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Slowheat à l’école des Bruyères

Vidéo

Objectif

Slowheat est une démarche inspirée du projet éponyme (www.slowheat.org) visant à assurer le confort thermique tout en réduisant les températures d’ambiance. Il se base sur différents principes, tels que le chauffage de proximité, la négociation des conditions d’ambiance, l’habituation progressive au froid léger, etc. L’expérience menée ici vise à identifier dans quelle mesure ces principes sont applicable dans une salle de classe.

Il s’agit donc d’équiper les enfants et animateurs en dispositifs de chauffe alternatifs et lowtech, mais aussi, par différents ateliers, de rassurer et outiller relativement au froid et capacités d’actions face à celui-ci. Grâce à cela, les classes pourront abaisser progressivement les températures d’ambiance et se tourner vers les solutions alternatives. Les questions centrales étant : jusqu’à quelle ambiance est-il possible de descendre, qu’est ce qui facilite cette diminution de température, et qu’est ce qui la freine ?

Description de l’école

L’école des Bruyère est une école primaire et maternelle, libre, subventionnée, non confessionnelle qui se réclame de la pédagogie Freinet. Elle est implantée à Louvain-la-Neuve depuis 1976 et occupe 3 bâtiments abritant chacun 6 à 8 classes et un bâtiment administratif. L’expérience est menée dans la “maison haute” qui regroupe les dernières années primaires, et concerne deux classes de 6P. En voici les caractéristiques :

Volume 2 504 m³ ;
Surface de déperdition 1 222 m² ;
U moyen de l’enveloppe : 0.8 W/m²K, pour un niveau K56 (en comptant 5 % de nœuds constructifs).

Le bâtiment concerné date de 1976 et a subi différentes rénovations : remplacement des chaudières en 2007, remplacement des vitrages et châssis en 2010, relighting en 2011, isolation des bardages et toitures en 2017. La consommation moyenne de gaz de l’école est de 87 kWh/m²an.

Les compositions de parois actuelles sont les suivantes :

Paroi de brique : 0.29 W/m²K.

Bardage fibrociment : 0.24 W/m²K.

Toiture inclinée isolée par 20 cm de laine de roche 0.035 W/mK : 24 W/m²K ;
Plancher sur sol non isolé : 0.39 W/m²K ;
Double vitrage SGG Climaplus Ultra N de 1.1W/m.K , pour un U_W estimée à 1.76 W/m²K.

Les classes ne sont pas équipée de système de ventilation.

Il n’y a pas de thermostat d’ambiance dans la maison haute. Les chaudière sont pilotées par la température du bâtiment administratif, une consigne de 20°C, des vannes thermostatiques et un horaire :

Jours	Ecole des Bruyères LLN Maison basse	Ecole des Bruyères LLN Maison commune	Ecole des Bruyères LLN Maison haute	Ecole des Bruyères LLN Maison maternelle
Lundi	4h30-14h30	6h00-22h30	4h30-17h00	6h00-22h00
Mardi	5h30-14h30	7h00-16h30	6h00-17h00	6h00-22h00
Mercredi	5h30-11h00	7h00-15h30	6h00-15h00	6h00-22h00
Jeudi	5h30-14h30	7h00-16h30	6h00-17h00	6h00-22h00
Vendredi	5h30-14h30	7h00-16h30	6h00-17h00	6h00-22h00
Samedi-Dimanche	7h00-7h10	7h00-7h10	7h00-7h10	6h00-22h00

Etape 1 : Présenter le projet aux parents, enfants et animateurs

L’idée de l’expérience a été discutée avec les animateurs de 6^ème primaire dès l’année scolaire précédente. Il s’agissait de s’assurer de leur motivation, et de permettre la meilleure intégration possible de la démarche dans leur dispositif pédagogique.

Les parents ont été mis au courant mi-septembre, lors de la traditionnelle réunion de rentrée rassemblant les deux classes de 6^ème : une courte information et l’ouverture à des questions ou commentaires. Vu le contexte de crise du prix de l’énergie, la proposition a été bien acceptée. Aucune crainte n’a été formulée : il a été bien expliqué qu’il ne s’agit pas d’avoir froid, mais d’essayer de se « réchauffer autrement ».

Enfin, les enfants des deux classes ont été rassemblés pour leur présenter l’idée, et répondre à toutes leurs questions. L’animation a durée 1h30 environ. Aucune inquiétude particulière n’est ressortie. Au contraire, les questions ne remettaient pas du tout en cause la démarche, mais en questionnaient la motivation :

Quel est le lien entre cette action et la pollution ? Et nous voilà partis pour une explication hyper rapide de l’effet de serre et du changement climatique.
Le rapport avec la couche d’ozone ? Aucun…
La motivation financière de la démarche ? Partager un ordre de grandeur du coût du chauffage dans l’école, et les interroger sur le coût chez eux. Certains enfants connaissaient assez précisément la facture de gaz mensuelle de leur habitation ! Signe que les questions de chauffage et du coût de l’énergie sont discutées dans les foyers.

Les enfants ont directement réagi avec beaucoup d’idées et de partages d’expérience (chez moi, on fait comme ça… chez untel, il y a tel système qu’on pourrait essayer… ). L’occasion d’expliquer aux enfants comment fonctionne, dans les grandes lignes, une installation de chauffage. Et de partir à la chasse au trésor, enfin, à la chaudière, en suivant les conduits de chauffage (les plus débrouillards ont vite regardé sur le plan d’évacuation incendie, ou repéré la cheminée). Petite visite de la chaufferie pour en présenter les principaux organes, et réaliser qu’elle tourne, malgré des températures encore élevées (plus de 20°C en fin d’après-midi).

Suite à cela, passage obligé : le formulaire de consentement et gestion des données (RGPD oblige). A signer par les enfants et les parents.

Etape 2 : Brainstorm

Mi-octobre, les enfants des deux classes ont pris part à des brainstorms par groupes de 4, pour rassembler le plus d’idées de réponses possibles à la question « Comment être bien s’il fait froid en classe ? ». Les réponses ont ensuite été mises en commun, parcourues ensemble, expliquées lorsque c’était nécessaire, et classées en différentes catégories. Parmi celles-ci, une catégorie « idées exclues » établie d’autorité par les animateurs du projet, essentiellement pour extraire celles présentant des risques de blessure ou incendie. Voici le tableau exhaustif des idées des enfants (les idées similaires mais exprimées différemment ont été regroupées par soucis de clarté) :

Catégorie		Idée		Occurrence
Aménagements de la classe
	Un radiateur électrique, un poêle à pellets, une plaque chauffante sur le mur ou le toit ou entre les places, des citrouilles chauffantes… bref une source de chaleur dont on peut s’approcher.		9
	Transformer quelques tables en kotatsu (table chauffante japonaise).		4
	Une « cabane de couettes » : le coin cosy où on peut être bien.		2
	Garder une pièce chaude où aller se réchauffer (l’atelier attenant à la classe ?).		2
	Mettre des tentures sombres aux fenêtres.		1
	Des tapis dans la classe.		1
	Quelques chaises chauffantes.		1
	Un tapis chauffant.		1
	Placer des boudins de porte contre les courant d’air.		1
Activité à faire et/ou organiser ensemble
		Boire de l’eau chaude, du thé, de la soupe, du chocolat chaud.. et donc s’organiser pour en avoir à disposition.		19
		Faire en classe du sport, du yoga, des massages, une danse du matin, bouger, danser, sauter,… ensemble toutes les X minutes.		16
		Mettre de la musique pendant les activités (pour se trémousser chacun sur son banc), chanter et danser en travaillant.		3
		Se faire des câlins.		1
		Faire des balades en vélo.		1
		Crier pendant une minute.		1
		Avoir plus de collations.		1
Mouvement, action à faire seul.e
		Bouger ses jambes sous la table, se frotter les mains, se frictionner, se lever.		7
		Venir à l’école à vélo pour avoir chaud en arrivant, courir à la récréation.		3
		Se déplacer pour se mettre au soleil lorsqu’il pénètre en classe, ou s’approcher du radiateur lorsqu’il fonctionne.		3
		Manger chaud à midi (mais il faut pour cela de quoi réchauffer nos repas).		2
		Penser qu’on a chaud.		1
		Se laver les mains à l’eau chaude après la récré.		1
		Se souffler dans les mains.		1
Objets à avoir à disposition en classe (et donc à partager) – hors vêtements
		Une armoire à coussins, un bac à couvertures.		15
		Des bouillotes électriques ou à noyaux cerise, ou des pierres chaudes (mais il faut un micro-onde).		8
		Avoir un pédalo sous sa table ou un vélo d’appartement en classe.		7
		Un objet chauffe-main qu’on peut manipuler, peut-être posé sur la table.		5
		Des coussins chauffants, couvertures chauffantes électriques.		4
		Des isolants pour les pieds.		1
		Un sèche cheveux.		1
		Des casques chauffant (type coiffeur).		1
		Des peluches, doudous.		1
Vêtement à avoir à disposition en classe
		Des vêtements très chauds à disposition (doudounes, combi de ski, écharpes, sacs de couchage,…).		4
		Des vêtements XXL à mettre à deux.		2
		Des vêtements chauffants électriques.		2
		Des chaussons chauffants.		2
Habitudes vestimentaires que chacun peut prendre
		Multiplier les couches (triple paire de chaussettes, collant sous le pantalon,…).		8
		Couvrir les extrémités : bonnets, moufles, chaussettes en classe.		6
		Garder ses vêtements d’extérieur en classe.		4
		Vêtements en laine, pulls tricotés par mamy.		3
		Choisir des vêtements sombres (absorbent la chaleur).		1
		Souffler sous son t-shirt.		1
		Une combinaison de plongée sous ses vêtements.		1
Idées exclues car dangereuses, hors propos, ou inadaptées
		Faire un feu, un barbecue, cuire des marshmallows ou des frites.		8
		Se faire mal, se stresser, tomber malade, s’étouffer.		5
		Mettre 3 personne par banc, se serrer (ingérable selon les animateurs).		2
		Avoir des chats ou des moutons, un ours, des poules dans la classe (voir sur les genoux).		3
		Courir en classe.		2
		Chauffer la pièce avec des panneaux solaires.		2
		Bouillottes à eau bouillante.		1
Idées farfelues, blagues
		Réfléchir, se chauffer le cerveau avec des math.		6
		Se renverser de l’eau glacée sur la tête.		1
		Prendre des bains à 3 en classe, aller dans un jacuzzi.		2
		Etre nu.		1
		S’enterrer.		1
		Glisser ses mains sous les bras d’un autre.		1
		Verser de l’eau chaude sur les chaises.		1
		Une machine « qui absorbe le froid ».		1
		Planter un arbre pour qu’il y ait plus d’êtres vivants qui chauffent la pièce.		1

De cette liste impressionnante (197 idées, dont 159 sont « valables »), nous retenons pour l’étape suivante les 8 pistes suivantes, dont 6 concernent directement la classe, son aménagement et son organisation, et 2 relèvent plus de l’action individuelle. Ces pistes rassemblent l’essentiel des idées des enfants, toute permettant de leur donner un cadre et des étapes de travail claires. Les six premières sont développées en détail dans l’étape 3 :

Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement.
Avoir la liberté de bouger seul dans son coin.
Avoir des collations chaudes.
Avoir des objets et vêtements chauds à disposition.
Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort.
Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur.
Profiter des moments en extérieur (récréation, arrivée le matin) pour être actif et avoir chaud en entrant en classe : courir, venir à vélo, …
Quelques conseils de bonne pratique individuelle.

Lors du debriefing avec les enseignants, la question du partage d’équipements a été abordées. A l’évidence, il n’est pas possible d’équiper toutes les tables de systèmes chauffant, ni de mettre à disposition de chaque enfant des équipement de confort : trop de logistique, trop d’investissement,… Le partage des moyens à disposition sera donc central dans la bonne marche de l’expérience. Le partage est une pratique qui s’apprend et s’entraine.

L’histoire, la personnalité de chaque groupe classe est différentes sur ce point. Dans une des classes la question du partage (et de la différence entre égalité et équité) est centrale dans l’animation du groupe. Mais partager un luxe ou un plaisir, comme s’assoir dans le divan plutôt que sur une chaise, n’est pas la même chose que partager un objet répondant à un inconfort. Dans l’autre classe, cet aspect est bien sûr travaillé, mais moins en première ligne, et certains enfants ont des réflexes « territoriaux » assez marqués. Un groupe n’est pas l’autre et les dynamiques de partage seront intéressantes à observer dans les deux cas.

Etape 3 : S’équiper

Les différentes pistes imaginées avec les enfants impliquent des étapes de préparation et réalisation pour se concrétiser.

En détail, piste par piste :

Piste 1 : Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement

Danse, massage, yoga, pogo,… beaucoup de mouvements peuvent être imaginés. La difficulté est de les organiser et de les rendre compatible avec l’activité scolaire. Quelques principes de base :

Il ne faut pas nécessairement que ce soit long. Quelques minutes tout au plus. Mais peut-être à faire plusieurs fois dans la journée.
Il ne faut pas non plus nécessairement, pour que ce soit efficace, impliquer un déplacement : des mouvements sur places, accompagnés de sautillements, peuvent parfaitement suffire.
Il faut néanmoins un niveau d’activité suffisant. LE but est de générer de la chaleur au sein du corps. Des postures de yoga, ou autres exercices d’étirement, seront donc peu efficaces.
Des mouvements qui dirigent le sang vers les extrémités du corps sont par contre à privilégier. Par exemple une rotation du tronc, bras écarté, pour « pousser le sang vers les doigts ».
Nous ne sommes pas tous à l’aise dans notre corps. Il faut insister sur le fait que ce n’est pas un cours de gymnastique, mais un moment de mouvement proposé (non imposé), sans jugement.
Le mouvement peut s’intégrer dans une stratégie d’apprentissage, une pédagogie .…

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Choisir en classe comment on pratique ce mouvement : chacun le sien ? En suivant un leader ? Selon une routine ? C’est à fixer à l’avance pour éviter les moments de confusion.
Définir une durée : un chronomètre peut être utile. Partir sur une durée réduite : 30 secondes à une minute, pour ne pas laisser l’excitation prendre le dessus. A l’usage, voir s’il est utile de faire plus.
Quand : a priori, c’est inutile (d’un point de vue confort thermique) en arrivant en classe le matin ou après une récréation, car les enfants auront déjà eu l’opportunité de bouger. Le moment de transition entre deux activités d’apprentissage parait pertinent a priori. Le moment de mouvement peut participer au passage d’attention d’une activité à l’autre.

Matériel nécessaire : a priori rien (partant du principe que chaque enseignant a un chronomètre sur son smartphone). Éventuellement un fond musical ?

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Les enfants sont demandeurs d’une « danse de matin ». Elle se mettra donc en place. Cela contribuera-t-il au confort thermique ? Peut-être un peu, mais ce ne sera pas l’objectif central.

Piste 2 : Avoir la liberté de bouger seul dans son coin

On pourrait a priori classer cette piste parmi celles à mettre en pace « chacun pour soi », mais le mouvement de l’un peut générer la gêne de l’autre. Il faut donc réfléchir à quelques balises.

Bien sûr, chacun peut se frictionner les mains, bouger une jambe,… sans gêner ses voisins, sauf si cela génère du bruit ou une vibration. Des patins à glisser sous les pieds de chaises pourront peut-être suffire dans ce cas. Les travaux étudiant le mouvement en réponse notamment aux troubles de l’attention recèlent certainement des idées à reprendre.

Des mouvements de plus grande ampleur peuvent être souhaité : se lever, se déplacer, sautiller un peu sur place, ou changer de place pour une période plus ou moins longue… et renvoient aux règles de fonctionnement générales de la classe. Une discussion ou clarification de ces règles peut dont être utile, de façon à ce que chacun sache clairement à quels moment il n’est pas bienvenu de se déplacer.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Du côté de l’enseignant, reconsidérer les exigences et limites liées au mouvement des enfants, en partant du point de vue de l’élève ressentant le besoin de bouger ou de s’approcher d’une source de chaleur. Attention : une limite à ces mouvements aura des conséquences en cascades sur d’autres pistes (rendre impossible d’aller chercher un objet chauffant par exemple). Il faut donc trouver l’équilibre entre la nécessité de moments propices à la concentration et l’existence factuelle de moment de relâchement.
Avec la classe, clarifier les limites, et identifier les espaces de liberté.

Matériel nécessaire :

Des balles de tennis à éventrer pour amortir les mouvements des chaises ;
Quelques pédaliers de bureaux ?

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Cela va s’intégrer dans les règles générales de la classe : le mouvement est permis s’il ne gêne pas la concentration des autres. Les animateurs expriment quelques craintes des animateurs sur un rôle de rappel de règles qui pourrait être trop lourd. La possibilité de sortir de la classe est par contre ouverte.

Piste 3 : avoir des collations ou repas chauds

A l’école des Bruyère, un système de collation collective est en place depuis longtemps. Les petites classes (voir les plus grandes, lorsque l’envie leur en vient) y ajoutent une tournante soupe : des thermos passent d’une famille à l’autre quotidiennement, à charge pour chacune de fournir 2 ou 3 litres de soupe réchauffée le matin à la maison. Le principe pourrait être élargit à d’autres boissons, plus consensuelles (tisanes par exemple). Ou laissé au choix de chaque famille. On évitera les boissons à préparer en classe telles que infusettes ou boissons lyophilisées. D’une part elles génèrent des déchets, d’autre part elles requièrent une eau à ébullition ou presque, ce qui ne sera pas possible avec des thermos.

Des alternatives sont possible, telles que fontaines à eau chaude, ou mise à disposition d’une bouilloire. Mais elles impliquent soit un coût important (les fontaines chauffantes), soit un risque de brûlure (les bouilloires).

L’idée d’un repas chaud (en l’absence de cantine organisée) implique de son côté l’accès des enfants à un micro-onde, avec les questions de sécurité que cela implique.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Organiser la corvée de vaisselle (à tour de rôle ? chacun le sien ?).
Organiser l’accès à cette boisson chaude. S’agit-il d’un moment institutionnalisé : tous les jours à la même heure ? Est-ce lié à la collation ou au repas ? Est-ce en accès libre ? Peut-on ramener un gobelet à sa table, avec les risques de renversement que cela comporte, ou identifie-t-on un endroit spécifique à cela ? A chaque classe de trouver son mode de fonctionnement, mais s’il s’agit d’un outil pour se réchauffer, notamment les doigts, le retour en classe après une récréation peut être pertinent.

Matériel nécessaire : quelques thermos, une collection de gobelets (éventuellement, chacun apporte le sien) et un espace de rangement pour ceux-ci.

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Pas d’accord pour l’utilisation d’un micro-onde. Une collation tournante est déjà en place. Elle se verra complétée de quelques thermos à remplir d’infusion, de soupe,… selon l’humeur du jour.

Piste 4 : avoir de objets et vêtements chauds à dispositions

Des vêtements chauds à partager ? Mais pourquoi faire, si chacun est bien habillés à la base ? Oui mais… en cas de pluie ou de neige, les gants, bonnets et vestes ne pourront certainement pas être conservés en classe. Avoir quelques pièces à disposition peut donc être pertinent.

Quant aux objets chauffants, il posent une question spécifique : comment les recharger ?

Certains impliquent une alimentation électrique pour accumuler de l’énergie qui est ensuite stockée : il faut alors disposer de suffisamment de prises. En cas de raccordements sur des multiprises, vérifier que la puissance cumulée n’est pas trop importante !
Certains ne développement de la chaleur que branchés. Or, il est difficile d’imaginer que chaque table d’enfant soit équipée d’une alimentation électrique. A éviter donc, ou à limiter à des endroits spécifiques dans la classe.
Certains impliquent le passage par un micro-onde (bouillottes à noyaux de cerise par exemple). Un micro-onde peut-il être laissé à disposition des enfants ? Si oui, est-il accessible à tout moment, ou faut-il confier à un enfant la charge de chauffer les objets à l’avance ?
Il existe également des bouillottes qui se déclenchent par une action mécanique (« craquer » une pastille pour déclencher la réaction exothermique). Très pratique car elles permettent de différer le moment de charge de l’émissions de chaleur. Mais elles nécessitent néanmoins d’être rechargées, souvent dans de l’eau à ébullition. Difficile à imaginer en classe pour des raisons de sécurité. Mais si la décharge peut être contrôlée, il est envisageable que chacun la recharge chez soi.
Enfin, il existe en magasin de sport des chauffe-mains à usage unique, dégageant de la chaleur par le mélange de charbon actif et d’oxide de fer. Le côté non rechargeable, et dès lors la production de déchets, limite cela à une solution de secours. Pourquoi ne pas en avoir quelques-uns en classe, à n’utiliser que ponctuellement.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Organiser la recharge des objets chauffants : examiner entre enseignants la possibilité ou non d’avoir un micro-onde à disposition.
Organiser l’accès à des équipements : faut-il être prévoyant et s’en saisir en rentrant de récréation (mais alors, ne risque-t-on pas que certains en prennent « au cas où » sans les utiliser vraiment) ? peut-on se lever pour aller en chercher ? A n’importe quel moment ? Les règles, quelles qu’elles soient, doivent être claires.
Organiser le partage de ces équipements. A l’évidence, il faut préserver la simplicité dans la gestion, et limiter les situation de conflits. Avoir un nombre suffisant de pièces est donc utile, et une neutralité de ton et motifs peut aider. Prévoir un temps pour discuter de la gestion de ces conflits avec les enfants sera nécessaire, et fait partie de l’apprentissage de la vie en communauté.
Organiser le nettoyage régulier des vêtements mis à disposition et la recharge des objets chauffants. Un tour de rôle ? A quel rythme ?

Matériel nécessaire :

Tout type de survêtement chaud facile à entretenir : ponchos, plaids de taille adaptée, veste ou gilet, … A priori on évitera tout ce qui demande des nettoyages réguliers ou peut poser des questions d’hygiènes (gants, écharpes, bonnets, …). Attention aussi bien collecté auprès des familles de l’école,…
Un espace de rangement efficace.
Micro-onde ou stations de charge électrique pour les objets chauffants.

Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Un panier avec 10 plaids sera fourni à chaque classe, ainsi que 5 bouillottes à recharge électrique. Le tout sera en accès libre pour les enfants, à charge pour eux de gérer un partage équitable de ces équipements. L’entretien de tout cela sera fait une fois par an, par l’un des parents de la classe.

Piste 5 : Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort

Si l’organisation des activités laisse suffisamment de liberté de mouvement aux enfants, un peut être intéressant d’avoir un « coin chaud » dans la classe. Celui-ci peut combiner un côté « doudou », grâce à un matelas au sol, un divan, des coussins,.. et une réelle fonction de chauffoir grâce à un panneau radiant électrique.

Plus original : transposer l’idée de la table chauffante japonaise (kotatsu). Un élément chauffant, une pièce de tissus fixée autour de la table, et le tour est joué. Difficile d’imaginer équiper toutes les tables, mais une ou deux permettent de tester le concept, avant de l’adopter.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Faire un plan de l’aménagement.
Collecter le matériel (récupération principalement).
Un atelier bricolage avec quelques parents ?

Matériel nécessaire :

Panneau radiant IR à grande longueur d’onde : max 400 W, car le but n’est pas de chauffer le local, mais bien uniquement ce coin confort. Éviter tous les systèmes basés sur des lampes halogènes, qui montent haut en température et présentent un risque d’incendie.
Lampe pour kotatsu. Choisir un système avec un contrôle déporté pour ne pas devoir se glisser sous la table pour l’allumer. Les systèmes en vente sur internet sont typiquement de l’ordre de 600 Watt, ce qui semble beaucoup. Il existe également des plaques chauffantes conçues pour se coller sous des bureaux ouverts, qui font de l’ordre de 150 Watt. A tester. Pour le tissus, inutile d’aller vers des housses rembourrée. Une pièce de tissus un peu lourd suffira à bloquer la chaleur sous la table.
Pour tout équipement électrique : une prise avec timer pour éviter les surconsommations électriques, ainsi qu’une allonge électrique.
Un divan ou sommier de lit avec matelas, ou pouf,… selon disponibilités.
Quelques coussins, un plaid…

Mise en œuvre aux Bruyères ? Deux pistes sont testées : un panneau radiant de 360 Watt est accroché à l’un des mur de chaque classe, et deux tables sont transformées en kotatsu, chacune étant équipée d’une pièce de tissus pour la fermer et d’un élément chauffant de 150 Watt. Le tout est contrôlé par des pises avec compte à rebours, pour éviter les surconsommations électriques . Ces équipements sont à dispositions, à charge pour les enfants de gérer un accès équitable.

Piste 6 : Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur

Du pur bon sens : si nous sommes suffisamment habillés pour supporter les températures extérieures, pourquoi n’en serait-on pas capable à l’intérieur ?

Évidemment, la pluie pose problème : inenvisageable de garder des vêtements mouillés. Mais lorsqu’il fait sec, quel est le problème à garder une écharpe ou un bonnet, voir une veste à l’intérieur ? Il s’agit de conventions sociales, d’habitudes, de bienséance. Mais ces conventions peuvent évoluer.

Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :

Ouvrir une discussion entre enseignant sur les règles tacites ou explicites liés aux tenues vestimentaires. Le cas échéant, adapter le règlement d’ordre intérieur de l’école.

Matériel nécessaire :

Aucun

Mise en œuvre aux Bruyères ? La seule limite posée relève plus de l’attitude que du vêtement. Un enfant ne doit pas chercher à s’isoler. Les capuches ne sont donc a priori pas acceptées. Un bonnet par contre ne pose pas de problème.

Etape 4 : construire le dispositif de recherche

Le relevé de température se fait, dans chaque classe, avec des sonde enregistreuses qui collectent la température de l’humidité ambiante, et la température au niveau du radiateur, pour détecter son enclenchement. La température extérieure n’est pas mesurée sur site, mais relevée en ligne. L’ensemble des données est collectée sur base horaire, ce qui suffisamment fin pour comprendre la dynamique des ambiances. L’observation des premiers résultats a été l’occasion de parler avec les enfants des représentations de données en graphique.

La perception des ambiances et mesurées par deux questions classiques des études de post occupancy evaluation (POE), l’une portant sur la perception de l’ambiance et l’autre sur la satisfaction par rapport à celle-ci.

En ce moment, je trouve que l’ambiance de la classe est (coche une case) :

Très froide	Froide	Fraîche	Ni chaude, ni froide	Tiède	Chaude	Très chaude

En ce moment, je trouve que cette ambiance de la classe est (coche une case) :

Très insatisfaisante	Insatisfaisante	Légèrement insatisfaisante	Légèrement satisfaisante	Satisfaisante	Très satisfaisante

Le niveau d’habillement est estimé sur base d’une grille dans laquelle les enfants et animateurs pointent le type et le nombre de pièces d’habillement.

En ce moment, en classe, je porte sur moi …
(coche tout ce que tu portes. Si tu as plusieurs fois le même vêtement, indique un nombre. Par exemple, si tu as 2 pulls l’un sur l’autre, indique 2 côté de pull :

Tête
Bonnet
Echarpe
Cache-oreille
Rien

Mains
Gants
Mitaines
Rien

Pieds
Chaussettes fines
Chaussettes de sport
Chaussettes en laine
Pantoufles

Haut du corps
Tshirt manches courtes
Tshirt manches longues
Pull

Bas du corps
Short
Collants
Pantalon

Ces indications sont ensuite traduites en une valeur CLO indicative, sur base de la grille ci-dessous. Une valeur forfaitaire est ajoutée pour les sous-vêtements. Vu le caractère succinct du questionnaire et l’incertitude sur les valeurs attribuées à chaque pièce de vêtement (elles sont inspirées de la norme ISO 7730 , mais les tissus et coupes sont-ils les mêmes ?), ces valeurs CLO sont à interpréter comme marqueurs d’une évolution entre les différents moments de réponse à l’enquête, plutôt que comme mesure d’un niveau absolu.

Pièce d’habillement	(m2.K)/W
Bonnet	0.03
Echarpe ou tour de cou	0.04
Cache-oreille	0.015
Gant	0.05
Mitaine	0.05
Chaussettes fines	0.05
Chaussettes épaisses	0.075
Chaussettes laine	0.1
Pantouffle	0.03
Long	0.12
Court	0.09
Pull	0.3
Thermique	0.35
Short	0.15
Collant	0.15
Pantalon	0.25
Slip	0.04
…	…

L’enquête est replie une première fois avant le début de l’expérience, à titre de référence, puis toutes les semaines au minimum.

Etape 5 : l’expérience en P6B

L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 5 décembre.

Cette classe n’avait pas encore été chauffée : elle se situe sous les toits et bénéficie de ce fait d’une meilleure isolation que d’autres locaux, ainsi que des transferts de chaleur depuis les autres classes. Elle n’a pas non plus été chauffée durant le mois de décembre durant lequel l’expérimentation s’est faite, malgré des températures atteignant parfois 17°C à l’arrivée le matin.

On voit assez nettement sur le graphique de température que malgré l’absence de chauffage, la température remonte tous les jours, sous l’effet conjugué des autres locaux et de l’apport de chaleurs des enfants eux-mêmes : tous ensemble, ils représentent près de 2 000 Watt, soit l’équivalent d’un radiateur de taille moyenne. Néanmoins, il y a un abaissement progressif de la température, en particulier lorsque les conditions extérieurs sont passées sous zéro : on a là plusieurs degrés de différence entre les deux classes. Remarquez la différence de comportement entre les deux classe durant les week-ends : la classe P6A descend rapidement largement sous les 15°C, alors que la classe P6B ne descend que lentement en température.

Température dans le classes en décembre 2022.

Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) en décembre, ou dans le mois qui précédait l’expérience : on passe d’une ambiance très stable entre 19,1 et 19.8°C (moyenne 19,4), avec des extrêmes à 17,5 et 20,6°C, à une ambiance plus fraiche et plus variable, entre 17,2 et 18,6°C (médiane 17,9°), avec des extrêmes à 14,76 et 21,9°C. Cet abaissement est plus limité qu’attendu avant la prise de mesure. Il sera intéressant de comparer les résultats entre les classes, vu leur profil thermique différent.

Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :

La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (-3 = très froid, 3 = très chaud). Un léger abaissement le 7 décembre, pour une température intérieure à ce moment de 19°C… contre 17.7 le 13 décembre. Signe d’une habituation ?

Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps.

Habillement : une légère tendance à s’habiller plus chaudement, ce qui n’est pas surprenant vu la chute des températures extérieures. Mais rien de très significatif. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes…

Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :

Le panneau chauffant et les tables chauffants n’ont pas eu beaucoup de succès. Si les tables sont appréciées par les élèves qui s’y installaient, il n’y a pas eu beaucoup de demande pour les partager. Le panneau chauffant n’a, lui, quasiment jamais été allumé. Ce matériel sera donc passé à la classe P5B, faute d’usage pour ce groupe-ci.
La collation chaude a un succès fou. Généralement prise après la récréation du matin ou de midi, elle est presque tous les jours constituée d’infusions, les soupes étant plus rares (car moins consensuelles en termes de goût ou plus lourdes à préparer pour les parents ?). La distribution est assurée par les enfants, de même que la vaisselle. Chaque enfant ayant un bol attitré et identifié, chacun est responsable de son matériel.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. La charge des bouillotes est assurée à tour de rôle par un enfant le matin. Elles sont ensuite à disposition, sans organisation particulière. Cette façon de faire a occasionné quelques difficultés de partage. Sans aller jusqu’à des conflits entre enfant, il y a eu des frustrations d’arriver trop tard, et d’estimer que certains s’en attribuaient systématiquement. Les plaids n’ont pas provoqué les mêmes difficultés. A noter que certains enfant ont apporté leur propre pièce de tissus. Faut-il donc augmenter le nombre de bouillottes ? La position de l’animateur à ce stade est plutôt de continuer avec le fonctionnement actuel, en incitant les enfants ressentant de la frustration à l’exprimer et le groupe à trouver des modus vivendi adéquats.

Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? « , il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe. Vu la vague de froid rencontrée, et franchie sans difficultés mi-décembre, il n’y a pas de raison de croire que le chauffage soit rallumé de sitôt dans cette classe.

Etape 6 : l’expérience en P6A

L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 16 janvier.

Cette classe était chauffée depuis début décembre. Sa position sur dalle de sol et avec es murs relativement peu isolés fait qu’elle sensiblement plus vite sa chaleur que la classe de P6B, située sous toiture. Il en résulte une température de référence de l’ordre de 20°C. Suite au démarrage de l’expérience, les radiateurs ne seront plus utilisés. La baisse de température est assez impressionnante, avec une stabilisation entre 15 et 17°C. Par comparaison, la classe de P6B, qui continue l’expérience de son côté, fluctue entre 17 et 19°C, avec un coup de chauffage inexpliqué les premiers jours de février. A noter malgré tout : une tendance es classes à suivre la température globale du bâtiment, comme en témoigne la remonte en température après le WE du 24 janvier : alors que l’eau des radiateurs reste froide, les classes récupèrent plusieurs degrés très rapidement.

Température dans les classes du 9 janvier au 13 février 2023.

Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) pendant l’expérience et, à titre de comparaison, en novembre-décembre : on passe d’une ambiance fluctuant entre 17,7 et 19,6°C (médiane 17,8, extrêmes 12,2 et 22,2), avec des matinées fraiches et montée progressive en température au fil de la journée, à une ambiance plus stable et froide, la plupart du temps entre 15,3 et 17,1°C (médiane 16,3°), avec des extrêmes à 12,2 et 19,4°C.

Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :

La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (- 3 = très froid, 3 = très chaud) : la médiane reste autour de la valeur neutre 0. Il est par contre intéressant de remarquer une légère élévation de l’appréciation (valeurs plus positives) avec le temps, alors que la température dans la classe diminue, étant de 18°, 18,2°, 15,4°, 15,9° et 16,7° respectivement au moment des différents votes. Signe d’une habituation ?

Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps. Une légère tendance à l’amélioration malgré tout.

Habillement : Pas d’évolution notable. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes …

Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :

• Les tables chauffants ont eu plus de succès qu’en P6A. Probablement parce que la température est plus basse ici.

Le panneau chauffant par contre n’a pas été fort apprécié. Sa position semble avoir été inadéquate : pas assez bien orienté vers le fauteuil qui le jouxte pour profiter du rayonnement.
La collation chaude a autant de succès qu’en P6B. Ici aussi, chaque enfant a son bol attitré.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. Peu de conflits de partagé sont signalés par les enfants. Quelques frustrations face à l’impression que ce sont tout le temps les même qui en profitent, ou lorsque le bouillotte que l’on met à charger est prise par quelqu’un d’autre. Mais aucun conflit n’a requis l’intervention de l’animateur.

Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? », il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe.

Etape 7 : Bilan énergétique

Les deux section précédentes montrent qu’il a été possible d’avoir un réel abaissement de températures tout en maintenant la satisfaction des enfants et animateurs dans ces deux classes.

ais quel est le bilan énergétique ?

Du côté des économies, si nous partons sur :

Une consommation de référence de l’école de 87 kWh/m²an.
Une réduction de température minimale de 1,5°, constatée en comparant les médianes avant et après expérience.
Une réduction de température maximale estimée en considérant une température de référence de 20°C, et un abaissement 3,5°C (températures médiane de 16,3 observée en P6A).
Un impact sur les consommation supposé à 10 % de réduction par degré en moins.

Nous arrivons à une économie potentielle variant entre 13 et 30 kWh/m²an, soit, pour des classes de 50m² environ, un bénéfice possible entre 650 et 1 500 kWh/an par classe.

Du côté des consommations, qu’en est-il ? Il n’a pas été possible de mesurer la consommation réelle des dispositifs chauffants installés (défaillance des mouchards installés). Mais évaluons ici leur consommation maximale :

Les bouillotes utilisées ont une charge de 0,4kWh. Nous en avons proposé 5 par classes. Considérons qu’elles sont utilisées de novembre à mars inclus, soit 18 semaines (hors congés), ou 90 jours. Cela nous fait au maximum un total de 90 jours * 5 bouillotes * 0,44 kWh = 198 kWh au maximum par classe. Une hypothèse plus réaliste, considérant que certains jours les bouillotes ne seront pas toutes utilisées et que la classe n’est parfois pas occupées (activités délocalisées,…) nous semble être 75 % de cette valeur, soit 150 kWh.
Les kotatsu n’ont été appréciés que dans une des classes. Faisons néanmoins le calcul « au pire ». Après une charge à 150 W, l’appel de puissance du matériel choisi se stabilise autour de 140 W. En comptant un usage maximaliste de 4 cycles de 3 h par semaine, 18 semaines, et deux appareils par classe, nous arrivons à 3*4*18*2*0,14 = 605 kWh/classe. Ici aussi, une hypothèse plus réaliste peut-être de considérer 75 % de cette valeur.
Le panneau chauffant n’ayant pas convaincu, nous ne le comptons pas ici.

Nous arrivons à une estimation de consommation entre 602 et 802 kWh/classe.

Le résultat est donc clair : malgré une consommation d’électricité non négligeable des équipements fournis (avec ici un calcul maximaliste !), le bilan en énergie finale est positif. Et ceci dans une école ayant déjà fait l’objet de certains travaux d’isolation. Ce résultat positif est cependant moins évident si l’on fait des conversions en énergie primaire ou en euros, car le transfert de consommations du gaz vers l’électricité sera défavorable aux équipements électriques … Sauf à considérer une production d’électricité renouvelable sur le site de l’école. Il est donc difficile à ce stade de présenter l’approche Slowheat en classe comme une évidence pour des économies financières. Une analyse plus fine des consommations réelles des équipements électrique doit être réalisée pour cela.

Piste pour de futures expériences : il semble que les kotatsus ont une consommation d’énergie importante, largement plus grande que celle des bouillotes, pour un résultat moins évident. De futures expériences gagneront donc à miser plus sur les bouillotes, ou à brider l’utilisation des kotatsus. Ainsi, chaque kotatsu consomme, selon nos hypothèses, autant que 7 à 8 bouillotes !

Posted By : Gregory Leonard 17 Mar, 2020

Sensibilisation dans les écoles : ressources externes

Afin d’aller plus loin dans votre démarche de sensibilisation et en particulier dans les écoles, nous vous avons compilé les sites de références en la matière :

Sensibilisation dans les écoles primaires : Génération Zero Watt.
Sensibilisation dans le secondaire : Tomorrow Watt.
Sensibilisation environnementale plus large : Ecoles pour demain (COREN).
Site plus large sur le thème « éducation à l’énergie » dans les écoles.

Posted By : Sylvie 7 Sep, 2018

Étude : Le Qzen c’est …

Introduction

En 2021, toutes les nouvelles constructions wallonnes seront devront respecter le standard Q-ZEN. Pour les bâtiments publics ce sera déjà le cas dès janvier 2019 !

Dans le cadre de ce nouveau pas réglementaire vers des bâtiments plus performants, l’équipe d’énergie plus s’est posé une série de question : qu’est-ce qu’un bâtiment Q-ZEN ? À quoi ressemble-t-il ? Embarque-t-il nécessairement du renouvelable ? Implique-t-il nécessairement un surcoût sur les techniques ? Quelle performance doit atteindre l’enveloppe ? Peut-on être Q-ZEN simplement en isolant mieux ? Le triple vitrage : nécessité ou coquetterie ?

Pour répondre à cette série de questions et bien d’autres encore, nous avons encodé 162 fichiers .PEB selon des règles bien définies (voir méthode ou hypothèses, ci-dessous).

Les résultats ou « scores » PEB bruts de ces 162 bâtiments sont ensuite passés à la loupe pour y déceler les clés de conception d’un bâtiment Q-ZEN !

Méthode

La méthode mise en œuvre s’articule en 6 étapes clés :

Récupérer des fichiers PEB réels :
De cette manière, les dimensions, les orientations, les ombrages, les géométries… seront ancrées dans le réel. L’utilisation de plusieurs fichiers PEB de base assure une certaine variabilité et représentativité des résultats.
Faire varier le niveau d’isolation des bâtiments selon 3 scenarii :
En faisant cela, nous triplons la quantité de fichiers PEB et nous pouvons juger de l’intérêt d’en améliorer les performances pour atteindre ou dépasser le niveau Q-ZEN.
Faire varier les options techniques et renouvelables du projet selon 6 scénarii :
L’utilisation de 6 scénarii différents pour les techniques et le renouvelable, bien que limité (il existe une infinité de combinaisons en réalité), permet de jauger du niveau de performance nécessaire à l’obtention de l’étiquette « Q-ZEN ». Ceci permettra de comparer, par exemple, un bâtiment mal isolé avec des techniques performantes avec ce même bâtiment bien isolé avec des techniques plus classiques.
Encoder les 162 fichiers .PEB obtenus via les étapes précédentes.
Afficher les résultats bruts triés par scénario d’isolation et options techniques
Analyser les résultats et tirer les stratégies générales pour la conception d’un bâtiment respectant les exigences Q-ZEN.

Échantillon

Les fichiers .PEB de base sont issus des 8 bâtiments de bureau et un édifice de formation. Ces bâtiments sont de dimensions très variables, ils ont des niveaux K et E_W répondant aux standards Q-ZEN.

	Fonction	Superficie	Niveau K	Niveau E_W
Bâtiment 1	Bureau	≈ 750 m²	32	45
Bâtiment 2	Bureau	≈ 7000 m²	29	45
Bâtiment 3	Bureau	≈ 300 m²	18	36
Bâtiment 4	Bureau	≈ 4 900 m²	21	29
Bâtiment 5	Bureau	≈ 100 m²	11	32
Bâtiment 6	Enseignement	≈ 1 500 m²	15	28
Bâtiment 7	Bureau	≈ 14 000 m²	28	22
Bâtiment 8	Bureau	≈ 600 m²	22	19
Bâtiment 9	Bureau	≈ 3 400 m²	18	16

PEB, schéma de l'échantillon. — La sélection de l’échantillon a été réalisé de manière à couvrir un maximum de superficies, de niveaux EW et K.

Hypothèses

Hypothèses pour les niveau d’isolation

3 hypothèses sont prises en compte. Les niveaux sont les suivants :

Ceci correspond à :

Niveau d’isolation « faible » :
- 15 cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
- Double vitrage performant

Niveau d’isolation « moyen » :
- 18cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
- Double vitrage extrêmement performant ou triple vitrage classique

Niveau d’isolation « bon » :
- 24cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
- Triple vitrage à haut rendement

Pour les façades légères :

le niveau d’isolation « faible » = 2W/m².K (respect de l’exigence)
et les niveaux « moyen » et « bon » sont les mêmes que pour les fenêtres.

Hypothèses pour les options techniques et renouvelable

6 scénarii sont évalués :

1. Installation de base (IB)

On conserve pour ce scénario tout ce qui est encodé dans le bâtiment de référence sauf que :

La production de chaleur devient une « simple » chaudière à eau à condensation

Vecteur	Où ?	Maint. T°	Rend 30%	T° retour	Veilleuse
Gaz nat	vol.prot	Non	108%	30	Non

Le refroidissement est réalisé « par une machine frigorifique à compression ».

Vecteur	Vecteur CoP EER
Electricité	2,75

Le renouvelable est supprimé

2. IB + Géocooling

On part de l’installation de base sauf que :

Le refroidissement est réalisé « par utilisation directe du froid (géocooling) ».

Transport
Par air

3. IB + PAC

On part de l’installation de base sauf que :

La production de chaleur est réalisée via une PAC :

Type	Resist Th.	Source Ch	fluide	COPtest	T°dep
Electrique	Non	Air Nf ext	eau	4	40°C

4. IB + PAC + Géocooling

On part de l’installation de base sauf que :

Les options 2 (pour le refroidissement) et 3 (pour la production de chaleur) sont combinées.

5. IB + PV^10%Ach

On part de l’installation de base sauf que :

Une surface de [Ach/10] m² de panneaux PV est installée en toiture en respectant les ombrages, orientations et inclinaisons prévues dans les projets originaux. Le cas échéant (rare) :

Orient.	Inclin.	Ombrage
SUD	35°	Non

6. IB + PAC + Géocooling + PV^10%Ach

On part de l’installation de base sauf que :

Les options 2 (pour le refroidissement), 3 (pour la production de chaleur) et 5 (pour le renouvelable) sont combinées.

Résultats

Préambule

Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax engendrera le respect de l’exigence K35. Il n’y a que pour les bâtiments présentant une trop forte portion de surface vitrée ou de façade légère que le strict respect des Umax pourrait ne pas entrainer le respect du niveau K35. Ainsi, pour ces bâtiments, il faudra envisager soit de réduire la portion vitrée soit d’améliorer la performance de ces surfaces au-delà des exigences.

Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax ET de l’exigence K35 permet de respecter l’exigence EW 90 en vigueur pour toutes les parties fonctionnelles de l’unité PEN autre que le bureau et l’enseignement… Il n’y a donc que pour ces deux dernières fonctions (devant respecter un niveau EW45) que l’analyse devra être plus fine…

Précisons avant d’afficher les résultats que ces derniers sont issus de fichiers PEB encodés en détail pour ce qui concerne par exemple l’étanchéité, l’éclairage ou encore la ventilation… En effet : lorsque des moyens matériels, financiers et humains sont investis pour améliorer la performance d’un édifice au-delà du niveau Q-ZEN, il n’est raisonnablement plus admissible de céder à certaines facilités d’encodage anéantissant tous les efforts précités. Pour mémoire, l’encodage simplifié ou par défaut peut mener à une surévaluation cumulée pouvant excéder 50 points EW !

Comme autres recommandations générales, nous pouvons également suggérer une étanchéité meilleure que 2m³/(h.m²), l’utilisation d’un système D à récupération de chaleur et d’un éclairage bien étudié et régulé.

Résultats bruts

Probabilité d’être Q-ZEN, par scénario, en fonction du niveau d’isolation.

Les conclusions de cette étude se trouvent à la page Stratégies de conception Q-ZEN. Dans cette page, sur base des enseignements de cette étude, nous répondons aux questions que se posent les concepteurs au moment de concevoir un bâtiment Q-ZEN en proposant des repères et des Stratégies de conception. Les résultats sont également disponibles sous la forme d’un arbre de décision à télécharger.

Posted By : 25 Sep, 2007

Redimensionnement des transformateurs électriques

Introduction

Le Centre Administratif de Sambreville est un important bâtiment situé au cœur de la petite ville d’Auvelais qui regroupe outre les locaux administratifs et techniques des quelques 150 membres du personnel communal, le théâtre de 420 places où sont organisées près de 150 représentations chaque année, la piscine communale et le centre sportif. En 2000, suite à l’étude du service technique, les deux transformateurs à l’askarel alimentant l’ensemble de ces bâtiments furent remplacés.

Les motivations de remplacement

Deux raisons ont amené le service technique à envisager le remplacement des deux transformateurs à l’askarel de 800 et de 1.000 kVA par deux transformateurs secs de 400 kVA chacun. Tout d’abord le surdimensionnement de ces deux équipements par rapport aux besoins actuels notamment dû à la mise hors service du système de pompes à chaleur (4 x 55 kW) qui assurait le chauffage de la piscine et du théâtre à partir des calories puisées dans la Sambre ; ensuite, l’échéance fixée par la Région wallonne concernant l’élimination pour 2005 des transformateurs à l’askarel.

Un mot sur les transformateurs à huile minérale

Dans ce type d’équipement, appelé aussi transformateurs immergés, le transformateur est disposé dans un bain d’huile qui assure l’isolation et le refroidissement.

Ces transformateurs sont moins onéreux, moins bruyants et ont des pertes moindres par rapport aux transformateurs secs. Ils présentent cependant des risques d’incendie et de pollution :

Un défaut interne peut provoquer une surpression et une déformation de la cuve telles que des fuites d’huile peuvent apparaître. Suivant les circonstances, cela peut entraîner l’inflammation de l’huile ou encore une explosion.

Les fuites d’huile peuvent aussi provenir d’un joint défectueux ou de la rupture d’une canalisation. Les huiles qui se répandent peuvent polluer la nappe phréatique. Il faut donc prévoir sous le transformateur une fosse d’évacuation ou un bac de rétention d’huile.

La combustion des huiles dégage des produits toxiques et génère des fumées opaques gênant l’intervention des secours.

Il y a encore quelques années, on commercialisait des transformateurs dits » à l’askarel ». L’huile de ces transformateurs contenait des PCB. Ces substances dégagent des émanations nocives lors d’incendies et présentent à grande concentration des dangers pour la santé humaine. C’est pourquoi la directive européenne 96/59/CE se prononce pour l’élimination des appareils contaminés ou contenant des PCB.

En application de cette directive, la Région wallonne a réglementé l’élimination des transformateurs à l’askarel existants, pour au plus tard, fin 2005.

Les pertes d’un transformateur

Les pertes d’un transformateur se composent des pertes à vide et des pertes en charge.

Les pertes à vide (ou pertes « fer ») se produisent au sein du noyau ferromagnétique. Elles sont constantes quel que soit le régime de charge du transformateur, c’est-à-dire quelle que soit la consommation du bâtiment qui y est raccordé.

Les pertes en charge (ou pertes « en court-circuit » ou pertes « cuivre ») sont, elles, dues à l’effet Joule (perte par échauffement des fils ou feuillards parcourus par un courant), augmentées des pertes additionnelles (pertes supplémentaires occasionnées par les courants parasites dans les enroulements et pièces de construction). Elles varient avec le carré du courant ou de la puissance débitée (si la tension reste constante).

Pour diminuer les pertes de fonctionnement, il faut acheter un transformateur adapté à la charge appliquée :

si le transformateur est faiblement chargé (moins de 30 %), les pertes à vide devront être les plus faibles possible et les pertes en charge (à charge nominale) pourront être plus importantes ;
par contre, si le transformateur est très chargé (plus de 40 %), les pertes en charge devront être les plus faibles possible et les pertes à vide peuvent être plus grandes.

Souvent, il sera donc avantageux de choisir un transformateur avec des pertes à vide plus basses et des pertes en charge plus élevées que la moyenne standard, puisque dans la plupart des bâtiments tertiaires, la charge annuelle moyenne appliquée au transformateur sera comprise entre 20 et 40 %.

Nouvel équipement

Sur base de l’analyse des consommations et des puissances électriques installées ainsi qu’en tenant compte des pointes ¼ horaires sur la période 1995 – 2000, le service technique a évalué que 2 transformateurs de 400 kVA étaient suffisants. De plus, l’idée fut de monter les 2 transformateurs en parallèle et de délester l’un d’eux en fonction du niveau de consommation. On évite ainsi les pertes à vide d’un transfo lorsqu’il n’est pas nécessaire.

Dans ce cas de figure, le transformateur 1 fonctionne en permanence 12 mois sur l’année, et le transformateur 2 délestable environ 3 mois sur l’année.

La mise en fonction du transformateur 2 s’opère si le premier est sollicité à 110% plus de 10 minutes.

Comparaison des pertes entre les anciens et nouveaux transfos

Anciens transfos de 800 et 1 000 kVA :

Pertes à vide de 2,65 kW
Pertes en charge de 16,4 kW
Coût annuel des pertes (prix 2 000) : 11 265 € TVAC.

Nouveaux transfos de 2 x 400 kVA :

Pertes à vide de 2,18 kW
Pertes en charge de 11 kW
Coût annuel des pertes (prix 2 000) : 4 870 € TVAC.

Soit une économie annuelle de 6 395 € TVAC

En détail

Économique

Investissement (enlèvement et traitement des anciens transfos soit 13 650 € TVAC + placement complet des nouveaux transfos) : 70 900 € TVAC

Économie annuelle de 6 395 € TVAC

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Jean LORENT
Chef de division technique
Administration communale de Sambreville
Tél. : 071/260 270
Email : cstaquet@commune.sambreville.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : 25 Sep, 2007

Profiter du froid hivernal pour mieux climatiser

Introduction

Inauguré courant de l’année 1983, le Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye de Seraing compte 374 lits d’hospitalisation et 30 lits en Maison de Repos et de Soins (MRS). Un édifice de quelques 50 000 m² répartis sur 10 niveaux dont la gestion technique et les études de projets sont assurés par une équipe d’une quarantaine de personnes.

Les besoins en froid

En deux décennies, l’hôpital a vu ses besoins en climatisation fortement augmenter et son réseau d’eau glacée multiplié au moins par 10. Les besoins en frigories sont passés d’une puissance d’environ 100 kW à l’origine à quelques 1 000 kW aujourd’hui. Une croissance qui s’explique par la présence d’équipements qui n’étaient pas aussi importants à l’époque que ceux que l’on rencontre de nos jours (scanners, résonance magnétique nucléaire, salle de coronarographie, …) mais aussi par la tendance actuelle à climatiser également les bureaux et l’ensemble des chambres.

Et en hiver, on climatise ?

Dans un hôpital, les besoins en frigories sont importants même en hiver notamment pour les blocs opératoires, les salles informatiques, les salles accueillants des équipements énergivores ainsi que les salles de consultations. Dans le cas du Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye, les 2 niveaux enterrés du bâtiment ont besoin d’être climatisés constamment toute l’année en raison notamment de l’éclairage permanent, des équipements présents et du personnel en nombre qui y travaille. Il faut souligner que ces 2 niveaux totalisent 20 000 m² soit 40% de la surface totale de l’hôpital.

Les installations frigorifiques

Les besoins frigorifiques de pointe actuels nécessitent de l’ordre de 200 m³/h d’eau glacée à 7°C. Cette dernière est produite à partir de 2 groupes de froid de 400 kW chacun et d’un groupe supplémentaire de 200 kW. Depuis la fin des années ’80, dans un souci d’Utilisation Rationnelle de l’Énergie (URE) et donc d’économie financière, on pratique le principe du free-chilling et de la récupération de chaleur sur les groupes frigorifiques.

Principes du free-chiling

Lorsque la température extérieure descend sous les 8 à 10°C, on peut fabriquer de l’eau glacée sans utiliser le groupe frigorifique. L’eau est directement refroidie par l’air extérieur et la machine frigorifique est mise à l’arrêt. L’économie d’énergie est évidente ! La rentabilité du projet est d’autant plus élevée que les besoins de refroidissement sont importants en hiver et que l’installation s’y prête.

Le responsable technique de l’hôpital, conscient que des besoins de froid existaient durant toute l’année, donc également pendant l’hiver, profita de la rénovation d’une tour de refroidissement pour adopter la technique du free-chilling sur le circuit d’eau glacée. Il adapta la régulation pour permettre le fonctionnement sous deux régimes de température différents au niveau des tours de refroidissement : soit à moins de 10°C en mode free-chilling, soit à 40°C en été qui correspond à la température de sortie au niveau des condenseurs des groupes frigorifiques. Il favorisa également le refroidissement nocturne des locaux, ce qui ne crée pas d’inconfort pour les occupants, et valorise mieux le free-chilling puisque la température extérieure est plus basse la nuit.

En l’absence de mesures, voici une estimation de l’économie réalisée par l’arrêt du groupe frigorifique de 400 kW. Si le fichier météo de Uccle annonce 3 550 heures sous les 8°C, on peut estimer que le refroidissement effectif se fait durant 2 000 heures. Sur base d’un COP (COefficient de Performance) moyen de 2,5, c’est donc 160 kW électriques qui sont évités au compresseur. Une consommation supplémentaire de 5 kW est observée pour le pompage de l’eau au travers de l’échangeur et dans la tour. Soit un gain de 155 kW durant 2000 heures ou encore 310 000 kWh. Le temps de retour simple calculé à l’époque était de l’ordre de 3 à 4 ans pour un investissement total de 60.000 € dont la moitié pour la tour fermée de 360 kW et le reste en tuyauteries, régulation et génie civil.

On soulignera qu’adapter cette technique à une installation existante nécessite toujours une étude particulière (cadastre des énergies de froids consommées avec leur niveau de température, répartition été/hiver…) pour apprécier la rentabilité.

La récupération de chaleur

Le groupe frigorifique de 200 kW fonctionne prioritairement par rapport aux 2 autres et est sollicité toute l’année durant. Lors de son acquisition, l’équipe technique a opté pour un groupe fonctionnant avec une température au condenseur plus élevée de l’ordre de 45 à 50°C. L’idée dès le départ était de récupérer la chaleur libérée au condenseur pour chauffer l’eau de la piscine de l’hôpital ainsi que l’eau chaude sanitaire dont la consommation journalière est d’environ 30 m³ à 50°C. Ce sont quelques 70 kW thermiques en moyenne qui sont ainsi récupérés et non pas offerts aux petits oiseaux via les tours de refroidissement situées en toiture. Une économie annuelle en gaz de l’ordre de 70.000 m³.

En détail

> Informations complémentaires

René TILLIEUX
Directeur technique
Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye
Tél : 04/338.78.80

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : 25 Sep, 2007

Projet Kyoto des élèves de Saint-Louis

Introduction

Le Collège Saint-Louis de Liège situé en bordure du canal de dérivation de la Meuse est un établissement scolaire accueillant quelque 1300 élèves de la 1ère à la 6ème année de l’enseignement secondaire et comptant 150 membres du personnel. Au début de l’année scolaire 2004/2005, une vaste action de réduction des consommations d’énergie a animé l’ensemble des enseignants et des élèves. Une expérience qui a porté ses fruits…

Au départ une réflexion

Comme nombre d’établissements d’enseignement, les finances n’affichaient pas toujours un grand soleil. Avec un budget bien en équilibre, mais avec une possibilité d’investir dans les infrastructures, relativement faible, la direction, sensible au développement durable et déjà dans une démarche de suivi de ses consommations d’énergie, a initié une réflexion sur les actions permettant de maîtriser le poste énergie. Ainsi, est venue l’idée de lancer un projet pédagogique qui impliquerait les élèves dans l’effort de réduction des consommations énergétiques et donc des émissions de CO₂ de l’école : le projet Kyoto de nos jours à 1870… .

Le projet Kyoto

L’objectif fixé est de réduire de 7% les consommations d’eau, de gaz et d’électricité durant les mois de novembre, décembre, janvier, février et mars de l’année scolaire.

À la fin de chaque mois, après un relevé des compteurs d’eau, de gaz et d’électricité, les résultats étaient visualisés dans la cour de récréation par le recouvrement progressif d’un glacier photographié à notre époque, très largement fondu, par une photo du même glacier intact en 1870. Objectif, recouvrir toute la photo au terme des 5 mois. Les résultats étaient également mis à jour sur le site internet du Collège.

Dès le début de la rentrée scolaire, tous les élèves furent informés de la campagne et de ses objectifs.

La chasse aux bonnes idées

Première étape, durant les 4 semaines de septembre, mobiliser les jeunes à travers un concours de propositions d’actions réalistes pouvant être mises en œuvre. Chaque classe était invitée à remettre un projet pour lequel elle devait préciser quelle énergie serait économisée à travers la mesure proposée et chiffrer l’éventuel investissement et les économies qui en découleraient. Voir le tableau pour découvrir quelques-unes des actions retenues.

Chacun agit à son niveau

Plan d’action URE proposé par les élèves : mesures d’économie retenues

En noir : les actions que chacun doit mener
En orange : les actions mises en place par le Collège

Eau	Mise au minimum du volume d’eau des chasses de WC. Fermeture des robinets après usage. Signalement et remplacement des robinets défectueux.
Gaz	Réglage des radiateurs à l’aide des vannes thermostatiques dans les locaux de classe. Fermeture des fenêtres et des portes des locaux. Fermeture des portes extérieures Mise au minimum des radiateurs des couloirs. Pose d’un thermomètre dans chaque classe. Placement de joints sur les portes battantes.
Électricité	Extinction des éclairages extérieurs et dans les classes dès que la luminosité le permet. Extinction des éclairages dès qu’un local n’est plus occupé. Extinction des ordinateurs (PC et écrans) en fin de cours. Éclairement minuté des couloirs Remplacement d’un tube TL sur deux par un tube économique dans l’ensemble des locaux. Placement d’un boîtier d’appel à clé sur l’ascenseur.

Le plan établi, il n’y avait plus qu’à passer à l’action. Les élèves ont rapidement emboîté le pas en mettant en pratique au mieux les consignes qu’ils ont eux-mêmes proposées. La Direction quant à elle a fait le nécessaire pour remplir ses obligations de mise en place des équipements décrits dans le tableau ci-dessus.

Tout travail mérite salaire

Suite au concours, où 40 classes sur 55 ont déposé un projet, deux classes furent primées et ont gagné une excursion d’une journée à Virelles au 3ème trimestre de l’année scolaire.

Quant à la campagne, il fut convenu que l’atteinte des objectifs de réduction de 7 % des consommations permettrait d’engager un ouvrier supplémentaire dont la tâche serait exclusivement dévolue à l’embellissement et la rénovation des locaux.

Des résultats !

Pour évaluer l’avancement du projet, la Direction a établi sur base des trois dernières années la consommation moyenne mensuelle par poste en prenant bien soin de normaliser les consommations dévolues au chauffage. En fin de chaque mois, les relevés des compteurs sont comparés à ces moyennes.

Remarquable ! Endéans les 3 premiers mois l’objectif des 7% d’économie fut atteint et même dépassé. Ce sont pas moins de 28 900 kWh électriques et 8700 m³ de gaz cumulés sur la période de novembre à fin février qui furent économisés soit l’équivalent de 22 850 kilogrammes de CO₂ évités.

Après les congés de Noël, les élèves ont fait la connaissance de Monsieur Jean-Marie qui avait déjà pratiquement repeint un des couloirs de l’école.

Et la suite ?

Les objectifs ont été atteints en 2004. L’effort entrepris a été poursuivi. Les résultats obtenus ont ainsi été pérennisés dans le temps.

Le comportement respectueux à l’égard de la consommation d’énergie est entré dans les habitudes. De plus, chaque année avant l’hiver, un rappel de vaccination est effectué. La motivation des enseignants et des élèves est entretenue par des messages bien ciblés.

La démarche a été étendue à la protection du milieu et au développement durable en général. En 2009 une GREEN TEAM a été constituée. Elle rassemble des enseignants et des élèves de toutes les années (de la première à la sixième). Une série d’actions sont ainsi entreprises pour induire des réflexes comportementaux auprès des élèves en matière environnementale.

Depuis 2014 un nouveau projet est en cours. Un groupe ENERGIE a été constitué à l’initiative d’un des directeurs du collège. Dans un premier temps sa mission sera de sensibiliser les élèves à la problématique de l’environnement et de l’utilisation rationnelle de l’énergie. Dans un deuxième temps, des volontaires seront recrutés parmi les élèves pour réaliser des actions et transmettre les messages auprès de leurs condisciples.

Tous les travaux réalisés dans les bâtiments de l’école l’ont été en tenant compte de l’amélioration des performances énergétique de ceux-ci.

Ainsi, lorsqu’il a fallu réparer certaines façades, les châssis existants ont été remplacés par des châssis isolants et un isolant a été placé dans l’épaisseur des murs refaits. Les élèves ont ainsi pu constater que les actes étaient joints à la parole.

Lorsque le système de chauffage de la piscine, devenu trop vétuste, a dû être remplacé, une nouvelle installation moderne et performante a été installée. Elle sert également à une autre partie de l’école. Les économies furent importantes et immédiates.

Ces travaux ont bénéficié de subsides UREBA.

Avec le temps, certaines conduites de chauffage s’étaient partiellement obstruées. Cela induisait des consommations électriques excessives des circulateurs. Le remplacement des conduites a résolu le problème. Les circulateurs consomment maintenant beaucoup moins.

Pas de doute, en sortant de l’école, les élèves du Collège Saint-Louis seront des citoyens responsables et conscients des enjeux énergétiques des décisions qu’ils seront amenés à prendre tant dans leur profession que dans leur vie privée. Ils seront ainsi les hérauts d’une cause essentielle pour l’avenir de notre planète.

En détail

Informations complémentaires

Bernard RENSON
Directeur Collège Saint-Louis
Tél : 04/349.53.00
Email :direction@collegesaintlouis.beURL : www.collegesaintlouis.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. Elle a été complétée en 2016 suite à une entrevue avec le directeur de l’établissement Monsieur Renson.

Posted By : 25 Sep, 2007

Rénovation d’une fabrique de peinture à Lausanne

Cette rénovation porte sur un hall industriel de fabrication de peinture, situé à Lausanne.

Description du bâtiment

Le hall a été construit en 1967. Son volume est de 2 700 m³ pour une surface de 528 m². La toiture est constituée de sheds orientés au nord. La surface de vitrage de 228 m² permet un apport d’éclairage naturel important. Cependant, la présence de bâtiments voisins faisant écran diminue les apports naturels de certaines zones du hall. Par contre dans d’autres zones, l’autonomie en éclairage naturel peut atteindre 85 %.

Coefficient de réflexion des parois
Plafond	0,5
Murs	0,3
Sol	0,1

Comparaison des installations

	Avant …	Après …
Type de luminaire	Tubes nus, 2 x 40 W	Réflecteur miroité, 1 x 58 W
Type de lampe	40 W, T12, type 33	58 W, T8, type 33
Type de ballast	Électromagnétique	Électronique
Nombre de luminaires	72	60
Puissance installée	7,7 kW	3,3 kW
Efficacité lumineuse (ballasts compris)	39 lm/W	94 lm/W
Commande	manuelle	gradation par pallier, asservie à la lumière du jour
Éclairement obtenu (à 0,9 m du sol)	90 lux	280 lux
Consommation annuelle	15 500 kWh/an	5 800 kWh/an
Économie d’énergie totale	–	63 %
Économie d’énergie due à la gestion	–	20 %
Investissement	–	6562,5 €
Économie	–	2187,5 €/an
Temps de retour	–	3 ans

Posted By : 25 Sep, 2007

Gestion des consommations électriques aux FUNDP de Namur

Les Facultés

Les études universitaires demeurent l’espace privilégié de la transmission et de la création du savoir. À Namur, elles sont organisées au sein de six facultés :

droit;
médecin;
philosophie et lettre;
informatique;
sciences;
et sciences économiques, sociales et de gestion.

On y retrouve deux cents professeurs et autant d’assistants, pour quatre mille cinq cents étudiants.

La soixantaine de bâtiments des facultés se situe principalement dans le centre de Namur. Ils représentent actuellement une superficie exploitée d’environ 148 000 m².

Implantation des Facultés universitaires dans Namur.

Parmi tous les bâtiments, ce sont ceux dédiés à la recherche qui sont, de loin, les plus énergivores.

Les installations techniques, de chauffage et de climatisation comprennent :

36 chaufferies avec 50 chaudières,
67 groupes de ventilation,
234 pompes et circulateurs,
23 boilers sur chaudière,
30 ascenseurs,
37 chambres froides,
17 groupes frigorifiques.

Cette étude de cas a été réalisée au tournant de l’année 2000 en se basant sur les consommations des années 90. Aujourd’hui, en 2016, les principes de réduction d’énergie et de coûts mis en œuvre restent d’actualité, mais les prix exposés dans le développement de cette page sont à évaluer de manière critique.

En 2000, la consommation annuelle de mazout était de 1 250 000 équivalents litres, celle d’électricité était de 6 500 000 kWh.

Au début des années 90, la facture annuelle d’électricité pour l’ensemble des FUNDP se monte à plus de 625 000 € par an. Afin de réduire cette facture, Monsieur Guilmin, responsable du département maintenance, projette d’entreprendre une série d’actions sur les consommations électriques.

Sensibilisation des occupants

Fin 1997, en éveillant la sensibilité de quelques personnes à la nécessité de maîtriser les consommations énergétiques, les services techniques initient une démarche qui ne cessera plus de s’amplifier.

Ainsi, à l’initiative des services techniques, dans chaque bâtiment, plusieurs personnes prennent rapidement conscience de l’importance de l’action individuelle dans la diminution des consommations énergétiques.

Fort de ce support venant de quelques utilisateurs, les services techniques entament une campagne beaucoup plus vaste de sensibilisation des occupants et utilisateurs.

Pour s’assurer de leur participation active dans le processus d’économie d’énergie, ces derniers doivent être rassurés par rapport au confort attendu et au bon fonctionnement des équipements.

Le comportement le plus immédiat à faire adopter est l’extinction de l’éclairage en dehors des heures d’occupation des locaux. Affichettes et autocollants font alors leur apparition, avec un slogan simple : « je fais comme chez moi, j’éteins !! ». Plusieurs articles consacrés aux économies d’énergie sont publiés dans le périodique bimestriel des FUNDP. Diverses informations techniques sont envoyées aux responsables de laboratoires ou de départements particulièrement « énergivores ».

Par ces campagnes et grâce aux quelques acteurs déjà sensibilisés, d’une participation polie, l’ensemble des occupants devient actif dans la recherche des gaspillages. Une véritable philosophie d’entreprise naît, grâce à la confiance établie entre les gestionnaires techniques et les utilisateurs des bâtiments. Il est dès ce moment possible de diminuer les températures de consignes et les plages horaires sur le chauffage, sans que n’apparaissent ni chaufferettes d’appoint, ni rouspétances.

Fin 1998, les services techniques s’appuient sur le soutien de tous les utilisateurs et occupants pour proposer une position volontariste en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie au conseil d’administration des FUNDP, qui l’accepte.

Le changement de mentalité se fait alors sentir au niveau des investissements en nouveau matériel. Tout nouvel achat est étudié sous l’angle de la consommation. Par exemple, une série de frigos « classe A » viennent remplacer des appareils moins performants.

Exemple.

La bibliothèque universitaire Moretus-Plantin (BUMP) comporte 10 plateaux, dont 3 sont accessibles au public et 7 contiennent les livres archivés. L’éclairage de chacun des 7 plateaux d’entreposage comprend 100 tubes de 36 W. Ces tubes étaient allumés par le passé de 8h00 à 20h00, pour garantir le confort et un climat de sécurité. Le technicien gestionnaire de ce bâtiment a été particulièrement sensible aux actions des services techniques et a, à son tour, entamé diverses actions de sensibilisation pour réduire les consommations. Les discussions ont porté sur la possibilité de couper l’éclairage en dehors des périodes d’utilisation de chaque rayon. Cela s’est traduit par le remplacement des interrupteurs classiques par des minuteries à réarmement qui éteignent automatiquement les lampes après 15 minutes. De 445 000 kWh en 1997, la consommation de la bibliothèque est passée à 395 000 kWh en 1999.

Repérage des principaux consommateurs

Afin de réduire efficacement les consommations électriques, la première étape est le relevé des consommations par équipement afin d’identifier les gros consommateurs. Dans cette optique, 140 compteurs comptabilisant les consommations d’autant de bâtiments ou de zones d’utilisation sont posés.

Décompteurs, l’un d’eux équipé d’une cellule optique pour mesurer la consommation « instantanée »

Consommateur	Puissance quart-horaire	Ratio de consommation
Éclairage	450 kW	36 %
Chauffage et climatisation	400 kW	32 %
Matériel informatique	200 kW	16 %
Chambres froides et divers autres	200 kW	16 %
Total	1250 kW	100 %

En 1992, la facture électrique est de quelques 642 300 € pour 6 770 000 kWh. Avec une superficie de locaux de 136 400 m², le ratio est de 49,6 kWh/m² an.

Plusieurs opérations de réduction des consommations électriques sont alors lancées. Les premières concernent les appareils d’éclairage et les boilers électriques.

L’impact sur la consommation électrique de ces deux mesures se fait rapidement ressentir puisqu’en 1995, la facture ne correspondait plus qu’à 635 375 €, soit 6 200 000 kWh. Le ratio de consommation était donc retombé à 44,5 kWh/m² an.

Rénovation de l’éclairage

Le relighting a été et est réalisé en plusieurs phases. Les objectifs généraux sont la réduction de la consommation électrique et l’amélioration du niveau d’éclairement.

Les services techniques entament une première étape au début des années 90, par le remplacement systématique des équipements d’éclairage (réglettes nues, luminaires laqués blancs, diffuseurs opalins) par des appareils avec nettement meilleur rendement. Ces appareils sont encore équipés de starter et de ballast électromécanique. Ces remplacements se font par opportunité, dès que des travaux sont planifiés dans des locaux. Cela représente une moyenne d’environ 200 équivalents tubes par an.

Anciens luminaires : tubes nus, diffuseurs opalins

En 1994-1995, les ballasts électroniques remplacent les ballasts électromécaniques, toujours avec la même intensité dans le programme de remplacement.

Finalement, à partir de 1998, le dimmage des appareils proches des fenêtres en fonction de la luminosité fait son apparition. Le dimmage, c’est-à-dire l’augmentation ou la diminution progressive de la puissance d’éclairage, permet de réduire automatiquement la puissance de l’éclairage lorsque l’éclairage naturel est suffisant. Actuellement, cette campagne se poursuit encore à raison de 700 équivalents tubes par an.

Les temps de retour pour ces appareils oscillent autour de 6-7 ans, en fonction des travaux annexes à réaliser comme le re-plafonnage après travaux.

Nouveaux luminaires haut rendement.

Les deux objectifs sont atteints, avec de meilleurs niveaux d’éclairement là où c’était nécessaire et des économies d’électricité.

Exemple.

À titre d’exemple, les nouveaux appareils de l’auditoire D1 procurent un même niveau d’éclairement, pour une diminution sensible de la consommation :

Anciens appareils (lampes T12 « rapid start » de 65 W) :

71 [lampes] x (65 [W] + 17 [W]^*) = 5 822 [W]

Nouveaux appareils (lampes T8 de 32 W) :

62 [lampes] x (32 [W] + 4 [W]^*) = 2 232 [W]

Gain : 3 590 [W]

Tubes fluos ancienne génération T12 et T12 « rapid start » (38 mm) et tubes fluos nouvelle génération T8 (26 mm) et T5 (16 mm)

À la bibliothèque universitaire Moretus Plantin (BUMP), des nouveaux appareils dans la zone d’accueil procurent un niveau d’éclairement 4 fois supérieur aux anciens appareils, pour une économie d’énergie de plus de 750 W.

Anciens appareils (lampes T12 de 40 W) :

49 [lampes] x (40 [W] + 10 [W]^*) = 2 450 [W]

Nouveaux appareils (lampes T5 de 28 W) :

49 [lampes] x (28 [W] + 5 [W]^*) = 1 617 [W]

Gain : 833 [W]

*17, 4, 10 et 5 [W] sont respectivement les pertes dues aux ballasts électromagnétiques dans les anciens appareils et électroniques dans les nouveaux.

Suppression de chauffe-eau électriques

Lors de leur installation, les boilers électriques se justifiaient par leur investissement réduit par rapport au coût d’installation d’un système de chauffage centralisé. À l’heure actuelle, au vu du prix de l’énergie, la production d’eau chaude à partir d’une source électrique, directe ou à accumulation, ne se justifie plus.

Les boilers électriques sont dès lors progressivement remplacés par d’autres boilers placés sur des chaudières existantes ou sur de nouvelles chaudières installées spécifiquement à cet effet.

Les bâtiments de logement (résidence des Pères et pédagogie) sont les premiers visés par ces mesures, suivis immédiatement par les bâtiments académiques.

170 kW de résistance électrique furent ainsi remplacés, pour des temps de retour relativement courts, de l’ordre de 2 à 5 ans. De plus, la maintenance se trouve indirectement améliorée : la faible durée de vie des chauffe-eau électriques, la fragilité et la sensibilité à la température des têtes en céramique de la robinetterie, les fuites des groupes de sécurité ne sont maintenant plus de mise avec les boilers sur chaudières.

Placement de moteurs à vitesse variable

Les avantages des variateurs de vitesse (convertisseurs de fréquence) sont multiples. D’une part, l’adaptation de la vitesse des moteurs en fonction des besoins réels permet une grande facilité de réglage et de pilotage comparé aux systèmes tout ou rien (ON/OFF). La finesse des réglages est particulièrement intéressante par rapport au sur-dimensionnement que l’on rencontre pour de nombreux circulateurs de boucles de distribution de chauffage. Un deuxième avantage est l’économie réalisée sur les factures d’électricité et sur les factures de chauffage ou de climatisation (le chaud et le froid ne sont plus distribués que lorsque c’est vraiment nécessaire). Notons finalement que le bruit de fonctionnement se trouve considérablement réduit.

Circulateur à vitesse variable.

En ce qui concerne les moteurs d’entraînement des ascenseurs, l’utilisation de vitesse variable permet d’accélérer et de ralentir progressivement, ce qui réduit très fort les contraintes sur les moteurs et sur les freins et en améliore ainsi grandement la durée de vie.

D’un point de vue financier, il est difficile de chiffrer précisément le temps de retour. D’une part, les économies réalisées par les variateurs de vitesse sont difficilement « isolables » des autres économies et d’autre part les variateurs de vitesse restent actuellement relativement chers. Toutefois, indépendamment du temps de retour, le confort dans le pilotage des installations justifie souvent à lui seul l’investissement.

Maîtrise de la pointe quart horaire

Le tarif Binôme B appliqué aux FUNDP est composé de trois termes principaux. Le premier est proportionnel à l’énergie consommée par mois (exprimée en kWh). Le deuxième terme est proportionnel à la puissance maximum appelée au cours du mois (exprimée en kW). Enfin, un troisième terme vient s’ajouter aux deux précédents, proportionnel à la puissance maximum appelée au cours des 12 derniers mois (exprimée en kW).

Les diminutions des consommations mentionnées plus haut permettent de réaliser des économies non seulement sur le premier terme de la facture, l’énergie consommée, mais aussi sur les puissances maximums appelées sur le mois et sur l’année. En effet, en diminuant les consommations « permanentes », on réduit par la même occasion la puissance appelée aux heures de pointe.

Le délestage va plus loin encore en arrêtant ou diminuant aux heures de pointe les charges électriques non immédiatement nécessaires. C’est sur les deuxième et troisième termes de la facture que le délestage va agir.

Le délestage aux FUNDP ne concerne que la cabine principale qui représente plus de 80 % des consommations électriques. Les 4 autres cabines haute tension connectées au réseau de distribution ne sont pas concernées.

En parlant de puissance maximum, il s’agit en réalité de l’énergie maximum consommée sur un quart d’heure, cette puissance est appelée la puissance quart-horaire.

Le principe du délesteur est d’analyser l’évolution de la consommation pendant chaque quart d’heure. Si un risque de dépasser une consigne prédéfinie apparaît, le délesteur va envoyer un ordre d’arrêt ou de diminution de charge à une ou plusieurs machines électriques, de façon à maintenir la puissance quart-horaire en dessous de la consigne. Le choix et les priorités des machines à arrêter est défini à l’avance par le staff technique.

Le relevé des appareils délestables, ceux que l’on peut couper pour quelques minutes sans troubler le confort des utilisateurs, permet une estimation de la puissance qui pourra être coupée ou réduite pour écrêter la pointe quart-horaire. Pour les FUNDP, celle-ci se monte à 100 kW sur les installations de chauffage et 100 kW sur les installations de conditionnement d’air. Compte tenu du fait que les charges de chauffage et de froid ne sont pas simultanées, c’est au total un potentiel d’environ 100 kW délestables qui est ainsi identifié. Les appareils délestables, au nombre de 150 environ, sont les circulateurs secondaires des installations de chauffage, les compresseurs des groupes frigorifiques, les ventilateurs des groupes de ventilation et des groupes de compensation d’air dans les laboratoires et les chauffe-eau électriques encore en fonctionnement.

Le choix pour le délestage est encouragé par l’existence d’une gestion centralisée (GTC) qui pilote déjà 95 % des charges à délester (chauffage et de la climatisation). La GTC assure déjà de façon centralisée la mise en route, la mise en fonctionnement à vitesse réduite ou la mise à l’arrêt des appareils électriques comme les circulateurs des boucles de chauffage ou les ventilateurs des boucles de climatisation. Les investissements pour le délestage s’en trouvent dès lors réduits à la gestion des informations déjà collectées.

L’estimation présentée au conseil d’administration prévoit un temps de retour sur investissement inférieur à 1 an, pour un investissement de 20 000 €. L’accord obtenu sur cette base conduit à l’acquisition du délesteur en février 97 et à sa mise en service en juin 97.

Fonctionnement du délestage

Délesteur.

Sur base des consommations des années antérieures, M. Guilmin a fixé des consignes de puissance pour chaque mois. Ces consignes correspondent à la puissance quart-horaire à ne pas dépasser pour chacun des mois, éventuellement adaptée en fonction des nouveaux équipements apparus d’une année à l’autre.

Évolution de la pointe quart horaire durant une journée type. Le rouge représente la puissance délestée.

Aucune intervention du staff technique n’est théoriquement nécessaire pendant le fonctionnement du délesteur. Ce dernier mesure la puissance globale consommée aux FUNDP à la cabine haute tension principale et compare la consommation à la consigne fixée par Monsieur Guilmin. Si la consommation risque de dépasser la consigne pour le quart d’heure en cours, le délesteur envoie des ordres de délestage via la GTC à un ou plusieurs groupes d’appareils.

Pour déterminer si la consommation pendant le quart d’heure en cours risque de dépasser la consigne, le délesteur va d’abord analyser l’évolution de la consommation pendant un laps de temps prédéfini, en début de quart d’heure. Le délesteur va ensuite extrapoler l’évolution de la consommation jusqu’à la fin du quart d’heure et calculer la puissance quart-horaire. C’est cette estimation qui sera comparée à la consigne pour déterminer s’il y a lieu de délester ou non. Il est essentiel de spécifier un temps d’analyse de la consommation d’une part suffisamment long pour permettre une évaluation correcte de l’évolution de la consommation, mais suffisamment court d’autre part, pour pouvoir délester aussi tôt que possible et avoir ainsi plus de poids dans le délestage. En effet, si un appareil est délesté suffisamment tôt, il évitera qu’un deuxième appareil ne doive être délesté en fin de quart d’heure.

À partir de l’inventaire des appareils électriques jugés délestables, le staff technique a déterminé 16 groupes d’appareils délestables, classés selon leur localisation, leur importance, leur puissance et le type d’appareil. Le délesteur travaille sur base de ces 16 groupes, c’est à eux que le délesteur envoie, via la GTC, des ordres de délestage ou de relestage et non à des appareils isolés.

Au sein d’un groupe, plusieurs appareils peuvent être en fonctionnement et plusieurs autres à l’arrêt. La GTC centralise l’état de chacun des appareils et détermine si un groupe est délestable ou non. Concrètement, si aucun des appareils électriques du groupe ne fonctionne, il n’est pas délestable.

Gestion technique centralisée des installations climatiques.

Lorsque le délesteur doit envoyer un ordre de délestage, il va premièrement identifier quels sont les groupes d’appareils qui sont délestables. Parmi ceux-ci, il va ensuite en sélectionner un ou plusieurs selon des priorités et des contraintes prédéfinies par le staff technique. L’ordre de délester est envoyé à la GTC, qui traduit cet ordre vers tous les appareils du groupe qui sont en fonctionnement.

L’état de fonctionnement des appareils électriques (on/Off) est envoyé à la GTC.
La GTC rassemble ces informations pour chacun des 16 groupes de charge et définit si un groupe est délestable ou non.
La GTC envoie la délestabilité de chacun des 16 groupes au délesteur.
Un capteur mesure la consommation électrique globale à la cabine haute tension et envoie cette mesure au délesteur.
Le délesteur compare la consommation mesurée à la cabine haute tension à la consigne et détermine si il y a un risque de dépasser cette dernière sur le quart d’heure en cours. Si le risque existe, il va sélectionner un ou plusieurs groupes d’appareils électriques selon des priorités pré-établies et définir l’ordre de l’arrêter .
Le délesteur envoie l’ordre de délester un ou plusieurs groupe de charge à la GTC .
La GTC traduit cet ordre et envoie à son tour un ordre à tous les appareils des groupes à délester pour les mettre à l’arrêt.

Grâce à cet outil, Monsieur Guilmin peut voir à tout instant l’état et l’évolution de la consommation globale aux FUNDP. Si pour une raison quelconque, Monsieur Guilmin ou Monsieur Chausteur, le responsable du chauffage, souhaite intervenir pour empêcher ou forcer la mise à l’arrêt ou la remise en route d’un groupe d’appareils, un contre-ordre au clavier est toujours possible. Finalement, une série de graphiques concernant les consommations passées sont disponibles à tout moment pour analyse.

Visualisation du fonctionnement des équipements électriques délestables durant 15 min. En vert, est reprise la puissance instantanée mesurée, par rapport à la consigne fixée. En bleu et jaune,ce sont les appareils en fonctionnement et en rouge, les appareils délestés.

Certains appareils électriques ne peuvent pas être arrêtés n’importe comment et dans n’importe quel ordre. Dans la mesure où le délesteur n’intervient pas directement sur les appareils, mais seulement à travers la GTC, les séquences d’arrêt des équipements sont respectées. En effet, le protocole d’arrêt appartient à la centrale de gestion et n’a pas été modifié par le délesteur.

Il existe également des systèmes dits auto-adaptatifs, c’est-à-dire qui adaptent automatiquement la consigne en fonction des pointes quart-horaire qui ont déjà eu lieu en cours de mois. La solution manuelle a été préférée par Monsieur Guilmin car les pointes quart-horaires fluctuent considérablement d’un mois à l’autre de l’année. Dans un même mois également, les pointes peuvent varier sensiblement, avec une activité faible au début et qui s’intensifie en cours de mois. Un système auto-adaptatif aurait attribué une consigne sévère en début de mois, pour en arriver à la moduler de jour en jour pendant la seconde moitié du mois. Le risque aurait alors été d’imposer en début de mois des délestages importants et perceptibles par les occupants mais tout à fait inutiles vu les pointes plus élevées en fin de mois.

Quelques résultats chiffrés du délestage

Évolution de la pointe 1/4 horaire mensuelle. En rouge, depuis la mise en place du délestage.

Année	Pointe annuelle moyenne [kW]	Coût moyen mensuel de la pointe [€]	Répartition de la facture	Superficie des bâtiments [m²]
1995	1305	24 425	67 % pointe – 33 % énergie	136 400
1996	1321	24 550	non connu	136 400
1997	1250	20 325	55 % pointe – 45 % énergie	136 400
1998	1242	19 625	46 % pointe – 54 % énergie	148 000
1999	1241	19 225	50 % pointe – 50 % énergie	148 000

Synthèse des résultats

Évolution de la facture électrique [en €]

Évolution de la consommation annuelle [en kWh/an] et de la consommation spécifique [en kWh/m².an].

D’une façon générale, l’ensemble des mesures prises pour économiser l’énergie se traduit par une diminution générale des factures, malgré une augmentation des superficies des bâtiments et une augmentation du nombre d’appareils électriques, notamment du matériel informatique.

Nouveau bâtiment des Facultés.

Ainsi, l’augmentation de la pointe annuelle globale suite à la construction de nouveaux bâtiments sur une superficie de 10 000 m² est entièrement compensée par la diminution de la pointe sur d’autres postes énergivores. Le poids respectif de la pointe dans la facture globale a lui aussi atteint un niveau tout à fait raisonnable.

Notons que les divers investissements réalisés ont bénéficié de primes à l’utilisation rationnelle de l’énergie de la part de la région wallonne ou du distributeur d’électricité, pour un montant total d’environ 25 000 €.

Conclusions et perspectives

Ce sont plusieurs directions pour la plupart totalement indépendantes qui ont mené aux résultats actuels sur les consommations d’énergies aux FUNDP.

La sensibilisation des occupants, les appareils d’éclairage, les appareils de chauffage, les variateurs de vitesse ou le délestage sont autant de directions qui sont accessibles maintenant et à tous, en interne ou en sous-traitance si le staff interne ne le permet pas.

Deux étapes sont primordiales dans toute démarche de réduction des consommations énergétiques : une analyse détaillée des consommations actuelles et des besoins réels, et l’information aux utilisateurs sur les objectifs recherchés et les moyens mis en œuvre.

Plusieurs directions restent encore à développer et à approfondir aux FUNDP :

La sensibilisation des occupants est un élément capital et sera maintenue dans le futur. Le relighting lui aussi sera poursuivi, toujours selon le même rythme.
Du côté des nouvelles pistes, l’extinction des PC plutôt que le passage en mode « veille » amènerait une diminution non négligeable de la facture électrique, lorsque ce mode veille reste consommateur. La possibilité d’installer un groupe de cogénération ou de faire de l’écrêtage par un groupe électrogène pourrait être envisagée dans le futur, mais n’est pas encore à l’ordre du jour.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la cogénération.

Posted By : 25 Sep, 2007

Réduction des consommations énergétiques dans la cuisine de l’ULB-Solbosch

Introduction

Dans le cadre de la mise en place d’un système de gestion environnementale selon la norme ISO 14001, des mesures de consommations électriques ont été effectuées au sein de la cuisine Sodexho de l’ULB-Solbosch. Ces mesures nous permettent d’évaluer l’impact environnemental et financier des actions et investissements effectués.

La chambre froide

La cuisine de l’ULB-Solbosch possède une chambre froide composée de 2 compartiments en enfilade. Cette chambre froide fonctionne en permanence, 24h/24h, 365 jours par an.

Un compartiment froid à + 4°C.

Un compartiment réfrigéré à – 10°C (chambre réfrigérée).

Habitudes d’utilisation

Lors du chargement et déchargement des compartiments, les portes restent longtemps ouvertes et provoquent un réchauffement de la température. Quelques fois le personnel oublie de fermer les portes.
La chambre la plus utilisée est la chambre froide. On ne rentre que très peu dans la chambre réfrigérée.

Actions correctives

Afin de réduire la consommation d’énergie électrique, des rideaux de protection ont été placés devant l’entrée des deux compartiments. Nous avons aussi demandé au personnel de fermer systématiquement les portes en sortant de la chambre froide, sauf en cas de chargement et déchargement de celle-ci.

Mesures

Les mesures ont été effectuées avec des chambres froides chargées à moitié.

Nous avons effectué des mesures de consommations d’énergie à l’aide d’un compteur triphasé et d’un enregistreur de consommations placé sur le tableau électrique.

MESURES	kWh/24 hrs	kWh/an	€/an	Économies (%)
Chambre froide + 4°C
sans rideaux	14 kWh	5 125 kWh	512,5 €
avec rideaux	11 kWh	4 015 kWh	402 €	25 % (112,5 €)
Chambre réfrigéré – 10°C
sans rideaux	15 kWh	5 500 kWh	550 €
avec rideaux	13,5 kWh	4 950 kWh	495 €	10 % (55 €)
Remarque : calculé sur 365 jours/an			1 kWh = 0,1 €

Conclusions

Le placement des rideaux a coûté 750 €. Nous pouvons estimer sur base des mesures effectuées que cet investissement sera remboursé d’ici quatre ans et demi.

L’impact environnemental réside dans une diminution indirecte (par les centrales électriques TGV) d’émission de CO₂, principal gaz à effet de Serre, de 0,6 tonnes par an.

Les présentoirs froids du self-service

Au self-service du restaurant Sodexho de l’ULB-Solbosch, il existe 2 catégories de présentoirs :

Les présentoirs à boissons et les présentoirs alimentaires.

Le restaurant possède 2 grands et 1 petit présentoir à boissons et 2 présentoirs alimentaires. Ils sont remplis chaque matin.

Habitudes d’utilisation

Ces présentoirs ne possédaient pas de vitres de protection et étaient donc tout le temps ouverts. Cela avait pour conséquence de faire fonctionner le moteur de l’appareil sans intermittence.

Ce mode de fonctionnement a aussi une incidence sur l’usure de ces moteurs qui doivent souvent être remplacés. Le coût d’un moteur est estimé à 1 250 €.

De plus, le froid se déposait sur les plateaux des clients, ce qui refroidissait les repas.

Mesures

Nous avons effectué des mesures de consommations d’énergie à l’aide d’un compteur monophasé placé sur 1 présentoir de chaque catégorie. Des simulations ont été effectuées sur une période de 24 heures (présentoir avec vitres, sans vitres, allumés ou éteints pendant la nuit).

MESURES	kWh /24hrs	kWh/an	€/an/comptoir	Tot Cuisine €
Présentoirs boissons (1 petit – 2 grands)
avec vitres et éteints chaque nuit	7 – 9*k Wh	1 500 -2 000*	150 – 200* €	550 €
avec vitres tjrs allumés	9 – 12 kWh	2 000 -2 700*	200 – 270* €	740 €
sans vitres	18 – 24* kWh	4 000 – 5 400*	400 – 530* €	1460€
			*grands présentoirs
	kWh/8 hrs	kWh/an	€/an/comptoir	Tot Cuisine €
Présentoirs alimentaires (2 présentoirs)
avec vitres	6 kWh	1 320 kWh	132,5 €	265 €
sans vitres	10 kWh	2 200 kWh	220 €	440 €

Conclusions

Le placement des vitres a coûté 625 € par présentoir. Nous pouvons estimer que celles-ci seront remboursées grâce à la réduction de la consommation électrique en trois ans et demi. Nous n’avons pas pris en compte l’éventuel remplacement de moteurs dû à l’usure de ceux-ci lorsqu’il n’y a pas de vitres.

L’impact environnemental réside dans une diminution indirecte (par les centrales électriques TGV) d’émission de CO₂, principal gaz à effet de Serre, de 3 tonnes par an.

Étude réalisée par :

Marcel Van Meesche
Éco-Conseiller membre de l’ABECE
Association Belge des Éco-conseillers et Conseillers en Environnement dans le cadre du projet « Germaine » développement d’Indicateurs de Performance Environnementale financé par les SSTC référence NN/G8/39 et dans le cadre plus global de la mise en place d’un ISO 14001 dans le restaurant universitaire Sodexho de l’ULB-Solbosch.

Posted By : 25 Sep, 2007

Bâtiment de la société Iveg

Description du bâtiment

Le siège central de la société IVEG (intercommunale de distribution d’électricité et de gaz) est situé à Hoboken, un quartier suburbain d’Anvers. Ce bâtiment, achevé en 1999, a été conçu dans le but d’optimiser la consommation d’énergie et le confort intérieur du bâtiment. C’est pourquoi un système de ventilation naturelle y est installé. Le bâtiment IVEG, conçu par l’architecte Mussche, a été choisi comme construction-pilote du projet HybVent de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) et du projet Kantoor 2000 du programme VLIET-bis du gouvernement flamand.

Ce nouveau bâtiment est situé le long d’une rue dont la circulation est relativement élevée et vient s’intégrer entre deux bâtiments existants. Le plan du bâtiment IVEG est rectangulaire. Ses deux façades principales sont parallèles à la rue : la façade avant est orientée N à NO alors que la façade arrière est orientée S à SE. D’une superficie de 1 800 m², il doit accueillir environ 70 employés.

Les objectifs

Les objectifs de base du projet sont :

Un climat intérieur confortable (confort thermique, qualité de l’air intérieur, …).

Une faible consommation d’énergie (chauffage, refroidissement actif,…).

Une conception pragmatique et économique(utilisation de matériaux standards et de techniques accessibles pour tous).

Les systèmes thermiques adoptés sont un chauffage par radiateurs, une ventilation hygiénique mécanique et un refroidissement par ventilation naturelle. Le système de ventilation est donc hybride : une ventilation mécanique assure la qualité de l’air tandis que, pour atteindre le confort thermique d’été, le bâtiment est refroidi par un système de ventilation naturelle, essentiellement basé sur l’effet de cheminée.

Les dépenses énergétiques en hiver sont réduites grâce à un chauffage efficace et une bonne isolation thermique.

Le chauffage central est assuré par deux chaudières à condensation, d’une puissance installée de 60 kW chacune, soit 19.6 W/m³. Les radiateurs, équipés de vannes thermostatiques, sont plats et d’une superficie double de la normale pour augmenter l’échange de chaleur par rayonnement, perçu comme plus confortable par les occupants que la convection. Les cheminées, très bien isolées, sont toujours fermées en hiver.

L’isolation du bâtiment a été soignée dans tous ses détails pour éviter les ponts thermiques. Les épaisseurs d’isolants valent 12 cm en toiture, 7 cm dans les murs et 4 cm pour les planchers. Des doubles vitrages basse-émissivité dont la cavité est remplie de gaz (k = 1,1 à 1,3 W/m²K) ont été installés sur toutes les façades. Le niveau d’isolation global correspond à un K35.

La ventilation hygiénique est assurée par une ventilation mécanique à débits variables, régulés en fonction de l’occupation grâce à des détecteurs de présence. L’air est pulsé dans les locaux de travail à un débit de 30 m³/h par personne pour les bureaux paysagers et 40 m³/h par personne pour les bureaux individuels; il est extrait par les sanitaires.

Une attention toute particulière a été portée à l’étanchéité du bâtiment. En outre, un échangeur de chaleur a été placé sur le circuit de reprise d’air pour récupérer une partie de la chaleur de l’air extrait. Il a toutefois été mal conçu et ne fonctionne donc pas correctement.

Le refroidissement du bâtiment IVEG est géré par son système de ventilation naturelle. En été, une ventilation intensive de nuit est organisée. L’air est introduit dans le bâtiment par des ouvrants opaques, placés derrière les grilles murales des façades.

Une bonne distribution de l’air frais à travers tout le bâtiment nécessite l’ouverture des portes de tous les locaux.

L’air est extrait naturellement par deux cheminées en toiture. La photo ci-dessous montre les clapets qui permettent la sortie de l’air au sommet des tours. Les fenêtres fixes en partie supérieure des cheminées n’ont aucun rôle dans la ventilation mais elles éclairent en partie le hall et l’escalier.

Le concept de la ventilation naturelle intensive de nuit a nécessité l’utilisation de deux tours de ventilation séparées pour des raisons de sécurité incendie. Le rez-de-chaussée et le premier étage forment un premier compartiment relié à la grande cheminée tandis que le deuxième étage est un compartiment séparé, ventilé par sa propre cheminée.

Le bon fonctionnement de la stratégie de la ventilation naturelle utilisée dans ce bâtiment est basé non seulement sur le débit de ventilation naturelle intensive de nuit assuré par les tours de ventilation mais aussi sur :

la réduction des pics de surchauffes des locaux par l’inertie thermique des matériaux utilisés,

la limitation des gains solaires par l’intégration de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles,

la diminution des charges internes par le choix d’appareils électriques performants,

la diminution des charges internes grâce au contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local.

La masse thermique accessible dans les bureaux du bâtiment IVEG est importante. Il n’y a pas de faux plancher et le sol est principalement carrelé. De plus, les faux plafonds ne couvrent qu’une partie de la surface de chaque local et ils sont fortement ajourés pour que l’air puisse circuler le long du plafond.

La limitation des gains solaires est assurée par le choix de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles, dont la régulation automatique centralisée offre une possibilité de dérogation à l’occupant.

Des appareils électriques performants, tels que des ordinateurs munis d’un mode économique, ont été placés afin de diminuer les charges internes. Les luminaires présentent des réflecteurs à haute efficacité et des lampes fluorescentes équipées de ballasts électroniques.

Enfin, une diminution des charges internes est également obtenue par un contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local. L’allumage (on/off) de l’éclairage est géré par des détecteurs de présence décentralisés par bureau tandis que le flux des lampes est « dimmé » en fonction du niveau d’éclairement du local. La régulation du système de dimming de l’éclairage artificiel est également décentralisée par local et elle a pour consigne d’assurer un éclairement des bureaux de 500 lx.

En été, les dépenses énergétiques sont donc limitées par l’utilisation d’un refroidissement passif basé sur la ventilation naturelle de nuit, rendu possible par la masse thermique accessible, la réduction des gains solaires et la diminution des charges internes du bâtiment. Une batterie de froid a tout de même été installée par précaution dans le caisson de préparation de l’air mais elle n’a pas encore été utilisée.

Dans le bâtiment IVEG, la ventilation naturelle, la ventilation mécanique ainsi que la régulation des stores et de l’éclairage artificiel sont gérés de manière automatique. Cependant, les occupants peuvent agir directement sur les stores et sur l’ouverture des fenêtres classiques pour adapter leur environnement. Les utilisateurs peuvent aussi ajuster le chauffage d’un local à leurs besoins grâce aux vannes thermostatiques des radiateurs.

Quelques chiffres

La réduction des consommations d’énergie est l’élément essentiel de la conception du bâtiment IVEG. Sa consommation électrique spécifique vaut 35 kWh/m².an (à comparer à la norme habituelle de Novem : 60 kWh/m²An), ce qui donne un bâtiment à faible consommation d’énergie électrique. Sa consommation spécifique en gaz vaut 272 MJ/m²An (à comparer à Novem : 520 MJ/m²An), résultat toutefois facilement obtenu par une isolation adéquate du bâtiment.

Il peut également être intéressant de savoir que le coût total du bâtiment, honoraires et TVA compris, a été de 3 492 255 €. La superficie du bâtiment étant d’environ 1 800 m², le prix de ce bâtiment, TVA incluse, est donc de 1 940 €/m².

Les intervenants

Signalons enfin que le CSTC a joué le rôle de consultant extérieur lors de la conception du bâtiment IVEG. La coordination du projet et le travail de bureau d’étude au niveau de l’électricité, de l’informatique, de la ventilation naturelle, du chauffage et de l’éclairage ont été réalisés par la société IVEG. Le bureau d’études Air-Consult a étudié la ventilation mécanique et la protection incendie de ce projet.

IVEG
Antwerpsesteenweg, 260
2660 Antwerpen – Hoboken
03/820 05 11

http://www.iveg.be

Architecte
Monsieur Herman Lemaire (ou Marc Mussche)
Buas-Suter
Avenue Pasteur 21
Zone Noord
B-1300 Wavre
010/24 44 24

CSTC
Centre scientifique et technique de la construction

http://www.bbri.be

AIR CONSULT ENGINEERING SA (?)
quai Fernand Demets 4
1070 Anderlecht
02/523 65 29

Agence Internationale de l’Energie (AIE)

http://www.iea.org/

Kantoor 2000 (programme VLIET-bis)

Posted By : 25 Sep, 2007

Rénovation de l’ILV à Louvain-la-Neuve

Les objectifs et le choix du bâtiment

Objectif de la rénovation

La maintenance de l’UCL n’est pas insensible aux bénéfices que l’on peut tirer d’une rénovation de l’éclairage d’un bâtiment, tant du point de vue du confort que des économies d’énergie, mais en respectant un temps de retour raisonnable de 6 à 7 ans.

Choix du bâtiment

Plusieurs bâtiments de bureaux dont l’installation d’éclairage semblait assez précaire, nous ont été présentés. A nous de sélectionner celui qui présentait un potentiel d’économies d’énergie suffisant.

Nous avons dès lors dressé un diagnostic rapide, via le calcul de la puissance spécifique installée de quelques locaux.

Bâtiment des Sciences 1

Tous les locaux visités avaient une puissance spécifique du même ordre de grandeur.

Si le confort est loin d’être atteint (niveau d’éclairement insuffisant, éblouissement, …), une rénovation dans ce bâtiment ne pouvait être rentable.
En effet, on ne peut espérer diminuer fortement la consommation, vu qu’une bonne installation consomme aux environs de 12,5 W/m² pour obtenir 500 lux.

Liste des locaux

Surfaces

Lampes

Puissance spécifique

Bureau C193

3,2 x 6,45 m²

6 réglettes avec un tube fluorescent de 36 W

6 x 36 x 1,2*/3,2 x 6,45 = 12,6 W/m²

* : multiplication de la puissance des lampes par le facteur 1,2 pour tenir compte de la consommation des ballasts.

Bureaux B331 à B334

3,2 x 4,9 m²

2 luminaires direct/indirect avec ventelles planes équipés de 2 tubes fluorescents de 36 W

4 x 36 x 1,2/3,2 x 4,9 = 11 W/m²

Bâtiments des Sciences 14 & 15

Tous les locaux visités avaient une puissance spécifique du même ordre de grandeur.

Malgré que l’installation soit ancienne, l’installation est performante au niveau énergétique et les niveaux d’éclairement sont relativement bons : de 350 à 500 lux.

En effet, un luminaire équipé d’un réflecteur sans ventelles ni diffuseur a un bon rendement. Le seul problème est l’éblouissement qu’il provoque.

Liste des locaux	Surfaces	Lampes	Puissance spécifique
Bureau B117	4,8 x 7,45 m²	8 luminaires avec réflecteurs blancs et pas de ventelles ni diffuseurs, équipés d’un tube fluorescent de 58 W	8 x 58 x 1,2/4,8 x 7,45 = 13,8 W/m²
Bureau B107	7,45 x 7,45 m²	13 luminaires avec réflecteurs blancs et pas de ventelles ni diffuseurs, équipés d’un tube fluorescent de 58 W	13 x 58 x 1,2/7,45 x 7,45 = 13,6 W/m²

Bâtiment des Sciences 12

L’éclairage des bureaux consiste en des tubes fluorescents sur réglettes nues fixées sur un cadre de rail porteur leur servant aussi d’alimentation.

Tous les locaux visités avaient ainsi des puissances spécifiques très différentes. Celles-ci variaient de 7,2 à 23 W/m² avec une moyenne de 15 W/m².
Il est en effet assez facile avec un système de rails porteurs d’ajouter des réglettes. On peut supposer qu’au fil des années, des luminaires ont été ajoutés ou enlevés.

Une puissance spécifique moyenne de 15 W/m² ne permet pas de réaliser une rénovation rentable.

Liste des locaux	Surfaces	Lampes	Puissance spécifique
Bureau B189-12	2,4 x 3,5 m²	4 luminaires de 1 x 36 W	4 x 36 x 1,2/2,4 x 3,5 = 20,6 W/m²
Bureau B141	2,4 x 7,1 m²	5 luminaires de 1 x 36 W	5 x 36 x 1,2/2,4 x 7,1 =12,7 W/m²
Bureau B179	5,5 x 7,1 m²	14 luminaires de 1 x 36 W	14 x 36 x 1,2/5,5 x 7,1 = 15,5 W/m²

Bâtiment de l’Institut des Langues Vivantes

L’éclairage est constitué de luminaires à diffuseurs prismatiques jaunis par le temps.

On peut espérer diminuer la puissance de près de moitié. De plus, les temps d’occupation sont, à première vue, relativement longs. La rénovation d’une telle installation valait la peine d’être envisagée.

Liste des locaux	Surfaces	Lampes	Puissance spécifique
Local de cours a109	7,9 x 7,9 m²	9 luminaires de 2 x 58 W	9 x 58 x 1,2/7,9 x 7,9 = 20 W/m²
Bureau a140	3 x 5,6 m²	3 luminaires de 2 x 58 W	3 x 2 x 58 x 1,2/3 x 5,6 = 25 W/m²

Le bâtiment et l’installation de l’éclairage existante

Description brève et détermination des locaux types

Les locaux sont répartis sur 3 niveaux. La cage d’escalier ainsi que l’ascenseur se trouvent au centre du bâtiment. Un couloir court autour de la cage d’escalier. À partir du couloir, on accède aux différents locaux. D’un côté, on trouve des bureaux, de l’autre, des laboratoires de langues.

Plan du 1er étage :

Dans ce bâtiment, il y a donc 5 locaux – types :

les bureaux,
les classes,
le hall,
les couloirs,
les sanitaires.

L’étude se fera sur un de chacun de ces locaux types.

L’installation d’éclairage actuelle

L’installation d’éclairage est constituée de luminaires à diffuseur prismatique en saillies.
Les tubes sont des T8 et les ballasts sont électromagnétiques.
L’emplacement et la puissance totale des luminaires est indiquée sur le plan ci-dessus.

Utilisation des locaux et gestion de commande

Les bureaux

Occupation : il y a des baies vitrées sur toute la largeur de la façade et les ordinateurs sont placés perpendiculairement aux fenêtres. Les luminaires sont allumés dès l’occupation des bureaux. Les bureaux sont occupés en majorité par les professeurs de langues.
En cours d’étude, il s’est avéré que les bureaux étaient moins occupés que prévu. Un bureau est en général occupé par l’équivalent d’un plein temps (1 plein temps, 2 mi-temps etc.). Un professeur à plein temps donne 16 h de cours par semaine. Un bureau est donc occupé 22 heures par semaine, et ce pendant 32 semaines par an, soit 704 h/an. Ils ne sont en principe pas occupés pendant juillet et août.
Commande : les luminaires sont commandés par de simples interrupteurs.

Les locaux de cours

Occupation : vu le peu d’éclairage naturel, les luminaires sont allumés systématiquement quand les locaux sont occupés. Après leur occupation, ils sont éteints et fermés à clé. Les locaux ne restent donc, en principe, pas allumés inutilement. Les locaux de cours sont occupés en moyenne de 8 h 30 à 19 h 30, soit 11 h 00 par jour pendant 160 jours/a.
N.B. : Les chiffres ci-dessus représentent une moyenne, les locaux sont pour certains utilisés jusque 21 h 00.
Commande : l’ensemble des luminaires d’un local est commandé par de simples télérupteurs.

Le hall et les petits couloirs

Occupation : il y a très peu d’éclairage naturel. L’éclairage est allumé à partir de 8 h 00 (allumé par les femmes de ménage) et éteint en fin de journée par le gardiennage, à partir de 21 heures. Et ce, 160 jours par an.
Le hall est très fréquemment occupé. Il est fréquenté par les étudiants pendant les interruptions de cours, par ceux qui arrivent en avance, etc… De plus, on y a installé un distributeur de boissons, ce qui augmente encore les allées et venues.On a considéré qu’il est occupé pendant un quart d’heure toutes les heures aux inter-cours et que pendant les heures de cours, il y a un passage toutes les 5 minutes. Et ce de 8 h 00 à 20 h 00.
Les couloirs ne servent qu’au passage (en moyenne : 1 passage toutes les 10 minutes de 8 h 00 à 17 h 30).
Commande : l’ensemble des luminaires est commandé par des télérupteurs répartis dans le hall et les couloirs.

Les sanitaires

Occupation : les luminaires sont allumés en permanence de 8 h 30 à 21 h 00. En fin de journée, l’éclairage est éteint par le gardiennage, et ce pendant les 160 jours d’occupation du bâtiment.
Tout comme le hall, les sanitaires sont très fréquemment occupés (en moyenne 15 minutes toutes les heures pendant les inter-cours, et 1 passage toutes les 10 minutes pendant les cours et ce, de 8 h 30 à 20 h 00).
Commande : les luminaires sont commandés par de simples interrupteurs.

Le diagnostic

La puissance installée

Les bureaux

Les bureaux ont quasi tous les mêmes dimensions : 3 mètres de large sur 5 m 60 de long. Ils sont éclairés par 3 appareils de 2 x 58 Watts.

Puissance spécifique :

= 3 x 2 x 58 x 1,2*/3 x 5,6 = 24,9 W/m²

Cette valeur est à comparer à la valeur de référence de 2,5 W/m²/100 lux, soit 12,5 W/m² (500 lux).

Les classes

Il y a 6 laboratoires de cours de dimensions presque équivalentes : 7 m 90 x 7 m 90 éclairés par 9 luminaires de 2 x 58 Watts.

Puissance spécifique :

= 9 x 2 x 58 x 1,2/7,9 x 7,9 = 20,1 W/m²

à comparer à 12,5 W/m² (pour 500 lux).

Le hall

54 m² de hall sont éclairés par 8 luminaires de 1 x 58 W.

Puissance spécifique :

= (8 x 58) x 1,2/54 = 10,3 W/m²

à comparer à 5 W/m² pour 200 lux.

Les couloirs

Un couloir de 30 m² est éclairé par 5 luminaires de 1 x 36 W.

Puissance spécifique :

= (5 x 36) x 1,2/30 = 7,2 W/m²

à comparer à 3,75 W/m² (150 lux).

En moyenne, la puissance installée pourra donc être réduite de près de la moitié.

Si l’on ajoute à cela, des temps d’occupation relativement élevés, pour la plupart des locaux, on peut supposer que la rénovation sera rentable.

Le confort

Le confort n’est pas un critère déterminant dans ce projet.

Néanmoins, pour pouvoir comparer le confort avant et après rénovation, nous avons relevé, au luxmètre, le niveau d’éclairement moyen des différents locaux types.

dans les bureaux : 475 lux (variant de 400 à 550 lux)
dans les classes : 325 lux (variant de 295 à 350 lux)
dans les petits couloirs : 85 lux (variant de 60 à 110 lux)
dans le couloir central : 200 lux

La gestion de commande actuelle

En observant le mode d’utilisation des locaux et la présence d’éclairage naturel, nous nous sommes posés la question suivante :

« Arrive-t-il que des locaux ou parties de locaux soient éclairés artificiellement alors que ça n’est pas nécessaire ou qu’ils soient éclairés au-dessus du niveau nécessaire ? »

Nous avons relevés les « dysfonctionnements » suivants

Les petits couloirs sont éclairés en même temps que le hall alors que ce dernier est fréquemment occupé mais que le passage dans les petits couloirs se fait au rythme de 1 toutes les 10 minutes environ de 8 h 30 à 17 h 30.
Le hall reste éclairé en permanence alors qu’il est surtout occupé un peu avant, pendant et après les inter-cours.
L’éclairage des sanitaires reste aussi allumé toute la journée alors qu’ils sont également surtout utilisés aux environs des inter-cours.
D’autre part :
Dans les bureaux, tous les luminaires sont allumés dès que les bureaux sont occupés alors qu’il y a des vitres toute la largeur des bureaux. Nous avons dès lors mesuré l’éclairement sous la première rangée de luminaires sans éclairage artificiel. Cette mesure s’est faite au mois de novembre vers 14 h 00. L’éclairement était de 150 lux. Cette valeur très basse s’explique par la présence d’un bâtiment en face des baies qui « prend » beaucoup de lumière naturelle.
D’autre part, les bureaux sont relativement petits et ne nécessitent donc pas de zonage.
Une gestion de commande en fonction de l’éclairage naturel n’est donc pas adéquate.

Le choix de l’installation d’éclairage

Démarche et étude préalable

La démarche classique consiste à demander des propositions d’installation accompagnées d’études photométriques (= études visant à donner les isolux d’une installation, l’éclairement moyen et l’uniformité). Ces études sont demandées aux fabricants, aux fournisseurs ou sont faites par le responsable technique lui-même s’il dispose des disquettes de calcul d’éclairage des fabricants.
Pour toute installation qui répond aux critères de confort, une demande de prix (matériel + placement) est faite à un (des) installateur(s).
La proposition la plus intéressante est retenue.

La démarche a été quelque peu différente ici.

La maintenance de l’UCL dispose de son propre installateur.
Suite à leur expérience de la maintenance de l’UCL et selon leurs critères financiers, il n’est intéressant de rénover une installation que si les anciens luminaires sont remplacés par de nouveaux luminaires positionnés au même endroit. Ainsi l’installation n’exige aucune modification de câblage.
Les responsables de la maintenance disposent d’un prix de placement standard. Ce prix comprend le démontage des anciens appareils et le placement des nouveaux appareils.
Ce prix est très faible et il est illusoire de rechercher un prix plus bas.

Encombrement des nouveaux luminaires par rapport aux précédents

Dans les locaux de cours, le câblage des luminaires se fait par le faux plafond, via les interstices entre les lamelles. Les luminaires sont fixés par des tiges dans les hourdis, tiges qui passent également dans les interstices entre les lamelles. Il n’y a aucun percement dans les lamelles qui sont donc récupérables. Les fixations se trouvent à 18 cm des extrémités. On peut donc y fixer un appareil légèrement plus court (des luminaires de x fois 36 W par exemple).
Dans les bureaux et les couloirs, il n’y a pas de faux plafonds. Les luminaires sont câblés soit en apparent, soit par un percement dans les hourdis. Les fixations se trouvent à une certaine distance des extrémités. On peut donc également y fixer des appareils plus courts (x fois 36 Watts ou équivalents). Au cas où les luminaires auraient une longueur plus petite, il suffirait d’ajouter un morceau de tube et de câble.

Niveaux d’éclairement souhaité

Pour l’éclairage des classes et bureaux, le service de Sécurité & Hygiène demande, en tout point du plan de travail, un éclairage minimum de 300 lux. Au cas où l’éclairage général peut être complété par un éclairage d’appoint (cas des bureaux), l’éclairement minimum exigé est de 200 lux. Ces exigences correspondent à celles du RGPT (« Règlement Général pour la Protection au Travail« ). Nous n’avons pas tenu compte du dernier cas (200 lux minimum), car nous trouvons ces niveaux fort bas.
Dans les bureaux, personne ne travaille contre une paroi. La zone de travail est donc la surface du local dont on retire 50 cm le long des parois.
Dans les locaux de cours, des tables peuvent être placées contre les murs, et la zone de travail est donc égale à la surface du local.
Dans le hall central, nous avons demandé un éclairement moyen de 200 lux minimum. En effet, celui-ci est un lieu d’attente, occupé par des étudiants qui révisent leurs cours. De plus, c’est l’éclairement actuel.

Il restait donc à faire une demande de prix (matériel uniquement) d’une nouvelle installation avec des luminaires placés au même endroit que les anciens appareils. Cette demande de prix a été faite à plusieurs fabricants.

Demande de prix – modèle de courrier aux fabricants

Concerne : rénovation de l’installation d’éclairage de l’Institut des Langues Vivantes (I.L.V) à l’U.C.L. (Louvain-la-Neuve)

Monsieur,
Je suis chargée de la rénovation dont il est question ci-dessus.

Pourriez-vous me remettre une étude photométrique sur base de vos produits ?

Les luminaires seront placés aux mêmes endroits que les luminaires actuels (voir plan à l’échelle en annexe).
Ils seront de type « en saillie ». Ils pourront être légèrement plus courts (luminaires de x fois 36 Watts ou de longueur équivalente)
Dans les bureaux, les luminaires seront à basse luminance (luminance < 200 cd/m² au-delà de 60° par rapport à la verticale ou CIBSE cat. 2).
Dans les locaux de cours et les couloirs, les luminaires seront à ventelles planes avec un angle de défilement maximum de 65°.
Les luminaires seront équipés de ballasts électroniques.

L’éclairement minimum dans la zone de travail des locaux de cours et bureaux est de 300 lux.
Dans les bureaux, la zone de travail est la surface du local de laquelle on retire une bande de 50 cm le long des parois.
Dans les classes, la zone de travail correspond à la surface du local, de laquelle on retire une bande 50 cm à l’arrière du local.
Dans le hall, l’éclairement moyen sera d’au moins 200 lux. Dans les petits couloirs, il peut être limité à 100 lux.
Les calculs d’éclairement se feront sur une grille minimale correspondant à la norme NBN L 14 – 002.
Le plan utile se trouve à 80 cm dans les classes et bureaux et au niveau du sol dans les couloirs. Le facteur de dépréciation doit être pris égal à 0,9.
Les coefficients de réflexion des parois seront de 0,7 (plafond), 0,5 (murs), 0,3 (sol).

L’étude doit être accompagnée des fiches techniques des luminaires ou d’un catalogue.

Pourriez-vous me remettre votre meilleur prix pour le … au plus tard.
Nous disposons de notre propre équipe de placement. Pouvez-vous, dès lors, nous accorder votre remise ‘installateur’ et nous remettre votre meilleur prix net.

Je vous en remercie, et vous prie de croire, Monsieur, en l’assurance de ma meilleure considération.

Annexe : un plan à l’échelle 1/100° avec les luminaires actuels.

Remise des offres et choix des luminaires

Différentes offres nous ont été remises.
Nous avons retenu celles qui répondaient à la demande.

Pour toutes ces offres, nous avons ensuite vérifié différents critères de qualité du matériel dans les catalogues ou sur les fiches techniques

la puissance spécifique est inférieure à 2,5W/m²/100 lux,
le rendement des luminaires est de minimum 65 % pour les luminaires basse luminance et 70 % pour les luminaires à ventelles planes,
le réflecteur est en aluminium satiné,
l’indice de protection est de minimum IP20 dans les classes et les bureaux et de IP44 dans les sanitaires,
la résistance aux chocs est d’au moins 0,5 joule dans les classes et bureaux et de 6 joules dans les couloirs,
dans les classes et bureaux, les luminaires sont de classe I (nous disposons d’un conducteur de terre) et de classe II dans les sanitaires,
les autres appareils électriques du bâtiment sont protégés contre les signaux haute fréquence (label énec),

la maintenance est aisée : par exemple, diffuseur rabattable et décrochable des 2 côtés sans outils,
il n’y avait aucune vérification à faire au niveau de l’inflammabilité, vu que les luminaires seront montés soit sur un faux plafond à lamelles ou sur la dalle en béton.

Parmi toutes les offres répondant aux critères, nous avons sélectionné celle offrant le meilleur prix.

Quelques extraits de l’offre retenue

Bureau-type

Équipement : 3 luminaires basse luminance de 1 x 58 W avec ballast électronique – CIBSE cat. 2

Dimensions du local

Longueur x Largeur	5,6 x 3,0 m
Hauteur	2,75 m
Hauteur du plan de travail	0,8 m
Hauteur de suspension	2,75 m

Luminaire

-/158

Rendement du luminaire 66,9 %

Éclairement souhaité

Moyen 400 lux

Facteurs de réflexion

Plafond/Parois/Sol

70/50/20 %

Implantation

Nombre de luminaires	3
	1 867 m

Lampe

58 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840
avec ballast électronique

Flux lumineux d’une lampe	5 000 lm
Facteur de dépréciation	0,90
Facteur de correction	1,00

Résultats

Éclairement moyen 500 lux

Uniformité (Emin/Emoy) 0,54

2,79 m	268	305	333	370	351	322	351	370	333	305	268
2,36 m	394	446	491	564	524	474	524	564	491	446	394
1,93 m	498	559	618	726	664	594	664	726	618	559	498
1,50 m	541	605	672	792	723	646	723	792	672	605	541
1,07 m	498	559	618	726	664	594	664	726	618	559	498
0,64 m	394	446	491	564	524	474	524	564	491	446	394
0,21 m	268	305	333	370	351	322	351	370	333	305	268
E(lx)	0,25 m	0,76 m	1,27 m	1,78 m	2,29 m	2,80 m	3,31 m	3,82 m	4,33 m	4,84 m	5,35 m

Vu que l’on impose l’emplacement des luminaires, le choix de l’installation est limité. C’est pourquoi, on obtient un éclairement moyen de 500 lux alors qu’un éclairement moyen de 400 lux aurait probablement suffi.

La « zone de travail », où l’éclairement minimum (c’est-à-dire en tout point) doit être d’au moins 300 lux, est égale à la surface du local de laquelle on retire 50 cm le long des parois. Le tableau ci-dessus nous montre, si l’on interpole pour obtenir une valeur à 50 cm des parois, que cette condition est bien respectée.

Prix nets des luminaires : 74,5 (HTVA), soit 90,2 € (TVAC)

Classe-type

Équipement : 9 luminaires à ventelles blanches de 1 x 58 W avec ballast électronique.

Dimensions du local

Longueur x Largeur	7,9 x 7,9 m
Hauteur	2,95 m
Hauteur du plan de travail	0,8 m
Hauteur de suspension	2,95 m

Luminaire

-/158

Rendement du luminaire 70,5 %

Éclairement souhaité

Moyen 400 lux

Facteurs de réflexion

Plafond/Parois/Sol

70/50/20 %

Implantation

Nombre de luminaires	9
	2,633 m
	2,633 m

Lampe

58 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840
avec ballast électronique

Flux lumineux d’une lampe	5 000 lm
Facteur de dépréciation	0,90
Facteur de correction	1,00

Résultats

Éclairement moyen 428 lux

Uniformité (Emin/Emoy) 0,63

7,54 m	274	271	315	410	351	289	351	410	315	271	274
6,82 m	374	369	429	568	480	389	480	568	429	369	374
6,10 m	387	382	448	596	504	407	504	596	448	382	387
5,39 m	358	353	419	557	474	383	474	557	419	353	358
4,67 m	384	379	448	595	506	409	506	595	448	379	384
3,95 m	418	413	486	644	546	442	546	644	486	413	418
3,23 m	384	379	448	595	506	409	506	595	448	379	384
2,51 m	358	353	419	557	474	383	474	557	419	353	358
1,80 m	387	382	448	596	504	407	504	596	448	382	387
1,08 m	374	369	429	568	480	389	480	568	429	399	374
0,36 m	274	271	315	410	351	289	351	410	315	271	274
E(lx)	0,36 m	1,08 m	1,80 m	2,51 m	3,23 m	3,95 m	4,67 m	5,39 m	6,10 m	6,82 m	7,54 m

On a donc bien 300 lux minimum dans toute la « zone de travail ».

Prix nets des luminaires : 56,25 € (HTVA), soit 68 € (TVAC)

Hall central

Équipement : 8 luminaires à ventelles blanches de 1 x 36 W avec ballast électronique

Dimension du local
Longueur x largeur	9,0 x 5,8 m
Hauteur	3,3 m
Hauteur du plan de travail	0,0 m
Hauteur de suspension	3,3 m
Facteurs de réflexion
Plafond/parois/sol	70/50/20 %
Implantation
Nombre de luminaires	8
	2,25 m
	2,2 m
Lampe
36 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840 avec ballast électronique
Flux lumineux d’une lampe	3 200 lm
Facteur de dépréciation	0,90
Facteur de correction	1,00
Luminaire
-/136
Rendement du luminaire	72,8 %
Éclairement souhaité
Moyen	200lux

Résultats

Éclairement moyen 255 lux

Uniformité (Emin/Emoy) 0,51

5,54 m	131	150	171	184	197	199	194	199	197	184	171	150	131
5,01 m	159	185	214	232	249	252	245	252	249	232	214	185	159
4,48 m	185	219	256	278	299	302	293	302	299	278	256	219	185
3,95 m	205	245	289	313	337	341	329	341	337	313	289	245	205
3,43 m	215	257	303	328	355	359	346	359	355	328	303	257	215
2,90 m	218	260	307	333	360	364	352	364	360	333	307	260	218
2,37 m	215	257	303	328	355	359	346	359	355	328	303	257	215
1,85 m	205	245	289	313	337	341	329	341	337	313	289	245	205
1,32 m	185	219	256	278	299	302	293	302	299	278	256	219	185
0,79 m	159	185	214	232	249	252	245	252	249	232	214	185	159
0,26 m	131	150	171	184	197	199	194	199	197	184	171	150	131
E(lx)	0,35 m	1,04 m	1,73 m	2,42 m	3,12 m	3,81 m	4,50 m	5,19 m	5,88 m	6,58 m	7,27 m	7,96 m	8,65 m

On a donc bien un éclairement moyen de plus de 200 lux.

Prix nets des luminaires : 25 € (HTVA), soit 63 € (TVAC).

Couloirs

Comme pour le hall, on peut s’attendre à des temps de retour élevés. Nous n’avons donc retenu aucune étude pour les couloirs.

Sanitaires

Les puissances installées sont minimes. Il n’est donc pas rentable de changer l’éclairage. Nous n’avons donc retenu aucune étude.

Calculs de rentabilité

Les coûts de démontage + montage d’un luminaire, de remplacement des lampes, du KWh ont été donnés par la maintenance de l’U.C.L. (TVAC).

Le prix pour allonger un câble lorsqu’on remplace un luminaire d’une certaine puissance par un luminaire plus court d’une puissance inférieure a été donné par l’électricien qui travaille pour la maintenance de l’U.C.L.

Bureaux

Performances énergétiques
Un bureau de : 3 x 5,6 =			16,8 m²
Un éclairement de minimum (en tous point) :			300 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :			704 h/an
Prix du kWh :			0,1 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire :			11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :			6,05 €
–	Ancienne installation	Nouvelle installation	Économie annuelle
Équipement	3 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 2 lampes de 58 W type 640 et ballast inductif.	3 luminaires haut rendement basse luminance avec 1 lampe de 58 W type 840 et ballast électronique.	–
Puissance installée (ballasts compris)	3 x 2 x 58 x 1,2 W = 418 W	3 x 1 x 56 x 1,2 W = 168 W	–
Puissance spécifique	418 W/16,8 m² = 25 W/m² ou 5,26 W/m^2/100 lux	168 W/16,8 m² = 10 W/m² ou 1,7 W/m²/100 lux	–
Niveau d’éclairement estimé	475 lux	500 lux	–
Coût énergétique	418 W x 704/1 000 x 0,1 €/kWh = 29,4 €/an	168 x 704/1 000 x 0,1 €/kWh = 11,8 €/an	17,6 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes	8 000 h	16 000 h
Coût d’achat des lampes	3 x 2 x 2,25 € x 704 h/8 000 h = 1,2 €/an	3 x 1 x 3,7 € x 704 h/16 000 h = 0,5 €/an	0,7 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes	3 x 2 x 6,05 € x 704 h/8 000 h = 3,2 €/an	3 x 2 x 6,05 € x 1 800 h/16 000 h = 0,8 €/an	2,4 €
Économie annuelle
Économie totale			20,7 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires	–	3 x 11,25 € = 33,75 €	–
Achat des luminaires	–	3 x 90,2 € = 270,5 €	–
Achat des lampes	–	3 x 3,68 € = 11,025 €	–
Prime	–	– 75 €/kW x 0,418 kW = – 31,35 €	–
Investissement total			283,925 €
Rentabilité
Temps de retour			13 ans

Classes

Rentabilité
Un local de cours de : 7,9 x 7,9 =			62,4 m²
Un éclairement de minimum (en tous points) :			300 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :			11 h/jour 220 jours/an soit 1 760 h/an
Prix du kWh :			0,1 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire :			11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :			6,05 €
	Ancienne installation	Nouvelle installation	Économie annuelle
Équipement	9 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 2 lampes de 58 W type 640 et ballast inductif.	9 luminaires haut rendement à ventelle blanches avec 1 lampe de 58 W type 840 et ballast électronique.	–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)	9 x 2 x 58 x 1,2 W = 1 253 W	9 x 1 x 56 W = 504 W	–
Puissance spécifique	1 253 W/62,4 m² = 20,1 W/m² ou 7,1 W/m²/100 lux	504 W/62,4 m² = 8,1 W/m² ou 1,8 W/m²/100 lux	–
Niveau d’éclairement estimé	285 lux	428 lux	–
Coût énergétique	1 253 W x 1 760 h/1 000 x 0,1 €/kWh = 227,7 €/an	504 W x 1 760 h/1 000 x 0,1 €/kWh = 91,6 €/an	136,125 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes	8 000 h	16 000 h	–
Coût d’achat des lampes	9 x 2 x 2,25 x 1 760 h/8 000 h = 8,9 €/an	9 x 1 x 4,55 € x 1 760 h/16 000 h = 4,5 €/an	4,4 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes	9 x 2 x 6,05 € x 1 760 h/8 000 h = 23,95 €/an	9 x 2 x 6,05 € x 1 760 h/16 000 h = 6 €/an	17,95 €
Économie annuelle
Économie totale			158,5 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires	–	9 x 11,25 € = 101,25 €	–
Achat des luminaires	–	9 x 68 € = 612,7 €	–
Achat des lampes	–	9 x 1 x 4,55 € = 40,95 €	–
Prime	–	– 75 €/kW x 1,253 = -93,975 €	–
Investissement total			660,925 €
Temps de retour			4,2 ans

Hall central

–	Ancienne installation	Nouvelle installation	Économie annuelle
Un hall de : 9,2 x 5,8 =			53,6 m²
Un éclairement recommandé de :			200 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :			13 h/jour 160 jours/an soit 2 080 h/an
Prix du kWh :			0,1 €
Allongement du câble d’alimentation du luminaire :			29,3 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire			11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :			6,05 €
Équipement	8 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 1 lampe de 58 W type 640 et ballast inductif.	8 luminaires haut rendement à ventelles blanches avec 1 lampe de 36 W type 840 et ballast électronique.	–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)	8 x 1 x 58 x 1,2 W = 557 W	8 x 1 x 36 W = 288 W	–
Puissance spécifique	557 W/53,6 m² = 10,4 W/m²	288 W/53,6 m² = 5,37 W/m² ou 2,1 W/m²/100 lux	–
Niveau d’éclairement estimé	200 lux	255 lux	–
Coût énergétique	557 W x 2 080/1 000 x 0,1 €/kWh = 119,6 €/an	288 W x 2 080/1 000 x 0,1 €/kWh = 61,85 €/an	57,75 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes	8 000 h	16 000 h	–
Coût d’achat des lampes	8 x 1 x 2,25 € x 2 080 h/8 000 h = 4,7 €/an	8 x 1 x 3,7 € x 2 080 h/16 000 h = 3,8 €/an	0,9 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes	8 x 1 x 6,05 € x 2 080 h/8 000 h = 12,57 €/an	8 x 1 x 6,05 € x 2 080 h/16 000 h = 6,28 €/an	6,29 €
Économie annuelle
Économie totale			64,94 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires + prolongation câble d’alimentation	–	8 x (11,25 + 29,3) € = 324,6 €	–
Achat des luminaires	–	8 x 62,9 € = 503,2	–
Achat des lampes	–	8 x 1 x 3,675 € = 29,4 €	–
Prime	–	– 75 €/kW x 0,557 kW = – 41,775	–
Investissement total			815,425 €
Rentabilité
Temps de retour			12,6 ans

Un temps de retour élevé dans le hall était prévisible. En effet, les puissances initiales sont faibles par rapport à d’autres locaux vu que les niveaux d’éclairement sont relativement faibles. De plus, on installe plusieurs appareils de petite puissance afin d’obtenir un niveau une bonne répartition de l’éclairement.

Les gains possibles en énergie sont donc faibles pour des coûts d’investissement élevés. Le temps de retour est dès lors élevé.

Dans les calculs précédents, l’étude de l’occupation des locaux est déterminante.
Elle interviendra aussi dans les calculs de rentabilité de la gestion de commande.

Cette étude n’est pas facile à réaliser lorsque la personne qui étudie la rénovation n’occupe pas elle-même les locaux. Un soutien local est alors nécessaire (ici, le secrétariat de l’I.L.V.).

Le choix de la gestion de commande

Démarche

Pour chacun des « disfonctionnements » de la gestion de commande actuelle, on cherchera une solution dans les différents éléments possibles d’une gestion de commande.

Ces éléments sont les suivants :

horloge générale,
zonage et commande séparée des différentes zones,
éclairage à 2 composantes (éclairage ponctuel) permettant un niveau d’éclairement général plus faible,
commande séparée des différentes rangées parallèles aux fenêtres,
minuteries,
détecteurs de présence,
dimming en fonction de la lumière du jour.

Ensuite, un calcul de rentabilité permet de sélectionner des éléments qui seront retenus.

Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de logiciels pour évaluer les économies réalisables par la gestion en fonction de l’éclairage naturel.

Solution pour chacun des disfonctionnments

Il n’est pas nécessaire que les petits couloirs soient allumés chaque fois qu’il y a quelqu’un dans le hall central.

> zonage : commandes séparées pour les petits couloirs et pour le hall (A),
> + minuterie pour chaque petit couloir (C).

Le hall est constamment éclairé alors qu’il est surtout occupé lors des inter-cours
> détecteur de présence pour le hall (B) (minuterie pas adaptée car les gens restent dans le hall et il est gênant de devoir actionner le bouton – poussoir toutes les 10 minutes).
Les sanitaires sont occupés surtout aux alentours des inter-cours, mais restent allumés jusqu’au passage de la maintenance à 21 h 00.
> détecteurs de présence (D).

Calculs de rentabilité

Les différents coûts ont été donnés par l’électricien qui travaille pour la maintenance de l’U.C.L.

A. Séparation de la commande du hall et des petits couloirs

Le coût pour réaliser cette séparation de commande est de 471 € (TVAC).

Ce coût est intégré dans le calcul de rentabilité du placement de minuteries dans les petits couloirs.

B. Placement de détecteurs dans le hall central

Trois détecteurs seront placés. Leur portée frontale est de 12 m et leur portée latérale est de 2 x 6 m.
Ils couvriront donc bien l’ensemble du hall central.

Le coût des détecteurs (matériel + placement) s’élève à 200 € (TVAC)/détecteur.

Nous avons réalisé un calcul de rentabilité pour estimer le temps de retour de cet élément de rénovation.
Le calcul ne nous permet de ne rentrer qu’un seul type de lampe, nous avons donc remplacé les 9 tubes de 58 W et 3 tubes de 36 W par 11 tubes de 58 W.

On obtient un temps de retour de 107 ans.

Remarque : comme on a entré des prix TVAC mais que le programme de calcul utilise des prix du kWh HTVA, on a du adapter le calcul manuellement et on a obtenu un temps de retour de 52 ans. Ce qui est est également un temps de retour trop élevé.

Le calcul nous montre que la durée de vie des lampes va diminuer fortement : de 12 000 h à 4 000 h, ce qui augmente fortement les frais de remplacement des lampes.

Cet élément de gestion n’est donc pas intéressant.

C. Placement de minuteries dans les petits couloirs

Vu que la commande se fait par bouton-poussoir, il suffit de remplacer le télérupteur dans le tableau de distribution par une minuterie.
Une minuterie coûte 150,65 € (TVAC). Il faut ajouter à ce prix, le prix de séparation de la commande du hall et des petits couloirs : 470,7 €, soit un coût total de 621,45 €.
On a réalisé le même calcul que ci-dessus.
On a obtenu un temps de retour de 12,7 ans, en tenant compte d’un prix du kWh de 0,065 € (HTVA), soit 0,0775 € (TVAC).

D. Placement de détecteurs dans les sanitaires

Au total, 4 détecteurs devront être placés, un par espace fermé.

Leur prix est de 104,925 € (TVAC)/détecteur. Il s’agit de détecteurs qui se mettent à la place des interrupteurs.

On a réalisé le même calcul que ci-dessus pour le couloir du sanitaire.
On a obtenu un bilan nul. Ceci est dû à la diminution de durée de vie des lampes.

Vu ce résultat, les temps de retour des autres détecteurs n’ont pas été calculés.

Calculs

Pour reproduire vous-même les calculs.

(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« ).

Aucun élément de gestion de commande ne rencontre donc nos critères.

Les conclusions

Les calculs de rentabilité montrent qu’un temps de retour de 4 ans est difficile à atteindre. Ils nous révèlent par la même occasion, que nous avons eu raison d’opter pour une nouvelle installation de luminaires placés aux mêmes endroits que les luminaires existants. À défaut, les temps de retour auraient été plus élevés encore.

Un temps de retour de près de 4 ans est réalisé pour les classes uniquement, car :

la puissance initiale est élevée,
les temps d’occupation sont élevés,
ce sont des locaux avec des appareils de puissance unitaire élevée.

Suite aux résultats ci-dessus, seuls les locaux de cours seront rénovés.

L’économie annuelle pour l’ensemble des classes du 3° étage sera de 6 x 217,9 = 1307,55, environ.

Si, en rénovation, les temps de retour sont généralement longs, dans le cas d’une nouvelle installation le surinvestissement pour des appareils de qualité (haut rendement, avec ballasts électroniques, etc.) et pour une bonne gestion de commande sera vite récupéré. En effet, les frais de placement sont alors beaucoup moins importants.

La suite de l’histoire

Les travaux ont été réalisés progressivement, mais une université évolue et au cours du temps diverses adaptations des locaux se sont révélées nécessaires.

L’organisation de ceux-ci a fortement changé et des travaux lourds ont été réalisés dans le bâtiment.

Dans le cadre de ces travaux, l’éclairage a été réétudié et fortement modifié. Il répond aux exigences actuelles en matière de confort et de consommation électrique.

Les nouvelles classes.

Un éclairage adapté.

Des détecteurs d’absence.

Il apparaît clairement qu’au cours des années écoulées la consommation d’électricité de ce bâtiment n’arrête pas de diminuer. En partie grâce à la modernisation de l’éclairage, mais aussi des installations informatiques des laboratoires de langue. De plus, comme partout ailleurs dans les bâtiments de l’université, des campagnes de sensibilisation ont amené un comportement beaucoup plus responsable des utilisateurs des installations électriques.

Posted By : 25 Sep, 2007

Chaudière à condensation pour la résidence « Les Trois Rois »

Chaudière à condensation pour la résidence "Les Trois Rois"

Introduction

En 2001, une rénovation complète de la chaufferie et de la ventilation a conduit à une bonne adéquation des installations de chauffage par rapport aux besoins thermiques du bâtiment. Sans oublier une amélioration thermique des façades. Un impact considérable sur la consommation spécifique du bâtiment.

La Résidence « Les Trois Rois » à Visé fait partie de l’IPAL (Intercommunale des Personnes Agées de Liège et environs) et compte 65 lits en MRS, 25 lits en MR et 8 places en accueil et soins de jour.

Première étape : l’état des lieux

Avant rénovation, la production de chaleur pour tous les besoins du bâtiment était assurée par 3 chaudières au gaz atmosphériques de 732 kW chacune soit au total 2 196 kW. Sur base de la consommation de gaz pour le chauffage et la ventilation ainsi que de la surface à chauffer, soit 6 550 m², la consommation spécifique annuelle normalisée était d’environ 276 kWh/m². Pour se situer et évaluer la marge de progression potentielle, rien de tel que de se comparer : un bâtiment neuf, répondant à la norme régionale de l’époque du k55, consommerait quant à lui environ 85 kWh/m² en considérant les technologies standards. Soit plus de 3 fois moins.

Ce qui justifie cette différence

La conception du bâtiment date d’avant 1973 et par conséquent, aucune mesure particulière prise sur le plan énergétique. On ne s’en souciait guère avec un prix du mazout de chauffage ridicule. On constate un manque total d’isolation thermique (simple vitrage et murs non isolés, toiture, quant à elle, isolée lors de la rénovation de l’étanchéité) et un surdimensionnement des chaudières atmosphériques. De plus, elles présentent un faible rendement nominal à pleine charge et des pertes à l’arrêt par balayage importantes vers la cheminée.

Complète rénovation

Un réajustement de la puissance installée. En effet, la puissance nécessaire actuellement au chauffage et à l’eau chaude sanitaire est d’environ 1110 kW. De plus, l’opportunité de placer une chaudière à condensation fut saisie. La condensation des fumées au contact de l’eau de retour et la récupération de la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau des fumées est d’autant plus grande que la température de retour est inférieure à 57°C. Pour cela, le régime d’eau nominal doit être de l’ordre de 70/55. Condition pouvant être remplie aux « Trois Rois ». En effet, avant travaux le régime d’eau était déjà de 70/60 et le retour à 60°C était dû à un débit de circulation élevé, un surdimensionnement homogène et important des radiateurs permettant un régime plus bas, une production de l’eau chaude sanitaire indépendante. Dès lors une chaudière à condensation de 460 kW fut placée en toiture ainsi qu’une chaudière gaz haut rendement de dépannage et une autre en sous-sol de 225 kW pour la production de l’eau chaude sanitaire. Régulation pour chaque aile avec sonde de température extérieure et équipement de l’ensemble des corps de chauffe de vannes thermostatiques (242 au total).

Ventilation mécanique des chambres

Auparavant, seul le manque d’étanchéité des vieux châssis permettait d’assurer un certain renouvellement d’air qui était bien entendu aléatoire. Aujourd’hui, les résidents profitent dans leur chambre d’une installation de ventilation mécanique double flux (pulsion dans la chambre et extraction au niveau du plafond des sanitaires).

Les débits de ventilation prévus sont les suivants :

chambre à 1 lit : 50 m³/h
chambre à 2 lits : 75 m³/h
salle de bain commune : 75 m³/h
séjour : 150 m³/h
autres locaux : 50 m³/h

Le taux global de renouvellement d’air est ainsi d’environ 1 volume par heure.

On soulignera qu’un récupérateur de chaleur permet de préchauffer l’air neuf avec l’air extrait et qu’il est prévu la possibilité de pulser de l’air extérieur non réchauffé afin de rafraîchir le bâtiment en été (principe du free cooling) grâce à un by-pass de l’échangeur de récupération. Cependant, l’effet tangible de ce free cooling reste toutefois limité (de l’ordre de 180 W par chambre) car le débit d’air est limité.

L’humidité relative est, quant à elle, contrôlée par un humidificateur électrique à vapeur.

Sus aux vieux châssis !

Parallèlement, les 163 vieux châssis (443 m² au total) ont été enlevés et remplacés par des châssis en aluminium à coupure thermique présentant un coefficient de conductivité thermique U=1,8 W/m²K et 56 stores extérieurs pare-soleil agrémentent les fenêtres exposées plein sud pour limiter les surchauffes estivales.

Bilan des consommations

L’ensemble de ces opérations a permis de ramener la consommation spécifique à 147 kWh/m² ce qui correspond à une diminution de près de 50% et une économie financière en 2003 sur la facture d’énergie de 18 000 €.

En détail

Économique

Investissement châssis et installation de chauffage : 256.300 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGASS et de la DGTRE (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

William COMBLAIN
Directeur Résidence « Les Trois Rois »
Tél : 04 374 91 11
Email : w.comblain@ipal.be Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : 25 Sep, 2007

Climatisation de locaux aveugles à l’hôpital des Fagnes de Chimay

Description de la situation

Quatre petits locaux de consultation, situés au rez-de-chaussée de l’hôpital, sont à rénover. Faut-il les climatiser ? Une ventilation peut-elle suffire ? Quelle solution choisir ?

Étudions l’un d’entre eux comme local-test.

Hypothèses

1 local aveugle, dont on maintient la température à 24°C, été comme hiver. On considère que les locaux voisins sont à même température, donc pas d’échanges thermiques par les parois. Le système doit évacuer la chaleur produite par les différentes charges internes.

A priori, il n’y a pas d’apport de chauffage à prévoir (puisque le local se chauffe par ses propres apports internes), sauf éventuellement pour préchauffer l’air de ventilation.

Estimation des charges internes

Surface du local (3,5 m x 4 m) : 14 m²
Volume du local (14 m² x 2,8 m) : 39,2 m³

Chaleur sensible à 24°C :

2,5 personnes x 71 W/pers : 178 W
Éclairage : 11 W/m² x 14 m² : 154 W
Ordinateur : 160 W
Divers (frigo, matériel,…) : 100 W

Total : 592 W
Puissance/m² : 42,3 W/m²

Bilan annuel des charges à évacuer

Utilisation 10h/jour en semaine : 29,6 kWh/semaine
Utilisation 52 semaines/par an : 1 539 kWh/an

Débit de ventilation hygiénique

30 m³/h.pers x 2,5 = 75 m³/h
Taux de renouvellement horaire : débit/volume 1,9 1/h

Solution 1 : ventilation à débit constant

Peut-on se passer de la climatisation ? Peut-on assurer le confort de ces locaux par une simple ventilation ? Après tout, durant tout l’hiver, l’air extérieur est froid et permet une réfrigération gratuite. Et en été, il est possible de rafraîchir le local la nuit…

Cas d’une ventilation hygiénique (24h/24h)

Une simple pulsion mécanique est organisée, et les débits d’air (ici, 75 m³/h, soit 1,9 renouvellement horaire) sont évacués par les inétanchéités du local.

On suppose une ventilation à débit constant, basée sur une température de pulsion minimale de 16°C (soit un écart maximal de 8°C par rapport à l’ambiance). Pendant la nuit, la ventilation est poursuivie si T° > 22°C.

Cette ventilation est-elle suffisante pour assurer une température confortable ?

S’il s’agit d’une simple ventilation hygiénique, la réponse est clairement non. La simulation durant une année climatique-type moyenne fournit les résultats suivants

Si le local est de faible inertie (simples cloisons, tapis au sol, faux plafond), la température de 26°C est dépassée 1 650 heures par an (sur un total de 2 600 heures d’occupation du local), la température de 30°C est dépassée 158 heures par an.

Si le local est de forte inertie (béton + carrelage, murs de maçonnerie, plafond apparent), la température de 26°C est dépassée 1 570 heures par an, la température de 30°C est dépassée 6 heures par an.

Cas d’une ventilation renforcée

Que se passe-t-il si le débit de ventilation est doublé et que l’on admet que la température ambiante du local fluctue entre 22°C en hiver et 26°C en été ?

Le débit pulsé est de : 150 m³/h
Soit un taux de renouvellement de : 3,8 1/h (débit/volume)

On notera qu’un tel débit nécessite cette fois l’installation d’un double réseau : un réseau de pulsion et d’un réseau d’extraction.

Détails de fonctionnement.

En hiver, en journée, si T°ext < 16°C, un préchauffage de l’air à 16°C est réalisé.

En été, si la T°ext > 24°C, la ventilation continue quand même…

La nuit, si Tint > 22°C, la ventilation se poursuit mais sans préchauffage.

L’apport frigorifique maximal est de :

cap. cal de l’air x écart de soufflage x débit =

0,34 [Wh/m³.K] x (24 – 16) [K] x 150 [m³/h] = 408 Watts

Ce qui montre que, malgré un débit 2 fois plus élevé que le débit minimum hygiénique, le rafraîchissement reste inférieur à la charge thermique du local (592 Watts).

Résultats de la simulation

On considère deux types de locaux (avec faible ou forte inertie) et le bilan est fait sur les 10 heures de fonctionnement en semaine.

Inertie	Nbre d’heures T°int > 26°C	Nbre d’heures T°int > 28°C	Nbre d’heures T°int > 30°C
Faible	240	60	11
Élevée	140	14	4

Quel est le coût d’exploitation de cette solution ?

En réfrigération : 0 €, bien sûr.

En chauffage, il faut prévoir le préchauffage de l’air lorsque la température extérieure est inférieure 16°C, soit 75 % du temps ! Cela représente un besoin net de 1 113 kWh/an.

La consommation de combustible s’en déduit :

(Besoins nets / rendement système de chauffage) x prix de revient du combustible

En partant d’un litre de fuel à 0,25 € pour 10 kWh produits,

(1 113 [kWh/an] / 0,8) x 0,025 [€/kWh] = 34,775 € /an

-> soit 2,5 €/m²/an
Si le chauffage se fait par une résistance chauffante électrique :

(1 113 [kWh/an] / 1) x 0,115 [€/kWh] = 125,225 €/an

-> soit 8,95 €/m²/an
En ventilation, il faut estimer la consommation des ventilateurs d’extraction et de pulsion qui tournent tant que T°_int > 22°C, soit 3 180 heures/an.

En supposant un réseau pour les 4 locaux de 800 Pascals de perte de charge (pulsion + extraction), on obtient :

Puissance Ventilateur = débit x pertes de charge / rendement

= 150 [m³/h/local] x 4 [locaux] x 800 [Pa] / (0,45 x 3 600 [s/h]) = 296 Watts

Coût ventilation = puissance x temps de fonctionnement x prix du kWh

= 0,296 [kW] x 3 180 [h] x 0,1 [€/kWh] = 94,13 €

-> soit 6,72 [€/m²/an]
(le prix du KWh est basé sur 2 600 Heures Pleines, 580 Heures Creuses et une participation à la pointe de puissance quart-horaire; le rendement de 0,45 est le rendement total du groupe de ventilation, assez faible pour ces petits débits)

Récapitulatif du coût d’exploitation
–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Chauffage électrique	0	8,95	6,72	15,67
Chauffage combustible	0	2,5	6,72	9,22

Conclusions

Le confort des occupants reste médiocre puisque la température intérieure dépasse 28°C durant 60 heures dans le cas du local avec faible inertie.

Seul le local à forte inertie parvient à maîtriser la surchauffe parce qu’il lui est possible de « déstocker » la chaleur durant la nuit, par le refroidissement nocturne.

Attention : la simulation est basée sur une année type-moyenne à Uccle. Or, dans l’année type-moyenne utilisée, la température ne dépasse jamais les 30°C. En cas d’été très chaud, la situation sera donc plus critique encore…

Si le débit d’air de ventilation était encore augmenté, les surchauffes diminueraient encore mais les besoins de préchauffage de l’air de ventilation augmenteraient !

Par exemple, avec un débit d’air de 8 renouvellements horaire, et une faible inertie, le nombre d’heures où la température dépasse 28°C est ramené à 20 heures par an, mais la consommation pour le préchauffage hivernal double : 2 200 kWh/an, … et un tel renouvellement horaire n’est pas aisé à réaliser sans inconfort.

La nécessité de prévoir un circuit de reprise, ainsi que le besoin de préchauffage de l’air de ventilation entraîne l’intérêt d’analyser le cas où il y aurait un recyclage de l’air (solution 3).

Solution 2 : climatiseur plafonnier

Un climatiseur est placé au plafond de chaque local.

L’évacuation de la chaleur sera prévue par un condenseur dans la cour extérieure (?) ou sur le toit de l’extension (?). Idéalement, il serait préférable de récupérer cette chaleur dans un local voisin (?). Par exemple, un sas d’entrée où le condenseur serait inséré dans un rideau d’air chaud, gratuitement alimenté par le refroidissement des locaux ! Pour le plein été, un condenseur complémentaire devrait être prévu pour évacuer la chaleur excédentaire. Autre solution : le condenseur pourrait préchauffer l’air neuf de ventilation.
Il sera énergétiquement plus efficace de raccorder tous les évaporateurs sur un même condenseur extérieur (système multisplit). De plus, on sélectionnera un appareil dans lequel le compresseur est « enveloppé » dans une coquille synthétique, réduisant ainsi la diffusion du bruit.

Par ailleurs, un réseau de distribution d’air neuf hygiénique doit être installé.

Soit en pulsant l’air hygiénique dans les locaux (l’air s’échappant par les inétanchéités des locaux) :

Soit en plaçant un réseau d’extraction d’air et des grilles dans les portes (l’air est préchauffé dans le couloir, ce qui est favorable en hiver (chauffage par combustible) mais défavorable en été… ) :

Bilan énergétique annuel

On suppose un coefficient d’efficacité frigorifique moyen de 2,25 en tenant compte de la consommation des ventilateurs au condenseur et à l’évaporateur.

On table sur un prix du kWh (HTVA) de 6,75 € le jour de semaine et de 4,33 € le week-end, plus une pointe de puissance mensuelle de 8,7 €/kW (tarif Binôme A).

Bilan annuel des charges à évacuer : 1 539 kWh
Consommation électrique du climatiseur / local : 1 539 kWh / 2,25 = 684 kWh/an

Coût de fonctionnement du climatiseur

Puissance électrique en fonctionnement 592 / 2,25 = 263 W ou 0,26 kW
Coût : 684 [kWh/an] x 6,75 [c€/kWh] + 0,26 [kW] x 8,7 [€/kW] x 12 = 73,314 €/an soit 5,24 €/m²/an

D’autre part, l’évaporateur du climatiseur est à une température inférieure au point de rosée de l’ambiance, il va provoquer une consommation supplémentaire correspondant à 60 Watts/pers. (chaleur latente).

2,5 pers. x 60 Watts/pers = 150 W
soit une augmentation de 150 [W] / 592 [W] = 25 % du coût de refroidissement
Consommation en froid totale : 5,24 [€/m²] x 1,25 = 6,55 €/m²/an

Coûts supplémentaires liés à la ventilation

On considère la température intérieure maintenue à 24°C.

Si la température de l’air extérieur est inférieure à 24°C, on peut le pulser dans le local et il viendra diminuer la charge du climatiseur.
Si la température de l’air extérieur est supérieure à 24°C, on doit en tenir compte en charge supplémentaire.

Sur base d’un fichier météo représentant une « année-type moyenne » :

En journée, de 8 à 18h00, il y a 3 570 heures inférieures à 24°C avec une température moyenne de 10,6°C.
En journée, de 8 à 18h00, il y a 70 heures supérieures à 24°C avec une température moyenne de 25,8°C.

Si la pulsion est de 75 m³/h en hiver, on économise sur le refroidissement :

75 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x 3 570 [h/an] x (5/7) [jours/semaine] x (24 – 10,6) [K] / 1 000 = 871 [kWh/an]

-> soit : 62 [kWh/an/m²]

Si la pulsion est de 75 m³/h en été avec T° > 24°C, on augmente les besoins de refroidissement :

75 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x 3 570 [h/an] x (5/7) [jours/semaine] x (25,8-24) [K] / 1 000 = 2,3 [kWh/an]

-> soit : 0,2 [kWh/an/m²]

Mais ce calcul doit être affiné :
Si l’air de ventilation est inférieur à 16°C, il doit être préchauffé. Le pouvoir de rafraîchissement est limité et une consommation de chauffage apparaît.
Après calcul, on constate que préchauffer cet air à 16°C en hiver entraîne une consommation de 400 kWh, et que l’effet de rafraîchissement de l’air n’est plus que de 471 kWh (le total faisant les 871 kWh).

Si le chauffage de l’air de ventilation est fait avec une résistance électrique, il entraîne un coût supplémentaire de :

400 [kWh] x 0,11 [€/kWh] = 45 [€/an], soit 3,2 [€/an/m²]

Si le chauffage de l’air de ventilation est fait avec le système de chauffage du bâtiment, (directement par un échangeur thermique ou indirectement en puisant l’air dans les couloirs), le coût peut être estimé à :

400 [kWh] / 0,8 x 0,025 €/kWh = 12,5 [€/an], soit 0,89 [€/an/m²]

Coût de fonctionnement du ventilateur

Puisque le coût des ventilateurs de la climatisation est déjà intégré dans le facteur d’efficacité frigorifique, il ne reste qu’à estimer les consommations du ventilateur d’air hygiénique. On reprendra la méthode prise pour la solution 1, mais cette fois avec un débit réduit de moitié et des pertes de charges de 600 Pa puisqu’il s’agit d’un réseau simple flux et un temps de fonctionnement de 2 600 heures en Heures Pleines.

Récapitulatif du coût d’exploitation

–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateur [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Chauffage électrique	6,55	3,2	2,1	11,85
Chauffage combustible	6,55	0,89	2,1	9,54

Analyse du confort

T° de l’air pulsé (sur base d’un catalogue de fabricant) : …8… °C ! (si t°_amb = 27°C et si 20 % de l’énergie frigorifique est utilisée pour la condensation de la chaleur latente).

Pour gagner de la place, les constructeurs conçoivent des évaporateurs très compacts. Aussi, pour donner leur puissance frigorifique, ils travaillent avec un fluide frigorigène à très basse température. L’air de pulsion en sera également très froid.

On constate que cette solution risque d’entraîner un réel inconfort dans ce type de petit local, l’air étant pulsé à trop basse température.

En pratique, l’air ne devrait pas descendre en dessous des 14 à 16°C (écart de soufflage de 8 à 10°C), et encore, avec des bouches présentant des taux d’induction de l’air très élevés (mélange rapide de l’air pulsé avec l’air ambiant).

La présence du climatiseur directement dans le local est par ailleurs une source de bruit peu agréable… De plus, il faut limiter le bruit des compresseurs à l’extérieur…

Amélioration

Une première solution consiste à choisir un appareil dont l’évaporateur est surdimensionné (ainsi que son ventilateur), et dont le compresseur est un scroll pouvant travailler à vitesse variable (régulation INVERTER). La vitesse sera alors toujours adaptée aux besoins réels du local, évitant le fonctionnement en ON-OFF, c.-à-d. « recevoir un jet d’air glacé ou … rien du tout » !

Une autre solution consiste à préparer l’air dans un caisson de climatisation, puis à le distribuer par un réseau de gaines dans les différents locaux : cette fois la température de l’air peut être mieux maîtrisée et le bruit est étouffé par la présence d’une gaine (et d’un éventuel absorbeur acoustique supplémentaire). C’est la solution 3 détaillée ci-dessous.

Solution 3 : climatisation « tout air » avec recyclage partiel

La climatisation des locaux étudiés requiert du froid toute l’année. Or, en mi-saison et en période hivernale, soit 75 % du temps, la température extérieure est inférieure à 16°C.

D’où la nouvelle idée testée ici : pourquoi ne pas profiter davantage de cet air extérieur frais ? Tout en plaçant une batterie froide dans un caisson de préparation pour vaincre les pointes de chaleur de l’été.

Déterminons l’installation capable de reprendre la charge maximale de 592 W. Le principe du calcul consiste à dire que la température intérieure sera maintenue sur 24°C intérieur et que l’apport d’air frais compensera exactement les charges :

Débit d’air = Puissance / (cap. calor. de l’air x ΔT°)

Débit = 592 [W] / (0,34 [Wh/m³.K] x (24 – 16) [K]) = 217 [m³/h]

Installons une climatisation tout air de 225 m³/h, soit 3 fois le débit d’air hygiénique. Le taux de brassage de l’air sera de 5,7.

Remarque : par simplification, il n’est pas tenu compte ici des consommations liées à l’humidification ou à la déshumidification de l’air.

Situation 1 : la température extérieure est inférieure à 0°C (soit 5 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, on puisera le débit d’air extérieur minimum hygiénique (75 m³/h) pour le mélanger avec un maximum d’air recyclé (150 m³/h).

Exemple.

Si T°_ext = – 4°C,

T° de mélange = (75 m³/h x (- 4°C) + 150 m³/h x 24°C) / 225 m³/h = 1/3 x (- 4°C) + 2/3 x 24°C = 14,7 °C

Cet air sera ensuite réchauffé pour atteindre les 16°C de pulsion.

Puissance de chauffage = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (16° – 14,7°) = 99 W

Consommation horaire = 99 W x 1 h = 99 Wh.

Situation 2 : la température extérieure est comprise entre 0 et 16°C (soit 70 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, on mélangera le débit d’air extérieur avec la dose voulue d’air recyclé à 24°C pour obtenir les 16°C souhaités.

En pratique, la position des registres (présents sur l’air neuf et l’air extrait) sera modulée en fonction de la demande du thermostat d’ambiance.
La consommation sera nulle, en froid comme en chaud ! Et cela 70 % du temps…

Exemple.

Si T°ext = 8°C, les registres seront positionnés pour pulser des débits égaux :

T° de mélange = (112 m³/h x 8°C + 112 m³/h x 24°C) / 225 m³/h = 1/2 x 8°C + 1/2 x 24°C = 16°C.

Situation 3 : la température extérieure est comprise entre 16 et 24°C (soit 23 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, le registre d’air extérieur sera ouvert au maximum puisqu’il sera de toute façon plus froid que l’air recyclé. Un refroidissement sera toujours nécessaire.

Exemple.

Si T° = 20°C, de l’air neuf est pulsé au débit maximum de 225 m³/h.

Un besoin de refroidissement de cet air apparaît :

Puissance de refroidissement = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (20° – 16°) = 306 W.

Consommation horaire = 306 W x 1h = 306 Wh.

Situation 4 : la température extérieure est supérieure à 24°C (soit 2 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, c’est l’air du local qui est le plus frais. L’air neuf sera réduit au minimum hygiénique.

Le mélange devra être refroidi jusqu’à 16°C.

Exemple.

Si la température extérieure est de 28°C,

T° de mélange = [75 m³/h x 28°C + 150 m³/h x 24°C] / 225 m³/h = 1/3 x 28°C + 2/3 x 24°C = 25,3°C.

Puissance de refroidissement = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (25,3° – 16°) = 711 W.

Consommation horaire = 711 W x 1h = 711 Wh.

Résultats de la simulation

Cette fois, le chauffage et le refroidissement ne sont utilisés que lorsque des besoins réels apparaissent : par grands froids et par période de forte chaleur. Le restant du temps, c’est la charge interne qui préchauffe l’air de ventilation !

Les besoins de chauffage sont de 225 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 245 kWh/an.

En reprenant les mêmes hypothèses de coût que pour le climatiseur de local (efficacité frigorifique : 2,25; coût total de 0,11 €/kWh (pointe de puissance comprise); rendement du système de production de chaleur de 80 %; coût du kWh thermique à 0,025 €/kWh), on obtient les valeurs reprises dans le tableau ci-dessous.

Quant aux coûts de la ventilation, ils sont basés sur un débit de 225 m³/h, une perte de charge de 1 000 PA pour le réseau double flux (présence de batteries d’échange, …) et une durée de fonctionnement de 2 600 heures.

Récapitulatif du coût d’exploitation

–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Chauffage électrique	0,855	1,77	10,3	12,94
Chauffage combustible	0,855	0,4	10,3	11,56

La solution paraît énergétiquement très favorable, mais elle pose un problème de régulation : la température de pulsion est commune à l’ensemble des locaux, dès lors comment assurer dans chaque local la température adéquate ? La solution la plus simple consiste à réguler en fonction d’une sonde témoin. C’est le local « maître », les autres étant appelés locaux « esclaves ». Encore faut-il des occupations similaires…

À tout problème, il existe des solutions (pour autant que l’on puisse en payer le prix !) :

1° La température de pulsion est commune et des clapets modulent les débits en fonction des besoins du thermostat de chaque local.

Mais que se passe-t-il en cas de fermeture simultanée de toutes les gaines ?

Soit un bypass court-circuite le caisson et fait tourner le ventilateur sur lui-même.

Soit le ventilateur est « à courbe plate », et la pression reste stable quelque soit la fermeture des bouches (des régulateurs de débit sur les bouches restent conseillés).

Soit, plus logique sur le plan énergétique, un variateur de fréquence module la vitesse du ventilateur en fonction de la pression en sortie de caisson.

2° Chaque local dispose de son propre groupe de préparation indépendant.

En dehors de son coût élevé, cette solution pose le problème de la régulation des registres d’air neuf/air recyclé. Un régulateur spécifique « intelligent » doit être placé pour optimiser le taux de recyclage en fonction des différentes demandes. La solution précédente par débit d’air variable paraît plus aisée.

Solution 4 : climatisation « tout air » avec recyclage partiel et free cooling nocturne

Il est possible de diminuer encore les consommations en profitant du « réservoir » que constituent les parois du local : puisque l’air extérieur est frais la nuit, même en été, il est possible de prérefroidir le local « gratuitement » la nuit.

Dans ce cas, il faut admettre que la température soit de 22°C à 8h00 du matin et qu’elle puisse monter au maximum jusqu’à 26°C à 18h00, sans que l’inconfort ne soit jugé trop important pour les patients. Cette température ne sera atteinte que quelques heures par an.

Dans ce cas, l’avantage n’est pas tant situé au niveau des consommations thermiques, mais bien dans la réduction des débits d’air pulsés, ce qui est un autre type de confort (bruit, courants d’air,…). Ainsi, si le local est de forte inertie, un débit de 120 m³/h sera suffisant pour atteindre au plus fort de l’été tout juste 26°C en fin de journée.

Voici les résultats des simulations

Si local de faible inertie (simples cloisons, tapis au sol, faux plafond), un débit de 145 m³/h est suffisant. Les besoins de chauffage sont de 145 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 156 kWh/an.

Si local de forte inertie (béton + carrelage, murs de maçonnerie, plafond apparent), un débit de 120 m³/h est suffisant. Les besoins de chauffage sont de 125 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 135 kWh/an.

En reprenant les mêmes hypothèses de coût que pour le climatiseur de local (efficacité frigorifique : 2,25; coût total de 0,11 €/kWh (pointe de puissance comprise), rendement du système de production de chaleur de 80 %, coût du kWh thermique à 0,025 €/kWh), on obtient le bilan repris dans le tableau ci-dessous.

Pour la consommation des ventilateurs, leur durée de fonctionnement est plus élevée (fonctionnement la nuit si T° > 22°C) mais le débit transporté est plus faible grâce au pré-refroidissement du local. À noter qu’en hiver le fonctionnement nocturne est très bref puisque la température n’est plus préchauffée et peu coûteux puisque Heures Creuses (au total, fonctionnement de 3 237 heures si forte inertie et 3 392 heures si faible inertie).

Récapitulatif du coût d’exploitation

–	–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Faible inertie	chauffage électrique	0,54	1,14	1,95	3,63
–	chauffage combustible	0,54	0,26	1,95	2,75
Forte inertie	chauffage électrique	0,47	0,98	1,54	2,99
–	chauffage combustible	0,47	0,22	1,54	2,23

Récapitulatif des coûts d’exploitation et conclusions

–	–	Réfrigération [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Ventilation renforcée (! inconfort)	chauffage électrique	– (! inconfort)	8,95	6,72	15,67
–	chauffage combustible	– (! inconfort)	2,5	6,72	9,22
Climatiseur de local	chauffage électrique	6,55	3,2	2,1	11,85
–	chauffage combustible	6,55	0,89	2,1	9,54
Groupe de traitement d’air avec recyclage	chauffage électrique	0,855	1,77	10,3	12,34
–	chauffage combustible	0,855	0,4	10,3	11,56
Groupe de traitement d’air avec recyclage et free cooling	chauffage électrique	0,54	1,14	1,95	3,63
–	chauffage combustible	0,54	0,26	1,95	2,75

Conclusions

Nous sommes en présence d’un cas particulier de climatisation :

une charge interne quasi constante tout au long de l’année.

La simple ventilation hygiénique des locaux est insuffisante pour éviter la surchauffe, vu les apports internes permanents. Une ventilation au débit doublé améliore le confort estival, surtout si la pièce est de forte inertie et qu’elle peut être refroidie la nuit, mais un inconfort persiste en été lorsque la température extérieure est elle-même élevée. Par ailleurs, le débit « double » de ventilation engendre des consommations de chauffage élevées en hiver puisque l’air ne peut être pulsé sous 16°C. On en vient donc à chauffer l’air … qui va servir à refroidir les locaux !

La solution par climatiseur, sans doute la moins coûteuse à l’investissement, s’avère très inadéquate à l’exploitation puisqu’elle ne permet pas de profiter de l’air frais extérieur. Or pendant 70 % du temps, la température extérieure est inférieure à 16°C…

L’optimum énergétique à l’exploitation se situe dans l’installation d’un groupe de traitement de l’air avec recyclage partiel de l’air intérieur : cette fois, c’est la chaleur interne « gratuite » qui va casser le froid de l’air extérieur par mélange. Le chauffage n’est enclenché que durant les périodes de gel (5 % du temps). La réfrigération n’est enclenchée que lorsque la température extérieure dépasse 16° (20 % du temps). et encore elle ne fournit que l’appoint nécessaire. Ce n’est que lorsque la température extérieure dépasse 24°C (2 % du temps) que la pleine puissance frigorifique est enclenchée. Le confort est maximum et la consommation très réduite. Reste le budget d’investissement puisque la régulation individuelle des locaux est plus coûteuse.

La ventilation de cette même installation peut encore être mise en route la nuit pour pré-refroidir les locaux. La consommation chute encore, mais le gestionnaire doit analyser si le confort résultant en est acceptable : les débits d’air diminuent (favorable) mais les températures intérieures fluctuent de 22 à 26°C (défavorable).

Posted By : 25 Sep, 2007

Toute la lumière sur les courts de tennis du club de tennis de Waterloo

Introduction

Depuis 1991, la Commune de Waterloo est propriétaire du bâtiment abritant le club de tennis de Waterloo. Ce complexe construit en 1982 comprend 4 terrains couverts, 4 terrains extérieurs, 2 terrains sous bulle ainsi qu’une salle de fitness, des vestiaires, un bar panoramique et un restaurant. Une infrastructure accueillante et conviviale pour les amateurs de balles jaunes. La gestion des activités est confiée à l’asbl Waterloo Sports et la gestion technique ainsi que les investissements d’infrastructure sont quant à eux à charge de la commune en tant que propriétaire des lieux.

Rénovation de l’éclairage

Fin de l’année 1999, l’équipe technique de la Commune de Waterloo a opéré la rénovation des installations d’éclairage des 4 courts de tennis intérieurs ainsi que celles du bar et du restaurant. En effet, l’ancien matériel commençait à montrer des signes de faiblesse à travers un remplacement d’éléments de plus en plus fréquents. Il fut alors décidé de procéder à un relighting complet. L’option retenue pour cette rénovation fut d’effectuer l’acquisition du matériel et de réaliser le placement par le staff technique de la commune.

Nouveaux luminaires pour les courts

Avant rénovation, on trouvait 144 luminaires contenant chacun trois tubes lumineux TL de 58 watts ainsi que 40 luminaires de 2 TL de 58 W également soit au total une puissance installée de 29,7 kW. Les anciens luminaires étaient tous équipés de ballasts électromagnétiques dont les pertes en fonctionnement sont de l’ordre de 20%. Le câblage d’origine fut conservé et les nouveaux luminaires présentent les mêmes caractéristiques dimensionnelles que les précédents afin de permettre un remplacement plus aisé.

Les nouveaux luminaires comprennent quant à eux deux tubes lumineux TL de 58 watts, soit au total une puissance installée de 21,34 kW, et utilisent des ballasts électroniques.

Les courts sont éclairés environ 12 heures par jour et cela 300 jours sur l’année soit environ 3 600 heures de fonctionnement annuel. En intégrant l’économie d’énergie électrique de 20% en passant de ballasts électromagnétiques à des ballasts électroniques, on obtient une économie électrique annuelle de près de 51 450 kWh par rapport à l’ancienne installation soit une économie de 60%. Sans compter que la durée de vie des tubes lumineux passe d’environ 7 500 heures à quelques 9 750 heures (30 % de plus) grâce aux nouveaux ballasts d’où des coûts de maintenance plus faibles. Cette diminution des frais de maintenance s’est vérifiée par la suite.

Le niveau d’éclairement moyen pour l’ensemble de la surface est de 450 lux et si l’on ne prend en compte que la surface des courts, on se situe entre 500 et 650 lux. On calcule donc une puissance spécifique de 1,83 W/m².100 lux. Le gestionnaire des tennis est très satisfait du rendu de l’éclairage.

Lumière sur le bar

L’éclairage du bar a également été revu dans le cadre de cette rénovation. On y trouvait 59 spots à incandescence de 120 watts, soit quelques 7,08 kW de puissance installée, qui furent démontés et remplacés par 50 spots contenant des lampes fluocompactes de 26 watts. Une diminution de la puissance installée de 5,78 kW qui conduit annuellement à une économie électrique de l’ordre de 20 800 kWh. La facture pour l’éclairage du bar a été divisée par un plus de 5 !

Quoi de bon dans nos assiettes ?

Au niveau du restaurant, ce sont 30 lampes fluocompactes de 13 watts qui furent installées à la place des 26 spots de 26 watts chacun. Une diminution de la puissance installée de près de 50 % et par conséquent une économie d’énergie de même ordre. Soit quelques 600 kWh économisés annuellement.

En détail

Économique

Coût de l’acquisition du matériel : 43 550 € TVAC

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

L’économie électrique annuelle est estimée suite à l’ensemble de la rénovation à 72 850 kWh.

En réalité, les économies d’énergie ne purent être vérifiées. Elles furent beaucoup moins importantes que prévu à cause sans doute de variations dans la durée d’utilisation. Ainsi la consommation de l’ensemble du centre sportif n’a diminué que 20 000 kWh par an, ce qui est malgré tout déjà très intéressant.

Informations complémentaires

Gaëtan DESONDRE
Service Travaux
Commune de Waterloo
Tél. : 02 352 99 10
Email : gaetan.desondre@publilink.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : 25 Sep, 2007

Berlaymont – Murs rideaux et double peau

Introduction

Présentation

Source : d’après « Berlaymont 2000 – rénovation ».

« Le bâtiment destiné à la Commission Européenne se devait d’être marquant. Conçu par l’architecte De Veste, en association avec Jean Gilson, Jean et André Polak, il fut dessiné en forme de croix comprenant un noyau central et quatre ailes de dimensions inégales. Ses dimensions étaient imposantes : plus de 200 000 m². Sa conception technique était audacieuse : une structure suspendue par des tirants d’acier. Les quatre ailes permettaient d’abriter sur 13 étages 3 000 fonctionnaires, des salles de réunions et un système complexe de circulations verticales, tandis que les sous-sols sur 4 niveaux recevaient 1 600 places de parking, salles de conférences, studio TV, cafétéria et restaurant, magasins et entrepôts. Le tout était doté de liaisons souterraines aux tunnels routiers, piétonniers, métro et chemin de fer. Le Berlaymont allait devenir – par son gabarit, sa forme, sa spécificité – le symbole de l’Europe à Bruxelles. Les premiers fonctionnaires y firent leur entrée en 1967. La Commission Européenne allait y rester jusqu’en 1991. Ses services s’étaient encore étoffés dans l’intervalle, avec l’extension de la Communauté passant de six à neuf, puis à douze membres (ensuite à 15 en 1995).

En 1991, le Berlaymont n’abritait dès lors plus qu’une partie des services de la Commission : essentiellement les Commissaires et leurs Cabinets et les services en contact les plus directs avec eux. D’autres services s’étaient établis dans d’autres immeubles autour du Berlaymont. Celui-ci avait vieilli. Il apparaissait aux yeux de ses occupants de moins en moins bien adapté à leurs besoins. On regrettait l’étroitesse des bureaux, les espaces perdus, les techniques de climatisation dépassées et surtout le manque d’accès à la lumière naturelle des nombreuses fonctions (restaurants, salles de réunions, etc.) localisées en sous-sol. Une rénovation profonde s’imposait. Elle supposait un désamiantage préalable. La Commission Européenne quitta dès lors le Berlaymont fin 1991 pour se reloger dans des immeubles de substitution. Cette situation allait durer plusieurs années.

Le contexte technique

La superstructure du Berlaymont, squelette dont devra se servir le nouveau siège de la Commission Européenne, a des impératifs nombreux : un rythme de tirants tous les 2 m en façade, des hauteurs d’étage limitées à 3,3 m et des contraintes dues à l’audace de ses créateurs (telles que des charges à répartir dans un système où la stabilité de l’ensemble dépend des éléments qui le composent).

Les sous-sols sont formés de dalles reprenant des poussées latérales importantes sur une multitude de grilles structurelles reposant sur des fondations qui ne peuvent reprendre des charges supérieures; toute ajoute oblige à la création de nouvelles semelles indépendantes. Cet ensemble représente un point d’ancrage des structures souterraines qui l’entourent (train, métro, tunnels routiers et piétons) rendant l’hypothèse de la démolition trop complexe et onéreuse.

Description générale

Le projet se divise globalement en deux éléments :

LA SUPERSTRUCTURE OU ESPACE SERVI

La structure du Berlaymont, nettoyée d’amiante, de toutes finitions ou enveloppes, sera maintenue dans sa quasi intégralité. Les transformations structurelles ont pour but de répondre aux nouvelles exigences en matière de sécurité, de guérir l’édifice de ses problèmes de flux de circulation et d’orientation des utilisateurs et d’intégrer les exigences de la Commission.

Les bureaux seront organisés selon un nouveau module de 1,2 m (au lieu de 1 m) permettant d’éliminer les effets couloirs des bureaux-types tout en offrant une flexibilité d’occupation maximale et le maintien de la capacité existante. Les bureaux jouiront d’un confort climatique, hygiénique, physique, psychologique et visuel étudié pour répondre aux critères tels que définis par les nouvelles directives environnementales en vigueur.

Les circulations, grâce à la mise à niveau de toutes les dalles, la création d’un nouvel anneau et d’une ouverture du noyau central sur la rue de la Loi, permettent l’orientation et la distribution aisée dans l’ensemble des 13 plateaux.

Les espaces résiduels dans les noyaux sont transformés et utilisés. Les halls principaux du noyau central deviennent zones polyvalentes de foyer, de salle de réunion, de réception, de salle d’exposition ou de circulation. La restructuration des sanitaires, archives, techniques et locaux annexes font meilleur usage des espaces laissés par la structure.

Les façades du Berlaymont sont remplacées; la nouvelle enveloppe de l’édifice permet d’allier les solutions architecturales et techniques dont l’expression est sobre et fonctionnelle, rappelant la silhouette purifiée et blanche de l’emballage du chantier de désamiantage.
Le système de façade proposé comporte un mur rideau, avec fenêtres ouvrantes, protégé par un écran de protection solaire, géré par ordinateur avec « louvres » de verre mobiles, permettant d’offrir un confort d’occupation et tout en limitant la consommation d’énergie. Cette façade vivante répond directement aux conditions climatiques et à la lumière naturelle disponible.

Le dessin des façades comporte plusieurs niveaux d’échelle :

le monument : l’écran de 13 étages de haut respecte les hauteurs et les gabarits existants tout en apportant une dimension énigmatique à la fonction;

la façade vivante : les modules de façade, 6 m de large x 3,3 m de haut, sont les entités autonomes de réaction à l’environnement extérieur;

les écailles : les « louvres » de verre sont les éléments qui, répétés des milliers de fois, donnent l’unité à l’ensemble avec un niveau de détail lisible de près et de l’intérieur. Ces « louvres » en verre feuilleté avec un film imprimé interstitiel, sont blancs vus de l’extérieur (points blancs) et presque transparents de l’intérieur (points noirs) pour des raisons à la fois visuelles et de réflexion de la lumière. La perception de l’ensemble sera différente vue de près ou de loin, de jour ou de nuit, avec plusieurs niveaux de lecture qui, s’ajoutant aux aspects changeants en fonction des conditions climatiques, participera à la découverte progressive de l’édifice. Cet écran voile l’aspect bureaux au profit de la fonction symbolique de l’ensemble dans le respect du concept original qui en a fait le symbole de l’Europe. La silhouette pure laisse paraître certaines fonctions au 13ème étage, telle que la salle de réunion de la Commission dont la forme organique se découpe sur le ciel, au travers des « louvres » de verre qui la protègent. La toiture englobe les techniques, les éléments de télécommunication et les prises de lumière du dernier étage. Les parois verticales en son centre permettent d’atténuer les nuisances des techniques vis-à-vis du quartier environnant, soient-elles visuelles ou acoustiques.

La salle de la Commission domine au-dessus du pignon face au rond-point Schuman, une signalétique lisible depuis la rue et depuis les points de vue distants de celle-ci. Elle permet une orientation par rapport à l’édifice en apportant un nouveau point de référence urbain.

Les pignons reçoivent, eux aussi, une modification de lecture d’échelle. Des panneaux de bois donnent la chaleur, la texture, la couleur et le caractère convivial et approchable du siège de la Commission. Les pignons offrent plusieurs niveaux de détail et plusieurs couches d’éléments. Les couloirs jouissent de lumière et de vues en bout d’aile.

La découpe et l’échelle des éléments permettent une meilleure intégration par rapport aux immeubles bas des rues adjacentes. La masse du Berlaymont est visuellement réduite et son architecture animée, plus humaine, grâce aux différents plans qui se détachent les uns des autres, laissant entrevoir par ces interstices les fonctions qu’abrite l’édifice.

L’indépendance de la superstructure vis-à-vis du socle est accentuée, respectant le concept original de bâtiment suspendu; aucun élément plein ne vient toucher la tour depuis le socle. Une bande vitrée continue sur tout le périmètre permet de dissocier les deux éléments; elle sera lue comme un bandeau (d’ombre le jour, de lumière la nuit).

L’INFRASTRUCTURE ET AMÉNAGEMENTS OU ESPACE SERVANT

Le Berlaymont se caractérisait par la stérilité des espaces résiduels à sa base. Le projet propose la création de différents espaces servants dont les côtés humain et accessible dialoguent avec le caractère fonctionnel de la superstructure. Ce dialogue sera accentué par des aspects visuels et tactiles : la couleur et les matériaux du « sol » rappelant les différentes composantes de l’Europe dans sa diversité; la blancheur et la pureté de la tour signifiant son unité, son efficacité et sa pérennité. Le Berlaymont est désenclavé et les fonctions réinstallées dans le socle transforment les espaces résiduels en véritables espaces urbains.

Le respect de l’environnement

L’influence des variations climatiques extérieures sur l’espace de travail est fortement réduite grâce à la nouvelle façade qui ne laisse pénétrer qu’environ 12 % du rayonnement solaire tout en augmentant fortement l’apport de lumière naturelle. Ce contrôle se justifie tant des points de vue confort et énergétique que du point de vue structurel : la structure suspendue du Berlaymont n’a pas d’inertie thermique et s’allongerait avec l’augmentation de température. Afin de concilier le traitement d’importants volumes d’air frais (requis pour une meilleure hygiène de travail selon les nouvelles Normes Européennes) et l’économie d’énergie, on prévoit la réutilisation successive des frigories et/ou calories transportées dans différentes zones du bâtiment.

Les eaux usées sont traitées sur place par des moyens biologiques. La réduction de charge limite les risques d’obturation du réseau d’égout. L’eau récupérée est recyclée vers les sanitaires.

Les matériaux choisis pour la rénovation tiennent compte de leur provenance « certifiée de sources renouvelables et écologiquement bien gérées », de l’énergie nécessaire à leur transformation et à leur transport, de leur longévité et de leur capacité à être recyclés.

Le confort

L’ accès à la lumière naturelle est une nécessité physiologique et psychologique. La perception dépend de la couleur, de l’intensité et des contrastes qui peuvent fatiguer l’oeil. Le système de façade dessiné pour le Berlaymont tend à la fois à augmenter et à répartir uniformément la lumière naturelle dans les bureaux. La perception de l’extérieur est réelle, les vitrages clairs maintiennent les qualités de la lumière, les protections réduisent l’apport solaire.

La qualité et les débits d’air sont calculés en fonction de la qualité de l’air extérieur et des émissions de poussières de l’environnement de travail. 75 m^³ d’air frais sont apportés par heure et par personne (deux fois ce que demandent les normes belges). Chaque bureau jouit de fenêtres ouvrantes, dessinées pour répartir agréablement les flux d’air entrant.

Le confort acoustique répond aux normes les plus strictes tant entre locaux que vis-à-vis du bruit de fond de la ville. Un effort particulier est fait quant à la réduction des nuisances acoustiques, en provenance des équipements techniques, vers le voisinage.

L’orientation des personnes, où le Berlaymont manquait de repères d’orientation, tant dans les circulations verticales (demi niveau) qu’horizontales (noyau et ailes), est favorisée notamment par l’organisation des fonctions communes autour de la piazza au rez-de-chaussée, la création de nouvelles trémies d’ascenseurs groupées et l’ouverture de jardins d’étage vers la rue de la Loi, permettant dès lors de se situer et de s’identifier à l’espace. Les vues vers l’extérieur sont maximales avec des fenêtres allant du sol au plafond, du ciel à la rue.«

Source : d’après « Berlaymont 2000 – rénovation ».

Détails d’isolation

Au survol des pictogrammes de main, des informations complémentaires apparaîtront.

Principes de base de la double peau

Principes n°1 : L’inclinaison des louvres s’adapte à l’azimut du soleil tout en favorisant l’éclairage naturel des locaux.

Principe n°2 : Par ciel nuageux, les louvres blancs diffusent la lumière.

Principe n°3 : En journée, la fonction de ventilation est assurée. La nuit, la façade joue le rôle d’isolant thermique pour limiter le refroidissement du bâtiment.

Principe n°4 : Des caillebotis permettent l’entretien des vitrages.

Posted By : 25 Sep, 2007

Bâtiment environnemental du BRE

Façade sud.

Angle sud-ouest.

Façade nord.

Le BRE

Le BRE (British Research Establishment) est à l’origine de la méthode d’évaluation environnementale des bâtiments la plus répandue dans le monde : BREEAM (Building Research Establishment’s Environmental Assessment Method). En 2013, 115 000 bâtiments étaient déjà certifiés.

Cette méthode d’évaluation permet de porter un regard extérieur au projet en mettant tous les projets de même fonction sur le même pied d’égalité quant à la cotation qu’ils reçoivent. Les critères sont fixes et sans souplesse d’attribution. Chez nous, ils font référence aux règles et normes belges lorsqu’elles existent sinon, il s’agit des règles européennes ou des pays limitrophes.

La certification est obtenue auprès du BRE basé en Angleterre sur base du rapport final réalisé par l’assesseur belge concernant les différents critères et leur bonne mise en application sur le projet. L’assesseur est un bureau d’étude ou de project management accrédité par le BRE.

La certification prend en compte le bâtiment dès sa construction, mais également son environnement et la manière dont on y accède. Les différents critères sur lesquels l’évaluation se base sont liés avec : le management ; la santé et le bien-être; l’énergie; les transports; l’eau; les matériaux; les déchets; l’environnement et l’écologie; la pollution et l’innovation.

Le bâtiment qu’occupe le BRE se devait donc d’être bien étudié et en avance sur son temps dans ces domaines. Les solutions adoptées sont aussi très spécifiques.

Description

Le bâtiment environnemental du BRE (British Research Establishment) se situe à Watford au nord de Londres, dans un site suburbain.

Construit en 1997, le bâtiment est rectangulaire, orienté nord-sud, et a une surface brute totale d’environ 2 000 m² sur trois niveaux, pour une occupation d’environ 100 personnes. Il s’articule en deux parties autour d’un hall d’entrée vitré. La partie est, la plus grande, réunit les bureaux : bureaux individuels au nord et bureaux paysagers au sud. La partie ouest, plus courte, réunit les salles de réunion et les sanitaires. Une salle de séminaire est annexée au rez-de-chaussée.

Plan du deuxième niveau.

Ventilation et refroidissement naturel

Equipement

La ventilation est entièrement naturelle et fonctionne grâce à trois composants :

> Les dalles de plafond des deux premiers niveaux qui ont une forme particulière :

Leur face inférieure, en béton brut (sans faux plafond) a la forme d’une sinusoïde; la surface de contact entre le béton et l’air ambiant est donc plus importante que celle d’un plafond plat, ce qui augmente l’échange entre l’ambiance et la masse thermique du bâtiment.

Dans la partie creuse du plafond (1), l’air est guidé d’une façade vers l’autre et est mélangé progressivement à l’air du local; dans la partie épaisse de la dalle (partie basse de la sinusoïde) (4), un conduit en béton est aménagé pour amener l’air extérieur au cœur du bâtiment.

Coupe de la dalle de plafond
1.Luminaire suspendu 2.Canalisations de chauffage/refroidissement
3.Espace technique 4.Conduit en béton pour le passage de l’air.

Bureau paysager, vue de la face intérieure de la dalle.

Principe de ventilation :
l’air entre dans le bâtiment dans les gaines de la dalle de béton (flèches bleues) ou directement dans le local (flèches oranges).

> Les fenêtres

Petites fenêtres hautes commandées par gestion centrale informatisée (avec possibilité de dérogation) : elles assurent l’entrée de l’air soit dans les dalles soit directement dans les locaux, et son évacuation soit directement vers l’extérieur (ventilation transversale), soit dans les cheminées de ventilation.

Grandes fenêtres basses, commandées principalement manuellement (réglage automatique dans certains cas) pour permettre un complément de ventilation.

> Les cheminées de ventilation en façade sud :

L’air chaud qui entre dans les cheminées, réchauffé par les apports internes, monte naturellement pour être évacué au-dessus de la cheminée. Le mouvement de l’air à travers l’extrémité de la cheminée favorise également le tirage.
Les parois extérieures des cheminées orientées au sud sont constituées de blocs de verre afin d’augmenter encore la température de l’air dans les cheminées par les apports solaires et d’améliorer ainsi le tirage. On constate sur place que le bénéfice de ces apports solaires n’est pas immédiat. Les briques de verre et les autres parois de la cheminée ayant une certaine inertie, la chaleur apportée par les apports solaires n’est transmise à l’air qu’en soirée, ce qui est très favorable à la ventilation nocturne.
Des ventilateurs (80 W chacun) sont prévus en partie supérieure des cheminées pour assurer la ventilation lorsque ce n’est pas possible de façon naturelle (pas assez de différence de pression entre les deux façades pour la ventilation transversale; pas assez de vent ou température de l’air dans la cheminée trop basse pour ventilation par les cheminées). Néanmoins, ces ventilateurs n’ont jamais été utilisés.

Ventilation par les fenêtres et par les cheminées.

> Le système de gestion technique centralisée (GTC) gère la ventilation en commandant l’ouverture ou la fermeture des fenêtres en fonction de la température des locaux, de la température de consigne et de la température extérieure.

Principes de fonctionnement pour les bureaux paysagers

> En hiver, l’air est introduit dans le bâtiment par l’intermédiaire des conduits en béton aménagés dans la dalle et dans lesquels il se réchauffe avant d’être distribué au niveau du corridor. Pour l’extraction de l’air, la GTC ouvre, en fonction des conditions extérieures, les fenêtres de la façade opposée (ventilation transversale) ou les fenêtres communiquant avec les cheminées.

Ventilation diurne en hiver,
transversale du sud au nord (à gauche) ou du nord au sud avec effet de cheminée (à droite).

Distribution de l’air des conduits au niveau du corridor.

> En été, la GTC détermine, selon les conditions extérieures, le mode de ventilation. Les jours de vent, l’air est introduit en façade sud où la pression est plus importante et extrait en façade nord. Les jours chauds sans vent, l’air est introduit par les façades nord et sud, et l’extraction se fait par les cheminées de ventilation en façade sud.

Ventilation diurne en été :
journée venteuse (à gauche) et journée chaude (à droite).

Une ventilation nocturne est organisée dans les conduites des dalles de plafond afin de refroidir celles-ci. En journée, les dalles de plafond agissent comme des « radiateurs de froid » grâce à la fraîcheur emmagasinée pendant la nuit.

Ventilation nocturne en été.

La GTC enclenche la ventilation nocturne par ouverture des fenêtres lorsque les conditions suivantes sont réunies :

température de la dalle de plafond > 23°C
température extérieure de l’après-midi > 18°C
température de toute zone du bâtiment > 23°
température extérieure < température intérieure

La GTC referme le fenêtres dès que les dalles de plafond ont atteint une température de consigne (5°C en dessous de la température de consigne de l’ambiance) afin de ne pas sous-refroidir le bâtiment.

Fonctionnements particuliers

Les bureaux individuels

La ventilation des bureaux individuels est prévue pour se faire indépendamment du reste du bâtiment par ouverture simultanée de deux fenêtres l’une haute, l’autre basse. Avec la porte ouverte, le bureau peut également participer à la ventilation globale du bâtiment.

En été, les bureaux individuels bénéficient, comme les bureaux paysagers, du froid rendu par les dalles de plafond après ventilation de nuit.

Ventilation des bureaux individuels.

Le deuxième étage

Le deuxième étage n’est pas raccordé aux cheminées de ventilation (la partie supérieure de la cheminée doit se trouver 6 à 7 m au-dessus du niveau du sol du niveau à ventiler pour avoir un tirage suffisant). Il est donc ventilé indépendamment. Le toit monte à une hauteur de 5 m au-dessus du niveau du sol, et crée donc son propre effet de cheminée : l’air entre par les fenêtres basses et, réchauffé, il monte vers les fenêtres hautes de la toiture où il est évacué.

Le deuxième étage ne possède pas la même dalle de plafond que les deux premiers niveaux. Elle ne bénéficie donc pas de l’inertie de celle-ci, et de la ventilation nocturne. Les températures qui y sont mesurées sont d’ailleurs supérieures d’environ 2°C à celle des autres niveaux.

Ventilation du deuxième étage.

Le troisième niveau a été conçu pour être entièrement paysager. Les occupants actuels ont malgré tout installé des cloisons côté nord pour aménager des bureaux individuels. Mais les fenêtres de cet étage en façade nord sont moins hautes et ne permettent pas la même ventilation que dans les bureaux individuels des autres étages. Ces bureaux fonctionnent donc moins bien.

La salle de séminaire

La salle de séminaire se trouve dans un volume annexe. Elle est également ventilée naturellement par effet de cheminée. L’air entre par la façade ouest via une batterie de préchauffe et un filtre. Il est extrait par la large « cheminée » en façade est. Celle-ci est équipée d’un ventilateur de 3 kW qui n’est jamais utilisé. Les murs et plafond sont en béton. Un faux plafond suspendu cache la structure pour des raisons esthétiques, mais il est perforé et détaché des murs afin de laisser accessible la masse thermique du plafond. L’inertie thermique et la ventilation du local suffisent à assurer une température confortable en été. Il n’y a aucun refroidissement mécanique.

Les salles de réunion

Les salles de réunions ne font pas l’objet d’une ventilation particulière. Elles ne sont pas utilisées de façon intensive, l’ouverture des fenêtres est donc suffisante. La masse thermique des salles suffit à assurer le confort thermique en été sans refroidissement mécanique.

Remarques

La ventilation telle qu’elle est organisée ne répondrait pas aux exigences législatives wallonnes concernant un taux de ventilation minimum dans les locaux. En effet, aucune ventilation « obligatoire » n’est organisée dans les bureaux individuels. Si l’occupant décide de ne pas ouvrir ses fenêtres ou sa porte vers le reste du bâtiment, son local n’est pas ventilé.

En hiver, l’introduction de l’air extérieur par la fenêtre directement dans le local (bureaux individuels et deuxième étage) risque de créer des courants d’air froid et donc de l’inconfort ou une sous-ventilation.Ces deux problèmes pourraient sans doute être résolus par l’utilisation de grilles de ventilation à la place ou en complément de certaines fenêtres…

Mesures prises pour limiter les charges internes

Pour garantir un confort correct dans le bâtiment (confort visuel, thermique, acoustique et respiratoire) sans refroidissement mécanique, des mesures ont été prises pour limiter les apports solaires et les charges internes.

Apports solaires

Sur la façade sud, les apports solaires sont limités grâce à des protections extérieures :

Des auvents : grilles métalliques horizontales fixes de 1.2 m qui protègent les baies du soleil haut.

Des stores extérieurs : lamelles de verre translucides de 40 cm de large, montées sur axe et orientables. Leur position est réglée par un système de gestion informatique central, auquel les occupants peuvent néanmoins déroger.

Photo stores - 01. Photo stores - 02.

Auvents métalliques et volets extérieurs.

Volets extérieurs constitués de lamelles de verre translucides.

De plus, en façade nord comme en façade sud, des stores intérieurs déroulants permettent aux occupants d’éviter l’éblouissement.

Stores intérieurs déroulables en façade nord.

Apports internes

Afin de limiter autant que possible l’éclairage artificiel, la proportion de vitrage sur les façades est relativement importante (autour de 45 % en façade sud, un peu moins en façade nord). Le deuxième étage bénéficie aussi des fenêtres hautes de ventilation en toiture, orientée au nord.

Façades sud et nord fortement vitrées.

Quand l’ensoleillement direct n’est pas un problème, les stores extérieurs devaient également servir à réfléchir la lumière vers le plafond pour augmenter l’apport de lumière naturelle dans les parties des bureaux éloignées de la fenêtre (light-shelves), mais pratiquement, la saleté se déposant sur les lamelles empêche leur bon fonctionnement.

Dans la salle de séminaire, contrairement à ce qui se fait habituellement, deux grandes vitres permettent de profiter de l’éclairage naturel dès que l’obscurité n’est pas nécessaire pour une projection.

L’éclairage artificiel installé est de faible puissance (350 lux max) (lampes type T5). Son niveau est réglé en fonction de la présence réelle dans les locaux grâce à des détecteurs de présence, et en fonction de l’éclairage naturel disponible grâce à des capteurs d’éclairement. De plus, les luminaires sont groupés selon un axe longitudinal, parallèlement à la façade sud. On peut donc par exemple éteindre les luminaires près de la fenêtre où l’éclairage naturel suffit et allumer plus en profondeur dans le bâtiment. Les occupants peuvent néanmoins déroger à cette gestion automatique ce qui limite l’efficacité de la gestion. Quelle solution trouver ? Faut-il imposer le niveau d’éclairement ? L’information des occupants est-elle suffisante pour les motiver et ainsi remédier au problème ? Faut-il utiliser un autre équipement pour la gestion de l’éclairage artificiel (réglage du niveau d’éclairement artificiel plutôt qu’un on/off par exemple) ? Des progrès sont encore à faire dans le domaine.

Un certain nombre d’ordinateurs sont regroupés dans un même espace, en façade nord. On peut donc ventiler cette partie du bâtiment de façon plus importante et éliminer directement ces apports internes.

Isolation

Les fenêtres ont un coefficient de transmission de 1.5 W/m².K, tandis que les murs ont un coefficient de transmission de 0.3 W/m².K.

Equipements techniques complémentaires

Chauffage

Le bâtiment est chauffé par le sol. Comme les tuyaux ne couvrent qu’un tiers de la surface, un complément périodique de chauffage est apporté par des radiateurs conventionnels périphériques. L’eau est chauffée par une chaudière à condensation.

Refroidissement complémentaire

Pour les journées de grande chaleur, de l’eau froide peut également circuler dans les planchers. Cette eau est refroidie, via un échangeur, par de l’eau pompée à 70 mètres de profondeur, dans un puits de forage noyé où elle reste à une température constante de 10°C. Il n’y a donc pas de production mécanique de froid.

Les canalisations pour le chauffage ou le refroidissement par le sol
sont situées sur les parties hautes de la sinusoïde.

Panneaux photovoltaïques

Des panneaux inclinés étaient prévus sur la toiture mais n’ont pas été placés à la construction pour une question de budget.

Néanmoins, une expérience limitée d’utilisation de panneaux photovoltaïques (cellules à film mince de silicone amorphe), non rentable économiquement, est en cours. 35 m² net de ces panneaux sont placés en façade sud, pour une puissance maximale de 1.5 kW, soit 25 % de la puissance d’éclairage. La moyenne d’énergie fournie est de 4 kWh par jour, le maximum est de 6 kWh par jour.

Panneaux de cellules photovoltaïques en façade sud.

Ventilateurs

Des ventilateurs ont été prévus dans les cheminées de la façade sud pour extraire l’air du bâtiment en cas de mauvaises conditions extérieure pour la ventilation naturelle, mais ils n’ont jamais servi.

Confort atteint

Températures

Les critères de confort de conception étaient :

pas plus de 25°C plus de 5 % du temps,
pas plus de 28°C plus de 1 % du temps.

Le bâtiment a respecté ces critères sans utilisation du refroidissement mécanique.

Par exemple, en 1998, les 25°C ont été dépassés pendant 40 heures (2 % du temps). Pour une journée typique de l’été 98, on a relevé 23°C pour les deux premiers niveaux et de 25°C pour le troisième niveau, et cela pour une température extérieure de 27°C. Ces valeurs sont à comparer avec une température de 31°C dans un ancien bâtiment du site pris comme référence.

Humidité

L’humidité relative mesurée se trouve généralement entre 55 et 65 % en été, et entre 30 et 45 % en hiver. On a malgré tout enregistré occasionnellement des valeurs d’humidité relative inférieures à 30 %.

Ventilation

Le taux de renouvellement d’air a été mesuré dans deux bureaux individuels en juillet 97 et en janvier 98. Les valeurs moyennes mesurées sont de 2 à 3 renouvellements par heure en été, et de 0.75 renouvellements par heure en hiver.

Confort acoustique

La proximité inhérente à l’aménagement de bureaux paysagers questionne la qualité du confort acoustique. Dans le cas présent, l’absence de faux plafond pour absorber le bruit pourrait renforcer le problème. Il semble néanmoins que les occupants ne se plaignent pas de cet aspect.

Impression de confort générale

Une étude a été réalisée pour comparer la satisfaction et la rentabilité des occupants d’un ancien bâtiment non climatisé et du nouveau bâtiment ventilé naturellement. L’évaluation s’est faite sur base de questions du type « vous sentez-vous bien ? », « aimez-vous votre patron ? », « avez-vous effectué un travail efficace aujourd’hui ? »,…
La satisfaction des occupants du nouveau bâtiment est meilleure, et la rentabilité estimée est identique dans les deux bâtiments en hiver, et améliorée de 20 % en été dans le nouveau bâtiment.

Coût et consommation

La consommation espérée était de 83 kWh/m² par an, dont 36 kWh/m² pour l’électricité et 47 kWh/m² pour le chauffage. La consommation mesurée est de 135 kWh/m² par an (46 en électricité / 89 en chauffage). Cette différence est attribuée à l’augmentation de l’équipement informatique par rapport au projet initial et au comportement des occupants.

En effet, les occupants ne respectent pas toujours le mode de fonctionnement optimal du bâtiment. Par exemple, ils utilisent les stores intérieurs en cas d’éblouissement sans essayer de régler au préalable l’orientation des stores extérieurs, ce qui entraîne l’allumage de l’éclairage artificiel. Ils dérogent également de façon importante à la gestion automatique des luminaires, ce qui entraîne des surconsommations inutiles. De même, il est difficile d’empêcher les utilisateurs d’ouvrir les fenêtres (surconsommation de chauffage en hiver). Les premiers occupants du bâtiment avaient été informés sur le fonctionnement du bâtiment, mais les nouveaux occupants reçoivent simplement un document écrit d’explication, qui se résume globalement au mode d’emploi des télécommandes de l’éclairage et des stores.

Ces résultats sont à comparer avec les données statistiques de consommation d’énergie de bâtiments de bureaux standarts de même catégorie en Angleterre, fournies par l’Office de l’Énergie :

Consommations en kWh/m2	Electricité	Gaz	Total
Typique	224	176	400
Bonne pratique	130	95	225
BRE	46	89	135
Rapport entre BRE et bonne pratique	35 %	94 %	60 %

Coût d’investissement : 1 187 £/m² (soit environ 1851,72 € au taux de 1,56 €/£ du 15 juillet 2002). Ce coût élevé est dû au recyclage d’éléments de l’ancien bâtiment et à l’innovation. Le coût estimé pour le même bâtiment s’il devait être reconstruit est de 1 000 £/m² soit environ 1 560 €.

Les éléments techniques nécessaires à la ventilation naturelle ont un coût qui compense sans doute l’économie d’équipements techniques mécanique. Néanmoins, ces éléments tels que la dalle sinusoïdale et les cheminées contribuent, en plus de leur rôle technique, à la forme architecturale du bâtiment.

Relativement à l’investissement, l’encombrement du système a également son importance. Sur ce point, la comparaison avec un bâtiment climatisé est difficile à faire :
le bâtiment ne comprend pas de gaine verticale pour la ventilation, et les gaines horizontales sont limitées; il n’a pas non plus d’encombrement pour une machine frigorifique et un caisson de traitement d’air. Néanmoins, les cheminées d’évacuation et la forme des dalles de plafond ont un encombrement certain.

Conclusion

Dans cet exemple, le remplacement de la ventilation et du refroidissement mécaniques par la ventilation naturelle permet de :

respecter les critères de confort,
diminuer la consommation du bâtiment de 40 % par rapport à un bâtiment de même catégorie et de bonne qualité énergétique.

Même si des améliorations peuvent être apportées, cette réalisation est très encourageante.

Architectes : Feilden Clegg Architects
Ingénieurs stabilité : Buro Happold
Ingénieurs techniques spéciales : Max Fordham and Partners

Posted By : 25 Sep, 2007

Diverses installations de pompe à chaleur

Par Kristoferb sur Wikipédia anglais, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10795550

Chauffage et refroidissement simultané d’un supermarché

L’installation décrite ici se trouve dans un supermarché de la région d’Anvers.

En fait, il s’agit de trois installations qui assurent les besoins de froid et réutilisent, si nécessaire, la chaleur produite pour maintenir la température dans le magasin.

Le froid est produit à trois niveaux de température grâce à trois groupes de froid indépendants : le premier produit du froid à -35°C et les rejets thermiques chauffent l’entrée et la zone des caisses; le deuxième à -15°C et chauffe les locaux du personnel; le troisième à -10°C et chauffe le magasin. Chaque groupe est équipé de deux compresseurs. Selon la puissance de froid nécessaire, l’un des deux ou les deux seront utilisés. La puissance frigorifique totale atteint 100 kW.

Il s’agit donc de trois pompes à chaleur bien que le rôle premier de l’installation soit la production de froid, qui est continue toute l’année tandis que le chauffage des locaux ne se fait que si la température extérieure le demande. Un chauffage électrique est ajouté pour assurer une continuité d’alimentation en cas de panne et un complément de puissance lors des températures extrêmes.

Chaque groupe peut fonctionner selon trois modes selon les besoins calorifiques :

Sans récupération de chaleur : la condensation à lieu dans des condenseurs extérieurs sur le toit du supermarché et l’énergie, transmise à l’air extérieur, n’est pas récupérée. L’installation fonctionne uniquement en machine frigorifique et les performances sont déterminées par la température extérieure.

Avec récupération de chaleur durant les heures d’ouverture du supermarché : le groupe fonctionne comme pompe à chaleur avec comme source froide l’espace à refroidir.

Avec récupération de chaleur en dehors des heures d’ouverture du supermarché : la pompe à chaleur maintient une température intérieure plus basse que durant les heures d’ouverture (fonctionnement de nuit, de week-end).

Entre le 15 mars 1985 et le 26 avril 1985, les caractéristiques des groupes ont été mesurées en continu :

énergie électrique consommée aux compresseurs (P_el),
pression au condenseur (p_c),
pression à l’évaporateur (p_e),
température de sortie du compresseur (t₁),
température d’entrée du compresseur (t₂).

Durant la période de mesure, il n’a pas été fait usage des condenseurs d’appoint, les besoins calorifiques étant importants. Le chauffage d’appoint a été utilisé au total quelques heures en raison de la demande de puissance importante lors de la relance de chauffage matinale.

Les COP mesurés durant cette période pour une température extérieure moyenne de 10° sont les suivants :

		P_elmoyenne par heure [kW]	Temp. au condenseur [°C]	Temp. à l’évaporateur [°C]	COP instantané
Groupe 1	Sans récupération	3,733	26	– 32	3,49
	Avec récupération de nuit	4,77	34	– 32	3,29
	Avec récupération en journée	4,85	34,5	– 32	3,27
Groupe 2	Sans récupération	0,75	26,5	– 20	3,69
	Avec récupération de nuit	0,80	28	– 20	3,65
	Avec récupération en journée	0,90	33	– 20	3,48
Groupe 3	Sans récupération	4,42	26,5	– 13	4,03
	Avec récupération de nuit	3,66	29,8	– 11,5	3,58
	Avec récupération en journée	6,67	38	– 12	3,29

Sur base de ces résultats qui nous permettent d’extrapoler la puissance électrique à assurer par la PAC en fonction de la température extérieure, on peut discuter de la rentabilité économique de l’investissement. En tenant compte de l’évolution des températures moyennes et de la puissance de chauffage installée (18 kW, pour une demande de puissance de 40 kW par – 10 °C extérieurs, soit la couverture de 80 % des besoins), un coût total annuel de production de 1160,08 € a été calculé pour un coût moyen de l’électricité de 10c€. Ce coût inclut la consommation de l’appoint qui couvre les 20 % d’énergie non fournis par la PAC, soit environ 14 400 kWh.

L’année précédente, les frais de chauffage et de refroidissement avaient été de 3 600 €. Il y a donc une économie annuelle de 2 500 €. Le surcoût à l’investissement engendré par la transformation des machines frigorifiques en pompes à chaleur était de 8 750 €. Si on considère qu’une nouvelle installation de chauffage aurait de toute façon été installée et que celle-ci aurait coûté 5 000 €, le surinvestissement réel est de 3 750 €. Le temps de retour de l’investissement est donc d’un an et demi.

Source : Toepassing van de warmtepomp in supermarkten par J. Berghmans, Nationaal programma RD ENERGIE, diensten voor programmatie van het wetenschapbeleid, 1987.

PAC sur ventilo-convecteurs : la caisse d’épargne de Saint Etienne

L’installation concerne les 2^ème, 3^ème, 4^ème et 5^ème étages d’un bâtiment de type haussmannien à très forte inertie à Saint-Etienne. Les étages ont une surface de 2 903 m² dont 186 m² de locaux informatiques avec armoires de climatisation autonomes (2 x 32 kW). La surface climatisée par la PAC est de 2 717 m² pour un volume de 8 954 m³. Les déperditions du bâtiment sont de 0,43 W/m³K, soit 136 kW ou 50 W/m². Les besoins en froid sont de 240 kW en août, soit 88 W/m².

L’installation comprend une pompe à chaleur Air/Eau dont :

la puissance frigorifique est de 253 kW (eau à 12 – 7°C),
la puissance absorbée au compresseur est de 76,7 kW,
la puissance calorifique est de 230 kW (eau à 45°C avec T°_ext= 0°C),
Une puissance de ventilateur de 3,3 kW (débit total : 80 580 m³/h).

Il y a également une centrale double flux pour la préparation de l’air hygiénique (36 kW à la batterie chaude et un débit de 3 000 m³/h). Les unités terminales pour l’air hygiénique sont au nombre de 68, pour une puissance électrique totale de 109,8 kW. Les ventilo-convecteurs sont au nombre de 8, avec une puissance totale de batterie d’appoint de 40,8 kW.

Le coût d’investissement est de 114 € HT/m².

Le bâtiment est occupé du lundi au vendredi de 8h à 18h, le samedi de 8h à 12h. En période de chauffage, la température de confort est fixée à 20°C. La température de nuit à 15°C. En période de refroidissement, ces températures sont de 25 et 30°. Le passage du mode chaud au mode froid se fait à une température extérieure de 18°C. Le passage inverse à 15°C.

Le suivi de l’installation a été réalisé de mai 1995 à avril 1996. L’intégralité des besoins en chaud a été assurée par la PAC. Le COP annuel a été de 2,34 et le coût d’exploitation de 1,65 € HT/m².

Une installation identique mais non réversible avec chauffage par résistance électrique aurait provoqué un surcoût de consommation de 4 350 € HT sur l’année. Le temps de retour de la réversibilité est de 16 mois.

La part du change over dans le coût total est faible : 120 € pour 132 basculements.

Source : Ventilo-convecteurs alimentés par une pompe à chaleur réversible, revue Chaud Froid Plomberie n°600 mars 1998.

PAC Eau/Eau : gare de Sargans

Lorsque la gare de Sargans (Suisse) dû être agrandie en 1983, les concepteurs ont cherché une solution originale pour le chauffage des nouveaux locaux et ont opté pour la pompe à chaleur alimentée par la nappe phréatique. Les chaudières des anciens bâtiments ont cependant été conservées comme sécurité et pour couvrir les pointes.

L’eau de la nappe phréatique est également utilisée pour rafraîchir l’air en été. L’eau chaude sanitaire est chauffée par l’électricité indépendamment de la PAC.

Données techniques :

puissance de chauffage de la PAC : 217 kW (température d’évaporation de 1°C et de condensation de 60°C),
chauffages d’appoint : 192 et 157 kW,
demande de chaleur : 350 kW à – 11°C.

Si le comportement global a donné satisfaction aux utilisateurs, ils ont cependant pointé certaines imperfections :

Le système de régulation automatique mis en place est trop compliqué et nécessite toujours des interventions manuelles régulières. Par exemple, le besoin d’enclencher manuellement les chaudières d’appoint quand elles sont nécessaires.

La présence de gaz a été détectée. S’il provient en partie d’un garage automobile contigu, des recherches sont menées pour détecter la présence de gaz amené par l’eau phréatique.

Les campagnes de mesure ont montré que 98 % du besoin de chaleur était produit par la PAC. Son Facteur de Performance Saisonnier (SPF) est de 2,5. Ce résultat est assez faible pour une PAC Eau/Eau. La pointe puissance enregistrée a été de 220 W. Comparé à la puissance de dimensionnement de 350 kW, on voit que l‘installation a été largement surdimensionnée. L’avantage est le faible emploi des brûleurs traditionnels. Mais ce sur-dimensionnement est la cause du mauvais SPF.

Source : CADDET result 58, décembre 1990.

Conditionnement d’air d’une discothèque : le Top Jimmy’z Club

Le but des gérants de cette discothèque de Saronno (Nord de l’Italie) était de réduire les coûts d’investissement et de fonctionnement du système de conditionnement d’air. Ce type de bâtiment est en effet très énergivore vu qu’il nécessite un refroidissement même en hiver et les pertes thermiques sont très importantes vu le fort taux de renouvellement d’air.

Le système installé n’était pas efficace pour les fortes demandes de froid et les réponses rapides aux variations de cette demande. À Saronno, l’hiver est froid (-5°C) il faut donc préchauffer la salle à 20°C en début de soirée. Mais très vite la température monte et le système de traitement d’air doit pouvoir inverser son fonctionnement. Trois pompes à chaleur réversibles ont été installées ainsi qu’un récupérateur de chaleur.

Les PAC réversibles ont permis une économie d’investissement par rapport à une installation de chauffage et une autre de refroidissement. Les frais d’utilisation des PAC électriques sont raisonnables vu le fonctionnement à peu près exclusif en heures creuses.

Les paramètres de design sont les suivants :

volume à conditionner : 1 600 m³, 500 m², 260 personnes,
conditions intérieures en hiver : 20°C et 45 % d’humidité,
conditions intérieures en été : 24°C et 65 % d’humidité,
conditions extérieures en hiver : -5°C et 85 % d’humidité,
conditions extérieures en hiver : -5°C et 85 % d’humidité,
conditions extérieures en été : 32°C et 50 % d’humidité,
taux de renouvellement d’air : 7, soit 11 000 m³/h.

La puissance totale de chauffage installée est de 118,3 kW et celle de froid est de 120,5 kW. Les PAC ont été installées à l’extérieur et travaillent indépendamment, chacune s’étant vu attribuer une zone du bâtiment (la piste de danse, le bar, la zone de bureau). La puissance du récupérateur de chaleur est de 46,5 kW de chauffage et 11,6 kW de froid.

Les trois PAC ont permis une réduction de coûts d’investissement de 10 % Les coûts de fonctionnement ont eux été réduits de 36 %. La consommation d’énergie primaire a diminué de 17 %.

Source : CADDET result 110, avril 1992.

PAC pour piscine intérieure : la piscine municipale de Tøyenbadet

L’installation des pompes à chaleur dans ce complexe date de 1980 et fait suite à un audit destiné à réduire le coût énergétique. Le complexe comprend 2 piscines intérieures et 3 extérieures pour une surface d’eau totale de 1 745 m². La capacité d’accueil est de 2 000 personnes.

L’audit avait dégagé trois pistes d’économie : réduire la consommation d’eau chaude, récupérer la chaleur de l’air extrait et établir un monitoring énergétique du système.

Les améliorations ont été apportées en 3 étapes.

La première, en 1981/1982 a consisté en l’installation de nouvelles douches destinées à réduire les consommations d’eau et d’énergie.

La seconde étape (1982/1983) était l’installation d’une pompe à chaleur pour récupérer la chaleur de l’air extrait des zones de bassin. Cette seule mesure à réduit la consommation de 3 GWh. Elle a aussi réduit le degré d’humidité de l’air et limité la prolifération de moisissures dans le bâtiment.

La troisième et dernière étape, réalisée en 1987, était l’installation d’une autre pompe à chaleur conjointement à un échangeur de chaleur de chaleur Eau/Glycol. Leur rôle est de récupérer la chaleur de l’air extrait des douches et vestiaires, du bar et des locaux techniques. Un système de monitoring de l’installation a été placé en même temps.

La consommation du bâtiment avant les modifications était de 10,6 GWh électriques (l’ensemble du chauffage se faisait à l’électricité). Les consommations après transformation sont résumées dans le tableau ci-dessous.

–		1988	1989	1990	1991
Consommation [MWh]		4 839	5 393	5 407	5 668
Visiteurs		335 000	340 000	320 000	265 000
PAC
	Consommation [MWh]	1 159	987	1 012	1 068
	Production [MWh]	4 380	3 851	4 150	4 367
	COP	3,78	3,9	4,1	4,1
Besoins couverts par la PAC en %		91	71	77	77

Le coût d’investissement global dans les mesures d’économie d’énergie a été de 861 500 €. La consommation a été réduite de 5 800 000 kWh annuels, ce qui représente une économie d’exploitation d’environ 363 400 €. Le temps de retour a donc été de 2,4 ans.

Source : CADDET result 111, avril 1992.

Posted By : 25 Sep, 2007

De l’électricité au mazout pour cette nouvelle installation de chauffage central

De l'électricité au mazout pour cette nouvelle installation de chauffage central

Introduction

La Maison de Repos et de Soins (MRS) Ferdinand Nicolay accueille 84 résidents dans le cadre verdoyant de la petite ville de Stavelôot. Le bâtiment principal de 3 640 m² répartis sur 5 niveaux date de 1982 et était équipé jusqu’au début 2000 d’un chauffage électrique. Équipement qui fut démonté et remplacé par une nouvelle installation de chauffage central au mazout.

La situation initiale en tout électrique

La MRS disposait de trois types d’appareillage pour le chauffage du bâtiment et la production de l’eau chaude sanitaire (ECS) :

Des radiateurs : le chauffage individuel des locaux était réalisé via 140 accumulateurs mixtes, dont la puissance unitaire variait entre 1 et 2,5 kW pour un total de 180 kW, répartis sur l’ensemble des étages.

Des accublocs : la ventilation des locaux est assurée par 3 groupes de pulsion dont les batteries chaudes étaient alimentées par de l’eau chaude produite à partir de 5 chaudières électriques (accublocs) de 120 kW situées au sous-sol. Soit une puissance totale de 600 kW.

Des boilers électriques : la consommation quotidienne d’ECS est d’environ 3,5 m³. Sa production était assurée par deux installations : 3 boilers de 2.500 litres à accumulation de nuit avec chacun 2 résistances de 15 kW et 1 boiler en direct (électricité de jour) de 1.500 litres avec également 2 résistances de 15 kW. Au total une puissance installée de 120 kW pour un volume de 9.000 litres.

Deux transformateurs de 630 kVA, dont un seul est aujourd’hui utilisé, desservaient le bâtiment.

Les arguments du changements

La facture électrique dévolue au chauffage pèse lourd dans le budget. En 1997, elle s’élevait pour le poste chauffage à quelques 37 850 € pour une consommation de 600 000 kWh.

L’installation est peu fiable

À côté du prix de l’énergie utilisée, il faut aussi tenir compte du coût élevé de la maintenance des installations. Chaque année, il fallait remplacer des cartes de régulation, des résistances, des roulements, des moteurs,… pour quelques milliers d’euros.

L’installation est inconfortable

Le principe des accumulateurs électriques est de se charger la nuit, en fonction de la température extérieure, pendant que le prix de l’électricité est moindre (en heures creuses). Cependant même la plus fine des régulations ne peut prévoir le temps qu’il fera le lendemain. Cela présente deux inconvénients, d’autant plus importants si la régulation est basique ou défectueuse :

soit le lendemain, il fait plus chaud ou plus ensoleillé que prévu. Le convecteur a accumulé trop. Par ses pertes statiques, il surchauffera l’ambiance et il fait alors intenable dans le bâtiment ;

soit il fait plus frais que la veille. Dans ce cas, l’appareil n’a pas accumulé assez et en journée, la résistance directe s’enclenche consommant de l’électricité au prix fort.

Nouvelle installation

Décision fut prise de démonter l’ensemble des installations électriques de chauffage et de substituer ces équipements par une installation de chauffage central au mazout vu que le gaz de ville n’est pas disponible à Stavelot.

Comme il s’agit d’une nouvelle installation, la conception des circuits fut fonction des différentes affectations des locaux et de l’orientation des façades. Au total, 5 circuits de chauffage pilotés individuellement par une régulation climatique performante.

Deux chaudières haut rendement supportant des retours d’eau froide jusqu’à 40°C de 325 kW chacune ainsi que 2 boilers de 500 litres chacun occupent la chaufferie. Une attention particulière fut portée à l’isolation correcte des tuyauteries.

Chaque chaudière à la puissance nécessaire pour assurer par –12°C extérieurs, les besoins de chauffage des locaux (déperditions par transmission de 153 kW et par infiltration de 84 kW) et d’ECS (80 kW) soit 317 kW. En cas de panne d’une chaudière et si la température extérieure est suffisamment basse, les groupes de ventilation sont arrêtés momentanément afin d’assurer prioritairement ces besoins.

En ce qui concerne les 3 groupes de pulsion en tout air neuf existants, une rénovation de certaines gaines fut opérée ainsi que le remplacement des humidificateurs et de la régulation. Le système de récupération de chaleur sur l’air extrait par batterie à eau glycolée fut également amélioré.

Comparaison des consommations

En année climatique normale, la consommation énergétique du bâtiment fut de 648 000 kWh électriques en 1997 et de 606 000 kWh équivalent fuel en 2004. En s’arrêtant à cette première comparaison, on peut penser que l’économie est seulement de 42 000 kWh soit l’équivalent de 4 200 litres de fuel.

Si l’on ramène la consommation électrique de 1997 en énergie primaire (l’électricité est principalement produite en Belgique via des centrales nucléaires et des centrales TGV ou Turbine Gaz Vapeur dont les rendements respectifs sont de 30 et 55 %), on obtient 1 178 000 kWh de gaz sur base du rendement d’une centrale TGV. Le constat est flagrant !

On consomme donc 2 fois plus d’énergie primaire en chauffant à l’électricité en lieu et place d’une chaudière au fuel ou au gaz. Le gain environnemental est incontestable sans compter que la facture énergétique fond comme neige au soleil.

En effet, en 2004 avec une consommation de mazout de l’ordre de 55 000 litres, le budget fut de 18 600 € TVAC. La facture se serait élevée au minimum au double si cette même fourniture énergétique avait été assurée par une installation électrique.

Données

Le prix de l’énergie

En détail

Économique

Investissement global : 337 150 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Alain COLLARD
Directeur Résidence Ferdinand Nicolay
CPAS de Stavelot
Tél : 080 892 406
Email : alain.collard_3@publilink.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. En 2016, dans le cadre d’une restructuration des infrastructures du CPAS de la Commune de Stavelot, une nouvelle aile a été ajoutée au bâtiment. Elle compte 30 chambres supplémentaires et des espaces communs adaptés aux spécificités des résidents. L’électricité n’a évidemment pas été choisie pour assurer le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire.

Posted By : 25 Sep, 2007

Bâtiment PROBE du CSTC

Introduction

Le bâtiment de bureaux « PROBE » (Pragmatic Renovation of Office building for a Better Environment)se situe sur le site du CSTC à Limelette.

Ce bâtiment fit l’objet d’une rénovation énergétique dans le cadre d’un projet de démonstration cofinancé par le Ministère de la Région wallonne.

Ce projet a comme objectif de montrer comment il est possible, dans les immeubles de bureaux, de diminuer les consommations énergétiques et d’améliorer le confort intérieur :

par des mesures simples et des technologies éprouvées (pas de « high-tech »),
avec un coût limité,
sans grands travaux, ni grande perturbation des activités de bureau.

Les actions ainsi menées dans le bâtiment « PROBE » peuvent facilement être appliquées à d’autres immeubles de bureaux.

Situation d’origine

Le bâtiment PROBE est un immeuble de 1 120 m², construit en 1975. Il comprend 36 bureaux répartis sur 2 étages (surface de bureaux : 672 m²) qu’occupent environ 55 personnes.

Étage type du bâtiment PROBE.

Lors de sa construction, le bâtiment ne fit l’objet d’aucune mesure visant à maîtriser les consommations, ni le confort intérieur : aucune isolation, pas de ventilation, pas de protection solaire, installation de chauffage minimaliste.

Les conditions de confort n’y sont pas optimales : manque de chaleur en hiver, surchauffe en été, médiocre qualité de l’air et médiocre éclairage. Cette situation n’est évidemment pas une exception car rencontrée dans de nombreux immeubles de bureaux de cette époque.

Résumé des mesures prises

Les mesures prises tant au niveau de l’enveloppe du bâtiment que des équipements ont pour objectif de garantir un confort correct (confort visuel, thermique, acoustique et respiratoire) tout en tenant compte du comportement des occupants et des consommations énergétiques.

Chauffage	Remplacement des chaudières par des chaudières à haut rendement
Chauffage	Rénovation de la régulation et placement de vannes thermostatiques
Isolation	Isolation de la toiture
	Remplacement de certains châssis
	Remplacement des simples vitrages par des vitrages HR (dans les anciennes menuiseries)
Protection contre les surchauffes	Protections solaires extérieures automatisées
	Ventilation nocturne intensive
	Vitrages réfléchissants
Qualité de l’air	Ventilation double flux avec détection de présence
Éclairage	Luminaires haut rendement avec ballasts électroniques
Éclairage	Régulation en fonction de la présence et de la lumière naturelle

Pour évaluer les résultats des différentes actions menées, plusieurs campagnes de mesures (consommation, températures de l’air, des parois, niveaux d’éclairement, …) ont été réalisées en exploitation réelle.

Ventilation à la demande

Principe de ventilation

Le bâtiment PROBE a été équipé d’un système de ventilation mécanique

L’air neuf est pulsé dans les bureaux avec un débit nominal total de 1 250 m³/h (25 m³/h par personne).

Réseau de pulsion d’air neuf parcourant les faux plafonds des couloirs.

Cet air est transféré en partie par les couloirs vers les sanitaires où un débit nominal de 300 m³/h est extrait. Ce transfert d’air permet de ne pas alimenter les sanitaires en air neuf et donc une économie d’énergie.

Le solde de débit entre la pulsion et l’extraction est évacué par les inétanchéités (portes d’entrée, …),mettant le bâtiment en légère surpression, ce qui limite les infiltrations d’air parasites dans le bâtiment.

Bouches de pulsion et régulation

Les bouches de pulsion sont disposées dans la retombée du faux plafond des couloirs. Il n’y a donc pas de gainage parcourant les bureaux, la distribution se faisant par les faux plafonds techniques des couloirs.
Les bouches de pulsion choisies permettent d’origine :

Un réglage manuel en 4 positions du débit nominal : 25, 50, 75, 100 m³/h. Ce réglage est réalisé une fois pour toutes en fonction du nombre d’occupants normal du bureau, par rotation du cylindre se trouvant devant l’ouverture.

Une fermeture de la bouche en cas d’absence dans le local, par un détecteur de présence disposé sur la bouche. Si après 10 minutes, le détecteur n’a enregistré aucun mouvement dans le local, la bouche de pulsion passe en position fermée (action en tout ou rien).

Chaque bouche est autonome. Son système de détection fonctionne sur batteries longue durée et ne demande que peu d’énergie. Il n’y a donc pas de câblage à prévoir entre les bouches, ce qui s’adapte particulièrement bien à la rénovation.

L’utilisation de telles bouches impose des dispositifs de régulation de débit tant au niveau des bouches que du ventilateur. En effet, dans ce type de régulation de la ventilation à la demande, lorsqu’une bouche de ventilation se ferme, la pression dans le circuit de distribution augmente. Il en résulte une augmentation du débit dans les bouches restées ouvertes. L’impact de la fermeture d’une bouche sur le débit total, donc sur la consommation globale, n’est pas alors celui escompté.

Pour remédier à cela, il faut d’une part agir sur le ventilateur en lui imposant le maintien d’une pression constante en un point du circuit et placer des éléments auto-régulateurs de débit au niveau des bouches de pulsion.

Elément auto-régulateur de débit :
lorsque la pression et le débit augmentent,
la membrane se gonfle et rétablit débit d’origine.

Dans ce bâtiment, les bouches de pulsion comportent d’origine une auto-régulation des débits dans une plage de pression allant de 70 à 130 Pa (pression nominale de fonctionnement des bouches = 100 Pa), c’est-à-dire une constance des débits, malgré la fermeture de certaines bouches dans le circuit.

La pression dans le circuit de distribution est contrôlée au niveau du ventilateur d’une part grâce à un ventilateur à courbe caractéristique plate et d’autre part grâce à un filtre mobile placé derrière le ventilateur. Ce filtre est composé d’une manchette mobile faisant varier la surface active du filtre et donc sa perte de charge, maintenant ainsi une pression constante au début du circuit quel que soit le nombre de bouches de pulsion ouvertes dans le circuit. Durant la nuit, le ventilateur est mis à l’arrêt par une horloge.

Cette régulation par étranglement n’est cependant pas optimum du point de vue des consommations énergétiques (cela revient à accélérer et freiner en même temps pour régler la vitesse d’une voiture !). On lui préférerait à l’heure actuelle une régulation du ventilateur par variation de vitesse.

Filtre à surface active variable.

Circuit de distribution

La distribution de l’air neuf se fait via un gainage disposé dans les faux plafonds des couloirs.

À l’origine, la distribution se faisait via des conduites de section rectangulaire. Après installation, il s’est avéré impossible d’atteindre les débits demandés dans les différents bureaux. La cause première de ce problème était l’inétanchéité importante (mais non exceptionnelle !) du réseau de distribution. Ainsi, lorsque toutes les bouches de pulsion sont fermées, le ventilateur pulse quand même dans le bâtiment son débit nominal. De même, lorsque toutes les bouches sont ouvertes, le ventilateur doit fournir 1 300 m³/h pour obtenir le débit d’air neuf recommandé par étage, soit environ 650 m³/h pour l’ensemble des bureaux. Il en résulte une multiplication par 2 de la consommation nécessaire au chauffage de l’air neuf. Le bénéfice d’une gestion de la ventilation à la demande est alors perdu.

Evolution de l’étanchéité des conduits de distribution en fonction des améliorations apportées, le cas 1 étant la situation d’origine. L’étanchéité obtenue est comparée aux classes d’étanchéité définies par le standard Eurovent 2/2.

Dans un premier temps, un calfeutrage a été tenté au moyen de bandes adhésives et de mastic. Ce fut un travail laborieux (notamment pour détecter les fuites) qui ne donna que peu de résultats (cas 2 à 5).

Ancien réseau de distribution rectangulaire et nouveau réseau de distribution circulaire plus encombrant, mais nettement plus étanche.

Conduit circulaire à double joint aux raccords.

Pour pouvoir comparer les technologies, les conduites rectangulaires d’un étage furent remplacées par des conduits circulaires avec double joint aux raccords (cas 6). Ces conduites, nettement plus simple à installer, ont presque permis d’atteindre, sans effort supplémentaire, la meilleure des classes d’étanchéité du standard Eurovent. Les fuites ont ainsi pu être réduites à 2,5 % du débit nominal.

Résultats

L’objectif du système de ventilation est de fournir un débit total d’air neuf de 650 m³/h, lorsque le bâtiment est occupé au maximum et d’adapter ce débit au taux d’occupation réel du bâtiment.

Débits obtenus grâce à la gestion de la ventilation à la demande comparée à un système à débit constant et au système de gestion parfait.

En moyenne, les bureaux de 1 personne sont occupés durant 52 % du temps de travail, tandis que les bureaux de 2 personnes le sont durant 72 %.
La régulation des débits de ventilation en fonction de cette occupation a entraîné une réduction des débits d’air neuf et donc des consommations de chauffage qui y sont liés de 35 % par rapport à un système à débit constant fonctionnant durant les heures de travail.

Les mesures de débit prises dans le bâtiment montrent la réponse du système à la variation de l’occupation. On voit que pour les faibles réductions de débit, le débit d’air neuf suit bien la demande et fonctionne parfaitement. Par contre, des surdébits apparaissent lorsque peu de locaux sont occupés. Ceci est lié à :

L’augmentation trop importante de la pression dans le circuit lorsque plus de 50 % des bouches sont fermées. On sort de la zone d’autorégulation des bouches de pulsion.
La part importante prise par les inétanchéités.

Résultat des différentes actions menées au niveau de la ventilation du bâtiment PROBE
Action	Débit d’air neuf au niveau du ventilateur	Économie d’énergie sur le chauffage de l’air neuf
Action	[m³/h]	[kWh/m².an] [kWh/an]	%
Situation d’origine : ventilation constante durant les heures de bureau, réseau de distribution rectangulaire de départ	1 800	–	–
Placement de conduits circulaires étanches	1 500	2,4 2 695	17 %
Transfert d’air des bureaux vers les sanitaires (la ventilation des sanitaires se fait avec l’air des bureaux)	1 200	2,3 2 590	20 %
Ventilation à la demande	–	3,0 3 396	35 %
Économies cumulées	–	7,7 8 681	environ 50 %

Consommation de chauffage de l’air neuf en fonction des améliorations successives possibles, dans le bâtiment PROBE.

Cette économie est réalisée par rapport à une situation correspondant à la situation moyenne des immeubles de bureaux belges et peut donc être extrapolée à bien d’autres bâtiments.

Aspects financiers

Lorsqu’un bâtiment n’est équipé d’aucun système, l’installation d’une ventilation nécessite un investissement financier et conduit souvent à une augmentation des consommations énergétiques (chauffage de l’air neuf et consommation des ventilateurs).

Il est donc difficile de parler dans ce cas de temps de retour de l’investissement : le bénéfice se mesure en terme d' »amélioration de la qualité de l’air », donc de « meilleur environnement de travail » et d' »augmentation de la productivité ».

On peut cependant comparer la ventilation à la demande installée dans le bâtiment PROBE avec la même ventilation sans gestion des débits.

Dans le cas de PROBE, les surcoûts occasionnés par la ventilation à la demande consistent en :

Bouches avec détection de présence, batterie et autorégulation des débits en fonction des variations de pression dans le réseau de distribution. Surcoût minimum de 75 € par rapport à des bouches classiques de la même gamme.

Gestion de la pression au niveau du ventilateur.

Les conduits circulaires directement étanches se sont, quant à eux, avérés moins chers que les conduits d’origine, grâce à leur facilité de placement.

Ventilation nocturne

Avant rénovation, le bâtiment PROBE, comme beaucoup d’immeubles de bureaux subissait d’importantes surchauffes en été, du fait de sa superficie de vitrages et de l’accroissement considérable des équipements de bureau.

Un des objectifs de la rénovation est de montrer qu’il est possible de rétablir un confort d’été correct sans avoir recours à une installation de climatisation.

L’un des critères utilisés pour objectiver le confort d’été est (prescription pour les bâtiments publics hollandais) : la température intérieure ne peut dépasser 25°C durant plus de 100 heures par an et ne peut dépasser 28°C durant plus de 20 heures par an.

Première action : réduire les apports de chaleur

Plusieurs actions ont d’abord été menées pour réduire les gains de chaleur tant externes qu’internes :

Placement de protections solaires automatiques (intégrées dans les doubles vitrages au sud, inclinées extérieures à l’est et verticales extérieures à l’ouest) réduisant les apports solaires de plus de 80 %.

Placement de luminaires haute performance régulés en fonction de l’éclairage naturel réduisant la puissance fonctionnant en été de 22 à 2,4 W/m² pour un éclairement identique et un meilleur confort visuel.

Isolation de la toiture diminuant de 63 % les apports de chaleur au travers du toit ensoleillé.

Deuxième action : refroidir le bâtiment par ventilation naturelle

Durant les nuits d’été, un free cooling nocturne est appliqué : le bâtiment est ventilé naturellement et de façon intensive au moyen de grandes grilles fixées en été dans les châssis sur les deux façades du bâtiment.

Grilles de ventilation nocturne intensive associées à des protections solaires automatiques.

La nuit, les portes de bureaux sont ouvertes, permettant une ventilation transversale importante entre les façades grâce à la pression du vent.

Ventilation transversale intensive de nuit.

Une ventilation par effet cheminée aurait aussi pu être appliquée en pratiquant des évacuations naturelles verticales mais cela demandait des aménagements beaucoup plus importants dans la structure du bâtiment.

Ventilation intensive de nuit par effet cheminée.

Si les portes des bureaux doivent rester fermées, une ventilation par bureau est aussi possible étant donné la taille des grilles placées dans les châssis.

Ventilation intensive de nuit avec portes fermées.

Taux de renouvellement d’air moyen obtenu dans « PROBE » en fonction de la stratégie de ventilation nocturne appliquée
Ventilation transversale : fenêtres (avec grille) et portes ouvertes en grand	13 [vol/h]
Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en grand et portes fermées	3,4 [vol/h]
Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en position basculante et portes fermées	2,2 [vol/h]
Infiltrations : fenêtres et portes fermées	0,2 [vol/h]

Une ventilation intensive donne les meilleurs résultats si les portes et les fenêtres restent ouvertes durant la nuit. À défaut, on peut imaginer le placement de grilles de transfert dans les portes ou des petites fenêtres au-dessus de celle-ci. Il importe donc, pour la réussite totale du refroidissement nocturne, que les occupants soient clairement informé de leur rôle dans la gestion du confort, ce qui marche bien dans le bâtiment PROBE.

Il faut également que les ouvertures en façade soient suffisantes. Voici les recommandations en matière d’ouverture minimum pour la ventilation intensive comparées à ce qui est réalisé dans le bâtiment PROBE :

Ouvertures minimum nécessaires à la ventilation naturelle intensive en % de la surface au sol des locaux
	NBN D50-001 pour les locaux d’hébergement	Projet NatVent	Ouverture effective dans PROBE
Ventilation par des ouvertures sur une seule façade	6,4 %	4 %	de 1,9 à 3 %
Ventilation par des ouvertures sur des façades opposées	3,2 %	2 %	1,7 %

Résultats

Nombre d’heures pendant lesquelles la température intérieure dépasse 25°C et 28°C dans plusieurs bureaux de PROBE. Les bureaux les plus chauds sont de bureaux contenant un nombre important de personnes, d’ordinateurs et d’imprimantes fonctionnant souvent 24h/24. Notons que le comportement des occupants est variable selon les bureaux, notamment lorsqu’il s’agit, le soir, d’ouvrir les portes et fenêtres, d’éteindre les équipements de bureau, …

Posted By : 25 Sep, 2007

Bardage isolant et nouveaux châssis performants pour les résidents de l’Institut Saint-Joseph

Bardage isolant et nouveaux châssis performants pour les résidents de l'Institut Saint-Joseph

Introduction

En 2004, les résidents de la Maison de Repos et de Soins de Templeuve furent bien heureux de la très récente rénovation de la façade et des châssis du bâtiment. Une mise en œuvre de matériaux de qualité qui apportèrent une note esthétique moderne des plus réussie à cette institution champêtre de 69 lits.

Héritage du passé

Lors de la fusion des communes en 1976, le CPAS de Tournai a hérité de l’Institut Saint-Joseph qui était à l’époque géré par des sœurs. Aujourd’hui, c’est un parc de 4 Maisons de Repos et de Soins dont le CPAS doit assurer la gestion, l’entretien et la mise en conformité pour les prochaines échéances. Une tâche qui n’est pas toujours évidente et qui nécessite parfois de se poser les bonnes questions.

Pas mal de boulot déjà réalisé

En 1995 on procéda au remplacement du chauffage tout électrique d’origine par une installation de chauffage central performante au mazout. L’ensemble des vieux accumulateurs furent éliminés et substitués par des ventilo-éjecteurs. Lors de l’installation du gainage et des conduites de chauffage dans les faux plafonds, l’opportunité fut prise également de rénover l’éclairage.

Sus à l’humidité

Le bâtiment, comportant deux ailes de 3 et 4 niveaux, présentait une faiblesse à l’humidité sur deux de ses façades. Rien de pire en termes de dégradations et de confort. L’origine du problème était triple : un parement poreux, une absence de bavettes au niveau des linteaux de fenêtre et des fissures dues aux légers mouvements saisonniers du bâtiment construit sur une zone tourbeuse. Infiltrations entraînant une détérioration prématurée des linteaux en béton de mauvaise facture, des vieux châssis en bois, des plafonnages et faux plafonds.

Pour quelle intervention opter ?

L’option d’hydrofuger fut abandonnée car jugée peu efficace du fait des fissures difficiles à colmater. Rapidement le choix s’est porté sur un bardage dont la mise en œuvre s’accompagnerait d’une isolation par panneaux de laine minérale répulsifs à l’eau. En matière de bardage, il existe aujourd’hui une multitude de produits sur le marché. Pour l’Institut Saint-Joseph, le CPAS a opté pour un bardage en acier galvanisé laqué de teinte grise sous lequel on plaça les panneaux de 6 cm de laine minérale. Cette épaisseur semble fort mince. En 2004, elle était cependant acceptable. Aujourd’hui, l’épaisseur de la laine minérale aurait été d’au moins 12 cm. 740 m² de façade ont ainsi été rénovés. Le résultat est efficace et très réussi.

Les anciens châssis quant à eux furent remplacés par des châssis PVC triple frappe présentant un coefficient de conductivité thermique U égal à 1,65 W/m²K. La finition extérieure de couleur grise à une apparence bois. Ce sont quelques 115 châssis concernés par cette rénovation représentant 445 m² d’ouverture. Aujourd’hui des fenêtres plus performantes sont disponibles sur le marché à des coûts compétitifs. Elles permettent d’atteindre les exigences de la réglementation PEB actuelle.

Première frappe (étanchéité. principale à l’eau).
Chambre de décompression drainée.
Récupération des eaux et évacuation vers l’extérieur.
Deuxième frappe avec joint périphérique continu (étanchéité principale à l’air).
Chambre pour loger la quincaillerie.
Troisième frappe (amélioration acoustique).

Suite à toutes ces opérations, la facture globale d’énergie fut réduite de l’ordre de 20%.

Bilan des consommations

Avant la pose du bardage et le remplacement des châssis, la consommation normalisée de mazout de l’année 2002 s’élevait à 77 500 l.

En 2003, la consommation s’est élevée à 56 500 l soit 21 000 l de mazout économisés.

En détail

Économique

Investissement bardage + isolation : 160 000 €.
Investissement châssis : 114 600 €.
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Luc BODDIN
Responsable des Biens et Travaux
CPAS de Tournai
Tél : 069 888 934
Email : architecte@cpas-tournai.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. Depuis cette époque, dans le cadre d’une restructuration des infrastructures du CPAS l’institut Saint-Joseph a été regroupé avec d’autres maisons de repos dans de nouveaux bâtiments particulièrement performants du point de vue énergétique.

Posted By : 25 Sep, 2007

Colossale rénovation des installations d’éclairage

Colossale rénovation des installations d'éclairage

Introduction

Plus un seul luminaire d’origine ne subsiste dans cet établissement scolaire en plein centre de Liège qui accueille tous les jours, en période scolaire, quelques 4.000 élèves en cours du jour et du soir. Une rénovation bien pensée en terme d’économie d’énergie.

Plusieurs centaines de luminaires

Le bâtiment qui abrite le groupe scolaire Hazinelle compte 8 niveaux. Chacun d’entre eux comporte environ 12 classes. Les travaux de rénovation ont été programmés en deux phases : en 1999 les 4 premiers niveaux et en 2000 les quatre derniers. Au total, ce sont environ 450 luminaires qui ont été posés en remplacement de l’ancienne installation d’éclairage.

Une rénovation bien nécessaire

L’éclairage dans les couloirs était assuré par de vieilles appliques circulaires opalines dans lesquelles on retrouvait des lampes à incandescence de 75 W. La lumière diffusée et le niveau d’éclairement étaient loin d’être confortables.

Aujourd’hui, on trouve dans les couloirs des luminaires avec 2 tubes lumineux (TL) de 36 W avec ballast électronique et des détecteurs de présence n’actionnant l’éclairage que s’il y a une circulation et si l’éclairage naturel est insuffisant. Le niveau d’éclairement répond à celui recommandé c’est-à-dire 100 à 200 lux en moyenne.

Les cages d’escalier quant à elles sont aussi illuminées par des luminaires de 2 TL de 36 W dont l’allumage est assuré via des interrupteurs anti-vandalisme. Une minuterie ou un détecteur de présence n’y sont pas installés pour des raisons évidentes de sécurité.

De la lumière pour les élèves

Encore dans de nombreuses écoles, le niveau d’éclairement est très insuffisant et une rénovation est l’occasion de remédier à cette lacune. Dès lors, rares sont les cas où la rénovation conduit à une économie d’énergie substantielle vu que le niveau d’éclairement est amélioré.

Suivant la taille des classes, on retrouve 4 ou 6 luminaires comptant chacun 2 TL de 58 W avec ballast électronique. Chaque classe est équipée d’un capteur photoélectrique qui permet de régler l’éclairage intérieur en fonction de la luminosité naturelle.

Auparavant, on mesurait en moyenne un éclairement de 150 lux fourni par 4 luminaires de 2 TL de 36 W avec ballast électromagnétique. Maintenant l’éclairement moyen est de 330 lux soit plus du double avec 500 lux sur la majorité de la surface du local. Les recommandations quant à elles indiquent 300 à 500 lux au niveau du plan de travail pour les établissements scolaires.

À ne pas oublier

On soulignera que l’on ne pense pas systématiquement à l’éclairage du tableau dont le niveau d’éclairement doit être supérieur à celui de la classe. On considère que 500 à 700 lux à 1,20 m est correct.

Une bonne orientation des luminaires par rapport à la disposition normale de la classe est très importante pour éviter les problèmes d’éblouissement ou de reflets sur le tableau ou sur des écrans d’ordinateur dans le cas d’une salle informatique.

Bilan des consommations

La consommation électrique globale annuelle en 2003 était de 378 700 kWh.

Le relighting n’a pas en tant que tel généré d’économie sur la facture annuelle. En effet, dans bien des cas, on observe un statut quo voire une légère hausse des consommations étant donné l’augmentation significative du niveau d’éclairement des locaux pour répondre aux normes de confort des occupants.

Au Groupe Scolaire Hazinelle, la puissance spécifique des installations d’éclairage est passée de 8,3 à 2,4 W/m².100 lux soit 70 % de moins et l’éclairement est passé, quant à lui, de 150 lux à 500 lux.

En détail

Économique

Les travaux réalisés furent très importants car englobant, en plus de l’éclairage, l’installation d’une nouvelle cabine haute tension, le remplacement d’un grand nombre de tableaux divisionnaires et autres petits travaux électriques.

Investissement uniquement pour l’éclairage : 409 600 € TVAC

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Pierre BERRE
Conducteur des travaux – Electricité
Ville de Liège
8éme Département
Tél : 04 221 86 64
Email : pierre.berre@liege.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : 25 Sep, 2007

Comment piloter ses installations d’un simple clic de souris ?

Comment piloter ses installations d'un simple clic de souris ?

Introduction

Le Centre Hospitalier de Mouscron (CHM) est né de la fusion en 1995 de la clinique privée « Le Refuge » et du Centre Hospitalier Régional (CHR) de Mouscron. D’ici quelques années, les activités du site « Le Refuge » seront transférées dans une toute nouvelle extension du site du CHR. Ce dernier, construit dans les années soixante, dispose d’une superficie de 22 000 m² et compte 155 lits d’hospitalisation. Une des dernières technologies URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) installée fut celle d’une Gestion Technique Centralisée (GTC) pour le pilotage des installations de chauffage.

Une gestion technique centralisée ?

La régulation de chaque installation de chauffage repose sur les régulateurs locaux qui travaillent en autonomie et possèdent toute l’intelligence nécessaire à la conduite de l’installation. Tout au long de leur fonctionnement, ils stockent des informations provenant des différents équipements (températures ambiantes, températures extérieures…). Toutes ces données peuvent être transférées vers un ordinateur qui capitalisera et centralisera ainsi les différentes données.

De plus, la communication s’effectue dans les deux sens, c’est-à- dire que des paramétrages peuvent aussi être modifiés via la GTC. Un logiciel exploite les différentes données reçues via modem, bus de communication ou ligne téléphonique et les communique de façon conviviale avec l’utilisateur sous forme de schémas synoptiques, de graphiques ou de tableaux. Celui-ci peut ainsi visualiser à distance les différents paramètres de fonctionnement des installations, les modifier ou encore de relever des alarmes.

Il est également possible d’établir des historiques de fonctionnement (courbe de température d’eau, de température ambiante, horaire de programmation, …), ce qui permet de repérer très rapidement un dysfonctionnement de l’installation comme par exemple un mauvais fonctionnement d’un optimiseur, la détérioration d’une sonde, une mise en dérogation oubliée…

Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de transferts d »informations. La gestion est donc grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents.

Pilotage des installations de chauffage

Depuis fin 2002, une GTC pilote les installations de chauffage du site du CHR. Objectif : réguler au mieux les installations afin de répondre aux stricts besoins de chaleur nécessaire et ainsi réduire le niveau de consommation. Cette régulation s’opère à 3 niveaux :

Une régulation primaire sur les chaudières. La chaufferie compte 3 chaudières d’une dizaine d’années de 1 430 kW chacune et équipées de brûleur à gaz pulsé à modulation 2 allures. Un tableau synoptique sur la GTC permet de voir en direct les chaudières en demande et la température de chacune d’elles.
Les besoins annuels en chauffage du bâtiment sont de l’ordre de 2 285 MWh de gaz.

Une régulation secondaire sur les boucles d’alimentation au départ du collecteur principal où l’on pilote les vannes 3 voies en fonction des besoins thermiques particuliers de chaque section.

Une régulation terminale par zone d’occupation et par locaux via des vannes motorisées pilotées suivant les horaires d’occupation programmés.

La GTC va permettre de tenir compte de l’occupation des locaux soit via une programmation horaire soit via une détection de présence, de vérifier les équilibrages hydrauliques, d’enclencher les chaudières seulement quand il le faut, de réguler le fonctionnement des chaudières suivant le fonctionnement de la cogénération,…

Lors de notre visite au CHR, sur l’écran de contrôle les sondes de température extérieure indiquaient 9°C au niveau de la façade est et 19°C au niveau de la façade sud. Un écart de température de 10°C qui influence la température de départ des circuits de façade dont la GTC permet de vérifier la prise en compte.

Des économies ?

Les économies sont principalement réalisées sur les consommations de nuit et de week-end par une bonne prise en compte des inoccupations. Elles ont été chiffrées à quelques 11,6% de gaz pour l’année 2003 par rapport à la consommation annuelle avant placement de la GTC soit environ 14 000 €.

En détail

Économique

Investissement de 135 000 € TVAC pour la rénovation complète des régulations primaire, secondaire et terminale ainsi que pour l’acquisition du logiciel de la GTC.

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

Paul ARDENOIS
Ingénieur Responsable Énergie
Centre Hospitalier de Mouscron
Tél : 056 858 914
Email : p.ardenois@chmouscron.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Posted By : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Salle de conférence équipée d’une sonde CO2

Salle de conférence équipée d'une sonde CO2

Description

Il s’agit d’une salle de conférence de 150 places en gradins située en Alsace.

Cette salle a fait l’objet d’une instrumentation par le COSTIC et les résultats de l’analyse, fort intéressants, ont été publiés dans Les Actes du COSTIC n°155 : Les capteurs de qualité d’air pour réguler la ventilation à la demande.

En voici un extrait :

La salle de conférence est alimentée par une centrale de traitement d’air indépendante, à débit constant, sans contrôle d’humidité.

Une sonde CO₂, placée dans le conduit de reprise, assure la régulation du volet d’air neuf, avec entière satisfaction de l’exploitant.

Régulation

L’ouverture des registres d’admission d’air neuf répond à deux exigences :

> La présence des occupants, par l’intermédiaire de la lecture du taux de CO₂. La consigne est réglée sur 1 200 ppm, avec une bande proportionnelle de 500 ppm autour de cette valeur.

> Le free cooling de la salle, par rafraîchissement par l’air extérieur. Si la température intérieure est dépassée et si l’air extérieur est plus frais que l’air intérieur, un maximum d’air neuf extérieur est fourni aux occupants (principalement en mi-saison).

Un sélecteur permet d’attaquer les registres avec la demande la plus forte.

La régulation doit de plus prévoir un renouvellement minimum, même en cas d’absence totale d’occupants.

Résultats

Le bâtiment ayant été équipé dès l’origine de ce type de système, il n’est pas possible d’estimer l’économie résultant de cette régulation.

Par contre, il est intéressant d’observer les résultats du monitoring (une journée de juin) :

Enregistrement des paramètres

Il apparaît clairement une utilisation très partielle de la salle durant la matinée, puis une occupation élevée à partir de 11h00. Dès 12h30, la salle s’est probablement vidée.

Ce n’est que vers 11h15 que la teneur en CO₂ de la salle a dépassé les 950 ppm, seuil minimum d’ouverture des registres d’air neuf

Durant la matinée, la température extérieure est inférieure à la température de l’air repris.

On peut en profiter pour rafraîchir la salle.

Commande du volet d’air neuf

Le volet d’air neuf est bien ouvert au matin (modulé par les besoins de rafraîchissement), puis fermé à 11h00 (T°ext > T°int).

Les pics correspondent à la demande d’ouverture pour les besoins hygiéniques des occupants (avec un maximum à 30 % d’ouverture, correspondant bien au 1 100 ppm de CO₂ enregistrés).

Enfin, dans l’après-midi, quelques ouvertures périodiques afin d’assurer un minimum d’air neuf hygiénique.

On imagine clairement l’économie résultant de l’utilisation adéquate du free cooling et du contrôle optimal du débit d’air neuf extérieur à refroidir (ou à réchauffer en hiver) !!!

Posted By : 25 Sep, 2007

Régulation du chauffage au Collège St Paul de Godinne

Objectif de la rénovation

Le check-up complet des installations de chauffage du Collège St Paul effectué dans le courant de l’année 1997 amène une constatation générale : les installations et leurs composants vieillissent et ne répondent pas toujours ou ne répondent que partiellement au rôle auquel ils sont dévolus.

La conduite, les contrôles, les modifications horaires, les arrêts de chauffe et leur remise en route sont, à cette époque, toujours effectués manuellement par le responsable technique, obligé pour ce faire d’intervenir dans les nombreuses sous-stations dispersées sur tout le site. Des moteurs de vannes sont inopérants (ouverture manuelle pour assurer la chauffe), des horloges sont défectueuses et n’assurent plus les ralentis, la conduite des installations de chauffage devient de plus en plus ardue. Une modernisation de l’ensemble des installations s’impose.

Sous-station avant rénovation.

Les enregistrements de température effectués montrent clairement l’absence de ralenti nocturne.

Il faut remettre en état les régulateurs de tous les circuits, optimaliser les températures des locaux en agissant à la fois sur l’ambiance du local et sur la température de l’eau. Les ralentis doivent être performants et les dérogations aux horaires imposés doivent être facilement applicables (sans imposer un déplacement du responsable technique). Il faut également prévoir la protection anti-gel. Il s’agit d’une rénovation totale avec comme difficulté l’ancienneté du matériel déjà en place, aux performances déclinantes.

État des lieux

Le Collège, construit en pleine nature, fut inauguré en 1927. Sa surface au sol s’élève à plus de 7 000 m². Les bâtiments, tous en béton et érigés sur 5 niveaux abritent quelques 540 élèves, dont 318 internes. Parmi ces derniers, 308 bénéficient de chambrettes individuelles.

Les trois premiers étages sont réservés à l’enseignement proprement dit avec 37 classes et 162 locaux à destinations particulières (labos, salles d’étude, locaux informatiques, locaux paramédicaux, restaurant et cuisines, salle des fêtes, locaux techniques, chaufferies et sous-stations, sanitaires, 27 locaux administratifs).

Les deux derniers étages sont réservés aux dortoirs et à leur équipement sanitaire. Un complexe sportif se composant d’un hall de sports et d’une piscine couverte complète l’infrastructure.

Implantation telle que reprise sur la nouvelle GTC (on y retrouve la température mesurée par les sondes extérieures).

Les bâtiments sont occupés toute la semaine, sauf le week-end. Les internes rentrent le dimanche soir. Les vacances scolaires sont mises à profit pour héberger d’importants groupes extérieurs (stages de langue, sportifs…).

Avant novembre 1998, la puissance totale des installations de chauffage (hors complexe sportif) était de 4 357 kW répartie sur 9 chaudières :

8 alimentées au fuel dont 2 produisant de la vapeur,
1 alimentée au gaz propane (salle d’escalade).

Ces chaudières assurent le chauffage de tous les locaux ainsi que la production d’eau chaude sanitaire via des boilers ou échangeurs rapides.

La consommation annuelle moyenne s’élève à 403 000 litres fuel, pour un coût total TVAC de 108 000 €/an.

Les corps de chauffe sont en fonte pour les plus anciens, en acier avec ailettes pour les plus récents (80 %). La plupart des radiateurs sont déjà équipés de vannes thermostatiques du type institutionnel (anti-vandalisme) avec limitation de température haute.

Les circuits hydrauliques sont bien séparés et desservent des groupes de locaux de même nature (classes, dortoirs, restaurant, … ) en fonction des périodes d’occupation équivalentes. Leur régulation s’effectue via des vannes mélangeuses activées par des sondes extérieures ou d’ambiance et des panneaux installés dans les chaufferies et sous-stations.

Centrale de gestion technique

Pour la conduite et le suivi de l’ensemble des installations rénovées, le responsable technique dispose maintenant d’une GTC (Gestion Technique Centralisée). Elle permet de consulter immédiatement une sélection de graphiques, tous les jours et à n’importe quelle heure. Des schémas synoptiques donnent une parfaite vision de la situation réelle au moment de la consultation. On pourra ainsi relever :

les températures extérieures aux points cardinaux,
la température des chaudières, des collecteurs et des boilers,
l’ouverture en pourcentage des vannes mélangeuses avec la température de l’eau de départ et du local témoin correspondant,
l’état des circulateurs,
l’état des brûleurs,
l’état des cascades des chaudières,
les horaires de fonctionnement et dérogations de tous les circuits,
les relevés temporels graphiques ou numériques des températures extérieures, des classes, des dortoirs…
les points de consigne (températures jour, ralentis, courbes de températures).

Écrans de la GTC.

Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de ces données. La gestion est grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents. Les horaires, les dérogations et les vacances sont programmés de façon précise (à la date, au jour et au 1/4 d’heure près). Les pannes sont décelées rapidement avec leurs causes. Le fonctionnement en alternance des équipements (cascade de chaudières, circulateurs) est garant de leur longévité et de la sécurité. La planification de la maintenance est assurée par la comptabilisation des heures de fonctionnement. Les interventions du service technique sont ponctuelles et garantes de la bonne marche de l’installation.

Par ailleurs, et compte tenu des conditions d’exploitation décrites ci-dessus, les économies d’énergie furent significatives.

La rénovation des installations de chauffage s’est effectuée en plusieurs phases :

Phase 1 – le Collège central (du 25 mai 98 au 30 novembre 98)

Le service technique du collège remplace ou adapte les vannes mélangeuses, sondes d’eau et d’ambiance, sondes extérieures et autres composants pour les rendre compatibles à la nouvelle régulation.

De plus, les deux chaudières à vapeur et leurs 4 circuits sont automatisés.

Le service technique du collège tirera environ 2 km de câbles divers ainsi que le bus permettant de véhiculer les informations relatives à plus de 200 points traités.

Les citernes mazout sont équipées de sondes pour permettre une lecture directe des stocks de fuel.

En chaufferie, les armoires électriques sont remplacées et modernisées pour la protection des moteurs, circulateurs, brûleurs…

Nouveaux régulateurs, nouvelles sondes et vannes.

Un support informatique performant est mis en place (pc, imprimante, logiciel) et rassemblé dans un bureau réservé à son usage exclusif.

Local de gestion.

Un transmetteur téléphonique signale immédiatement les pannes critiques.

Quelques chiffres budgétaires :

Facture fournisseurs externes : matériel : 31 400 €
Facture fournisseurs externes : support informatique : 10 000 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 13 700 €

Phase 2 – le Bloc Pavillon ( 13 septembre 99 – 20 décembre 99)

Conçue selon les mêmes principes que le Collège central, celle-ci est opérationnelle depuis décembre 1999 et offre directement les mêmes atouts dans la conduite des installations.

Le coût de cette seconde phase :

Facture fournisseurs externes : 16 300 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 4 600 €

Phase 3 – le complexe sportif et la piscine (année 2000)

Réalisée en 2000, cette phase était plus complexe, surtout au niveau piscine où de nombreux paramètres ont dû être pris en compte pour assurer une conduite optimale de ces installations très spécifiques (qualité de l’eau, température, humidité relative, pH, filtration, conditionnement d’air…).

Budget (hors réalisation en interne) :

Facture fournisseurs externes : 14 600 €

Résultats

Investissement

Budget Total de la centrale de Gestion Technique
Phase 1 bloc – Central collège (1998)	55 100 €
Phase 2 bloc – Pavillon (1999)	20 900 €
Phase – Complexe sportif (2000)	14 600 €
Total	90 600 €

Remarque : dans le cas du complexe sportif et de la piscine, il s’agit de montants hors prestations de main d’œuvre du service technique interne.

Économie

Évolution des consommation annuelle depuis la rénovation de la régulation. Il s’agit de consommation normalisées, c’est-à-dire recalculée pour des conditions météorologiques moyennes communes.

En 2001, on a enregistré par rapport à l’année 1998, une économie de 125 000 litres de fuel/an, au prix moyen de 0,2116 €/litres de fuel. Soit une économie annuelle de 26 450 €/an, pour un investissement total de 90 600 €. Le temps de retour de l’investissement est donc de 3,4 ans.

Toutes ces interventions datent du début des années 2000, le temps de retour estimé est largement écoulé et avant 2006 l’investissement a été récupéré. En 2016, (plus de 10 ans plus tard) , l’institution a économisé au moins 1 250 000 litres de fuel. Au prix moyen de ces 10 dernières années cela représente un montant de 860 000,00 €.

Posted By : 25 Sep, 2007

Des capteurs solaires au home La Charmille de Gembloux

Synthèse des résultats de l’audit solaire

Projet
Établissement	Maison de repos La Charmille (CPAS de Gembloux)Rue Chapelle Marion, 1 à 5030 Gembloux

Consommations
Eau chaude sanitaire	730 m³ d’eau à 60°C par an (soit 42 340 kWh/an)
Pertes boucle sanitaire	13 135 kWh/an
Pertes ballons	4 927 kWh/an (pour 3 ballons)
Électricité pour l’ECS	60 402 kWh/an (rendement 100 %) [BHU1]
Facture électrique	7 248 € (selon l’hypothèse de 0.12 €/kWh)

Prédimensionnement du système	Eau chaude sanitaire + Appoint gaz
Superficie de capteurs plans	50 m²
Vol. stockage solaire + vol. stockage appoint	1 000 + 1 000 litres
Bilan Énergétique
Économie d’énergie primaire	2 862 m³ de gaz (soit 28 627 kWh)
Fraction de l’énergie utile non fournie par l’appoint	40.5 % [RDC2]
Bilan Économique
Coût estimé du système (HTVA, hors subsides)	40 682 € HTVA
Économie annuelle	887 €/an
Coût du kWh solaire	0.072 €/kWh
Bilan Environnemental
Émissions de CO₂évitées par an	5 659 kg CO₂/an
Émissions de CO₂évitées sur 25 ans de durée de vie du système	141 tonnes
Coût de la tonne des émissions de CO₂ évitée	288 €/tonne

Présentation de l’établissement

Affectation principale

L’établissement audité est une maison de repos et de soins, appartenant au CPAS de Gembloux, qui accueille des personnes âgées valides, semi-valides et invalides.

La maison de repos possède 79 lits ainsi qu’une cuisine.

En annexe à la maison de repos se trouvent les bureaux du CPAS, dont la consommation d’eau chaude n’est pas prise en compte dans le pré-dimensionnement du système solaire.

Taux d’occupation

La maison de repos La Charmille possède un taux d’occupation de 100 % durant la plus grande partie de l’année.

Descriptif de l’installation de production d’eau chaude

Actuellement, l’ECS est produite par 4 ballons électriques (de 1988) de 1 000 litres chacun, raccordés en série (avec une résistance électrique de 10 kW chacun). Un des ballons a rendu l’âme, un autre est sur le point de le faire.

L’eau « devrait » être chauffée durant la nuit sur le tarif exclusif nuit (un compteur dédié au chauffage exclusif nuit a été installé). De fait, étant donné que la consommation d’eau chaude est plus importante que la quantité chauffée la nuit (3 ballons en fonctionnement au lieu des 4 initialement prévus), plusieurs relances en journées sont nécessaires pour maintenir une eau suffisamment chaude.

Combinaison avec le chauffage des locaux

Les locaux sont actuellement chauffés par des accumulateurs électriques statiques datant de la construction du bâtiment, l’eau chaude sanitaire est donc produite de manière indépendante.

Consommation d’électricité du bâtiment

Selon le rapport de l’audit URE remis par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable, la consommation annuelle en chauffage est estimée à 670 000 kWh/an pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire. Le montant total de la facture correspondant à cette consommation est de 33 182,21 € HVAC, soit 0,12 €/kWh (mélange des tarifs exclusif nuit, binôme A et électrothermie).

Estimation de la consommation d’eau chaude

Méthodologie

Étant donné que la consommation d’eau chaude annuelle de la maison de repos La Charmille n’est pas connue, elle doit être estimée à partir des relevés de consommation.

Un compteur a été installé sur l’alimentation en eau froide des ballons d’ECS. Cependant, les relevés de consommation s’avèrent incorrects vu la mauvaise position du compteur sur le circuit d’alimentation. En effet, ce compteur ne prend pas en compte la consommation d’eau froide qui alimente la vanne thermostatique en aval des ballons d’ECS.

Au lieu de changer la place du compteur, nous avons fermé l’alimentation en eau froide de cette vanne thermostatique, d’ailleurs défectueuse. Ainsi, les données de consommation disponibles ne concernent que deux périodes de mesures : du 18 au 25 janvier 2002 et du 16 au 19 avril 2002.

Outre le volume d’eau consommé, il est important de connaître la température d’utilisation. Étant donné le système de production d’ECS (électrique exclusif nuit), cette température évolue tout au long de la journée, contrairement à un système raccordé à une chaudière qui permettrait de respecter une consigne de température constante. On ne peut dès lors pas considérer une température d’utilisation constante équivalente à la consigne de température des ballons (soit 60°C).

Nous avons placé une sonde de température digitale à la sortie des ballons d’ECS. Ces mesures permettent d’affiner la consommation d’énergie nécessaire à la production d’ECS. Par la suite, cette consommation d’énergie est convertie en m³ d’eau chaude à une température de référence de 60°C.

Estimation de la consommation d’eau chaude sanitaire

L’eau chaude sanitaire est utilisée pour les bains, les douches, les lavabos et la cuisine de la maison de repos.

Durant la période de relevé du compteur d’ECS (du 18 au 25 janvier 2002), 21 m³ d’ECS à une température variable ont été consommé, soit 3 m³ par jour. Cette valeur moyenne de consommation est confirmée par la deuxième période de mesures. En effet, entre le vendredi 18 janvier et le vendredi 19 avril, 262 m³ d’ECS ont été consommés en 90 jours, ce qui nous donne une moyenne de 2.9 m³ par jour, valeur très proche des 3 m³.

Pour déterminer la température de consommation, nous effectuons une moyenne arithmétique des mesures de température obtenues avec la sonde entre le 18 et le 25 janvier 2002. Cette température moyenne est égale à 41°C. Convertis en eau chaude à la température de référence de 60°C, 3 m³ d’ECS à 41°C correspondent à 1.9 m³ d’ECS à 60°C.

Cependant, nous prenons une marge de sécurité en arrondissant à 2 m³ de consommation d’ECS à 60°C, ce qui nous donne un ratio de consommation de 25 litres d’ECS à 60°C par lit et par jour. À titre de comparaison, dans la littérature, ce ratio de consommation est estimé à 40 litres d’ECS à 60°C par lit et par jour, pour une maison de repos.

Profil journalier des besoins en eau chaude

Le profil journalier de consommation d’ECS est illustré par l’histogramme de la figure ci-dessous. Les barres en rouge foncé représentent les mesures, celles en bleu clair représentent une estimation de cette consommation car les mesures n’ont pas pu être relevées pour ces plages horaires nocturnes. L’estimation se base sur le profil de température (à une chute de température correspond un puisage important) et sur les habitudes du personnel (bains et toilette des résidents le matin et faible consommation en soirée), tel que la somme de ces estimations soit égale à la quantité d’eau prélevée qui a été mesurée durant ces plages horaires.

En outre, cette figure montre que l’installation actuelle de production d’ECS ne fonctionne pas de manière optimale. En effet, nous constatons de nombreuses relances des résistances électriques en journée, à un tarif électrique très désavantageux pour la maison de repos. Ces périodes de relance sont représentées par une hausse de la température en sortie des ballons d’ECS. Il est également étonnant que la consigne des 60°C ne soit pas respectée lors du réchauffage de l’ECS la nuit.

Profil journalier de consommation d’ECS et profil journalier de température (mesures et estimations).

Dans la suite du rapport, nous considérons que ce profil journalier se répète de manière cyclique tous les jours de l’année.

Profil hebdomadaire des besoins en eau chaude

Le profil hebdomadaire a été obtenu à partir de la première période de mesure (du 18 au 25 janvier 2002).

Profil hebdomadaire mesuré de consommation d’ECS à 60°C.

Nous remarquons que la consommation d’eau chaude sanitaire est quasi constante d’un jour à l’autre, excepté le dimanche. Pour cette semaine, la consommation moyenne d’eau chaude à la température de référence de 60°C est de 1.9 m³ par jour. Par la suite, nous supposerons un profil hebdomadaire de 7 jours de consommation égale à 2 m³ d’ECS à 60°C par jour, et ce pour toutes les semaines de l’année.

Variations mensuelles des besoins en eau chaude

Le profil mensuel de consommation d’ECS à 60°C considéré dans ce rapport est illustré ci-dessous. Ce profil a été obtenu en multipliant le nombre de jours compris dans un mois par le ratio de consommation de 2 m³. Ainsi, la maison de repos La Charmille consomme annuellement 730 m³ d’ECS à 60°C.

Profil annuel type de consommation d’ECS à 60°C.

Descriptif du système solaire proposé

Stratégie de conception de l’installation

L’étape suivante consiste concevoir l’installation solaire thermique de production d’eau chaude en fonction des besoins en eau chaude déterminés ci-dessus.

Le système solaire proposé tient compte des contraintes techniques (place disponible, orientation de la toiture…) ainsi que des opportunités présentes pour l’intégration d’un système solaire dans l’installation existante (travaux de rénovations en cours, adéquation des besoins…).

Contraintes et opportunités

Les différentes contraintes et opportunités techniques et/ou architecturales concernent essentiellement :

l’installation des capteurs (surface disponible, orientation, ombrage, accès…),
l’installation des ballons de stockage (place disponible, accès…),
l’appoint (électrique, gaz, mazout, cogénération…).

Installation des capteurs solaires

Contraintes

Le toit plat de la maison de repos La Charmille est séparé en deux par un local technique, comprenant les moteurs des ascenseurs, créant un ombrage sur la portion de toit située au nord de ce local. De cette façon, la surface horizontale disponible est limitée à la partie de toit située au sud du local technique, soit 230 m².

Généralement, la surface des capteurs qu’il est possible de poser sur un toit plat, en évitant l’ombrage des champs de capteurs entre eux, est égale à la moitié de la surface du toit. En terme de surface installée de capteurs, cette contrainte se traduit par une surface maximale de 115 m².

Comme nous le verrons par la suite, d’un point de vue économique, la surface optimale de capteurs se trouve bien en-dessous de cette contrainte.

Opportunités

Étant donné que la portion de toiture pressentie est plate et n’est soumise à aucun ombrage, il est possible de choisir l’orientation et l’inclinaison optimale des champs de capteurs.

Installation des ballons de stockage

Contraintes

Aucune contrainte pour l’installation des ballons de stockage dans le local technique du sous-sol n’a été inventoriée.

Par contre, nous déconseillons l’installation des ballons de stockage dans le local technique du toit, où la place disponible est réduite et d’accès difficile.

Opportunités

Étant donné la vétusté de l’installation de production d’ECS existante (un ballon hors service et un deuxième qui menace de percer) et le souhait du gestionnaire d’effectuer des économies d’énergies et financières (production d’ECS et chauffage électrique), un projet de rénovation est en cours. Le moment est donc bien choisi pour évaluer la pertinence d’un système solaire de production d’eau chaude.

Le local technique du sous-sol est suffisamment spacieux (4 ballons de 1 000 litres chacun sont déjà installés) et l’accès est aisé (porte d’environ 2 m de large sur 2 m de haut).

Appoint

Contraintes

Actuellement, l’appoint ne peut être qu’électrique. Outre le coût plus élevé du kWh électrique par rapport au kWh gaz, cet appoint exige, si l’on désire faire fonctionner les résistances au tarif exclusif nuit, un surdimensionnement important du volume de stockage. En effet, il faut qu’en début de journée les ballons de stockage soient chargés au maximum afin d’assurer la satisfaction des besoins en ECS tout au long de la journée. Il faut qu’ils contiennent, dans le cas présent, minimum 3 000 litres d’eau à 60°C (correspondant au pic de consommation mesuré) majoré d’un facteur de surdimensionnement tenant compte des pertes thermiques de la boucle sanitaire et des ballons eux-mêmes.

Opportunité

Étant donné qu’une conduite de gaz passe juste devant la maison de repos La Charmille et qu’il s’avérerait très intéressant d’y installer le chauffage central, il serait plus judicieux d’ assurer l’appoint du système solaire par un échangeur raccordé à la chaudière au gaz. C’est cette option qui sera considérée dans la suite du rapport.

Schéma technique de l’installation

Pour la maison de repos La Charmille et selon la stratégie de conception adoptée, le schéma ci-dessous présente le système solaire optimal pour le préchauffage de l’eau sanitaire.

Schéma de l’installation solaire thermique proposé pour la production d’eau chaude.

D’autres schémas sont possibles, mais celui-ci présente une approche couramment utilisée. Le schéma est expliqué en détail ci-dessous.

Les composants du système solaire présenté peuvent être groupés en 5 catégories.

1. Les capteurs solaires

Pour la production d’eau chaude sanitaire nous choisirons des capteurs plans atmosphériques. En effet, des capteurs solaires sous vides ne conviennent bien souvent que pour des applications à hautes températures ou lorsque la surface disponible en toiture est limitée, ce qui n’est pas le cas de la maison de repos La Charmille. Les capteurs sous-vide possèdent des performances supérieures pour une même surface installée. Cependant, ces capteurs sont, à production identique, plus chers que des capteurs plans atmosphériques.

2. Le circuit primaire

Le circuit primaire est un circuit fermé composé de tuyauteries, généralement en cuivre, qui relient le capteur (13) à un échangeur de chaleur (6) externe au ballon de stockage solaire (23).

Typiquement, pour les grands systèmes solaires, au-delà de 30 m² de capteurs, un échangeur de chaleur externe est utilisé. En effet, les puissances importantes mises en jeu nécessitent de grandes surfaces d’échange. Il n’est cependant pas rare de rencontrer des ballons de stockage solaires à échangeur interne, même pour ces grands systèmes. Ce choix est à discuter avec le fournisseur.

Le circuit primaire, relatif à l’installation sous pression, est totalement rempli d’un fluide caloporteur résistant au gel. On pourrait également travailler avec de l’eau pure non glycolée dans le cas d’un système à vidange. Dans ce cas précis, on peut omettre le vase d’expansion car le circuit primaire n’est pas mis sous pression, mais il faut prévoir la place pour installer le réservoir à vidange entre le champ des capteurs et le ballon de stockage solaire. Le choix d’un système « sous pression » ou « à vidange » peut encore s’effectuer lors de la rédaction du cahier des charges ou même lors de l’adjudication.

Le circuit primaire est muni des accessoires suivants :

Une soupape de sécurité (9) munie d’un manomètre destinée à évacuer les surpressions en cas de surchauffe de l’installation. Cette vanne est raccordée à un réservoir de collecte du fluide caloporteur avec anti-gel pour éviter tout rejet toxique dans le réseau d’égout.

Un vase d’expansion (10), placé du côté aspiration de la pompe de circulation, chargé d’absorber les différences de volume et de récolter la totalité du fluide caloporteur expulsé des capteurs en cas de surchauffe.

Une pompe de circulation (12) assurant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit.

Un purgeur manuel (14) permettant d’éliminer l’air en partie haute du circuit lors du remplissage et des entretiens.

Un clapet anti-retour (18) pour éviter la formation d’un contre-courant de thermocirculation qui déchargerait le ballon de stockage solaire de sa chaleur.

Plusieurs vannes d’isolement (11) et (16) pour isoler les composants principaux du système en cas d’entretien ou de remplacement.

Un robinet (8) permettant le remplissage et la vidange du circuit en fluide caloporteur.

3. Le circuit d’eau sanitaire

En amont des ballons de stockage, le circuit d’eau sanitaire est équipé des dispositifs suivants :

Une vanne d’arrêt (1) permettant d’isoler le chauffe-eau solaire du réseau de distribution d’eau sanitaire.

Une soupape de sécurité (4) destinée à protéger le circuit des surpressions.

Un robinet (5) permettant de vidanger l’installation.

Le risque de fuite de liquide caloporteur du circuit primaire au niveau de l’échangeur de chaleur externe ne pouvant être totalement exclu, le réseau d’eau froide sanitaire doit être protégé de toute contamination par le fluide caloporteur. L’alimentation en eau sanitaire est donc équipée du dispositif suivant :

Un disconnecteur non contrôlable à zones de pression différentielle (2) interdisant le retour de l’eau sanitaire du ballon de stockage solaire vers le réseau.

Précisons que ce disconnecteur, les soupapes et robinet de vidange sont raccordés à des réservoirs de collecte du fluide caloporteur (3), l’évacuation directe vers les égouts étant interdite, vu la toxicité de ce fluide.

Les deux ballons de stockage ont une fonction différente : le premier (23), alimenté par le circuit de transfert (19), stocke temporairement l’énergie apportée par l’échangeur (6), tandis que le deuxième (28) permet, grâce à l’appoint, de disposer d’une eau à la température souhaitée, quelles que soient les conditions d’ensoleillement.

Le circuit d’eau sanitaire est également pourvu des composants suivant :

Une vanne thermostatique à trois voies (24) dirigeant l’eau sortant du ballon de stockage solaire, en fonction de sa température, soit vers l’installation de chauffe complémentaire, soit directement vers les points de puisage.

Une conduite (25) permettant de by-passer le ballon d’appoint pré-existant chaque fois que le ballon de stockage solaire peut assurer seul la satisfaction des besoins en eau chaude.

Une conduite (27) équipée d’une vanne on/off motorisée et d’un circulateur reliant la partie haute du ballon d’appoint à la partie basse du ballon de stockage solaire.

Une conduite (29) équipée d’un clapet anti-retour et d’un circulateur permettant de transférer l’eau chaude du premier ballon (23) au second (28).

En outre, en cas d’ensoleillement important (été), l’eau chaude sanitaire peut sortir du ballon de stockage solaire (23) à une température supérieure à la consigne (soit 60°C pour la maison de repos La Charmille). Afin d’éviter tout risque de brûlure aux points de puisage, l’installation est donc munie du dispositif suivant :

Une vanne thermostatique à 3 voies (22) mélangeant de l’eau froide à l’eau chaude de façon à produire de l’eau à une température maximale égale à la consigne de 60°C.

4. Régulation

L’installation solaire thermique de production d’eau chaude est totalement automatisée. Ce système possède trois organes de régulation (généralement contenu dans un seul boîtier), chacun ayant une mission qui lui est propre :

Un appareil de régulation (17) pour le circuit primaire, qui commande le circulateur (12) et celui du circuit de transfert (19).

Un appareil de régulation (26), qui commande la vanne et le circulateur de la conduite (27).

Un appareil de régulation (31) commandant le circulateur de la chaudière (30) et le circulateur de la conduite (29).

Les règles de décision de ces 3 organes de la régulation seront explicitées dans le fonctionnement du système solaire.

5. L’appoint

Les panneaux solaires ne peuvent à eux seuls satisfaire l’entièreté des besoins en eau chaude. Un système solaire comprend donc toujours une connexion à un appoint. Dans le cas présent, l’appoint sera assuré par une chaudière au gaz (30) qui chauffe le ballon d’appoint (28).

Fonctionnement du système solaire

Toujours sur base du schéma technique général, nous allons passer en revue la régulation du système solaire.

1. Régulation du circuit primaire

Le principe qui régi la régulation est de véhiculer l’énergie contenue dans les capteurs (13) vers le ballon de stockage solaire (23) de façon à maximiser la production solaire.

Le circulateur (12) du circuit primaire et celui du circuit de transfert (19) sont mis en marche lorsqu’une différence de température supérieure à la consigne de démarrage programmée dans la régulation (17) est mesurée entre la sonde capteur (15) et la sonde en fond de ballon de stockage solaire (20). typiquement, cet écart de température est de l’ordre de 5 à 10°C. La régulation met les deux circulateurs à l’arrêt dans deux cas :

Soit, pour un ensoleillement trop faible, lorsque la différence de température est inférieure à la consigne d’arrêt (typiquement 2°C et en tout cas toujours inférieure à la consigne de démarrage pour éviter des conflits de régulation c.-à-d. marche – arrêt intempestif).

Soit, pour un ensoleillement trop abondant, lorsque la température en pied de ballon de stockage solaire dépasse la température limite programmée dans la consigne. Cette température varie entre 60 et 75°C selon le fournisseur.

De par sa conception, une installation à circuit primaire classique sous pression peut atteindre des températures de fonctionnement supérieures à 100°C (jusqu’à 130°C avec une pression de 6 bars). De ce fait, certains constructeurs équipent leurs installations d’une autre sonde de température (21) positionnée en tête de ballon de stockage solaire. Dans ce cas la mise à l’arrêt en cas de surchauffe est commandée lorsque la température mesurée par cette sonde atteint 95°C.

2. Régulation des ballons de stockage

Les ballons de stockage ne nécessitent pas de régulation particulière, ils chauffent et refroidissent selon les apports et les soutirages d’eau chaude.

Cependant, une désinfection thermique du ballon de stockage solaire doit être prévue afin d’éviter les risques de légionellose. La régulation des ballons de stockage gère la conduite (27) permettant d’assurer cette désinfection thermique. Cette désinfection consiste à porter l’ensemble du ballon de stockage solaire à une température de 60°C par transfert d’eau chaude provenant du ballon d’appoint. Pour ce faire, la vanne motorisée est ouverte et le circulateur du circuit (27) est mis en fonctionnement jusqu’à obtenir la température requise en tête de ballon de stockage solaire. La manœuvre est commandée par la régulation (26) raccordée à une horloge programmable. En effet, pour la prévention de la prolifération de légionelles, il est recommandé de porter l’ensemble du ballon de stockage solaire à 60°C toutes les 24 heures.

3. Régulation de l’appoint

Finalement, le troisième organe de régulation (31) commande l’appoint. Le système d’appoint assure la fourniture constante d’eau à la température de consommation requise. La chaudière est également commandée par la régulation de l’appoint pour la désinfection thermique du ballon de stockage solaire, indépendamment des prélèvements aux points de puisage.

Pré-dimensionnement du système solaire

Méthodologie

La méthodologie suivie pour le pré-dimensionnement du système solaire est la suivante :

Détermination d’une dimension du système permettant de répondre aux besoins en tenant compte des contraintes techniques et architecturales.

Recherche du dimensionnement optimal du point de vue économique. Les deux variables considérées sont la superficie des capteurs et le volume de stockage.

Cet ajustement est réalisé en effectuant plusieurs simulations avec le logiciel suisse Polysun 3.3 Plus (version 2001) et tient compte du coût des composants du système solaire.

Le paramètre calculé est le coût du kWh d’eau chauffée par le système solaire (hors appoint). Le coût du kWh solaire le plus faible détermine la dimension optimale du système solaire.

Hypothèses de calcul

Les hypothèses de calcul concernent essentiellement la consommation d’eau chaude sanitaire.

La maison de repos La Charmille consomme 2 m³ d’ECS à 60°C par jour, soit 116 kWh par jour.

Le profil hebdomadaire correspond à 7 jours de consommation constante égale à 2 m³.

Le profil mensuel de la figure 7 est pris en compte pour la simulation.

La consommation annuelle d’ECS à 60°C est de 730 m³, soit une énergie équivalente de 42 340 kWh.

L’eau froide qui entre dans le système a une température égale à 10°C.

L’existence d’une boucle d’ECS entraînant des pertes d’environ 13 135 kWh par an.Les caractéristiques suivantes ont été considérées :longueur : 200 m,
diamètre : 50 mm,
delta de température : 40°C, isolation en laine minérale de 40 mm d’épaisseur,
fonctionnement : de 5h à 22h, soit un total de 6 570h par an.

Paramètres de simulation

Les paramètres de simulation se rapportent au système solaire : les conditions d’ensoleillement, les capteurs, les ballons de stockage, la puissance de la chaudière d’appoint, …

Conditions d’ensoleillement

Les conditions d’ensoleillement correspondent à une année météorologique type en région namuroise (données fournies par le logiciel de simulation : Météonorme 95 valeurs horaires).

Capteurs solaires

Orientation optimale, plein sud.

Inclinaison optimale de 40° par rapport à l’horizontale.

Aucun ombrage des capteurs (par des arbres, bâtiments ou collines, ou par les rangées successives de capteurs).

Capteurs plans atmosphériques : h₀= 0.8060, h₁= 3.551 W/m²K et ₂= 0.013 W/m²K (moyenne de trois marques réputées de capteurs, proposées sur le marché wallon).

Ballons de stockage

Le ballon de stockage solaire possède un échangeur de chaleur externe et est isolé par 150 mm de laine de verre.

Le ballon de stockage d’appoint possède un échangeur interne et est isolé par 150 mm de laine de verre.

Chaudière d’appoint au gaz

Puissance nominale de 250 kW (fixée arbitrairement).

Consigne de marche : 60°C, consigne d’arrêt : 65°C.

Schéma du système solaire simulé

Le schéma proposé par Polysun (le plus proche du schéma souhaité) est illustré ci-dessous. Les chiffres de surface de capteurs et de volume de stockage concernent les dimensions optimales du système solaire pour la production d’ECS.

Schéma du système solaire simulé avec Polysun.

Premier dimensionnement

Généralement, pour une première estimation de la surface de capteurs nécessaires pour couvrir une fraction des besoins en ECS, il est d’usage de diviser la consommation d’ECS à 60°C par jour, exprimé en litres, par le facteur 75, tel que le montre la formule suivante :

où :

S_capteurs = Surface des capteurs selon un premier dimensionnement (en m²).
V_{ECS à 60°C} = Volume d’ECS consommé par jour à 60°C (en litres).

Ce premier dimensionnement nous donne une surface de capteurs d’environ 27 m³.

De même, pour estimer le volume de stockage correspondant à cette superficie de capteurs, il est d’usage de multiplier cette surface par le facteur 20 (dans le cas d’une maison de repos), tel qu’illustré par la formule suivante :

où :

V_stockage= Volume de stockage du système solaire (en litres).

Ce premier dimensionnement nous donne un volume de stockage solaire égal à 540 litres.

Dimensionnement optimal pour la production d’ECS seule

Estimation du coût du système

L’optimisation du dimensionnement s’effectuant selon une recherche du coût minimum du kWh solaire, il est nécessaire d’évaluer ce coût.

Pour ce faire, nous avons demandé à différents fournisseurs de réaliser un devis pour 4 dimensions différentes du même système solaire.

Les coûts des composants repris dans ce rapport font la moyenne des prix proposés par deux fournisseurs ayant répondu favorablement, majorée de 4 %.

Le tableau ci-dessous indique un coût moyen par poste principal.

Les prix sont exprimés en € et s’entendent hors TVA. La main d’œuvre pour le montage de l’installation est comprise dans le prix. Il s’agit d’un ordre de grandeur donné à titre d’information.

Coût moyen d’un système solaire par poste principal.

Surface optimale

Le tableau ci-dessus montre que la surface installée de capteur est le facteur qui influence le plus largement les coûts. Nous allons donc, en premier lieu, estimé la surface optimale de capteurs qu’il faut installer à la maison de repos La Charmille.

Une première série de simulations ont été effectuées pour quatre surfaces de capteurs (25, 50, 75 et 100 m²) et pour le même volume de stockage 2 000 litres au total). Le logiciel Polysun fournit l’apport solaire annuel (en kWh/an) pour ces quatre superficies de capteurs.

Ensuite, il faut calculer le coût du kWh solaire. Pour ce faire, on considère une durée de vie réaliste du système de 25 ans. La formule permettant de calculer ce coût est la suivante :

où :

C_{kWh solaire} = coût du kWh solaire (en € / kWh )
INV = Investissement total du système solaire (en €)
n = durée de vie escomptée du système solaire (en année)
A_{kWh solaire} = apport solaire annuel (en kWh / an)

Finalement, cette formule, appliquée aux quatre surfaces de capteurs considérées (25, 50, 75 et 100 m²), donne le coût moyen estimé du kWh solaire :

Optimisation de la surface de l’installation qui minimise le coût moyen du kWh solaire.

Nous remarquons qu’à l’optimum économique, soit une surface de capteurs d’environ 50 m², le coût du kWh solaire est d’environ 0,072 €.

Volume de stockage optimal

Nous allons à présent déterminer l’optimum économique du volume de stockage du système solaire correspondant à la surface de capteurs optimale (50 m²). nous calculons le coût moyen du kWh pour quatre volumes différents, à savoir 1 500, 2 000, 3 000 et 4 000 litres, le coût du stockage solaire est estimé quant à lui à environ 3 300 € par 1 000 litres.

D’après les résultats de simulation, le volume de stockage correspondant à l’optimum économique est d’environ 2 000 litres au total, soit 1 000 litres pour le ballon de stockage solaire et 1 000 litres pour le ballon de stockage d’appoint.

Cet optimum pour le volume de stockage est illustré ci-dessous.

Optimisation du volume de stockage qui minimise le coût moyen du kWh solaire.

Conclusion

Pour la production d’ECS à la maison de repos La Charmille, les dimensions optimales du système solaire, du point de vue économique, sont les suivantes :

Une surface installée de capteurs d’environ 50 m²,

et un volume de stockage d’environ 2 000 litres (1 000 litres pour le ballon de stockage solaire et 1 000 litres pour le ballon de stockage d’appoint).

Faisons remarquer que si l’appoint est électrique et que l’on désire faire fonctionner les résistances sur le tarif exclusif nuit, il faudra majorer le volume stockage d’appoint d’environ 3 à 4 000 litres.

À noter qu’il s’agit d’un optimum économique. Il est tout à fait possible d’installer une superficie de capteurs plus importante, qui aura l’avantage d’augmenter l’économie en énergie primaire et donc de réduire davantage les émissions de CO₂pour la production d’ECS à la maison de repos La Charmille.

Bilan de l’opération

Bilan énergétique

Fraction de l’énergie utile non fournie par l’appoint (en %)

L’énergie utile Q_u représente la quantité de chaleur qui a été nécessaire pour chauffée l’eau consommée. Cette valeur tient compte des pertes du circuit solaire (tuyaux, pompe, capteurs, …), des pertes de stockage et de l’énergie auxiliaire qui a du être fournie par le chauffage d’appoint. Si l’on retire de Q_u la partie fournie par l’appoint Q_aux.net, et que l’on rapporte cette quantité obtenue par l’énergie utile Q_u, nous obtenons la fraction solaire utile, soit le fraction de l’énergie utile qui n’a pas dû être fournie par l’appoint, telle que le montre la formule suivante :

Pour le système solaire possédant les dimensions optimales, l’énergie utile nécessaire pour produire 730 m³ à 60°C est de 56 570 kWh/an (pertes comprises). L’énergie auxiliaire de l’appoint est de 33 668 kWh/an.

Ainsi, la fraction solaire utile est de 40.5 % telle que le montre la formule suivante :

Économie d’énergie primaire

Cette énergie fournie chaque année par le rayonnement solaire ne doit pas être produite par la chaudière. S’agissant d’une chaudière au gaz à haut rendement dont le rendement annuel global est égal à 80 %, l’économie d’énergie primaire réalisée est de 28 627 kWh/an, d’après la formule suivante :

Un m³ de gaz ayant un PCI d’environ 10 000 Wh/Nm³, le système solaire permet d’économiser 2 863 m³ de gaz par an.

Bilan économique

Estimation du coût du kWh solaire

Le coût du système solaire optimal est de 40 682 € HTVA, hors subsides, main d’œuvre comprise. Ce système solaire permet de produire 22 902 kWh/an par le soleil. Ainsi, comme mentionné précédemment, le coût du kWh solaire est d’environ 0,072 € avec une durée de vie du système estimée à 25 ans.

Gain économique

Au prix du gaz de 2001, soit environ 0.31 €/m³ (tarif ND2), le gain économique annuel consécutif à l’installation du système solaire est d’environ 887 €, correspondant à une réduction de la facture de 40.5 % pour la production d’ECS.

L’avantage économique majeur du système solaire réside dans le prix constant du kWh solaire. Alors que, pour les énergies fossiles, les scénarios les plus réalistes tablent sur une augmentation des prix de ces énergies dans les prochaines années. Comme nous l’avons constaté entre 1998 et 2001, le prix du gaz a augmenté de 41 % en 3 ans ! Il va de soi que si le prix du gaz double, l’économie financière réalisée est également doublée.

À noter que les éventuelles primes et subsides que la maison de repos La Charmille peut obtenir pour l’installation d’un système solaire de production d’eau chaude ne sont pas prises en compte dans les calculs de coût du kWh solaire ni du gain économique.

Bilan environnemental

Émissions de CO₂ évitées

Le facteur d’émission du gaz naturel est de 249 grammes de CO₂par kWh d’énergie primaire.

Ce facteur, issu du Décret du 12 avril 2001 relatif à l’organisation du marché de l’électricité en Wallonie, tient compte des émissions de CO₂liées à la production du gaz naturel. Le système solaire permet une réduction de 5 659 kg de CO₂ chaque année, soit un total de 141 tonnes sur la durée de vie du système (25 ans).

Nous pouvons également calculer le coût des émissions de CO₂évitées en divisant le coût total du système solaire par la réduction de CO₂.

Le système solaire optimal coûte 40 682 € (hors subsides) et permet d’éviter l’émission de 141 tonnes de CO₂sur 25 ans. Le coût des émissions de CO₂évitées est par conséquent de 288 €/tonne.

Autres Impacts

Les autres impacts positifs d’un tel projet résident dans la visibilité du système solaire, rejaillissant sur l’image « durable » de la maison de repos La Charmille, ainsi que dans l’aspect didactique de l’installation : le personnel pourra s’apercevoir de l’intérêt évident et de la facilité de fonctionnement d’une installation solaire de production d’eau chaude.

En outre, la maison de repos La Charmille se positionnera parmi les premiers projets de maison de repos « solaire » de la nouvelle génération.

Contrôle des performances

Garantie de Résultats Solaires

Appliquée à la production collective d’eau chaude sanitaire, la Garantie de Résultats Solaires correspond à un engagement contractuel de fourniture d’énergie thermique d’origine solaire pour un besoin donnée d’ECS. Cette garantie permet à l’auteur de projet d’avoir un seul interlocuteur qui représente solidairement le fournisseur, le bureau d’études et l’installateur. Comme toute garantie, si le consortium ne respecte pas ses engagements, il devra dédommager l’auteur de projet. Cette garantie, d’ailleurs proposée par certains fournisseurs en Belgique, est vivement conseillée.

Monitoring

Les fournisseurs peuvent également assurer, en dehors de la garantie de résultats solaires, le monitoring du système solaire (mesures énergétiques, acquisition et transfert des données). Le monitoring a l’avantage de faire connaître avec précision l’apport solaire pour le pré-chauffage de l’eau mais également de déceler tout dysfonctionnement du système ou une consommation anormale de l’établissement.

Ce qui a été réalisé

En 2003 les travaux furent entrepris et l’installation entra en service en mai à la grande satisfaction des utilisateurs.

Les installations

L’installation réellement mise en place fut légèrement différente de ce qui avait été prévu.

75 m² de capteurs furent placés au lieu de 50 m² : 32 panneaux de 2.32 m² utiles.

32 panneaux de 2.32 m².

Le circuit primaire ne fut pas installé. Il fut remplacé par des ballons de stockage solaire à échangeur interne. Il n’y donc pas d’échangeur de chaleur externe. De plus, le système n’est pas « sous pression » mais « à vidange gravitaire ». De cette manière, dès que les pompes s’arrêtent le circuit extérieur se vide dans des réservoirs de stockage et tous les risques de gel des installations disparaissent. Cela nécessite cependant beaucoup de soin dans la mise en place afin qu’à tout endroit il y ait une pente suffisante vers les réservoirs. Toute contrepente est à proscrire.

La pente des canalisations permet la vidange automatique à l’arrêt.

Les réservoirs à vidange.

Trois ballons de stockage solaire de 1 000 litres furent installés.

Trois ballons de stockage de 1000 litres = 3000 litres.

L’appoint se faisant en série, l’eau passe ensuite dans deux ballons de 850 litres qui permettent grâce à l’appoint fourni par le chauffage central de disposer d’une eau à la température souhaitée. Un des ballons est dédié à la fourniture de l’eau chaude sanitaire à 45 °C, l’autre à l’eau chaude de cuisine à 60 °C. Des vannes mélangeuses thermostatiques à trois voies règlent la température des boucles de distribution.

Deux ballons de 850 litres branchés sur le chauffage central permettent grâce à l’appoint de disposer d’une eau à température souhaitée quelles que soient les conditions d’ensoleillement.

Les radiateurs électriques à accumulation installés dans le bâtiment ont été remplacés par un chauffage central au gaz. Deux chaudières de 290 kW chacune ont été placées dans un local technique en toiture. Le choix de cet emplacement a été justifié par des raisons pratiques de sécurité et par l’absence de cheminée déjà existante. Ce sont ces chaudières qui fournissent l’appoint en eau chaude sanitaire. La puissance de ces chaudières est largement suffisante, car le bâtiment, bien qu’ancien, est thermiquement isolé. L’isolation doit sa présence au chauffage électrique qui a été installé à l’origine de l’immeuble.

Les deux chaudières de 290 kW.

Les rendements

Mis à part quelques réparations effectuées sous garantie en début de fonctionnement, l’installation s’est révélée fiable et facile d’usage. Dès 2004 la production solaire atteignait 29 000 kWh soit environ 380 kWh/m². Depuis, la production tourne autour des 35 000 kWh par an.

Grâce aux subsides, l’installation a été amortie en deux ans. Il en aurait fallu vingt sans les subsides !

Un deuxième home du CPAS de Gembloux, situé à Grand-Leez a été équipé d’un système semblable tout aussi efficace.

Category Archives: Études de cas

Vidéo

Objectif

Description de l’école

Etape 1 : Présenter le projet aux parents, enfants et animateurs

Etape 2 : Brainstorm

Etape 3 : S’équiper

Piste 1 : Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement

Piste 2 : Avoir la liberté de bouger seul dans son coin

Piste 3 : avoir des collations ou repas chauds

Piste 4 : avoir de objets et vêtements chauds à dispositions

Piste 5 : Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort

Piste 6 : Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur

Etape 4 : construire le dispositif de recherche

Etape 5 : l’expérience en P6B

Etape 6 : l’expérience en P6A

Etape 7 : Bilan énergétique

Introduction

Méthode

Échantillon

Hypothèses

Hypothèses pour les niveau d’isolation

Hypothèses pour les options techniques et renouvelable

1. Installation de base (IB)

2. IB + Géocooling

3. IB + PAC

4. IB + PAC + Géocooling

5. IB + PV10%Ach

6. IB + PAC + Géocooling + PV10%Ach

Résultats

Préambule

Résultats bruts

Introduction

Les motivations de remplacement

Un mot sur les transformateurs à huile minérale

Les pertes d’un transformateur

Nouvel équipement

Comparaison des pertes entre les anciens et nouveaux transfos

En détail

Économique

Informations complémentaires

Introduction

Les besoins en froid

Et en hiver, on climatise ?

Les installations frigorifiques

Principes du free-chiling

La récupération de chaleur

En détail

Introduction

Au départ une réflexion

Le projet Kyoto

La chasse aux bonnes idées

Chacun agit à son niveau

Tout travail mérite salaire

Des résultats !

Et la suite ?

En détail

Informations complémentaires

Description du bâtiment

Comparaison des installations

Les Facultés

Sensibilisation des occupants

Repérage des principaux consommateurs

Rénovation de l’éclairage

Suppression de chauffe-eau électriques

Placement de moteurs à vitesse variable

Maîtrise de la pointe quart horaire

Fonctionnement du délestage

Quelques résultats chiffrés du délestage

Synthèse des résultats

Conclusions et perspectives

Introduction

La chambre froide

Habitudes d’utilisation

Actions correctives

Mesures

Conclusions

Les présentoirs froids du self-service

Habitudes d’utilisation

Mesures

5. IB + PV^10%Ach

6. IB + PAC + Géocooling + PV^10%Ach