en fonction du temps de puisage.
L1 = limite de confort pour un ballon avec mauvaise stratification
L2 = limite de confort pour un ballon avec bonne stratification.

Dans les calculs, pour tenir compte du degré de stratification des ballons, on considère une température minimum possible du stock de 10° et on y associe un coefficient d’efficacité ‘a’. Dans la plupart des cas courants, celui-ci prend une valeur de 0,8 à 0,95 (bonne stratification), ce qui signifie que 80 à 95 % du volume réel du ballon est utilisable pour la température voulue. Si on se trouve dans le cas d’un ballon avec mélange important, ‘a’ peut descendre jusqu’à 0.45.

Préparation instantané

Un système de production d’ECS instantané ne comporte pas de volume de stockage. Son dimensionnement consiste à déterminer la puissance du générateur (production directe) ou de la chaudière et de l’échangeur (production indirecte).

En pratique, cette puissance correspondra à la puissance nécessaire pour subvenir aux besoins maximum en 10 minutes.

Etape 1 : Énergie maximum puisée en 10 minutes

Il s’agit de déterminer le volume d’eau maximum (équivalent à 60°C) puisé en 10 minutes durant la journée la plus chargée de l’année. Le volume d’eau chaude puisé a été déterminé. L’énergie maximum puisée en 10 minutes via l’eau chaude est alors donnée par la formule :

E_inst= 1,16 x V_60instx (60° – 10°) / 1 000

avec,

Einst = énergie puisée maximum en 10 minutes en kWh
V60inst = volume maximum, puisé en 10 minutes, exprimé en litres, ramené à 60°.
1,16 / 1 000 = coefficient de correspondance (capacité thermique d’un litre d’eau)
10° = température de l’eau froide

Etape 2 : Puissance de la production

La puissance (en kW) de l’échangeur (ou du générateur) équivaudra à

Puissance = E_instx 6 + P_dis

avec,

Pdis = pertes dans le réseau de distribution. Dans le cas d’une boucle de distribution, il s’agit de la puissance de maintien en température de celle-ci.

Calculs

Un petit logiciel permet d’estimer ces pertes de distribution.

Exemple.

Les sanitaires comportent 10 douches. La demande de pointe maximum est basée sur le fonctionnement simultané de 6 douches. Chacune d’entre elles ayant un débit instantané de 10 litres/min, on estime la demande à 600 litres en 10 minutes à 40°C.

Cette demande est

convertie en demande à 60°C :

600 x (40 – 10) / (60 – 10) = 360 litres

On en déduit

l’énergie correspondante :

1,16 x 360 X (60 – 10) / 1 000 = 20,88 kWh/10 minutes

Et donc la puissance :

20,88 x 6 = 125,28 kW

Préparation par accumulation pure

Dans ce cas, l’entièreté des besoins journaliers est stockée. Le stock est reconstitué durant la nuit.

Étape 1 : Énergie puisée durant la journée

Le volume d’eau chaude maximum (équivalent à 60°) puisé durant la journée la plus chargée de l’année a été déterminé. L’énergie puisée via l’eau chaude est donnée par la formule :

E_acc= 1,16 x V_60accx (60° – 10°) / 1 000

avec,

E_acc énergie puisée durant une journée entière en kWh
V_60acc volume d’eau chaude total puisé durant une journée, ramené à 60°C, en litres
1,16/1 000 coefficient de correspondance (capacité thermique d’un litre d’eau)
10° température de l’eau froide

Étape 2 : Volume de stockage et puissance de l’échangeur

Le volume du ballon de stockage est donné en litres par :

Volume =

avec,

T°_ec= température de l’eau du ballon
10° = température de l’eau froide
a = coefficient d’efficacité du stockage

La puissance de l’échangeur, donnée en kW par la formule suivante, permet de reconstituer le stock d’eau chaude en 6 ou 8 heures.

Puissance =

avec,

0,9 = coefficient de majoration pour tenir compte des pertes de stockage durant la période de reconstitution du stock.
P_dis= pertes dans le réseau de distribution. Dans le cas d’une boucle de distribution, il s’agit de la puissance de maintien en température de celle-ci.

Calculs

Un petit logiciel permet d’estimer ces pertes de distribution.

On prendra en général, une puissance minimum de 10 à 12 W/Litre de stock.

Exemple.

Les sanitaires comportent 10 douches. La demande maximum est estimée sur base de 50 douches/jour. Chacune d’entre elles générant 40 litres à 40°C, on estime la consommation journalière à 2 000 litres.

Cette demande est

convertie en demande à 60°C :

2 000 x (40 – 10) / (60 – 10) = 1 200 litres

on en déduit

l’énergie correspondante :

1,16 x 1 200 X (60 – 10) / 1 000 = 69,6 kWh/jour

et donc le volume de stockage :

69,6 x 1 000 / 1,16 x (60 – 10) x 0,9 = 1 333 litres

Préparation en semi-accumulation/semi-instantané

Deux situations peuvent se présenter :

1° Les besoins sont continus et l’installation peut être décrite par de puisage « critique »

Dans le premier cas, il est possible d’utiliser une méthode du type de celle développée dans la norme IN 4708 ou dans le guide n°3 de l’AICVF. Le principe consiste à établir la courbe représentant les besoins maximum consécutifs que l’on peut rencontrer. On en déduit l’ensemble des couples « puissance – volume de réservoir » qui permettent de satisfaire ces besoins.

Calculs	Pour accéder à la description détaillée de la méthode.
Calculs	Pour accéder au logiciel de calcul.

2° Les besoins sont discontinus, l’installation doit vaincre un débit de pointe sur un temps donné

Dans ce cas, bien que la méthode présentée ci-avant reste évidement d’application, une méthode algébrique simple est possible. Cette méthode n’est applicable que si l’on admet l’hypothèse qu’aucun puisage n’est effectué entre deux pointes et que le stock d’eau chaude est reconstitué durant cette période. L’appareil est évidement dimensionné pour satisfaire la pointe la plus critique.

C’est le cas par exemple dans les halls de sport où les douches sont utilisées durant 10 minutes toutes les heures, aucun puisage n’étant effectué durant les 50 minutes intermédiaires.

La méthode repose sur deux équations,

1. Énergie puisée via l’eau chaude = Energie contenue dans le stock + Energie fournie par l’échangeur durant le puisage.

1.16 x V₆₀ x (60° – l0°) = 1.16 x a x V x (T_ec– 10°) + (t_p– 3) x P x 16,7

où,

V₆₀= volume puisé durant la période la plus critique, ramené à 60°C (en litres)
V = volume du ballon de stockage (en litres)
T_ec= température de l’eau stockée (en °C)
10° = température de l’eau froide et température minimale que peut atteindre le stock tout en garantissant le confort (en °C)
a = coefficient d’efficacité du ballon de stockage
t_p= temps de puisage (en minutes)
3 = temps d’attente entre le début du puisage et la mise en action de l’échangeur : 3 minutes en production directe et 5 minutes en production indirecte
P puissance de l’échangeur (en kW)
16,7 = facteur de conversion d’unités

2. Energie fournie par l’échangeur durant la période de reconstitution du stock = Energie nécessaire pour augmenter la température du stock jusqu’à la température maximum de stockage

t_rx P x 16,7 = 1.16 x a x V x (T_ec– 10°)

où,

t_r= temps de reconstitution du stock entre 2 pointes de puisage (en minutes)

Ceci permet de déterminer directement :

Volume de stockage : V =

Puissance de l’échangeur : P =

Comme on le voit, cette méthode ne donne qu’une seule possibilité de choix d’appareil, contrairement à la première méthode qui débouche sur plusieurs solutions possibles et donc permet une optimalisation du choix.

Calculs

Pour accéder au logiciel de calcul.

Exemple.

La période de pointe maximum est de 770 litres à 60°C en 20 minutes. Le stock doit être reconstitué en 30 minutes pour satisfaire la demande suivante. Le coefficient d’efficacité est de 0,9. La température de l’eau stockée est de 60°C.

On obtient un volume de 546 litres et une puissance de 57 kW.

Exemple : le dimensionnement d’une école

Une école comprend :

une salle de gym avec 8 douches,
un internat équipé de 8 lavabos et 5 douches,
une cuisine comprenant un lave-vaisselle et un bac évier.

Remarque : pour simplifier l’exemple, il ne sera pas tenu compte dans le calcul des puissances des pertes de distribution et de stockage.

Profil de puisage

1. La salle de gym

Les lundi, mardi, jeudi, vendredi, les 8 douches fonctionnent simultanément et en continu (vanne d’ouverture commune) pendant 10 minutes après chaque cours (de 9h30 à 12h30 et de 14h30 à 16h30).

Les mercredis après-midi, les activités sportives organisées par l’école, impliquent le même type de fonctionnement.

Le soir, la salle de gym est occupée par des clubs sportifs. La location de la salle se fait à l’heure (de 19 à 22h00).

Profil de puisage du gymnase.

Chaque heure, c’est 640 litres à 45°C qui sont puisés, soit 448 litres à 60°C.

2. L’internat

Les équipements sanitaires de l’internat sont utilisés le matin et le soir. Tous les jours de la semaine sont semblables. Le week-end, l’internat est vide.

L’internat n’est pas occupé durant les vacances scolaires (pas de groupes extérieurs logés).

Après observation, on a déterminé que :

Le matin, seulement 2 douches au maximum sont utilisées pendant 10 min. Les 6 lavabos fonctionnent simultanément en continu pendant 10 min.
Le soir, les 5 douches fonctionnent en continu pendant 20 min. Seulement 3 lavabos simultanément sont utilisés pendant 20 min. Cela représente une demande de 385 litres à 60°C/10 minutes, durant 20 minutes.

Profil de puisage de l’internat.

3. La cuisine

Les repas chauds du midi sont fournis par un service traiteur.

Seul le lave-vaisselle est donc consommateur. Il fonctionne 1 fois par jour après le repas de midi.

Profil de puisage de la cuisine.

4. Profil de puisage total

Si l’appareil de production d’eau chaude sanitaire doit satisfaire les besoins des 3 groupes d’utilisateurs précédents, il doit satisfaire le profil de puisage repris ci-dessous.

Profil de puisage total en litres à 60°C.

Dans ce profil, l’ensemble des consommations sont ramenées à 60°.

Remarque : nous ne discutons pas ici de l’opportunité de scinder la production D’ECS en unités distinctes et indépendantes. Ni de la pertinence de garder un système où toutes les douches coulent en même temps ! On dira que c’était pour avoir un profil plus simple à présenter !

Profil de l’énergie puisée et courbe des besoins consécutifs

1° Préparation semi-instantanée ou en semi-accumulation.
Méthode des besoins continus.

Dans un premier temps, on essayera de satisfaire la période de puisage la plus critique.

Le dimensionnement de l’appareil de production pour cette période permettra de définir une puissance et un volume capable de satisfaire n’importe quelle autre demande de la journée.

La période la plus critique s’étale de 19 à 20h. Durant cette période, le maximum d’eau consommée

en 10 minutes = 448 l à 60° ou 26 kWh
en 20 minutes = 385 + 385 l à 60° ou 45 kWh
en 30 minutes = 385 + 385 l à 60° ou 45 kWh
en 40 minutes = 385 + 385 l à 60° ou 45 kWh
en 50 minutes = 448 + 385 l à 60° ou 48 kWh
en 60 minutes = 448 + 385 + 385 l à 60° ou 71 kWh

Le stock doit être reconstitué avant 20h50 pour satisfaire la demande suivante.

On peut déduire de ce profil d’énergie puisée une courbe des besoins consécutifs.

Courbe d’égale satisfaction des besoins

En introduisant le profil de consommation dans le logiciel d’évaluation de la puissance et du volume du réservoir en semi-accumulation (sur base du profil de pointe), on obtient la courbe d’égale satisfaction des besoins. Il est possible de choisir n’importe quel couple Puissance-Réservoir. Plus la puissance est faible, plus le volume du réservoir doit être important.

2° Préparation semi-instantanée ou en semi-accumulation.
Méthode des besoins discontinus.

Appliquons les formules :

V =

P =

On considère ici deux pointes :

a.A 19h, consommation de 2 x 385 l à 60° en 20 minutes, le stock est reconstitué en 30 minutes.

tp 20 min.
tr 30 min.
V60 770 1
Tec 60°
a = 0,9

On obtient V = 546 l et P = 57 kW
b.A 19h50, consommation de 448 l à 60° en 10 minutes; le stock est reconstitué en 50 minutes

tp 10 min.
tr 50 min.
V60 = 448 l
Tec = 60°
a = 0,9

On obtient V = 436 l et P = 27 kW

On retiendra donc les résultats du point a.

3° Préparation instantanée.

Le débit instantané maximum en 10 min. est de 448 litres d’eau à 60°C.

L’appareil de production instantanée doit avoir une puissance de :

pour pouvoir fournir 448 l d’eau à 60° en 10 minutes.

4° Préparation en accumulation pure.

Le volume total puisé par jour est de 3 000 litres à 60°

ceci équivaut à une énergie puisée de :

3 000 (60° – 10°) / 1 000 = 174 kWh

Le volume du ballon de stockage devra donc être de :

174 1 000 / a 1.16 (Tec – 10°)

Si on choisit Tec = 60° et a = 0,9, le volume de stockage égale 3 300 litres.

La puissance de l’échangeur nécessaire à la reconstitution du stock en 8h (sans tenir compte des pertes de distribution et de stockage) égale :

174 kWh / 8h = 22 kW

Faut-il additionner les puissances de chauffage du bâtiment et de l’ECS ?

La chaudière est surdimensionnée 364 jours par an puisqu’elle est calculée pour vaincre la pire période froide de l’année (- 10°C, température extérieure de base, arrivant 1 jour par an, en moyenne établie sur 30 ans).

Mais il faut imaginer ce qui se passerait ce jour là !

Tout est fonction du rapport des puissances en jeu.

Dans le cas d’une école, les seuls besoins d’eau chaude sanitaire sont ceux du réfectoire. Et encore, le lave-vaisselle chauffe son eau de façon indépendante.
Dans ce cas, la mise en route du chauffage de l’eau chaude n’entraînera aucune perturbation du fonctionnement du chauffage du bâtiment et il ne faut pas prévoir de supplément de puissance.

Et s’il s’agit d’un hôpital ? Les besoins en eau chaude sanitaire sont constants. Il faut envisager le moment où il ferait – 10°C. Le chauffage devra se superposer à la fourniture de l’eau chaude : les puissances devront s’additionner.

Tentons de définir un critère chiffré :

Imaginons que le bureau d’études se base sur les déperditions des locaux pour définir la puissance des radiateurs (–> + 5 % dans le choix du radiateur dans le catalogue), qu’il additionne toutes ces puissances pour définir la puissance chaudière, qu’il applique un coefficient de relance (+ 20 % environ) pour disposer d’une surpuissance le lundi matin. On suppose qu’il installe 2 chaudières reprenant chacune 60 % de la puissance totale, mais qu’il ne cumule pas les + 20 % correspondants avec celle de la relance.

On voit qu’il n’est pas du tout irréaliste de penser que le surdimensionnement atteint 25 %, au pire moment. Et que donc, tant que la puissance du chauffage de l’ECS ne dépasse pas 25 % de la puissance, aucun supplément ne doit être installé.

On pourra toujours rétorquer que s’il fait – 10° et que c’est un lundi matin …

Méditons sur notre propension à dimensionner nos équipements pour le cas qui arrive une fois par siècle… et à son lien avec la pollution de nos villes.

Posted By : 25 Sep, 2007

Définir les objectifs à atteindre (check-list d’un cahier des charges)

Définir les objectifs à atteindre en rénovation éclairage (check-list d'un cahier des charges)

La rénovation de l’éclairage est programmée. Voici les points essentiels que doit contenir le cahier des charges établi par l’auteur de projet.

On sera attentif à 4 aspects du projet :

Les tableaux suivants reprennent la liste simplifiée des bons réflexes à acquérir.

Paramètres de dimensionnement

Exigences	Pour en savoir plus
Dans les différents locaux les zones de travail et zones environnantes immédiates doivent être définies de la façon la plus précise possible. La surface restante du local, diminuée des deux surfaces précédentes représente la zone de fond.
Le niveau d’éclairement moyen dans la zone de travail et au plan de référence doit être spécifié suivant la tâche exécutée. Le niveau d’éclairement moyen dans la zone environnante immédiate et au plan de référence respectera la norme EN 12464-1, à savoir qu’il doit être diminué d’un facteur 1.5 à 1.66.	Données
Le facteur de maintenance choisi pour le dimensionnement doit être de 0,8 pour les installations où les luminaires sont équipés avec ballasts électromagnétiques et 0.9 avec ballasts électroniques.	Concevoir
L’uniformité d’éclairement : dans la zone de travail doit être : Emin / Emoy > 0.4 à 0,7 ; dans la zone environnante immédiate : Emin / Emoy > 0.4 ; dans la zone de fond : Emin / Emoy > 0.1	Évaluer
Les coefficients de réflexion des parois sont les plus proches possibles des caractéristiques réelles du local. On prendra les valeurs par défaut recommandées.	Concevoir
Dans la plupart des cas, la puissance spécifique (perte ballast comprise) ne peut dépasser : 1,5 W/m²/100 lux dans les bureaux, classes et salles de réunion 2,5 – 3 W/m²/100 lux pour les pièces plus spécifiques (salle de sport,..)	Evaluer

Choix de matériel

Exigences

Pour en savoir plus

Les lampes dites à usage domestique (émettant moins de 6 500 lm) dispose d’un label « Énergie ».

Le choix de la lampe tient compte aussi de l’indice de rendu de couleur Ra défini dans les normes en fonction de la tâche ou du local considéré.

Théories

L’auteur de projet est en mesure de calculer et de fournir la valeur de l’UGR des luminaires choisis pour l’implantation considérée.

Théories

Les luminaires sont équipés d’optiques réfléchissantes et ont un rendement minimum de 70 %.

Concevoir

Pour éviter les éblouissements directs dans les locaux, les luminaires ont les caractéristiques suivantes :

Luminance de la lampe kCd/m2	Angle maximum de défilement
20 à < 50	15°
50 à < 500	20°
>= 500	30°

Pour éviter les éblouissements indirects dans les locaux équipés d’écran de visualisation, les luminaires ont les caractéristiques suivantes :

État de luminance élevé de l’écran

Écran à haute luminance

L > 200 cd•m-2

Écran à luminance moyenne

L ≤ 200 cd•m-2

Cas A
(polarité positive et exigences normales concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés dans les bureaux, pour l’éducation, etc.).

≤ 3 000 cd/m²

≤ 1 500 cd/m²

Cas B
(polarité négative et/ou exigences plus élevées concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés pour le contrôle des couleurs en conception assistée par ordinateur etc.).

≤ 1 500 cd/m²

≤ 1 000 cd/m²

Concevoir

Dans les halls de moins de 7 m de haut, les sources lumineuses sont des tubes fluorescents ou des LEDS de type 830 ou 840 (température de couleur comprise entre 3 000 et 4 000 K, indice de rendu des couleurs compris entre 80 et 90).

Concevoir

Dans les halls de plus de 7 m de haut, les lampes sont de type tube fluorescent, aux halogénures métalliques ou au sodium haute pression.

Concevoir

Les ballasts seront de type électronique avec préchauffage et d’une catégorie énergétique (EEI Energy Efficiency Index) inférieure à la catégorie A3 définie dans la directive 2000/55/CE.

Concevoir

Les luminaires sont protégés contre la production d’interférences électriques : ils sont marqués ou certifiés ENEC.

Concevoir

Les luminaires ont un degré de protection électrique minimum de classe I.

Concevoir

Dans les ambiances poussiéreuses et humides, les luminaires doivent avoir un degré de protection minimum IP56.

Concevoir

En cas de risque de choc, les luminaires doivent avoir une résistance minimum de 5 joules (IK08).

Concevoir

Des

–luminaires doivent être utilisés dans les ambiances explosives.

Concevoir

Systèmes de commande et de gestion

Exigence	Pour en savoir plus
Chaque local doit disposer d’une commande d’allumage propre.	Concevoir
Dans chaque local, la rangée de luminaires la plus proche des fenêtres doit pouvoir être commandée séparément et dimmée en fonction de la lumière naturelle.	Concevoir
La détection d’absence (détecteur de mouvement) combinée à un bouton poussoir d’allumage manuel volontaire est une solution énergétiquement intéressante d’un point de vue gestion de présence.	Concevoir

Recommandations de bonne pratique

Exigences	Pour en savoir plus
Les éléments du luminaire seront faciles d’accès pour l’entretien (accès aux composants électriques, démontage des optiques,…). Pour les halls de grande hauteur, des dispositifs de suspension spéciaux peuvent être prévus pour faciliter la maintenance (treuil, …).	Concevoir
Chaque zone d’activité doit posséder sa commande d’éclairage propre.	Concevoir
Les activités secondaires demandant moins d’éclairage (gardiennage, entretien, …) peuvent disposer d’une commande d’éclairage propre (commandant 1 luminaire sur 3, par exemple).	Concevoir
L’ensemble de l’installation peut être raccordé sur un programmateur horaire avec possibilités de dérogation locale et retour au mode automatique après une certaine période.	Concevoir
Les locaux à occupation intermittente et non programmable (circulations, entrepôts, …) peuvent être équipés de détecteur de présence.	Concevoir
La couleur des parois du local doit être claire.	Concevoir

Une check-list énergétique est mise à disposition du maître d’ouvrage afin de clarifier les demandes de performance énergétique en conception et/ou en rénovation de bâtiments.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les fax

Il existe actuellement sur le marché des appareils fax ayant une consommation en mode stand-by extrêmement réduite (de l’ordre de 0,02 W). Ces fax sont également caractérisés par une relance rapide suite à :

La manipulation d’une touche,
l’insertion d’un document,
la réception d’un document.

Les fax laser qui réceptionnent entièrement les messages avant de les imprimer auront une consommation moindre. L’impression des messages en recto-verso procure également une économie de papier.

Un truc : remplir entièrement la page d’en-tête d’un message réduit fortement la consommation de papier, la consommation d’énergie et le coût de la communication téléphonique.

Évaluer

Pour plus de détail sur les puissances et les consommations mises en jeu au niveau des écrans, cliquez ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les photocopieurs

Choisir la capacité de l’appareil en fonction de ses besoins

On a vu précédemment que la consommation d’un photocopieur dépendait de sa vitesse d’impression (nombre de copies par minute ou cpm). Il s’agit donc en tout premier lieu de choisir une machine correspondant à ses besoins propres. Un photocopieur trop gros produira un surcoût et une surconsommation inutiles, tandis qu’un trop petit risque de provoquer un inconfort de travail et une perte de productivité.

Choisir des appareils ayant une mise en veille réelle

Lorsqu’un photocopieur est en attente, il conserve généralement une consommation non négligeable (pour cpm < 40, puissance en attente ± 200 W). Pour les anciens photocopieurs, cette consommation était nécessaire pour maintenir les machines prêtes à l’impression. Les éteindre demandait alors un temps de relance (remise à température du tambour) trop important et incompatible avec un travail efficace.

Il existe maintenant sur le marché des photocopieurs dont la technologie permet un refroidissement complet durant les périodes d’inutilisation et une relance immédiate sous l’impulsion d’une commande.

En mode veille, le photocopieur consommera alors de 0 à 39 W.

Il faut cependant vérifier que la mise en veille soit réelle. Pour des raisons de marketing, il est possible que seul le tableau de commande s’éteigne lors de la mise en veille ! Dans ce cas il n’y a aucune économie d’énergie.

Que rapporte une mise en veille des appareils ?

L’évaluation des consommations montre qu’une photocopieuse labellisée (Energy Star par exemple) dont la fonction de « mise en veille » est activée, réduit de 30 à 45 % l’énergie consommée globalement sur une année :

Exemple.

Pour une photocopieuse de moyenne vitesse (21-44 copies par minute) la consommation annuelle :

En gestion conventionnelle est de l’ordre de 747 [kWh/an].
En gestion basse énergie activée est de l’ordre de 433 [kWh/an].

Évaluer

Pour plus de détail sur les puissances et les consommations mises en jeu au niveau des écrans, cliquez ici !

Choisir un appareil ayant le mode impression le plus économe et un timer

Plus les photocopieurs deviennent importants (cpm > 30), plus en principe, ils doivent avoir un fonctionnement continu.

Pour ceux-ci, il est donc également important de comparer, lors du choix, les puissances absorbées en mode impression.

Voici les caractéristiques techniques nécessaires pour être labellisé par Energy Star.

Photocopieuses labellisées	Puissance moyenne [W] ( source Energy Star)
Photocopieuses labellisées	Mode arrêt	Mode attente	Mode marche
Photocopieuse basse vitesse (0-20 copies par minute).	2	34	115
Photocopieuse moyenne vitesse (21-44 copies par minute).	11	97	177
Photocopieuse basse vitesse (> 45 copies par minute).	12	199	313

Arrêter l’installation durant la nuit et les week-ends

En dehors des heures normales de travail, il est inutile de maintenir les équipements sous tension. Ceci est d’autant plus vrai si les machines ne possèdent pas de mode veille efficace.

L’extinction des équipements collectifs pose généralement certaines difficultés :

Si l’arrêt est manuel, le risque d’oubli est grand. Il sera minimisé si une personne est désignée responsable de l’installation (par exemple, le gardiennage).

Un arrêt automatisé risque de perturber les personnes dont le travail déborde des heures communes. Une possibilité de dérogation doit être possible.

Après une mise en dérogation par un utilisateur « exceptionnel », le mode de coupure automatique doit automatiquement être restauré sous peine d’en perdre tout le bénéfice.

On peut imaginer plusieurs techniques de coupure :

Lors de l’achat d’un nouvel équipement : choisir un photocopieur qui s’éteint de lui-même lorsqu’il n’est plus utilisé.
L’utilisation d’une commande de l’appareil le rend à nouveau opérationnel. Le temps de relance est augmenté par rapport à la mise en veille mais les nouvelles technologies réduisent fortement la période de chauffe.

Pour le matériel existant : placer une simple horloge hebdomadaire ou, encore mieux, annuelle sur l’alimentation de la machine. Pour permettre les dérogations, celle-ci devra disposer en plus des programmes d’interruption, d’une touche « ON/OFF ». Le matin, la mise en route se fera par la première personne utilisant l’appareil. Le soir, l’arrêt est programmé à heure fixe. L’usage du photocopieur en dehors des heures programmées est possible via la touche « ON/OFF ». Pour éviter les oublis qui peuvent en découler, il faut choisir une horloge permettant le choix de plusieurs heures de coupure (exemple : 20 h, 22 h).

Lors de rénovations des installations électriques : prévoir un réseau interruptible de façon centralisée.

Exemple.

Le Centre Hospitalier Régional de Mouscron.

Le réseau électrique de cet hôpital est scindé en deux parties :

Un réseau caractérisé par des prises de couleur blanche qui est coupé chaque soir au niveau de l’alimentation centrale. Les photocopieurs sont branchés sur ce réseau. Leur utilisation est donc impossible la nuit (pas de dérogation).

Un réseau caractérisé par des prises de couleur rouge qui reste alimenté en continu pour les équipements ne pouvant être interrompus (fax, chargeurs de batterie, …).

Lors d’une nouvelle installation électrique : un automate gère l’arrêt, l’allumage et les dérogations, celles-ci étant accordées pour une période de temps limitée.

Exemple.

Dans le bâtiment abritant les locaux de la DGASS du Ministère de la Région Wallonne, l’ensemble des équipements électriques (éclairage, informatique, photocopieurs, ventilation, cuisine, ascenseurs, …) sont gérés au moyen d’un automate programmable. En particulier, les photocopieurs sont branchés sur un réseau « prises » alimenté en fonction d’un horaire strict 8-18 h. Une relance temporisée (sur minuterie est possible en dehors des horaires d’occupation, grâce à un simple bouton poussoir.

Favoriser l’impression en recto-verso

La fabrication du papier consomme beaucoup d’énergie (de 50 à 100 Wh par page A4).

Le papier recyclé demande lui aussi beaucoup d’énergie pour sa transformation et le gain énergétique par rapport à la production classique est très faible. Néanmoins, il faut prendre en compte, qu’indépendamment du volet énergétique, l’industrie du papier consomme beaucoup de … forets impliquées dans le cycle d’absorption des gaz à effet de serre (CO₂).
En outre, des études anglaises ont estimé que la consommation d’énergie pour la production du papier consommé au Royaume-Uni risquait de doubler de 1998 à 2010 si aucune mesure n’était prise.

Bref, il est donc très important d’en limiter la consommation :

L’impression en recto-verso doit donc être favorisée. Le label « Energy Star » impose d’ailleurs pour les grosses machines que le mode recto-verso soit le mode défini par défaut en attente.

Pour les plus petites machines, le mode par défaut peut être reprogrammé. Dans le cas contraire, une affiche peut conscientiser les utilisateurs au problème.

Sensibilisation

Pour en savoir plus sur la sensibilisation des occupants, cliquez ici !

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les chambres de stockage et de conservation

Type d’enceinte de conservation

Il existe différents types d’enceintes de conservation :

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

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

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

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

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

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

Volume et puissance

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

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

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

L’évaporateur

Photo évaporateur.

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

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

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

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

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

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

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

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

Et le coût d’exploitation en sera très pénalisant !

Régulation

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

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

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

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

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

Caractéristiques techniques générales

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

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

Concevoir

Pour plus de détails concernant le choix du fluide frigorigène, cliquez ici !

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

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

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

Refroidissement du condenseur

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

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

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

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

Concevoir

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation – Concevoir]

Récupérer la chaleur sur eau glacée [Climatisation - Concevoir]

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

Objectifs de la récupération

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

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

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

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

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

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

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

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

Principes hydrauliques de base

Exploiter l’énergie frigorifique en fonction de la température

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

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

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

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

Exemple.

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

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

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

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

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

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

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

Exemple de récupération de chaleur sur plafonds froids

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

Fonctionnement estival normal :

Fonctionnement en récupération :

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

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

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

Concevoir

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

Posted By : 25 Sep, 2007

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

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

Les appareils de cuisson

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

Les chambres froides

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

Climatisation

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

La laverie vaisselle

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

La ventilation

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

Ventilation

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

Le délesteur de charge

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

Posted By : 25 Sep, 2007

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

Données

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

Plan

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

Liste des équipements qui dégagent de la chaleur

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

Détermination des lieux d’extraction

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

Calcul des débits

Avec hotte à extraction simple

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

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

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

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

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

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

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

Hotte « à effet d’induction »

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

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

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

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

Restaurant

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

La laverie

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

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

Le local des préparations froides

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

Les réserves

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

Les sanitaires

Évaluer

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

La légumerie

Des légumes qui respirent sont entreposés dans la légumerie.

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

Le local des déchets

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

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

Choix du système

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

Équilibre des débits et choix du type de hotte

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

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

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

On a dès lors les débits totaux suivants :

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

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

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

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

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

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

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

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

Vitesse de l’air de transfert

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

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

Évaluer

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système d’organisation de la laverie

Les coûts énergétiques

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

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

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

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

Exemple.

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

L’horaire des travailleurs

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

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

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

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

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

L’investissement consenti pour le lave-vaisselle

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

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

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

L’organisation du débarrassage

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

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

Le type de restauration

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

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

Le résultat voulu sur la propreté

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

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

La situation des locaux

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

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

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

Posted By : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires – règles générales

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la sous-toiture d’un versant isolé

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

Pourquoi une sous-toiture ?

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

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

Faut-il toujours une sous-toiture ?

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

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

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

Quelle sous-toiture choisir ?

Les qualités d’une bonne sous-toiture

La sous-toiture doit être :

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

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

La perméabilité à la vapeur

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

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

La capillarité

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

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

La rigidité

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

Une sous-toiture rigide a pour avantage de :

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

Mauvaise mise en œuvre d’une toiture souple.

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

Exemple

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

Conseils de mise en œuvre

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Récupérer les sources de chaleur « perdues » du bâtiment

Placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait

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

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

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

Schéma récupérateur de chaleur sur l'air extrait.

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

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

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

Concevoir

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

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

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

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

Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique

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

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

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

Exemple d’application très intéressante.

Concevoir

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

Utiliser les systèmes de climatisation à débit de fluide réfrigérant variable

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

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

Concevoir

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

Placer une pompe à chaleur sur les sources chaudes du bâtiment

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

Concevoir

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le réseau d’eau chaude sanitaire

Conception du réseau

Organisation générale du réseau

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

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

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

Adaptation des températures

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Réflexion.

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

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

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

Attention aussi au réseau d’eau froide !

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

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

Appareil de contrôle de la corrosion

Tubes témoins ou « manchettes de contrôle ».

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

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

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

Placement d’un filtre à tamis

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

Filtre à tamis.

Prévoir un éventuel traitement chimique de l’eau ?

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

Vase d’expansion ?

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

Choix du matériau de distribution

Acier galvanisé

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

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

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

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

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

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

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

Schéma correct :

Cuivre

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

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

Matériau synthétique

L’évolution de la demande vers :

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

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

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

Voici les principales matières synthétiques utilisées en eau chaude sanitaire :

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

Exemples de choix possibles (d’après CFP).

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

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

Solution permettant une uniformité de matériau :

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

Solution mixte pour éviter les diamètres supérieurs à 50 mm :

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

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

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

Critère de développement de la légionelle

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

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

D’autre part, l’AICVF (Recommandation 2004) relate l’avis du Conseil Supérieur d’Hygiène Publique à revenir sur ses positions en considérant que :
- les matériaux tels que les BP, PP, PER et PVC-C ne favorisent pas systématiquement la formation du bio-film;
- le cuivre n’agit pas toujours comme un agent bactéricide.

Par contre, la rouille est un lieu d’adhérence et de développement du biofilm, ce qui rend l’usage de l’acier galvanisé peu adéquat…

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

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

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

Dimensionnement des conduites d’alimentation des points de puisage

Un dimensionnement qui limite les temps d’attente

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

Calculs

Pour estimer le temps d’attente lié au choix du réseau, cliquez ici !

Exemple d’impact de la conception sur le temps d’attente au point de puisage.

Distribution en série

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

Total	13 s	Total	10 s

Distribution en étoile

Schéma de distribution en étoile.

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

Total	7 s	Total	8 s

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

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

Les temps d’attente recommandés

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

Délais d’attente au soutirage
Éviers de cuisine	7 s
Lavabos	10 s
Douches	10 s
Baignoires	15-20 s

Les critères de dimensionnement

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

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

Boucle de distribution d’eau chaude ?

Avec ou sans boucle ?

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

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

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

Calculs

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

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

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

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

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

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

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

Réchauffeur électrique de boucle.

Si boucle : débit de retour limité et régulé !

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

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

Globalement, différentes qualités sont nécessaires au projet :

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

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

Isolation thermique.
Eau Chaude Aller.
Air.
Eau Chaude Retour.

Dimensionnement du circulateur de boucle

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

Photo circulateur de boucle.

Pompe de circulation.

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

Si boucle : température de distribution contrôlée !

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

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

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

Mitigeur électrique et mitigeur thermostatique.

Générateur avec :

Générateur.
Vanne d’arrêt gaz.
Filtre gaz.
Réducteur de pression.
Vanne d’arrêt.
Compteur d’eau.
Filtre eau.
Clapet anti-retour.
Manomètre.
Soupape de sécurité.
Purgeur automatique.
Pompe de bouclage.
By-pass.
Raccord isolant.
Vanne mélangeuse/mitigeur.

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

Alternative : le ruban chauffant (= traçage) ?

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

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

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

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

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

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

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

Dimensionnement et programmation

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

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

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

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

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

Fonctionnement de jour

Réchauffage de la boucle par la PAC.

Circulateur de boucle.
Circulateur de nuit.
et 4 Clapets anti-retour.

Fonctionnement de nuit

Chauffage du ballon par la PAC.

Utilisation d’eau chaude.

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

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

Isolation des conduites

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

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

Priorité : isoler la boucle de circulation

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

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

–	Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]
Température de l’eau	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
DN	Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)	Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
10	40	30
15	40	30
20	40	40
25	50	40
32	50	40
40	50	50
50	50	50
65	60	50
80	60	60

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

Calculs

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

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

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

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

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

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

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

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

Isoler les conduites d’eau froide ?

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

Intégration d’un système de comptage des consommations

Objectif

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

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

Technique de comptage

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

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

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

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

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

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

Si production d’ECS combinée au chauffage

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

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

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

Remarque.

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les filtres

Degré de filtration minimum

Filtre en entrée de centrale

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

Batterie protégée par un filtre de performance insuffisante.

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

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

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

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

Degré de filtration minimum

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

Qualité de l’air intérieur	Qualité de l’air neuf
Qualité de l’air intérieur	Air pur	Poussière	Concentration très élevée
Élevée	F9	F7+F9	F5+GF*+F9
Moyenne	F8	F6+F8	F5+GF*+F9
Modérée	F7	F5+F7	F5+F7
Basse	F6	F5+F6	F5+F6
* GF = Filtre à gaz

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

Filtre en sortie de centrale

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

Exemple.

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

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

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

Degré de filtration maximum

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

Coût d’exploitation de différents filtres sur le marché : débit moyen de l’installation (en fonction de la perte de charge moyenne des filtres) = 54 000 m³/h, rendement du ventilateur = 0,6 Coût électrique = Δp [Pa] x [heures/an] x 6,5 [c€/kWh] x 54 000 [m³/h] / 0,6 / 3,6 10⁶
–	Filtre à panneaux 80 % GRA	Filtre à déroulement 80/85 % GRA	Filtre à poches 85 % GRA	Filtre à poches 90 % GRA	Filtre à poches 55 % OPA	Filtre à poches 85 % OPA	Filtre à poches 95 % OPA
Nb de filtres	16	1	16	16	16	16	16
Débit/filtre [m³/h]	3 375	54 000	3 375	3 375	3 375	3 375	3 375
Coût d’un filtre de rechange [€]	5,25	420	31	38,5	75,15	86,55	96
Coût total d’un remplacement [€]	84	420	506,4	616,8	1 202,4	1 348,8	1 536
Perte de charge initiale [Pa]	60	–	25	35	60	85	130
Perte de charge finale [Pa]	160	–	150	200	300	300	300
Perte de charge moyenne [Pa]	110	140	88	118	180	193	215
Durée de vie [h]	500	4 000	6 500	4 000	12 000	9 000	6 500
Durée de fonctionnement [h/an]	4 000
NB de changement par an	8	1	0,6	1	0,33	0,44	0,61
Coût des rechanges [€/an]	672	420	303,75	616,8	396,75	609,3	936,9
Consommation par an [€/an]	1 237,5	1 575	990	1 327,5	2 025	2 171,25	2 418,75
Coût total [€/an]	1 909,5	1 995	1 293,75	1 944,3	2 421,75	2 780,75	3 355,65

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

Choix de la taille et du type de filtre

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

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

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

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

Première règle : choisir des filtres à poches

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

Deuxième règle : choisir le filtre le plus épais

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

Mise en œuvre de la filtration

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

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

Entretien

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

Une diminution des débits et donc une perte d’efficacité de l’installation de ventilation.

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

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

Des éléments de filtration ayant des dimensions et un poids qui ne rendent pas pénibles les manipulations nécessitées par le nettoyage. Le mode de fixation des éléments sur leur cadre fixe doit permettre un démontage et un remontage aisés en assurant une parfaite étanchéité entre éléments et cadre.

Des filtres ayant par leur épaisseur et leur surface de filtration, la capacité d’emmagasinage la plus grande possible, ce qui réduit les fréquences d’entretien.
Un accès facile à la section « filtre » au moyen d’une porte ou d’un panneau aisément démontable, construit en fonction des filtres à y introduire.
Un manomètre différentiel indiquant la perte de charge maximum que peut atteindre le filtre. Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments recommande que la valeur repère « filtre sale » du manomètre soit rapatriée au niveau d’un tableau électrique sous la forme d’une lampe rouge.
Un affichage à proximité du filtre reprenant : l’efficacité, le débit nominal, les pertes de charge initiale et finale et la date du dernier remplacement.

Autres critères de choix

Résistance à la corrosion

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

Tenue au feu

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir le mur isolé par l’extérieur

Choix du système

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

Les performances d’étanchéité à atteindre

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

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

L’esthétique recherchée et contraintes urbanistiques

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

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

Les performances énergétiques

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

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

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

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

La complexité de la façade

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

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

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

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

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

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

Choix de l’isolant

Type d’isolant

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

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

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

Épaisseur de l’isolant

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

Conseils de mise en œuvre

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

Schéma pose des panneaux isolants.

Courants de convection.

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

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

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

Choix de l’enduit éventuel

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

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

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

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

Être perméable à la vapeur afin de permettre le séchage de la maçonnerie et de laisser sortir l’humidité qui aurait pénétré sous forme de vapeur. La plupart des enduits disponibles sur le marché – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent cette perméabilité à la vapeur élevée.

Présenter une bonne résistance mécanique : ils doivent pouvoir résister à des chocs modérés principalement au rez-de-chaussée, adhérer suffisamment à leur support, disposer d’une cohésion adéquate et résister à la fissuration. Les enduits – qu’ils soient minéraux ou synthétiques – présentent, en général, ces qualités pour autant qu’ils soient appliqués en suivant les recommandations et sur un support bien préparé. Lorsque l’enduit est appliqué directement sur l’isolant thermique, une armature est généralement prévue pour limiter le risque de fissuration.

Donner l’aspect décoratif recherché. Cette variété décorative est donnée par la grande variété de composition, de teinte et d’état de surface : lisse, gratté, tyrolien, ….).

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

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

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

Détails d’exécution

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

La baie de fenêtre

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Joint de mouvement en partie courante

Schéma joint de mouvement en partie courante.

Joint de mouvement dans un angle

Schéma joint de mouvement dans un angle.

Raccord avec une paroi adjacente

Schéma raccord avec une paroi adjacente.

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

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

Schéma panneau isolant revêtu d'un enduit.

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de production de vapeur

Générateur électrique ou au gaz ?

Générateur électrique

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

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

(+)

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

(-)

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

Générateur au gaz

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

La réponse dans la synthèse ci-dessous :

(+)

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

(-)

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

Conclusions

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

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

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

Générateur local ou central ?

1. Critères de choix

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

Confort thermique des zones de travail

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

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

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

Les apports internes, s’ils ne sont pas :

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

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

Concevoir

Pour en savoir plus sur la climatisation, cliquez ici !

Puissance installée

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

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

Pertes en ligne

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

Intermittence

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

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

Théories

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

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

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

2. Synthèse

Configuration locale

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 !

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le lave-vaisselle

Type de lave-vaisselle

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

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

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

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

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

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

Dimensionnement

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

La méthode de dimensionnement simplifiée est utilisée lors de l’avant-projet. La méthode précise de dimensionnement pour les machines à paniers aussi bien que celle pour les machines à convoyeurs, sont utilisées lors du projet.

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

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

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

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

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

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

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

Exemple.

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

vaissellepuissancesschema2.gif (7904 octets)

vaisselllepuissancedessin.gif (11056 octets)

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

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

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

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

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

L’isolation du lave-vaisselle

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

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

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

Le récupérateur de chaleur

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

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

Exemple.

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

vaisselllerecuperateurchaleur.gif (13485 octets)

Où :

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

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

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

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

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

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

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

Calculs

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

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

La pompe à chaleur

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

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

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

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

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

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

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

Calculs

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

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

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

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

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

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

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

Exemple.

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

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

Description

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

vaisselllepompechaleurexemple.gif (29766 octets)

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

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

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

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

Rendement

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

Avantages

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

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

Économies et temps de retour

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

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

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

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

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

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

Exemple.

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

Lavevaissellecomparaison.gif (12807 octets)

Le détecteur de vaisselle

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Exemple.

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

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

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

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

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

Aspects économiques.

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

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

Lave-vaisselle électrique, au gaz ou à la vapeur

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

Un lave-vaisselle nécessite différentes puissances de chauffage internes :

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

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

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

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

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

Les prix du kWh_fuel et du kWh_gaz sont indépendants de la période d’utilisation.

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

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

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

Lave-vaisselle spécifique

Le lave-ustensiles

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

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

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

La laveuse de plateau et la machine à laver les verres

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le lieu d’implantation

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

Valoriser les réseaux de transport en commun

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

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

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

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

Favoriser le transport à pied ou à vélo

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

Valoriser les services de proximité

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

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

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

Valoriser les ressources locales

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

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

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

Intégrer le bâtiment au sein d’un projet urbain global

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

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

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

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

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

Avis Important aux Lecteurs (mars 2024)

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

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

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

Une efficacité dépendante de la performance de la pompe

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Logo du label PACQUAL (Source : site internet RBF).

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

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

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

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

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

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

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

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

Quelle rentabilité financière ? Investissement et coût à l’utilisation

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Une performance dépendant de divers facteurs

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

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

Les performances du matériel en tant que tel, de la PAC : Celles-ci sont traduites par le COP évalué en laboratoire dans des conditions d’essai reprises dans des normes. Il faut donc être vigilant par rapport à du matériel proposé par des fabricants ou installateurs dont les performances n’ont pas été certifiées.

Le type de captation de l’énergie (à la source froide) : On a développé longuement l’influence du type de source froides ainsi que de leurs caractéristiques. De manière générale, on dira qu’il est souhaitable d’avoir une source froide la plus chaude possible.

La zone climatique : Si on travaille avec l’air extérieur comme source froide, les performances seront d’autant meilleures que la température extérieure sera élevée. Les performances annuelles de la PAC seront donc influencée par la zone climatique à laquelle on appartient. On peut se rendre de compte de l’évolution des conditions météorologiques à l’échelle de notre territoire en analysant l’évolution des degrés-jours suivant les différentes localités.

Le type de chauffage : On a aussi bien développé l’influence du type de source chaude ainsi que leurs caractéristiques. De manière générale, on favorise les émetteurs basse température, que ce soit un chauffage par le sol ou par radiateurs basse température, pour atteindre la différence de température la plus faible entre la source chaude et froide et ainsi atteindre les meilleurs COP.

Le mode de vie : Sur base de ce constat, on peut aussi en déduire que le mode de vie, la façon dont les occupants gèrent la consigne de température dans le bâtiment a une influence : augmenter la température de consigne est équivalent à augmenter la température de la source chaude et donc synonyme de COP plus faible.

Affiches tirées de la partie Sensibilisation

Le mode de régulation : De même, l’influence du mode de régulation a été développée dans une autre page. Il s’agit d’une part, de la régulation de la PAC (mode « tout ou rien », avec « by-pass » ou « modulation de fréquence) mais aussi de la régulation de la PAC avec son appoint.

Fonction simple ou mixte : Le fait que la PAC doive produire la chaleur pour le chauffage des pièces et de l’ECS (fonctionnement mixte). La production d’ECS demande une température de la source chaude plus élevée (notamment pour la stratégie d’élimination du risque de légionnelles). Du coup, les performances seront plus faibles que pour le chauffage des locaux. Dans les raisonnements ci-dessus, un COPA distinct pour la production d’ECS a été considéré.

Une campagne de mesure sur site en Belgique

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

PAC Air/ Air

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

PAC Air/ Eau

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

PAC Sol/Sol

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

Frais d’investissement

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

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

CI = 2 500. (Q_C) ^0,4

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Puissance nominale du chauffage [kW]

Diamètre du puits [mm]

Frais spécifiques [€/m]

< 70

71 à 140

141 à 550

150

300

800

200 à 250

300 à 400

350 à 500

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

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

Frais d’exploitation

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

Méthode proposée par Electrabel pour le domestique

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

Où,

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

Régime d’occupation	K2
Occupation de jour Non-occupation de jour PAC air/air Non-occupation de jour PAC air/eau	1 0.90 0,95

K₃ est un facteur prenant en considération l’impact d’un chauffage auxiliaire par convecteurs électriques,

Watts aux. / PAC Watts + 7°C	K3 si air/air	K3 si air/eau
0.15 0.20 0.25 0.30 0.35	1.15 1.19 1.23 1.25 1.30	1.17 1.21 1.26 1.30 1.35

K₄est un facteur de rendement de la pompe à chaleur relatif à sa température d’équilibre (= T° correspondant à la puissance de dimensionnement de la PAC) et à la température minimale extérieure. C’est la valeur inverse du COP annuel (COPA),

	K4 si air/air
	T°_équilibrePAC	T°_équilibrePAC
T_{°min. ext.} [°C]	– 5 < T° éq. < – 2	– 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C < – 10°C	0.37 0.40	0.38 0.44

	K4 si air/eau
	T°_équilibre PAC	T°_équilibre PAC
T°_{min. ext.} [°C]	– 5 < T° éq. < – 2	– 3 < T° éq. < 0
> = – 10°C < – 10°C	0.34 0.37	0.35 0.41

DJ sont les degrés jours en base 15/15 dans la région considérée,
Q représente les déperditions thermiques,
ΔT°_max est la différence entre la température moyenne ambiante (en général 19°C) et la température extérieure minimale.

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

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

Temps de retour de l’investissement

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

Pompe à chaleur domestique : nos estimations en 2009

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

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

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

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

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

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

Puissance calorifique	Chaudière classique	Temps de retour PAC Air/Eau monovalente [années]
Puissance calorifique	Chaudière classique	SPF = 2	3	4	5	6
5 kW	Gasoil	X	523	30	19	16
5 kW	Gaz	X	41	21	16	14
10 kW	Gasoil	X	X	29	16	12
10 kW	Gaz	X	75	20	14	11
15 kW	Gasoil	X	X	26	13	10
15 kW	Gaz	X	147	18	12	10

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

Source : KUL – 1997.

Puissance calorifique	Chaudière classique	Temps de retour PAC Air/Eau bivalente [années]
Puissance calorifique	Chaudière classique	SPF = 2	3	4	5	6
5 kW	Gasoil	X	281	14	9	7
5 kW	Gaz	X	24	12	10	8
10 kW	Gasoil	X	X	5	2	2
10 kW	Gaz	X	52	8	5	4
15 kW	Gasoil	X	X	3	2	2
15 kW	Gaz	X	X	7	5	4

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

Source : KUL – 1997.

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

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

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

Pompe à chaleur tertiaire

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

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

Études de cas

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

Subventions

Sous conditions, la Région wallonne accorde une prime sur le placement d’une pompe à chaleur. En outre, dans le cas du remplacement d’une chaudière existante, on peut bénéficier de réductions fiscales. Pour tout renseignement utile, voir

le portail de la Région wallonne ou

le site du facilitateur pompe à chaleur de la Région wallonne EF4.

Posted By : 25 Sep, 2007

Prédimensionner les condensateurs de compensation

Compensation des transformateurs

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

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

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

Compensation des pertes à vide P_o

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

Compensation des pertes en charge Pc

P_{_C} = X / 100 x puissance

où,

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

Exemple :

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

U_{_cc}= 4 %

Courant à vide = 1,1 %

P_{_{_cc}}= 5 570 [W]

Compensation à vide

P_o = (1,1 x 630) / 100 = 6,93 [kVAr]

Compensation en charge

À pleine charge (8 760 h/an) :

R = (5 570 / 630) x 0,1 = 0,91

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

P_C = 3,89 / 100 x 630 = 24,5 [kVAr]

Or le transformateur ne travaille quasiment jamais à pleine charge.

À charge moyenne :

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

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

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

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

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

Compensation totale

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

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

Compensation centralisée de l’ensemble d’une installation

Valeurs connues

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

la puissance active P en kW,
la puissance réactive Q en kVAr,
d’où, la valeur de tg phi de l’installation : Q / P, appelée tg phi_₁.

Puissance réactive nécessaire des condensateurs

Puissance réactive des condensateurs :

Q_{_c}= P x p

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

Remarque.

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

Exemple :

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

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

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

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

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

d’où cos phi1 = 0,64

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

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

Il en résulte la puissance des condensateurs à installer :

Q_C = 167 x 0,72 = 120 [kVAr].

Calcul du temps de retour

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

POUR CONVAINCRE LE DÉCIDEUR FINANCIER
Prendre, parmi les factures d’électricité, celle où la facturation d’énergie réactive est la plus importante	Éléments à extraire de la facture : 1. Puissance de l’installation : P = …………..kW 2. cos phi (ou tg phi) de l’installation : phi = ………. Éléments à extraire du tableau (calcul de puissance de la batterie) : 1. déterminer le cos phi que l’on souhaite obtenir. (en général, on choisit un cos phi = 0,92) 2. coefficient : p = …………….
Puissance du condensateur	QC = P x p = …………. x …………. = ………… kVAr Critères pour le choix du condensateur : type : tension du réseau (220 ou 380 V) : puissance : kVAr place disponible pour la batterie de condensateurs référence :
Calcul du retour d’investissement du condensateur	1. montant de la pénalité d’énergie réactive : Fr = ………… € (voir facture)· 2. prix indicatif du condensateur : Fc = ……………. € 3. période de retour d’investissement : Fc / Fr = ……………… mois

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir l’esquisse du projet – généralité

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

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

Conception énergétique d’un bâtiment tertiaire :

> version PDF

Posted By : 25 Sep, 2007

Projet et cahiers des charges

Pour intégrer l’efficacité énergétique dans les projets :

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

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

Des cahiers des charges pour le bureau d’études Les clauses énergétiques à intégrer dans les prescriptions.
Le chauffage	> pdf
L’eau chaude sanitaire	> pdf
L’éclairage	> pdf
La climatisation (HVAC)	> pdf


Des check-lists pour l’architecte et le Maitre d’Ouvrage Les critères de qualité énergétique pour chaque étape du chantier.
Le chauffage	> pdf
L’eau chaude sanitaire	> pdf
L’éclairage	> pdf
La climatisation	> pdf
La ventilation hygiénique	> pdf

À ce stade, il sera aussi utile de préparer l’exploitation du bâtiment

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la gestion de trafic

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

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

Techniques

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

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



Gestion classique collective.	Gestion à destination.

La manœuvre collective complète se base sur :

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

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

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

La manœuvre à destination se base, elle, sur :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Le nombre d’étages

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

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

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

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

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

La fonction et le type de bâtiment

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

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

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

Techniques

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

Le budget

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

Exemple.

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

L’efficacité énergétique

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

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

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Faut-il ventiler la toiture ?

Couverture traditionnelle

Lattes
Contre-lattes
Sous-toiture
Isolant (remplissage partiel)
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond.
Lame d’air ventilée

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

Non, car :

Contrairement à ce que l’on croit souvent, l’air amené en hiver par la ventilation ne sèche pas la toiture car il est froid et très humide (80 à 90 % d’humidité relative).

L’introduction d’air humide extérieur par l’espace ventilé peut produire de la condensation sur la face inférieure de la sous-toiture qui peut être plus froide que l’air par sur-refroidissement. L’eau ainsi produite, va couler sur l’isolant et le mouiller.

En cas de mauvaise étanchéité à l’air des couches situées sous la sous-toiture (isolant, pare-vapeur, finition), la lame d’air ventilée crée une dépression et un appel d’air intérieur, ce qui amplifie les pertes de chaleur et les risques de condensation.

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

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

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

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

Et pourtant…. !

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

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

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

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

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

Côté intérieur, un écran étanche à l’air ou, le cas échéant, un pare-vapeur adéquat dont les joints sont bien réalisés.

La sous-toiture doit être étanche à l’eau et à l’air mais perméable à la vapeur d’eau; ainsi la vapeur d’eau qui serait présente entre le pare-vapeur et la sous-toiture peut être évacuée vers l’extérieur.
La sous-toiture est, de préférence, capillaire afin de jouer le rôle de régulateur d’humidité.

Le bois de charpente doit respecter les prescriptions techniques en vigueur : il doit avoir un taux d’humidité non excessif (max. 15 %) et avoir reçu un traitement fongicide et insecticide.

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

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

Cas particulier : la couverture métallique

Faut-il ventiler la toiture et comment ?

Couverture métallique
Voligeage
Chevrons
Ventilation
Isolant (remplissage partiel)
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

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

Couverture métallique
Voligeage
Contre-latte
Ventilation
Sous-toiture
Chevrons
Isolant (remplissage partiel)
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

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

Pratiquement, l’air circule :

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

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

Posted By : 25 Sep, 2007

Concevoir le réseau électrique avec un regard URE

Gestion manuelle des équipements

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Gérer

Pour en savoir plus sur le délestage, cliquez ici !

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

Schéma 2 circuits avec un même câble.

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

Connexion rapide d’un luminaire.

Exemple.

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

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

un circuit équipé de prises blanches qui, raccordé à une horloge, est automatiquement coupé durant la nuit;

un circuit équipé de prises rouges qui, lui, reste alimenté en permanence et qui permet au personnel de raccorder les équipements vitaux qui ne peuvent être coupés (recharge d’une batterie, fonctionnement d’un programme informatique, …).

Photo prise rouge, prise blanche.

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

Gestion autonome de certains équipements

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

En bureautique, de plus en plus d’équipements (ordinateurs, photocopieurs, …) possèdent des modes de mise en veille qui diminuent fortement leur consommation lorsqu’ils ne sont pas utilisés.

En éclairage, également, les fabricants ont développé des systèmes de gestion, en fonction de la présence et en fonction de l’éclairage naturel, qui agissent directement sur les ballasts électroniques. Ces systèmes peuvent même être indépendants pour chaque luminaire.

Il existe en ventilation des bouches intégrant un détecteur de présence.

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

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

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

Gestion centralisée

La gestion centralisée des équipements électriques répond à plusieurs objectifs :

Gérer de façon centralisée les horaires de fonctionnement des équipements de manière à limiter au maximum les temps de fonctionnement tout en permettant des dérogations.

Suivre le comportement des équipements de manière à détecter les dérives et à adapter les paramètres de réglage.

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

l’une, ne comprenant que des équipements traditionnels (câblage de puissance, contacteurs, …) gérés au niveau du tableau électrique par un automate programmable,

l’autre, utilisant des équipements adressables, raccordés par un bus de communication qui véhicule les informations nécessaires à la gestion.

Gestion par automate programmable

Études de cas

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

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

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

Exemple : Gestion des équipements aux Moulins de Beez

Schéma gestion des équipements aux Moulins de Beez.

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

Automate principal disposé dans le TGBT.

Automate secondaire disposé dans le tableau électrique d’étage.

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

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

L’éclairage des bureaux est commandé via des contacteurs.

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

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

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

Gestion par bus de communication

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

Un bus de communication (paire torsadée) parcourt tout le bâtiment.

Tous les équipements et systèmes de commande sont raccordés au bus via des boîtes de dérivation.

Tous les équipements et systèmes de commande sont adressables. Il n’y a plus de liaison de puissance entre eux. Les interrupteurs ne sont plus des éléments qui ouvrent physiquement un circuit électrique, mais des éléments qui envoient des informations sur le bus de communication qui seront traitées par le système de gestion. Chaque équipement possède un code qui permet au système de gestion de lui définir son rôle. Par exemple, on programme dans le système de gestion que l’interrupteur « xx » commande le luminaire « yy ». Une simple modification de la programmation permet de changer son affectation et de le faire commander le luminaire « zz ».

Les luminaires sont alimentés par un circuit de puissance et un module de communication avec le bus. Il existe également une série d’équipements adressables permettant de commander les autres équipements (circuits prises, HVAC, protections solaires, …).

Le bus de communication peut également accueillir une série d’équipements de régulation (sonde de température, d’ensoleillement, d’éclairement, …) qui lui permet de réaliser une régulation intégrée de tous les équipements. Par exemple, on peut faire interagir la commande des protections solaires et de l’HVAC.

Exemple.

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

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

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

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

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

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

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

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

Plusieurs degrés de sophistication sont possibles.

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

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

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

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

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

LON bus ou EIB bus ?

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

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

Le système LON est actuellement plus développé en ce qui concerne la gestion des installations d’HVAC, tandis que EIB est plus spécialisé dans les applications électriques.

Dans le système EIB, tous les éléments sont directement compatibles, sans aucune programmation, tandis que la mise en commun de matériels certifiés « LON » de marques différentes demande une certaine programmation.

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

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

Suivi des consommations

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

La facture mensuelle permet un suivi global et déjà de détecter des anomalies de fonctionnement, notamment par rapport aux prévisions qui auraient pu être faites.

Calculs

Pour estimer la consommation future d’un bâtiment, cliquez ici !

Cependant, pour affiner le diagnostic, une connaissance plus précise du fonctionnement de chaque poste consommateur est nécessaire.

Par exemple, on peut détecter sur la facture mensuelle une consommation en heures creuses anormale. Pour circonscrire la cause, il faudra vraisemblablement un comptage séparé des principaux types de consommateur.

De même, une gestion efficace de la pointe 1/4 horaire, demande un enregistrement de la charge totale de l’établissement mais également des principaux consommateurs. Dans le cas contraire, il devient difficile de cerner les éléments responsables et donc d’envisager un délestage efficace.

Compteurs disposés dans le tableau électrique (Moulin de Beez).

Cette gestion n’est possible que si le réseau électrique de départ a été conçu de manière adéquate et permet un suivi séparé des consommateurs. Il ne s’agit évidemment pas de disposer d’un circuit par équipement. On peut imaginer, au départ du TGBT, un circuit par grand poste :

l’éclairage,
la cuisine,
les équipements HVAC (séparer le chaud du froid),
les prises équipement (bureautique, …),
autres …

Idéalement, on pourrait, dans le cadre d’une gestion technique centralisée, équiper, dès le départ, chaque circuit d’un compteur avec enregistrement de charge. Cela permettrait un suivi en temps réel, permettant de corriger immédiatement toute dérive, ou simplement d’adapter les paramètres de réglage (horaires de fonctionnement de l’HVAC, de l’éclairage, …).

Sans aller jusqu’à ce degré d’équipement, la configuration minimum du réseau doit rendre possible, par un découpage judicieux des circuits, une analyse plus précise de la consommation globale du bâtiment.

Quelques réflexes URE

Voici quelques « flashs » ou « réflexes » qu’il faut avoir lorsque l’on réalise une installation électrique :

Prévoir un précâblage bus de manière à faire évoluer le bâtiment vers une gestion de plus en plus fine sans complication de câblage dans un bâtiment existant.

Prévoir des alimentations séparées et un comptage des grands postes consommateurs et des gros équipements.

Prévoir dans la distribution électrique et la commande la possibilité d’adapter les horaires de fonctionnement des équipements à l’occupation.

Installer des systèmes de variation de vitesse sur les moteurs (ventilateurs, pompes).

Prévoir des ballasts électroniques dimmables sur tous les luminaires placés en façade, de manière à pouvoir éventuellement les équiper d’une régulation en fonction de l’éclairement naturel sans intervention sur le luminaire et donc sans coût supplémentaire.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir entre les différents types de fenêtre : récapitulatif

A. Les châssis

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix des châssis.

Techniques

Pour en savoir plus sur les différents types de châssis.

Le châssis en bois

Avantages

Thermiquement performant.
Traditionnel dans nos régions.
Produit naturel (si bien géré).
S’adapte facilement à des formes complexes.
Relativement stable au feu.
Relativement résistant à l’effraction.

Inconvénients

Nécessite un entretien périodique.

Le châssis en PVC

Avantages

Thermiquement performant.
Entretien très facile.

Inconvénients

Produit synthétique contenant du chlore.
Dilatation thermique importante.
Faible résistance au feu.
Faible résistance à l’effraction

Le châssis en aluminium à coupure thermique

Avantages

Bonne résistance mécanique.
Bonne résistance à l’effraction.
Facile à entretenir.

Inconvénients

Thermiquement moins performant que le bois ou le PVC.
Faible résistance au feu.

Le châssis mixte et le châssis à haute performance thermique

Il existe une grande variété de châssis constitués de différents matériaux assemblés en vue de conférer à ceux-ci des caractéristiques spécifiques adaptées à leurs usages : Isolation renforcée, facilité d’entretien, résistance mécanique, …

Le choix de ceux-ci se fera en fonctions des niveaux de performances à atteindre par le bâtiment. Ils sont plus coûteux que des châssis classiques.

B. Le vitrage

Concevoir

Pour en savoir plus sur les critères de choix du vitrage.

Techniques

Pour en savoir plus sur les différents types de vitrage.

Le vitrage thermique

On n’envisagera plus actuellement de mettre en œuvre des vitrages autres que thermiquement performants.

Un double vitrage basse émissivité avec gaz dont le coefficient de transmission thermique Ug est compris entre 1.0 et 1.3 W/m²K, est un minimum à prévoir. De plus, le rapport qualité/prix de ce type de vitrage est intéressant.

Pour des ambitions plus hautes en matière de performance thermique, le triple vitrage s’impose. Il est normal que son prix soit plus élevé. Le châssis doit évidemment être adapté à l’épaisseur du vitrage et à son poids.

Le vitrage thermique solaire

Outre ses qualités thermiques, sa principale fonction est de diminuer les apports solaires pour réduire la surchauffe dans le bâtiment. Il est donc indiqué lorsque le bâtiment ne peut pas être équipé de protections solaires fixes ou mobiles efficaces et qu’il est sensible à la surchauffe à cause de sa faible inertie et/ou d’apports internes importants.

Les vitrages thermiques ont cependant certains inconvénients.

Ils peuvent, dans certaines conditions atmosphériques, assombrir l’intérieur au point de nécessiter l’usage de l’éclairage artificiel.
Ils peuvent diminuer les apports solaires gratuits en hivers.
Leur aspect extérieur n’est pas aussi neutre que celui d’un vitrage normal (couleur et réflexion).
Depuis l’intérieur du bâtiment, la perception de la lumière extérieure est modifiée (intensité et couleur).
La nuit, la visibilité vers l’extérieur est fortement réduite à cause de la réflexion de la lumière intérieure.

Le vitrage thermique acoustique

Le choix d’un vitrage thermique acoustique n’est justifié que par la localisation du bâtiment dans une zone bruyante. Il protège des bruits extérieurs sans avoir un impact significatif sur l’acoustique intérieure du bâtiment. Il n’est efficace que lorsque les fenêtres sont fermées et donc inutile dans un bâtiment dont les fenêtres doivent être ouvertes souvent.

Ce type de vitrage est plus lourd que le vitrage thermique normal (une des vitres est plus épaisse) et thermiquement légèrement moins performant (à épaisseur totale égale, l’espace entre les vitres est moins large – 12 mm au lieu de 15 ou 16 mm). Il est aussi plus cher.

Le vitrage thermique de sécurité

Comme le vitrage acoustique, le vitrage de sécurité n’est justifié qu’aux endroits où il y a risque de blessure ou de chute pour les personnes, ou d’effraction. Les règles de sécurité à respecter sont reprises dans la norme NBN S23-002 : 2007 et son addendum NBN S 23-002/A1 : 2010. Le principe de base de cette norme est qu’il faut examiner si un verre de sécurité est nécessaire du côté du vitrage thermique où se trouve une zone d’activité humaine.

Ainsi, dans le cas des vitrages thermiques de sécurité (double vitrage ou triple vitrage), le verre de sécurité doit être placé du côté où le choc risque de se produire, ou des deux côtés si le choc peut se produire des deux côtés. En toiture, le verre feuilleté doit se trouver en dessous de manière à éviter la chute de morceaux de vitre. Etc.

Comme le vitrage thermique acoustique, le vitrage thermique de sécurité est plus lourd que le vitrage thermique normal (une des vitres est plus épaisse) et thermiquement légèrement moins performant à épaisseur totale égale. Il est aussi plus cher.

C. L’intercalaire

Normal ou amélioré ?

Les écarteurs qui relient les vitres d’un vitrage double ou triple provoquent un pont thermique plus ou moins important qui augmente le coefficient thermique U_w de la fenêtre.

Certains intercalaires, dits améliorés, réduisent ce pont thermique. Le Uw peut ainsi être diminué de 0.12 W/m²K (voire plus si l’intercalaire est thermiquement très performant).

Il faut être très attentif au moment de la commande de spécifier si on souhaite qu’un intercalaire amélioré soit placé. Il coûte un plus cher qu’un intercalaire normal (supplément 10 à 15 % du prix total du vitrage).

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Choix en fonction du temps de fonctionnement et de la fréquence d’allumage/extinction

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Locaux à temps d’occupation sporadique

Locaux où l’allumage et l’extinction de l’éclairage sont fréquents

Choix en fonction de l’IRC et de la température de couleur

Le rendu des couleurs

La température de couleur

Le spectre lumineux

Choix en fonction de l’efficacité énergétique et du prix de revient

Choix en fonction de la température ambiante du local

Tableau récapitulatif des choix

Keep it simple !

L’importance de la mise en service

La rédaction du projet « as built »

Le contrat de maintenance

Objectifs

Contenu du contrat d’entretien

Contrôle de maintenance

Prix du Contrat d’Entretien

Personnel d’entretien

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Adaptation aux denrées vendues

Adaptation à la forme de vente

Adaptation à la surface de vente

Adaptation au système frigorifique

Adaptation au service

Les critères de choix liés aux coûts

Les coûts

Les critères de choix spécifiques

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Apports internes

Évaluation théorique des consommations journalières

EUROVENT site

Caractéristiques certifiées

Valeurs européennes moyennes TEC / TDA

Consommation énergétique certifiée

Puissance frigorifique nécessaire

Remarque : énergie

Puissance spécifique pour différents types de meubles

Meuble frigorifique à applications positives