Évaluer la présence de réflexions

Évaluer la présence de réflexions


Les situations à éviter

Reflet des luminaires sur des surfaces brillantes :

Photo réflexions sur le plan de travail.   Photo sur les écrans. Photo réflexions sur les tableaux.

Réflexions sur le plan de travail, sur les écrans ou les instruments et sur les tableaux de présentation.

Un cas concret pour les écoles

Des problèmes risquent d’apparaître si le tableau est brillant (tableau blanc) et si les luminaires de l’éclairage général présentent une luminance importante (tubes nus, globes opalins, ventelles planes, lumière douce, …). Ou si le tableau est brillant et que les luminaires spécifiques au tableau sont trop éloignés de ce dernier.

Schéma cas concret pour les écoles.

Un cas concret pour les bureaux

Schéma cas concret pour les bureaux.

Pour un écran incliné de plus ou moins 15°, le risque de reflet gênant dans l’écran devient important lorsque la luminance du luminaire, sous un angle d’élévation de plus de 65°, est par exemple supérieure à 1000 cd/m² pour des luminances d’écran inférieures à 200 cd/m².

Remarque : Les luminaires à tubes LED peuvent devenir des sources d’éblouissement non négligeables sachant qu’un tube LED est constitué d’une multitude de lampes LED ponctuelles de grande luminance.


Comment évaluer sa situation ?

Le test du miroir

Photo test du miroir.

En plaçant un miroir sur un plan de travail, au niveau d’un tableau ou encore d’un écran d’ordinateur, si un luminaire est visible dans le miroir, il provoquera immanquable une réflexion dans le champ visuel et donc une situation d’inconfort.

Pour remédier à une situation d’inconfort :

Concevoir

Remplacer complètement les luminaires.

Concevoir

Modifier l’emplacement des luminaires ou des postes de travail.

Améliorer

Remplacer uniquement les optiques.

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

Repérer l’origine de la sensation de froid

Repérer l'origine de la sensation de froid


Règles de base de la recherche

Évaluer l’origine de ce problème n’est pas simple. Cela demande de recouper diverses informations comme :

  • les plaintes des occupants,
  • les moments d’apparition du problème,
  • les conditions climatiques correspondantes,
  • des mesures locales de l’ambiance thermique,
  • les indications des sondes de l’installation.

La confrontation de ces informations permet de circonscrire le problème sur base de trois hypothèses :

  • la régulation de la fourniture de chaleur n’est pas adaptée aux besoins,
  • la distribution hydraulique vers les locaux est mal équilibrée ou est à l’origine d’interférence entre les circuits,
  • la puissance locale ou totale est insuffisante.

Notons que l’ordre de présentation de ces trois phénomènes reflète dans la plupart des cas, l’ordre d’approche du problème lorsqu’un inconfort est ressenti.

Il existe deux règles de base à l’analyse et à la résolution de l’inconfort :

  1. Un schéma détaillé de l’installation doit exister ou être dressé (comme pour « l’évaluation de l’efficacité énergétique de la régulation« ).
  2. Une seule personne doit être habilitée à intervenir sur les réglages centraux de l’installation et un carnet de notes collationnera les modifications apportées pour en garder le fil conducteur.

Méthode et rigueur. Voici un moyen parmi d’autres de circonscrire l’inconfort.


Pistes de recherche

Le tableau suivant permet d’orienter les recherches, en fonction du lieu et du moment où apparaît l’inconfort.

Légende : P = production, D = distribution, E = émission, R = régulation

Moment Lieu Dans tout le bâtiment Dans une zone spécifique du bâtiment Dans un local particulier À un endroit particulier du corps
Le matin à la relance P1, P2
D2
R2, R3
D1, D2
R2, R3
D1
E1, E2, E3
R5
Lors d’un changement brutal de temps (ex : apparition/disparition du soleil) R2, R3, R4 R3, R4
Par grand froid P1, P2
D2
R1
D1, D2
R1
D1
E1, E2, E3
R5
E4
En tout temps (surtout en mi-saison) D2 D2
Progressivement dans le temps ou apparition récente P2 D1 D1
E3

Manque de chaleur lié à la production de chaleur

  • P1 : puissance des chaudières insuffisante
  • P2 : encrassement de la chaudière

Manque de chaleur lié à la distribution de chaleur

  • D1 : déséquilibrage hydraulique
  • D2 : incompatibilité des débits entre les circuits de distribution

Manque de chaleur lié à l’émission de chaleur

  • E1 : entraves à l’émission de chaleur
  • E2 : mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs
  • E3 : sous-dimensionnement des émetteurs (radiateurs)
  • E4 : parois extérieures froides non compensées

Manque de chaleur lié à la régulation

  • R1 : mauvais choix de la courbe de chauffe
  • R2 : mauvais paramètres de relance
  • R3 : mauvais emplacement des sondes extérieures ou intérieures
  • R4 : absence de sonde de compensation
  • R5 : mauvaise disposition des vannes thermostatiques

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Comprendre la sensation de froid liée aux corps de chauffe

Comprendre la sensation de froid liée aux corps de chauffe


Entraves à l’émission de chaleur

Désordres

Tout ce qui fait obstacle au transfert de chaleur entre le radiateur et le local rendra difficile le maintien de températures acceptables :

  • Un meuble, un rideau ou des objets quelconques (livres, …) peuvent nuire à la circulation naturelle de l’air autour de l’élément chauffant.
  • Les radiateurs peuvent être cachés par une boite décorative n’offrant pas assez d’ouvertures pour le passage de l’air. Il arrive aussi que le dessus de la boite soit obstrué par divers objets.
  • Le registre d’un convecteur peut être en position fermée.

Solutions

  • On enlève ce qui nuit à la libre circulation de l’air. Dans le cas des boites de recouvrement, celles-ci doivent être munies d’un maximum d’ouvertures surtout au bas et sur le dessus; elles ne doivent pas servir de tablettes.
  • En période froide, les registres des convecteurs doivent être ouverts au maximum. Il serait utile d’en expliquer le fonctionnement à l’occupant.

L’émission d’un radiateur ne sera guère altérée si les niches respectent les dimensions minimales suivantes :

Dimension minimales à respecter pour les cache-radiateurs :
3 [cm] < a1 < 5 [cm]
a2 > 2 [cm]
10 [cm] < b1 = c1
b2 = c3 = p et
6 [cm] < b2 = c3 = p < 12 [cm]
c2 = h


Mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs

Désordres

  • La vanne d’admission de l’eau chaude peut être fermée et même bloquée dans cette position. Le corps de chauffe est alors complètement froid, alors que la conduite d’alimentation sur laquelle il est raccordé est chaude.
  • De l’air peut s’être accumulé dans l’élément chauffant et empêche l’eau d’y circuler librement. Cela se caractérise par des bruits d’écoulement dans les radiateurs et par une répartition inégale des températures sur sa surface : un radiateur sera froid dans sa partie supérieure et chaud dans sa partie inférieure.

Schéma sur mauvaise circulation de l'eau dans les émetteurs.

Solutions

  • Si une vanne d’admission (manuelle ou automatique) est fermée, il faut l’ouvrir et en expliquer le fonctionnement à l’utilisateur. Si la vanne d’admission d’eau est brisée ou difficile à utiliser, il est préférable de la remplacer.
  • On purge les éléments chauffants de l’air qu’ils contiennent. Attention cependant, si de l’air est présent dans de nombreux émetteurs, purger implique de compenser l’air évacué par un ajout d’eau pour maintenir une pression correcte. Si la présence d’air est un problème récurrent de l’installation, il faut absolument en chercher la cause et y remédier. En effet la présence d’air et l’ajout systématique d’eau (agressive car contenant de l’oxygène) est source de corrosion interne pour l’ensemble de l’installation.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les causes de présence d’air dans une installation, cliquez ici !

Un sous-dimensionnement des émetteurs

Lorsque les émetteurs ont été dimensionnés suivant la même règle (par ailleurs erronée) des « W/m³ », il est possible que les émetteurs des locaux comprenant plus de parois (murs, plafond, plancher) en contact avec l’extérieur soient sous-dimensionnés.

Indice : température d’entrée et de sortie de l’émetteur

Si les températures d’entrée et de sortie des émetteurs du local incriminé (température d’eau que l’on peut mesurer sur les tuyaux au moyen d’un thermomètre de contact ou un thermomètre infra rouge) sont identiques que celles des émetteurs des autres locaux sans problème, alors il y a de fortes chances que l’on soit en présence d’un sous-dimensionnement des émetteurs. Attention cette mesure doit se faire avec toutes les vannes ouvertes (thermostatiques ou manuelles).

  

Mesure de la température d’entrée et de sortie d’un radiateur.

Si l’écart de température est nettement plus grand, cela indique plutôt un manque de débit (déséquilibre). Si l’écart est nettement plus petit, c’est du côté de la présence d’air dans l’émetteur  qu’il faudra regarder.

Vérification de la puissance installée

Si on connaît la puissance nominale des radiateurs installés, on peut comparer celle-ci aux déperditions du local.

La meilleure solution est de recalculer ces déperditions suivant la norme NBN B62-003 et de comparer les résultats à la puissance installée.

Calculs

Pour évaluer la puissance de radiateurs existants

Calculs

 Pour estimer les déperditions d’un local

Ces déperditions sont en fait les pertes de chaleur maximales au travers des parois (murs, plafond, plancher) en contact avec l’extérieur ou des locaux non chauffés auxquelles on ajoute les pertes par ventilation.

Attention aux mauvaises solutions

Si l’inconfort dans un local provient d’un manque de puissance des émetteurs. La seule solution est de remplacer le radiateur.

Il est peu utile et même dangereux d’augmenter le débit du circulateur dans l’espoir d’augmenter la puissance d’un radiateur. En effet, si le radiateur fonctionne déjà à sa puissance nominale, une augmentation de débit dans celui-ci n’augmentera la puissance que de façon minime (une augmentation de débit de 150 % n’entraîne qu’une augmentation de puissance de 7-8 %).

Émission d’un radiateur [en % de la puissance nominale], en fonction du débit [en % du débit nominal] lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale.

Par contre ceci risque de déséquilibrer l’installation et entraîner une diminution de débit et de puissance plus importante chez d’autres utilisateurs, ce qui peut s’accompagner de nouvelles plaintes.


La présence d’une paroi froide non compensée

La présence de parois froides dans un local sera source d’inconfort pour l’occupant, principalement par grands froids. Cet effet peut être marqué pour les places de travail situées près de simples vitrages, d’un mur non isolé, …

C’est pour compenser cet effet que l’on place généralement les émetteurs devant les murs extérieurs et en allège de fenêtre.


Si le manque de chaleur est accompagné de fluctuations de température

Les ventilo-convecteurs très peu inertes chauffent l’ambiance uniquement par convection.
Chaque demande de chauffage (généralement commandée par un thermostat d’ambiance placé dans le local) entraîne une montée en température très rapide de l’air ambiant. Inversement, la chute de la température sera rapide dès la commande d’arrêt du thermostat.

Cette situation conduit à des fluctuations de température (alternance de périodes fort chaudes et fort froides) qui sont d’autant plus importantes que :

  • la puissance de l’émetteur est surdimensionnée par rapport aux besoins réels (puissance à vérifier donc),
  • le différentiel du thermostat (différence de température commandant l’enclenchement et le déclenchement de l’appareil) est grand.

 

Évolution dans le temps de la température intérieure en fonction du différentiel de température du thermostat et du degré de surdimensionnement des émetteurs.

Un première amélioration peut ainsi consister en la diminution de la vitesse du ventilateur, ce qui aura pour effet de diminuer la puissance émise.

Évaluer le confort fourni par la production d’eau chaude sanitaire

Évaluer le confort fourni par la production d'eau chaude sanitaire


Disponibilité

Accès à des locaux sanitaires

L’arrêté royal du 10 octobre 2012 fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre précise dans ses articles 51 et suivants, les différents équipements sanitaires qui doivent être mis à disposition par l’employeur.

En particulier, il précise les obligations de placement de douches avec eau chaude et froide pour les travailleurs soumis à des chaleurs excessives, effectuant un travail salissant ou en contact avec agents chimiques ou biologiques dangereux.

La température de l’eau est de 36°C à 38°C et les travailleurs ne sont pas exposés aux courants d’air.

Délais d’attente de l’eau chaude

La recommandation Suisse (SIA 385/3) précise les délais d’attente de l’eau chaude au point de soutirage :

Délais d’attente au soutirage

Éviers de cuisine

7 s

Lavabos

10 s

Douches

10 s

Baignoires

15-20 s

Si le temps d’attente est trop élevé, on envisagera :

  • soit une production décentralisée,
  • soit le placement d’une boucle de circulation, solution plus énergivore puisque des pertes d’énergie apparaîtront aux tuyaux.

Pour évaluer l’amélioration qui en résulterait, un petit logiciel calcule le temps d’attente en fonction du type de tuyau, de son diamètre et du débit du point de puisage. La quantité d’eau froide qui s’écoule correspond à la quantité d’eau chaude qui sera « emprisonnée » dans le tuyau à la fermeture du robinet. On peut donc évaluer la perte énergétique correspondante.

Deux litres d’eau sont nécessaire pour
se laver les mains, mais 4 litres d’eau chaude vont rester dans le tuyau et se refroidir…

Calculs

Pour calculer le débit d’eau perdu à l’ouverture du robinet

En multipliant cette opération x fois par jour, x jours par an, on évalue le nombre de m³ annuellement chauffés en pure perte. Le coût approximatif de 9 € par m³ d’eau chaude (moitié pour l’eau, moitié pour son chauffage) permet d’évaluer l’intérêt énergétique de décentraliser la production.

Améliorer

Pour plus d’informations sur la décentralisation de la production.

Concevoir

Pour plus d’informations sur la conception d’une boucle de circulation.

Accessibilité du point d’eau

L’accessibilité des patients ou du personnel soignant à mobilité réduite fait partie aussi du confort au sens large du terme.

Indépendamment du confort lié aux critères classiques de température, de débit, …, la possibilité :

  • d’accéder facilement à l’espace douche,
  • de se mouvoir aisément dans cet espace,
  • d’utiliser les pommeaux de douche, les robinets, … Sans problème majeur,

est un plus non négligeable dont il faut tenir compte dans les hôpitaux.


Débit

Débits recommandés

Un débit suffisant doit être assuré. Il est facile de mesurer le débit d’un point de puisage en mesurant le temps mis à remplir un seau de 10 litres par exemple puis de comparer à des valeurs réglementaires.

Voici les unités de raccordement selon les directives suisses W3, édition 1992.

Application

Débit par raccordement

UR- Unité de Raccordement équivalente

en litre/s en litre/min

Lavabos, bidets, lavabos-rigoles, réservoirs de chasse d’eau.

0,1 6 1

Éviers, vidoirs, lavabos muraux scolaires, douches pour salons de coiffure, lave-vaisselle domestique, chauffe-eau instantané à gaz, cuves à lessive.

0,2 12 2

Robinetteries de douche de puissance moyenne, chauffe-eau instantanés à gaz.

0,3 18 3

Grands éviers, vidoirs indépendants, vidoirs muraux, robinetteries de bain, machines à laver automatiques jusqu’à 6 kg, chauffe-eau instantanés à gaz, urinoirs à rinçage automatique.

0,4 24 4

Robinet de jardin et de garage.

0,5 30 5
Raccordements 3/4″ :

  • éviers pour grandes cuisines
  • baignoires à grande capacité
  • douches
0,8 48 8

Voici ensuite les sections de tuyauteries correspondantes pour l’acier galvanisé DIN 2440/44 :

Nombre max dur

6 16 40 160 300 600 1 600

DN (mm)

15 20 25 32 40 50 65

Tubes filetés (pouce)

1/2″ 3/4″ 1″ 1 1/4″ 1 1/2″ 2″ 2 1/2″

Di (mm)

16 21.6 27.2 35.9 41.8 53 68.8

Des tableaux similaires existent pour d’autres matériaux dans la W3.

Débit trop faible suite à la présence de calcaire ?

Dépôt sur les surfaces d’évaporation dont les pommeaux de douche ? Blocage des boutons poussoirs ? …

Un dépôt de calcaire, soit dans l’échangeur de chaleur, soit dans les conduites d’apport d’eau chaude augmente les pertes de charge et le débit peut devenir insuffisant.

En fonction de l’analyse de la dureté de l’eau, on jugera de la nécessité de l’adoucir.

Concevoir

Pour plus d’informations sur le choix parmi les techniques de traitement de l’eau et le dimensionnement de l’installation.

Débit trop élevé suite à une ancienne robinetterie ?

Aujourd’hui, on tente de diminuer les consommations par la réduction des débits. Les robinetteries modernes le permettent en réalisant un mélange, émulsion d’air et d’eau (par exemple, pomme de douche à faible débit ou mousseur de robinet).

Avertissements !

Certains rapports d’hygiène hospitalière mettent en cause l’utilisation des mousseurs de robinet dans le développement des foyers de légionelles. C’est pour cette raison qu’il faudra éviter de placer ce genre d’économiseur dans les unités de soins ou dans toutes les zones médicalisées de l’hôpital.

Dans les autres zones, une décision collégiale sera prise entre tous les intervenants.

Améliorer

Pour plus d’informations sur les techniques de réduction des débits.

Température

Consignes de température recommandées

La sensation de la chaleur de l’eau dépend de l’usage, et dans une moindre mesure de la saison.

Pour les soins corporels, une température comprise entre 37 et 45°C est souhaitable. Pour l’alimentation des douches en entreprise, l’AR du 10/10/2012 demande une température comprise entre 36 et 38°C [Art.N1 annexe 1].

Pour les travaux de nettoyage, une température de 50 à 55°C est recommandée.

Au-delà de 60°C, un risque de brûlure apparaît.

Dans une optique de réduction des consommations, un abaissement des températures est souhaitable, mais la gestion de la légionelle peut modifier ce raisonnement …

Concevoir

Pour plus d’informations sur le contrôle de la légionelle.

Si la température d’eau souhaitée n’est pas atteinte, on soupçonnera un manque de puissance.

Fluctuations de la température ?

La température de l’eau varie avec le débit, c’est à dire avec le nombre de puisages simultanés (qui n’a pas connu le coup de la douche qui devient froide lorsque le voisin arrive… juste au moment où il faut rincer le shampoing !?).

Si la préparation se fait par un préparateur instantané (échangeur à plaques, par exemple), il est possible que ce soit la vitesse de réglage de la vanne mélangeuse qui soit à l’origine du problème. Il est possible soit de lui mettre une vanne plus rapide (avec une régulation PI), soit d’adjoindre un ballon tampon à l’installation.

Concevoir

Pour plus d’informations sur la conception des préparateurs instantanés.

Également, l’emploi d’un mitigeur thermostatique de douche est fortement recommandé pour limiter ce problème, sans l’éliminer totalement car on est limité par sa vitesse de réponse.

À noter qu’il est possible qu’ un appareil de production instantané au gaz ne se mette pas en route pour de très faibles débits, ce qui impose souvent inutilement l’ouverture en grand des points de puisage.

Insuffisance de la température ? Analyse de l’origine du problème

Au départ, un manque d’eau chaude …

En tout premier lieu, il faut observer les circonstances exactes d’apparition du problème : où et quand apparaît l’inconfort ?

Voici 3 questions qui peuvent orienter les débats :

Les problèmes sont-ils récents ou ont-ils toujours existés ?

S’ils ont toujours existé, c’est la conception de l’installation qui est en cause (dimensionnement des équipements, mauvais dessin de l’installation, …). S’ils sont récents, il faut repérer les circonstances d’apparition des plaintes.

Par exemple, le repiquage d’un nouveau circuit sur l’installation existante peut perturber le fonctionnement hydraulique de celle-ci, des travaux sur l’installation peuvent provoquer un transfert de sédiments et bloquer des éléments, un échangeur peut s’entartrer progressivement, un circulateur tomber en panne,…

Les problèmes sont-ils saisonniers ?

S’ils n’apparaissent qu’en hiver, c’est que la collaboration avec le chauffage se passe mal.

S’ils apparaissent aussi en été, ce sera plutôt l’appareil de production d’eau chaude seul qui sera mis en cause. Par exemple, la puissance de l’échangeur est peut-être insuffisante.

Y-a-t-il des problèmes pour tous les utilisateurs ?

Si seuls les utilisateurs les plus éloignés de la production sont concernés, c’est du côté de la distribution d’eau chaude qu’il faut chercher. Si par contre, tous les points de puisage sont touchés, c’est la production qui devrait être suspectée.

Si le manque d’eau chaude survient pour tous les utilisateurs lorsque les demandes d’eau sanitaire et de chauffage sont maximales (c’est-à-dire, en plein hiver, au moment des douches ou des bains), on peut se poser la question : « en quoi le chauffage peut-il influencer la production d’eau chaude » ?

Premièrement, une puissance insuffisante des chaudières ne permettra pas aux échangeurs d’être alimentés à la bonne température. C’est la cause directement souvent retenue par un installateur de chauffage.

Un deuxième phénomène peut cependant intervenir. En plein hiver, les vannes (mélangeuses, thermostatiques, …) sont pour la plupart ouvertes en grand. La demande en débit des circuits de chauffage est donc maximum. Si leurs circulateurs ont été surdimensionnés, les débits appelés risquent d’être trop importants. Les échangeurs sanitaires peuvent alors être privés d’un débit suffisant.

Cas vécus.

1. Un home pour handicapés près de Hannut est confronté à une insuffisance d’eau chaude lorsque des puisages simultanés ont lieu dans les différents locaux sanitaires du bâtiment. L’installateur appelé pour avis préconise… un remplacement d’une chaudière par un modèle plus puissant, bien sûr !

L’audit évalue les puissances en jeu et met hors de cause la chaudière. Il révèle qu’il s’agit en réalité d’un problème hydraulique : le débit d’eau chaude pour transférer la chaleur de la chaudière vers l’échangeur à plaques était insuffisant.

Études de cas

Pour plus d’informations cet audit

2. Un autre centre d’accueil pour étudiants à Liège est lui aussi confronté à une insuffisance d’eau chaude à certains moments de la journée, mais cette fois c’est la consommation exorbitante qui pousse le gestionnaire à agir. Il place des réducteurs de débit sur tous les points de puisage (douches et robinets) et le résultat est double : l’eau arrive toujours chaude et la consommation globale est réduite !

Analyse de la puissance disponible

La méthode la plus exacte pour savoir si la puissance de chauffage est suffisante est de refaire le dimensionnement du système de production et de comparer avec la puissance en place.

Concevoir

Pour plus d’informations sur le dimensionnement des préparateurs d’eau chaude.

Mais plus simplement, une évaluation grossière peut avoir lieu comme suit :

Installation par accumulation

On totalise les besoins d’eau chaude sur le temps de récupération (= de réchauffage) du ballon :

  • Si le ballon n’est chauffé que la nuit, son volume doit être suffisant pour vaincre les besoins en eau de l’ensemble de la journée.
  • S’il est réchauffé par un échangeur interne, il faut évaluer la puissance de chauffe de l’échangeur et vérifier que le temps de chauffage du volume d’eau est inférieur au temps de récupération prévu.

Temps de chauffage [h] = (Volume d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x Delta T°) / puissance échangeur [kW]

Exemple.

Un ballon de 500 litres présente de temps en temps une insuffisance en matière d’eau chaude. Le puisage de pointe est de 450 litres d’eau à 55°C par heure et cela peut se produire plusieurs heures d’affilée. La puissance du serpentin intérieur est de 12 kW.

Vérifions :

Temps de chauffage = 0,45 x 1,16 x (55 – 10) / 12 = 1,95 heures

Ce temps est trop long, le ballon ne pourra remonter en température…

Si le manque de puissance est limité, il est possible d’augmenter la température de stockage de l’eau, … ce qui diminuera partiellement sa performance énergétique (augmentation des pertes).

Préparation instantanée

On totalise les besoins simultanés d’eau chaude sur une période de 10 minutes (= 1/6 heure), par exemple. Puis on compare la puissance correspondante à celle du préparateur :

Puissance nécessaire [kW] = (Volume d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x Delta T° [K]) / (1/6) [h]

Exemple.

Un préparateur d’eau chaude instantané paraît insuffisant en température. Le puisage de pointe est de 150 litres d’eau à 45°C en 10  minutes. La puissance de l’échangeur est de 45 kW.

Vérifions :

Puissance nécessaire = 0,15 x 1,16 x (45 – 10) / (1/6) = 37 kW

Sa puissance théorique est suffisante. Serait-il entartré ? Non, car ce serait le débit qui serait alors trop faible et non la température. Serait-il alimenté au primaire par une eau à trop basse température ? C’est plus probable, le constructeur a certainement pris une température nominale très élevée pour annoncer les 45 kW…

Une régulation par « priorité ECS » est-elle mise en place ?

La puissance demandée par le chauffage de l’eau chaude est souvent très élevée. Il est normal qu’au moment du réchauffage de l’eau, le chauffage des locaux soit arrêté temporairement. L’inertie du bâtiment est telle que la baisse de température ne sera pas ressenti par les occupants. On parle de « priorité Eau Chaude Sanitaire ».

En cas d’insuffisance de puissance, il est utile de vérifier si ce type de régulation a bien été mis en place

Améliorer

Pour plus d’informations sur la décentralisation de la production.


Qualité de l’eau

Mesure de la dureté de l’eau

On commencera par analyser le TH de l’eau, Titre Hydrotimétrique, qui caractérise la dureté totale de l’eau. Ce TH exprime la somme des ions Calcium Ca++ et Magnésium Mg++, responsables de la dureté de l’eau.

L’unité de mesure est le degré français °F. Ainsi, 1° F = 10 mg CaCO3/litre. L’échelle suivante permet de juger de la tendance de l’eau à déposer des sels :

eau très douce : < 7,5°F

douce : 7,5 à 15°F

assez dure : 15 à 20°F

dure : 20 à 30°F

très dure : > 30°F

La compagnie des eaux peut fournir cette valeur. Sinon, il existe des kits de mesure que les sociétés de maintenance utilisent et qui sont en vente chez les marchands d’adoucisseurs. Un pharmacien peut également faire cette mesure.

Concevoir

Pour plus d’informations sur le choix parmi les techniques de traitement de l’eau, et le dimensionnement de l’installation.

Détection de la légionelle

L’unité de mesure est l’UFC/l (Unité Formant Colonie).

Le seuil indicatif de 10³ UFC/l a été proposé par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé). Il semble qu’en dessous de ce seuil, on n’a qu’exceptionnellement le développement de maladie.

Le Comité Supérieur d’Hygiène Belge quant à lui a adopté le même seuil de 10³ UFC/l.

Si la concentration de légionelles est supérieure à ce seuil, il faut procéder à un contrôle approfondi. On prélève alors un grand nombre d’échantillons, y compris aux robinets , robinets de vidange, vases d’expansion,… afin d’identifier les foyers.

Dans la procédure allemande, si les 10 000 UFC/l sont atteints, la contamination est jugée importante et un contrôle immédiat approfondi est requis. Si les 100 000 UFC/l sont dépassés, la contamination est jugée très importante et l’emploi de l’installation doit être limité (arrêt des douches, par exemple) afin de procéder à une désinfection immédiate de l’installation.

Au delà d’un traitement de choc pour assainir une installation polluée (choc thermique, désinfection chimique), le technicien devra se baser sur une conception correcte du réseau (réseaux bouclés, température élevée).

Concevoir

Pour plus d’informations sur la conception du réseau d’eau chaude sanitaire.

Comprendre la sensation de froid liée à la distribution

Comprendre la sensation de froid liée à la distribution


Déséquilibre de l’installation

« Il fait toujours froid dans le bureau situé au bout du couloir ».

Si on a vérifié que l’émetteur (radiateur, convecteur) de ce bureau était correctement dimensionné, il est fort à parier que le problème se situe au niveau du débit d’eau chaude qui parvient jusqu’à ce local.

Circulateur trop petit ?

Bien que cela puisse arriver, il est rare qu’un circulateur soit insuffisant ou que cette insuffisance soit la cause d’un inconfort. En effet :

Émission d’un radiateur (en % de la puissance nominale), en fonction du débit (en % du débit nominal) lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale. Par exemple, si le débit chute à 50 % du débit nominal, la puissance ne chute que de 20 %. Pour que le radiateur perde 50 % de sa puissance, il faut que le débit soit diminué de 80 %.

  • Un débit légèrement inférieur au débit nominal du corps de chauffe n’entraîne généralement pas une diminution importante de la puissance émise. Par exemple, une diminution de débit de 30 % n’entraîne une chute de puissance que de 5 %. Inversement, augmenter le débit de la pompe n’apportera qu’un très faible gain de chaleur aux utilisateurs concernés, tout en risquant de perturber les autres locaux jusqu’alors sans problème.
  • Dans les anciennes installations, les circulateurs sont presque toujours largement surdimensionnés (les pertes de charge dans les réseaux de chauffage ont été surestimées, une marge de sécurité a encore été prise sur la calcul, sans compter l’imprécision supplémentaire qui est de mise si l’on remplace un circulateur dont on ne connaît plus les caractéristiques de dimensionnement). Cela est confirmé par une étude Suisse sur plusieurs centaines de bâtiments qui a montré que le débit des installations de chauffage était en moyenne 2,5 fois surdimensionné par rapport aux besoins.

Ce n’est donc qu’en dernier recours que l’on redimensionnera le circulateur en recalculant les pertes de charge du circuit le plus défavorisé.

Déséquilibre ?

Nombreuses sont les installations de chauffage qui présentent des problèmes de manque de chaleur dans les locaux situés en bout de circuit.

Très souvent, la cause de cet inconfort réside dans un déséquilibre de l’installation : les premiers radiateurs « court-circuitent » le débit d’eau chaude, privant ainsi les derniers émetteurs d’un débit suffisant.

Schéma déséquilibre de l'installation.

Lorsque l’installation est déséquilibrée, les premiers radiateurs court-circuitent le débit d’eau. Le manque de débit dans les derniers radiateurs entraîne un manque de chaleur.

La cause de cette mauvaise répartition des débits (appelée déséquilibre) est l’inégalité des pertes de charge entre les différents chemins que peut prendre l’eau dans l’installation : les circuits les plus éloignés de la chaufferie présentent généralement des pertes de charge plus importantes que les circuits proches de celle-ci. Or l’eau étant « fainéante », elle préférera prendre le chemin le plus facile, c’est-à-dire où la résistance hydraulique (ou les pertes de charge) est la plus faible.

Il en résulte un manque de débit dans les circuits éloignés suffisamment important pour créer un inconfort

Améliorer

Pour éviter ce problème, il faut égaler la résistance hydraulique de chaque circuit, en « freinant » l’eau dans les circuits les plus favorisés. On parle alors d’équilibrage de l’installation. Pour en savoir plus, cliquez ici !

Un indice pour diagnostiquer un déséquilibre

Pour repérer un déséquilibre hydraulique, on peut sentir la répartition des températures dans les radiateurs : un radiateur chaud dans sa partie supérieure mais froid dans sa partie inférieure présente un débit d’alimentation insuffisant (une partie supérieure froide traduit une présence d’air à purger).

Déséquilibre récent ?

Si l’apparition d’une insuffisance de chaleur dans une zone particulière du bâtiment est récente, il faut en rechercher les causes du côté d’une modification de l’installation :

  • embouage d’une partie de l’installation ou blocage d’un élément par des boues,
  • extension des circuits par des repiquages sur les circuits existants,
  • placement de vannes thermostatiques sur une partie seulement de l’installation, ce qui augmente les pertes de charge sur cette partie (si des vannes thermostatiques sont placées sur l’entièreté des corps de chauffe, l’augmentation générale des pertes de charge peut parfois imposer de changer le circulateur pour en augmenter la hauteur manométrique),
  • modification de la régulation (par exemple, placement d’un optimiseur) qui entraînerait des interférences entre les circuits et un mauvais fonctionnement des vannes mélangeuses.

Schéma modification de la régulation.

Si on « repique » un nouveau circuit sur une installation existante et que celui-ci a une perte de charge plus faible que le reste du tronçon sur lequel il est raccordé, l’eau aura tendance à favoriser ce nouveau chemin au détriment du reste de l’installation. Il faut donc prévoir, dans le nouveau circuit, un élément de réglage pour y « freiner » le débit.


Incompatibilité des débits avec un circuit primaire bouclé

Le phénomène

Dans un circuit comprenant un circuit primaire en boucle fermée ou une bouteille casse-pression, ce phénomène apparaît lorsque le débit appelé par l’ensemble des circuits secondaires (qui alimentent le bâtiment) est supérieur au débit que fournit le circuit primaire.

Dans ce cas, une circulation inverse va se créer dans la boucle ou la bouteille casse-pression :

  • Dans le cas d’une boucle fermée, le circuit proche de la boucle va puiser de l’eau froide dans le circuit retour. Il n’atteindra donc jamais sa température de consigne. Et augmenter cette dernière ne servira à rien.
  • Dans le cas de la bouteille casse-pression, c’est l’entièreté du collecteur de départ qui puisera de l’eau froide de retour et aucun des circuits n’atteindra sa consigne.

Circulation inverse dans une boucle fermée lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.

Circulation inverse dans une bouteille casse-pression lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.

Quand cela se produit-il ?

Lors des fortes demandes de chaleur

Lors des fortes demandes de chaleur (par grand froid ou lors des relances), lorsque toutes les chaudières sont en fonctionnement, que toutes les vannes mélangeuses sont ouvertes et que les circulateurs des circuits secondaires ont été surdimensionnés par rapport aux besoins (ce qui est fréquent !).

Par exemple, cela a pour conséquence lors des relances que certaines zones de bâtiment n’atteindront jamais leur température de consigne. Le gestionnaire aura alors tendance d’avancer le moment de la relance ou d’augmenter les consignes de température d’eau, ce qui ne résoudra rien et entraînera une surconsommation. Cela peut également avoir un impact sur le fonctionnement des optimiseurs. En effet, si la température de confort n’est pas atteinte à temps, ceux-ci vont avancer le moment de la relance, peut-être, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus du tout de ralenti.

Dans cet exemple, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

En mi-saison

Imaginons le cas d’une installation dont la température du circuit primaire et des circuits secondaires est régulée en fonction de la température extérieure. En mi-saison, une ou plusieurs chaudières se mettent à l’arrêt, ce qui réduit le débit primaire. Par contre, si la température d’eau demandée à la sortie des chaudières est proche de la température demandée au niveau des circuits secondaires, les vannes mélangeuses sont ouvertes en grand, demandant le débit maximum.

Dans ce cas, le débit de la boucle primaire devient inférieur au débit secondaire. Pour compenser le manque de débit d’eau chaude qui en résulte, la pompe du (ou des) dernier(s) circuit(s) de la boucle va puiser de l’eau dans la partie « retour » du collecteur créant une circulation inverse dans la boucle (de B vers A). Ce (ou ces) circuit(s) ne sera(ont) alors pas alimenté(s) à la bonne température, ce qui créera un inconfort pour les occupants.

Le problème est semblable dans une installation avec bouteille casse-pression si la prise de température du circuit primaire est située avant la bouteille.

Circuit primaire avec bouteille casse-pression et régulation en cascade des chaudières en fonction d’une prise de température en amont de la bouteille casse-pression.

Détection du problème

La température au départ du ou des circuits incriminés (avant la vanne mélangeuse) est nettement inférieure que la température du collecteur à la sortie des chaudières. Cette différence de température peut être constatée par simple contact de la main ou grâce à un thermomètre (de contact ou sur la conduite).

Attention aux mauvaises solutions

Une chaudière supplémentaire

On pourrait avoir l’impression que la puissance des chaudières ne suffit pas lors des fortes demandes. Cependant, ceci est une fausse solution. En effet, bien que le problème soit résolu, il ne l’est pas par l’augmentation de la puissance de production mais par l’augmentation du débit primaire.

Un clapet anti-retour ou une vanne fermée dans le bypass

Pour le bon fonctionnement global de l’installation, il est interdit de fermer le bypass sous peine de perturbations et de déséquilibres importants.

Une pompe plus grosse pour le dernier circuit

Ici aussi, on pourrait imaginer que le problème vienne d’un sous-dimensionnement de la pompe du dernier circuit. Cependant, installer une pompe plus grosse ne ferait qu’accentuer le problème, puisqu’on ne ferait que puiser plus d’eau froide sur le retour.

Déconnection de la cascade de chaudières

Si la cascade est régulée en fonction des conditions extérieures, on aurait tendance à déconnecter la régulation en cascade pour permettre à toutes les chaudières de fonctionner en parallèle. Ceci est une très mauvaise solution car on perdrait tout l’intérêt de posséder une cascade.

Les solutions adéquates

Si le problème est lié à un surdimensionnement des pompes secondaires, c’est-à-dire si le problème persiste en mi-saison, même lorsque l’on force le fonctionnement en parallèle des chaudières (déconnection momentanée de la régulation en cascade, on améliorera la situation en « freinant » le débit puisé par les circuits secondaires :

  • soit idéalement par des pompes plus petites ou en diminuant la vitesse des pompes existantes,
  • soit en plaçant des vannes d’équilibrage à l’entrée des circuits, ce qui permettrait de diminuer les débits puisés dans les premiers circuits, augmentant ainsi la quantité d’eau chaude disponible pour le dernier circuit.

Améliorer

Réduire la vitesse des circulateurs ou équilibrer l’installation.

Si le problème est lié à la régulation atmosphérique des chaudières (en fonction de la température extérieure), c’est-à-dire s’il n’apparaît qu’en mi-saison lorsqu’une des chaudières est à l’arrêt (et isolée par l’arrêt de son circulateur et/ou d’une vanne d’isolement), on améliorera la situation :

  • soit en augmentant la température de consigne des chaudières (augmentation de la courbe de chauffe). 10 .. 15 °C d’écart entre la consigne des chaudières et la consigne des circuits secondaires peut être suffisant;
  • soit, dans le cas d’une bouteille casse-pression, en déplaçant la mesure de température commandant les chaudières, après la bouteille.

Dans les deux cas, cela aura malheureusement pour conséquence d’augmenter la température de départ des chaudières et donc leurs pertes.

Calculs

Pour visualiser la possibilité d’incompatibilité des débits qui apparaissent lorsque l’on est en présence d’une installation équipée d’un collecteur bouclé ou d’une bouteille casse-pression et de plusieurs chaudières régulées en cascade, cliquez ici !

Interférence entre les circuits avec des pompes de recyclage

Le phénomène

Souvent dans les circuits en boucle ouverte, une pompe de recirculation est installée en bypass sur la ou les chaudières pour garantir un débit et une température minimum de retour pour les chaudières.

Si la perte de charge dans la chaudière est plus importante que la hauteur manométrique à débit nul de la pompe de recyclage (chaudière à faible contenance en eau), il est possible que le sens de la circulation s’inverse dans le bypass malgré le fonctionnement de la pompe. Ceci peut arriver lorsque la demande de débit est importante (toutes les vannes 3 voies sont ouvertes, à la relance matinale, par grand froid, ou si en mi-saison, la température de la chaudière et identique à la température demandée par les circuits). Dans ce cas, il se produira un mélange d’eau chaude et froide à la sortie de la chaudière. La température de l’eau distribuée sera donc inférieure à la température espérée et le bâtiment n’atteindra jamais sa température de consigne.

Circulation inverse dans le by-pass, malgré le fonctionnement de la pompe de recyclage.

Attention, ce problème peut être inexistant avec des anciennes chaudières ayant des pertes de charge faibles (grand volume en eau) et apparaître subitement lors d’un remplacement de chaudières, si les nouvelles chaudières sont à faible contenance en eau.

Détection du problème

La température au début du circuit de distribution est inférieure à la température de la chaudière.

Attention aux mauvaises solutions

Le placement d’une vanne anti-retour sur le bypass est une mauvaise solution.

Le circulateur risque de tourner dans son jus au moment de l’inversion de débit, ce qui peut entraîner sa détérioration par cavitation.

Les solutions adéquates

Courbe caractéristique d’un circulateur.

  • Changer de circulateur pour que sa hauteur manométrique à débit nul soit supérieure à la perte de charge maximale de la chaudière (quand le débit est maximal).
  • Le circulateur de recirculation peut être mis en série sur le retour des chaudières.

Placement du circulateur de recyclage sur le retour des chaudières.

Calculs

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

Mauvais fonctionnement des vannes de régulation : les vannes 2 ou 3 voies oscillent tout le temps

Si les vannes de régulation 2 ou 3 voies oscillent continuellement, le problème n’est pas à rechercher au niveau du régulateur mais au niveau de la disposition du circuit hydraulique.

Mauvais dimensionnement des vannes

Une première cause d’oscillation des vannes est leur mauvais dimensionnement. Un dimensionnement au « pif » d’une vanne de régulation conduit généralement la vanne à travailler dans des conditions limites (par exemple proche de sa fermeture) pour lesquelles seul un fonctionnement en tout ou rien lui sera possible.

Dans une nouvelle installation, il faut donc bien veiller à ce que le bureau d’études ou l’installateur dimensionne correctement les vannes en fonction du débit nominal du circuit et des pertes de charge.

Circuit primaire ouvert

Dans le cas d’un circuit sans pompe primaire, lors de l’ouverture d’une vanne 3 voies, la modification des caractéristiques hydrauliques de l’installation oblige les autres vannes 3 voies à réagir pour compenser cette modification.

Ce problème apparaît souvent lorsqu’on équipe une ancienne installation avec collecteur non bouclé, et sans régulation, d’une régulation par circuit avec vannes mélangeuses et sonde extérieure.

Solution

Il faut dissocier les circuits primaires et secondaires par l’installation, idéalement d’une bouteille casse pression ou d’un bypass, simple tuyau légèrement plus gros que les tuyauteries de distribution oi l’installation d’un ou plusieurs pompes primaires calculées en fonction du débit nominal des chaudières et de leur perte de charge.

Évaluer la consommation des fax

Évaluer la consommation des fax

Puissance en fonction du mode de fonctionnement

Le marché étant tellement vaste, on se réfère à une étude menée par ouverture d'une nouvelle fenêtre ! Energy Star qui intègre sur son site un module de calcul des consommations de différents équipements de bureautique.

Les tableaux et les graphiques ci-dessous montrent des puissances moyennes pour des fax couramment rencontrés sur le marché en intégrant 4 modes de fonctionnement (actif, prêt, attente et arrêt).

La différence des puissances dissipées entre les modes « attente » et « prêt » est :

  • En mode « attente » (ou standby), le fax est en veille prolongée et il ne peut pas directement imprimer un fax entrant. Il y a donc très peu de puissance dissipée.
  • En mode « prêt » (ou ready), le fax est prêt à recevoir et à imprimer un document. L’élément chauffant est en fonction et dissipe de la puissance.
Type de fax Puissance moyenne [W]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode actif Mode Prêt Mode attente Mode arrêt
Fax conventionnel 350 30 0
Fax labellisé 350 30 15 0

Source Energy Star.

A priori, au niveau de la puissance, il n’y a pas de différence fondamentale entre un fax conventionnel et un fax labellisé.

Les différences se situent au niveau des temps de gestion dans les différents modes de fonctionnement.

Mode de fonctionnement

Une étude américaine (LBNL 2004 : Lawrence Berkeley National Laboratories) sur les consommations d’énergie électrique montre que les fax sont branches 365 jours/an.

Pour des équipements conventionnels et labellisés le nombre d’heures de fonctionnement par type de mode est repris ci-dessous sous forme de tableau et de graphique :

Type de fax Heure moyenne [h/an]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode actif Mode Prêt Mode attente Mode arrêt
Fax conventionnel 0,5 23,5 0 0
Fax labellisé 0,5 0 23,5 0

Source Energy Star.

Les constructeurs d’équipements labellisés basent l’économie d’énergie en réduisant au maximum la période où le fax est en mode « prêt » et par conséquent la période où la puissance dissipée par l’élément chauffant est importante.

Consommation énergétique

Voyons en termes d’énergie consommée ce que cela donne. Les résultats sont repris dans le tableau et sous forme graphique ci-dessous :

Type de fax Consommation moyenne [kWh/an]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Fonction basse énergie activée Fonction basse énergie pas activée Fonction basse énergie activée Fonction basse énergie pas activée
Toujours allumé Toujours allumé Éteint en fin de journée Éteint en fin de journée
Fax conventionnel 321 321
Fax labellisé 193 321 193 321

Source Energy Star.

Le fax est l’appareil par excellence qui fonctionne en permanence afin de recevoir 24 heures sur 24 des documents envoyés de l’extérieur (permet de tenir compte du décalage horaire pour déclencher un envoi de nuit vers un autre continent par exemple). On voit donc tout de suite l’efficacité de la fonction attente du fax labellisé. Toutefois, il faudra être attentif que cette fonction soit activée par défaut dès l’acquisition de l’équipement ou de ne pas oublier de la mettre en fonction.

Exemple.

Pour argumenter l’intérêt de posséder un équipement labellisé et activé, on peut

calculer l’économie moyenne annuelle sur un parc de x machines en considérant que :

  • Le nombre de jour de fonctionnement est de 365 jours/an,
  • la proportion de machines allumées 24h/24 est de 100 %,
  • la proportion d’équipements labellisés est de 90 %.

Et en reprenant les consommations énergétiques du tableau ci-dessus : On applique la formule suivante (Energy Star) : > Pour les équipements labellisés la consommation moyenne annuelle ramenée à un seul équipement est de :

(1 – 1) x 0,9 x kWh/anBEA/EFJ + (1 – 1) x (1 – 0,9) x kWh/anBEPA/EFJ

+ 1 x 0,9 x kWh/anBEA/TA + 1 x (1 – 0,9) x kWh/anBEPA/TA

=

(1 – 1) x 0,9 x 193 [kWh/an] + (1 – 1) x (1 – 9) x 321 [kWh/an]

+ 1 x 0,9 x 193 [kWh/an] + 1 x (1 – 0,9) x 321 [kWh/an]

=

205 [kWh/an]

> Pour les équipements non labellisés la consommation moyenne annuelle ramenée à un seul équipement est de :

(1 – 1) x kWh/anBEPA/EFJ + 1  x kWh/anBEPA/AT

=

(1 – 1) x 193 [kWh/an] + 1  x 321 [kWh/an]

=

321 [kWh/an]

L’économie est dès lors de :

1 – (205 [kWh/an] / 321 [kWh/an]) = 0,36 ou de 36 %.

Évaluer la consommation de l’humidification et la déshumidification

Évaluer la consommation de l'humidification et la déshumidification


Attention : tous les coûts indiqués dans ce fichier sont basés sur un prix du litre de fuel à 0,622 €.


Le coût d’un m³ traité en hiver

L’énergie nécessaire pour traiter (= chauffer et humidifier) un m³ d’air, est donnée par la différence d’enthalpie (= d’énergie) entre l’air extérieur « E » et l’air soufflé dans le local « S ».

Δ h = hS – hE [kJ/kg]

Schéma coût d'un m³ traité en hiver.

Les enthalpies de ces deux états de l’air sont indiqués dans le diagramme de l’air humide (il est également possible de réaliser le calcul de l’enthalpie à partir de la valeur de la température et de l’humidité relative).

Les valeurs des enthalpies sont exprimées kilo joule par kg. Pour obtenir la valeur exprimée en m³, il faudra multiplier celle-ci par la masse volumique ρ de l’air.

Question : quelle masse volumique prendre ? celle de l’air extérieur (froid et contracté) ou celle de l’air soufflé (chaud et dilaté) ? Pour éviter ce problème, les bureaux d’étude travaillent toujours avec les masses d’air (constantes) et non les volumes! La conversion vers les m³ ne se fait qu’au moment de dimensionner le ventilateur. Celui-ci étant souvent positionné à la sortie de caisson de traitement d’air, on prendra la masse volumique de l’air soufflé.

Le coût final du traitement de l’air est alors fonction du type d’énergie utilisé. Dans l’exemple ci-dessous (conditions moyennes), le coût du traitement de 1 000 m³/h varie entre 72,5 et 105,5 c€/heure.

Exemple.

Soit :

  • un air extérieur à 5°C et 70 % d’humidité relative : hE = 14,4 kJ/kg,
  • un point de soufflage à 30°C et 30 % d’humidité relative : hS = 50,4 kJ/kg.

Quelle est l’énergie nécessaire pour chauffer 1 000 m³/h ?
Et quel en est le coût ?

Δ h = h– hE = 50,4 – 14,4 = 36 [kJ/kg]

Sachant que l’air soufflé présente une masse volumique de 1,15 kg/m³ :

Δ h = 36 [kJ/kg] x 1,15 [kg/m³] = 41,4 [kJ/m³]

Si le débit d’air pulsé est de 1 000 m³/h, l’énergie à fournir par heure :

1 000 [m³/h] x 41,4 [kJ/m³] = 41 400 [kJ/h] = 41,4 [MJ/h]

Pour déterminer le coût de ce traitement, il faut distinguer selon le mode d’humidification :

Si l’humidification est réalisée par un humidificateur à eau froide (humidificateur à évaporation ou à pulvérisation), la chaleur de vaporisation de l’eau est donnée par le système de chauffage de l’air. En prenant un coût moyen de l’énergie thermique de 1,75 c€ le MJ (6,22 c€ le kWh), on obtient un coût horaire de :

41,4 [MJ/h] x 1,75 [c€/MJ] = 72,5 [c€/h]

Si l’humidification est réalisée par un humidificateur à vapeur autonome (alimentation électrique), il faudra dissocier l’énergie thermique nécessaire pour le chauffage de l’air, de l’énergie électrique nécessaire pour l’humidification. Le point intermédiaire « X » à la sortie de la batterie de chauffe et à l’entrée de l’humidificateur est situé (en bonne approximation) à l’horizontale de l’air extérieur E et sur la verticale de la température 30°C.

Le diagramme de l’air humide fournit un point de caractéristique X : 30° 15 % HR, enthalpie 39,6 kJ/kg. En prenant un coût moyen de l’énergie thermique de 1,75 c€ le MégaJoule (6,22 c€ le kWh) et un coût moyen de l’énergie électrique de 4,45 c€ le MégaJoule (16 c€ le kWh, en tenant compte du coût de la pointe de puissance), on obtient :

Chauffage de l’air (de 5°C 70 % HR à 30°C 15 % HR) :

1 000 [m³/h] x 1,15 [kg/m³] x (39,6 – 14,4) [kJ/kg] x 0,001 [MJ/kJ] x 1,75 [c€/MJ] = 50 [c€/h]

Humidification de l’air (de 30°C 15 % HR à 30°C 30 % HR) :

1 000 [m³/h] x 1,15 [kg/m³] x (50,4 – 39,6) [kJ/kg] x 0,001 [MJ/kJ] x 4,45 [c€/MJ] = 55,5 [c€/h]

Soit un total de 105,5 c€/h.


Le coût d’un m³ traité en été

L’énergie nécessaire pour traiter (= refroidir et déshumidifier) un m³ d’air est en principe donnée par la différence d’enthalpie (= d’énergie) entre l’air extérieur E et l’air soufflé S.

Δ h = h– hS [kJ/kg]

Toutefois, il se peut que le traitement de l’air en été suppose un refroidissement (avec déshumidification) suivi d’un post-chauffage. Dans ce cas, si X est le point caractéristique de l’air à la sortie de la batterie de refroidissement, on aura :

Δ h = énergie frigorifique + énergie calorifique = (h– hX) + (h– hX) [kJ/kg]

Les enthalpies de ces deux états de l’air sont indiqués dans le diagramme de l’air humide (il est également possible de réaliser le calcul de l’enthalpie à partir de la valeur de la température et de l’humidité relative).

Les valeurs des enthalpies sont exprimées par kg. Pour obtenir la valeur exprimée en m³, il faudra multiplier celle-ci par la masse volumique ρ de l’air.

Question : quelle masse volumique prendre ? celle de l’air extérieur (chaud et dilaté) ou celle de l’air soufflé (froid et contracté) ? Pour éviter ce problème, les bureaux d’étude travaillent toujours avec les masses d’air (constantes) et non les volumes ! La conversion vers les m³ ne se fait qu’au moment de dimensionner le ventilateur. Celui-ci étant souvent positionné à la sortie de caisson de traitement d’air, on prendra la masse volumique de l’air soufflé.

Le coût final du traitement de l’air est alors fonction du prix de l’énergie utilisée. Dans l’exemple ci-dessous (conditions moyennes), le coût du traitement de 1 000 m³/h est estimé à 99,5 c€/heure.

Exemple.

Soit,

  • un air extérieur E à 28°C et 70 % d’humidité relative : hE = 70,7 kJ/kg,
  • un point de soufflage S à 16°C et 70 % d’humidité relative : hS = 36 kJ/kg.

Quelle est l’énergie nécessaire pour refroidir 1 000 m³/h ?
et quel en est le coût ?

Imaginons un refroidissement et une déshumidification par passage dans une batterie froide alimentée au régime 6°C – 11°C (soit une température moyenne de 8,5°C). Le point caractéristique de l’air « X » en sortie de batterie sera situé à l’intersection entre la droite qui relie le point E au point Y (Y = 8,5°C et 100 % HR) et l’horizontale du point S. Le point X a pour caractéristiques : 10,5°C et 97 % HR, h= 31 kJ/kg.

On en déduit une énergie frigorifique :

Δ h = hE – hX = 70,7 – 31 = 39,7 kJ/kg

Mais pulser un air de 10,5°C dans un local entraînerait un risque d’inconfort ! Aussi, on le préchauffera jusqu’à 16°C, entraînant une énergie de chauffage de :

Δ h = hS– hX = 36 – 31 = 5 kJ/kg

Soit un total de 41,2 + 5 = 46,2 kJ/kg

Sachant que l’air soufflé présente une masse volumique de 1,20 kg/m³ :

Δ h = 46,2 kJ/kg x 1,20 kg/m3 = 55,4 kJ/m³

Si le débit d’air pulsé est de 1 000 m³/h, l’énergie à fournir par heure :

1 000 m³/h x 55,4 kJ/m3 = 55 400 kJ/h = 55,4 MJ/h

On constate qu’il y a « destruction de l’énergie », c’est-à-dire qu’il faut compter deux fois la différence d’enthalpie entre X et S : une fois pour le refroidissement et une deuxième fois suite au post-chauffage. Ceci est cependant obligatoire si l’on souhaite atteindre un tel niveau de déshumidification…

Pour déterminer le coût de ce traitement, il faut déterminer le prix de revient du kWh frigorifique. Supposons l’utilisation d’une machine frigorifique dont le COPfroid moyen réel (ou efficacité frigorifique) est de 2,5. Il faut donc 1 kWh électrique au compresseur pour extraire un 2,5 kWh thermique à l’évaporateur. S’il s’agit du courant électrique de jour (prix de revient moyen +/- 16 c€/kWh, pointe 1/4 horaire comprise), il en coûtera donc 6,4 c€ par kWh thermique extrait. Soit 1,8 c€/MJ.

Pour la partie chauffage, un coût moyen de l’énergie thermique de 1,75 c€ le MégaJoule (6,22 c€ le kWh) est proposé.

Le coût total devient donc :

1 000 [m³/h] x 1,20 [kg/m³] x (41,2 [kJ/kg] x 1,8 [c€/MJ] + 5 [kJ/kg] x 1,75 [c€/MJ]) x 0,001 [MJ/kJ] = 99,5 [c€/h]


Le coût de l’humidification

L’humidité de l’air constitue une bonne part de son énergie !

Par exemple, de l’air sec à 20°C possède une enthalpie (= énergie) de 20,1 kJ/kg. Mais le même air, humidifié à 50 % d’humidité relative, atteindra 38,5 kJ/kg. Cela s’explique par le fait que l’humidité est constituée par de l’eau à l’état vapeur et que la chaleur de vaporisation de l’eau est proportionnellement très élevée.

Le graphe ci-dessous montre l’évolution de l’enthalpie de l’air en fonction de son humidité relative.

L’humidification de l’air est donc fort énergétique. On aura donc toujours intérêt à diminuer la consigne du taux d’humidité relative en hiver (40 % HR, par exemple).

Mais, en hiver, il faut toujours humidifier l’air de chauffage…

En hiver, l’humidité absolue de l’air extérieur est toujours très faible. Imaginons qu’il vient de pleuvoir, que l’air extérieur est proche de la saturation (100 % HR). Pour une température extérieure de + 1°C, cela ne représente jamais qu’une humidité absolue de 4 grammes d’eau par kg d’air. Or, de l’air à 20°C et 50 % HR contient 7,5 grammes d’eau par kg d’air. Il faudra donc humidifier l’air extérieur après son chauffage et avant de le pulser dans le local.

Dans l’exemple ci-dessous, on montre que le passage de la consigne de 20°C 50 % HR à 20°C 60 % HR entraîne une augmentation des coûts de 6 à 11 %, alors que l’occupant ne percevra aucune différence en terme de confort.

Exemple.

Reprenons l’exemple développé pour le calcul du coût d’1 m³ traité en hiver. Les conditions de calcul étaient les suivantes :

soit,

  • un air extérieur « E » à 5°C et 70 % d’humidité relative,
  • un point de soufflage à 30°C et 30 % d’humidité relative.

Un tel point de soufflage correspond généralement à un immeuble de bureaux dans lequel on veut maintenir une ambiance « A » de 22°C et 50 % HR (l’humidité absolue de l’air soufflé est légèrement plus faible que l’ambiance, ce qui permet de compenser les apports en eau des occupants).

L’énergie demandée par le traitement de 10 000 m³/h est de

Chauffage de l’air (de 5°C 70 % HR à 30°C 15 % HR) :

1 000 m³/h x 1,15 kg/m³ x (39,6 – 14,4) kJ/kg x 0,001 MJ/kJ = 29 MJ/h

Humidification de l’air (de 30°C 15 % HR à 30°C 30 % HR) :

1 000 m³/h x 1,15 kg/m³ x (50,4 – 39,6) kJ/kg x 0,001 MJ/kJ = 12,4 MJ/h

Supposons que la consigne soit modifiée et que A’ (22°C et 60 % HR) soit demandé. On pulsera probablement un air de chauffage de 30°C et 37 % HR. L’enthalpie de ce nouveau point S’ est de 54,7 kJ/kg. Soit un nouveau calcul pour l’humidification de l’air.

1 000 m³/h x 1,15 kg/³ x (54,7 – 39,6) kJ/kg x 0,001 MJ/kJ = 15,1 MJ/h

Le bilan énergétique total est donc augmenté de 6,5 % pour une amélioration du confort imperceptible au niveau des occupants. Le coût total du traitement de l’air est augmenté de 6,5 % si l’eau est froide dans l’humidificateur (chaleur de vaporisation prise sur l’air) et de 11 % si l’humidification est réalisée par un humidificateur électrique à vapeur.

Le coût du taux d’air neuf

L’impact du taux de renouvellement d’air est non négligeable dans la facture énergétique d’un bâtiment.
Plaçons-nous dans les conditions moyennes de fonctionnement :

  • un bureau de 5 m x 4 m x 3 m  = 60 m³,
  • une consigne à 22°C et 50 % d’humidité relative (enthalpie de 43,2 kJ/kg),
  • de l’air extérieur à 6°C et 90 % d’humidité relative (enthalpie de 19,1 kJ/kg),
  • des besoins de chauffage liés aux seules déperditions par les parois estimés à 1 500 Watts pour le local.

Remarque : on néglige d’éventuels apports en eau dans le local.

Solution 1

Un chauffage par radiateur est installé et de l’air neuf hygiénique est prétraité (chauffé et humidifié) en centrale.
Un taux horaire de renouvellement de l’air de 1 est choisi, soit une pulsion de 60 m³/h. Cet air est porté aux conditions de l’ambiance soit 22°C et 50 % HR. La puissance demandée dans le caisson de traitement d’air sera de :

Puissance = débit x poids volumique de l’air x (différence des enthalpies)

Puissance = 60 [m³/h] x 1,1 [kg/m³] x (43,2 – 19,1) [kJ/kg] / 3 600 [s/h] = 442 [Watts]

Solution 2

On travaille en « tout air neuf » et le chauffage du local est apporté par l’air chaud pulsé.
Cette fois, le débit d’air sera nettement plus élevé que le débit d’air hygiénique. La valeur du débit est fonction de la température de pulsion choisie. Prenons une température de pulsion de 40°C.
Si les apports en eau du local sont négligés, on pulsera un air dont l’humidité absolue est identique à celle de la consigne du local, soit un air situé sur le diagramme de l’air humide à 40° et 18 % HR (enthalpie : 61,2 kJ/kg).
Précisons le débit de pulsion nécessaire pour vaincre les 1 500 W de déperditions :

Débit massique = déperditions/ (différence des enthalpies)

Débit massique = 1,5 [kW] / (61,2 – 43,2) [kJ/kg] = 0,083 [kg/s]

Exprimons ce débit en volume :

Débit volumique = débit massique x volume massique à 40°C

Débit volumique = 0,083 [kg/s] x 0,9 [m³/kg] x 3 600 [s/h] = 270 [m³/h]

Le taux de brassage s’en déduit :

Taux de brassage de l’air du local = 270 [m³/h] / 60 [m³] = 4,5

La puissance en centrale devient :

Puissance = débit massique x (différence des enthalpies)

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 – 19,1) [kJ/kg] = 3,51 kW !

Soit plus du double de la puissance nécessaire pour le local !
Pourquoi ? En fait, les 270 m³ d’air pulsé comportent 60 m³ d’air neuf hygiénique et 210 m³ d’air utilisé comme « fluide caloporteur ». Cet air étant froid, il faut d’abord le réchauffer à la température de consigne avant de pouvoir lui faire porter la charge thermique du local, ce qui est énergivore.

Solution 3

Si les conditions hygiéniques le permettent, on préférera une solution de recyclage partiel de l’air et d’apport d’air neuf minimal.
Supposons que 210 m³/h (0,065 kg/s) soient recyclés et 60 m³/h (0,018 kg/s) d’air neuf soient injectés, on obtiendra un air mélangé dont l’enthalpie est de :

Enthalpie du mélange = [0,065 x 43,2 + 0,018 x 19,1] / 0,083 = 37,9 [kJ/kg]

On peut alors calculer la puissance en centrale :

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 – 37,9) [kJ/kg] = 1,93 kW !

On y retrouve, en toute logique, la puissance de 1,5 kW correspondant aux déperditions des parois et la puissance de 0,43 kW pour le traitement des 60 m³/h d’air neuf…
Par rapport au « tout air neuf », le recyclage partiel de l’air a permis (3,51 – 1,93) / 3,51 = 45 % d’économie !
Remarque : sur le graphe, dans un souci de simplification, les débits ont été exprimés en m³/h en respectant la conservation de ces débits (210 + 60 = 270 m³/h). en réalité, seuls les débits massiques sont conservés (en kg/h).

Solution 4

Si les conditions hygiéniques ne permettent pas le recyclage partiel de l’air vicié, on peut envisager la récupération partielle de la chaleur par un échangeur placé sur l’air extrait.
Sur les 270 m³/h (0,065 kg/s) évacués, un rendement de 50 % est aisément réalisable. Supposons un transfert de chaleur latente uniquement (échangeur à plaques, par exemple). Si le rendement est de 50 %, l’augmentation de température sera de 50 % de l’écart entre les deux fluides (22°C – 6°C). L’air extérieur en sort à 14°C et 53 % HR, soit une enthalpie de 26,5 [kJ/kg].

On peut alors calculer la puissance en centrale :

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 – 26,6) [kJ/kg] = 2,9 kW

Par rapport au « tout air neuf », la récupération de chaleur sur l’air extrait a permis (3,51 – 2,9) / 3,51 = 17 % d’économie !
Remarque : on constate que la récupération est inférieure à la moitié de la chaleur évacuée car la chaleur latente de l’air extrait n’est pas récupérée.

Évaluer le niveau d’éclairement

Évaluer le niveau d'éclairement


  

Sous un éclairement de 500 lux et de 50 lux.


Pourquoi un niveau minimum ?

Un niveau d’éclairement  minimum est nécessaire pour voir correctement et sans fatigue les objets et, ainsi, effectuer correctement (et parfois en toute sécurité) la tâche prévue. Parfois, notamment pour les salles de sport, l’éclairement vertical est aussi important que l’éclairement horizontal au sol.

Exemple pour une école

Dans les classes, un éclairement suffisant permettra une bonne vision nécessaire aux différentes tâches des élèves et facilitera l’accommodation rapide de l’œil pour passer de l’une à l’autre :

  • lecture ou écriture d’un document disposé sur la table,
  • lecture de ce qui est écrit au tableau (noir, vert ou blanc),
  • lecture de cartes ou de panneaux affichés,
  • regard prolongé vers le professeur ou vers un autre élève,
  • visualisation de films, de diapositives, d’émissions télévisées,
  • travail sur ordinateur,

   

   


Le niveau d’éclairement recommandé

Les niveaux d’éclairement  à garantir dans les locaux sont fixés par des recommandations émanant de normes et dans certains cas par des impositions réglementaires régissant la protection des travailleurs (RGPT).
L’éclairement moyen recommandé est fonction :

  • de la tâche à effectuer :
  • de la hauteur du plan de référence (plan de travail).

Données

Pour connaitre les valeurs d’éclairement à atteindre en fonction de la tâche à effectuer.

Données

Pour connaitre les spécifications complètes relatives à l’éclairage par type de bâtiment.

Comment évaluer sa situation ?

 Situation idéale, on dispose d’un luxmètre

Photo luxmètre.

Grâce à un luxmètre on peut directement mesurer le niveau d’éclairement en plusieurs points du local et établir ainsi une moyenne d’éclairement.

Cette méthodologie de mesure est détaillée dans la norme EN 12464-1. Si vous décidez d’utiliser le logiciel Dialux, celui-ci choisit pour vous en automatique le bon maillage.

À défaut, par estimation grossière

Schéma principe estimation grossière.

Le tableau qui suit permet de déterminer le niveau d’éclairement en fonction de la puissance installée et du type de luminaire.

Cette méthode s’applique à :

Puissance installée des lampes (sans les ballasts) en W/m²

Niveau d’éclairement au niveau de la tâche

Réglette nue ou simple réflecteur peint

Diffuseur opalin

Diffuseur prisma-
tique

Réflecteur peint et ventelles planes

Réflecteur et ventelles paraboliques en aluminium

4

150..170 70..80 90..110 120..150 + 180

6

220..260 100..120 140..160 180..220 + 380

8

280..340 140..160 180..210 240..280 + 480

10

350..420 170..200 230..270 300..350 + 600

12

430..500 200..240 280..320 360..430 + 640

14

500..580 240..280 320..380 420..500

16

570..670 270..320 370..440 490..570

18

650..750 300..360 420..490 550..650

20

720..840 330..390 460..550 610..720

22

790..920 370..430 500..590 670..790

24

860..990 410..480 550..650 730..860

26

900..1 080 440..510 600..700 790..930

28

1 000..1 200 470..550 650..760 900..1 000

30

1 100..1 220 510..600 690..810 920..1 100

32

1 140..1 340 540..630 740..870 1 000..1 140

En
W/m² pour
100 lux

2,3..2,9

4,8..6,1

3,7..4,4

2,7..3,3

1,5…2

Calculs

Il est possible d’adapter le tableau à sa situation propre. Pour évaluer plus précisément votre situation :


Et pour l’éclairage extérieur ?

Un niveau d’éclairement minimum est bien sûr aussi nécessaire pour distinguer correctement les obstacles, les autres usagers (et leurs intentions), la signalisation, …

Remarque : En éclairage intérieur, on parlera en termes  d’éclairement (lux). Ceci est en général représentatif de la performance visuelle à atteindre car on peut considérer que dans la plupart des locaux, les parois sont de couleur claire. Contre-exemple : on peut éclairer un local peint entièrement en noir avec 500 lux, on n’y verra rien ! De plus, à l’intérieur, il est difficile d’utiliser la luminance comme référence car la direction de vision y est souvent variable et cette grandeur est difficilement mesurable par le commun des mortels.

Par contre, en éclairage routier, la direction de regard est plus ou moins fixe (une personne assise au volant d’une voiture doit voir un obstacle se situant à une distance de 60 à 100 m). On exige donc des niveaux de luminance.

Dans les espaces extérieurs autres que les routes (piétonniers, …) ces données sont variables. On se permet donc de recommander des niveaux d’éclairement et non de luminance. Ceci a l’avantage d’être facilement mesurable grâce à un luxmètre.

Données

Pour connaitre les valeurs d’éclairement à atteindre en éclairage extérieure.

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

Évaluer le confort et l’efficacité du trafic [ascenseurs]

Évaluer le confort et l'efficacité du trafic [ascenseurs]


Confort des utilisateurs

Mis à part l’aspect sécurité des ascenseurs (un des équipements les plus contrôlés du bâtiment !), les exigences des utilisateurs sont fortes en ce qui concerne :

  • le temps d’attente acceptable sur les paliers d’ascenseur,
  • la densité de population acceptable dans la cabine d’ascenseur,
  • l’accélération et la décélération supportable lors des déplacements,
  • l’acoustique interne de la cabine,
  • la pression interne dans la cabine,
  • le seuil acceptable de vibrations de la cabine,
  • le niveau d’éclairement moyen de la cabine,
  • le niveau de ventilation,

Le temps d’attente moyen

Des études ont permis d’établir un temps moyen d’attente statistique par type de bâtiments, sous-entendant que la tolérance à l’attente de la cabine varie en fonction de l’immeuble dans lequel on se trouve (plus pressé au boulot ?). En effet, le temps d’attente acceptable est défini par un jugement de valeur basé, en partie, sur une évaluation du coût du temps perdu à l’attente (eh oui, c’est pour la pomme du patron !). Par conséquent, il peut être plus long dans le cas d’un immeuble résidentiel (là, ce n’est plus le patron qui paie !) que dans le cas d’un bâtiment tertiaire.

Type de bâtiment Temps d’attente moyen [s]
Bureau, hôpital, école, … 25-30
Résidentiel 50-80
Hébergement 40-70

Une manière simple d’évaluer le temps d’attente passe simplement par l’utilisation répétée d’un chronomètre à différents étages et de préférence en période d’affluence. Il suffit de démarrer le chrono au moment où l’on pousse sur le bouton d’appel d’étage et de l’arrêter dès l’instant où les portes de la cabine s’ouvrent à cet étage. En effectuant la moyenne des relevés, on sait tout de suite savoir si le temps d’attente moyen est raisonnable.

La densité de population

Une cabine d’ascenseur est un laboratoire social par excellence. On y voit tout de suite les niveaux de tolérance de proximité d’autrui. Basé de nouveau sur des études statistiques, la densité limite est de l’ordre de 5 personnes par m2.

Ce facteur est important dans le sens où l’auteur d’un projet d’implantation d’ascenseur dans un immeuble peut complètement se tromper en le sous-estimant. En effet, les occupants n’aimant pas d’être serrés, il arrive régulièrement que les utilisateurs prennent l’ascenseur suivant en constatant que la cabine les invitant à embarquer est trop remplie à leur goût; il en résulte une réduction de la capacité de transport.

C’est en période d’affluence que l’évaluation est la plus crédible. Un simple comptage discret du nombre de personnes présentes dans la cabine situe tout de suite la tolérance de proximité des collègues. Suite à ce comptage, si vraiment la cabine est peu remplie, il est nécessaire d’envisager une campagne de sensibilisation. À l’inverse, si les collègues sont serrés comme des sardines, il faut alors de concentrer sur l’évaluation de l’efficacité du trafic.

L’accélération et la décélération

Il est nécessaire de tenir compte des critères d’accélération ou de décélération dans une étude de confort sachant que la vitesse « de croisière » (pallier à vitesse constante) n’entre pas en ligne de compte dans l’évaluation de l’inconfort des utilisateurs.

Une valeur pratique souvent rencontrée au niveau de l’accélération des cabines est de 0,8 [m/s²].

L’utilisation de moteur électrique à deux vitesses est encore rencontrée régulièrement dans les immeubles d’un certain âge et tout le monde a déjà ressenti l’effet plus ou moins bien supporté :

  • du démarrage et du passage de petite en grande vitesse (sensation d’écrasement),
  • de l’arrêt (sensation d’apesanteur).

L’effet d’accélération, de décélération et les vibrations latérales de l’ascenseur se marquent au niveau :

  • du système vestibulaire de l’oreille interne,
  • du système pileux,
  • des récepteurs sensibles au niveau de la colonne vertébrale (particulièrement le cou),
  • des muscles compensant l’effet des variations de pression mécanique,
  • des organes internes qui se déplacent,
  • de la plante des pieds détectant le changement de poids du corps pendant les variations de vitesse.

Les constructeurs ont à leur disposition un profil type de courbe d’accélération et de décélération pour lequel les réponses du corps humain, face aux différentes sollicitations exercées par l’ascenseur, sont bonnes. Indépendamment des chiffres (variant en fonction de la vitesse à atteindre), c’est surtout le profil de l’accélération et la décélération qui est intéressant à analyser :

La courbe ci-dessus montre un profil de vitesse en fonction du temps qui répond bien aux critères de confort. Seules les techniques modernes peuvent intégrer ce type de courbe dans la commande des moteurs, tant en commande qu’en puissance (automate programmable, variateur de fréquence, …).

L’acoustique interne de la cabine

La norme NBN EN 81-1 ne définit pas les niveaux acoustiques à respecter dans la cabine de manière à limiter les nuisances sonores provenant de la trémie. Dans ce cas, on peut se référer à la norme NBN EN 13779 qui traite, entre autres, du confort acoustique dans les locaux des bâtiments tertiaires; une valeur normale du niveau acoustique se situe aux alentours des 40 dB.

Si des plaintes de nuisance sonore dans la cabine reviennent régulièrement aux oreilles du maître d’ouvrage, il est nécessaire d’effectuer une mesure au moyen d’un sonomètre.

La pression interne de la cabine

L’évolution de la pression interne dans la cabine peut être source de nuisance importante lorsque la cabine se déplace; par exemple, dans un conduit étroit à vitesse importante. En effet, la cabine subit une légère déformation par « effet piston » qui change la pression interne de la cabine et, par conséquent, la pression relative sur le tympan de l’oreille des utilisateurs. L’effet sur certains sujets sensibles est très inconfortable.

Le niveau d’éclairement moyen de la cabine

La norme NBN EN 81-1 définit les niveaux d’éclairement minimum dans la cabine; il doit être au minimum de 50 [lux]. En général, pour une question de confort esthétique, le niveau d’éclairement des cabines d’ascenseur est beaucoup plus important.

Pour effectuer une mesure du niveau d’éclairement Em, on utilise un luxmètre.

Il faut savoir que seul le niveau d’éclairement de la cabine est loin d’être suffisant pour affirmer que l’éclairage répond aux exigences de confort des utilisations. On citera :

  • le risque d’éblouissement,
  • la présence de reflets (dans le cas d’un habillage inox par exemple),
  • le rendu de couleur,

Théories

Pour en savoir plus sur les moyens d’évaluer les niveaux d’éclairement.

La ventilation hygiénique minimum

La norme NBN EN 81-1 (Règle de sécurité pour la construction et l’installation des ascenseurs. Partie 1 : ascenseur électrique) recommande de ventiler correctement les cabines et les gaines d’ascenseur. C’est une ventilation hygiénique propre au volume fermé de la gaine d’ascenseur et des locaux annexes. La norme prévoit des orifices de ventilation équivalant à 1 % des surfaces horizontales de la cabine (ventilation haute et basse de la cabine) et de la gaine (extraction haute dans la gaine).

La réglementation concernant la protection incendie précise que la section des orifices de ventilation de la gaine doivent être équivalentes à :

  • 1 % de la surface horizontale de la gaine dans le cas des ascenseurs avec salle des machines.
  • 4 % de la même surface dans le cas d’ascenseurs sans salle des machines.

La norme NBN EN 13779 qui traite essentiellement de la ventilation des bâtiments non-résidentiels ne reprend pas des valeurs de débit de ventilation de la cabine d’un ascenseur. Toutefois, la mesure de qualité de l’air au moyen d’une sonde CO2 permet d’être fixé en cas de plainte de maux de tête par exemple. La valeur maximale admissible est comprise entre 1 000 et 1 200 [ppm] (partie par million) de CO2 dans l’ambiance de la cabine.

Pour effectuer une mesure d’une telle concentration, on utilise une sonde CO2.


Efficacité du trafic

Lorsqu’un maître d’ouvrage ou un auteur de projet désire évaluer le trafic de ses ascenseurs, il est recommandé de faire appel aux constructeurs. Un monitoring des ascenseurs permet alors d’objectiver l’efficacité du trafic.

Les principaux critères d’efficacité sont :

  • au même titre que le confort, le temps d’attente moyen probable (le plus petit possible),
  • le débit, généralement calculé pour une durée de 5 minutes en heure de pointe et exprimé en % du nombre total d’occupants du bâtiment,
  • le profil de la courbe de vitesse dans le temps,
  • les destinations privilégiées,
  • l’automatisme des manœuvres,

L’efficacité du service de l’ascenseur dépend du type de bâtiment :

Type de bâtiment Temps d’attente moyen [s] Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes (%)
Bureau, hôpital, école, … 25-30 12-15
Résidentiel 50-80 5-8
Hébergement 40-70 10-15

Temps d’attente

Ici, le temps d’attente acceptable est défini par un jugement de valeur basé sur une évaluation du coût du temps perdu à l’attente.

Son évaluation réelle est très complexe et nécessite l’utilisation de logiciels spécialisés basés sur des statistiques de fréquentation des ascenseurs.

Intuitivement on pourrait dire que le temps d’attente sera influencé par :

  • le type de bâtiment (mode de fonctionnement, type d’horaire, …),
  • la quantité moyenne de personnes présentes dans le bâtiment,
  • la capacité des ascenseurs (nombre admissible de personnes par cabine),
  • le nombre d’ascenseurs,
  • le rapport charge/vitesse,
  • le type d’accélération,

La liste est longue et ne tient pas compte des dysfonctionnements souvent présents dans les bâtiments tertiaires qui accueillent un large éventail de la population comme « utilisateur d’un jour » nerveux à l’idée de prendre l’ascenseur.

Exemple.

Un exemple classique d’allongement du temps d’attente indépendant de la commande d’un duplex d’ascenseurs (deux ascenseurs, une seule commande de trafic pour les deux) est l’utilisateur, désireux de se rendre à un étage supérieur, qui appuie sur les deux boutons d’appel pour monter et descendre dans l’espoir de réduire le temps d’attente.

C’est vrai qu’il risque peut-être de gagner un peu de temps d’attente mais sûrement pas de temps de déplacement. De plus, ce simple geste nuit énormément à l’efficacité du trafic dans le sens où :

  • Au lieu d’appeler un seul des ascenseurs, il les appelle tous les deux.
  • Chacun des ascenseurs a dans sa mémoire de commande un arrêt en plus.
  • L’utilisateur risque de prendre l’ascenseur qui descend et, par conséquent, il sera obligé de reprogrammer sa véritable destination.

Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes

Ce pourcentage est un indicateur important pour évaluer la capacité propre des ascenseurs à absorber les débits de pointe.

La venue du travail à temps partiel a aussi changé la « donne » en modifiant le profil du trafic journalier en temps et en débit nécessaire.

Par exemple, la courbe journalière ci-dessous exprime ce changement de fréquentation des ascenseurs dans un immeuble de bureaux :

On voit que l’affluence maximum s’est déplacée vers 12 heures, alors qu’auparavant, elle était en début et fin de journée.

L’établissement de cette courbe est très difficile à obtenir mais néanmoins nécessaire; elle se base sur des statistiques de fréquentation des ascenseurs.

Profil des vitesses sur une course

Pour que l’on puisse réduire au maximum les temps de déplacement verticaux, les systèmes de motorisation doivent arriver à leur palier de vitesse aussi rapidement que possible; ce qui nécessite de produire des accélérations et décélérations brutales incompatibles, d’une part avec le confort des utilisateurs, d’autre part avec l’aspect énergétique. L’évaluation du profil de vitesse réelle avec celui du confort optimal est nécessaire.

Destinations privilégiées

L’observation des destinations privilégiées peut aussi rentrer dans les critères d’efficacité du trafic dans le sens où, sans restriction de certaines destinations peu fréquentées, le trafic peut être altéré.

Par exemple, si on considère un immeuble de bureau de 9 étages, équipé de deux ascenseurs, où :

  • la plupart des employés viennent à pied et entrent au niveau 0,
  • le parking au niveau -2 ne sert que pour quelques cadres.

Le niveau 0 est une destination privilégiée. Le niveau des parkings l’est aussi mais dans une beaucoup moindre mesure. En heure de pointe, un appel enregistré au parking pour la montée risque de perturber le trafic vers la montée à partir du niveau zéro.

La figure ci-dessous montre une amélioration simple du trafic par le blocage des appels des niveaux -1 et -2 sur un des deux ascenseurs.


Convergence et divergence des critères de confort et d’efficacité de trafic

Les points de vue, suivant que l’on se place au niveau des gestionnaires ou des utilisateurs, ne sont pas nécessairement convergents. Pour évaluer une situation et éviter les désagréments, il est nécessaire de maîtriser l’impact d’un critère sur un autre.

Le tableau suivant montre ces influences :

Critères Confort Efficacité du trafic
Le temps d’attente sur les paliers diminue.
Le temps de déplacement diminue.
La densité de population est grande.
L’accélération et la décélération augmentent.
La pression interne dans la cabine augmente. *
Les vibrations de la cabine augmentent. *

Le niveau d’éclairement moyen est faible.

*
Le niveau de ventilation est faible. *
*: sans influence

L’analyse du tableau montre que peu de critères sont convergents mis à part le temps d’attente sur les paliers et le temps de déplacement (à exploiter et optimiser au maximum).

Évaluer l’efficacité du réseau de distribution

Évaluer l'efficacité du réseau de distribution


Qualité générale de l’installation

Pour évaluer l’efficacité générale d’un système de ventilation, plusieurs paramètres du réseau peuvent être observés :

  • L’adéquation des débits en fonction des besoins,
  • Les pertes de charges du système,
  • L’étanchéité à l’air des conduits,
  • Le rendement du ou des ventilateur(s).

Ce sont donc ces paramètres qui vont influencer la consommation finale des ventilateurs. Mais la consommation des ventilateurs par m³/h transporté peut être très différente d’un ventilateur à un autre. Voici une classification qualitative des systèmes de ventilation en fonction de leur consommation (source : Swedish Indoor Climate institute).

Puissance d’un ventilateur par m³/h transporté

Efficacité énergétique

0 < puissance < 0,4 W/(m³/h) bonne
0,4 < puissance < 0,7 W/(m³/h) moyenne
0,7 < puissance < 1,1 W/(m³/h) mauvaise

Inversément, on peut situer la consommation des ventilateurs existants dans ce tableau pour évaluer la qualité énergétique générale de l’installation, c’est-à-dire la qualité du groupe et du réseau de distribution.

L’évaluation de l’efficacité générale du système de ventilation passe donc par plusieurs mesures :

Mesure de la consommation

La mesure de la consommation électrique du ventilateur peut s’effectuer grâce à un compteur électrique classique ou grâce à une pince ampèremétrique.

Compteur électrique intégré dans le tableau électrique.

La puissance moyenne délivrée s’obtient en divisant la consommation électrique mesurée sur une période représentative du fonctionnement normal par la durée de la mesure.

Attention, lorsque la mesure est effectuée via une pince ampèremétrique, cela nécessite le relevé sur la plaque signalétique, du cos φ de l’installation.

Mesure des débits

La mesure du débit pulsé par le ventilateur est effectuée grâce à un anémomètre dans le conduit de pulsion ou encore grâce au manomètre différentiel équipant les filtres.

Mesure de débit dans une gaine.

Mesure des pertes de charge

Il est également possible de répartir les pertes liées au réseau de distribution en mesurant la répartition des pressions au niveau des groupes de pulsion ou d’extraction. Il en ressort souvent que plus de 50 % de l’énergie du groupe sont créés par les pertes de l’ensemble moteurtransmissionventilateur.

Points de mesure de pression nécessaires à la détermination des pertes du système

Objectifs de qualité

On peut aussi se fixer des objectifs de qualité pour réduire les consommations liées à la distribution, comme le font les Suisses dans les exigences SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes)  :

Exigences selon SIA V382/3 de base accrues
Pertes de charge totales maximum (pulsion et extraction) < 1 200 Pa < 900 Pa

Débit d’air neuf maximum

Fumeurs < 70 m³/h/pers < 50 m³/h/pers
Non fumeurs < 30 m³/h/pers < 25 m³/h/pers

Rendement global minimum au point de fonctionnement :

15 000 m³/h > 65 % > 70 %
10 000 m³/h > 60 % > 65 %
5 000 m³/h > 55 % > 60 %

Adéquation des débits

La quantité d’air à transporter et donc les débits va influencer la consommation finale du système de ventilation. Plus les débits augmentent, plus la consommation sera grande. Ainsi assure une adéquation des débits en fonction des besoins en ventilation d’un bâtiment permet de garantir une consommation « minimale » et donc une efficacité accrue du réseau complet.

Comme ce fut présenté dans l’évaluation de la qualité de l’air ambiant, on peut dans un premier temps vérifier par mesure si les débits réels ne sont pas supérieurs aux recommandations. C’est souvent le cas pour les anciennes installations de ventilation.

Ensuite, dans les locaux dont l’occupation varie fortement, on peut se demander si la modulation des débits en fonction des besoins réels peut apporter des économies substantielles. Il faut donc voir si

  • La ventilation est permanente 24h/24 alors que seule une ventilation diurne est nécessaire.
  • Certains locaux sont ventilés en journée alors qu’ils sont inoccupés.

Il faut également être attentif aux périodes de relance des installations de chauffage. La relance se faisant avant l’arrivée des occupants, un apport d’air neuf n’est pas nécessaire et constitue une charge thermique complémentaire à vaincre. Or on constate souvent sur le terrain que toutes les installations (chauffage, ventilation, humidification, …) démarrent en même temps à 6h du matin, alors que la ventilation, elle, ne devrait démarrer qu’à 8h30 (démarrage des ventilateurs, ouverture des volets d’air neuf). Par exemple, dans une installation de climatisation tout air, la relance du chauffage doit se faire en total recyclage, sans apport d’air neuf.

Les exemples suivants illustrent les économies potentielles pour quatre situations différentes.

Exemple 1 :

Un immeuble de bureaux est occupé 5 jours par semaine de 8h30 à 17h30 (250 jours par an). Or, le système de ventilation fonctionne tous les jours de la semaine pendant 24 heures, avec un débit de 1 000 m³/h (= 0,28 m³/s) d’air neuf.

Sans horloge, la

consommation pour le chauffage de l’air neuf durant la saison de chauffe (soit 5 800 h/an) s’élève à :

0,34 [Wh/m³K] x 1 000 [m³/h] x (16 [°C] – 6 [°C]) x 5 800 [h/an] / 0,7 =
28 161 [kWh/an]

Avec une horloge qui coupe la ventilation en dehors des heures de bureau, elle s’élève à :

0,34 [Wh/m³K] x 1 000 [m³/h] x (18 [°C] – 8 [°C]) x 1 530 [h/an] / 0,7 =
7 433 [kWh/an]

où,

  • 16 [°C] est la température moyenne intérieure sur 24 h tenant compte des apports gratuits de chaleur et du ralenti nocturne,
  • 18 [°C] est la température intérieure diurne de consigne compte tenu des apports de chaleur gratuits (soleil, ordinateur, …Apportent 2 [°C]),
  • 6 [°C] est la température extérieure moyenne de la saison de chauffe,
  • 8 [°C] est la température extérieure moyenne diurne durant cette même période,
  • 0,7 est le rendement de l’installation de chauffage.

Soit, une économie de 20 728 kWh/an.

L’économie réalisée sur la

consommation électrique est imputable à la mise à l’arrêt des ventilateurs de pulsion et d’extraction pendant 2 190 h en dehors de la saison de chauffe et à la mise à l’arrêt du ventilateur d’extraction pendant 4 270 h durant la saison de chauffe. Durant cette dernière période, l’économie réalisée sur la consommation du ventilateur de pulsion est déjà, en grande partie, comptabilisée dans l’économie de chauffage.

0,28 [m³/s] x 1 500 [Pa] x 2 190 [h/an] / 0,65 = 4 243 [kWh/an]

+

0,28 [m³/s] x 500 [Pa] x 4 270 [h/an] / 0,65 = 2 758 [kWh/an]

où :

  • 1  500 [Pa] (pulsion + extraction) et 500 [Pa] (extraction) sont des valeurs courantes de perte de charge d’un réseau de distribution de qualité moyenne,
  • 0,65 est le rendement global de l’installation de ventilation.
Exemple 2 :

Le bureau d’un représentant commercial est effectivement occupé durant 2 jours par semaine pendant 8 heures. Or le système de ventilation fonctionne tous les jours de la semaine pendant 10 heures (de 8 h à 18 h), avec un débit de 30 m³/h d’air neuf.

L’économie de chauffage réalisée en coupant la ventilation du bureau inoccupé est estimée à :

0,34 [Wh/m³K] x 30 [m³/h] x (18 [°C] – 8 [°C]) x (1700 [h/an] – 544 [h/an]) / 0,7 = 168 [kWh/an]

L’économie électrique sur la consommation des ventilateurs s’élève à une vingtaine de kWh/an.

Exemple 3 :

Le système de ventilation double flux d’un auditoire de 200 places délivre un débit d’air neuf de 4 000 m³/h (= 200 x 20 m³/h) pendant 40 heures par semaine. En fait, cet auditoire n’est occupé que 2 jours par semaine pendant 8 heures par 100 personnes en moyenne.

Si la ventilation est ajustée en fonction du nombre de personnes, le système fournira seulement 2 000 m³/h (= 100 x 20 m³/h) pendant 16 heures par semaine.

La consommation actuelle de chauffage est donc de :

0,34 [Wh/m³K] x 4 000 [m³/h] x (18 [°C] –
8 [°C]) x 1 360 [h/an] / 0,7 = 26 423 [kWh/an]

Grâce à la nouvelle régulation, on consommera :

0,34 [Wh/m³K] x 2 000 [m³/h] x (13 [°C] –
8 [°C]) x 544 [h/an] / 0,7 = 2 642 [kWh/an]

Où :

  • 18  [°C] est la température moyenne intérieure durant la semaine tenant compte des apports gratuits de chaleur dus aux 100 personnes présentes 2 jours par semaine,
  • 13  [°C] est la même température intérieure, mais sur les 2 jours par semaine d’occupation.

Soit une économie de 23 781 kWh/an pour le chauffage.

On sait en outre que la consommation d’un ventilateur varie comme le cube de sa vitesse (règles de similitude) donc de son débit. L’économie potentielle réalisable en adaptant la vitesse du ventilateur d’extraction aux besoins s’élève donc à (rappel : le gain de consommation du ventilateur de pulsion est déjà comptabilisé dans les économies de chauffage) :

0,2 [W/(m³/h)] x 4 000 [m³/h] x (1 360 [h/an] – 544 [h/an]) = 653 [kWh/an]
(arrêt du ventilateur d’extraction pendant 3 jours)

+

0,2 [W/(m³/h)] x 4 000 [m³/h] x 544 [h/an] x (7/8) = 381 [kWh/an]
(diminution de la vitesse en période d’occupation : division par 2 de la vitesse de rotation et donc division par 8 de la consommation, on économise donc 7/ 8 de la consommation de départ).

où 0,2 [W/(m³/h)] est la consommation d’une extraction performante (règle de bonne pratique).

Exemple 4 :

Un bureau paysager disposant de 4 places de travail est occupé en moyenne à 40 % de sa capacité pendant 5 jours par semaine. Le système de ventilation délivre un débit d’air constant de 120 m³/h durant 10 heures par jour (de 8h00 à 18h00).

Si on équipe ce bureau d’une bouche de ventilation avec détection de présence et estimation du nombre de personnes présentes, le débit moyen de ventilation sera ramené à 48 m³/h.

On pourrait donc s’attendre à une économie de chauffage de :

0,34 [Wh/m³K] x (120 [m³/h] – 48 [m³/h]) x
(18 [°C] – 8 [°C]) x 1 700 [h/an] / 0,7 = 594 [kWh/an]

et à une économie d’électricité pour le ventilateur de 28 kWh/an.

Dans un premier temps, il faut donc examiner si les horaires de ventilation respectent les horaires d’occupation. Une simple horloge peut soit couper les ventilateurs, soit les faire fonctionner en vitesse réduire, par exemple pour maintenir un minimum d’extraction dans les sanitaires.

Dans un deuxième temps, on peut aussi repérer les locaux à occupation importante et fortement variable (salle de réunion, bureau paysager, auditoire, …). en effet, ceux-ci peuvent éventuellement faire l’objet d’une gestion en fonction de la présence des occupants.

Pour qu’une telle régulation soit possible, il faut que les bouches de pulsion et d’extraction puissent être automatiquement fermées en fonction d’un détecteur de présence, d’une sonde CO2, d’une sonde d’humidité, …  Dans le même temps, pour que l’économie électrique soit effective, il faut que le débit du ventilateur soit régulé en fonction de la fermeture des bouches ou que le ventilateur soit déclenché par un contact d’horloge.

Financièrement, la gestion des débits de ventilation a un impact encore plus important si l’air pulsé est chauffé électriquement

Gérer

Comment gérer les débits d’air.

Pertes de charge

Dans un réseau de distribution, l’air est déplacé sous l’impulsion des ventilateurs de pulsion ou d’extraction. La consommation électrique de ceux-ci dépend de la résistance du réseau de distribution, c’est-à-dire des pertes de charge.

Exemple.
Soit un réseau de pulsion de 12 600 m³/h :

Schéma réseau de pulsion.

La pression fournie par le ventilateur permet de vaincre la résistance du réseau le plus défavorisé (de la prise d’air extérieure A à la bouche de pulsion a). Le dimensionnement de ce réseau montre que la perte de charge à vaincre se répartit comme suit :
Conduites rectilignes (35 m) 33 [Pa]
Coudes, tés, changements de section 39 [Pa]
Filtre 45 [Pa]
Prise d’air 40 [Pa]
Bouche de pulsion 50 [Pa]

On constate dans cet exemple que les conduites rectilignes ont peu de poids dans les pertes de charge totales du réseau. Par exemple, Si on considère que la perte de charge d’une conduite est d’environ 1 Pa/m (valeur courante), une bouche de pulsion (perte unitaire de 50 Pa) a une perte de charge équivalente à 50 m de conduite. Dans le même ordre d’idée, un coude a une perte de charge équivalente à 4 .. 8 m de conduite rectiligne.

Les pertes de charge dépendent donc :

du diamètre des conduits

Par exemple, réduire de moitié la section des conduits pour diminuer leur encombrement et l’investissement double la vitesse de l’air et multiplie par quatre la puissance électrique du ventilateur pour vaincre leur résistance.

De plus, les conduits rectangulaires ont une perte de charge plus importante que les conduits circulaires (plus grand périmètre pour une même section) : si on passe d’une gaine circulaire à une gaine rectangulaire dont la rapport des côtés est égal à 4, la perte de charge, donc la puissance est augmentée d’environ 30 %.

du tracé des conduites

Plus le tracé comporte des coudes, des tés, des variations de section, plus les pertes de charge seront importantes. Ce sera d’autant plus le cas si les changements de direction sont brusques et non équipés d’ailettes directionnelles.
Exemples de tracé de conduites.

>>

Pavillon à la prise d’air.

>>  

Changement progressif de section.

>> 

Placement des batteries dans des sections rectilignes suffisamment longues.

>>

Ailettes directionnelles dans les coudes.

>>

Coudes arrondis.

>>  

Bifurcation arrondie.

>>

Pas de brusque changement de direction aux abords du ventilateur.

Pas de bifurcation directement à la sortie du ventilateur.

du choix et de l’entretien des filtres

Les filtres constituent des pertes de charge non négligeables dans l’ensemble d’un réseau de ventilation. Utiliser un filtre trop performant par rapport aux besoins risque d’augmenter cette perte de charge singulière et donc la puissance du ventilateur nécessaire pour obtenir le débit souhaité.

En ventilation des bâtiments tertiaires, des filtres F7 sont généralement suffisant, les préfiltres grossiers (EU 3) n’apportent quant à eux pas d’augmentation de vie des filtres mais augmentent fortement les pertes de charge.

Lorsqu’on rentre dans une zone propre ou en environnement maîtrisé apparenté, le niveau de filtration doit être nettement plus fin tel que les filtres HEPA H13. Les pertes de charge deviennent importantes même en début de vie (250 Pa nouveau et 600 Pa en final).

Exemple.

Un filtre EU 7 a une perte de charge initiale d’environ 50 Pa, tandis que celle d’un filtre EU 8 est proche de 150 Pa Pour un débit de 36 000 m³/h (10 m³/s), le filtre EU 8 entraînera une puissance absorbée du ventilateur de :

Puissance = débit x perte de charge/rendement

= 10 [m³/s] x 150 [Pa] / 0,65 = 2 285 [W]

(0,65 = rendement global du ventilateur)

pour seulement 772 W pour le filtre EU 7.

Après un certain temps de fonctionnement (environ 3 000 heures), la perte de charge d’un filtre augmente rapidement du fait de son colmatage, ce qui a pour conséquence une diminution du débit pulsé et une diminution de la puissance absorbée par le ventilateur. On consomme donc moins, mais le débit de l’installation peut chuter en dessous d’un minimum admissible.
Lorsque le débit de ventilation doit être maintenu constant (cas des hôpitaux où une pression relative entre locaux doit être maintenue), l’encrassement des filtres va entraîner une augmentation de la consommation électrique des ventilateurs.
Exemple.

La perte de charge d’un filtre fin est de :

Filtre propre 100 Pa
Filtre sale (après 6 mois) 500 Pa

Après 4 mois de fonctionnement, la perte de charge du filtre est de 370 Pa. Si on décide de remplacer le filtre à ce moment et non pas lorsque sa perte de charge finale est atteinte, on peut réaliser une économie d’énergie de (pour un débit de 15 000 m³/h (soit 4,2 m³/s)) :

4,2 [m³/s] x ((500 [Pa] – 370 [Pa]) / 2) x 840 [h] /0,65 =  353 [kWh]

où :

  • (500 Pa – 370 Pa) / 2 = la perte de charge moyenne du filtre avec une utilisation allant de 4 à 6 mois
  • 840 h = un fonctionnement de 14 h/jour pendant 60 jours
  • 0,65 = rendement global de l’installation de ventilation 

L’économie réalisée peut être comparée au prix d’un filtre neuf.

Une gestion efficace du remplacement des filtres doit comporter un manomètre mesurant en permanence la perte de charge des filtres. Lorsque la perte de charge maximum admissible par le fabricant du filtre est atteinte, le filtre doit être changé. En outre, pour des questions d’odeur, un filtre doit être changé au minimum tous les ans.

Pertes de charge d’un filtre à poches en fonction de sa durée d’utilisation.

du dimensionnement de la prise d’air extérieure

Un sous-dimensionnement de la prise d’air extérieure sera synonyme de pertes de charge plus importantes.

Dans une installation existante, on peut repérer une prise d’air extérieure sous-dimensionnée si une quantité importante de neige, de pluie et de feuilles sont entraînées à l’intérieur de l’installation du fait de la trop grande vitesse d’air. On peut ainsi retrouver de la neige dans les filtres.


Étanchéité des conduits

Les conduits de distribution doivent être suffisamment étanches à l’air pour éviter d’insuffler de l’air inutilement dans les espaces techniques ou dans les couloirs.

Des mesures réalisées sur plusieurs bâtiments ont montré que la qualité des conduits et de leur mise en œuvre laissait fortement à désirer et ne respectent pas les critères de la norme européenne Eurovent :

Évaluation des fuites du système de ventilation de 23 bâtiments, la classe A de la norme EUROVENT étant la plus mauvaise en terme d’étanchéité
(source : Improving ductwork. A time for tighter air distribution systems. FR Carrié, J Andersson, P Wouters, AICV, UK 1999)

Il en résulte qu’en moyenne 20 % du débit d’air pulsé par un ventilateur n’arrive pas dans les locaux de destination.

Conséquences de fuites dans les réseaux aérauliques

Si le ventilateur ne compense pas les fuites :

Si le ventilateur compense les fuites :

Débits dans les locaux non respectés. Débits dans les locaux respectés mais avec des difficultés d’équilibrage.
Problèmes de qualité d’air et/ou de confort thermique non atteint. Pas d’effet sur la qualité de l’air.
Risque de gaspillage énergétique par destruction de chaud et de froid. Surconsommation du ventilateur
Surconsommation de combustible/d’électricité du groupe frigorifique.
Aspiration possible de polluants (CO, fibre de verre, …) dans les gaines d’extraction et pulsion possible de ceux-ci dans les locaux si recyclage de l’air.
Perte de performance des échangeurs de récupération par dilution de l’air extrait.

Pourtant, il existe actuellement sur le marché des produits qui garantissent une meilleure performance.

La mesure de l’étanchéité à l’air des conduits s’effectue facilement lors du montage du système de distribution d’air. Une mesure ultérieure est toujours envisageable mais des problèmes d’accessibilité se posent souvent (démontage des faux plafonds, etc.) même si, en principe, un accès doit être préservé pour la maintenance du système.

Comment évaluer l’étanchéité des conduits ?

Qualitativement : Rechercher les fuites dans un réseau en surpression (pulsion) est relativement facile. Il suffit de déposer un produit moussant sur les joints suspects.

Des traces de poussières aux raccords sont aussi des signes d’inétanchéité.

Lorsque le réseau est en dépression (extraction), il faut boucher les diffuseurs et mettre les conduits en surpression pour pouvoir appliquer la méthode précédente.

Quantitativement : La mesure consiste à isoler la partie du système à tester en obturant les différentes connexions vers les autres parties du système ou vers les locaux (bouches, …). Les conduits sont alors mis en surpression ou en dépression à l’aide d’un ventilateur. La mesure simultanée du débit de fuite (= débit fourni par le ventilateur) et de la pression dans les conduits permet de déterminer le taux de fuite du système. Cette procédure est décrite en détails dans la norme EUROVENT 2/2.

Améliorer

Rénovation partielle : amélioration du réseau de distribution.

Rendement des ventilateurs

On a vu que l’on pouvait estimer par mesure la répartition des pertes d’un système de ventilation et donc le rendement de l’ensemble moteurtransmissionventilateur. En général, plus de 50 % de l’énergie consommée sert à lutter contre les pertes de ce dernier. C’est donc un poste sur lequel il s’agit d’être attentif si l’on désire obtenir une installation énergétiquement efficace.

Cinq éléments vont déterminer la qualité énergétique du groupe de ventilation :

  • la qualité du moteur,
  • la qualité de la transmission,
  • la qualité du ventilateur,
  • la qualité du raccordement du ventilateur au réseau,
  • la qualité du mode de réglage des débits.

Il est difficile d’évaluer qualitativement un groupe de ventilation. Voici cependant quelques pistes :

  • A priori les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière ont des rendements maximum supérieurs aux ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant. Ceci ne veut cependant pas dire que tous les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant doivent être remplacés par leur homologue à aubes arrière. L’utilisation d’aubes profilées en aile d’avion et d’aspirations profilées permet les meilleurs rendements et un bruit minimum par rapport à de simples tôles pliées.

Roue de ventilateur à aubes arrière profilées en aile d’avion.

  • Une trop grande différence de section entre l’ouïe de sortie de ventilateur et le conduit dans lequel il débite entraîne des pertes de charge importante qui se traduisent par une surconsommation, ce sera le cas notamment si la sortie du ventilateur est libre dans un caisson.
Exemple.

Voici trois exemples de ventilateur débitant dans un même circuit. On voit la hauteur manométrique (image de la puissance absorbée) nettement plus importante que doit avoir un ventilateur dont l’orifice de refoulement est trop petit par rapport à la section du conduit, même lorsqu’on l’équipe d’un divergent de longueur correcte.

La surconsommation du troisième cas par rapport au premier est de 11 %.

  • Une transmission de ventilateur par courroies à un plus mauvais rendement qu’une transmission directe. Elle entraîne une perte de rendement de l’ordre de 10 %. Le rendement de transmission étant d’autant réduit que les courroies sont démultipliées, que les poulies sont petites et que la tension est mal réglée.
    On peut procéder à deux types de vérification sur un entraînement par courroies : l’alignement des poulies et la tension des courroies.
    Un défaut dans l’entraînement par courroies peut aussi se repérer par la présence d’une quantité importante de poussière de courroie dans l’installation.

Vérification de l’alignement des poulies

Vérification de la tension des courroies.

Perte de transmission avec un système de courroies.

  • Les ventilateurs avec un moteur à rotor extérieur ont également un plus mauvais rendement.
  • On a vu que la gestion des débits d’air en fonction des besoins permet une économie de chauffage/refroidissement importante. Par contre, tous les modes de réglage n’apportent pas la même diminution de la consommation électrique. Le réglage par by-pass entraîne quant à lui une augmentation de la puissance absorbée par le ventilateur. Voici l’incidence des différentes mesures visant à diminuer le débit des ventilateurs sur la puissance absorbée par le ventilateur.

Ces courbes ont été établies pour un type particulier de ventilateur. Elles ne sont donc qu’indicatives pour les autres ventilateurs. Remarquons en outre que l’utilisation d’un transformateur n’est possible que pour les moteurs bobinés.

Améliorer

Rénovation partielle : amélioration du ventilateur.

Évaluer l’uniformité de l’éclairement

Évaluer l'uniformité de l'éclairement


L’uniformité recommandée

Pour un même niveau d’éclairement du plan de travail, la première situation est nettement plus agréable que la troisième.

Un éclairement uniforme est nécessaire pour éviter d’incessantes et fatigantes adaptations des yeux et pour garantir un niveau d’éclairement suffisant quelque soit l’endroit où l’on dispose le poste de travail (ou la place de l’élève dans une classe).

Les normes recommandent une uniformité  spécifique entre les éclairements des différentes zones éclairées.

Rappelons que l’uniformité est définie comme le rapport : Emin/Emoy.

Données

 Pour connaitre l’uniformité recommandée selon la situation.

De plus, une certaine uniformité de couleur entre l’environnement et la tâche visuelle est préférable

  • entre support papier et plan de travail,
  • entre plan de travail et murs.

Comment évaluer sa situation ?

Idéalement les éclairements sont mesurés avec un luxmètre.

Dans ce cas, il est intéressant de repérer dans le local étudié quelques points représentatifs du niveau d’éclairement moyen et un point situé dans la zone la plus sombre. Le rapport des deux valeurs donne l’uniformité.

Un truc :

Ce truc est cependant à prendre avec précaution car il dépend de la répartition photométrique des luminaires et du facteur de réflexion des parois. Il n’est valable que pour des luminaires émettant uniquement leur lumière vers le bas.

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

Évaluer la consommation d’un système de climatisation à eau glacée et à eau perdue

Évaluer la consommation d'un système de climatisation à eau glacée et à eau perdue


Préalable

On prend ici un comme exemple le milieu hospitalier pour effectuer cette comparaison. Plus spécifiquement, on considère un local technique de commande, de calcul et de régulation d’un scanner se trouvant dans le local adjacent. Il pourrait tout aussi bien s’agir d’un local central de laboratoire regroupant des congélateurs, d’une banque de sang au bloc opératoire, d’une banque de lait en Maternité, …Le but est de comparer les consommations et les coûts d’un système de climatisation à eau perdue par rapport à un système de puissance équivalente à eau glacée.

On prend en compte un certain nombre de données et d’hypothèses.

Données

  • l’apport thermique des armoires électroniques est de 3.5  kW;
  • les conditions de température interne sont de 23°C et externe de 35°C;
  • le prix du kWh électrique est de 16 c€;
  • le prix du m³ d’eau de ville est de 1.5 €;
  • le scanner fonctionne 10 heures par jour, 5 jours par semaine tout au long de l’année (soit 2600 heures par an). En considérant que l’installation frigorifique

Hypothèses

Le local technique :

  • est sans apport d’air neuf;
  • est sans occupant;
  • a des déperditions dans les parois constante;
  • a des apports internes constants (les congélateurs, les banques de sang, … fonctionnent en permanence).

Climatisation à eau perdue

La figure ci-dessous représente la configuration que l’on rencontre lorsqu’on climatise un local en eau perdue.

Schéma climatisation d' un local en eau perdue.

> Les données suivantes sont tirées d’un catalogue de fabricant.

Pour une unité dont on tire 3.5 kW froid :

  • le débit d’air normal est de 550 m³/h à température ambiante de 23°C et 50 % d’humidité ;
  • le débit d’eau perdue à 15°C en entrée et 25°C en sortie du condenseur à eau perdue est de 0.136 m³/h;
  • la puissance électrique absorbée du ventilateur est de 55 W;
  • la puissance électrique absorbée du compresseur est de 850  W;
  • un COP (pour une température d’ambiance de 23°C et de 15°C d’eau de ville) de l’ordre de 4.4;
  • un COPA évalué à 2

> Calcul de la consommation annuelle pour une puissance de 3.5 kW froid

L’énergie consommée par l’équipement [kWh]

= consommation du ventilateur + consommation du compresseur

= (Puissance du ventilateur + Puissance du compresseur) [kW] x durée de fonctionnement [heure/an] x (COPA / COP)

= (0.055 + 0.85) x 2 600 x (2 / 4.4)

= 1 069 kWh/an

> Calcul de la consommation annuelle d’eau de ville

= débit [m³/h] x nombre d’heure x (COPA/COP)

= 0.136 [m³/h] x 2 600 x (2 / 4.4)

= 160 m³/an

> Calcul du coût de consommation annuel du climatiseur à eau perdue (consommation électrique + eau perdue)

Coût annuel = 1 069 [kWh/an] x 0.16 [€/kWh] + 160 [m³/an] x 1.5 [€/m³]

= 411 €/an


Climatisation à eau glacée

La figure ci-dessous représente la configuration que l’on rencontre lorsqu’on climatise un local en eau glacée.

Schéma climatisation d' un local à eau glacée.

> Les données suivantes sont tirées d’un catalogue de fabricant

Pour une cassette plafonnière dont on tire 3.3 kW froid couplée à une unité de production de 5.7 kW (l’unité la plus petite de la gamme):

  • le débit d’air normal de la cassette plafonnière est de 760 m³/h;
  • la puissance électrique absorbée du ventilateur de la cassette est de 110  W;
  • la puissance électrique absorbée par le ventilateur du condenseur extérieur est de 150 W;
  • la puissance électrique absorbée par la pompe de circulation d’eau glacée est estimée à 20 W;
  • la puissance électrique absorbée du compresseur du groupe de production à charge réduite est de 1 150  W (la puissance de l’évaporateur de la machine frigorifique s’adapte à la demande de la cassette plafonnière);
  • un COP (pour une température extérieure de 35 °C en régime 7/12°C de l’ordre de 3;
  • un COPA évalué à 1.5.

> Calcul de la consommation annuelle pour une puissance de 3.5 kW froid

L’énergie consommée par l’équipement [kWh]

= consommation (ventilateur extérieure + compresseur + ventilateur de la cassette + pompe)

= (Puissance du ventilateur extérieur + Puissance du compresseur + Puissance du ventilateur de la cassette + Puissance de la pompe) [kW] x durée de fonctionnement [heure/an] x (COPA/COP)

= (0.150 + 1.15 + 0.11 + 0.02 ) [kWh] x 2 600 [heures] x (1.5 / 3)

= 1 859 kWh/an

> Calcul du coût de consommation annuel de l’installation (consommation électrique)

Coût annuel = 1 859  [kWh/an] x 0.16 [€/kWh]

= 297 €/an

Évaluer l’efficacité énergétique des chaudières

Chaudière en coupe, lorsque le brûleur est en fonctionnement et lorsqu’il est à l’arrêt : une partie de l’énergie contenue dans le combustible consommé est directement perdue par la chaudière.


Rendement de combustion

Le rendement de combustion d’une chaudière est l’image de la transformation complète du combustible en chaleur et de la transmission de celle-ci à l’eau de la chaudière.

Ordre de grandeur

Théoriquement, une chaudière moderne performante (sans condensation) et parfaitement réglée pourrait atteindre un rendement de combustion de 93-94 %, ce qui signifie que 5 % de l’énergie contenue dans le combustible est perdue sous forme de chaleur et d’imbrûlés dans les fumées.

Dans la pratique, un rendement de combustion de 93 % peut être considéré comme très bon.

À l’inverse, on peut considérer qu’une valeur de 88 % mérite une amélioration, sachant qu’une diminution de 1 unité (1 %) du rendement de combustion équivaut, en première approximation, à une surconsommation de 1 %.

Exemple.

Une chaudière de 400 kW consomme annuellement 60 000 m³ de gaz. Une amélioration du rendement de combustion de 1 %, par un meilleur réglage du brûleur permet d’économiser 600 m³ de gaz, soit environ 420 €/an (à 0,7 €/m³ de gaz).

Pour les chaudières à condensation récentes, le rendement de combustion pourrait atteindre des valeurs théoriques de l’ordre de 108 %.% sur PCI.

Origine possible d’un mauvais rendement de combustion

Un mauvais rendement de combustion d’une chaudière peut avoir pour origine :

  • un brûleur inadapté à la chaudière,
  • un mauvais réglage du brûleur,
  • un encrassement de la chaudière,
  • un tirage trop important de la cheminée,
  • des entrées d’air parasites,
  • ou tout simplement une chaudière de conception trop ancienne.

Évaluer le rendement de combustion d’une chaudière existante

Pour les chaudières au fuel : selon la fiche d’entretien

Actuellement, suivant la PEB chauffage, l’entretien annuel des chaudières fonctionnant au fuel est obligatoire. Il doit être accompagné d’une mesure du rendement de combustion. Le résultat de cette mesure est consigné sur une fiche d’entretien dont la conservation par l’utilisateur est obligatoire.

On peut cependant émettre certaines réserves quant à l’interprétation que l’on peut faire de ce chiffre.

Premièrement parce qu’il s’agit de la mesure effectuée juste après l’entretien. Le rendement obtenu est donc souvent meilleur que le rendement moyen durant la saison de chauffe (déréglage, encrassement progressif, …).

Ensuite, la pratique montre que l’exactitude des chiffres repris sur la fiche peut parfois être discutée. Pour l’illustrer, voici deux exemples :

  • La température ambiante reprise sur la fiche est presque toujours de 20°C. Il n’est pas rare de rencontrer une température de 35°C dans les anciennes chaufferies mal ventilées abritant des chaudières et des conduites mal isolées.
  • La température des fumées est indiquée sur la fiche, alors que la buse d’évacuation ne comporte pas de trou pour permettre la prise de mesure.

Trou dans la buse de raccordement, permettant la mesure des caractéristiques des fumées.

Notons en outre qu’actuellement, selon la PEB chauffage, les chaudières fonctionnant à combustible solide et liquide sont soumises à une obligation de mesure du rendement : 1 fois par an et les chaudières à combustible gazeux 1 fois tous les 2 à 3 ans en fonction de la puissance utile du générateur.

Évaluer

Pour comprendre les termes d’une attestation d’entretien d’une chaudière fuel et interpréter les données qui y sont reprises.

Pour les chaudières gaz : selon la plaque signalétique

Dans le cas d’une chaudière gaz à brûleur atmosphérique, le débit de gaz ne peut être réglé. On peut donc rapidement estimer le rendement de combustion au départ de la plaque signalétique de la chaudière. En effet, cette dernière mentionne la puissance fournie à l’eau et la puissance fournie par le brûleur :

  • soit directement sous forme d’une puissance (« charge thermique » ou « puissance brute ») en [kW],
  • soit sous forme d’un débit de gaz en [m³/h] qu’il faut multiplier par 9,45 [kWh/Nm³] (si le gaz de référence est du G20) ou 8,13 [kWh/Nm³] (si le gaz de référence est du G25) pour obtenir la puissance en [kW].

En divisant l’un par l’autre, on obtient le rendement utile qui équivaut au rendement de combustion, aux pertes vers la chaufferie près.

Exemple.

Plaque signalétique d’une chaudière gaz atmosphérique : le rendement utile nominal de la chaudière vaut
116 [kW] / 128,2 [kW] x 100 = 90 %.

C’est en effectuant ce calcul que l’on se rend compte que des chaudières gaz atmosphériques relativement récentes (.. 1996 ..) présentent des valeurs de rendement utile relativement bas (juste égaux au minimum requis par la réglementation de 1988), de l’ordre de 86 .. 87 %. Cela s’explique par l’important excès d’air nécessaire à ce type de brûleur.

Attention, certains techniciens chargés de l’entretien des chaudières remplissent, pour les chaudières gaz atmosphériques, une attestation semblable aux attestations d’entretien des chaudières fuel. Le calcul de rendement de combustion qui y figure n’a aucune signification. En effet, il est impossible de mesurer les caractéristiques des fumées dans le coupe-tirage de la chaudière (et pourtant c’est ce que ces sociétés font), du fait du mélange des fumées avec de l’air et des turbulences présentes à cet endroit.

Pour les brûleurs gaz à air pulsé, il faut comme pour les brûleurs fuel, se fier à la fiche d’entretien.

Mesurer le rendement de combustion d’une chaudière existante

Le rendement de combustion repris sur la fiche d’entretien est une valeur instantanée prise juste après l’entretien. Cette valeur peut se dégrader dans le temps, notamment par l’encrassement de la chaudière et du brûleur, mais également par modification des caractéristiques (pression, température) de l’air comburant.

Il est donc bon, pour les grosses installations, de procéder à une ou plusieurs mesures de rendement entre 2 entretiens, par exemple, à chaque changement de saison.

Mesures

Pour visualiser les différentes techniques de mesure du rendement de combustion.

Évaluer

Pour interpréter le résultat d’une mesure de rendement de combustion.

Par exemple, la présence de suie dans la chaudière va diminuer l’échange entre les fumées et l’eau. Cela va augmenter la température des fumées, donc aussi les pertes vers la cheminée : 1 mm de suie sur la surface de l’échangeur équivaut à une perte de rendement de combustion de 4 à 8 %. On peut également prendre comme référence qu’une température de fumée supérieure de 15°C à la valeur mesurée lors du dernier entretien indique souvent un encrassement excessif de la chaudière (cela équivaut à une surconsommation de 1 .. 1,5 %).

Améliorer

Améliorer le réglage du brûleur.

Gérer

Améliorer la maintenance de la chaudière.

Améliorer

Changer le brûleur.

Pertes vers la chaufferie

Lorsque le brûleur est en fonctionnement, la chaleur de la flamme et des fumées est en grande partie transmise à l’eau de chauffage. La flamme rayonne également vers des zones qui dans les anciennes chaudières ne sont par irriguées par l’eau et qui plus est, ne sont pas toujours isolées.

Il s’agit principalement de la porte-foyer, du fond et du socle de la chaudière.

Chaudière de 1972 : la porte-foyer peu isolée dont la température de surface durant le fonctionnement du brûleur est proche de 100°C.

Malheureusement, il est difficile et souvent onéreux d’isoler une ancienne porte-foyer.

Il faut cependant retenir que la mauvaise isolation de certaines parties de la chaudière est un symbole de la vétusté et du peu de performance de celle-ci.

Ordre de grandeur

Pertes vers l’ambiance totales (pertes par parois sèches + pertes par parois irriguées) des anciennes chaudières lorsque le brûleur est en action, en pourcentage de la puissance de la chaudière.
1 : chaudière au charbon converties au fuel
2 : chaudière gaz atmosphérique
3 : chaudière fuel ou gaz à brûleur pulsé.
Source : le Recknagel.


Pertes à l’arrêt

Pertes vers la chaufferie

Entre les périodes de fonctionnement du brûleur, la chaudière perd sa chaleur vers la chaufferie.

Degré d’isolation de la chaudière

L’importance de cette perte dépend d’abord du degré d’isolation de la jaquette de la chaudière.

Les chaudières actuelles sont isolées avec une épaisseur de laine minérale d’environ 10 cm. Il en résulte des pertes vers la chaufferie négligeables (de l’ordre de 0,1 .. 0,7 % de la puissance nominale).

Il n’en va pas de même pour les anciennes chaudières où l’isolant ne dépasse parfois pas une épaisseur de 3 cm sans compter des zones qui parfois ne sont pas isolées ou équipées d’un isolant en piteux état.


Chaudière de 1979 isolée par 3 cm de laine minérale et comportant certaines zones non isolées.

Indice

On peut se faire une première idée des pertes vers la chaufferie en plaçant la main sur la jaquette de la chaudière. Si celle-ci est chaude, il est fort à parier que le degré d’isolation est faible (si le brûleur fonctionne, attention aux risques de brûlure sur les zones non isolées comme la face avant !).

Un contact avec la main permet de se faire une première idée de la qualité de l’isolation.
Références : sur les chaudières modernes non isolées, on ne sent rien et on se brûle à partir de 65°C.

Attention, il existe encore de vieilles chaudières dont l’isolant est fixé à la carrosserie et non sur le « corps » de la chaudière. Dans ce cas, il est possible que l’espace compris entre l’isolant et la chaudière soit en permanence parcouru par un courant d’air. Cela augmente fortement les pertes à l’arrêt, bien que la jaquette semble froide.

Ordre de grandeur

Mesures

Si on veut être plus précis, il est possible de mesurer sur site les pertes à l’arrêt des chaudières, en disposant d’un thermomètre de contact.

Lors d’audits énérgétiques nous avons pu effectuer différentes mesures de température sur d’anciennes chaudières (datant de 1975 à 1985). En moyenne, le pourcentage moyen des pertes mesurées tournait autour des

0,4 .. 0,6 % de la puissance nominale de la chaudière

0,5 % de pertes peut donc être considéré comme un ordre de grandeur représentatif pour les pertes vers l’ambiance d’une ancienne chaudière.

Exemple.

Une chaudière de 400 kW a des pertes vers la chaufferie de 0,5 %. Le brûleur de cette chaudière est à l’arrêt environ 4 500 heures par an. Heures pendant lesquelles la chaudière est maintenue en température.

La perte annuelle engendrée est de :

0,005 x 400 [kW] x 4 500 [h/an] = 9 000 [kWh/an] ou 900 [litres fuel ou m³ gaz /an]

Le remplacement de cette chaudière par une nouvelle chaudière ayant une perte de 0,2 % permettrait donc une première économie de 540 [litres fuel ou m³ gaz /an].

Améliorer

Réisoler la chaudière.

Influence de la température de l’eau dans la chaudière

La température de l’eau dans les chaudières influence également les pertes à l’arrêt. Ces dernières seront plus importantes si les chaudières sont maintenues à haute température toute l’année.

Ainsi, si la température de l’eau dans une chaudière varie complètement en fonction des conditions climatiques (attention, ce qui n’est pas possible pour toutes les chaudières), on obtiendrait, dans la chaudière, une température moyenne sur la saison de chauffe d’environ 43°C. Par rapport à une chaudière maintenue en permanence à 70°C, les pertes à l’arrêt sont réduites de :

1  – [(43 [°C] – 20 [°C]) / (70 [°C] – 20 [°C])] 1,25 = 62 [%]

Améliorer

Améliorer la régulation en température de la production.

Balayage du foyer

Lorsque le brûleur est à l’arrêt, tout courant d’air dans la chaudière va entraîner son refroidissement. Or l’alimentation en air des anciens brûleurs pulsés(environ, avant 1985) ainsi que les brûleurs gaz atmosphériques reste en permanence ouverte, même lorsque le brûleur est à l’arrêt. Il en résulte, par effet de tirage naturel, une perte importante vers la cheminée.

Clapet d’air fermé à l’arrêt sur un brûleur.

Indice

Il suffit de mettre la main devant l’entrée d’air du brûleur pour se rendre compte du courant d’air engendré par le tirage de la cheminée. Il est même parfois possible de voir le ventilateur d’un brûleur pulsé entraîné naturellement par celui-ci.

Ordre de grandeur

Mesures

Si on veut être plus précis, il est possible de mesurer sur site les pertes par balayage des chaudières, en disposant d’un anémomètre ou en mesurant la dépression dans la cheminée.

Ici aussi, nous avons pu effectuer différentes mesures de température sur d’anciennes chaudières (datant de 1975 à 1985). En moyenne, le pourcentage moyen des pertes par balayage mesurées tournait autour des

1 .. 1,5 % de la puissance nominale de la chaudière

Exemple.

Reprenons la chaudière de 400 kW de l’exemple précédent. Cette chaudière est équipée d’un brûleur dont le clapet d’air ne se referme pas à l’arrêt. Aux 0,5 % de pertes vers la chaufferie, viennent s’ajouter 1,5 % de pertes vers la cheminée lorsque le brûleur est à l’arrêt. La chaudière présente donc des pertes à l’arrêt totales de 2 %.

La perte annuelle engendrée est donc de :

0,02 x 400 [kW] x 4 500 [h/an] = 36 000 [kWh/an] ou 3 600 [litres fuel ou m³ gaz /an]

Le remplacement de cette chaudière par une nouvelle chaudière avec un brûleur relativement étanche à l’arrêt réduirait la perte à l’arrêt totale à 0,2 % et permettrait donc une première économie de 3 240 [litres fuel ou m³ gaz /an].

Attention, on se rend compte que le coefficient de perte à l’arrêt de la chaudière aura d’autant plus d’impact sur la consommation annuelle que la chaudière est maintenue longtemps en température, brûleur à l’arrêt, c’est-à-dire :

    • que la chaudière est
  • surdimensionnée,
  • que la chaudière est également maintenue en température en été pour produire de l’eau chaude sanitaire.

Cas particulier des chaudières gaz atmosphériques

Les chaudières gaz à brûleur atmosphérique couramment rencontrées dans les installations de petite et moyenne puissance sont des chaudières dont le foyer reste en permanence ouvert.

En théorie, cela ne devrait pas engendrer de perte par balayage importante. En effet, selon l’ARGB, les chaudières atmosphériques sont conçues pour « retomber en température » entre les demandes de chauffage. Étant froide durant les périodes d’arrêt, les pertes s’annulent. De plus, la présence d’un coupe-tirage supprime le tirage dans la chaudière si celle-ci est froide.

Ce fonctionnement idéal n’est pas cependant guère rencontré en pratique :

  • Les chaudières sont le plus souvent maintenues en température sur leur aquastat.
  • Même lorsque le fonctionnement du brûleur est directement commandé par un thermostat d’ambiance, l’inertie thermique des chaudières (qui diminue avec le volume d’eau de la chaudière) les maintient, sauf exception (installations domestiques), à une certaine température moyenne.

La perte par balayage qui en résulte est de l’ordre de 1 .. 2 % de la puissance de la chaudière.

Notons que le balayage d’air dans les chaudières atmosphériques tend à diminuer avec la technologie des brûleurs à prémélange et les nouvelles configurations de chaudière (présence d’un ventilateur d’extraction s’arrêtant à l’arrêt, évacuation des fumées par le bas de la chaudière, …). Le passage d’air à l’arrêt est fortement freiné, ce qui limite les pertes par balayage à des valeurs de 0,2 .. 0,6 %.

Attention aux brûleurs récents (après 1985)

Témoin de position du clapet d’air d’un brûleur :
clapet en position fermée et clapet en position ouverte.

Attention, posséder un brûleur récent n’est pas une garantie de suppression des pertes par balayage. En effet, le clapet d’air qui, théoriquement, devrait se refermer à l’arrêt du brûleur, ne fonctionne pas toujours correctement :

  • Si le rappel se fait mécaniquement (contre poids ou ressort), le système peut se coincer avec le temps en position ouverte.
  • Si le rappel est assuré par un servomoteur, l’alimentation électrique ne peut être coupée à l’arrêt du brûleur. Il n’est ainsi pas rare de rencontrer des brûleurs dont le raccordement électrique est mal réalisé : la commande d’enclenchement du brûleur ouvre électriquement le clapet d’air; lorsque la régulation commande l’arrêt du brûleur, l’alimentation électrique de ce dernier est coupée; le clapet d’air ne peut plus se refermer puisque le servomoteur n’est plus alimenté. Il faut donc revoir le câblage du brûleur.

Même avec un brûleur récent, il faut donc vérifier, en plaçant la main devant l’entrée d’air du brûleur, que celle-ci ne laisse pas en permanence un libre passage à l’air.

Comparaison : les chaudières actuelles

Les chaudières actuelles présentent des pertes à l’arrêt nettement moindre que les anciens modèles :

  • suppression des pertes par balayage, notamment par fermeture du foyer à l’arrêt,
  • isolation renforcée de la jaquette de la chaudière,
  • régulation de la température de la chaudière en fonction des besoins.

À titre de comparaison, voici les coefficients de pertes à l’arrêt courants (% de la puissance nominale) que l’on rencontre couramment pour les chaudières actuelles (pour une température d’eau de l’ordre de 65°C) :

  • à brûleur pulsé : 0,1 (grosses puissances) .. 0,4 % (petites puissances),
  • à brûleur gaz atmosphérique : 0,6 .. 1,3 %

On peut aussi comparer les anciennes installations aux exigences de label OPTIMAZ, pour les chaudières fuel. Pour obtenir celui-ci, le coefficient de perte à l’arrêt des chaudières fuel ne peut dépasser (pour une différence de température entre l’eau et la chaufferie de 35°C) :

  • chaudières de moins de 20 kW : 1 %
  • chaudières entre 20 et 60 kW : 0,8 %
  • chaudières entre 60 et 400 kW : 0,6 %
  • chaudières de plus de 400 kW : 0,4 %

Surdimensionnement

Le surdimensionnement de la chaudière joue un rôle important sur l’ampleur des pertes à l’arrêt

  • Plus la puissance de l’ensemble brûleur/chaudière est importante par rapport aux besoins, plus son temps de fonctionnement annuel est faible par rapport au temps d’attente de la chaudière et plus les pertes à l’arrêt prennent de l’importance sur le rendement global de la production,
  • Les pertes à l’arrêt sont fonction des caractéristiques constructives de la chaudière. Elles sont proportionnelles à sa puissance nominale,

et sur les émissions polluantes et l’encrassement de la chaudière (production d’imbrûlés au démarrage et à l’arrêt des brûleurs).

Ordre de grandeur

Le temps de fonctionnement continu d’un brûleur (mesurable à l’aide d’un chronomètre ou d’une simple montre) est un premier indice du degré de surdimensionnement de la chaudière. Dans une installation correctement dimensionnée, ce temps doit être de plusieurs minutes. On cite souvent le chiffre de :

4 minutes par cycle de fonctionnement,

comme étant un temps de fonctionnement de brûleur correct.

Attention, ce chiffre n’est évidemment qu’une référence car le temps de fonctionnement du brûleur dépend de la saison et du mode de régulation.

Évaluer

On peut approfondir cet indice en calculant le temps de fonctionnement annuel du brûleur et en comparant ce chiffre à un temps estimé correct en fonction du type de bâtiment. Cette estimation ne peut se faire qu’en connaissant la puissance du brûleur et la consommation annuelle de combustible. Pour approfondir cette méthode d’évaluation.

Présence de plusieurs chaudières

Le découpage de la puissance en plusieurs chaudières peut avoir un impact favorable sur la diminution des pertes à l’arrêt. En effet, si la régulation de l’installation est correctement réalisée, cela permet en principe de réduire le nombre de chaudières en activité, durant une bonne partie de la saison de chauffe et d’éliminer ainsi une partie des pertes.

Profil des besoins annuels d’un bâtiment dont la puissance maximale demandée est de 800 kW (climat de Uccle). Par exemple, le bâtiment demande une puissance de chauffe de plus de 200 kW pendant 4 000 h/an.
Si la puissance installée est découpée en 2 chaudières de 400 kW, la deuxième chaudière ne sera nécessaire que durant 1 140 heures sur la saison de chauffe (qui dure 5 800 heures/an)

Tout dépend cependant de la régulation de l’installation.

Exemple.

Deux chaudières de 558 kW de 1967 et 1959.

Cette installation est composée de deux chaudières de 558 kW chacune. Une seule chaudière est nécessaire pour satisfaire les besoins durant l’année entière. Bien que mise à l’arrêt durant toute la saison de chauffe, la deuxième chaudière est en permanence irriguée par l’eau de chauffage à 70°C.

Elle présente donc des pertes à l’arrêt, d’autant plus inutiles que la puissance de la chaudière n’est pas nécessaire.

Le coefficient de perte à l’arrêt des chaudières est estimé à 2,5 %. La perte à l’arrêt de la deuxième chaudière est donc de :

558 [kW] x 0,025 x 5 800 [h/an] = 80 910 [kWh/an] ou 8 091 [litres fuel ou m³ gaz par an]

Cette perte pourrait être nulle si l’irrigation de la deuxième chaudière était supprimée (par une vanne motorisée ou plus simple ici, par une vanne manuelle).

On voit donc qu’une installation comprenant plusieurs chaudières n’est efficace que si les chaudières inutiles par rapport aux besoins instantanés ne sont pas irriguées par l’eau chaude de l’installation et que l’on réalise une véritable régulation en cascade. Dans le cas contraire, on « subit » pleinement leurs pertes à l’arrêt.

Exemple.

La situation « énergétiquement » aberrante et pourtant sûrement pas exceptionnelle est un ensemble de plusieurs chaudières dont une est en panne depuis plusieurs années. Comme la puissance restante est suffisante pour chauffer le bâtiment, la réparation n’est pas effectuée. Mais la circulation est maintenue dans la chaudière à l’arrêt, entraînant une perte importante.

Mais attention, on constate cependant qu’en pratique des chaudières régulées en cascade avec fermeture d’une vanne d’isolement associée à l’arrêt de la chaudière peuvent cependant rester toute la saison de chauffe en température. D’où peut provenir ce dysfonctionnement ?
On peut citer 3 causes possibles :

  1. Les vannes d’isolement ne sont pas étanches. Pour le savoir, il suffit d’empêcher manuellement le brûleur d’une chaudière à l’arrêt de démarrer et d’observer si sa température chute.
  2. La régulation de la cascade ne tient pas compte de la température extérieure pour commander le démarrage des chaudières. Ainsi, en mi-saison, lors de la relance, le régulateur demande la pleine puissance et commande la mise en route de toutes les chaudières alors qu’une seule chaudière est nécessaire. Les chaudières qui ne serviront plus durant la journée mettront alors un temps certain pour retomber en température (fonction de leur degré d’isolation et de leur inertie thermique). Toute l’énergie contenue dans ces chaudières est perdue.
  3. La temporisation à l’enclenchement des différentes chaudières est trop faible. Ainsi quelle que soit la saison, toutes les chaudières sont susceptibles de démarrer plusieurs fois par jour, restant chaudes quasi en permanence.

Présence de brûleurs 2 allures

L’impact du surdimensionnement est également tempéré par le découpage de la puissance installée au moyen de brûleurs 2 allures ou modulants (gaz ou fuel) :

  • Le temps moyen d’un cycle de fonctionnement du brûleur augmente et son nombre de démarrage diminue puisque le rapport (puissance fournie/puissance nécessaire) est réduit, notamment en mi-saison.
  • Le temps de fonctionnement annuel total du brûleur augmente et le temps d’attente de la chaudière et les pertes à l’arrêt annuelles diminuent.
  • Le rendement de combustion du brûleur augmente puisque la puissance du brûleur diminuant par rapport à la surface d’échange, la température des fumées à la sortie de la chaudière est plus basse. Un gain de l’ordre de 2 .. 2,5 % sur le rendement de combustion peut être obtenu en première allure.

On comprendra aisément que l’utilisation d’un brûleur modulant adaptant, en continu, dans une certaine plage, sa puissance aux besoins permet d’obtenir une installation qui fonctionne presqu’en permanence, avec un minimum de démarrages et d’arrêts.

Cependant, tout dépend si une réelle régulation en cascade est appliquée. En effet, on rencontre dans la pratique :

  • Des chaudières multiples démarrent toujours en même temps quelle que soit la saison.
  • Des brûleurs 2 allures ne sont pas toujours des brûleurs à deux allures vraies, mais des brûleurs avec une plus petite allure de démarrage (le brûleur démarre en petite allure et après un certain temps passe d’office à pleine puissance).
  • Des brûleurs à deux allures vraies mais commandés par un unique aquastat, sans relais temporisé. La commande de la première allure ayant été « pontée », le brûleur passe alors d’office en deuxième allure, sans régulation de la puissance.

Fonctionnement d’un brûleur avec allure réduite au démarrage (brûleur à deux « fausses » allures).

Fonctionnement d’un brûleur 2 allures en fonction des besoins instantanés.

Dans ces trois cas, on perd l’avantage, sur la production d’imbrûlés et sur les pertes à l’arrêt, d’avoir dissocié la puissance en plusieurs allures de brûleur et/ou plusieurs chaudières, puisque c’est la pleine puissance qui est appelée systématiquement quels que soit les besoins.

Améliorer

Améliorer la régulation en cascade de la production.

Améliorer

Diminuer la puissance du brûleur.

Différentiel de régulateur trop faible

Un temps de fonctionnement trop court des brûleurs peut également être la conséquence d’un différentiel de régulateur trop petit. Cela peut être le cas sur les régulateurs électroniques dont le différentiel est réglable par l’utilisateur (voir mode d’emploi du régulateur). Celui-ci devrait être de l’ordre de 9°C, c’est-à-dire un écart de température d’eau de 9°C entre la consigne d’allumage et d’extinction du brûleur. Parfois, le différentiel réglé n’est que de 1 ou 2°C. Dans ce cas, on comprend aisément que le brûleur s’allume et s’éteint constamment.


Évaluer le rendement saisonnier de la production

L’efficacité énergétique d’une chaudière se traduit par son rendement saisonnier. Le rendement saisonnier d’une chaudière est le rapport entre l’énergie fournie annuellement à l’eau de chauffage (à la sortie de la chaudière) et la quantité de combustible consommé.

La différence entre ces deux grandeurs constitue les pertes de production.

Expression mathématique du rendement saisonnier de production

Le rendement saisonnier d’une installation de production de chaleur peut entre autres s’exprimer par la formule :

hsais = [hcomb – %qr] / [1 + qx (nT/n– 1)]

où on retrouve les différents éléments évalués ci-dessus :

  • le rendement de combustion hcomb [%],
  • le pourcentage de perte vers la chaufferie, brûleur en marche %qr [%],
  • le coefficient de perte à l’arrêt qE [.,..],
  • le rapport entre la durée de la saison de chauffe et le temps de fonctionnement annuel du brûleur NT/NB [-], image du surdimensionnement.

Ces paramètres sont parfois complexes à évaluer sur une installation existante.

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

Calculs

sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

sur base du climat moyen de St Hubert.

Objectif

On peut raisonnablement imaginer qu’il est possible d’atteindre, avec une (ou des) chaudière(s) moderne(s) performante(s), régulée(s) de façon adéquate, un rendement saisonnier de production de (pour une installation ne produisant pas d’eau chaude sanitaire) :

hsais = .. 92 .. %

Exemple.

Soit une ancienne chaudière de 600 kW sur dimensionnée de 100 % (le brûleur fonctionne durant 750 heures/an). Son coefficient de perte à l’arrêt est estimé à 2 %. La fiche d’entretien de la chaudière indique un rendement de combustion de 87 %. Les pertes vers la chaufferie, lorsque le brûleur fonctionne sont estimées à 1 %.

La consommation de cette chaudière est de 45 000 m³ de gaz par an.

Son rendement saisonnier peut être estimé à :

hsais = [87 – 1] / [1 + 0,02 x (5 800 / 750 – 1)] = 76 [%]

Le remplacement de cette chaudière par une chaudière et un brûleur moderne et redimensionnée permettrait une économie de :

45 000 [m³gaz/an] x (1 – 76 [%] / 92 [%]) = 7 826 [m³gaz/an], soit 17,4 [%]

Si l’installation le permet, il peut être intéressant de remplacer la chaudière par une chaudière à condensation. On peut alors espérer un rendement saisonnier de :

hsais = 101 % ou plus

Exemple.

Si on remplace l’ancienne chaudière du cas précédent par une nouvelle chaudière à condensation, le gain réalisé sera de :

45 000 [m³gaz/an] x (1 – 76 [%] / 101 [%]) = 11 138 [m³gaz/an], soit 24 [%]

Signalons en outre que le remplacement des anciennes chaudières par des nouvelles permet souvent de diviser par 2 à 3 les émissions annuelles de NOx (responsables entre autres des pluies acides).


Évaluer l’efficacité d’une chaudière à condensation

Posséder une chaudière à condensation n’est pas, en soi, une garantie d’efficacité énergétique optimale. Encore faut-il que cette chaudière condense réellement. Il n’est pas rare, en effet, de rencontrer des chaudières de ce type desquelles ne s’échappe qu’un fin filet de condensat. Parfois, l’évacuation vers l’égout reste désespérément sèche durant toute la saison de chauffe …

L’investissement consenti pour profiter d’un matériel performant est alors inutile.

Dans ce cas, outre la qualité intrinsèque de la chaudière, on peut mettre en cause :

Le réglage du brûleur

Un excès d’air de combustion trop important augmente la température de rosée des fumées, c’est-à-dire la température à partir de laquelle les fumées commencent à se condenser. L’énergie récupérée grâce à la condensation diminue en conséquence. Pour évaluer la qualité du réglage, il faut procéder ou faire procéder par le chauffagiste à un contrôle de combustion.

   

Rendement utile (sur PCI) d’une chaudière gaz en fonction de la température des fumées à la sortie de la chaudière et de l’excès d’air (n = 1,3 équivaut à un excès d’air de 30 %).

La conception du circuit hydraulique

La température des fumées sera la plus basse (et la quantité de condensat et l’énergie récupérée la plus grande), si le circuit hydraulique raccordé à la chaudière permet un retour d’eau le plus froid possible. Le circuit doit donc éviter tout retour direct d’eau chaude vers la chaudière : pas de soupape différentielle, pas de circuit primaire bouclé, de bouteille casse pression ou de circulateur de by-pass, …

Soupape de pression différentielle placée entre le départ et le retour d’un circuit secondaire : lorsque des vannes thermostatiques se ferment sur le circuit, la soupape s’ouvre renvoyant directement une partie de l’eau chaude vers la chaudière pour éviter que la pression n’augmente trop dans le circuit.

Certaines chaudières à condensation imposent cependant l’utilisation d’une bouteille casse-pression (chaudières nécessitant en permanence un débit minimal). Dans ce cas, il faut veiller à ce que la température de l’ensemble des circuits secondaires varie en fonction des conditions atmosphériques et que la température de la chaudière suive au plus près la température du circuit le plus demandeur. Cela peut devenir problématique si la chaudière remonte souvent en température pour produire en même temps de l’eau chaude sanitaire ou pour servir des utilisateurs demandant une température nettement plus élevée que les autres (circuit avec aérothermes, …). Alors, la chaudière ne condensera quasi pas.

Exemple de circuit hydraulique raccordé à une chaudière à condensation demandant un débit minimal permanent :

Si cette chaudière doit en même temps produire de l’eau chaude sanitaire, elle sera tenue de fonctionner un certain temps, pour ne pas dire tout le temps, à haute température. Dans ce cas, les vannes des circuits secondaires devront se refermer pour obtenir la température voulue. Le surplus d’eau chaude alors produit par la chaudière sera directement renvoyé vers celle-ci via la bouteille casse-pression. La chaudière ne condensera plus.

La régulation

Plusieurs dysfonctionnements de la régulation peuvent empêcher la condensation dans la chaudière :

Réglage des courbes de chauffe

La température de retour de l’eau vers la chaudière est conditionnée par la température demandée par les circuits secondaires. Celle-ci est le plus souvent réglée en fonction de la température extérieure au moyen d’une vannes mélangeuse et d’une courbe de chauffe. Un mauvais réglage de cette dernière peut conduire à demander une température d’eau trop élevée. Si une chaudière condense mal, il faut repérer le réglage des courbes existantes et les abaisser si nécessaire.

Exemple de courbe maximale que l’on devrait atteindre :

La courbe de chauffe réelle devrait même se trouver sous cette courbe. En effet si on prend en compte le surdimensionnement des radiateurs, une température d’eau de 70°C en plein hiver au lieu de 80° devrait être suffisante. Surtout si les radiateurs ont été dimensionnés pour un régime de température inférieur au traditionnel 90°/70°.

Attention, si les radiateurs sont équipés de vanne thermostatique, une courbe de chauffe trop élevée peut passer totalement inaperçue aux yeux des utilisateurs puisqu’aucune surchauffe ne se fera sentir. Le réglage de la courbe doit donc se faire toutes les vannes ouvertes.

En outre, lorsque l’on est en présence d’un circuit primaire avec bouteille casse-pression (comme mentionné ci-dessus), il faut vérifier que la température demandée à la chaudière est quasi semblable à la température demandée par le circuit secondaire le plus demandeur.

Régulation des brûleurs

Plus la puissance en fonctionnement du brûleur est faible par rapport à la puissance de la chaudière, plus celle-ci condensera facilement. Il faut donc vérifier que les brûleurs modulants ou les brûleurs 2 allures fonctionnent réellement en allure réduite quand les besoins sont faibles.

Si ce n’est pas le cas, il faut vérifier le paramétrage de la régulation et le raccordement correct du brûleur.

Concevoir

Les critères de performance d’une nouvelle chaudière à condensation.

Calculer le rendement saisonnier sur base de mesures

Chaudière classique

Le rendement saisonnier peut très bien être calculé au moyen de mesures effectuées à l’aide d’un compteur de chaleur sur le départ de la chaudière et d’un compteur sur l’alimentation en combustible du brûleur. Le rapport entre la production de chaleur mesurée au niveau du compteur de chaleur (kWh) et la consommation de combustible (gaz, fuel, …) exprimé en kWh donne la valeur du rendement saisonnier. Plus la période d’intégration est longue, meilleure est l’approche de la valeur réelle du rendement saisonnier, l’idéal étant une intégration sur l’ensemble de la période chauffe.

Trop souvent le rendement saisonnier est évalué suite à un audit, et ce de manière théorique. La seule façon de le déterminer précisément est de collecter les consommations mensuelles (ou en temps réel) de combustible et les consommations de chaleur.

La mesure de la quantité de chaleur produite passe donc par le placement d’un ou de compteur d’énergie :

  • En exploitation, la pose de compteurs permanents est primordiale, car elle permet, en temps réel de déterminer le rendement de chaufferie et, par conséquent, de pouvoir se rendre compte rapidement, d’une dérive des consommations. L’investissement dans ce type de compteur est très vite rentabilisé et ce d’autant plus que la puissance de la chaufferie est importante.
  • Lors d’un audit, la pose de compteurs non invasifs est intéressante, car elle permet d’approcher la valeur réelle du rendement saisonnier. On estime qu’une période de 2 semaines pendant la saison de chauffe permet d’obtenir un profil de consommation de chaleur suffisamment représentatif que l’on peut extrapoler pour une saison de chauffe.

Quelle que soit l’option prise, le placement d’un compteur d’énergie doit être réalisé par un professionnel sachant que la précision de la mesure peut être faussée juste par le choix d’un emplacement inadéquat au niveau de l’hydraulique de la production ou de la distribution. Sans y prendre garde, l’erreur de mesure peut atteindre d’ordre de 20 % pour les compteurs « non invasifs ». Pour les compteurs « invasifs », l’erreur est en moyenne de l’ordre de 1 à 2 % s’ils sont bien placés et calibrés (jusqu’à 20 % d’erreur).

ηsaisonnier =
kWh chaleur / kWh gazPCI

ηsaisonnier < 100 %

Mesures

Pour en savoir plus sur la mesure de l’énergie par compteur de chaleur.

 Chaudière à condensation

La détermination du rendement saisonnier s’effectue de la même manière qu’une chaudière classique en considérant les consommations de combustible et la mesure des consommations de chaleur. L’énergie de condensation est intrinsèque aux mesures effectuées. En d’autres termes, on peut s’attendre à obtenir des excellents rendements (voire > 100 %) si la chaudière à condensation travaille correctement.

ηsaisonnier = kWh chaleur / kWh gaz PCI

ηsaisonnier < 100 % si pas de condensation
ηsaisonnier > 100 % si condensation

Condenseur externe

Lorsque la puissance de la chaudière dépasse les 1 000-1 500 kW, pour exploiter l’énergie de condensation, on fait appel à un condenseur externe; ce qui complique le circuit hydraulique. Pour l’évaluation du rendement saisonnier en tenant compte de l’énergie de condensation, tout comme pour la chaudière à condensation, un seul compteur de chaleur bien placé est nécessaire sachant que l’énergie de condensation est intrinsèque à la mesure réalisée par le compteur de chaleur.

ηsaisonnier =
kWh chaleur < 100 % si pas de condensation /
kWh gaz PCI < 100 % > 100 % si condensation

Mesures

Pour en savoir plus sur le placement d’un compteur de chaleur.

Évaluer l’énergie de condensation sur base de mesures

Il n’est pas toujours possible de placer un compteur de chaleur sur un circuit hydraulique existant. En effet, la mesure effectuée par le compteur de chaleur non invasif (système à ultrason) n’est généralement précise que si elle est réalisée sur portion droite de conduite ; ce qui n’est pas toujours le cas dans une chaufferie.

Une manière d’évaluer le rendement de la production de chaleur est de mesurer la quantité de condensats sortant de la chaudière à condensation ou du récupérateur externe à condensation. Deux types de mesure sont assez simples à mettre en œuvre :

  • Pour les petites puissances, on peut très bien placer « un bidon » au niveau de l’évacuation des condensats et évaluer le nombre de litres d’eau condensée dans un laps de temps donné.
  • Pour les puissances plus importantes, on pourrait, avec un peu d’imagination, placer un compteur d’eau pouvant résister à une eau agressive (pH de l’ordre de 4).

Facteurs d’influence de la condensation

En théorie, la quantité de condensats formée lors du fonctionnement d’une chaudière à condensation est loin d’être négligeable. Le tableau suivant montre ce que l’on pourrait récolter comme quantité d’eau de condensation :

Pouvoir calorifique supérieur Hs (kWh/m³) Pouvoir calorifique inférieur Hi (kWh/m³) Hs/Hi Hs – Hi (kWh/m³) Quantité théorique spécifique de condensat (kg/m³)(1)
Gaz naturel LL 9.78 8.83 1.11 0.95 1.53
Gaz naturel E 11.46 10.35 1.11 1.11 1.63
Propane 28.02 25.8 1.09 2.22 3.37
Fuel domestique(2) 10.68 10.08 1.06 0.6 0.88

(1) Rapportée à la quantité de combustible.
(2)
Pour le mazout EL, les indications se rapportent au litre.

En pratique, la quantité de condensats peut varier en fonction principalement :

  • de la température des fumées ;
  • de la température du retour de l’eau de chauffage ;
  • du taux de charge de la chaudière.

Mais elle peut aussi varier en fonction du dimensionnement des échangeurs, de son efficacité, …

Quantités annuelles de condensats

Quantité théorique

Tout au long de la saison de chauffe, pour autant qu’elle soit modulante, la chaudière travaille à différents taux de charge. La monotone de chaleur exprime bien la répartition des taux de charge pendant une saison de chauffe :

Monotone de chaleur (source : Viessmann).

Travail de chauffage (source : Viessmann).

En analysant et en combinant les deux graphiques ci-dessus, en moyenne, une chaudière modulante bien régulée et alimentant un réseau secondaire maximisant un retour d’eau le plus froid possible, travaille avec un taux de charge compris entre 30 et 45 % sur la saison de chauffe.

Sur base de ce taux de charge moyen annuelle, on peut déterminer, par l’utilisation des abaques ci-dessous, le taux de condensation moyen auquel il faut s’attendre sur l’année de chauffe.

Eau de condensation générée.

La formule suivante permet de calculer la quantité théorique annuelle de condensats en fonction de la consommation de combustible :

Quantité théorique annuelle de condensats (kg) = taux de condensation théorique x Quantité théorique spécifique de condensat (kg/m³ ou kg/litre) x Quantité de combustible annuelle (m³ de gaz ou litre de fuel)

En croisant la quantité théorique annuelle de condensats et celle mesurée sur le terrain, on peut déjà se rendre compte de la situation dans laquelle on se trouve.

Exemple

Sur  base de ce qui précède et en considérant les hypothèses suivantes, il est possible de calculer la quantité théorique de condensats que l’on peut espérer récolter sur une saison de chauffe. On peut en déduire le rendement saisonnier.

Hypothèse :

  • La chaudière gaz est à brûleur modulant.
  • Le nombre d’heures de chauffe est de 6 500 heures.
  • Le taux de charge moyenne est de 37 %.
  • Le régime de température est 75/60°C ;
  • La quantité de gaz consommée sur l’année est de 20 000 m³.

Pour un taux de charge de 0.37 (37 % de la puissance nominale) :

  • La température de départ de l’eau de chauffage est de 47 °C.
  • La température de retour de  l’eau de chauffage est de 42 °C.
  • La température des fumées 42 °C.
  • Le taux de condensation est de 62 %.

La quantité de condensats récoltée est de 0.62 x 1.53 (kg/m3) x 20 000 (m³ de gaz) = 12 972 (kg d’eau).

Dans ce cas-ci, lorsqu’on s’approche de cette valeur de 12 972 litres d’eau, on peut considérer que la chaudière condense de manière optimale.

Le taux de condensation étant de 62 %, on peut considérer que 62 % des 11 % maximum disponible dans l’énergie de condensation, soit 6.8 %, représente l’augmentation du rendement saisonnier calculé sans condensation.

Le rendement saisonnier se déduit comme suit : en supposant que le rendement saisonnier sans condensation calculé soit de 97 %, le rendement saisonnier avec condensation est de 97 % + 6.8 % = 103.8 %.

Pour effectuer le calcul du rendement saisonnier (sans condensation) de l’installation :

Calculs

sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

 sur base du climat moyen de St Hubert.

Quantité réelle

Une autre manière de procéder est de recalculer le taux moyen réel de condensation par la formule suivante :

Taux de condensation annuel (%) =
Quantité de condensats mesurée (kg) x 100 / Quantité de combustible annuelle (m³ de gaz ou litre de fuel) x Quantité théorique spécifique de condensat (kg/m³ ou kg/litre)

Cette valeur du taux de condensation annuel est une image de l’amélioration du rendement saisonnier de l’installation due à la condensation.

Exemple

Hypothèse :

  • La quantité théorique spécifique de condensat pour le gaz est de 1.63 kg/m³.

Mesures

  • La quantité de gaz consommée sur l’année est de 20 000 m³.
  • La quantité de condensats récoltée sur l’année est de 10 000 kg.

Le taux réel de condensation annuelle est de 10 000 kg de condensats x 100 / (20 000 (m3 de gaz) x 1.53 kg/m3) est de 32 %.

La valeur théorique maximum du taux de condensation étant pour le gaz par exemple de 11 % (correspondant à 1.53 kg/m³), 0.32 x 11 % =  3.53 % représente l’amélioration du rendement saisonnier de l’installation.

Pour effectuer le calcul du rendement saisonnier (sans condensation) de l’installation :

Calculs

sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

 sur base du climat moyen de St Hubert.

Une valeur de 97 % sur PCI de rendement saisonnier sans la condensation issue du calcul donne une valeur du rendement saisonnier avec condensation de 97 % + 3.53 % = 100.53 % sur PCI.

Évaluer la motivation des décideurs

Évaluer la motivation des décideurs


Ils sont si peu motivés !… Pourquoi ?

La motivation humaine est un processus fort complexe. Nous allons tenter de la décortiquer pour comprendre son fonctionnement.

Il faut d’abord voir la motivation comme le résultat d’un processus et pas comme son préalable. La démotivation est, elle aussi, le résultat d’une situation et d’une manière de la vivre. Peu de gens sont des démotivés de naissance ! Mais la motivation « spontanée » des individus à l’économie d’énergie n’existe pas : elle est plus le résultat du dialogue à instaurer volontairement que le préalable à l’instauration de nouvelles habitudes.

Ensuite, on peut dire que la motivation, c’est la VIE :

  • Valence
  • Instrumentalité
  • Expectation

Les trois éléments doivent être présents pour que la motivation s’installe. Plus encore, VIE fonctionne comme un produit : cela veut dire que si pour un des termes on a une valeur égale à 0, la motivation est, elle aussi, peu probable.

VIE, c’est pratique pour retenir, mais les mots sont un peu barbares. Reprenons donc chaque terme et voyons ce qu’il y a derrière.

VALENCE :

C’est la valeur que l’on accorde à l’action demandée. La valence, c’est le jugement de valeur que l’on porte sur la conduite ou sur ce qu’elle permet d’atteindre. Si ce qu’on nous demande est important pour nous ou nous permet d’atteindre quelque chose d’autre qui est important pour nous, nous nous motiverons pour l’action. Par exemple : faire de l’URE par solidarité, pour éviter la déresponsabilisation, que nous considérons comme négative … Rien n’est en fait important ou pas important en soi : ça dépend des valeurs de chacun.

INSTRUMENTALITÉ :

On peut facilement remplacer ce terme par OBJECTIF. On se motive plus pour une tâche si on comprend pourquoi on nous la demande. On se motive plus encore pour cette tâche si on est d’accord avec ces raisons et surtout si on a pu participer à leur élaboration. L’action demandée est plus motivante si elle nous permet d’atteindre un autre objectif au-delà de ce qui est demandé. Par exemple, dans une école, un professeur peut se motiver pour l’URE si la conduite qui lui est demandée dans ce cadre (relever des compteurs, élaborer des affiches …) lui permet d’atteindre d’autres objectifs pédagogiques ou que ça rentre facilement dans un de ses cours.

EXPECTATION = CONFIANCE EN SOI :

Les humains se motivent s’ils sont persuadés que ce qu’on leur demande est possible pour eux. L’expectation, c’est l’image que l’on a de soi et de ses possibilités d’atteindre ou non le résultat demandé. Tout le monde sait que si on se croit incapable de faire quelque chose, on arrive rarement à le faire. En matière d’URE, vous allez reconnaître un niveau d’expectation très bas quand les gens vous diront : « Je ne peux pas faire la police tout le temps, ce n’est pas mon rôle, je ne suis pas payé pour ça … », on se rend incapable de réaliser l’action demandée.

Prenons un exemple complet. Un utilisateur d’énergie peut se motiver pour réduire sa consommation d’énergie en fermant tous les interrupteurs si :

  • Instrumentalité : il sait pourquoi on lui demande de le faire (par exemple, on lui a donné en même temps les chiffres de consommation et dit combien son geste pouvait permettre d’économiser par jour, ou si on lui donne à connaître les lois sur la diminution des émissions de CO2 et en quoi son geste peut y participer, ou …)

et

  • Expectation : il se sent capable de le faire : par exemple, c’est sous son entière responsabilité, ou il se sent capable de persuader les autres personnes utilisatrices des infrastructures

et

  • Valence : c’est important pour lui la diminution du CO2 parce qu’il pense aux générations suivantes, l’environnement est une valeur pour lui, il pense qu’éviter le gaspillage, c’est bien …

Gérer

Pour agir et organiser une campagne de sensibilisation.

Leurs décisions sont illogiques !… Pourquoi ?

La « logique » des décisions m’échappe. Leurs décisions sont prises en dépit du bon sens : ils achètent des équipements en fonction du budget disponible et des urgences et pas des économies d’énergie. Pourquoi les décideurs sont-ils si incohérents ?

Une analyse de la situation vous permet de comprendre le problème à partir de la « logique » de quelqu’un d’autre.

Cette analyse augmentera la chance d’atteindre vos objectifs. Constater est insuffisant, il faut aussi agir. L’analyse est parfois paralysante : ne vous laissez pas piéger par le fait que ce que vous découvrez est « normal ». Le changement dans une organisation passe par la volonté de certains acteurs d’atteindre des objectifs, en surmontant les obstacles liés à l’organisation ou aux comportements divergents des acteurs.

Toute organisation est traversée par des rationalités diverses (économique, technique, juridique, politique, sociale, psychologique …) liées à des intérêts divergents et complémentaires d’acteurs internes et externes à l’institution. De plus, les acteurs à l’intérieur des organisations poursuivent des objectifs qui leur sont propres.

Les décisions de ceux qui ne poursuivent pas les mêmes objectifs que nous nous apparaissent souvent comme illogiques. De plus, nous percevons comme irrationnels des comportements ou des décisions dont nous ne pouvons admettre la logique.

Mais à peu près tous les humains recherchent une cohérence interne SUBJECTIVE. Si nous nous interrogeons sur la « logique » de quelqu’un, c’est la sienne qu’il faut rechercher !

Les décideurs sont aussi « incohérents » parce que leurs critères de décision ne sont pas les vôtres !

Les responsables énergie sont rarement les décideurs. Ils ont tendance à considérer que les critères de décision les plus pertinents sont ceux qu’ils élaborent en prenant en considération leurs propres contraintes et ressources. Ils omettent parfois le point de vue d’autres acteurs notamment ceux qui doivent prendre les décisions. Dans une pareille situation, quand les points de vue ne sont pas considérés comme complémentaires par le décideur, il y aura nécessairement perception d’une « incohérence » par le responsable énergie.

Influencer les décideurs grâce à des projets bien pensés, c’est-à-dire, jouer un rôle d’aide à la décision, fait partie de la fonction de la plupart des responsables énergie, mais souvent « on » a omis de le leur dire.

Il est important aussi de se rappeler qu’à l’intérieur d’une organisation, ce sont des hommes qui prennent des décisions et pas « un pouvoir » impersonnel. Rétablir la personne derrière ce concept de « pouvoir » permet de mieux réfléchir des stratégies pour la convaincre du bien-fondé d’un projet.

Gérer

Pour agir et surmonter son propres découragement.

Gérer

Pour agir, faire entendre son avis et convaincre la hiérarchie.

Tout est bloqué !… Pourquoi ?

Tout se bloque quand le projet n’a plus d’importance pour les personnes chez qui il se trouve ou si d’autres priorités viennent gommer l’importance du dossier.

Les blocages sont fait d’un mélange d’éléments aléatoires, intentionnels et inconscients :

  • l’aléatoire par nature nous échappe;
  • l’intentionnel est lié aux objectifs des acteurs;
  • l’inconscient quant à lui peut s’expliquer notamment en prenant comme cadre de référence les buts de mission et de système et le fonctionnement du processus du pouvoir.

Toute institution remplit une fonction dans la société ; elle poursuit des « buts ». Certains sont officiels et donc clairement exprimés. D’autres ne sont pas explicités mais ont quand même une influence sur le fonctionnement de l’organisation. Mintzberg établit deux catégories de buts poursuivis dans une institution : les buts de mission et les buts de système.

Les buts liés à la mission décrivent la vocation externe de l’institution. Ils sont la raison d’être de l’organisation. Par exemple, le but de mission d’une école, c’est l’éducation des jeunes. Les buts déclarés sont le plus souvent des buts de mission. Ils sont généralement exprimés en termes vagues et imprécis. Ils sont donc sujets à diverses interprétations à l’intérieur et à l’extérieur de l’institution, ce qui peut être à l’origine de bien des conflits et des blocages.

Les buts liés au système sont ceux que l’institution poursuit pour assurer son existence et son développement. Ils concernent directement l’organisation et son personnel. Ces buts peuvent être la survie (but minimal), la croissance, le contrôle de son champ d’action, une utilisation efficiente des ressources. Ils existent dans toutes les organisations, mais ils ne sont pas toujours explicites ou conscients. Ils sont pourtant fondamentaux pour que l’institution puisse poursuivre des buts de mission.

La gestion de l’énergie, c’est typiquement un but de système. En effet, comme d’autres départements (comptabilité, personnel…), le Responsable Énergie apparaît comme « auxiliaire » par rapport aux fonctions de ceux qui travaillent directement à la réalisation des buts de mission (les professeurs dans une école, le bourgmestre dans une commune, les agents de la production dans une usine).

On découvre l’importance des buts de système quand justement ils ne sont pas atteints. Quand tout fonctionne bien, on a tendance à les ignorer (ainsi que ceux qui y contribuent).

Dans beaucoup d’organisations, les buts de mission, les impératifs économiques et les objectifs des acteurs sont les critères les plus importants pour prendre des décisions.

Évaluer la consommation des imprimantes

Évaluer la consommation des imprimantes


Puissance en fonction du mode

Pour différents types d’imprimante, le tableau ci-dessous montre les puissances dissipées en mode « impression » et en mode « veille/attente » :

Type d’imprimante Puissance moyenne [W]
(
ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode « veille/attente » Mode « impression »
Jet d’encre économique 10/6 ppm*
5
22
**Duplex jet d’encre économique, 10/6 ppm
5
25
Laser économique, 20 ppm N/B***
6
300
Laser, 22 ppm N/B
6
500
Duplex Laser, 22 ppm N/B
6
500
Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
145
655
Duplex Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
145
655
Laser couleur économique, 16/4 ppm, 600 dpi
18
300
Duplex Laser couleur commun, 22/22 ppm, A3
50
560
MFD économique 10/6 ppm
5
25
MFD + fax, 12/6 ppm
10
30
Duplex multifonction, 12/6 ppm
5
35
Laser multifonction N/B 15 ppm
15
300
Duplex Laser multifonction 25 ppm/70 scan ppm
0,5
25
*ppm : vitesse en pages par minute.
**Duplex : impression recto-verso.
***N/B : noir et blanc.

Ou encore sous forme graphique.

On constate que :

  • Le gros consommateur d’énergie est l’imprimante laser. Sa consommation d’énergie dépend de deux paramètres :
    • la présence d’un four pour permettre l’impression du toner,
    • la vitesse d’impression.
  • Plus la vitesse est importante, plus la température sera élevée et donc la puissance sera importante.

Consommation énergétique annuelle

Des campagnes de mesure (sur environ 150 appareils par type d’imprimante) ont indiqué, qu’en fonctionnement, une imprimante laser (type A4) absorbe, en moyenne, une puissance de 278 W; une imprimante à jet d’encre (type A4), une puissance de 53 W.
Cette même campagne a indiqué une consommation annuelle moyenne de 159 kWh pour une imprimante laser et de 60 kWh, pour une imprimante à jet d’encre.

Sur base des données fournies par ouverture d'une nouvelle fenêtre ! Energy Star, pour les types d’imprimantes repris ci-dessous, on calcule les consommations électriques moyennes annuelles spécifiques par 10 000 copies, en fonction :

  • Des puissances dissipées en mode « impression » en tenant compte de la cadence d’impression (ppm : nombre de pages par minute),
  • des puissances dissipées en mode « veille/attente » pendant le reste de l’année (8 760 heures – heures d’impression).

Soit les résultats suivants :

Type d’imprimante Consommation moyenne annuelle [kWh/an.10 000 pages]
(
ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Jet d’encre économique 10/6 ppm*
44,15
**Duplex jet d’encre économique, 10/6 ppm
44,22
Laser économique, 20 ppm N/B***
55,01
Laser, 22 ppm N/B
56,30
Duplex Laser, 22 ppm N/B
56,30
Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
1272,86
Duplex Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
1272,86
Laser couleur économique, 16/4 ppm, 600 dpi
162,38
Duplex Laser couleur commun, 22/22 ppm, A3
441,86
MFD économique 10/6 ppm
44,22
MFD + télécopieur, 12/6 ppm
87,97
Duplex multifonction, 12/6 ppm
44,36
Laser multifonction N/B 15 ppm
134,57
Duplex Laser multifonction 25 ppm/70 scan ppm
4,54
*ppm : vitesse en pages par minute.
**Duplex : impression recto-verso.
***N/B : noir et blanc.

Sous forme graphique.

Les conclusions qui sautent aux yeux sont :

  • Sur une année, les consommations dues à l’impression sont très faibles par rapport à celles dues au mode « veille ».
  • Les consommations des imprimantes laser sont nécessairement plus importantes.
  • Les imprimantes partagées en réseau sont très gourmandes énergétiquement. Il est vraiment nécessaire de maîtriser les consommations de nuit et de WE (par des horloges par exemple).

Évaluer l’état de l’isolant thermique

Évaluer l'état de l'isolant thermique


Humidité excessive, inondation

Une forte teneur en humidité de l’isolant dégrade de manière importante son coefficient de conductivité thermique  λ.

Évolution de la conductivité thermique λ en fonction de l’humidification en volume de l’isolant

sec 10 % 20 % 50 %
W/mK W/mK W/mK W/mK
MW Laine minérale 0.044 0.123 0.161 0.315
CG Verre cellulaire 0.050 impossible impossible impossible
EPB Perlite expansée panneaux 0.055 0.091
PUR Polyuréthanne 0.029 0.049 0.16
EPS  

Polystyrène expansé

0.045 0.06 0.14
XPS  

Polystyrène extrudé

0.038 0.052
ICB  

Liège

0.050 0.063 0.087 0.12

NB : Les valeurs de λ sec sont celles des matériaux isolants certifiés connus d’après leur nature, reprises au tableau 89 de l’Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014.

Certains isolant sont étanches à l’eau de par leur nature (exemple XPS).

Ils peuvent cependant s’humidifier par condensation interne. Dans le cas d’une toiture plate inversée, l’isolant est cependant accessible et peut être vérifié sans démonter l’étanchéité.

Le verre cellulaire (CG) ne peut se gorger d’eau. En cas de défaillance de l’étanchéité, la zone mouillée est très limitée. Il faut cependant vérifier si dans cette zone l’isolant n’a pas été altéré par le gel.

L’humidité (qui peut provenir soit d’une défaillance de l’étanchéité, soit d’une défaillance du pare-vapeur) peut aller jusqu’à l’engorgement complet de l’isolant.

Lorsque l’isolant d’une toiture chaude a été compartimenté, une inondation due à une défectuosité locale de l’étanchéité se limitera au compartiment atteint.

Concevoir

Pour savoir comment compartimenter l’isolant.

Dès que l’isolant est mouillé, il est très difficile, voire impossible, de l’assécher surtout lorsqu’il est enfermé dans des couches étanches (exemple toiture chaude).

L’humidité de l’isolant peut se repérer à travers la une membrane d’étanchéité ou un cimentage à l’aide d’un scanner, d’une thermographie infrarouge ou hygromètre électronique.

 

Scanners TRAMEX servant à détecter  l’eau sous l’étanchéité.

Dans la plupart des cas, seul un sondage destructif (et réparable) jusque dans la couche isolante, permet de déterminer exactement l’ampleur du désordre.

Isolant détrempé.

Un isolant noyé doit être remplacé !


Déformations

Cas des toitures plates

Une observation de la surface de la toiture chaude permet de détecter une déformation de l’isolant.

Les déformations peuvent être dues au vieillissement de l’isolant, aux différences de température, à l’humidité.

Les panneaux se contractent, se dilatent ou se galbent.

Dilatation de la face supérieure de l’isolant par la chaleur.

Contraction de la face supérieure de l’isolant par le froid.

Ces déformations peuvent amener des tensions dans la membrane d’étanchéité, créer des vides sous l’isolant, provoquer des zones de stagnation de l’eau de pluie, provoquer des ponts thermiques (***lien à rediriger).

L’isolant est déformé sous la membrane d’étanchéité, provoquant ainsi des vides entre l’isolant et le support, des zones de stagnation au-dessus de l’étanchéité des contraintes mécaniques dans l’étanchéité et probablement un affaiblissement important de l’accrochage.

L’isolant s’est déplacé sous l’effet de dilatation et contractions thermiques consécutives.


Tassements

Cas des façades

Dans les premiers murs creux réalisés, les isolants placés n’étaient parfois pas adaptés à l’usage qui en était fait (isolant en rouleau pour toiture inclinée beaucoup trop souple) ou étaient insuffisamment ou mal fixés. Avec le temps l’isolant se tassait dans le bas du creux en laissant un vide dans le haut de celui-ci. L’humidité accidentelle de l’isolant pouvait aussi aggraver le phénomène. L’interruption de l’isolant ainsi provoquée crée l’apparition de ponts thermiques parfois très graves.

Une thermographie IR du mur en hiver permet de diagnostiquer le phénomène. Un sondage destructif permet l’accès à l’isolant et la détermination des causes exactes.


Ponts thermiques

Certains ouvrages de raccord ou de rives peuvent avoir été mal réalisés sans respect du principe de continuité de la couche isolante.

Les ponts thermiques (*** lien  à éditer !) dans les toitures plates proviennent d’une interruption de l’isolant, d’une dégradation locale de celui-ci, ou de joints vides entre panneaux isolants qui se sont rétractés.

La neige sur la membrane d’étanchéité a fondu aux endroits où ,sous l’effet du retrait, les panneaux isolants se sont écartés les uns des autres, provoquant ainsi des ponts thermiques.

Évaluer

Pour savoir comment repérer les ponts thermiques.

Améliorer

Pour savoir comment corriger les ponts thermiques.

Lorsque les défauts sont généralisés, il faut envisager le remplacement complet de l’isolant.


Écrasement

La résistance à l’écrasement varie d’un isolant à l’autre.

Lorsque la toiture ou un plancher isolé par le haut a été soumis à des charges ponctuelles importantes, à ces endroits, l’épaisseur d’un isolant souple peut avoir été réduite. Lorsque l’isolant est dur, il peut s’être rompu.

Ces désordres localisés doivent être réparés et leurs causes supprimées.

La membrane s’est déchirée suite à l’écrasement local de l’isolant.


Fragilisation par rapport à la délamination et au pelage

Tous les matériaux isolants utilisés en toiture plate résistent suffisamment à la délamination.

En vieillissant, certains d’entre eux se fragilisent (splitting) et l’accrochage de la membrane d’étanchéité n’est plus assurée.

Des tests d’arrachement permettent de déterminer si la résistance au vent est encore suffisante.
Si ce n’est pas le cas l’isolant doit être refixé mécaniquement, ou remplacé si ce mode de fixation n’est pas possible en raison de la nature de l’isolant ou du support.

Les effets du vent sur un complexe « isolant-étanchéité » fragilisé ou mal fixé peuvent être spectaculaires.

Repérer une consommation réactive anormale

Repérer une consommation réactive anormale


En régime de tarification Haute Tension, une consommation réactive trop élevée entraîne l’application d’une pénalité financière par le distributeur. Le seuil est fixé par la valeur du cos phi qui doit rester > 0,9. Cette valeur est indiquée sur chaque facture mensuelle, dans le coin inférieur gauche.

Le placement d’une batterie de condensateurs de compensation s’impose alors, sans autre forme de calcul !

Production électrique 

Pour en savoir plus sur le choix d’une batterie de condensateurs.

En effet, la pénalité est telle que l’investissement dans le placement des condensateurs sera amorti en moins d’un an…
Le relevé de l’évolution annuelle du cos phi fournit des indications complémentaires :

  • Sur l’origine des consommations réactives.
    Exemple : l’éclairage est plus important en hiver qu’en été tandis que les moteurs sont généralement d’usage plus permanent. Une augmentation de la consommation réactive en hiver pourra être imputée à l’éclairage (lecture des kVARh sur les factures mensuelles).
  • Sur une anomalie de fonctionnement de la batterie de condensateurs déjà installée.
    Attention : depuis quelques années, le distributeur place des compteurs qui relèvent aussi bien le réactif inductif que le réactif capacitif, et c’est la somme des deux valeurs qui entrera dans le calcul de la pénalité. Dès lors, si vous avez placé jadis une batterie de condensateurs fixes, et que celle-ci est probablement surdimensionnée par rapport aux besoins en heures creuses (la nuit, le week-end, …), vos condensateurs pomperont plus de courant réactif que nécessaire (autrement dit, la correction est trop forte). Avec les nouveaux compteurs, vous êtes pénalisé. Le placement d’une batterie automatique (avec une régulation qui adapte le nombre de condensateurs en jeu aux besoins) est alors impératif.

Évaluer l’efficacité énergétique de la gestion de l’électricité

Évaluer l'efficacité énergétique de la gestion de l'électricité


L’utilisation des appareils est-elle déplacée autant que possible en dehors des heures de pointe ou vers les heures creuses ?

L’utilisation des appareils en dehors de la période où a lieu la pointe quart-horaire permet de diminuer le montant de la facture électrique. Il est encore plus intéressant de déplacer leur utilisation vers les heures creuses. On bénéficie alors d’un prix plus avantageux pour le kWh.

Évaluer

Pour comprendre la logique tarifaire du distributeur – Haute Tension.

Évaluer

Pour comprendre la différence entre heures creuses et heures pleines.

Gérer

Cette gestion peut se faire soit par sensibilisation, soit par horloge. Si vous voulez en savoir plus sur la sensibilisation des utilisateurs.

En liaison chaude

En liaison chaude, les opérations de préparation et de cuisson se suivent « juste » avant le service à table. Il n’y a pas de choix possible quant au moment de l’utilisation des appareils de cuisson, de ventilation et a fortiori de ceux de conservation. Par contre le choix est laissé pour le moment d’utilisation des lave-vaisselle.

En liaison froide

L’un des avantages de la liaison froide est de pouvoir dissocier dans le temps la consommation et la fabrication.

Seul le choix du moment de l’utilisation des appareils de conservation et de remontée en température ne peut être laissé à l’appréciation du gestionnaire de la cuisine. Le décalage de l’utilisation des appareils de cuisson (et donc de ventilation), des cellules de refroidissement ou de congélation rapide et des lave-vaisselle en dehors des heures de pointe ou, mieux, dans les heures creuses, est tout bénéfice pour votre facture électrique.


Les appareils électriques sont-ils délestés ?

Lorsqu’il n’est pas possible de déplacer l’utilisation des équipements en dehors des heures de pointe, un délestage des appareils permet de limiter la pointe quart-horaire facturée par le distributeur d’électricité.

Le délestage consiste à arrêter ou à réduire automatiquement la puissance d’un ou plusieurs équipements, pendant quelques instants sur le 1/4 d’heure critique.

Les appareils qu’il est possible de délester varient fortement selon les fabricants et selon le type de délesteur.

Selon certains fabricants, il existe 3 types d’appareils dans une cuisine collective :

  • Les appareils dont l’importante inertie thermique permet de supporter des coupures d’alimentation plus longues (5 minutes au maximum) tels que marmites, bains-marie, armoires chauffantes, etc., ainsi que les installations frigorifiques.

Selon d’autres, tous les appareils d’une cuisine collective, sauf les fours à micro-ondes peuvent être délestés. Mais dans ce cas, le délesteur doit permettre des temps de coupure très courts (quelques secondes) et doit permettre un « dialogue » entre lui-même et l’appareil lui permettant de ne pas couper une résistance pendant une phase de montée en température.

Selon les fabricants, le délestage permet de diminuer la pointe quart-horaire de 30 % de la puissance gérée multipliée par son coefficient de foisonnement.

Puissance de délestage
=
(puissance non gérée x coefficient de foisonnement de la charge non gérée) + (puissance gérée x coefficient de foisonnement de la charge gérée x coefficient de foisonnement de délestage).

Où :

  • coefficient de foisonnement de délestage = 0.7

Évaluer les consommations d’un local de bureau

Évaluer les consommations d'un local de bureau

Note : la consommation d’un immeuble de bureaux est très variable, surtout selon son niveau d’équipement intérieur. Les chiffres donnés ci-dessous sont approximatifs mais donnent une vue moyenne de l’origine des consommations. Si les valeurs choisies sont discutables, la consommation totale par m² est conforme à la consommation moyenne des bâtiments construits récemment.


L’hiver s’arrête par 11°C extérieur

Le « volume-type » d’un occupant

Schéma "volume-type" d'un occupant - 01.

Un occupant dispose en moyenne de 10 m² dans un immeuble de bureaux.

Schéma "volume-type" d'un occupant - 02.

Suite à une hauteur moyenne sous plafond de 3 m, il vit dans un volume de 30 m³.

Schéma "volume-type" d'un occupant - 03.

Pour assurer la qualité hygiénique de l’air respiré par l’occupant, 30 m³ d’air neuf lui sont apportés chaque heure.

Le bilan thermique d’une journée par 11° extérieur

Partons d’une journée où il fait 11°C à l’extérieur, en moyenne jour-nuit. La température intérieure moyenne est de 20°C (21°C en journée et 19°C la nuit).

Quelles seront les déperditions du local ?

Schéma "volume-type" d'un occupant - 04.

Supposons le local situé sous la toiture. Il faut chauffer l’air de ventilation, et vaincre les pertes de chaleur par la fenêtre et par les parois (delta moyen de T° de 9 K) :

  • La puissance de chauffe liée à la ventilation sera de 92 W
  • Les déperditions de chaleur liées aux parois seront de 117 W

(On a supposé ici que les échanges avec les autres locaux adjacents sont nuls, parce qu’ils sont à même température que le local lui-même).
Soit une demande de chaleur totale de 209 Watts x 24 heures = 5 kWh.

Quels sont les apports thermiques ?

L’éclairage, l’ordinateur et l’occupant lui-même génèrent 350 W mais durant 8 heures, soit un apport journalier de 350 Watts x 8 heures = 2,8 kWh.

Un apport solaire moyen hivernal de 0,7 kWh/m².jour, ce sont 2,2 kWh de chaleur qui entreront par les vitrages.

On constate qu’il y a équilibre entre les apports et les pertes. Le système de chauffage pourra s’arrêter.

Schéma équilibre entre les apports et les pertes.

On en conclut :
  • La température d’équilibre du local sera de 11° extérieur.
  • Les 200 jours de l’année où il fait plus froid, du chauffage devra être apporté.
  • Les 165 jours de l’année où il fait plus chaud, un rafraîchissement devra être trouvé.

Mais des surchauffes peuvent apparaître dès 6°C extérieur

Dans le paragraphe précédent, l’équilibre est établi entre 8 heures d’apports et 24 heures de pertes de chaleur. Cela suppose une bonne inertie thermique du local, pour stocker les apports puis les redistribuer sur 24 heures, et lisser ainsi les pointes de chaleur.

En réalité, dès 6° extérieur, l’équilibre instantané des puissances apparaît : l’occupant apporte par son activité 350 Watts… qui compensent tout juste les 350 Watts de déperditions. Si le local dispose de tapis pleins, de faux-plafonds, de cloisons légères, … le moindre rayon de soleil entraînera une surchauffe intérieure.

Deux considérations peuvent encore diminuer la température d’équilibre :

  • Si la ventilation est coupée la nuit, le bâtiment ne pourra plus se décharger de ses apports de chaleur.
  • Pire, si l’air de ventilation est apporté par un réseau d’air pulsé, le groupe de traitement d’air l’aura préchauffé à 21°C pour le confort de pulsion dans l’ambiance. Mais il ne jouera plus son rôle de refroidisseur…

Quel est le bilan hivernal ?

Analysons les entrées et les sorties de chaleur durant les 200 jours où la température est inférieure à 11°C.

La température moyenne extérieure équivalente est alors de 5,4°C (sur base d’une année type moyenne à Uccle).

La consommation de chauffage du local (chauffage de l’air neuf compris) est donnée par :

23 W/K x 200 j x 24 h/j x (20 – 5,4) K / 1 000 Wh/kWh = 1 612 kWh

Durant cette période, les apports solaires moyens par les 4 m² de vitrages seront de 448 kWh.

Les apports internes liés à la présence et à l’activité de l’occupant seront de 400 kWh.

La demande finale de chauffage est donc estimée à :

1 612 – 440 – 400 = 772 kWh, soit 77 kWh/m²

En admettant un rendement d’exploitation de 80 % de l’installation de chauffage, on obtient une consommation annuelle de : 77 / 0,8 = 96 kWh/m², soit environ 10 litres de fuel au m².


Quel est le bilan estival ?

Hypothèses

Le bilan estival est plus complexe, parce qu’il est fortement dépendant de l’inertie du bâtiment et de sa capacité à se « décharger » la nuit de la chaleur accumulée pendant la journée. Nous allons prendre ici 2 options simplificatrices (rappelons que nous cherchons ici une vue d’ensemble globale) :

  • Les échanges thermiques par les parois opaques en été sont jugés négligeables dans une première approximation, vu la bonne isolation et le faible écart de température entre intérieur et extérieur. De plus, sur l’ensemble de l’été, les échanges positifs et négatifs se compensent partiellement, notamment suite à l’effet du soleil sur les parois opaques.
  • Le besoin de rafraîchissement de l’air de ventilation lorsque celui-ci dépasse 24°C est également jugé négligeable puisque la température extérieure dépasse 24°C uniquement durant 130 heures par an, et avec un très petit delta T°.

Résultats des estimations

Le système de refroidissement doit évacuer durant les 165 jours « d’été » :

  • 330 kWh de chaleur interne produite par l’occupant et son activité,
  • 581 kWh de chaleur apportée par le soleil.

Un léger rafraîchissement est apporté par l’air neuf lorsqu’il est pulsé dans le local et que celui-ci est en demande de refroidissement. L’air extérieur est donc rafraîchissant lorsqu’il est entre 11 et 23°C. Cela génère un apport de froid de 73 kWh/an.
Le bilan d’été total s’établit :

330 + 581 – 73 = 838 kWh/an

Ou encore une demande de refroidissement de 84 kWh/m².

Si une installation de réfrigération est installée, un COP de 3 peut être choisi (auxiliaires compris) et la consommation électrique liée au refroidissement est alors estimée à :

84 kWh/m² / 3 = 28 kWh/m²

Remarques.

  • Traditionnellement, on sait que la puissance frigorifique installée est de l’ordre de 100 W/m². À noter que la règle de bonne pratique se vérifie : consommation frigorifique = 800 heures x puissance installée.
  • Si des stores sont placés, la consommation liée aux apports solaires peut diminuer des 2/3. La consommation descend alors à 22 kWh/m² et la puissance installée descend à 80 W/m².
  • À noter enfin que l’air de ventilation hygiénique apporte peu de chose pour refroidir le local. Si l’air est 10 K plus froid que l’ambiance, on aura : 0,34 Wh/m³.K x 10 K x 30 m³/h / 10 m² = 10 W/m².

Quelle est la consommation de l’éclairage et de la bureautique ?

Éclairage

120 Watts x 8 h/j x 365 j/an x 5j / 7j / 1 000 Wh/kWh = 250 kWh, soit 25 kWh/m².an

L’éclairage est ici supposé allumé 8 heures par jour, été comme hiver.

Bureautique

150 Watts x 8 h/j x 365 j/an x 5j / 7j / 1 000 Wh/kWh = 313 kWh, soit 31 kWh/m²An

Ces deux consommations sont donc chacune du même ordre de grandeur que celle de la machine frigorifique !


Quelle est la consommation des pompes et ventilateurs ?

Pompes de transport d’eau de chauffage d’eau glacée

Une consommation forfaitaire de l’ordre de 4 kWh/m²an est généralement rencontrée.

Transport de l’air neuf de ventilation

On peut tabler sur 1,4 kWh par m³/h transporté durant les 2 500 heures d’une année.

Pour assurer les 30 m³/h à l’occupant, 42 kWh/an ou encore 4,2 kWh/m²an seront nécessaires.

Conditionnement d’air du type « tout air » à débit constant

Ce débit sera calculé sur base de la puissance maximale, donc sur base de la puissance frigorifique d’été de 100 W/m². L’occupant demande donc 1 000 Watts de refroidissement pour ses 10 m². Le débit d’air nécessaire pour refroidir son ambiance, partant de l’idée que l’on pulse un air 10 K plus froid que l’ambiance, est donné par :

1 000 W / (0,34 Wh/m³.K x 10 K) = 294 m³/h

À noter que le taux de brassage de l’air est alors de 294 m³/h / 30 m³ = 10 !

Tout le volume d’air de l’occupant est brassé 10 fois par heure. Les ventilateurs de pulsion et d’extraction (pour assurer le chaud et le froid) auront une consommation totale de :

294 m³/h x 1,8 kWh/(m³/h) = 529 kWh, soit 53 kWh/m² !!

(La valeur de 1,8 kWh par m³/h transporté durant les 2 500 heures d’une année est choisie plus élevée qu’en ventilation pour tenir compte des pertes de charge liées à la présence des batteries de chauffe et de refroidissement).

Une telle consommation est probablement ramenée de plus de moitié si l’on travaille « à débit variable ».

Conditionnement d’air par ventilo-convecteurs

Le ventilateur du ventilo-convecteur aura une puissance de l’ordre de 80 W, soit 0,08 kW. S’il fonctionne 80 % des 2 500 heures de travail annuelles, on obtient :

0,8 x 0,08 kW x 2 500 h/an = 160 kWh/an

Mais l’appareil est capable de gérer un volume double de celui de l’occupant. Dès lors, cette consommation doit être rapportée sur 20 m², soit 8 kWh/m²an

Conditionnement d’air par plafonds froids et radiateurs

La consommation des pompes qui transportent l’eau glacée est augmentée, probablement de 50 %.

La consommation des ventilo-convecteurs disparaît. mais une consommation plus insidieuse apparaît : celle liée à la déshumidification de l’air neuf pour éviter le risque de condensation, voire de son post-chauffage pour éviter de pulser un air trop froid dans les locaux. L’évaluation dépasse le cadre de la présente approximation.

Refroidissement par free cooling mécanique

De l’air extérieur frais est pulsé dans les locaux durant la nuit. On suppose que l’installation est enclenchée lorsque l’air extérieur est en moyenne 10°C plus froid que l’ambiance. Les 838 kWh d’apport de chaleur doivent être évacués par :

838 kWh / (0,34 Wh/m³.K x 10 K) x 1 000 Wh/kWh = 246 470 m³

Si l’installation est réalisée sur base de 4 renouvellements horaires, le débit d’air sera de 4 x 30 = 120 m³/h.

Le nombre d’heures de fonctionnement sera de :

246.470 m³ / 120 m³/h = 2 054 heures

L’installation devra fonctionner 2 054 heures sur 165 jours de fonctionnement en mode refroidissement, soit 12,5 h par jour en moyenne.

La consommation liée aux ventilateurs sera de

120 m³/h x 1.8 kWh/(m³/h) x 2 054 h / 2 500 h = 177 kWh, soit 18 kWh/m².

Si les 28 kWh/m² de la machine frigorifique ne sont plus nécessaires, une bonne part de l’économie est mangée par les ventilateurs eux-mêmes.

Remarque : il n’est pas certain qu’un tel écart de température soit disponible durant autant d’heures.

(Le coefficient 1.8 kWh/(m³/h) a été choisi parce qu’en pratique une batterie de refroidissement est souvent greffée sur le circuit de pulsion afin de vaincre les températures les plus élevées).


Quelle est la consommation de l’humidification de l’air neuf ?

Si l’on assure une humidification minimale pour atteindre 21° et 45 % HR en sortie de batterie de chauffage de l’air neuf hygiénique, la quantité d’eau à fournir est annuellement de 5 000 gramme /(m³/h) transporté. L’énergie de vaporisation de l’eau est de 0,694 Wh/gramme d’eau.

30 m³/h x 0,694 Wh/gr x 5 000 gr/(m³/h) x (5/7) / 1 000 Wh/kWh = 74 kWh/an, soit 7 kWh/m²an


Synthèse des consommations

Sur base des hypothèses suivantes

  • L’énergie thermique revient à 6,22 c€/kWh environ (sur base de 0,622 €/litre fuel).
  • L’énergie électrique génère une consommation primaire 2,8 fois plus élevée, suite au rendement moyen de 38 % des centrales électriques.
  • Son prix de revient est de l’ordre de 16 c€/kWh, pointe de puissance comprise.

On obtient le bilan suivant pour le poste de travail dans cette situation type :

Puissance [W/m²] Consommation [kWh/m²] Énergie primaire
[kWh/m²]
Coût
[€/m²]

Chauffage
(local + air neuf)

70 96 96 6,0

Refroidissement

100 28 78 4,5

Humidification

7 20 1,1

Transport des fluides

– (si « tout air »)
– si « air + eau »

(53)
12
(148)
34
(8,5)
2,0

Éclairage

12 25 70 4,0

Bureautique

15 31 87 5,0

TOTAL

201 [kWh/m²] 385 [kWh/m²] 22,6 [€/m²]

Note : la consommation de chauffage peut, en moyenne, être nettement inférieure. En effet, les 4 m² de vitrages associés à l’occupant génèrent des déperditions plus élevées que la moyenne. Un m² de couloir ne génère, par exemple, aucune consommation de chauffage !

Conclusions

Si l’on ajoute les consommations diverses (ascenseurs, cafétéria, eau chaude sanitaire, .), on obtient le bilan annuel simplifié suivant pour le gestionnaire :

  • 7 à 10 litres de fuel (ou 7 à 10 m³ de gaz) et 120 kWh électrique au m²
  • un coût global de 25 €/m²an

Dans un immeuble construit aujourd’hui, l’énergie représente donc 250 € par an et par occupant.

En première approximation, on peut retenir que ce coût se réparti en :

  • 1/5ème pour le chauffage des locaux et de l’air neuf hygiénique,
  • 1/5ème pour le refroidissement des locaux,
  • 1/5ème pour l’éclairage,
  • 1/5ème pour la bureautique,
  • 1/5ème pour les auxiliaires (pompes et ventilateurs) et équipements divers.


Et si l’on revenait au « bon vieux temps » ?

Et si l’on revenait au temps où les bâtiments n’étaient pas ou peu isolés et où la climatisation n’existait pas grâce à la fraîcheur des vieilles pierres ?

Il suffit de reprendre la consommation moyenne de chauffage des bâtiments administratifs en Wallonie (source – Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable) :

chauffage : 173 kWh/m²

Le coût du chauffage est presque doublé, avec le confort en moins !! Le supplément de consommation en chauffage anéantit l’économie faite par l’absence de refroidissement.

De plus, le poste « refroidissement » du bâtiment, on peut facilement le réduire par une conception adéquate du bâtiment (protection solaire) et de l’installation de climatisation (refroidissement naturel intégré à la climatisation).


Quelle est la justification des chiffres utilisés ?

Déperditions de chaleur par les parois

Imaginons la portion de façade et la portion de toiture qui entourent l’espace (cette déperdition par la toiture est prise à titre d’exemple; une autre paroi mitoyenne aurait pu être prise).

Une isolation de 8 cm est placée dans les parois et un vitrage à basse émissivité est installé.

Les déperditions de chaleur liées aux parois seront de :

  • Pour le vitrage : 4 m² x 1,9 W/m².K = 7,6 W/K
  • Pour le mur : 3,5 m² x 0,4 W/m².K = 1,4 W/K
  • Pour la toiture : 10 m² x 0,4 W/m².K = 4 W/K

soit un total de 13 W/K.

Toutes les autres déperditions sont annulées puisque les locaux voisins sont supposés être chauffés à la même température.
On en déduit les valeurs utilisées plus haut :

  • Pour une température extérieure de 11°C et une température intérieure de 21°C, la déperdition totale sera de 13 W/K X (21 – 11) K = 130 Watts.
  • Pour une température extérieure de 6°C et une température intérieure de 21°C, la déperdition totale sera de 13 W/K X (21 – 6) K = 200 Watts.
  • Pour une température extérieure de – 10°C et une température intérieure de 21°C, la déperdition totale sera de 13 W/K X (21 – (- 10)) K = 400 Watts.

Déperditions de chaleur par ventilation

Pour assurer la qualité de l’air, 30 m³ d’air neuf hygiénique sont apportés chaque heure à l’occupant par le système de ventilation. Le volume d’air utile est donc renouvelé entièrement chaque heure.

La puissance de chauffe liée à la ventilation sera de :

0,34 Wh/m³.K x 30 m³/h = 10 Watts/K

Puisque la capacité thermique de l’air est de 0,34 Wh/m³.K.

Autrement dit, pour une température intérieure de 21°C, on déduit une puissance de chauffage par ventilation de 310 Watts par – 10°C de température extérieure, 150 Watts par + 6°C, et 100 Watts par + 11°C.

Par contre, un léger rafraîchissement est apporté par l’air neuf extérieur lorsqu’il est entre 11 et 23°C. Cela se produit 3 681 heures par an.

En tenant compte que si l’air est à une température inférieure à 15°C, il est d’abord réchauffé à 15°C (pour une question de confort), la température moyenne de l’air est de 16,5°C.

Cela génère un apport de froid de :

0,34 Wh/m³.K x 30 m³/h x (23° – 16,5°)  x 3 681 h x 10/24 x 5/7 = 73 kWh/an

Apports solaires par les vitrages

Les apports solaires hivernaux moyens (toutes façades confondues) traversant un double vitrage vertical sont de 0,7 kWh/jour.m².

soit un apport journalier moyen de :

0,7 kWh/jour.m² x 4 m² x 0,8 = 2,24 kWh/jour

Le coefficient 0,8 est un coefficient qui tient compte de la présence des châssis.

Le bilan des apports solaires pour l’hiver est donc de :

2,24 kWh/jour x 200 jours = 448 kWh/hiver

De même, la chaleur solaire moyenne estivale (toutes façades confondues) traversant un double vitrage vertical est de 1,1 kWh/jour.m², soit un total sur les 165 jours de l’été de :

1,1 kWh/j.m² x 165 j x 4 m² x 0,8 = 581 kWh/été

Apports internes du local

Établissons les apports internes du local :

  • L’occupant dégage de la chaleur sensible : 80 W.
  • Il est équipé d’un ordinateur : 150 W.
  • Il est éclairé : 12 W/m² x 10 m² = 120 W.

Soit un total de 350 Watts, ou 0,35 kW.

Le bilan des apports internes pour l’hiver est donc de :

0,35 kW x 8 h/jour x 200 jour x 5 j / 7 j = 400 kWh

De même, durant les 165 jours « d’été », la chaleur interne est donnée par :

165 j x 5j/7j x 8 h/j x 0,350 kW = 330 kWh/an

Évaluer la consommation des ordinateurs

Évaluer la consommation des ordinateurs


Les modes de fonctionnement

Différents modes de fonctionnement sont disponibles au niveau des ordinateurs modernes. Suivant le mode configuré sur la machine, les consommations peuvent être totalement différentes :

Mode « actif »

Les valeurs de puissance dissipées par l’ordinateur sont déterminées en effectuant une moyenne entre la « pleine charge » et le mode « marche » normal de l’ordinateur (où le processeur fonctionne à peine). Quant à l’écran, on évalue la puissance par rapport à un écran fort lumineux et présentant une image blanche pour les écrans à tube cathodique (les écrans LCD ne modifient que très peu leur puissance en fonction de la couleur prédominante de l’image affichée).

Mode « attente »

Lorsqu’on utilise ce mode, l’ordinateur réduit sa consommation afin de respecter des puissances spécifiques (le label Energy Star par exemple). Par défaut, la plupart des ordinateurs entre en mode d’attente après 20-30 minutes; ce qui permet de réduire les consommations. Le mode « attente », lui, réduit le niveau de puissance en coupant l’alimentation de tout ce qui n’est pas utile, seule la RAM et certains périphériques restant « à l’écoute » (souris, carte réseau, …).

On coupe donc principalement l’alimentation :

  • du disque dur,
  • de l’écran,

La réactivation s’exécute soit en poussant sur le bouton marche-arrêt de l’ordinateur, soit en bougeant la souris.

Attention de ne pas confondre ce mode avec le mode « écran de veille » (qui n’économise pratiquement pas d’énergie) ou le mode « mise en veille prolongée » qui éteint l’ordinateur après avoir sauvegarder les données en cours sur le disque dur.

Mode « arrêt »

En mode arrêt, on peut constater que certains éléments de l’ordinateur restent sous tension et continuent à dissiper de la puissance comme la carte mère par exemple.


Les types d’ordinateur

Depuis la venue des ordinateurs type « personal computer PC », le monde de l’informatique, auparavant plutôt réservé à l’élite, est entré dans les ménages, le monde professionnel et plus particulièrement dans le secteur tertiaire (type bureautique).

À l’heure actuelle, sur l’échelle de temps, on peut considérer que nos vieux ordinateurs équipés d’un processeur 8088 sont les « vélociraptors » de l’informatique.

En plus de croissance exponentielle de la capacité de traitement des données, on est passé de vitesses, à l’époque considérées comme très rapides, de 8-16 MHz pour un processeur 286 XT à des valeurs de vitesses donnant le vertige (au-delà de 3 GHz).

Il s’ensuit que la consommation électrique des processeurs a augmenté également. Dans les mêmes proportions ? Heureusement non ! Mais la dérive de consommation est importante à analyser puisqu’elle influence notre quotidien au niveau :

  • Des consommations directes (facturation de l’électricité).
  • des consommations indirectes de climatisation pour dissiper les apports internes (également sur la facture électrique) qui peuvent perturber le niveau de confort au-delà d’une certaine valeur.

Puissance

Les processeurs étant de plus en plus puissants, ils consomment de plus en plus. La fréquence est telle qu’il devient difficile de dissiper la chaleur, ce qui amènera les fabricants à adopter la technologie « double-cœurs » (dual-core), qui va permettre sans augmenter la puissance, mais avec deux processeurs distincts, d’améliorer sensiblement les performances des ordinateurs.

De plus, on a tendance aujourd’hui à intégrer dans le même boîtier beaucoup plus de cartes, modem, réseau, CDRom, DVD etc… C’est donc un peu réducteur de parler uniquement de dissipations électriques et calorifiques des processeurs; il faut tenir compte de tous les périphériques.

Le marché étant tellement vaste, on se réfère à une étude menée par ouverture d'une nouvelle fenêtre ! Energy Star qui intègre sur son site un module de calcul des consommations de différents équipements de bureautique.

Le tableau ci-dessous montre des puissances moyennes pour des ordinateurs couramment rencontrés sur le marché en mode actif.

Type d’ordinateur Puissance moyenne [W]
PC portable 15
PC portable économique 25
PC portable grand format 35
Petit serveur 60
PC économique 100
PC multimédia 120
Station de travail 200

Source Energy Star.

On remarque tout de suite l’importance que pourrait prendre le marché des portables sachant qu’il peuvent répondre à un meilleur confort (écran plat) mais aussi à un profil de flexibilité de plus en plus présent dans les institutions du tertiaire.

Mode de fonctionnement

Suivant le mode de fonctionnement, les puissances moyennes dissipées ont été évaluées.

Type d’ordinateur Puissance moyenne [W]
(
ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode actif Mode attente Mode arrêt
PC portable 15 4 4
PC portable économique 25 11 7
PC portable grand format 35 15 7
Petit serveur 60 15 2
PC économique 100 20 10
PC multimédia 120 20 10
Station de travail 200 40 15

Source Energy Star.

La puissance dissipée en mode éteint :

  • Des portables est due au maintien sous tension du transformateur mais aussi de l’électronique de régulation de la batterie.
  • Des ordinateurs est due principalement à l’électronique de l’alimentation générale et de la carte mère pour un accès à distance.

Les types d’écran

À l’heure actuelle, on retrouve deux familles d’écran principales :

  • Les plus anciens, les écrans à tubes cathodiques (CRT) battus en terme d’efficacité énergétique et de confort par les écrans « plats ».
  • Les écrans à cristaux liquides (LCD) qui offrent un confort important (reposent la vue) et consomment nettement moins d’énergie.

Puissance

La taille et la qualité de l’écran ont un impact très important sur la puissance dissipée.

Voici la puissance moyenne absorbée pour différents types d’écran.

Sur base des résultats suivant, force est de constater que les écrans plats sont promis à un avenir énergétique certain.

Type d’écran Puissance moyenne [W]
(
ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)

*LCD 15″ économique

15

LCD 17″ haut de gamme

25

LCD 17″ économique

30

LCD 17″

35

**CRT 15″

40

CRT 17  » économique

60

CRT 21″ grand format

115

*LCD : liquid crystal display (écran à cristaux liquides).
**CRT : cathod ray tube (tube cathodique).

Mode de fonctionnement

La faible perte constatée en mode arrêt correspond à la puissance dissipée à vide du transformateur. De nouveau, l’activation du mode attente permet de réduire de manière draconienne les puissances mises en jeu.

Type d’écran Puissance moyenne [W]
(
ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode actif Mode attente Mode arrêt

*LCD 15″ économique

15 5 5

LCD 17″ haut de gamme

25 5 5

LCD 17″ économique

30 5 5

LCD 17″

35 5 5

**CRT 15″

40 10 5

CRT 17  » grand format

60 3 3

CRT 21″ économique

115 5 3

*LCD : liquid crystal display (écran à cristaux liquides).
**CRT : cathod ray tube (tube cathodique).

Évaluer l’efficacité d’une pompe à chaleur

Évaluer l'efficacité d'une pompe à chaleur

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


Distinguer les différents coefficients de performance

Il existe 4 ratios pour évaluer la performance d’une pompe à chaleur, résumée ci-dessous. Globalement, elles partent toutes du même principe : établir le rapport entre ce qui a été fourni comme chaleur au bâtiment et ce qu’il a fallu injecter dans l’appareil.

1. La performance instantanée

L’indice de performance, « ε », est le rapport entre l’énergie thermique utile délivrée au condenseur et l’énergie (souvent électrique) fournie au compresseur.

ε = chaleur au condenseur/travail du compresseur = Q2 / W.

Par exemple, si, à un moment de mesure donné, les températures des sources chaudes et froides d’une certaine PAC sont telles qu’elle transmet via son condenseur une puissance de 3 kW alors qu’au même moment son compresseur requiert une puissance de 1 kW, on pourra dire que son indice de performance vaut 3 kW / 1 kW = 3 pour ces conditions de température.

2. La performance instantanée, auxiliaires compris

Le « COP », ou coefficient de performance, est le rapport entre l’énergie thermique utile délivrée au condenseur et l’énergie fournie au compresseur additionnées des auxiliaires (dispositif antigel, commande/régulation et installations mécaniques (pompe, ventilateur)).

Reprenons l’exemple de PAC ci-dessus. Dans les conditions imposées par la norme EN 255, la puissance mise à disposition au condenseur ne sera peut-être pas de 3 kW mais de 3,2 kW pour une température de sortie du condenseur identique. De plus, la puissance absorbée par l’ensemble des équipements à prendre en compte ne sera peut-être pas de 1 kW mais de 1,1 kW. Le coefficient de performance vaudra alors 3,2 / 1,1 = 2,9.

3. La performance annuelle, auxiliaires compris

Le « COPA », ou coefficient de performance annuel est le rapport, mesuré sur site, entre la quantité totale d’énergie consommée et d’énergie utile fournie. C’est le coefficient de performance annuel qui donne vraiment idée du « rendement » et de l’efficacité de l’installation.

Imaginons que notre PAC exemple fasse maintenant partie de toute une installation de chauffage. Les variations de température des sources froides et chaudes, les pertes par émission du réseau de distribution, la consommation d’un chauffage d’appoint, etc… font que 13 000 kWh* de chaleur sont produits sur une année, tandis que les consommations globales s’élèvent à 6 200 kWh* d’énergie électrique. On dira alors que le COPA de cette installation vaut 13 000 kWh / 6 000 kWh =  2,17.

*Ces valeurs ne servent qu’à illustrer la définition du COPA. Il ne s’agit pas d’une quelconque moyenne d’installations existantes ou du résultat d’une étude de cas.

4. La performance annuelle théorique

Le Facteur de Performance Saisonnier (« SPF ») est le rapport de la quantité d’énergie fournie au bâtiment et apportée à la machine, en un an, calculée de façon théorique sur base du COP instantané à différentes températures.

Il s’agit donc bien d’une valeur théorique, mais prenant en compte les variations de température de la source froide et non pas d’une valeur mesurée en situation réelle comme le COPA. De plus, le SPF décrit une PAC tandis que le COPA décrit une installation complète.

Il est donc fondamental de bien analyser le type de performance indiqué par le fabricant ou l’installateur !!

Techniques

Pour plus de précisions sur les coefficients de performance d’une PAC.

Évaluer l’indice de performance à partir du catalogue

L’indice de performance peut être déduit du catalogue du fournisseur, à partir de mesures qu’il aura effectuées dans des conditions standards.

Exemple.

Voici les spécifications techniques d’un climatiseur réversible présent sur le marché. En hiver, ce climatiseur peut fournir de la chaleur au local : il fonctionne alors en mode « pompe à chaleur ».

Unité intérieure FHYB35FJ
Unité extérieure RY35D7
Puissance frigorifique kcal/h 3 100
Btu/h 12 300

kW

3,60
Puissance calorifique kcal/h 3 500
Btu/h 14 000
kW 4,10
Puissance absorbée rafraîchissement kW 1,51
chauffage kW 1,33

On y repère :

  • L’efficacité frigorifique, E.F. :

puissance frigorifique / puissance absorbée =
3,6 kW / 1,5 kW = 2,4
 

  • L’indice de performance au condenseur, e :

puissance calorifique (au condenseur) / puissance absorbée =
4,1 kW / 1,3 kW 
= 3,2

Attention ! Ce coefficient est obtenu dans des conditions très favorables ! En petits caractères, le fabricant précise qu’il s’agit de valeurs obtenues pour 7 °C à l’extérieur … Cette performance va s’écrouler en période plus froide.

En réalité, c’est le rendement moyen saisonnier qui nous intéresse… mais celui-ci n’est jamais donné puisqu’il dépend des conditions d’exploitation.

Logo Eurovent.

EUROVENT ?

Comment comparer les rendements de 2 machines frigorifiques si les valeurs annoncées ont été mesurées dans des conditions différentes (température intérieure et extérieure, niveau acoustique, …) ?

Certains gros fabricants du secteur ventilation et climatisation, irrités de la concurrence exercée par des producteurs peu scrupuleux de la qualité du matériel, ont décidé de définir des références communes de comparaison.

Le logo « EUROVENT » n’est pas un label de qualité en soi. Il certifie que le matériel a été testé dans des conditions standards admises par les différents membres de l’association.


Mesurer le COP in situ

Pour calculer les différents coefficients de performance, et particulièrement le COPA, les valeurs suivantes doivent être prises en compte :

  • La quantité de chaleur délivrée (énergie utile), au moyen, par exemple, d’un compteur de chaleur installée sur la boucle d’eau chaude.
  • La quantité d’énergie de haute valeur introduite dans le système, généralement au moyen d’un compteur spécifique sur le matériel électrique.

Si la PAC est réversible, on souhaitera peut-être connaître également le bilan frigorifique de l’équipement.

Pour mesurer des débits, on peut prévoir des by-pass équipés d’appareils de mesure simples, en évitant les coûteuses unités permanentes de mesures, de conversion et d’affichage. Pour les mesures de température, il faudra prévoir des doigts de gants (il s’agit d’une matière conductrice de la chaleur permettant de séparer l’appareil de mesure du fluide à mesurer).

Exemple de doigts de gants.

Un enregistrement manuel des valeurs est en général suffisant pour les installations de pompes à chaleur standards dans les maisons familiales (monovalent et bivalent) et les immeubles locatifs (monovalent, peu de groupes et circuits de raccordements courts). Un enregistrement automatique supplémentaire s’avère en général utile pour des installations non standards, spécialement lorsqu’elles sont bivalentes ou multivalentes et qu’elles possèdent plusieurs groupes et de longs circuits de raccordement.

La mise en valeur et l’interprétation des données doit être confiée au responsable du projet. Les informations ainsi acquises lui permettront d’éliminer certains défauts par des corrections ciblées.

Quels COP rencontrés en pratique ?

Nous manquons cruellement de résultats de mesure annuelle sur des installations tertiaires existantes. Une étude est en cours par la Faculté Polytechnique de Mons.

Concevoir

Pour accéder à leurs résultats provisoires de 5 mois de mesure.

Le facilitateur pompe à chaleur de la Région Wallonne, EF4, donne les ordres de grandeurs suivantes concernant les coefficients de performances annuels (COPA) des différentes catégories de PAC. Les valeurs de COP typiquement obtenues en laboratoire sont aussi indiquées si bien qu’on se rend bien compte que COP et COPA sont deux concepts distincts :

Type de PAC COP (EN 14511) Essais (°C) COPA (EF4)
Air/Eau 3-4 A2/W35 2.5-3.5
Eau/Eau 5-6 W10/W35 3-4.5
Sol (eau glycolée)/Eau 4-5 B0/W35 3-4
Sol (fluide)/Eau F5/W35 3-4
Sol (fluide)/Sol (fluide) F5/F35 3-4
Production de l’ECS 2.5-3

Repérer un problème ?

Un contrôle régulier du fonctionnement de la pompe à chaleur est conseillé.

Des campagnes de mesures temporaires, effectuées pendant de brèves périodes, par exemple pour l’équilibrage hydraulique ou pour des mesures auxiliaires assurant l’optimalisation du fonctionnement peuvent être prévues.

Que peut-on mesurer ?

  • Le nombre d’ heures de fonctionnement et fréquence d’enclenchement pour chaque partie de l’installation, comme : compresseurs, pompes, ventilateurs et brûleurs.
  • Le signalement de pannes, par exemple : les pannes « Haute Pression » (se produisant dans la partie de la PAC où circule le fluide frigorigène sous forme de vapeur à haute pression et, par extension, les pannes survenant au niveau de la source chaude), les pannes « Basse Pression » (se produisant dans la partie de la PAC où circule le fluide frigorigène sous forme de liquide ou de vapeur à basse pression et par extension les pannes survenant au niveau de la source froide), les pannes de brûleur si installation bivalente.
  • La température extérieure.
  • Les températures importantes du système : départ, retour, pour l’évaporateur, le condenseur et l’accumulateur éventuel.
  • Les débits dans les points importants du système.

Pour les pompes à chaleur faites sur mesure pour des installations importantes, des défauts de construction peuvent apparaître. Dans ce cas, il faut être particulièrement attentif aux vibrations qui, à la longue, peuvent provoquer des ruptures de conduites.

Quel type de panne ?

Une détection précoce des pannes mineures permet souvent d’éviter des problèmes plus importants. Voici la liste des pannes les plus fréquentes rencontrées avec les pompes à chaleur :

Dérangements et causes

Identifiable rapidement ?

Panne basse pression

 manque de fluide frigorigène Oui
– puissance de la source de chaleur trop faible Oui
– manque de fluide caloporteur (eau glycolée) Partiellement
– dégivrage défectueux Non
– traitement incorrect de l’eau Non
Panne haute pression

 encrassement du condenseur Non
– traitement incorrect de l’eau Non
– dégivrage incorrect Non
– manque d’eau dans le système de chauffage Oui
Surcharge du compresseur

 approvisionnement électrique insuffisant Non
– raccordements électriques défectueux Non
– défaut dans le circuit du fluide frigorigène Non
Ventilateur

 raccordements électriques défectueux Non
– dégivrage incorrect Non
Pompes

 raccordements électriques défectueux Non
– blocage mécanique Oui

Source : Ravel.

Auditer son bâtiment – Généralités

A priori, sur quel poste consommateur est-il le plus intéressant d’agir : vitrages ? Toiture ?…

Proposition 1

D’une façon générale, pour diminuer la consommation en chauffage, il est possible de classer les interventions comme suit (chacune de ces évaluations peut être affinée en cliquant sur le bouton adéquat) :

Projet Économie annuelle Temps de retour
Évaluer
Améliorer
Remplacement d’une chaudière de plus de 20 ans 10 .. 20 % de la consommation de chauffage. 5 à 10 ans

Évaluer

Améliorer

Régulation en cascade de chaudières
(avec isolation hydraulique des chaudières à l’arrêt)
1 .. 3 % de la consommation de chauffage. 2 à 4 ans

Évaluer

Améliorer

Intermittence du chauffage 10 .. 30% de la consommation de chauffage. 1 .. 3 ans

Évaluer

Améliorer

Meilleure gestion des consignes de température 8 % de la consommation de chauffage par °C de trop. 0 .. 3 ans

Évaluer

Améliorer

Isolation des tuyauteries dans les locaux non chauffés
(chauffage et boucle d’eau chaude sanitaire)
4 €/m de tuyau (matériau)…
20 €/m (placé).
1 .. 3 ans

Évaluer

Améliorer

Isolation des allèges derrière les radiateurs 3…20 €/m² 1 .. 6 ans

Évaluer

Améliorer

Isolation des murs extérieurs

 

par l’extérieur :
50 à 75 €/m².
15 à 25 ans

Évaluer

Améliorer

par l’intérieur :
15 à 30 €/m².
5 à 10 ans

Évaluer

Améliorer

Remplacement des simples vitrages et des châssis 10 €/m². 25 ans

Évaluer

Améliorer

Isolation du plancher des combles
15 €/m².
2 à 5 ans

Évaluer

Améliorer

Gestion de la ventilation
(assurer 30 m³/h.pers)
Elevée
mais dépend de la situation initiale.
< 1 an
si action sur un groupe de pulsion ou d’extraction

Évaluer

Améliorer

Réalisation d’une campagne de sensibilisation (fermeture des portes, bon usage des vannes thermostatiques, …)
0 à 20 % de la consommation de chauffage.
0 an

Évaluer

Améliorer

Proposition 2

Nous vous proposons de parcourir les check-lists, quick scans, permettant d’auditer rapidement les différentes techniques présentes dans votre bâtiment.
Sur cette base, il vous est possible de détecter la majeure partie des améliorations potentielles dans votre bâtiment et ses équipements.

Évaluer

Pour auditer rapidement son bâtiment sur base de la comptabilité énergétique, cliquez ici !

Évaluer

Pour auditer rapidement l’enveloppe, cliquez ici !

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Pour auditer rapidement le chauffage, cliquez ici !

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Pour auditer rapidement la climatisation, cliquez ici !

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Pour auditer rapidement la ventilation, cliquez ici !

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Pour auditer rapidement l’eau chaude sanitaire, cliquez ici !

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Pour auditer rapidement l’éclairage, cliquez ici !

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Pour auditer rapidement la bureautique, cliquez ici !

Proposition 3

Comment classer les différentes interventions ? Comment mettre en œuvre les différentes améliorations ? …
Un programme individualisé d’audit automatise ce travail.

Évaluer

Pour auditer son bâtiment, cliquez ici !

Évaluer le confort thermique

Évaluer le confort thermique


Niveau de température : les valeurs recommandées

En hiver

La température de l’air est un des 6 paramètres qui influencent la sensation de confort thermique.

Le Règlement Général pour la Protection du Travail (RGPT), dans son article 64 du titre II, impose des températures de l’air minimum – maximum en fonction du travail effectué, c’est-à-dire du métabolisme, pour une humidité relative comprise entre 40 et 70 %.

Les valeurs de référence minimum admises pour les températures de l’air sont données dans le tableau ci-dessous. Celles-ci sont calculées pour une température moyenne de surface des parois inférieure de 2°C à la température de l’air. Ces valeurs peuvent être minorées si la différence est plus petite et doivent être majorées si la différence est plus grande.

Locaux

Temp. de l’air (°C)

Locaux où des gens habillés normalement sont au repos ou exercent une activité physique très légère.
Par ex : bureaux, salles de cours, salles d’attente, restaurants, salles de réunion ou de conférence.
21
Locaux où des gens peu ou pas habillés sont au repos ou exercent une activité physique très légère.
Par ex : salles d’examens ou soins médicaux, vestiaires.
23 – 25
Locaux où des gens habillés normalement exercent une activité physique légère.
Par ex : ateliers, laboratoires, cuisine.
17
Locaux où des gens peu habillés exercent une grande activité physique.
par ex : salles de gymnastique, salles de sport.
17
Locaux qui ne servent que de passage pour des gens habillés normalement.
Par ex : corridors, cages d’escalier, vestiaires, sanitaires.
17
Locaux uniquement gardés à l’abri du gel.
Par ex : garages, archives.
5

Si la température des parois est citée par le RGPT, c’est parce que celle-ci influence la sensation de confort thermique à parts égales avec la température de l’air (voir notion de « température opérative » ou « température de confort »). Il est normal de devoir rehausser la température de l’air si des parois froides sont présentes dans le bâtiment (simples vitrages, par exemple).

Il faut remarquer que les valeurs de référence données par le RGPT, bien qu’elles se trouvent dans la zone de confort, ne sont pas les températures d’ambiance optimales de confort. Elles sont plus basses que celles-ci et sont acceptées dans le cadre d’une politique d’Utilisation Rationnelle de l’Énergie.

C’est dans le cadre de celle-ci que fut prise la décision de limiter la température résultante sèche dans les bureaux des bâtiments public :

 trs = T°opérative = (T°air + T°parois) / 2 < 19°C

(décision du C.M.C.E.S. du 03-07-80 – circulaire 06-01 -81 du Ministre DEHOUSSE, Région Wallonne, MB du 21-01-81)

On remarque que ce n’est pas la température de l’air qui est limitée à 19°C. Celle-ci dépend des conditions d’isolation des parois et doit être définie au cas par cas.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) préconise une température de fonctionnement (ou température opérative) dans une plage de 19 à 24°C avec une valeur par défaut de 21°C.

En été

La réglementation concerne essentiellement les travailleurs soumis à des contraintes thermiques élevées en milieu industriel (norme ISO 7243 pour le calcul de l’indice WBGT et norme ISO 7933 pour le calcul de l’indice de Sudation Requise).

Pour plus d’information, on consultera la brochure Ambiances thermiques de travail – Stratégie d’évaluation et de prévention des risques disponible au Ministère fédéral de l’Emploi et du Travail.

Un bureau en été, même avec une température de 30°C, est encore largement en dessous des seuils de ces normes.

La motivation à limiter la température des locaux est liée au souhait de favoriser la qualité du travail. À ce sujet, certains constructeurs diffusent des courbes montrant l’évolution de la performance d’un homme au travail en fonction de la température ambiante. Généralement, celle-ci est optimale entre 20 et 24°, passe à 95 % à 26°, 90 % à 28°C, etc… Nous ne connaissons pas de courbe qui serait « officielle » en la matière.

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) préconise une température de fonctionnement (ou température opérative) dans une plage de 23 à 26°C avec une valeur par défaut de 26°C.

Dans les salles propres et environnements maîtrisés apparentés (hôpitaux), la norme AFNOR NF S90-351 : 2003 propose des valeurs de température dans les zones à risque comprises entre 19 et 26 °C (zone en activité).

L’ADEME (Association De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie) dans son guide Bâtiments à haute performance énergétique (secteur de la SANTE) préconise aussi des valeurs de température et d’humidité en fonction de la typologie des locaux :

Locaux Hiver
Température [°C]
Administratif, logistique, …
Hospitalisation
Bloc opératoire
Bloc obstetrical
Radiologie
USI
Urgence
Laboratoire
Rééducation fonctionnelle
Consultations
18 à 20
19 à 24
20 à 25
18 à 25
18 à 22
20 à 28
19 à 25
18 à 22
20 à 24
18 à 20

Améliorer

adapter la consigne de température de l’air ambiant.

Taux d’humidité : les valeurs recommandées

L’humidité a relativement peu d’impact sur la sensation de confort d’un individu dans un bâtiment.

AR 2012-10-10/05 fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre

en matière d’humidité, il  précise que :

  • l’aération est conçue de façon à ce que l’humidité relative moyenne de l’air pour une journée de travail soit comprise entre 40 et 60 %, à moins que cela ne soit impossible pour des raisons techniques;
  • l’humidité relative de l’air peut se situer entre 35 et 70 % si l’employeur démontre que l’air ne contient aucun agent chimique ou biologique qui puisse constituer un risque pour la santé et la sécurité des personnes présentes sur le lieu de travail.

Norme européenne NBN EN 13779 (2007)

Dans la plage de température de 20-26°C, la norme préconise une plage d’humidité relative de 30-70 %.

Norme européenne NBN EN 15251 (2007)

Cette norme recommande de limiter l’humidité absolue à 12g/kg.

ASHRAE

La norme américaine ASHRAE 55 – 1992 définit les plages de confort hiver-été comme indiqué sur le schéma ci-dessous :

Schéma norme ASHRAE 55 - 1992.

Ainsi, par exemple :

pour une humidité relative de 30 %, les températures opératives recommandées pour l’hiver sont de 20°C à 24°C, et pour l’été de 23°C à 26°C (lorsque la vitesse de l’air est inférieure à 0,2 m/s, la température opérative est égale à la moyenne arithmétique de la température de l’air et de la température des parois).

Cas particulier des salles informatiques

Si les ordinateurs actuels libèrent moins d’énergie calorifique que les précédents, il semble qu’ils restent sensibles aux effets de l’électricité statique. Or celle-ci augmente fortement avec la sécheresse de l’air. Vu les conséquences financières que peut entraîner une perturbation de fonctionnement, certains auteurs recommandent de ne pas descendre en dessous de 50 % d’humidité relative.

Attention à la qualité de l’humidification

Dans le cas des humidificateurs à pulvérisation d’aérosols, une fois la goutte d’eau froide évaporée, les sels contenus dans l’eau se retrouvent pulvérisés dans l’atmosphère et forment des dépôts (calcium, sodium) sur les appareils (fine poussière). Dès lors, il est préférable d’utiliser soit un humidificateur à vapeur, soit un humidificateur à eau totalement déminéralisée.

Spécifiquement pour les salles propres et environnements maîtrisés apparentés  (secteurs des soins de santé) :

Les critères de confort tournent essentiellement autour du patient et au personnel hospitalier. Les grandeurs qui déterminent leur confort sont la température opératoire et l’importance de leur habillement.

AFNOR

NF S90-351 : 2003 Cette norme propose des valeurs de taux d’humidité dans les zones à risque comprises entre 45 et 65 % (pour les zones en activité).

ISO 7730

Cette norme recommande de réaliser une classification par zones climatiques :

  • Zones 1 : secteurs externes à l’hospitalisation (halls, couloirs, salle d’attente, bureaux, …) où les températures opératives recommandées en hiver sont comprises entre 20 et 24 °C, en été entre 23 et 26 °C. Dans cette zone, la norme insiste sur le respect des vitesses de l’air et des températures de rayonnement. Enfin, elle considère que l’humidification est inutile.
  • Zones 2 : secteurs d’hospitalisation courante (médecine interne, pédiatrie, …) où les températures opératives recommandées été sont comprises entre 23 et 26 °C avec une humidification tolérée si le risque de biocontamination est faible.
  • Zones 3 : secteurs des soins intensifs où les patients sont nu avec un métabolisme faible et où la température de neutralité thermique corporelle est de 28 °C. Il ne faut pas en déduire directement que la température d’ambiance doit être de 28 °C; ce serait impossible pour le personnel soignant de travailler de manière optimale dans ces conditions. En ce qui concerne le taux d’humidité, il risque d’être fortement variable suivant la thérapie. On peut interpréter qu’il serait nécessaire de contrôler l’humidité et par conséquent d’équiper le système de traitement d’air d’humidificateur.
  • Zones 4 : secteurs particuliers tels les grands brûlés et trouble grave de la thermorégulation où le patient nécessite une assistance contrôlée de la température et du taux d’humidité.

Vitesse de l’air : les valeurs recommandées

RGPT

Le Règlement Général pour la Protection du Travail (RGPT) impose une vitesse inférieure à 0,5 m/s.

DIN 1946

La norme DIN 1946 propose une variation des vitesses maximales en fonction de la température intérieure :

T° local 20 à 22°C 23°C 24°C 25°C 26°C 27°C
V [m/s] 0,18 0,20 0.22 0,24 0,27 0,32

En matière de sensation de confort thermique liée à la vitesse de l’air, un mouvement d’air n’est en moyenne ressenti par une personne que si sa vitesse est supérieure à 0,2 m/s en hiver et 0,25 m/s en été : à ce moment, il est considéré comme un courant d’air.
Exemple.

Température optimale de l’air nécessaire pour garantir le confort dans un bureau en fonction de la vitesse de l’air
(température des parois = 19°C)
0,15 m/s 21°C
0,4 m/s 23°C
1 m/s 25°C
Pourcentage probable de personnes ressentant un inconfort en fonction de la vitesse de l’air
(température de l’air = 19°C)
0,15 m/s 6 %
0,4 m/s 12 %
1 m/s 25 %

La norme européenne NBN EN 13779 (2007)

Cette norme propose une plage de variation de vitesse avec une valeur par défaut en fonction de la température intérieure.

Paramètres

Situation

Plage type
Valeur par défaut
Vitesse de l’air [m/s]

Température d’air locale = 20°C

0,1 à 0,16
< 0,13
Température d’air locale = 21°C
0,1 à 0,17
< 0,14
Température d’air locale = 22°C
0,11 à 0,18
< 0,15
Température d’air locale = 24°C
0,13 à 0,21
< 0,17

Température d’air locale = 26°C

0,15 à 0,25
< 0,20
Dans les salles propres et environnements maîtrisés apparentés (secteur des soins de santé) :
La norme AFNOR NF S90-351: 2003 introduit le principe de déplacement d’air (différence de pression faible, débit élevé). Une pression différentielle est nécessaire pour séparer des zones voisines propres et moins propres. Il en résulte un déplacement d’air au travers de grilles de transfert ou interstices calibrés avec un écoulement de faible turbulence dont la vitesse doit être supérieure à 0.2 m/s.

Comment évaluer sa situation ?

Méthode simplifiée

Une bonne image du confort thermique est donnée par la température de confort (ou T°opérative), moyenne arithmétique entre la température de l’air et la température des parois.

Tconfort = (Tair + Tparois) / 2

  • La mesure de la température de l’air se fait à l’aide d’un thermomètre protégé du rayonnement solaire et du rayonnement des parois du local.
  • La température de surface d’une paroi se fait à l’aide d’une sonde de contact ou sonde à rayonnement infrarouge.

Malheureusement, la température de rayonnement des parois est celle ressentie par l’occupant à l’endroit où il se trouve. Elle doit en principe être « individualisée » sur base de la position de l’occupant et de sa relation avec l’ensemble des parois. Ainsi, dans un même local, la personne qui est assise juste à côté de la surface vitrée n’aura pas la même température de rayonnement que celle qui est au fond du local. La température moyenne des parois est donc à adapter en fonction de l’angle solide sous lequel chaque paroi est « vue » par l’occupant…

De plus, en conditionnement d’air, le confort thermique est également influencé par l’humidité relative et la vitesse de l’air.

Mesure directe du confort

Aussi, existe-t-il sur le marché des instruments qui mesurent l’ensemble des facteurs simultanément : ce sont des analyseurs d’ambiances climatiques intérieures.

La surface du capteur est chauffée à une température similaire à celle d’un homme dont on a présélectionné l’habillement. Le niveau de chaleur nécessaire pour maintenir cette température est utilisé comme mesure des conditions environnementales.

Certains appareils peuvent, en tenant compte de l’habillement et de l’activité, calculer directement la température opérative, l’indice PMV, le pourcentage de personnes insatisfaites (PPD) ainsi que la température d’ambiance optimale.

Leur coût limite cependant l’usage de ces appareils aux laboratoires spécialisés.

Si nécessaire, une mesure peut être demandée au CSTC qui dispose de cet équipement.

Évaluation de sa situation par rapport à la température d’ambiance optimale

Si les mesures ci-dessus permettent de se situer par rapport aux exigences réglementaires, il est également possible de situer une ambiance par rapport à l’ambiance optimale telle que définie par la norme NBN X 10-005.

Cette méthode permet d’estimer le pourcentage de personnes insatisfaites par une ambiance donnée. En général, on se donne pour objectif de ne pas dépasser 10 % d’insatisfaits.

Remarque : les locaux ne sont-ils pas en dépression ?

Un facteur d’inconfort est parfois lié à la mise en dépression des locaux. Si le groupe d’extraction extrait davantage que celui de pulsion, il est possible que de l’air s’infiltre par les interstices, créant des courants d’air inconfortables pour les occupants.

Cas vécu : c’est le fait que le filtre était bouché au groupe de pulsion qui a entraîné la mise en dépression des locaux.

On s’assurera donc que le local est bien mis au contraire en légère surpression.


L’inconfort des bouches de pulsion d’air

Lorsque l’air pulsé entre dans la zone d’occupation du local et que la différence de température entre cet air et l’air ambiant dépasse encore 1,5°C en pulsion chaude et 1°C en pulsion froide, on risque de ressentir une sensation de « masse d’air » lorsque l’on se déplace dans le local.
La zone d’occupation est souvent représentée par la surface du local de laquelle on a soustrait une bande de 50 cm le long des murs intérieurs et de 1 m le long des murs extérieurs, ce sur une hauteur de 1,8 m. Cette hauteur peut être plus faible si de toute façon les occupants sont toujours assis (dans un auditoire, …).

Dans cette zone, la vitesse de l’air ne peut dépasser 0,2 m/s (0,28 dans les locaux de passage) et le long des murs, à 1,8 m, elle ne peut dépasser 0,4 m/s :

L’inconfort éventuel est lié au choix des bouches de pulsion ou à la température de pulsion :

  • diffuseurs trop proches l’un de l’autre entraînant une retombée rapide du jet d’air vers le sol, avant son brassage correct avec l’air ambiant,
  • diffuseurs ne présentant pas assez d’induction par rapport à la hauteur du local (pas assez de brassage avec l’air ambiant),
  • différence entre la température de consigne de l’air pulsé et la température ambiante trop grande.

Inconfort par effet Coanda rompu
Lorsque l’air est soufflé à proximité d’une surface (ex : soufflage horizontal à proximité du plafond), il se produit un effet d’adhérence du jet à la paroi : c’est l’effet « COANDA ».

L’effet Coanda est très utile quand on pulse de l’air froid car il facilite la bonne pénétration du jet dans le local (augmentation de 30 % de la portée).

> problème 1 : la présence d’un obstacle perpendiculaire au jet d’air (poutre, luminaire) peut faire dévier prématurément le jet vers la zone occupée et engendrer un courant d’air désagréable.

En conséquence :

  • il faut souffler soit à partir de l’obstacle, soit parallèlement à celui-ci et diviser le local en zones correspondantes,
  • l’éclairage au plafond doit être soit encastré, soit suspendu avec une longueur de suspension de 0,3 m minimum,
  • on tiendra compte de la présence éventuelle de colonnes qui ne pourront se situer dans la trajectoire du jet.

> problème 2 : lorsqu’une bouche plafonnière pulsant de l’air froid est surdimensionnée, la vitesse de sortie de l’air risque d’être trop faible (< 2 m/s) pour créer un effet Coanda. Le jet d’air tombera alors directement vers le sol, risquant de provoquer un courant d’air froid sous la bouche. Paradoxalement, pour éviter le courant d’air, il faudra augmenter la vitesse de l’air en réduisant la taille du diffuseur.

> Problème 3 : les diffuseurs utilisés dans les systèmes de climatisation à débit d’air variable (VAV ou climatiseurs à plusieurs vitesses) doivent être spécifiquement dimensionnés pour conserver l’effet Coanda même aux faibles débits.

Concevoir

Pour plus d’infos : choix des bouches de pulsion et d’extraction.

L’inconfort lié aux parois trop froides ou trop chaudes

Schéma inconfort des parois trop froides ou trop chaudes.

On distingue 4 sources d’inconfort local :

  • une asymétrie dans la température de rayonnement,
  • une vitesse d’air trop importante,
  • une température du sol trop basse ou trop haute,
  • une stratification verticale des températures.

Voici dans ces domaines les critères à respecter suivant la norme NBN X 10-005/ISO 7730 :

  1. L’ asymétrie de température de rayonnement de fenêtres (ou d’autres surfaces verticales) doit être inférieure à 10°C (mesure à 0,6 m du sol).
    Cette mesure consiste donc à comparer comment la chaleur est échangée par rayonnement de chaque côté du corps vers l’environnement. Si le déséquilibre dépasse 10°C entre la T°moyenne des parois vers la fenêtre et la T°moyenne des parois vers le fond du local, la personne est en état d’inconfort.
  2. L’asymétrie de température de rayonnement d’un plafond tiède (chauffé) doit être inférieure à 5°C (mesure à 0,6 m du sol).
    Au delà de cette valeur, davantage de personnes sont insatisfaites par l’excédent de chaleur autour de leur tête.
  3. La température de surface du sol doit normalement être comprise entre 19 et 26°C, mais les systèmes de chauffage par le sol peuvent être conçus pour 29°C par période de grands froids.
  4. La stratification verticale des températures doit être limitée à 3°C entre 0,1 et 1,1 m au-dessus du sol.

Cas particulier des piscines

Dans une piscine, le baigneur qui sort de l’eau est dans une situation de « faiblesse thermique » : son corps est mouillé et l’eau qui s’évapore prend sa chaleur de vaporisation sur sa peau. Une sensation de refroidissement importante apparaît.
Le gestionnaire peut donc agir :
  • soit en augmentant la température de l’air, ce qui est coûteux,
  • soit en augmentant le taux d’humidité intérieur de la piscine : l’évaporation de l’eau sera ralentie et le confort du baigneur en sera augmenté.

Cette dernière solution est avantageuse mais elle a ses limites : le risque de condensation superficielle augmente sur les vitrages et le risque de condensation interne dans les parois (murs, toiture) également.

Pour le cas particulier des piscines, on recommande généralement les valeurs ci-dessous :

Température d’air

28°C pour les halls des bassins
24°C pour les vestiaires et les douches
20°C pour les locaux administratifs

Humidité de l’air

50 % en hiver (limite basse qui peut être augmentée si l’isolation des parois est protégée par un pare-vapeur efficace)
60 à 70 % en mi-saison ou en été

Température d’eau des bassins

27°C pour les bassins d’initiation et d’apprentissage
24°C pour les bassins sportifs
22°C pour les bassins en plein air

Température d’eau des douches

37°C

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

Interpréter la fiche d’entretien d’une chaudière

Interpréter la fiche d'entretien d'une chaudière

 

L’attestation de contrôle d’un générateur de chaleur et ses paramètres

La fiche d’entretien est un document qui, selon l’Arrêté wallon du 29/01/2009, doit être établi par un technicien agréé, au terme de l’entretien obligatoire des chaudières. Un modèle type à utiliser est disponible sur le site de l’AWAC.

Cette fiche contient le relevé des différents paramètres que l’on mesure pour calculer le rendement de combustion de la chaudière.


Caractéristiques de l’alimentation en fuel

La fiche d’entretien reprend les caractéristiques du gicleur installé sur le brûleur : calibre en [gal/h] ou [kg/h] et son angle de pulvérisation, ainsi que la pression d’alimentation en combustible en [bar].

Le calibre et la pression permettent de calculer la puissance du brûleur par les formules :

où,

  • qfuel = débit de fuel
  • qgicleur = calibre du gicleur
  • p = pression de la pompe fuel

Pbrûleur [kW] = qfuel [litres/h] x 10 [kWh/litre]

On peut comparer cette puissance à la puissance utile de la chaudière et se rendre ainsi compte de la charge de la chaudière. Par exemple, une puissance de brûleur inférieure à la puissance de la chaudière permet d’augmenter le temps de fonctionnement du brûleur, ce qui est favorable à une bonne combustion (moins de cycles de démarrage/arrêt). Diminuer la puissance du gicleur par rapport à la puissance de la chaudière permet également d’augmenter le rendement de combustion (la surface d’échange par kW de flamme est plus grande et les fumées ressortent plus froides). Une limite existe cependant : si la puissance du brûleur est trop faible (moins de 50 .. 60 %), les fumées se refroidissent tellement que des condensations risquent d’apparaître dans la chaudière.

Remarque : si on se trouve en présence d’un brûleur 2 allures, chacun des essais correspondant à la mesure des paramètres de combustion pour chaque allure.

Exemple.

Sur une attestation d’entretien, on retrouve :

  • Puissance chaudière : 465 000 [kCal/h] (ou 539 kW)
  • Gicleur : 5 [gal/h]
  • Pression pompe : 19 [bar]

Le débit du brûleur est donc de :

La puissance du brûleur est de :

31,1 [l/h] x 10 [kWh/l] = 311 kW

La chaudière est donc chargée à :

311 [kW] / 539 [kW] = 58 [%]

Remarquons que la fiche d’entretien ne reprend pas une troisième caractéristique du gicleur : le type de pulvérisation. Si, après entretien, les performances de l’installation ont diminué, sans explication, par rapport à l’entretien précédent, il peut être bon de vérifier auprès du technicien d’entretien si le type du gicleur n’a pas été modifié.


Caractéristiques de la cheminée

La dépression dans la buse de cheminée est l’image du tirage de cette dernière, quand le brûleur est en fonctionnement.

Chaudières en dépression

Pour les chaudières fonctionnant en dépression (les chaudières dont on peut ouvrir le regard), il faut que la dépression soit comprise entre 10 et 15 Pa pour permettre une combustion et une évacuation des fumées correctes.

Si « Pression de la cheminée » < 10 PA, le tirage n’est pas suffisant. Il y a alors un risque de surpression dans le foyer, d’introduction de gaz de combustion dans la chaufferie et de production d’imbrûlés (suies, CO).

Si « Pression de la cheminée » > 15 PA .. 20 PA, le tirage est trop important. Les fumées sont aspirées trop rapidement par la cheminée et se refroidissent moins. Il est résultera une baisse de rendement. Cela peut également nuire au démarrage en provoquant un « décrochement » de la flamme et l’arrêt du brûleur. L’installation du régulateur de tirage ou son meilleur réglage (s’il existe) s’impose.

Régulateur de tirage.

Chaudières en surpression

Il est plus difficile de définir des règles de bon fonctionnement. Celles-ci dépendent du type de brûleur et de chaudière. Il faut, en tout cas, être en dépression au niveau de la buse de cheminée. Faute de quoi, des fumées risquent de s’introduire dans la chaufferie.

Améliorer

Améliorer le tirage de la cheminée.

Indice de noircissement des fumées

L’indice de noircissement des fumées « Indice fumée » ou indice de « Bacharach » est l’image de la production de suie du brûleur. Selon l’AGW du 29 janvier 2009, cet indice ne peut dépasser une valeur de 2.

L’indice de Bacharach est mesuré en aspirant les fumées au travers d’un papier filtre et en comparant à l’échelle de noircissement ci-dessus.

Cela est évidemment trop élevé. Il suffit pour s’en convaincre de voir la mesure la quantité de suie produite pour atteindre un tel indice.

L’objectif est un indice 0. Le label « OPTIMAZ » est obtenu pour un indice maximum de 1. 0 ..1 sont donc des valeurs acceptables. Une amélioration (meilleur réglage ou changement du brûleur) s’impose au-delà de 1.

La formation de suie et de CO (qui composent les d’imbrûlés) sont liés. Une teneur en CO des fumées mesurée de 75 ppm équivaut à un indice de Bacharach de 1.

La production de CO et de suie est le résultat d’un manque d’air comburant :

  • Réglage de l’excès d’air trop faible (s’accompagne alors d’un déficit de CO2 dans les fumées).
  • Manque de ventilation de la chaufferie. Attention, cette ventilation peut être correcte au moment de la mesure et ne plus l’être au quotidien car on avait enlevé le capot du brûleur, car on avait laissé la porte de la chaufferie ouverte, car couramment un séchoir en fonctionnement crée une dépression, …
  • Mauvais choix du couple gicleur, pression de pompe.
  • Inadéquation entre la puissance du brûleur et la puissance de la chaudière. Ces deux derniers éléments perturbent le mélange intime entre le combustible et l’air comburant, au niveau de l’accroche-flamme et du foyer.
  • Tirage incorrect de la cheminée (trop grand, trop faible, inconstant) qui perturbe le développement de la flamme et qui risque de provoquer des retombées dangereuses de CO vers la chaufferie.

Remarquons que si on dispose d’un appareil permettant de mesurer la teneur en CO des fumées (analyseur de combustion électronique), on peut estimer l’émission de CO au démarrage du brûleur (introduire l’analyseur de combustion dans le conduit de fumée, avant d’enclencher le brûleur). Plus celle-ci est élevée (> 120 ppm), plus le brûleur produit de la suie à ce moment et plus vite la chaudière va s’encrasser.

Idéalement, cette mesure de CO devrait être complétée par une mesure manuelle de l’indice de Bacharach pour éviter toute erreur liée à l’interprétation de la mesure de CO de l’appareil électronique.


Teneur en CO2 des fumées

La teneur en CO2 des fumées est une image de la transformation complète du combustible. Plus la teneur en CO2 des fumées est grande, meilleur est le rendement de combustion.

Ordre de grandeur

La teneur maximale en CO2 que l’on peut atteindre dans les gaz de combustion est de 15,2 % pour le fuel (en fonction de la teneur en carbone du combustible) et de 11,9 % pour le gaz naturel. D’un point de vue pratique, il est impossible de régler le brûleur à ces valeurs sans produire d’imbrûlés (suie, CO).
La valeur cible est de

  • 12,5 % pour les chaudières fuel de moins de 400 kW
  • 13 % pour les chaudières fuel de plus de 400 kW (ces deux valeurs sont, en fait les exigences pour l’attribution du label « OPTIMAZ »)
  • 10 % pour les chaudières gaz.

Une teneur de 14 % pour le fuel (pour les brûleurs à flamme bleue) ou 11 % pour le gaz n’est toutefois pas impensable.

Influence du réglage de la combustion et de l’excès d’air

Évolution du contenu des fumées avec l’excès d’air [%].

Une trop faible teneur en CO2, entraînant un mauvais rendement de combustion, peut avoir deux origines :

  • Un excès d’air trop important qui dilue les gaz de combustion. C’est comme si on prenait simplement de l’air à 20°C, qu’on le chauffait à environ 160°C (ou plus) et qu’on le rejetait directement dehors. À titre d’exemple, un excès d’air de 50 % conduit à une perte calorifique d’environ 2 %.
  • Un excès d’air trop faible (c’est plus rare) et donc un manque d’oxygène pour assurer une combustion complète du combustible.

Il vaut donc toujours mieux contrôler aussi par mesure l’excès d’air de combustion. Une valeur de référence est un excès d’air de 17 .. 24 % (valeur qui dépend du tandem brûleur/chaudière). En dessous, il y aura production d’imbrûlés et de monoxyde de carbone (CO) et au dessus, le rendement de combustion diminue.

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

Exemple.

en connaissant le % CO2 repris sur la fiche d’entretien, il est possible de connaître l’excès d’air de la combustion :

Excès d’air (calculé) = % CO2 théorique max / % CO2 mesuré

Si le % CO2 mesuré est de 10 % :

Excès d’air = 15,2 % / 10 % = 1,52 ou 52 % d’excès d’air

ce qui est excessif.

Si le % CO2 mesuré est de 14,5 % :

Excès d’air = 15,2 % / 14,5 % = 1,05 ou 5 % d’excès d’air

ce qui est vraisemblablement trop peu pour éviter les imbrûlés.

Un excès d’air de 17 % équivaut à un % CO2 de 13 % et un excès d’air de 20 % équivaut à un % CO2 de 12,5 %.

En résumé

En résumé, on peut dire qu’il faut régler le brûleur pour atteindre le % CO2 maximal tout en évitant :

  • La production de suie dans les chaudières fuel. L’objectif à atteindre est un indice de Bacharach compris entre 0 et 1,
  • La production de CO dans les chaudières gaz. L’objectif à atteindre est de moins de 75 ppm de CO maximum (une pointe de 120 ppm maximum au démarrage est admissible). En Allemagne, une valeur de 30 ppm maximum est imposée.

Notons qu’un réglage trop élevé de la teneur en CO2 peut causer des problèmes. Lors de basse température (hiver), la teneur en oxygène dans l’air est plus importante qu’à température élevée (été). Lorsque la température de l’air ambiant, aspiré par le brûleur augmente, la quantité d’oxygène, pour assurer une combustion correcte, diminue inévitablement. Ceci peut entraîner la formation de suie qui se déposera sur les parois du foyer. Par conséquent :

  • L’échange diminuera dans la chaudière et la température des fumées augmentera.
  • la résistance du foyer augmentera et la quantité d’air de combustion aspirée va diminuer. La production de suie s’accentuera avec comme suite la panne du brûleur.

Dans les anciennes chaudières, la présence d’inétanchéités au niveau du foyer (fentes, portes non étanches, …) peut rendre difficile la réduction de l’excès d’air dans les fumées sans conduire à la production d’imbrûlés. Il est donc impératif de supprimer au maximum les entrées d’air parasites pour garantir un rendement correct.

 Chaudières très anciennes présentant d’importants défauts d’étanchéité au niveau des portes : une carrosserie de chaudière rouille très rapidement si elle est contact avec des fumées. Cette rouille est donc un signe d’inétanchéité de la chaudière.

Améliorer

Améliorer le réglage du brûleur ou même remplacer le brûleur.

Température des fumées

Moins l’échange de chaleur entre la flamme et l’eau est bon, plus la température des fumées à la sortie de la chaudière (« T°gaz ») est élevée, et plus grandes sont les pertes.

Ordre de grandeur

Les chaudières modernes performantes peuvent fonctionner avec une température de fumée de l’ordre de 120°C, encore moins pour les chaudières à condensation.

Une température de fumée de l’ordre de 160°C (pour le gaz) à 180°C (pour le fuel) peut être considérée comme performante pour une chaudière ancienne.

À titre de comparaison, il n’est pas rare de mesurer, sur d’anciennes chaudières, des températures de fumée de plus de 300°C. Il en résulte une perte et une consommation supérieure d’une dizaine de pour cent par rapport aux chaudières modernes performantes.

Une augmentation de 15°C de la température des fumées entraîne une surconsommation de l’ordre de 1 .. 1,5 %.

Diagnostic

Une température de fumée élevée peut être le résultat

  • d’une mauvaise conception du corps de la chaudière (ancienne chaudière),
  • d’une puissance de brûleur trop importante par rapport à la chaudière,
  • d’un passage trop rapide des fumées dans la chaudière. Cela peut s’expliquer par un tirage trop important de la cheminée,
  • d’un mauvais échange dû à la présence de suie dans la chaudière (1 mm de suie sur la surface de l’échangeur équivaut à une perte de rendement de combustion de 4 à 8 %),
  • d’un brûleur inadapté à la chaudière (puissance trop importante, mauvaise forme de flamme).

Notons que les fabricants de chaudières indiquent dans leur documentation, la température nominale des fumées (à pleine charge et à charge partielle) à laquelle doit théoriquement fonctionner leur matériel.

Extrait de fiche technique d’une chaudière.

On peut considérer qu’un dépassement de plus de 15 % de la valeur constructeur constitue une anormalité. De même, une température de fumée supérieure de 15°C à la valeur mesurée lors du dernier entretien indique souvent un encrassement excessif de la chaudière.

Améliorer

Placer un régulateur de tirage, diminuer la puissance du brûleur, remplacer le brûleur.

Améliorer

Remplacer la chaudière.

Améliorer

Améliorer la maintenance.

Température ambiante

La température ambiante est la température de la chaufferie mesurée à l’entrée du brûleur.

Lorsque la mesure du rendement est effectuée manuellement, la plupart des chauffagistes indiquent par défaut une valeur de 20°C. La température réelle de la chaufferie est bien souvent différente, parfois de plus de 30°C dans d’anciennes chaufferies. Cela change un peu le résultat dans le calcul du rendement.

Exemple.

Valeurs reprises sur la fiche d’entretien :

Teneur en CO: 12 %
Temp.cheminée : 223°C
Temp.ambiante : 20°C
Temp.nette : 203°C
Rendement : 90,3 %

Si la température ambiante réelle est de 35°C, le calcul du rendement de combustion donnerait comme résultat : 91,1 %


Rendement

Il s’agit ici du rendement de combustion, c’est-à-dire un rendement instantané lorsque le brûleur est en fonctionnement. Il ne représente donc pas le rendement global de la chaudière durant toute la saison de chauffe, qui est évidemment inférieur puisqu’il prend également en compte les pertes de la chaudière lorsque le brûleur est à l’arrêt.

En dessous de 88 %, le rendement de combustion doit être considéré comme inacceptable et une amélioration doit être apportée.

Si celle-ci s’avère impossible, parce qu’elle entraîne par exemple la production de suie, parce qu’il n’est plus possible de diminuer l’excès d’air du fait de l’usure mécanique de l’alimentation d’air du brûleur, parce que la chaudière présente des inétanchéités trop importantes, il faudra envisager le remplacement du brûleur et éventuellement de la chaudière.

Améliorer

Améliorer la chaudière.

Améliorer

Remplacer la chaudière.

En résumé : contrôle des paramètres de la combustion

Contrôle des paramètres de la combustion
Contrôle Causes Conséquences Amélioration
Température de fumée trop élevée Encrassement de la chaudière Perte de rendement Nettoyer la chaudière
Tirage de la cheminée trop important Placer un régulateur de tirage sur la cheminée Régler le régulateur de tirage
Conduit de fumée trop court ou de section trop grande (diminution de résistance de la cheminée à l’écoulement des fumées) Vérifier et diminuer la section de la cheminée
Température de fumée trop faible (< 160°C pour les anciennes chaudières) Excès d’air trop important Risque de condensation Régler le registre d’air
% CO2 trop faible
% CO2 < 12 % (fuel) ou 9 % (gaz)
Excès d’air trop important Perte de rendement Régler le registre d’air
Mauvais mélange air/combustible au niveau de la tête de combustion Régler la tête de combustion
Si volet d’air presque fermé, entrées d’air parasites dans la chaudière Colmater les inétanchéités de la chaudière (portes, entre éléments en fonte)
Production d’imbrûlés (suies, CO)
Indice de Bacharach > 2, CO > 75 ppm
Excès d’air insuffisant ou extrêmement important Pollution atmosphérique

Encrassement de la chaudière

Perte de rendement

Régler le registre d’air
Mauvais mélange air/combustible au niveau de la tête de combustion (accroche flamme déformé ou déplacé) Régler la tête de combustion ou la remplacer
Registre d’air bloqué en position intermédiaire Nettoyer le registre et régler
Ouïe d’aspiration du brûleur obturée par des déchets (poussières, pluches, …) Nettoyer le brûleur
Roue du ventilateur encrassée Nettoyer le brûleur
Gicleur non adapté (angle trop grand ou trop petit) (fuel) Vérifier l’adéquation du gicleur (angle/débit) et changer
Gicleur défectueux (rayure ou obstruction) (fuel) Changer le gicleur ou le nettoyer
Arrivée irrégulière de combustible Vérifier le filtre à combustible et le bon fonctionnement de la pompe (fuel) et du régulateur de pression (vis de réglage desserrée, désétallonage du ressort, piston coincé, … )
Température du fuel trop basse Vérifier l’état et le réglage du réchauffeur
Tirage de la cheminée insuffisant Colmater les inétanchétités de la chaudière (portes, entre éléments en fonte)

Vérifier si la buse de la chaudière n’est pas trop enfoncée dans la cheminée

Nettoyer la cheminée

Modifier le tracé de la cheminée si trop sinueux

Écarter la dalle de couverture de la cheminée

Vérifier le bon positionnement du débouché de cheminée

Placer un aspirateur statique sur la cheminée

Améliorer

Améliorer la chaudière.

Concevoir

Concevoir un conduit de cheminée.
Exemple : mesure des paramètres de la combustion avant et après réglage d’un brûleur gaz pulsé.

Exemple 1 :

Mesure

Avant réglage

Interprétation et amélioration

Après réglage

Dépression cheminée

– 34 [PA] tirage trop important :
réglage du régulateur de tirage
-19 [PA]

Teneur en CO2

7 [%] excès d’air calculé de 71 % :
refermer le registre d’air
9,8 [%]

Teneur en CO

200 [ppm] excès d’air beaucoup trop important 25 [ppm]

Température cheminée

260 [°C] tirage trop important 230 [°C]

Température ambiante

20 [°C] 20 [°C]

Rendement

84,0 [%] teneur en CO2 basse et température des fumées élevée 89,3 [%]

Régulateur de tirage.

Exemple 2 :

Mesure

Avant réglage

Interprétation et amélioration

Après réglage

Dépression cheminée

– 19 [PA] tirage correct -19 [PA]

Teneur en CO2

11 [%] excès d’air calculé de 9 % (légèrement trop faible pour éviter les imbrûlés) :
ouvrir le registre d’air
9,7 [%]

Teneur en CO

800 [ppm] manque d’air 30 [ppm]

Température cheminée

170 [°C] bon échange de chaleur 185 [°C]

Température ambiante

20 [°C] 20 [°C]

Rendement

93,0 [%] rendement bon mais importante production de CO 91,5 [%]

Évaluer l’efficacité énergétique de la production d’eau chaude sanitaire

Évaluer l'efficacité énergétique de la production d'eau chaude sanitaire


Estimer le rendement global saisonnier

Ce rendement est difficile à évaluer. Beaucoup de facteurs interviennent et les hypothèses d’exploitation modifient fortement le bilan.

Prenons l’exemple simple d’un ballon électrique de 1 000 litres :

  • son rendement est performant… si le puisage est de 850 litres chaque jour,
  • son rendement est catastrophique … si le ballon alimente 3 lavabos, situés deux étages plus haut, avec des utilisateurs qui, en pratique, n’attendent même pas que l’eau soit chaude pour se rincer les mains !

Il n’est donc pas possible de parler « du rendement d’un ballon électrique » en soi.

Pour avoir malgré tout une idée des performances moyennes des différents systèmes présents sur le marché, voici les chiffres de rendement saisonnier que propose le VITO (Vlaamse Technologisch Onderzoek) dans le cadre d’un diagnostic d’une installation domestique (programme SAVE BELAS).

Rendement
exprimé en énergie locale

Rendement
exprimé en énergie primaire

Épaisseur d’isolant du ballon éventuel 2,5 cm 5 cm 10 cm 2,5 cm 5 cm 10 cm
Ballon combiné à une chaudière
(1 enveloppe commune)
ancienne chaudière à T°constante 0,46 0,52 0,56 0,46 0,52 0,56
nouvelle chaudière à T°constante 0,61 0,69 0,74 0,61 0,69 0,74
nouvelle chaudière à T°glissante 0,69 0,78 0,83 0,69 0,78 0,83
Ballon combiné à une chaudière
(2 enveloppes distinctes)
ancienne chaudière à T°constante 0,41 0,48 0,54 0,41 0,48 0,54
nouvelle chaudière à T°constante 0,54 0,64 0,72 0,54 0,64 0,72
nouvelle chaudière à T°glissante 0,61 0,72 0,81 0,61 0,72 0,81
Instantané gaz
(combiné ou non avec le chauffage)
0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90
Accumulateur gaz 0,69 0,78 0,83 0,69 0,78 0,83
Accumulateur électrique 0,76 0,87 0,93 0,29 0,33 0,35

Les hypothèses de calcul sont les suivantes :

  • demande annuelle d’ECS : 43 litres/pers.jour à 40°C pour une famille de 4 personnes.
  • volume de stockage éventuel de 150 litres
  • rendement moyen de la production d’électricité en Belgique : 0,38

Conclusion de ce tableau : même si quelques imprécisions subsistent (le rendement du préparateur de gaz instantané paraît fort élevé, de même que celui de l’accumulateur de gaz), la production instantanée de gaz sort clairement du lot et est donc à conseiller dans le secteur domestique.

L’évaluation du rendement saisonnier d’une installation existante

Même s’il est difficile d’estimer le rendement d’un installation existante, un petit logiciel est à disposition. Il tente d’évaluer les différentes pertes et d’en déduire un rendement annuel.

Calculs

Pour accéder à un logiciel d’évaluation du rendement saisonnier de l’eau chaude sanitaire.

Le cas particulier du chauffage par boiler électrique à accumulation

Il peut être relativement aisé de faire l’évaluation globale de la performance d’une telle installation … pour autant que l’on dispose d’un compteur d’eau chaude et d’un compteur électrique sur le préparateur. S’il s’agit d’un petit ballon avec une prise individuelle, il est même possible d’insérer un compteur entre la prise et le câble de raccordement (un peu comme une allonge).

En théorie, chauffer 1 m³ d’eau à la température moyenne d’utilisation de 50°C, requiert :

1,163 [kWh/m³.K] x (50 – 10) [K] = 47 [kWh]

En pratique cependant, l’EDF a constaté que « pour une installation électrique à accumulation de nuit, un ratio de 75 kWh par m³ chauffé et distribué jusqu’au point de puisage est une bonne performance. Les diverses dérives de fonctionnement peuvent malheureusement porter ce chiffre à plus de 100 kWh » (source CVC – avril 2001).

Autrement dit, le rendement évolue de 63 à 47 %… On aperçoit là l’effet négatif de la boucle de circulation souvent présente dans les installations tertiaires.


Évaluer la production

Un surdimensionnement du stockage de l’eau chaude ?

Il n’est pas rare de constater un surdimensionnement des réservoirs. Idéalement, c’est un compteur placé sur le départ d’eau chaude qui devra permettre de comparer la consommation journalière et le besoin de stockage. À défaut, on pourra procéder à un redimensionnement théorique de l’installation en fonction des données réelles d’exploitation et comparer avec l’installation en place.

Si une telle situation se rencontre systématiquement en fin de journée,
il y a intérêt à couper l’alimentation du 3ème ballon.

La mise hors service d’un ballon est alors justifiée pour limiter les pertes par les parois

Calculs

Pour évaluer les pertes énergétiques d’un ballon non utilisé.

Concevoir

Pour dimensionner l’installation nécessaire.

Situation critique en été ?

La question est souvent posée de l’intérêt d’une production d’eau chaude au moyen d’un système combiné au chauffage du bâtiment puisque celui-ci est mis à l’arrêt.

  • Si la chaudière est ancienne et est maintenue en température, elle présente des pertes à l’arrêt importantes par rapport à l’énergie utile nécessaire à la production d’eau chaude, surtout pour les chaudières gaz atmosphériques.
  • En outre, les démarrages de brûleurs fréquents et de courte durée (suite à des petits puisages) sont préjudiciables au rendement de combustion.

L’association CEDICOL a réalisé une mesure sur site dont il ressort un rendement saisonnier annuel de 71 % et un rendement d’été de 49 %.

Le détail de cette campagne de mesures

La production de cette installation domestique est, en été, de 186 litres d’eau chaude par jour.

L’installation comprend une chaudière au fuel de 27 kW alimentant un ballon de stockage de 160 litres. La chaudière est régulée en température glissante avec une priorité sanitaire. Cela signifie qu’entre les demandes du ballon, la chaudière redescend en température.

Durant l’été 88, la chaudière à consommé 189 litres de fuel (soit 1 880 kWh) pour produire 24  180 litres d’eau chaude (soit 939 kWh). Le rendement de production en été est donc de 939 / 1 880 kWh = 49  %.

Pour l’ensemble de l’année, le système produit 42 150 litres d’eau chaude avec un rendement saisonnier de 71 %.

(Source : magazine « L’entreprise », mars 90).

À noter que l’on se trouve dans la situation la plus favorable de production combinée, avec une chaudière fonctionnant en température glissante. Dans le cas d’une ancienne chaudière restant à température constante tout l’été (de 70°C, par exemple), il n’est pas rare d’avoir des rendements de production inférieurs à 20 % en été !

Améliorer

Pour plus d’informations sur la désolidarisation du chauffage de l’eau chaude sanitaire et du chauffage du bâtiment.

Améliorer

Pour plus d’informations sur la régulation avec « priorité eau chaude sanitaire », cliquez ici !

Mauvaise stratification des températures dans les ballons ?

Si un ballon de 1 000 litres à 50°C est vidé pour moitié, on peut y trouver :

  • soit 500 litres d’eau à 50°C (encore exploitables) et 500 litres à 10°C,
  • soit 1 000 litres à 30°C, inutilisables…

En soi, il n’y a pas de perte d’énergie lors du mélange des eaux chaude et froide. Simplement, le volume utile d’eau chaude est diminué, ce qui entraînera soit un surdimensionnement du ballon, soit une augmentation de la température de consigne. Dans les 2 cas, les pertes par l’enveloppe seront augmentées.

Les facteurs qui favorisent le mélange des températures dans le ballon sont :

  • une vitesse d’arrivée de l’eau froide trop élevée au bas du ballon,
  • une faible isolation des parois qui favorise la circulation interne,
  • une boucle de distribution non isolée qui génère un retour d’eau trop froide qui « tombe » dans le réservoir et crée des turbulences,
  • une absence d’isolation de la tubulure de sortie de l’accumulateur,
  • une position horizontale du ballon de stockage.

Améliorer

Pour plus d’information sur l’amélioration de la stratification des ballons accumulateurs.

Insuffisance de l’isolation des ballons ?

Pour des ballons existants, une intervention se justifie si l’épaisseur d’isolation est inférieure à 5 cm, sans hésitation.

Et ce critère est renforcé si, suite à des mesures anti-légionelles, justifiées ou non, la température du ballon dépasse les 60°C.

Si aucune isolation n’est présente, passer de 5 à 10 cm est amorti généralement en 3 ans.

Pour les autres cas, on devra donc juger de la rentabilité de la rénovation en fonction de l’âge du ballon.

Pour évaluer sa situation dans un cas précis, il est possible :

Photo ballon de stockage.

  • de mesurer T°ballon, la température de surface du ballon,
  • de se baser sur une puissance d’échange en surface de l’ordre de 10 Watts par m² et par degré d’écart entre le ballon et l’ambiance,
  • de calculer la surface du ballon en fonction du diamètre D et de la hauteur H  :Surface totale d’un cylindre = 3,14 x D x H + 3,14 x D²/2

Il est alors possible de connaître la perte énergétique du ballon.

Puissance = 10 [W/m².K] x S [m²] x (T°ballon – T°ambiance) [K]

Par exemple dans une ambiance à 15°, si les 8 m² de surface du ballon sont à une température de 30°C, les pertes seront de :

Puissance = 10 [W/m².K] x 8 [m²] x (30 – 15) [K] = 1 200 [Watts]

En multipliant par les 8 760 heures de l’année, on obtient les kWh perdus :

Pertes d’énergie = 1 200 [W] x 8 760 [h] / 1 000 = 10 512 [kWh]

Une évaluation du prix du kWh comprise entre 0,0625 € (si chauffage combustible) et 0,16 € (si chauffage électrique), rendement compris, permet d’évaluer la perte financière annuelle.

Calculs

Pour évaluer la rentabilité de l’isolation d’un ballon.

A noter que la mesure sur site des pertes dépasse, souvent, le double de la valeur par calcul théorique, en raison de la mise en œuvre pas toujours aisée de l’isolation en jaquette souple (source : EDF). Et les pertes augmentent avec le vieillissement de l’isolant.

Voici les critères proposés par l’Ordonnance sur la procédure d’expertise énergétique des réservoirs d’eau chaude en Suisse (22/01/92) :

Capacité Pertes maximum admissibles
[kWh/24h]
Capacité Pertes maximum admissibles
[kWh/24h]
30 0,75 1 000 4,70
50 0,90 1 100 4,80
100 1,30 1 200 4,90
200 2,10 1 300 5,00
300 2,60 1 400 5,05
400 3,10 1 500 5,10
500 3,50 1 600 5,12
600 3,80 1 700 5,14
700 4,10 1 800 5,16
800 4,30 1 900 5,18
900 4,50 2 000 5,20

A noter que les pertes réelles sont probablement inférieures puisque les conditions d’essai imposent une température moyenne de l’eau de 65°C sans soutirage d’eau. Dans la pratique, le soutirage diminue la température moyenne du ballon.

Améliorer

Pour plus d’information sur l’isolation des ballons accumulateurs.

Évaluer la distribution

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

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

Isoler les tuyauteries

Par exemple, 20 m de tuyauteries DN 20 non isolées, véhiculant une eau à 55°C ont des pertes de l’ordre de :

36 W/m x 20 m x 24 h/j x 365 j/an =
6 300 kWh/an ou l’équivalent de 630 litres de fuel ou m³ de gaz !

Pour seulement 20 m…

Or une isolation des conduites est très rentable. Il suffit de constater que l’isolation fera chuter la consommation à 20 % de sa valeur. L’économie est donc de l’ordre de 395 € par an pour les 20 mètres. L’investissement est amorti en 1 an. Toutes les années qui suivent, ce n’est que bénéfice, financier et écologique.

Calculs

Pour calculer la rentabilité de l’isolation de la tuyauterie.

Boucle de distribution d’eau chaude sanitaire non isolée,
parcourant un vide ventilé de plus de 100 m de long.

Réduire les fuites

S’il est plus courant de rencontrer des fuites sur le réseau d’eau froide (tout particulièrement aux chasses de WC), il peut être utile de vérifier s’il n’existe pas de pertes sur le réseau d’eau chaude : le joint déficient d’un pommeau de douche, un robinet d’arrêt entartré sur un lavabo, un groupe de sécurité sur un ballon électrique (qui doit lâcher un peu d’eau suite à la dilatation lors du chauffage de l’eau mais qui serait bloqué en position ouverte), …

D’autant qu’une technique simple est généralement disponible : la mesure de la consommation durant la nuit ou le weekend.


Évaluer l’émission

De nos jours, le rendement d’émission peut être fortement amélioré. Par exemple, moyennant une pomme de douche appropriée, le débit peut être fortement réduit par un bon mélange, émulsion d’air et d’eau.

Exemple : si, autrefois, la pomme de douche déversait joyeusement 30 litres/minute d’eau chaude, aujourd’hui une pomme de 8 à 12 litres/minute est tout aussi confortable.

Il est assez facile d’évaluer la performance d’une douche en mesurant le temps mis pour remplir un seau de 10 litres, par exemple.

Il en est de même pour l’ensemble de points de puisage, où réducteurs de pression et mousseurs permettent de sérieuses économies sans inconfort.

Améliorer

Pour plus d’informations sur les techniques de réduction des débits.

Repérer l’origine des consommations [Electrique]

Repérer l'origine des consommations


Simulation de sa propre consommation

Calculs

Vous pouvez accéder à un programme conçu pour simuler la consommation électrique d’un bâtiment neuf ou existant.

Il s’applique particulièrement aux bâtiments de type bureaux ou écoles (un outil permettant de simuler la consommation électrique d’un hôpital est en cours de développement au sein de l’Ademe en France).

Sur base de caractéristiques propres au bâtiment (nombre d’occupants, nombre de repas cuisinés en interne, …), il estime la consommation énergétique annuelle (en kWh/an) et la pointe quart-horaire par grand poste consommateur et pour l’entièreté du bâtiment.

En modifiant directement certaines données du programme, il est déjà possible d’en estimer l’impact d’une amélioration.

Par exemple : que peut-on gagner en modifiant les horaires de fonctionnement ? Ou quel est l’impact sur la pointe quart-horaire si on arrête l’extraction sanitaire de 11 à 12 h ? …


Ratios moyens par secteur d’activité

Des ratios de consommation de diverses provenances sont disponibles dans la littérature.

Il faut être attentif au fait que certains comparent la consommation de chaque usage à la consommation électrique totale du bâtiment, d’autres se réfèrent à la consommation énergétique globale (électricité + combustible).

Source : Laborélec

Le plus gros consommateur électrique du secteur tertiaire est l’éclairage. Il représente environ 40 % de la consommation totale d’électricité de l’entièreté du secteur (tous types d’activité confondus), soit, pour la Belgique, environ 5 700 GWh/an.

Une amélioration de 1 % du rendement des installations d’éclairage signifierait une économie de 5,7 millions € et permettrait d’éviter, chaque année, 20 500 tonnes d’émissions de CO2, 62 tonnes de SO2, 46 tonnes de NOx et 5 tonnes de suie.

Source : AICVF

D’après l’AICVF (Association française des Ingénieurs en Climatique, Ventilation et Froid), les chiffres suivants sont rencontrés :

Pourcentage de la consommation énergétique totale [%]
Chauffage et climatisation Eau chaude sanitaire Cuisson Éclairage Autres

Bureaux

60 8 1 14 17

Écoles

81 6 4 6 3

Établissements de soin

65 11 5 10 9

Hôtels et restaurants

48 13 25 7 7
Eau chaude sanitaire
[kWh/chamb.an]
Cuisson
[kWh/repas]
Éclairage
[kWh/m².an]

Bureaux

40

Écoles

10

Établissements de soin

1,5 30

Hôtels et restaurants

1 500 1 .. 1,5
(en collectif)
2,5 .. 5
(à la carte)
27

Source : STEM

Les ratios suivants sont issus d’une étude réalisée par le département STEM de l’Université USSIA d’Antwerpen : »De energievraag en de besparingmogelijkheen in de tertiaire sector in België 1992-2003″. Cette étude fut publié par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable dans le recueil « Consommation énergétique dans le secteur tertiaire en Belgique » pour le compte d’Eurostat (1998).

Répartition des consommations électriques par usage en Belgique [%]
Éclairage Traitement d’air Refrigération Pompes de circulation Chauffage
Eau chaude sanitaire
Autres

Hôtels et restaurants

40,7 11,2 16,9 5,5 3,4 22,2

Établissements de soin

37,4 32,3 7,8 5,8 3,6 13,1

Écoles

59,1 19,7 1 9,8 3,3 7,1

Services aux personnes

68,5 4,5 6,5 3,4 3,7 13,4

Bureaux et administrations

47,2 19,3 1 4,5 3,9 24,1

Commerces

39,8 19,9 23,5 5,5 5,1 6,2

Total secteur tertiaire

45,8 18,7 11 5,3 4,2 15,0

Source : ICEDD

Périodiquement, l’ICEDD réalise un bilan énergétique de la Wallonie pour le compte du SPW. Les ratios ci-dessous sont ceux de 2012 et présentent la répartition de la consommation d’électricité du secteur tertiaire par usage.

Répartition des consommations électriques par usage en Wallonie [%]
Éclairage Chauffage et eau chaude
Conditionnement d’air Pompes et ventilateur de circulation Froid Autres

Commerce

39 4 11 6 16 24

Transport communication

24 4 10 9 0 53

Banques assurances services aux entreprises

35 2 13 15 0 35

Enseignement

61 2 9 9 4 15

Soins santé

32 1 8 6 0 53

Culture et sport

23 4 9 8 0 55
Autres services 23 4 9 8 0 55
Administration 35 2 13 15 0 35
Divers 54 0 0 0 0 46

Total secteur tertiaire

40 3 9 7,5 6,5 34

Découvrez cet exemple de gestion des consommations électriques aux FUNDP de Namur.

Évaluer un risque de condensation superficielle au droit d’une terrasse en béton

Évaluer un risque de condensation superficielle au droit d'une terrasse en béton


Description de la situation

Un immeuble de bureaux possède des terrasses en béton en encorbellement sans coupure thermique. On améliore la situation en ajoutant une isolation d’une résistance thermique de 1 m²xK/W au droit du linteau et entre la dalle et le plancher.

Schéma de principe de la terrasse en encorbellement.

L’immeuble de bureaux est équipé d’un conditionnement d’air contrôlant la qualité de l’air intérieur.
La température de jour (ηi) est maintenue à 21°C et l’humidité relative (φi) à 50 %.
La nuit et le weekend, nous avons imaginé deux possibilités :

  1. le chauffage est coupé et la ventilation continue,
  2. la ventilation et le chauffage sont coupés.

La température descend alors jusqu’à 18°C la nuit et jusqu’à 16°C le week-end.

On voudrait évaluer le risque de condensation à l’intérieur des locaux au droit des terrasses en encorbellement.


Calcul du pont thermique : facteur τ

Tout point intérieur d’un détail constructif ou d’un pont thermique est caractérisé par un facteur de température τ. τmin est la valeur minimale de ces différents τ.
Au droit d’éléments de construction ou de ponts thermiques complexes, il est difficile de calculer les facteurs de température manuellement. Ces calculs se font par programmes informatiques (basés, par exemple, sur la méthode des éléments finis ou des différences finies). Les facteurs de température du pont thermique de la terrasse en encorbellement de l’immeuble de bureau ont été calculés à l’aide du programme KOBRU 82. En voici les résultats :

τ1 = 0,705;
τ2 = 0,905;
τ3 = 0,955;
τ4 = 0,785;
τ5 = 0,98;
τ6 = 0,885;
τ7 = 0,545;
τ8 = 0,77.
τmin = τ7 = 0,545
Remarque : les résultats de nombreux ponts thermiques sont repris dans la NIT 153.


Évaluation du risque de condensation

Il ne se formera pas de condensation superficielle si :

Avec,

  • θi : la température intérieure,
  • θe : la température extérieure,
  • θd : la température de rosée correspondant à l’ambiance intérieure.

Le jour

Température extérieure (°C) Température intérieure (°C)

φi = 50 %

θd (°C)

La journée – 10 21 10 0,65
– 5 21 10 0,58
0 21 10 0,48
5 21 10 0,29
8 21 10 0,15
10 21 10 0

0,65 < τmin = 0,545 ? : non !

Il y a donc risque de condensation… !!!

Néanmoins, on peut calculer à partir de quelle température extérieure il y a risque de condensation sur le pont thermique ayant un τmin de 0,545 :

τmin = (θd – θe) / (θi – θe)

où,

  • τmin = 0,545
  • θi = 21°C
  • φ= 50 %
  • ssi θd = 10°C

0,545 = (10 – θe) / (21°C – θe)

θe = – 3,2°C

Occurrence des températures extérieures.

Vu que la température de – 3°C n’est atteinte que 150 heures par an, la période durant laquelle de la condensation superficielle se forme est négligeable.

La nuit

1° hypothèse : le chauffage est coupé et l’humidité relative intérieure (φi) est maintenue à 50 %

Dans ce cas, la température intérieure descend jusqu’à 18°C. La température de rosée descend à 7,4°C.

Température extérieure (°C) Température intérieure minimale (°C)

φi = 50 %

θd (°C)
-10 18 7,4 0,62
-5 18 7,4 0,54
0 18 7,4 0,41
…. ….

Température extérieure en dessous de laquelle il y a risque de condensation sur le pont thermique (τmin de 0,545) ? :

τmin = (θd – θe) / (θi – θe)

0,545 = (7,4 – θe) / (18°C – θe)

θe = -5,3°C

Cette température extérieure n’est atteinte que 57 heures par an; le risque de rencontrer de réels problèmes est encore moins élevé que le jour !

2° hypothèse : le chauffage et le traitement de l’air sont coupés

Dans ce cas, la température intérieure se refroidit jusque 18°C. Le point de rosée reste à 10°C mais l’humidité relative intérieure augmente.

Diagramme de l’air humide.

Température extérieure (°C) Température intérieure minimale (°C)

 

Humidité relative intérieure (φi) θd (°C)

– 10 18 60 % 10 0,71
– 5 18 60 % 10 0,65
0 18 60 % 10 0,56
5 18 60 % 10 0,38

Température extérieure en dessous de laquelle il y a risque de condensation sur le pont thermique (τmin de 0,545) ? :

τmin = (θd – θe) / (θi – θe)

0,545 = (10 – θe) / (18°C – θe)

θe = 0,42°C

Cette température est rencontrée 548 heures par an. Le risque de rencontrer des problèmes est plus élevé que dans les cas précédents.

Le week-end

Durant cette période, la température peut descendre jusqu’à 16°C.

Si la ventilation des locaux est maintenue, aucun problème de condensation ne peut être rencontré.

Par contre, si la ventilation est coupée durant cette période, l’humidité relative intérieure monte très vite. Par l’arrêt de la ventilation, le local est mis en dépression par rapport à la façade soumise au vent. Et vu que les parois ne sont jamais tout à fait étanches, de l’air extérieur y entre. L’humidité relative intérieure sera le résultat d’un mélange partiel entre l’air intérieur et l’air extérieur. Pour faire des hypothèses réalistes, l’enregistrement de valeurs atteintes par l’humidité relative intérieure est indispensable. Cette situation n’a pas été analysée.


Conclusions

Le risque de condensation superficielle pendant une longue durée n’existe pas dans les bureaux possédant un système de conditionnement d’air permettant de maintenir l’humidité relative de l’air à 50 %, même dans la situation critique d’un pont thermique où le facteur de température τ a une valeur de 0,545.

La situation devient critique quand la température de l’air intérieur diminue et que de l’humidité relative intérieure augmente.

À noter que la différence entre 40 et 60 % d’humidité relative ne se sent pas. Cette dernière pourrait être réglée à 40 %, ce qui diminuerait encore le risque de condensation. Néanmoins, il ne faut pas descendre en-dessous !

Évaluer l’efficacité énergétique de la distribution de chaleur

Évaluer l'efficacité énergétique de la distribution de chaleur


Sous-station de distribution sans isolation !


Pertes dans les tuyauteries

Lorsque qu’un tuyau véhiculant de l’eau de chauffage traverse un espace ne devant pas être chauffé (chaufferie, vide-ventilé, caniveau), il présente des pertes importantes.

Exemples :

Tuyauterie de chauffage non isolée parcourant un faux plafond sous toiture.

Boucle de distribution d’eau chaude sanitaire non isolée, parcourant un vide ventilé de plus de 100 m de long.

Tronçon de collecteur DN 150 non isolé pour des raisons de facilité. Pertes annuelles : environ 4 000 kWh/an ou 400 litres de fuel/an (puissance perdue 2 x 230 W).

Conduites extérieures ….

En principe, lorsque ce tuyau traverse un local chauffé, on considère souvent que la perte contribuant au chauffage de l’ambiance, elle n’est pas source de surconsommation. Cependant cette affirmation est à nuancer dans certaines situation :

  • Lorsque la perte est tellement importante qu’elle crée des surchauffes.
  • Lorsque le tuyau reste en température alors que les locaux ne doivent plus être chauffés. Ce sera, par exemple, le cas pour une boucle de distribution d’eau chaude sanitaire maintenue en température, même en été.
Exemple.

photo conduites non isolées - 01.

École dont les classes sont parcourues par d’importantes conduites de chauffage. L’absence d’isolation sur les conduites combinée à l’absence de vanne thermostatique sur les radiateurs entraîne une la surchauffe importante dans chaque classe.

Bilan thermique d’une classe traversée par de grosses conduites non isolées. On voit que les apports des conduites, des élèves et du soleil vont rapidement conduire à des surchauffes. Les corrections à envisager pour le chauffage sont l’isolation des conduites et le placement de vannes thermostatiques pour arrêter le fonctionnement des radiateurs.

Ordre de grandeur

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

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

photo conduites non isolées - 02.

Voici une installation vieille de 2 ans, jamais l’isolant n’a été placé sur les tuyauteries (cela n’ayant pas été précisé textuellement dans le cahier des charges, l’installateur a estimé que l’isolation ne faisait pas partie de son offre et n’en a pas informé le maître d’ouvrage). Voilà l’équivalent d’une belle guirlande lumineuse qui est restée allumée pendant plus de deux ans !

photo conduites non isolées - 03.

Dans le même établissement, les conduites de distribution de chauffage et d’eau chaude sanitaire passent dans un vide ventilé. La fin de l’isolation des conduites n’a pas été réalisée. Pour preuve, la coquille isolante n’a pas été découpée à la longueur du tuyau. En terme de surconsommation, cela équivaut à une lampe de 60 W restée allumée pendant 2 ans dans le vide ventilé ! Soit une perte de :

60 [W] x 8 760 [h/an] / 0,8 =  657 [kWh/an] ou 66 [litres fuel ou m³ gaz] (0,8 est le rendement saisonnier de la chaudière).

Chiffrer les pertes dans le tuyauteries

La perte augmente proportionnellement au diamètre de la tuyauterie. Le tableau suivant indique les pertes des tuyaux en acier en fonction de leur diamètre, de la température entre l’eau chaude et de la température ambiante.

Perte de chaleur d’un tuyau en acier non isolé en [W/m]

DN [mm]

10 15 20 25 32 40 50 62 80 100

Diam [pouce]

3/8″ 1/2″ 3/4″ 1″ 5/4″ 1 1/2″ 2″ 2 1/2″ 3″ 4″

Teau – Tair :

20°C

11 13 17 21 26 30 38 47 55 71

40°C

22 29 36 45 57 65 81 101 118 152

60°C

36 46 58 73 92 105 130 164 191 246

80°C

52 67 84 105 132 151 188 236 276 355

Les pertes calorifiques des canalisations enterrées sont plus faibles que dans l’air, en moyenne de 10 à 35 %.

Exemple.

Perte de 20 m de tuyauterie non isolée DN 50 (2″), à 80°C, dans une chaufferie à 20°C :

Puissance perdue = 130 [W/m] x 20 [m] = 2,6 [kW]

Énergie perdue (si la circulation fonctionne toute l’année = 2,6 [kW] x 8 760 [h/an] / 0,8 = 28 470 [kWh/an] ou 2 847 [litres fuel ou m³ gaz] (0,8 est le rendement saisonnier de la chaudière).

Le coût de cette perte est de l’ordre de 89 €/an (à 0,625 €/litre fuel) par mètre de tuyau non isolé.

Calculs

Pour calculer les pertes de vos tuyauteries de chauffage et le gain réalisable par une isolation.

Améliorer

Isoler les tuyauteries et les vannes.

Régulation de la température de l’eau

On le voit dans les coefficients de perte ci-dessus, les déperditions des tuyauteries sont proportionnelles à la différence de température entre l’eau et l’ambiance. On a donc tout intérêt à travailler avec une eau chaude distribuée à la température la plus faible possible.

Cela est une des justifications pour lesquelles on a intérêt à travailler avec une température d’eau variable en fonction des besoins, soit directement au niveau du collecteur principal, soit au minimum au niveau des circuits secondaires.

L’ampleur de la perte engendrée en travaillant en permanence à haute température dans les circuits dépend de la disposition des circuits (le collecteur peut être très long, en conduisant par exemple à une sous station) et de leur degré d’isolation.

Exemple.

Prenons un collecteur DN 100 de 10 m, isolé par 4 cm de laine minérale et alimenté 5 800 h/an. La chaufferie a une température de 20°C.

Si la température l’eau qui y circule est régulée en fonction de la température extérieure, la température moyenne de l’eau sur la saison de chauffe sera de l’ordre 43°C. Déperdition thermique sera égale à :

0,424 [W/m°C] x (43 [°C] – 20 [°C]) x 10 [m] x 5 800 [h/an] = 565 [kWh/an] ou 56 [litres fuel ou m³ gaz]

Si la température de ce collecteur est maintenue en permanence à 70°C (moyenne entre le départ et le retour), la déperdition est de :

0,424 [W/m°C] x (70 [°C] – 20 [°C]) x 10 [m] x 5 800 [h/an] = 1 229 [kWh/an] ou 123 [litres fuel ou m³ gaz]

La différence est négligeable.

Ce ne sera pas le cas si le collecteur alimente aussi un bâtiment voisin distant de 50 m (soit 100 m de collecteur). La différence sera cette fois de 670 [litres fuel ou m³ gaz].

Améliorer

 Pour en savoir plus sur les installations susceptibles de travailler en température glissante.

Pertes dans les vannes

Les vannes présentes une surface déperditive nettement plus importante qu’un tuyau du même diamètre.

Une étude menée par AIB a.s.b.l. basée sur des observations thermographiques a montré que :

Perte thermique des vannes et brides en équivalent de longueur de tuyauterie de même diamètre non isolée

Source : AIB

Accessoire

Longueur équivalente de tuyauterie

Vanne non isolée 1,7 m
Vanne non isolée (6 cm de laine) 0,17 m
Paire de brides 0,9 m
Paire de brides isolée (6 cm de laine) 0,06 m
Exemple :

La température de cette boucle primaire est maintenue à 80°C (moyenne entre le départ et le retour). La perte de chacune des vannes (DN 300) ci-dessus équivaudrait à la perte de 1,7 m de tuyau (on applique une régression linéaire entre les valeur du tableau), soit :

707 [W/m] x 1,7 [m] = 1,2 [kW/vanne]

Si pour des raisons de production d’eau chaude sanitaire, la boucle est alimentée toute l’année, la perte énergétique s’élève à :

1,2 [kW/vanne] x 8 760 [h/an] = 10 512 [kWh/an.vanne] ou 1 051 [litres fuel ou m³ gaz]

Un matelas isolant permet de diminuer cette perte de 90 %, soit un gain de 946 [litres fuel ou m³ gaz] ou 591 [€/an] (à 0,625 €/litre fuel), pour un coût de 313 € le matelas démontable de 6 cm de laine.

Améliorer

Isoler les tuyauteries et les vannes.

Déséquilibre

Nombreuses sont les installations de chauffage qui présentent des problèmes de manque de chaleur dans les locaux situés en bout de circuit.

Très souvent, la cause de cet inconfort réside dans un déséquilibre de l’installation : les premiers radiateurs « court-circuitent » le débit d’eau chaude, privant ainsi les derniers émetteurs d’un débit suffisant.

Lorsque l’installation est déséquilibrée, les premiers radiateurs court-circuitent le débit d’eau. Le manque de débit dans les derniers radiateurs entraîne un manque de chaleur.

Intrinsèquement, il s’agit d’un problème de confort et non de surconsommation.

Évaluer

Pour diagnostiquer plus en détail, les causes d’inconfort.

Cependant, la réaction de la plupart de gestionnaire est de compenser cet inconfort

  • en augmentant la consigne de régulation (augmentation de la courbe de chauffe, augmentation du thermostat d’ambiance),
  • en avançant l’heure de la relance matinale,
  • en déconnectant l’optimiseur, …

En absence de vannes thermostatiques, il en résulte une surchauffe dans les locaux favorisés et donc une surconsommation.

Si face à une déséquilibre de l’installation, le gestionnaire augmente la consigne de température, les derniers locaux seront vraisemblablement satisfaits mais avec une surchauffe et une surconsommation dans les autres locaux.

 Il vaut donc mieux tenter dans la mesure du possible rétablir un débit correct dans chaque radiateur, en étranglant l’arrivée d’eau dans les zones favorisées.

Améliorer

Équilibrer la distribution.

Un indice pour diagnostiquer un déséquilibre

Pour repérer un déséquilibrage, on peut sentir la répartition des températures dans les radiateurs : un radiateur chaud dans sa partie supérieure mais froid dans sa partie inférieure présente un débit d’alimentation insuffisant (une partie supérieure froide traduit une présence d’air à purger).


Régulation des circulateurs

La notion d’efficacité énergétique de la distribution inclut également la consommation des auxiliaires nécessaires au transport de la chaleur : les circulateurs.

Estimer la consommation des circulateurs

Sans mesure du courant absorbé par les circulateurs, il est difficile de connaître précisément la consommation électrique liée à la distribution de l’eau chaude.

En première approximation, on peut se baser sur les ratios suivants (pour une installation bien dimensionnée).

La consommation électrique des circulateurs [kWh] = 4 à 8 o/oo de la consommation de combustible [kWh] (1 litre de fuel = 1 m³ de gaz = 10 kWh)

La puissance électrique des circulateurs [kW] = 1 à 2 o/oo de la puissance chauffage [kW]

La puissance électrique des circulateurs [kW] = 90 % de la somme des puissances lues sur les plaques signalétiques [kW]

Exemple.

soit une installation de chauffage de 800 kW, consommant 120 000 m³ de gaz par an. Les circulateurs ne fonctionnent que durant la durée de la saison de chauffe (5 800 heures/an).

1ère estimation :

la consommation électrique des circulateurs [kWh] = (0,004 .. 0,008) x 120 000 [m³gaz] x 10 [kWh/m³gaz] = 4 800 .. 9 600 [kWh électrique/an]

2ème estimation :

la puissance électrique des circulateurs [kW] = (0,001 .. 0,002) x 800 [kW] = 0,8 .. 1,6 [kW]. Leur consommation = (0,8 .. 1,6) [kW] x 5 800 [h/an] = 4 640 .. 9 280 [kWh électrique/an]

Deux éléments caractérisent l’efficacité énergétique des circulateurs

  • le dimensionnement,
  • la gestion du temps de fonctionnement et de la vitesse.

Le surdimensionnement des circulateurs

Le calcul des pertes de charge dans les réseaux de chauffage est une tâche fastidieuse. C’est la raison pour laquelle on procède souvent à des estimations. De plus, on choisit un circulateur d’un modèle encore supérieur pour avoir une réserve.

Ceci engendre dans la plupart des installations, un débit plus important que nécessaire, une diminution du rendement du circulateur et une surconsommation électrique durant toute l’année. Ceci, sans compter l’imprécision supplémentaire qui est de mise si l’on remplace un circulateur dont on ne connaît plus les caractéristiques de dimensionnement.

Par exemple, une étude suisse sur plusieurs centaines de bâtiments a montré que le débit des installations de chauffage était en moyenne 2,5 fois surdimensionné par rapport aux besoins. Cela signifie que dans les installations de chauffage existantes, les circulateurs consomment 15 fois plus (règle de similitude : 15 = 2,5³) que nécessaire.

Il faut cependant relativiser cette surconsommation. En effet dans les circulateurs actuels à rotor noyé, le moteur est partiellement refroidi par l’eau de chauffage. De ce fait, une certaine partie de la consommation électrique du circulateur se retrouve sous forme de chaleur dans l’eau.

Ce n’est cependant pas pour cette raison qu’il ne faut pas tenter de réduire cette consommation. En effet, il s’agit d’une consommation d’énergie électrique, c’est-à-dire :

  • en moyenne plus chère que l’énergie issue des combustibles,
  • produite avec un rendement global (englobant le rendement des centrales électriques) nettement moindre, ce qui engendre une consommation d’énergie primaire et une production de CO2 nettement supérieure.

De plus, le surdimensionnement de circulateur est une source de problèmes hydrauliques dans l’installation et d’inconfort pour les occupants.

Évaluer

Pour en savoir plus sur les problèmes d’inconfort.

Études de cas

Surdimensionnement des circulateurs et mauvais fonctionnement de la production d’eau sanitaire combinée au Centre de Hemptinnne à Jauche.

Comment repérer un circulateur surdimensionné ?

Premier indice : la puissance de la plaque signalétique des circulateurs

On peut estimer la puissance électrique absorbée par des circulateurs existants suivant la règle :

La puissance électrique des circulateurs [kW] = 90 % de la somme des puissances lues sur les plaques signalétiques [kW]

Dans une installation équipée de radiateurs, si cette puissance électrique est supérieure à 2 o/oo de la puissance thermique du bâtiment (en [kW]), les circulateurs peuvent souvent être considérés comme surdimensionnés.

Cette règle équivaut à dire qu’il y a surdimensionnement des circulateurs si :

La puissance électrique des circulateurs Pe en [W] > 0,002 x puissance thermique du bâtiment Pth [kW]

Concevoir

Si les chaudières ne sont pas trop surdimensionnées, on peut, en première approximation, considérer que la puissance thermique du bâtiment équivaut à la puissance des chaudières installées. En cas de surdimensionnement flagrant des chaudières, on peut estimer la puissance thermique en fonction de l’isolation globale du bâtiment et du volume chauffé. Pour en savoir plus sur cette méthode, cliquez ici !

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’estimation du surdimensionnement des chaudières, cliquez ici !

Deuxième indice : la température de l’eau de retour

La plupart des installations de chauffage par radiateurs existantes ont été dimensionnée pour un régime d’eau 90°/70°. Ceci signifie que pour la température extérieure minimale de dimensionnement (- 8° .. – 12°, en fonction de la région), la température de départ de l’eau doit être de 90°C et la température de retour, de 70°C, soit un écart entre le départ et le retour de 20°C.
Cet écart de température, proportionnel à la puissance émise, varie en fonction des besoins instantanés. Par exemple, si la température extérieure est de 5°C, l’écart de température entre le départ et le retour doit être voisin de 10°C (pour un dimensionnement pour – 10°C extérieur).

Écart de température entre le départ et le retour d’une installation de chauffage par radiateur dimensionnée pour un écart maximum de 20°C et une installation de chauffage par le sol dimensionnée un écart maximum de 12°C. La température extérieure de dimensionnement est de – 10°C et la température de consigne intérieure est de 20°C.

La puissance fournie par l’installation se traduit entre autres par la formule :

Puissance fournie [kW] = 1,16 [kW/(m³/h).°C] x Débit [m³/h] x (Tdépart [°C] – Tretour [°C])

Pour des besoins en chaleur et donc une puissance fournie identiques, si le débit augmente, l’écart de température entre le départ et le retour diminue.

Ainsi, si pour une température extérieure donnée (de préférence, effectuez la mesure en hiver), la différence de température mesurée entre le départ et le retour d’un circuit est inférieure à la référence du graphe ci-dessus, il y a de fortes chances pour que le circulateur soit surdimensionné. Attention, pour être représentative, cette mesure doit être effectuée toutes les vannes thermostatiques du circuit ouvertes en grand.

Calculs

Pour estimer le facteur de surdimensionnement de vos circulateurs.
Exemple.

soit une installation de chauffage par radiateurs située à Louvain-la-Neuve. La température extérieure de référence pour le dimensionnement est de – 8°C. La température intérieure de consigne utilisée pour le dimensionnement est de 20°C.

Théoriquement, pour chacun des circuits de cette installation, l’écart de température entre le départ et le retour devrait être de :

Par exemple, pour une température extérieure de 1°C, l’écart de température théorique devrait être de 13,6°C. Or, pour un des circuits, les températures de départ et de retour sont respectivement de 54°C et 46°C, soit un écart de 8°C.

Le facteur de surdébit est donc de :

13,6 [°C] / 8 [°C] = 1,7

Comme la hauteur manométrique du circulateur évolue comme le carré du débit et la puissance électrique absorbée, comme le cube du débit (règles de similitude), on se trouve en présence :

  • d’une surpression d’un facteur (1,7)² = 2,9
  • d’une surconsommation d’un facteur (1,7)³ = 4,9

On peut se conforter dans l’idée de surdimensionnement du circulateur calculé ci-dessus en freinant le débit du circulateur existant : il suffit de refermer la vanne d’arrêt du circulateur jusqu’à ce que la différence de température voulue entre le départ et le retour soit atteinte. Si dans ce cas, le chauffage fonctionne toujours correctement partout, il n’y a aucune hésitation à procéder à une diminution du débit.

On peut également imaginer que les circulateurs sont surdimensionnés si l’installation possède des éléments de réglage fixe qui provoquent un étranglement permanent. Attention, toutefois, aux éléments qui servent seulement à équilibrer les débits dans certains circuits hydrauliques parallèles et qui ne signifient pas qu’un surdimensionnement général existe.

Un sifflement dans l’installation est également un indice de vitesse trop élevée de l’eau et donc d’une vitesse trop importante.

Mesures

Le contrôle du dimensionnement correct d’un circulateur peut également se faire par mesure du débit et comparaison avec la puissance thermique à fournir. Pour en savoir plus.

Améliorer

Réduire le débit des circulateurs.

La gestion du temps de fonctionnement et de la vitesse

Dans beaucoup d’anciennes installations, les circulateurs fonctionnent en permanence et à pleine puissance durant la saison de chauffe, si ce n’est toute l’année. En effet, le câblage des pompes était souvent réalisé indépendamment de celui du réglage du chauffage.

Par exemple, en mi-saison, l’apport de chaleur peut devenir inutile (température extérieure = 14 .. 15°C), sans pour cela que l’installation soit à l’arrêt définitif. Les vannes mélangeuses sont fermées et pourtant les circulateurs sont toujours en fonctionnement.

Si à ce moment les circulateurs étaient automatiquement mis à l’arrêt (sur base d’une mesure de la température extérieure), cela permettrait une économie substantielle d’énergie.

Des mesures menées en Suisse, sur plus de 50 bâtiments ont montré une économie électrique des circulateurs de l’ordre de 10 .. 15% grâce à ce genre de régulation.

Améliorer

Réduire le débit des circulateurs.

Évaluer les déperditions thermiques générées par la ventilation de la gaine d’ascenseur

Évaluer les déperditions thermiques générées par la ventilation de la gaine d'ascenseur


Il est malheureusement difficile d’évaluer les déperditions générées par la ventilation de la gaine d’ascenseur. La seule manière consiste à mesurer les débits de ventilation en toiture à la sortie de l’extraction de la salle des machines ou de la gaine d’ascenseur (cas où il n’y a pas de salle des machines).

Une étude suisse relate des déperditions annuelles de l’ordre de 15 000 [kWh/an] pour un ascenseur classique desservant 3 niveaux; soit 1 500 [m³/an] de gaz ou 1 500 [litres/an] de fuel de chauffage :

L’étude de ouverture d'une nouvelle fenêtre !Suisse énergie a montré que le débit de ventilation d’une cage d’ascenseur de 12 [m] de haut d’un bâtiment de 4 étages, équipée de grilles de ventilation haute et basse de 1 225 [cm²] chacune, et dont les températures externes et internes était respectivement de 6 et 20 [°C], avoisinait les 660 [m³/h].

Suivant la norme EN 81-1, la surface des bouches de ventilation doit être supérieure à 1 % de la surface horizontale de la gaine. La surface de la gaine est donc de l’ordre de 0,1225 [m²] x 100 = 12,25 [m²]; ce qui représente une surface horizontale de gaine assez importante.

Sur base de cette configuration, l’air circule de bas en haut à une vitesse de l’ordre de 1,5 [m/s] grâce à un différentiel de pression de 8 [Pa]. La déperdition engendrée est de l’ordre de 3 [kW]. En effet :

déperditions thermiques [W] = 0,34 [Wh/m³.K] x qv [m³/h] x Δ t [K]

déperditions thermiques [W] = 0,34 [Wh/m³.K] x 660  [m³/h] x (20 – 6) [K]

déperditions thermiques  = 3 142 [W]

Avec,

  • la capacité thermique volumique de l’air ρ c = 0,34 [Wh/m³K].
  • l’évaluation du débit dans la gaine d’ascenseur qv = 660 [m³/h].

La déperdition annuelle est de l’ordre de 15 000 [kWh/an].

Des programmes de simulations avancés permettent cependant d’estimer plus précisément les déperditions engendrées par la ventilation et de quantifier l’impact de système mécanique d’extraction « intelligent ». On se réfèrera pour cela aux bureaux d’étude spécialisés.

Améliorer

Pour savoir comment réduire les déperditions engendrées par la gaine d’ascenseur.

Repérer un surdimensionnement du transformateur

Repérer un surdimensionnement du transformateur


Les pertes à vide ou pertes « fer »

Une installation Haute tension dispose généralement de sa propre cabine de transformation, pour passer de 12 000 Volts à 400 Volts.
Le transformateur présente cependant des pertes

  • Des « pertes fer » : ce sont les pertes à vide de l’appareil, pertes qui subsistent en permanence quelle que soit la consommation réelle du bâtiment. On peut comparer ceci à la consommation au ralenti d’un véhicule, … véhicule en fonctionnement permanent !
  • Des « pertes cuivre » : ce sont les pertes en charge du transfo, pertes dans les fils proportionnelles au carré du courant appelé (effet Joule).
Exemple.
Le catalogue d’un fournisseur fournit les données suivantes pour l’évaluation des pertes d’un transfo 500 kVA :

  • pertes fer = 1 150 W,
  • pertes cuivre à pleine charge = 6 000 W.

Supposons le transformateur chargé en réalité à 300 kW, les pertes fer sont constantes mais les pertes cuivre sont proportionnelles au carré du courant appelé. Les pertes totales sont estimées à :

  • sous cos phi = 0,7  : pertes totales = 1 150 + 6 000 x
    [(300/0,7)/500]² = 5 588 W,
  • sous cos phi = 0,9  : pertes totales = 1 150 + 6 000 x
    [(300/0,9)/500]² = 3 816 W.

Explication : les pertes cuivre évoluent en fonction du carré des courants (Ieffectif / Inominal)², donc du carré des puissances apparentes (UIeffectif / UInominal)² puisque la tension est constante. Or, si la puissance active est de 300 kW, la puissance apparente est de 300 / cos phi, soit 300 / 0,7 kVA.

Il suffit de multiplier cette puissance par les 8 760 heures de l’année pour évaluer le coût énergétique (non négligeable !) de ces pertes…

Au vu de cet exemple, il est important en exploitation de bien maîtriser le cos phi (par une batterie de condensateurs par exemple) et en conception de choisir du matériel de qualité qui minimise les différentes pertes telles que la qualité du noyau magnétique (matériau et montage des tôles, …) et des enroulements, le système de refroidissement, la configuration de la logette du transformateur, …


Suppression d’un des transformateurs installés

Si deux transformateurs alimentent votre installation, il est possible que l’un des deux puisse, seul, répondre à la demande. Dans ce cas, il suffira de rassembler les départs sur le premier et ce sont les pertes à vide du deuxième qui seront totalement annulées !

Il suffit, pour se faire une idée du surdimensionnement, de comparer :

La puissance apparente des transformateurs (kVA)
et
la puissance quart-horaire maximale de la facture (kW) / Cos phi.
Exemple.

Deux bâtiments voisins de l’administration régionale wallonne sont raccordés à partir d’une même cabine HT. Celle-ci abrite deux transformateurs de 500 kVA alimentant chacun un bâtiment.

Or les factures montrent que les puissances maximales absorbées par les deux bâtiments ensemble ne dépassent jamais 260 kW.

Raccordement actuel de chaque bâtiment via son propre transformateur et son propre compteur.

Projet de raccordement des deux bâtiments via le même transformateur.

Dans ce cas, le raccordement des deux bâtiments sur un transformateur entraînerait une économie de 1 850 €/an, grâce à :

  • la suppression des pertes à vide d’un des transformateurs;
  • la suppression de la redevance de comptage d’un des bâtiments;
  • la diminution du coût des consommations. En effet, le coût du kW et du kWh est proportionnel à un coefficient D qui décroît lorsque la pointe 1/4 horaire augmente;
  • la diminution des pointes cumulées car les pointes des deux bâtiments ne sont jamais exactement synchrones.

Hélas, il n’est pas possible d’amortir le coût du remplacement du transformateur par la réduction des pertes !…

Cependant, à l’occasion d’un renouvellement du transformateur, on peut réévaluer les besoins réels de puissance et réajuster le tir.

Concevoir

Pour connaître : les critères de choix d’un nouveau transformateur.

Évaluer la qualité de l’air

Évaluer la qualité de l'air


Les valeurs recommandées

Si le taux de ventilation d’un local fortement occupé est insuffisant, l’air y est rapidement vicié par de multiples agents (CO2, micro-organismes, matières odorantes, émissions des imprimantes et photocopieurs, …) : la respiration est moins active, une fatigue prématurée apparaît, la concentration diminue, le risque de contamination augmente, …

Débits de ventilation

Assurer la qualité de l’air, c’est prévoir une ventilation capable de diluer les polluants émis dans le local jusqu’à une concentration jugée acceptable.

En région wallonne, depuis le 1er mai 2010, tous les bâtiments neufs et assimilés doivent répondre à des exigences particulières. Les bâtiments non résidentiels (hors habitation et appartement) doivent respecter l‘Annexe C3 de la PEB (elle-même basée sur la norme européenne EN 13 779 : Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation).

Celle-ci impose une qualité d’air au moins égale à la catégorie INT 3 (débit minimum de 22 m³ par heure et par personne) et de plus, elle impose un taux d’occupation minimum (m² par personne) à prendre en compte pour le dimensionnement en fonction de l’usage de la pièce.

Pour déterminer le débit d’air neuf minimal à assurer dans chaque local, il faut donc multiplier le taux d’occupation (de conception ou minimum imposé) par le débit de ventilation (INT 3 minimum).

De plus, on notera l’exigence de débit de conception minimal à respecter pour les sanitaires : 25 m³/h par wc ou urinoir ou 15 m²/h par m² de surface si le nombre de wc n’est pas connu lors du dimensionnement.

Concentration en CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) ne constitue pas en soi un polluant détériorant la qualité de l’air mais il donne une bonne mesure de la pollution de l’air due aux occupants (odeurs, vapeur d’eau, émanations biologiques,…). Plusieurs normes étrangères posent d’ailleurs des exigences en matière de ventilation en spécifiant le niveau maximal admissible de CO2. Conformément à l’annexe C3 de la PEB, celui-ci doit être maintenu sous :

CO2 < 1 000 ppm

Cette valeur équivaut plus ou moins à la limite à partir de laquelle les odeurs corporelles sont perçues par plus de 80 % des occupants d’un local.

Pourcentage de personnes insatisfaites de la qualité de l’air (d’une façon générale et non sur base de l’unique aspect des odeurs corporelles), lorsqu’elles rentrent dans un bureau individuel occupé en fonction de la concentration en CO2 du bureau au-dessus de la concentration de CO2 de l’air extérieur (soit environ 350  ppm) (source : Rapport technique du Comité Européen de Normalisation (CEN), CR 1752, 1998)

Notons que la norme européenne NBN EN 13 779 (2007), propose 4 niveaux de taux de CO2 à respecter dans les locaux :

Norme européenne NBN EN 13 779

Catégorie de qualité d’air

Taux de CO2 maximum
Valeur par défaut
Excellente qualité

(INT 1)

< 400 [ppm] 350 [ppm]
Qualité moyenne

(INT 2)

400 à 600 [ppm] 500 [ppm]
Qualité modérée

(INT 3)

600 à 1 000 [ppm] 800 [ppm]
Faible qualité mais acceptable

(INT 4)

> 1 000[ppm] 1 200 [ppm]

Ici aussi l’annexe C3 de la PEB exige une qualité de l’air au minimum « modérée »! La mesure de la concentration en CO2 permet dès lors d’évaluer la qualité de l’air dans un local. La figure suivante montre à titre d’exemple l’évolution de la concentration en CO2 dans un bureau équipé d’un système de ventilation à débit constant (le niveau de CO2 de l’air extérieur est de l’ordre de 350 à 400 ppm).

La dernière version de l’Arrêté royal fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre ne prescrit plus un renouvellement d’air minimum par travailleur mais stipule que la concentration de CO2 doit resté inférieur à 800 ppm dans des locaux de travail normaux. Ainsi, l’exigence est placée sur le résultat attendu et plus le moyens. Pour atteindre ce résultat, si on considère qu’une personne expire 10 litres de CO2 par heure cela induit une renouvellement d’air de 43 m³/h.pers pour un air extérieur à 400 ppm de base.

Cas particulier des locaux non prévus pour l’occupation humaine

On entend par  » locaux non prévus pour l’occupation humaine « , les locaux où, pour un usage normal, les personnes séjournent un temps relativement court (circulations, escaliers, toilettes, archives, locaux de stockage, …).

Dans ces locaux, un certain balayage d’air est nécessaire pour évacuer les « polluants » émis (humidité, …), mais il n’est pas obligatoire d’y amener de l’air neuf traité, puisque personne n’y séjourne.

On peut recommander de ventiler ces locaux avec un débit d’air de l’ordre de 1,3 m³/h/m² (ce qui correspond à 0,5 R/h pour une hauteur sous faux-plafond de 2,6 m).

Ce débit sera assuré par de l’air en provenance de locaux à pollution limitée tels que bureaux, salles de réunion, espaces commerciaux, restaurants, magasins, classes, chambres d’hôtel (locaux à pollution d’origine humaine), conformément à l’annexe C3 de la PEB. En présence de polluants comme le CO ou le radon, ces grandeurs ne sont évidemment plus d’application et la détermination du débit d’amenée d’air demande dans ce cas une étude spécifique.


Comment évaluer sa situation ?

1ére analyse : sur les schémas d’installation

Dans un bâtiment équipé d’un système de ventilation, on peut se faire une première idée des débits globaux de ventilation grâce aux spécifications reprises sur les schémas d’installation. On peut ramener ces débits à la surface plancher des locaux ventilés ou/et aux nombres des occupants.

Il faut pour cela clairement identifier toutes les unités de ventilation et les zones qu’elles desservent. Il faut également faire l’hypothèse que les spécifications des schémas d’installation correspondent au mode d’exploitation. Certains ventilateurs peuvent fonctionner en vitesse réduite, des repiquages peuvent avoir été réalisés sur le réseau d’origine, …

2ème analyse : par mesure

Il est possible de mesurer les débits de pulsion ou d’extraction mécanique au moyen d’un anémomètre ou d’un débitmètre. Ces systèmes ne sont cependant valables que pour la mesure dans les gaines et les bouches d’une ventilation mécanique (simple ou double flux). L’emplacement de la mesure doit tenir compte d’un recyclage éventuel de l’air intérieur (systèmes de climatisation « tout air »).

   

Mesure de débit dans une gaine et au droit d’une bouche.

Dans le cas d’un système de ventilation naturelle (par exemple, par grilles d’amenée d’air dans les fenêtres), vu la faible vitesse de l’air, on doit recourir à des méthodes plus complexes utilisant des gaz traceurs, si on veut connaître précisément les débits mis en œuvre.

On peut aussi mesurer les concentrations en CO2 avec un détecteur de CO2 ou un chromatographe.

On peut également se faire une opinion sur la qualité d’une ventilation simple flux (extraction sanitaire) par une mesure de pression différentielle au droit d’une bouche d’extraction.

On mesure d’abord la pression différentielle au niveau des bouches d’extraction, dans les conditions normales de fonctionnement, c’est-à-dire fenêtres fermées. On ouvre ensuite une fenêtre et on recommence la mesure

  • Si la différence de mesure dépasse 50 Pa, alors le bâtiment est trop étanche (amenées d’air inexistantes ou bouchées),
  • Si la différence de mesure est nulle, alors l’enveloppe du bâtiment peut être considérée comme une passoire.

3ème analyse : Intuitivement …

Plusieurs pistes permettent de suspecter une carence en ventilation :

Odeurs

La réunion de personnes, dans une ambiance confinée, provoque rapidement des odeurs « désagréables ». Celles-ci ne sont pas perceptibles pour les personnes présentes mais bien pour les personnes qui rentrent dans le local. Ce problème est accentué en présence de fumeurs. Un défaut de ventilation des sanitaires peut aussi être critique au niveau des odeurs.

Humidité

Chaque être humain produit 50 ml d’eau par heure (par la respiration et la transpiration). Un défaut de ventilation peut conduire à l’augmentation du taux d’humidité de l’air. Des condensations risquent d’apparaître sur les surfaces froides (vitrages simple, ponts thermiques, …). Des moisissures peuvent en résulter.

Absence de système

Une ventilation correcte n’est possible qu’avec des systèmes spécifiques, soit mécaniques (simple ou double flux), soit naturels (grilles). Miser sur les inétanchéités du bâtiment n’est pas réaliste. En effet, pour qu’un réel apport d’air neuf soit possible, il faut que certaines zones du bâtiment soient en dépression et d’autres en surpression. Ce sera éventuellement le cas si on dispose de fenêtres sur des façades opposées. Et encore, faut-il que la circulation de l’air ne soit pas entravée par une succession de portes plus ou moins étanches. Il faut en outre disposer d’anciennes menuiseries non étanches. L’amélioration de celles-ci rend les entrées d’air très difficiles.

Exemple.

Supposons un bureau individuel de 12 m², muni d’une fenêtre de 1,2 [m] x 1 [m]. On estime le débit d’air au travers des joints (pour une différence moyenne de pression de 2 Pa) à 0,2 m³/h par mètre de joint (châssis peu étanche). On obtient donc un débit d’amenée d’air de 4,4 m x 0,2 m³/h.m = 0,88 m³/h. Or la norme recommande un débit d’air neuf de 2,9 m³/h.m² x 12 m² =  34,8 m³/h.

De plus, se baser sur les inétanchéités du bâtiment, c’est aussi :

  • Ne pas contrôler les débits d’air entrant et donc ne pas contrôler les consommations liées au chauffage ou au refroidissement de cet air. On arrive ainsi à la situation absurde où le taux de renouvellement d’air est d’autant plus grand qu’il fait froid à l’extérieur ou qu’il y a du vent. De plus, dans les bâtiments très bien isolés, les pertes de chaleur par ventilation deviennent plus importantes que les pertes par transmission et leur contrôle en est d’autant plus important.
  • Risquer l’introduction de bruits et de polluants supplémentaires si le bâtiment se situe en zone urbaine.
  • Risquer un assèchement excessif de l’air en hiver. En effet, l’introduction d’une trop grande quantité d’air froid dans l’ambiance chauffée risque de faire chuter le taux d’humidité sous le seuil tolérable de confort.

Système mal dimensionné

En ventilation naturelle, on peut évaluer si la taille des ouvertures est suffisante par cette règle simple :

Approximativement, une ouverture d’environ 10 cm² est nécessaire par m² de surface plancher du local.

En effet, si on considère que la vitesse de l’air dans une ouverture avoisine 1 m/s (100 cm/s), une ouverture de 10 cm² (0,001 m²) est nécessaire pour faire passer un débit de 0,001 m³/s ou 3,6 m³/h, ce qui correspond au débit recommandé par m² de plancher dans le résidentiel.

Système incomplet

On a beau souffler dans un ballon gonflé, aucun air frais n’y rentre. Ceci signifie que si l’air neuf n’a pas la possibilité de sortir du local, il n’y entrera pas et vice-versa. Ainsi, le débit d’air neuf prévu ne sera pas obtenu :

  • en l’absence de possibilité de transfert entre amenées et évacuations d’air (grilles de transfert, « détalonnage » des portes, …);
  • si une pulsion mécanique est prévue sans évacuation ou vice-versa;
  • si une trop grande différence existe entre les débits prévus en pulsion et les débits prévus en extraction.

Système mal conçu

Un système de ventilation peut être présent, mais ne pas donner satisfaction. En ventilation « double flux« , une mauvaise disposition des bouches peut entraîner un brassage de l’air insuffisant, la présence de zones « mortes » et donc une inefficacité dans l’évacuation des polluants.

Légende
Pulsion Extraction
Grande vitesse
Petite vitesse
Bonne diffusion de l’air Diffusion de l’air médiocre

Bon :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse,
reprise en bas sur le même mur.

Médiocre :
soufflage horizontal en haut à faible vitesse et faible portée,
reprise en bas sur le même mur
(création d’une zone morte).

Bon :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse,
reprise en haut sur le même mur.

Médiocre :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse,
reprise en haut sur le mur opposé
(by-pass d’une partie du débit).

Bon :
soufflage horizontal en haut à faible vitesse,
reprise en bas sur le mur opposé.

Médiocre :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse,
reprise en bas sur le mur opposé
(création d’une zone morte).

Bon :
soufflage sous plafond sous angle moyen,
reprises hautes symétriques.

Médiocre :
soufflage sous plafond sous angle moyen,
reprises basses symétriques
(création de zones mortes au plafond).

Bon :
soufflage sous plafond sous 180°,
reprises basses symétriques.

Médiocre :
soufflage sous plafond sous 180°,
reprises hautes symétriques
(by-pass d’une partie du débit).

Bon :
soufflage sous plafond sous 180°,
reprise concentrique.

Médiocre :
soufflage sous plafond sous 180° à faible débit,
reprises hautes symétriques
(by-pass d’une partie du débit).

En ventilation « simple flux« , le débit d’air brassant les locaux (par exemple des bureaux) est dépendant de la présence de fenêtres ouvertes ou d’autres entrées d’air parasites.

Exemple.

Dans un immeuble de bureaux de plusieurs étages, les bureaux sont disposés de part et d’autre des couloirs. Ceux-ci communiquent avec la cage d’escalier via des portes. Le système de ventilation « simple flux » est composé de grilles dans les menuiseries extérieures des bureaux et d’extractions mécaniques dans les sanitaires. Il n’y a pas de grilles dans les différentes portes des bureaux.

En principe la dépression créée dans les sanitaires doit provoquer une entrée d’air neuf par les grilles des bureaux. Cependant, les portes entre couloirs et escalier sont pratiquement en permanence ouvertes. Dans ce cas, l’air extrait, choisissant toujours le chemin le plus facile, sera tiré de la cage d’escalier ou du hall d’entrée, plutôt que des bureaux, ceci d’autant plus si les portes des bureaux sont fermées.

Dans cet exemple, on croit que les bureaux sont ventilés, puisqu’un système existe. Ce n’est cependant pas le cas, puisque l’air neuf ne circule pas par ces locaux. Un système de ventilation « simple flux » ne sera pas efficace :

  • s’il n’y a pas de possibilité de transfert de l’air entre les bureaux et les sanitaires : grilles non obturables dans les portes ou les murs, détalonnage des portes de minimum 2 cm;
  • s’il y a des grandes entrées d’air parasites (fenêtres ouvertes, ouverture vers un hall d’entrée, vers une cage d’escalier, …).

Prise d’air extérieure incorrecte

Lorsqu’il existe un système de ventilation, la prise d’air extérieur doit aspirer de l’air de bonne qualité. Elle ne peut donc être trop près :

  • de la bouche d’évacuation de l’air vicié,
  • de parking, de garages,
  • d’une cheminée de chauffage,
  • d’un stockage de déchets,
  • du niveau de la rue.

L’encrassement des grilles d’amenée d’air (neige, feuilles mortes, papiers, poussières ou encore nids d’oiseaux) risque de faire chuter les débits de ventilation sous les minima requis.

Filtration défaillante

Un défaut de filtration peut être à l’origine d’une mauvaise qualité de l’air intérieur. Lors de la conception, le filtre choisi peut ne pas avoir la qualité requise. Un filtre F7 est généralement recommandé en amont du caisson de traitement d’air afin de protéger également les batteries. Le filtre peut également être sous-dimensionné (nombre de poches insuffisant, par exemple). Dans ce cas la différence de pression mesurée au niveau du filtre propre sera supérieure à la valeur indiquée par le fabricant. Un manque de débit peut aussi avoir comme origine un défaut de maintenance des filtres. On repère celui-ci en mesurant la différence de pression au niveau du filtre sale et en la comparant à la valeur maximum recommandée par le fabricant. Des odeurs peuvent aussi se développer dans un filtre. Dans ce cas, il doit être changé. Un filtre trop sale peut aussi se repérer par les sifflements qu’il peut produire. Ces différents défauts des filtres auront souvent aussi comme conséquence la prolifération de poussières dans les conduits de distribution.


Causes et remèdes de débits de ventilation incorrects

La présence d’un système de ventilation double flux ne garantit pas que les débits recommandés alimentent effectivement tous les locaux. Des mesures sur différents bâtiments existants ont montré qu’il n’est pas rare de rencontrer des débits de ventilation inférieurs de plus de 50 % aux débits pris en compte lors de la conception.

Si lors de la réception de l’installation, ou en cours d’exploitation, des mesures de débit au niveau des bouches et du réseau de distribution indiquent des débits incorrects par rapport aux recommandations ou par rapport aux données de dimensionnement, voici des pistes de réflexion :

Débit insuffisant dans le réseau de pulsion
Le ventilateur ne tourne pas assez vite

Gérer

Modifier le diamètre des poulies d’entraînement

Gérer

Vérifier la tension des courroies d’entraînement
La taille et le type de ventilateur ne sont pas adaptés au réseau

Concevoir

Choisir un nouveau ventilateur
Un conduit ou une batterie est obstrué

Gérer

Inspecter le réseau de distribution, son état de propreté, le bon positionnement de l’isolant éventuel, la position des clapets coupe-feu et l’état de leur fusible de protection
Un filtre est colmaté

Gérer

Remplacer le filtre sale et éventuellement envisager le choix d’un nouveau mode de filtration
Le ventilateur est encrassé

Gérer

Nettoyer le ventilateur et vérifier la présence des filtres
Des fuites importantes sont présentes dans le réseau de distribution

Améliorer

Vérifier l’étanchéité des conduits et les colmater

Techniques

Vérifier la continuité des conduits au passage d’obstacles.
La roue du ventilateur est montée à l’envers

Techniques

Vérifier le sens de montage de la roue

Le ventilateur tourne à l’envers

Techniques

Vérifier le câblage du moteur et inverser deux phases dans le cas d’un moteur triphasé
Le ventilateur d’extraction n’est pas en service

Gérer

Vérifier le fonctionnement normal du réseau d’extraction
Le débit est trop élevé dans certains locaux et insuffisant dans d’autres

Améliorer

Équilibrer l’installation
Le ventilateur tourne à l’envers ?

Si le débit mesuré sur un ventilateur est nettement inférieur à celui qui était prévu, il faut vérifier son sens de rotation avant d’envisager de changer le rapport des poulies.

Un ventilateur hélicoïde qui tourne à l’envers peut provoquer un débit en sens opposé. Un ventilateur centrifuge qui tourne à l’envers entraîne un débit dans le bon sens mais avec une perte importante de rendement. Pour constater un sens de circulation de l’air, il faut utiliser un petit générateur de fumée ou des rubans légers, la sensation de circulation d’air sur la peau ne permettant pas toujours de discerner le sens, tandis que les anémomètres donnent souvent une indication indépendante du sens de rotation.

Débit insuffisant dans le réseau d’extraction
Le ventilateur de pulsion n’est pas en service

Gérer

Vérifier le fonctionnement normal du réseau de pulsion

Les bouches de reprises sont fermées

Techniques

Vérifier l’ouverture correcte des bouche

Les bouches de reprises sont sous-dimensionnées

Concevoir

Choisir de nouvelles bouches

Débit irrégulier (pompage)
La roue du ventilateur est décentrée sur l’arbre

Techniques

Repositionner correctement la roue du ventilateur

Le ventilateur fonctionne au maximum de sa courbe caractéristique

Concevoir

Changer le type ou le modèle de ventilateur

Une ou plusieurs lamelles d’un clapet d’air sont mal fixées sur leur support

Techniques

Vérifier et réparer les fixations des lamelles sur chaque clapet d’air ou registre de réglage

Turbulences excessives au droit d’un coude ou d’un changement de section

Concevoir

Installer des lamelles de stabilisation guidant les filets d’air
Manque de rigidité de certaines sections de conduit rectangulaire

Concevoir

Améliorer la fixation et la rigidité des conduits rectangulaires

Débit trop important
Le ventilateur tourne trop vite

Améliorer

Modifier la taille des poulies d’entraînement

Gérer

Modifier la vitesse du moteur électrique
Le ventilateur n’est pas adapté à l’installation

Concevoir

Choisir un nouveau ventilateur
Les pertes de charge du réseau sont inférieures aux prévisions

Concevoir

Choisir un nouveau ventilateur

Améliorer

Modifier la taille des poulies d’entraînement
Une partie du débit court-circuite les filtres (filtres à enroulement automatique)

Concevoir

Améliorer l’étanchéité latérale des filtres

Extraction par les bouches de soufflage
La vitesse de l’air dans les conduites est trop importante et crée une dépression au niveau de la bouche

Concevoir

Installer des ailettes de guidage au niveau de chaque bouche


Les risques de contamination

On rencontre deux causes de contamination par micro-organismes :

  • les occupants eux-mêmes qui libèrent en permanence des micro-organismes et des supports nutritifs (squames cutanées) qui favorisent leur développement,
  • l’eau stagnante en certains points qui offre un bouillon de culture idéal aux bactéries notamment du type de la Legionella, qui vont se développer rapidement et former une sorte de film visqueux, le biofilm.

Conception correcte du recyclage

Le premier risque est lié au recyclage de l’air dans les systèmes de climatisation « tout air » comme le VAV. En effet, le recyclage renvoie dans les locaux de l’air vicié plus chargé en polluants que l’air extérieur.

On sera donc attentif à la filtration correcte de cet air. Mais malgré cette filtration, certains contaminants ne seront pas totalement arrêtés (odeurs de tabac, ozone et autres solvant de photocopieurs, micro-organismes, …). Il faut donc éviter de mélanger par le recyclage des ambiances à pollution spécifique et les ambiances à pollution « humaine ».

Éviter l’eau stagnante

Dans un réseau de traitement d’air, on retrouve trois principales sources d’eau stagnante :

  • la prise d’air neuf par où la pluie risque de pénétrer
  • l’humidificateur
  • la condensation de l’eau dans le réseau

Dans le cas de la prise d’air neuf, une surveillance régulière et un nettoyage si nécessaire est suffisant pour éviter les risques de développement bactérien.

Dans les installations de climatisation normales, la quantité de germes contenue dans l’eau qui alimente les humidificateurs ne peut dépasser 1000 germes/ml (100 germes/ml pour les salles informatiques et 10 germes/ml pour les locaux stériles).

Dans le cas des humidificateurs, la conception du système, sa gestion et sa maintenance peuvent être mis en cause.

Tous les systèmes à recyclage (humidificateurs à pulvérisation, humidificateurs à évaporation) c’est-à-dire récoltant l’eau non entraînée dans l’air dans un bac et la réutilisant, peuvent être source d’un développement bactérien. Ils doivent donc faire l’objet d’une maintenance rigoureuse.

Bac de recyclage d’un humidificateur …

Il faut particulièrement faire attention aux périodes d’arrêt de l’installation (la nuit, les week-ends). C’est durant ces périodes que prolifèrent les germes qui seront pulvérisés dans l’air à la relance.

Si l’arrêt de l’humidificateur et sa vidange automatique chaque nuit est la solution idéale à recommander, au minimum une vidange et une désinfection complète de l’installation s’imposent, au moins deux fois par an (au début de la mi-saison, impérativement, et au milieu de l’hiver) et de préférence une fois par mois.

Il faudra aussi être attentif à la présence d’eau qui pourrait être entraînée au-delà du séparateur de gouttelettes, du fait du vitesse trop élevée de l’air dans le caisson de traitement d’air.

 Gérer

 Pour en savoir plus sur les prescriptions de maintenance des humidificateurs.

Outre un contrôle visuel, une analyse micro-biologique des dépôts (eau, poussières dans les conduits, …) rencontrés dans une installation de traitement d’air (par l’Institut d’hygiène et d’épidémiologie) est utile de temps en temps pour faire un diagnostic de la qualité hygiénique de l’installation (types de micro-organismes, quantité, …).

Éviter les matériaux fibreux, corrodés ou entartrés

Les matériaux avec aspérités offrent des possibilités d’accrochage et donc de développement de microorganismes.

Des biofilms peuvent ainsi rapidement se développer sur les surfaces corrodées ou entartrées. L’utilisation d’eau adoucie est donc souvent défavorable à la prolifération bactérienne.

La présence d’isolant sous forme de fibres sans protection dans un réseau de distribution est également à proscrire.

Biofilm (vu au microscope) accroché sur une surface corrodée.

Auditer rapidement l’eau chaude sanitaire

Limitation des besoins

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

La présence d’eau chaude aux lavabos est vraiment utile ? Supprimer la présence d’eau chaude aux lavabos des immeubles de bureaux.

+ + +

Gain : 11 kWh minimum par occupant et par an.

Si les besoins d’ECS sont localisés et ponctuels (limités au nettoyage, par exemple), sont-ils assurés par une production indépendante ?

(= éviter d’amener de l’eau chaude produite à l’autre extrémité du bâtiment)

Installer, pour les besoins d’ECS localisés et ponctuels, une (des) production(s) indépendante(s), et fermer la portion du réseau d’eau chaude qui n’est plus utilisée.

+ +

L’ouverture des robinets des lavabos et des douches est-elle temporisée.

(Boutons poussoirs) ?

Équiper les robinets des lavabos et des douches d’une temporisation (boutons-poussoirs,…).

+ +

La robinetterie eau chaude est-elle à faible débit ?

(Réducteur de pression aux robinets, pomme de douche à faible débit, …).

Installer des réducteurs de débit sur la robinetterie d’eau chaude (réducteur de pression aux robinets ou pour l’ensemble du réseau, pomme de douche à faible débit, …).

+ +

…30 % … de la préparation de l’eau chaude pour les robinets
… 70 %… de la préparation de l’eau chaude pour les douches.

Les occupants sont-ils sensibilisés à limiter leur utilisation d’eau chaude, à utiliser plutôt l’eau froide que l’eau chaude ? Sensibiliser les occupants à  limiter leur utilisation d’eau chaude et à utiliser plutôt l’eau froide que l’eau chaude (campagne d’information sur le coût de l’eau chaude dans le bâtiment).

+ +

Gain : 5 Euro/m³ (moitié eau /moitié énergie).


Production et distribution

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

La boucle de distribution est-elle isolée ? Isoler la boucle de circulation, particulièrement dans les gaines techniques.

+ + +

Gains : …90 %… des déperditions des canalisations.

L’isolation des parois du ballon est-elle de 5 cm minimum ? (Mieux) isoler les parois du ballon (au moins 5 cm). Suite aux mesures anti-légionelles, une isolation de 10 cm se justifie tout à fait.

+ + +

Gain : …90 %… des déperditions du ballon (s’il n’est pas encore isolé).

Si le ballon est lié à la chaudière, le chauffage de l’eau est-il arrêté en dehors de l’utilisation du bâtiment ? Arrêter le chauffage de l’eau en dehors des périodes d’utilisation du bâtiment, tout en respectant les critères anti-légionelles (montées périodiques à haute température).

+ + +

Gain : 15 à 30 % des pertes.

La puissance de chauffage pour la production d’eau chaude sanitaire est-elle adaptée en été ?

(Évite-t-on le fonctionnement simultané de toutes les chaudières lorsqu’il y a demande d’eau chaude sanitaire en été ?).

Installer une production d’eau chaude sanitaire indépendante de la production d’eau chaude de chauffage (pour utilisation en été)

Adapter la gestion en cascade des chaudières ou arrêter manuellement toutes les chaudières sauf 1 en été.

+ +

La rentabilité s’accroît si la puissance de la production d’ECS est très faible par rapport à celle du chauffage.

S’il y a un ballon électrique, le chauffage du ballon est-il organisé la nuit ? un délestage est-il prévu en période de pointe ? Organiser le chauffage électrique du ballon la nuit.

Prévoir un délestage du chauffage du ballon en période de pointe.

Économie pécuniaire, mais pas d’économie d’énergie.
S’il y a stockage d’eau chaude sanitaire, le volume puisé est-il nettement inférieur au volume total des ballons ? (Volume puisé tel que, parmi les ballons installés, 1 ou 2 ballons sont excédentaires.) Lors du remplacement du ballon, réévaluer le volume de stockage nécessaire.

Déconnecter hydrauliquement les ballons excédentaires.

+

La pompe de circulation est-elle arrêtée en-dehors des heures d’occupation ? (nuit, WE,…). Arrêter la pompe de circulation en dehors des heures d’occupation (nuit, W-E,…), tout en respectant les critères anti-légionelles (montées périodiques à haute température).

+ + +

Gain : 50 % de la consommation du circulateur + pertes du réseau.

La puissance de la pompe de circulation paraît-elle adaptée (= très petite) ? Si la pompe de circulation possède différentes vitesses commutables, réduire la vitesse.

+ + +

Gain : … 40…% de la consommation électrique du circulateur.

Y a-t-il des capteurs solaires de préchauffage ?

Si non, un emplacement orienté S-E… S-O est-il disponible pour poser des capteurs ?

Installer des capteurs solaires de préchauffage.

+

La rentabilité s’accroît si forts besoins d’eau chaude.

Si les besoins d’ECS sont importants, et s’il y a une machine frigorifique, y a-t-il récupération de chaleur au condenseur ? Installer une récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.

(chauffage partiel du ballon ou préchauffage de l’eau d’un préparateur instantané).

+

La rentabilité s’accroît s’il y a des besoins frigorifiques en hiver.


Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

L’audit d’un bâtiment existant

Évaluer pour le Responsable Énergie

Calculs pour l’auditeur (xls)

Évaluer l’efficacité thermique et énergétique des meubles frigorifiques ouverts

Évaluer l'efficacité thermique et énergétique des meubles frigorifiques ouverts


Certifications et normes

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

EUROVENT site

Caractéristiques certifiées

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

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

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

Les essais sont effectués en fonction du type de meuble et dans des conditions d’ambiance prédéfinies et pour des températures de denrées spécifiques à l’usage du meuble :

Les types d’application

Application à utiliser pour

Température positive

Denrées réfrigérées

 

Température négative

Denrées congelées, surgelées et crèmes glacées

Horizontal
1 Réfrigéré, service par le personnel. Surgelé.
2 Réfrigéré, service par le personnel. Surgelé, avec réserve incorporée.
3 Réfrigéré, ouvert, mural. Surgelé, ouvert, muraltop, …
4 Réfrigéré, ouvert, îlot. Surgelé, ouvert, îlot.
5 Réfrigéré, vitré,mural. Surgelé, vitré,mural.
6 Réfrigéré, vitré, îlot. Surgelé, vitré, îlot.
Vertical
1 Réfrigéré, semi-vertical. Surgelé, semi-vertical.
2 Réfrigéré, à étagères. Surgelé, à étagères.
3 Réfrigéré, pour chariot à façade amovible.
4 Réfrigéré, à portes vitrées. Surgelé, à portes vitrées.
Combiné
2
Réfrigéré, haut ouvert, bas ouvert.
Surgelé, haut ouvert, bas ouvert.
2
Réfrigéré, haut ouvert, bas fermé.
Surgelé, haut ouvert, bas fermé.
3
Réfrigéré, haut à portes vitrées, bas ouvert.
Surgelé, haut à portes vitrées, bas ouvert.
4
Réfrigéré, haut à portes vitrées, bas fermé.
Surgelé, haut à portes vitrées, bas fermé.
5
Multi température, haut ouvert, bas ouvert.
6
Multi température, haut ouvert, bas fermé.
7
Multi température, haut à portes. vitrées, bas ouvert.
8
Multi température, haut à portes vitrées, bas fermé.

Source : Eurovent.

Les conditions d’ambiance sont :

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

Source : Eurovent.

Les classes de températures des paquets de denrées test sont :

Classe de température des paquets tests La plus haute température du paquet test le plus chaud doit être inférieure La plus basse température du paquet test le plus froid doit être supérieure La plus basse température du paquet test le plus chaud doit être inférieure
L1 -15 -18
L2 -12 -18
L3 -12 -15
M1 5 -1
M2 7 -1
H1 10 +1
H2 10 -1

Consommation d’énergie annuelle conventionnelle CAEC

La consommation d’énergie électrique de réfrigération (REC) est une valeur conventionnelle qui ne peut pas être directement utilisée pour calculer la consommation d’énergie annuelle dans un magasin. Pour obtenir une idée grossière de la consommation annuelle d’un meuble, une formule conventionnelle a été acceptée par les fabricants participant au programme de certification EUROVENT pour un meuble ouvert, réfrigéré à étagères, sans rideau de nuit.

CAEC [kWh/m².an] = 365 [jours/an] x (DEC + 0,5 x REC) [kWh/j] / TDA [m²]

où :

  • (DEC + 0,5 x REC) / TDA = Coefficient conventionnel prenant en compte :
    • la stratification conventionnelle de température dans un magasin de plus de 600 m²;
    • la répartition temporelle conventionnelle des conditions d’ambiance d’un magasin pendant l’année.

Valeurs européennes moyennes TEC / TDA

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

Les valeurs ont été établies pour les classes de température des paquets M (sans rentrer dans les détails, les paquets sont eux aussi normalisés afin de reproduire le plus fidèlement possible le comportement des denrées) définies en laboratoire :

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

Norme

EN ISO 23953 : Meubles frigorifiques de vente- partie 2 : classification, exigences et méthodes d’essai (ISO 23953 : 2005)

EUROVENT se base principalement sur cette norme pour certifier les meubles frigorifiques.

Consommation énergétique certifiée

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

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

Les essais sont réalisés dans des conditions de températures précises.

Exemple.

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

  • le type d’application est 1; à savoir : Réfrigéré, semi-vertical
  • la température et l’humidité de l’ambiance dans laquelle est plongé le meuble est :
Classes de climat des chambres test Température sèche [°C] Humidité relative [%] Point de rosée [°C] Humidité absolue [qeau/kgair sec]
0 20 50 9,3 7,3
1 16 80 12,6 9,1
2 22 65 15,2 10,8
3 25 60 16,7 12
4 30 55 20 14,8
5 27 70 21,1 15,8
6 40 40 23,9 18,8
7 35 75 30 27,3
8 23,9 55 14,3 10,2
  • les températures souhaitées au niveau des denrées sont :
Classe de température des paquets tests La plus haute température du paquet test le plus chaud doit être inférieure [°C] La plus basse température du paquet test le plus froid doit être supérieure [°C] La plus basse température du paquet test le plus chaud doit être inférieure [°C]
L1 -15 -18
L2 -12 -18
L3 -12 -15
M1 5 -1
M2 7 -1
H1 10 +1
H2 10 -1
  • pour un type de meuble précis, on détermine la consommation énergétique moyenne :
Famille de meubles Classe de température du meuble (classe de l’ambiance + denrée Moyenne européenne TEC /TDA [kWh/jour.m²
Pour meubles à groupe de condensation séparé
RVC1, RVC2 3H 10,1

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

Source EUROVENT.

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

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

Modèle Réfrigérant Agencement interne Nombre d’étagères Rideau de nuit DEC pour 12 heures d’éclairage [kWh/jour] REC [kWh/jour] Surface totale d’exposition TDA [m²] TEC/TDA [kWh/jour.m²]
R404A TNLS (ou étagères horizontales non éclairées 1 ou 2 non 6,46 27,7 2,73 12,5

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

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

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

Pmoyen = 0,670 [kW/ml]

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


Apport thermiques

Le meuble frigorifique subit en permanence des agressions de l’extérieur ou de l’intérieur sous forme d’apports thermiques et hydriques. l’évaporateur installé dans le meuble doit en permanence les combattre par échange thermique :

  • avec l’air pour les évaporateurs qui travaillent en convection naturelle ou forcée;
  • avec les plaques de contact pour les évaporateurs prévus pour l’échange par conduction.

On retrouve différents apports, à savoir :

  • les apports externes;
  • les apports internes.

Schéma apports thermiques - 01.Schéma apports thermiques - 02.

Apports externes

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

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

Apports de chaleur par pénétration Ppen

Les parois des meubles se composent généralement de panneaux sandwich (acier/isolant/acier) qui limitent les pénétrations de chaleur par conduction de l’ambiance des zones de vente vers l’intérieur du meuble. Les déperditions négatives ou pénétrations au travers des parois sont fonction :

  • de la composition des parois;
  • de l’importance des surfaces de pénétration;
  • de l’écart de température de part et d’autre des parois.

On évalue l’apport de chaleur par pénétration Ppen par la relation suivante :

Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) [W]

Pour autant que l’écart de température entre l’ambiance et l’intérieur du meuble frigorifique reste constant, les apports internes par pénétration sont théoriquement constants de jour comme de nuit.

Apports de chaleur par induction du rideau d’air Pind

Les meubles frigorifiques ouverts sont les « mauvais élèves énergétiques » des commerces dans le sens où le rideau d’air qui protège chaque meuble agit comme un véritable piège à chaleur tant sensible que latente. Non seulement il climatise l’ambiance (en température) mais aussi il l’a déshumidifié. En effet, il n’est pas rare d’observer des ambiances de vente où le taux d’humidité reste aux alentours des 30 %. Pour autant que le rideau d’air soit mal réglé ou perturbé par des denrées, des porte-prix, …, l’échange thermique de l’ambiance avec le meuble peut changer du tout au tout.

L’apport de chaleur par induction dépend de beaucoup de facteurs. On citera principalement :

  • le taux d’induction Xrideau_air du rideau d’air. Celui-ci représente l’efficacité du rideau d’air et est défini comme le rapport m a/mrideau_air où :
    • ma = débit massique d’air de l’ambiance externe entraînée et induite par le rideau d’air en [kg/s];
    • mrideau_air = débit massique du rideau d’air en [kg/s].
  • le débit massique m rideau_air du rideau d’air en [kg/s];
  • de l’écart d’enthalpie (chaleur sensible et latente) (hambiance – hinterne) entre l’ambiance externe et interne au meuble en [kJ/kg].

On évalue l’apport de chaleur par induction Pind par la relation suivante :

Pind  = Xrideau_air x mrideau_air x (hambiance – hinterne) x 1000 [W]

Lorsqu’on veut évaluer les apports par induction de jour et de nuit, ils sont différents sachant qu’en pratique les commerçants équipent généralement leurs meubles de rideaux de nuit. L’induction d’air de la zone de vente vers les meubles est alors fortement réduite. On peut considérer que le rideau d’air agit comme une paroi mince soumise une convection interne importante (de par le rideau d’air en fonctionnement permanent) et une convection externe faible.

Lorsque les rideaux de nuit sont placés devant l’ouverture des meubles, l’apport de chaleur par induction devient :

Pind  = Kmoyen_rideau x Srideau  x (Tambiance – Tinterne) [W]

Apports de chaleur par rayonnement des parois Pray

Les denrées à l’intérieur des meubles et les parois de la zone de vente (plafond par exemple) qui se voient mutuellement, échangent de la chaleur par rayonnement pour autant qu’elles soient à des températures différentes. Les parois chaudes du plafond (à 30 °C par exemple) réchauffent les denrées visibles du plafond.

L’apport de chaleur par rayonnement est assez complexe à mettre en évidence. En simplifiant, cet échange dépend :

  • de la surface d’ouverture du meuble A ouverture en [m²];
  • de l’écart de température entre l’intérieur du meuble et la température des parois vues par l’ouverture du meuble en (tparoi – ti) [K];
  • du coefficient équivalent d’échange par rayonnement hro de deux corps noirs parallèles en [W/m².K];
  • du facteur de correction d’émission mutuelle entre deux corps gris (thermiquement) φ1de surface parallèle;
  • du facteur d’angle φ2associé à φ1 lorsque les surfaces ne sont pas parallèles

On évalue l’apport de chaleur par rayonnement Qray par la relation suivante :

Pray = hro x Aouverture (Tparoi – T i) x φ1 x φ2 [W]

Tout comme les apports par induction, ceux par rayonnement sont influencés de nuit par la pose du rideau de nuit. Pour autant que le rideau de nuit soit légèrement isolant la température de paroi du rideau sera plus élevée et échangera moins avec les parois de la zone de vente. En régime de nuit, en simplifiant, on peut considérer que les principaux apports par l’ouverture du meuble sont des apports par pénétration du rideau de nuit dont on inclurait la composante par rayonnement.

La relation en période de nuit devient alors :

Pray = Krideau_nuit  x Aouverture (Tparoi – T i) [W]

Apports internes

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

On retrouve principalement :

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

Apports de chaleur par l’éclairage

L’éclairage dans le volume utile de chargement contribue aussi au réchauffement des denrées alimentaires. La chaleur évacuée par l’évaporateur est grosso modo la puissance électrique qui alimente l’éclairage, à savoir la puissance des lampes et des auxiliaires s’ils sont placés dans le volume utile. Généralement, ce sont des tubes fluorescents qui équipent les meubles frigorifiques. Les ballasts qui les alimentent peuvent se trouver ou pas dans le volume utile; d’où l’importance d’avoir des luminaires énergétiquement performants.

L’apport de chaleur procuré par les éclairages est repris dans la relation suivante :

Pecl  = Pélectrique_luminaire + Pélectrique_ballast (si dans le volume utile de chargement) [W]

Apports de chaleur des ventilateurs

Les ventilateurs placés dans la reprise d’air, en amont des évaporateurs, dissipent aussi leur chaleur. Tout comme l’éclairage placé dans le volume utile, la puissance électrique alimentant les ventilateurs est transformée en chaleur.

On évalue l’apport de chaleur des ventilateurs Pvent par la relation suivante :

Pvent  = Pélectrique_ventilateur [W]

Apports de chaleur dû au dégivrage

Le dégivrage est un mal nécessaire sachant que les meubles frigorifiques ouverts sont des déshumidificateurs puissants. L’humidité de l’air de l’ambiance se retrouve sous forme de givre, de gel ou encore de glace (quand il est trop tard) sur les ailettes de l’évaporateur. L’apport de chaleur lors de l’opération de dégivrage est ponctuel.

On évalue l’apport de chaleur du dégivrage Pdeg par la relation suivante :

Pdeg = Pélectrique_dégivage [W]

  • en froid positif, on essaye d’effectuer un dégivrage naturel en coupant l’alimentation de l’évaporateur en froid;
  • en froid négatif, on effectue des dégivrages par des résistances chauffantes placées sur l’évaporateur.

Apports de chaleur dû aux cordons chauffants

Les cordons chauffants sont en général placés au niveau des vitrages afin de réduire les risques de condensation au niveau des surfaces vitrées (porte vitrée, miroir, …), des ponts thermiques inévitables, …

On évalue l’apport de chaleur dû aux cordons chauffants Pcord_chauf par la relation suivante :

Pcord_chauf = Pélectrique_cordon_chauffant [W]


Bilans thermique et énergétique

L’évaluation du bilan thermique permet de préciser la puissance frigorifique nécessaire pour combattre les agressions thermiques du meuble. La puissance frigorifique appliquée à des meubles linéaires et rapportée au mètre linéaire en [W/ml] est un ratio important souvent utilisé par les professionnels pour comparer la performance de différents meubles de même type, mais de marques différentes (voir certification EUROVENT).

Évaluation théorique des consommations journalières

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

Calculs

Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi.

Bilan thermique

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

Bilan thermique instantané de jour Pjour =

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

Bilan thermique instantané de nuit Pnuit =

Σ P apports_nuit = P pen + Pind_nuit + Pray_nuit  + Pvent [W]

Bilan énergétique

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

Bilan énergétique meuble positif 

Q = Pjour x tjour + Pnuit x tnuit [kWh/jour]

Bilan énergétique meuble négatif Q

 Q = Pjour x tjourPnuit x tnuit + Pdégivrage x nbre_dégivr x tdégivr [kWh/jour]

avec :

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

Calculs du bilan énergétique d’un meuble ouvert vertical positif

Bilan énergétique

Calculs

Pour évaluer le bilan énergétique d’un meuble frigorifique ouvert vertical.

L’énergie frigorifique journalière est l’énergie froid consommée par l’évaporateur du meuble ouvert. Le bilan énergétique issu du calcul théorique est repris dans le tableau suivant :

Q = Pjour x tjour + Pnuit x tnuit [kWh/jour]

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

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

Meuble frigorifique vertical : bilan énergétique journalier.

Puissance frigorifique de l’évaporateur

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

P0 = Q / (24 – nombredégivrage x tempsdégivrage)
P0 = 3.1 [kW]

Puissance frigorifique spécifique

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

Pml = P 0 / longueur du meuble

Pml = 3100  / 7,5

Pml = 413  [W/ml]

Commentaires

  • Une majorité importante des apports sont dus à l’induction au travers du rideau d’air (cousu de fil blanc) en journée; d’où l’importance de la maîtrise du rideau d’air;
  • pour être tout à fait rigoureux dans le calcul de l’énergie consommée par le meuble frigorifique, il faudrait tenir compte de l’énergie consommée par le dégivrage des évaporateurs. Cependant, fréquemment, le dégivrage s’effectue par la coupure de la production de froid alimentant l’évaporateur, signifiant que seule la relance après le dégivrage consommera de l’énergie à l’évaporateur; la figure suivante montre que l’énergie mise en jeu pour compenser un dégivrage par arrêt de l’évaporateur est difficile à évaluer, mais intuitivement reste faible par rapport à l’induction.

Profil de puissance d’une centrale de froid.

  • Le graphique ci-dessus montre aussi que, dans la pratique, le rapport puissance à l’évaporateur de jour et de nuit est de l’ordre de 1.8 plutôt que 3. En effet, l’efficacité du rideau de nuit n’est pas aussi bonne que l’on pourrait s’y attendre théoriquement.
  • Le calcul théorique de l’énergie frigorifique journalière du meuble est de 10,23 [kWh/m².jour]. Pour pouvoir la comparer par rapport à la TEC d’EUROVENT il serait nécessaire d’y ajouter la consommation du groupe de froid. Pour une installation performante (COP de 4 par exemple), la consommation du compresseur serait de l’ordre de 10,23 / 4 = 2.56 [kWh/m².jour]. On en déduit le TEC = 10,23 + 2.56 = 12,8 [kWh/m².jour]. En se référant au tableau de la moyenne européenne des TEC, pour ce type de meuble, TEC = 10,1 [kWh/m².jour].

Calculs du bilan énergétique d’un meuble ouvert horizontal négatif

Bilan énergétique

Calculs

Pour évaluer le bilan énergétique d’un meuble frigorifique ouvert horizontal négatif.

L’énergie frigorifique journalière est l’énergie froide consommée par l’évaporateur du meuble ouvert. Le bilan énergétique issu du calcul théorique est repris dans le tableau suivant :

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

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

Meuble frigorifique vertical : bilan énergétique journalier.

Puissance frigorifique de l’évaporateur

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

P0 = Q / (24 – nombredégivrage x tempsdégivrage)

P0 = 71,4  / (24 – 2 x 0.5)

P0 = 3.1 [kW]

Puissance frigorifique spécifique

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

Pml = P 0 / longueur du meuble

Pml = 3 100  / 7,5

Pml = 413  [W/ml]

Commentaires

  • La puissance par mètre linéaire d’un meuble frigorifique horizontal négatif est moins énergivore que son homologue vertical positif de par la conception qui induit des échanges thermiques avec l’ambiance plus importants.
  • Pour autant que l’on puisse correctement contrôler les déperditions de nuit, les consommations énergétiques peuvent être limitées de manière drastique.
  • Le calcul théorique de l’énergie frigorifique journalière du meuble est de 8,6 [kWh/m².jour]. Pour pouvoir la comparer par rapport au TEC d’EUROVENT il serait nécessaire d’y ajouter la consommation du groupe de froid. Pour une installation performante (COP de 2,5 en froid négatif par exemple), la consommation du compresseur serait de l’ordre de 8,6  / 2,5 = 3,5 [kWh/m².jour]. On en déduit le TEC = 8,6 + 3,5 = 12,1 [kWh/m².jour]. En se référent au tableau de la moyenne européenne des TEC, pour ce type de meuble, TEC = 13 [kWh/m².jour].

Puissances frigorifiques spécifiques et températures

Une manière souvent utilisée pour classifier les meubles frigorifiques, est de se baser sur la puissance frigorifique spécifique ou la puissance frigorifique :

  • par mètre linéaire;
  • ou par module de porte en fonction des conditions classiques définies par EUROVENT (température d’ambiance de 25°C et une humidité relative de 60 %).

Meuble frigorifique à applications positives

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

Meuble frigorifique à applications négatives

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

Température

La puissance frigorifique est toujours liée à une température d’évaporation qui permet de tenir la température de consigne au sein du meuble frigorifique.

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

Bilan énergétique par simulation

Les valeurs des bilans énergétiques sont des valeurs approchées instantanées qui ne tiennent pas compte des variations du climat intérieur au magasin lui-même influencé par des paramètres tels que :

  • les conditions climatiques externes (températures, humidité, ensoleillement, vent, pluie, …);
  • le profil d’occupation du magasin;
  • les apports internes (rayon HiFi, type d’éclairage et leur gestion, …);

Une simulation a été réalisée à partir de TRNSYS (logiciel de simulation dynamique du comportement thermique des bâtiments en fonction du climat externe) en modélisant une surface de 2 000 m². On tient compte :

  • de la composition des parois de l’enveloppe;
  • des systèmes de ventilation, de chauffage, de climatisation et de leur gestion;
  • de l’occupation des surfaces de vente, des réserves, … (profil d’occupation hebdomadaire);
  • des apports internes d’éclairage, …;

Apports en fonction de la température externe

Sur une année climatique de référence (8 760 heures) les apports tant internes qu’externes varient en permanence. Les agressions thermiques, elles aussi, changent. En quelle proportion ? C’est ce que la simulation dynamique tente de montrer.

Simulation

Il est extrêmement rare que des meubles frigorifiques soient dans des conditions de fonctionnement nominal. Une manière d’évaluer les variations de la puissance frigorifique nécessaire au meuble frigorifique pour assurer la continuité de la chaîne de froid (température constante) en fonction des agressions thermiques, est de décortiquer les différentes puissances quand le climat interne au magasin varie. Bien que les systèmes HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning) soient prévus pour assurer le confort du personnel et des clients au sein des zones de vente et, par conséquent, capables de maintenir un climat stable dans le magasin, les variations de températures et d’humidité sont inévitables de par :

  • les apports internes,
  • les courants d’air;
  • le climat externe ;
  • ….

Une manière intéressante de quantifier les variations relatives des apports aux meubles, est de voir leur évolution pour une semaine en période froide et chaude.

Période froide

Sur le graphe ci-dessus, l’évolution des apports est représentée sur une période d’une semaine. On constate que :

  • le climat intérieur évolue en fonction du climat externe et des apports internes. On voit en effet les apports évoluer selon plus ou moins le même profil que la température externe. Le déphasage et la pente différente de la courbe de température externe résultent respectivement de l’inertie du bâtiment et des denrées et de la variation différente des apports internes liés à l’activité du magasin;
  • lors de l’inactivité du magasin (en dehors des heures d’ouverture de semaine et le dimanche), les apports sont fortement réduits de par la pose des rideaux de nuit et de la coupure de l’éclairage;
  • les apports par induction au travers du rideau d’air sont importants; ce sont eux qui sont fortement influencés par les conditions d’ambiance internes et indirectement externes.

Période chaude

De même que pour la période froide, sur le graphe ci-dessus, l’évolution des apports est représentée sur une période d’une semaine en période chaude. On constate de nouveau que :

  • les apports par induction prennent la mesure sur les autres apports. Il est donc important d’optimiser le rideau d’air.

Puissance frigorifique

Le graphe ci-dessous exprime la variation des apports en fonction de la température extérieure. Le total représente la puissance nécessaire à l’évaporateur pour combattre les apports tant internes qu’externes au meuble frigorifique.

Commentaires

On constate qu’effectivement c’est l’induction de l’air de la zone de vente par le rideau d’air du meuble qui varie en fonction du climat externe. La puissance à l’évaporateur peut atteindre :

  • en période de canicule, de 1 200 à 1 400 [W/ml];

  • en période froide normale, de 400 à 600 [W/ml].

Au vu de ces valeurs, la sollicitation de la machine frigorifique (compresseur principalement) risque d’être importante non seulement au niveau de l’évaporateur, mais aussi au niveau du condenseur (directement influencé par les conditions climatiques externes).


Influence du rideau d’air

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

    

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

Problèmes liés aux meubles frigorifiques ouverts

Les meubles horizontaux

Les meubles frigorifiques horizontaux sont dans une situation instable dans le sens où :

  • un rien (courant d’air, chargement, …) peut perturber l’équilibre par rapport à la différence de densité entre l’air chaud au dessus de l’ouverture du meuble qui a tendance à monter et l’air froid plus lourd qui a, quant à lui, tendance à vouloir descendre et rester confiné dans le meuble (effet baignoire). Ceci est vrai d’autant plus que le volume utile du meuble est rempli de denrées;
  • comme un meuble frigorifique ouvert agit comme un véritable déshumidificateur de l’air ambiant (la pression partielle de l’air dans le meuble est plus faible que celle dans l’air ambiant de la zone de vente), du givre, de la neige ou encore de la glace se forme sur les denrées.

Les meubles verticaux

Les meubles frigorifiques verticaux sont aussi dans une situation instable dans le sens où :

  • le froid du meuble s’écoule vers l’extérieur par l’ouverture;
  • la quantité, la masse (inertie) et la position des denrées influencent cet écoulement. En situation réelle, le contrôle de l’écoulement est très difficile à maîtriser vu le mouvement incessant des denrées, des mains pour les prendre, les courants d’air souvent présent dans les zones de vente, …

Une solution partielle : les rideaux d’air

Les rideaux d’air vont donc tenter de « désensibiliser  » les meubles frigorifiques ouverts par rapport aux perturbations externes et par la même occasion réduire les déperditions thermiques de l’ambiance vers l’intérieur du meuble.

Bilan hygrothermique d’un meuble horizontal à flux asymétrique

Humidité : l’établissement du bilan de l’humidité est primordial afin de réduire au maximum les échanges de vapeur d’eau entre l’ambiance externe et le meuble et, par conséquent, diminuer les quantités de givre, de glace et de neige au niveau principalement fixées sur l’évaporateur.

Bilan de l’humidité (sortie bouche = entrée reprise)

M*1  x (x1)+ M*a x (xa) = M*1 x (x2)+ M*a x (x2)

avec :

  • M*1 : débit massique du rideau d’air [kg/s];
  • x1 : humidité absolue du rideau d’air au soufflage [geau/kg d’air sec];
  • M*a : débit massique de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air [kg/s];
  • xa : humidité absolue de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air[geau/kg d’air sec];
  • x2 : humidité absolue du rideau d’air à la reprise [geau/kg d’air sec];

Thermique : de même, l’établissement du bilan thermique permet de minimiser les échanges entre l’ambiance et l’intérieur du meuble.

Bilan thermique (sortie bouche = entrée reprise)

M*1 x h1+ M*a x ha + Qdenrées= M*1 x h2 + M*a x h2

avec :

  • Qdenrées+parois exposées= chaleur emmagasinée par les denrées et les parois du dessus du volume de chargement en vis à vis des parois rayonnantes (plafond par exemple) et en contact avec le rideau d’air.
  • M*1 : débit massique du rideau d’air [kg/s];
  • h1 : enthalpie du rideau d’air au soufflage [kJ/kg d’air];
  • M*a : débit massique de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air [kg/s];
  • ha : enthalpie de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air[kJ/kg d’air];
  • h2 : enthalpie du rideau d’air à la reprise [kJ/kg d’air];

Taux d’induction : il caractérise l’efficacité du rideau d’air, soit :

Taux d’induction

X = M*a /  M*1

avec :

  • M*a : débit massique d’air [kg/s] ambiant induit par le rideau d’air;
  • M*1 : débit massique d’air [kg/s] du rideau d’air;

Il peut aussi s’exprimer par les relations suivantes :

taux d’induction X = x2 – x1 / xa – x2

ou encore

taux d’induction X = t 2 – t 1 / ta – t2

avec :

  • x : masse d’eau dans de l’air sec [g d’eau / kg d’air sec];
  • t :température prise en compte [°C].

On voit tout de suite qu’un rideau d’air efficace a une valeur de taux d’induction faible. Des taux d’induction de l’ordre de 0,05 à 0,06 sont couramment rencontrés dans la pratique.

Bilan hygrothermique d’un meuble vertical à flux vertical symétrique

Pour les meubles frigorifiques verticaux, c’est le même principe de raisonnement pour déterminer le bilan hygrothermique :

Humidité :

Bilan de l’humidité (sortie bouche = entrée reprise)

M*1  x (x1)+ M*a x (xa) + M*i x (xi)= M*1 x (x2)+ M*a x (x2) + M*i x (x2)

  • M*1 : débit massique du rideau d’air [kg/s];
  • x1 : humidité absolue du rideau d’air au soufflage [geau/kg d’air sec];
  • M*a : débit massique de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air [kg/s];
  • M*i : débit massique de l’air interne au meuble induit par le rideau d’air [kg/s];
  • xa : humidité absolue de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air [geau/kg d’air sec];
  • x2 : humidité absolue du rideau d’air à la reprise [geau/kg d’air sec];
  • xi : humidité absolue à l’intérieur du meuble [geau/kg d’air sec];

Thermique : de même, l’établissement du bilan thermique permet de minimiser les échanges entre l’ambiance et l’intérieur du meuble.

Bilan thermique (sortie bouche = entrée reprise)

M*1  x (h1)+ M*a x (ha) + M*i x (hi)= M*1 x (h2)+ M*x (h2) + M*i x (h2)

avec :

  • M*1 : débit massique du rideau d’air [kg/s];
  • h1 : enthalpie du rideau d’air au soufflage [kJ/kg d’air];
  • M*a : débit massique de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air [kg/s];
  • M*i : débit massique de l’air interne au meuble induit par le rideau d’air [kg/s];
  • ha : enthalpie de l’air extérieur au meuble induit par le rideau d’air[kJ/kg d’air];
  • h2 : enthalpie du rideau d’air à la reprise [kJ/kg d’air];
  • hi : enthalpie de l’air intérieur au meuble induit par le rideau d’air[kJ/kg d’air];

Taux d’induction : il caractérise l’efficacité du rideau d’air, soit :

Taux d’induction

X = M*a /  M*1

si M*i = M*a (flux symétrique) ainsi que xi = x1 (denrées emballées)

avec :

  • M*a : débit massique d’air [kg/s] ambiant induit par le rideau d’air;
  • M*1 : débit massique d’air [kg/s] du rideau d’air;
  • M*i : débit massique d’air [kg/s] à l’intérieur du meuble induit par le rideau d’air;

Le taux d’induction peut aussi s’exprimer par les relations suivantes :

Taux d’induction

X = x2 – x1 / (xa – x2) – (x2 – x1)

ou encore

Taux d’induction

X = h 2 – h 1 / (ha – h2) – (h2 – h 1)

avec :

  • x : masse d’eau dans de l’air sec [g d’eau / kg d’air sec];
  • h : enthalpie de l’air [kJ/kg d’air].

Un taux d’induction souvent rencontré dans la pratique se situe aux alentours des 0,1 à 0,2.


Influence de l’évaporateur

Il est important qu’un évaporateur soit bien dimensionné pour combattre les apports thermiques du meuble. Une surface d’échange insuffisante entraîne une saturation de l’évaporateur en température. Pour des applications proche de 0°C, la prise en glace ou le givrage est plus rapide entraînant une surconsommation du meuble.

La figure suivante représente l’évolution des températures, à la fois pour l’air qui passe au travers des ailettes d’échange et le fluide frigorigène au travers des tuyauteries :

  • au fur et à mesure que l’air traverse les différents rangs d’ailettes, sa température diminue selon une loi logarithmique et passe de la température t1 à la température t2;
  • par contre, le fluide frigorigène se vaporise tout au long du trajet inverse à température plus ou moins constante (suivant le type de fluide utilisé) et ce, jusqu’au moment où la dernière goutte liquide devient gazeuse (point c où le titre du fluide Xr = 1 : 1 correspond à un fluide totalement gazeux). À partir de ce point, le fluide frigorigène entre dans sa phase de surchauffe et voit sa température augmenter (segment c-d).

L’évaporateur est principalement caractérisé par sa puissance frigorifique :

Po = K0 x Séchange x Δtmln

et dépendant des paramètres suivants :

Le coefficient global d’échange moyen K0[W/m².K) s’exprimant sous la forme :

K0 = f1 / ((Séchange / (Si x αi)) + (1 / (Φ x αe))

avec :

  • f1: coefficient tenant compte de la chaleur latente intervenant dans le givrage des ailettes d’échange (soit f1 = 1.25 pour le froid positif et 1,05 pour le froid négatif);
  • Φ: rendement global de la surface d’échange Séchange (Φ ~ 0,65 pour la convection forcée et ~0,75 en convection naturelle pour des échangeurs standards);
  • αe : coefficient d’échange moyen par convection pour les surfaces externes.Il est difficile à calculer, mais dépend principalement de la vitesse moyenne de l’air au travers des ailettes (0,6 < vm < 1,2 m/s) et du pas des ailettes (espace entre deux ailettes). En écoulement laminaire, αest compris entre 11 et 23 W/m².K et en écoulement turbulent entre 13 et 45 W/m².K;
  • αi : coefficient d’échange moyen interne lors de l’ébullition sèche du fluide frigorigène. Lui aussi est très complexe à déterminer, mais dépend principalement du type de fluide frigorigène, de son débit et du diamètre des conduites de l’évaporateur. On parle de 850 à 1 800 W/m².K.

La surface d’échange côté air de l’échangeur Séchange [m²] :

Séchange ~ 2 x VE / pas

avec :

  • VE: volume de l’évaporateur [m³];
  • pas: espace entre deux ailettes [m].

L’écart moyen logarithmique de température Δtmln* corrigé défini par la relation suivante :

Δtmln* = 0,95 x  f2 x ((t1 – t2)/ ln ((t1 – tfluide_frigorigène) / (t2 – tfluide_frigorigène))) [K]

avec :

  • f2 : coefficient correcteur tenant compte de la surchauffe à la sortie de l’évaporateur
  • t: température entrée évaporateur [K];
  • t: température sortie évaporateur [K];
  • tfluide_frigorigène ou t0: température entrée évaporateur [K];

Influence du givrage

Principe de givrage

L’humidité de l’air ambiant de la zone de vente passant au travers du rideau d’air migre naturellement vers les parties froides du meuble et plus particulièrement vers l’évaporateur. Cette humidité se condense et givre sur les ailettes pour les applications de froid commercial (même pour les applications « positives », la température d’évaporation est négative par exemple -10°C). Dans des applications de congélation, il arrive que l’humidité dans l’air se transforme directement en cristaux de neige qui peuvent se fixer par exemple et malheureusement sur les pales des ventilateurs de manière non homogène pouvant entraîner la destruction des ventilateurs (« balourd »).

Formation de givre.

La formation de givre entraîne une réduction de la puissance frigorifique P0 suite à :

  • une réduction du débit d’air passant au travers de l’évaporateur;
  • et par conséquent une augmentation des pertes de charge dans le circuit de refroidissement;
  • une augmentation de la résistance thermique de la surface de refroidissement;
  • une chute de la température du fluide frigorigène.

Aussi, il découle de la réduction de débit que l’efficacité du rideau d’air sera moindre en favorisant l’augmentation des apports par induction, le passage accru de l’humidité de l’air ambiant et l’augmentation de la température de l’intérieur du meuble, … C’est en fait le principe du « chien qui se mange la queue ».

Sur le diagramme psychométrie ci-dessous, le givre qui se forme sur l’évaporateur correspond à l’humidité prise dans l’ambiance de vente et/ou au niveau des denrées non emballées.

Le givrage représente donc une contrainte importante pour le commerçant sachant que :

  • l’on risque de briser la chaîne du froid;
  • le meuble frigorifique devra être équipé de systèmes de dégivrage pouvant entraîner des consommations énergétiques supplémentaires.

Il est donc nécessaire d’effectuer des dégivrages réguliers.

Poids énergétique du dégivrage

Quel que soit le type de dégivrage (naturel ou électrique principalement), pendant cette opération, de la chaleur est retirée à la résistance chauffante ou à l’ambiance de vente en première approximation :

  • pour faire fondre le givre;
  • par les masses de l’évaporateur, du meuble et des denrées.

Exemple :

On considère en gros la répartition énergétique suivante pour un meuble frigorifique type gondole (longueur = 2,5 m) pour produits surgelés.

Poste Énergie nécessaire par dégivrage [kWh] %
Fusion du givre 0,18 12
Réchauffement masse évaporateur 0,32 22
Réchauffement masse meuble 0,38 26
Réchauffement des denrées 0,56 38
Autre 0,03 2
Total 1.43

Temps du dégivrage

Dans le cas d’un dégivrage électrique et connaissant la puissance de la résistance électrique, il est possible d’évaluer le temps de dégivrage par la relation d’équilibre suivante :

∑énergies absorbées = ∑apports énergétiques

Où les apports énergétiques sont l’énergie fournie par la résistance chauffante pendant le temps de dégivrage et l’énergie apportée par l’ambiance externe au meuble, l’éclairage, les ventilateurs, …

Exemple :

En reprenant l’exemple ci-dessus et en considérant une résistance chauffante de 3 kW et des apports internes et externes de l’ordre de 1 kW, le bilan énergétique s’écrit :

1,43 [kWh] = (1 + 3) [kW] x tempsdégivrage [h]

Le calcul du temps de dégivrage donne :

tempsdégivrage [h] = 1,43 [kWh] / (1 + 3) [kW]

tempsdégivrage = 0.36 [h] ou 21 [min]

 


Influence de la protection de l’ouverture

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

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

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

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

RT = Re + R1 + Ri [m².K/W]

RT = 0,043 + 0.125 + faible

RT ~ 0,125 [m².K/W]

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

U = 1 / RT

U = 1 / 0,125

U ~ 8 à 10  [W/m².K]

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

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

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

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


Influence de l’éclairage

Photo meuble frigorifique éclairé.

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

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

Éclairage de tablette au sein du meuble.

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

Efficacité lumineuse en fonction de la température ambiant.

Les luminaires placés en dehors de l’enceinte réfrigérée, quant à eux, sont plus efficaces dans le sens où ils n’interviennent pas comme apports internes dans le bilan frigorifique du meuble, mais en plus fonctionnent dans une plage de température où le flux lumineux est meilleur.

Composition fronton.

Actuellement, certaines grandes surfaces effectuent des essais afin de voir quel est l’impact de la suppression de l’éclairage dans les meubles frigorifiques sur la vente. Les résultats ne sont pas encore disponibles.

Extrait d’une étude de cas

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

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

 

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

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


Influence des ventilateurs

Les ventilateurs fonctionnent en permanence afin de maintenir les températures de consigne au sein des meubles. La puissance électrique nécessaire pour faire tourner les pales du ventilateur et, par conséquent, pour déplacer l’air au sein du meuble, est transformée en chaleur et participe au réchauffement de l’ambiance interne du meuble. Cet apport représente de l’ordre de 3 à 5 % de la consommation énergétique de la production de froid à l’évaporateur.


Influence des cordons chauffants

Les cordons servant à éviter la présence de buée sur les portes vitrées et à empêcher les portes des meubles mixtes d’être bloquées par le givre ou la glace. Ce type d’apports influence aussi le bilan énergétique du meuble. On estime sa participation à la dégradation du bilan énergétique à ~1 %.

Auditer rapidement l’éclairage

Lampes

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

La puissance installée des luminaires est-elle largement supérieure  aux critères d’efficacité ?

 

 

Concevoir une nouvelle installation.

+

La rentabilité est plus élevée si la puissance installée au départ est élevée, et si le nombre d’heures d’utilisation par an est > 2 000 heures.

Le niveau d’éclairement est-il suffisant ?

Si oui, la totalité des lampes est-elle nécessaire au confort ?

Supprimer une partie des lampes.

+ + +

Les lampes utilisées sont-elles efficaces ?

(pas de tubes fluorescents de ∅ 38 mm ? Pas de lampes « rapid start » ? pas de lampes à incandescence ? pas de lampes halogènes ?)

Remplacer les tubes fluo 38 mm par des tubes 26 mm.

+ + +

Économie d’environ 8 %, temps de retour d’environ 2 ans.

Remplacer les lampes à incandescence par des lampes fluorescentes compactes.

+ + +

Économie d’environ 40 à 70 %, temps de retour d’environ 1 à 3 ans.

Remplacer les lampes à incandescence par des lampes LED.

+

Les lampes LED sont encore coûteuses pour prétendre à une certaine rentabilité.

Remplacer des lampes fluo compactes par des lampes LED.

+ +

Les lampes LED sont encore coûteuses pour prétendre à une certaine rentabilité.

Les revêtements des murs et plafonds sont-ils de couleur claire ? Repeindre ou remplacer le revêtement des murs et plafonds pour qu’ils soient de couleur claire.

+

Le niveau d’éclairement peut chuter d’une valeur allant jusqu’à 20 % avec des parois foncées.


Luminaires

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

Les luminaires semblent-t-ils efficaces ?

(pas de tubes nus sans réflecteurs, pas de globe opalin ou de garniture de verre prismatique, pas de réflecteurs blancs décolorés, pas de lampe à incandescence…)

Les luminaires installés ont-ils moins de 15 ans ?

Remplacer les optiques existantes par des optiques performantes.

+

Amélioration du confort visuel : le rendement des luminaires peut augmenter de 75 %.

Les luminaires fluorescents sont-ils équipés de ballasts électroniques ? Remplacer les ballasts électromagnétiques des luminaires fluorescents par des ballasts électroniques.

+

Économie de l’ordre de 20 %.


Gestion et commande

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

L’éclairage est-il éteint dans les locaux inoccupés ?

Dans un grand local, est-il possible de commander l’éclairage par zones d’activité ?

Installer des détecteurs de présence dans les locaux occupés de façon irrégulière (salles de réunion,…).

+ +

Temps de retour de 2 à 4 ans si les ballasts doivent être remplacés par des ballasts électroniques.

Décomposer le réseau par zones homogènes d’éclairement : dans un local, avoir une gestion indépendante des luminaires proches de la fenêtre et par zones d’activité. +
Installer une gestion horaire centralisée.

+ +

Organiser une campagne de sensibilisation des occupants.

+ +

Est-il possible de commander l’éclairage par rangées séparées en fonction de l’éloignement par rapport aux fenêtres ?

La puissance de l’éclairage est-elle limitée en fonction de l’éclairage naturel disponible?

Équiper les locaux dont l’occupation journalière est importante d’un dimming automatique régulé par un capteur d’éclairement (nécessite le remplacement des ballasts électromagnétiques par des ballasts électroniques dimmables).

+

Économie de l’ordre de 35 à 45 % si les ballasts de départ sont électromagnétiques.

Le fonctionnement de l’éclairage extérieur est-il régulé ? Réguler l’éclairage extérieur en fonction d’une programmation horaire, de cellules photoélectriques, de détecteurs de présence ou en synchronisme avec l’éclairage public.

+ + +


Confort visuel

Pour en savoir plus
Quel est le niveau d’éclairement au niveau des zones de travail ? Est-il nettement inférieur ou nettement supérieur aux valeurs recommandées pour les tâches à effectuer ?

Évaluer

Des reflets apparaissent-ils sur le plan de travail, sur les écrans ?

Évaluer

Les occupants aperçoivent-ils, dans leur champ de vision, des points lumineux éblouissants en provenance des luminaires ?

Évaluer

La zone éclairée présente-t-elle des zones nettement plus sombres ?

Évaluer

La disposition de l’éclairage provoque-t-elle la projection d’ombres sur le plan de travail ?

Évaluer

La lumière artificielle permet-elle de distinguer suffisamment les couleurs des objets ?

Évaluer

Les occupants trouvent-ils la lumière désagréable ?

Évaluer

Y a-t-il fréquemment des plaintes concernant des problèmes oculaires, des yeux larmoyants, des maux de tête, des problèmes de concentration, de fatigue ou d’irritabilité ?

Théories

L’entretien des appareils (dépoussiérage) se fait-il régulièrement ?

Améliorer

Les utilisateurs sont-ils au courant des réglages possibles de leur éclairage ?

Gérer


Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

L’audit d’un bâtiment existant

Évaluer – pour le Responsable Énergie

Calculs – pour l’auditeur (xls)

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

Évaluer le support de la toiture plate

Évaluer le support de la toiture plate


Connaître la nature du support

Dans le cas d’un bâtiment existant dont on souhaite améliorer l’isolation thermique, la nature du support influencera nécessairement le choix des techniques de couverture à adopter, principalement en matière d’accrochage et de protection.

Un support relativement isolant, comme le bois et ses dérivés, ou le béton cellulaire, peut contribuer à la valeur globale d’isolation de la toiture. Il faut être attentif à éviter une condensation dans le support en dimensionnant correctement l’isolant et le pare-vapeur.

Les supports lourds sont généralement utilisés pour des toitures de petites portées. Le lestage est proportionnellement moins lourd.

Concevoir

Pour plus d’information sur le choix de la technique de couverture.

Connaître la résistance du support

Lorsque la toiture à améliorer est déjà lestée, on peut estimer que le support est capable de supporter un lestage et donc la récupération de l’ancien lestage ou la pose d’un nouveau sont possibles.

Dans le cas contraire, la pose d’un lestage nécessite de calculer la capacité portante du support.

Concevoir

Pour plus d’information sur le choix de la protection.

Connaître l’état du support

Pente suffisante

Certains supports présentent depuis l’origine, des pentes insuffisantes, voire des contre-pentes. Parfois ces défauts de pente sont apparus suite à un tassement ou a une déformation de l’immeuble.

En se déformant, le support a provoqué des zones de stagnation importantes.

Dans ce cas, il faut s’assurer que l’étanchéité supporte des stagnations.

Flèche anormale ?

Une flèche anormale peut être due

  • à une surcharge excessive du support,
  • à un fluage dans le cas d’un support en béton,
  • à une attaque d’insectes ou de champignons ayant provoqué la rupture de certaines pièces en bois,
  • à une humidité excessive ayant provoqué une désagrégation des supports agglomérés ou du bois,
  • au gel des eaux de condensation interne dans les bétons cellulaires ou les hourdis en terre cuite.

Le support en dalles de béton s’est déformé.

Il convient alors de

  • supprimer la cause du désordre,
  • assainir le support, voire le remplacer si nécessaire,
  • corriger les contre-pentes si l’étanchéité ne supporte pas les stagnations.

Traces d’humidité récentes ou anciennes ?

Des traces d’humidité sous la toiture indiquent que des infiltrations se sont produites ou se produisent encore.

Le support a-t-il supporté les infiltrations sans s’affaiblir ?

Il faut :

  • déterminer la cause exacte de ces traces,
  • vérifier si cette cause existe encore, auquel cas la supprimer,
  • vérifier l’état du support par un ou des sondages si nécessaire,
  • réparer ou remplacer les parties altérées.

Examen visuel de la partie inférieure du support ?

La face supérieure du support est par nature inaccessible sans démontage de l’étanchéité.

Un examen de la face inférieure lorsqu’elle est visible permet de détecter certaines faiblesses du support :

fissuration, corrosion, traces d’attaque par les insectes, champignons, taches d’humidité.

Corrosion d’un support en acier.

La fissuration du béton peut être due :

  • à une surcharge excessive du support,
  • au gel de l’eau de condensation interne affaiblissant le support dans sa partie supérieure,
  • à une corrosion des armatures.

Elle se produit plus couramment avec du béton cellulaire car celui-ci, s’il possède une résistance thermique plus élevée que le béton lourd, a une résistance mécanique plus faible.

Fissuration et déformation des dalles en béton cellulaire.

Les taches d’humidité peuvent provenir d’infiltrations, mais aussi de condensation interne dans l’épaisseur de la toiture mal conçue ou mal réalisée.

Les panneaux en bois aggloméré sont détruits par l’humidité.

Il convient :

  • de vérifier si cette humidité a provoqué un affaiblissement du support,
  • de remplacer ou de renforcer les pièces atteintes,
  • de supprimer les causes d’humidité.

Les insectes attaquent les structures en bois, principalement lorsque celles-ci sont sèches et chaudes, et n’ont pas été traitées correctement.

Une attaque par un capricorne.

Il convient de vérifier l’importance de l’attaque par des sondages, renforcer si nécessaire les pièces fragilisées, traiter à l’aide d’un insecticide curatif et préventif l’ensemble du support en bois.

Améliorer 

Pour en savoir plus sur le traitement contre les insectes.

Les champignons attaquent les bois lorsque ceux-ci présentent un certain taux d’humidité. Suivant les conditions ambiantes et le taux d’humidité du bois, les champignons peuvent varier. Les plus dévastateurs sont certainement les mérules qui dans certaines conditions progressent très rapidement et s’étendent sur de grandes superficies, et de longues distances, même le long et au travers des maçonneries.

Une attaque par la mérule.

L’avis d’un spécialiste est indispensable pour déterminer la nature exacte du champignon. Pour un particulier c’est impossible. Ce n’est d’ailleurs pas nécessaire, car le mode d’attaque, d’une part, et surtout le traitement préconisé, sont les mêmes dans tous les cas.

Améliorer 

Pour en savoir plus sur le traitement contre les champignons.

Il ne suffit pas de supprimer la cause d’humidité pour que le champignon meure. En s’étendant, il peut avoir trouvé de nouvelles sources d’eau et continuer à se développer. Même s’il ne croît plus, faute d’eau ou de matières ligneuses, il reste en vie et n’attend que de nouvelles conditions favorables pour reprendre sa progression.

Son traitement nécessite généralement des travaux importants, dont le remplacement de toutes les parties atteintes avec une importante zone périphérique de sécurité, le traitement curatif et préventif de toutes les boiseries conservées, le traitement curatif et préventif des maçonneries atteintes.

Ces traitements et travaux réalisés par des firmes spécialisées sont garantis par attestation de traitement.
La présence d’une mérule dans un bâtiment peut avoir des implications juridiques notamment vis-à-vis des voisins.

ON PEUT ÊTRE DÉCLARÉ RESPONSABLE DES DÉGÂTS CAUSÉS PAR UNE ATTAQUE DE MÉRULE CHEZ LE VOISIN !

Évaluer les énergies et les consommations mises en jeu

Évaluer les énergies et les consommations mises en jeu


Préchauffage du système

Le préchauffage du système est la phase de mise à température et en pression de la vapeur en partant des conditions initiales d’un générateur au repos (température de l’eau dans le générateur à la température ambiante).

Plusieurs étapes sont nécessaires pour parvenir à un état stable de la vapeur en pression et en température.

Depuis l’instant où les résistances électriques chauffantes du générateur ont fourni leur énergie à l’eau froide jusqu’à l’arrivée à la stabilisation en température et en pression de la vapeur saturée (titre x = 1), le cycle de préchauffage est passé par plusieurs étapes :

  • L’eau est montée en température jusqu’à 100°C (chaleur sensible).
  • De la vapeur s’est formée dans un volume fixe composé de la partie au dessus de la phase liquide dans le générateur, la distribution et la double enveloppe de l’autoclave (chaleur latente de vaporisation à la pression absolue de 1 bar).
  • Au fur et à mesure que la vapeur s’est formée à volume constant, la pression de la vapeur a augmenté, élevant progressivement la température d’ébullition à 134°C pour une pression de saturation de 3,044 bar (chaleur de vaporisation à 3,044 bar). À ce stade, en réduisant l’apport de chaleur (on ne compense plus que les pertes dans les parois), la vapeur reste stable à saturation.

L’énergie nécessaire pour obtenir de la vapeur à une pression de 3 [bar] 134 [°C], vaut :

Qproduction = h »vapeur à 3 bar 134°C – h’eau à 15°C = 2 727 [kJ/kg] – 67 [kJ/kg]

Qproduction = 2 659 [kJ/kg]

Sur base d’expériences de terrain :

  • Le nombre de démarrage par an de l’installation est de 312 (6 x 52).
  • L’énergie nécessaire pour transformer 1 litre d’eau en vapeur 3 [bar] 134 [°C] est de 2 659 [kJ/kg].
  • La puissance des résistances électriques du générateur est de 40 [kW].
  • Le temps estimé pour que l’installation soit stable lors de la mise en service est de 0,25 [h]; ceci intègre à la fois l’énergie nécessaire pour amener la vapeur à une pression de 3 [bar] et celle pour réchauffer les équipements (condensation présente).

On fait l’hypothèse que les résistances chauffantes sont à pleine puissance pendant le quart d’heure nécessaire à la stabilisation de la phase gazeuse; ce qui n’est pas tout à fait vrai vu que la régulation du générateur est basé sur un étagement de la puissance des résistances chauffantes et qu’en fin de transformation de la vapeur, seul un étage de résistances est encore enclenché. Cette hypothèse conduit à une surestimation de la puissance appelée.

La quantité annuelle de vapeur nécessaire pour remplir le volume du générateur (partie au dessus de l’eau), de la distribution et de la double enveloppe est:

Consommation totale de vapeur =

Nombredémarrage/an x tempsstabilisation x Puissancegénérateur / Qproduction

=

312 [dém./an] x 0,25 [h] x 40 [kW] x 3 600 / 2 659 [kJ/kg]

=  4 224 [kg/an]

Cette consommation intervient dans le bilan total.
La quantité totale d’énergie nécessaire pour le préchauffage vaut :

Consommation totale d’énergie =

Nombredémarrage/an x tempsstabilisation x Puissancegénérateur 

=

312 [dém./an] x 0,25 [h] x 40 [kW]

=  3 120 [kWh/an]

En terme de pertes, il est difficile d’évaluer la proportion de l’énergie électrique consommée servant à :

  • transformer l’eau en vapeur à la pression de 3 [bar],
  • compenser les pertes vers l’ambiance.

Par simplification et en considérant que la masse de vapeur disponible dans un volume restreint est faible, les 3 120 [kWh/an] sont perdus dans la zone technique.


Consommation d’un cycle

Afin d’évaluer l’efficacité énergétique du système de stérilisation, il est nécessaire d’établir le bilan énergétique complet par cycle puis de l’extrapoler afin de déterminer le bilan annuel.

Sur base des données du constructeur et de l’étude thermodynamique du cycle, le bilan énergétique peut être évalué.

Théories

Pour en savoir plus sur le bilan énergétique.

1. Données de base

Un constructeur de stérilisateur fournit des données précises des consommations d’un stérilisateur standard couramment rencontré sur le marché :

Le préchauffage du système est la phase de mise à température et en pression de la vapeur en partant des conditions initiales d’un générateur au repos (température de l’eau dans le générateur à la température ambiante).

Plusieurs étapes sont nécessaires pour parvenir à un état stable de la vapeur en pression et en température.

Le stérilisateur présente les caractéristiques techniques suivantes :

  • plage de température de stérilisation : 105-135°C,
  • volume de la chambre de stérilisation : 587 litres,
  • Capacité: 8 DIN (panier de 600 x 300 x 300 mm),
  • double porte,
  • générateur de valeur :
    • puissance électrique : 40 kW,
    • volume intérieur : 52 litres,
    • volume d’eau : 31 litres.
  • pas de recyclage des condensats (configuration « no ECO »),
  • le système de stérilisation est local; c’est à dire que l’installation est compacte et que la distribution est composée de sections de tuyauterie réduites au maximum (importance de réduire les déperditions thermiques dans la distribution).

Les caractéristiques de la pompe à vide ne sont pas précisées. La plupart du temps on rencontre des pompes à vide à anneau liquide avec une puissance électrique de 2,2 [kW].

Le bilan des consommations et des apports énergétiques est repris dans le tableau suivant.

Bilan des entrées et sorties énergétiques du système
Équipement Type Unité Consommation/cycle
Générateur de vapeur Entrée eau osmosée litres 13
électricité kWh 8,6
Sortie déperditions calorifiques à travers les conduites kW 0,8
Distribution Sortie pertes des conduites kW faibles
Autoclave Sortie pertes thermiques dans les parois de la double enveloppe kW 2,1
pertes thermiques des parois des portes de la chambre kW/porte – fermée : 0,5
– ouverte : 1,4
Pompe à vide Entrée eau adoucie litres 216
électricité du moteur de pompe kW 2,2
Sortie condensat litres 229

2. Consommation énergétique de vapeur

Cycle moyen

Les valeurs reprises dans le tableau sont des valeurs moyennes. Dans la pratique, on se rend compte que l’on peut atteindre des valeurs très variables suivant le type de charge à stériliser. En effet, une charge composée de linge change radicalement les consommations par rapport à une charge composée d’instruments métalliques de chirurgie (passage de 13 à 20 litres d’eau osmosée – 8,6 à 15,6 kWh au niveau du générateur électrique).

Estimation de l’énergie consommée par cycle

Si on se réfère à l’écart d’enthalpie sur le diagramme de Mollier de la vapeur d’eau entre de l’eau à 15°C 1 bar et de la vapeur saturée à 134°C 3.044 mbar, en multipliant la valeur de 2 670 kJ/kg ou 0,74 kWh/litre d’eau par la consommation d’eau, on obtient l’énergie dépensée par cycle; soit:

Consommation vapeur = 0,74 [kWh/litre] x 13 [litre/cycle] = 9,62 [kWh/cycle]

Cette énergie est plus importante que celle annoncée par le constructeur; soit 8,6  kWh (écart de 10 %).

3. Pertes des parois du système

Perte des parois

Dans cette configuration de stérilisateur (locale), les pertes thermiques à travers les parois des différents équipements sont sommées; à savoir :

pertes des parois  [kW] = Pertesgénérateur + Pertesdouble paroi + Pertesportes + Pertesdistribution

pertes des parois = 0,8 + 2,1 + 0,5 + négligeables = 3.4 [kW]

Énergie perdue

L’énergie perdue à travers les parois durant un cycle est possible à évaluer puisqu’on peut considérer qu’au niveau :

  • du générateur,
  • de la distribution,
  • de la double enveloppe.

les pertes sont constantes pour la simple raison que la vapeur saturée est stable en température et en pression à l’intérieur du système.

On ne peut pas tenir le même raisonnement pour les portes de la chambre de stérilisation. En effet, la température dans la chambre varie au cours du temps et il serait nécessaire d’intégrer la courbe de température en fonction du temps du cycle; les pertes étant proportionnelles à l’écart de température [t°chambre-t°ambiante]. Néanmoins, les valeurs données par le constructeur sont des valeurs moyennes par cycle.

Énergie perdue dans les parois par cycle  [kWh] = (Pertesgénérateur + Pertesdouble paroi + Pertesportes + Pertesdistribution) x durée d’un cycle [heures]

= 3.4 [kW] x 0,75 = 2,55 kWh

4. Pertes dans les condensats de vapeur

Dans le générateur

Les condensats formés dans le générateur sont récupérés puisqu’ils se remélangent directement à l’eau de production de vapeur. On devine leur présence par le fait que les parois échangent de la chaleur avec l’ambiance; la vapeur cédant sa chaleur de condensation aux parois.

Estimation de la masse de condensats dans le générateur:

mcondensats _g = 1 [kg] à 134 [°C]

Dans la distribution et la double enveloppe

Des condensats de vapeur se forment en permanence pendant toute la durée du cycle de stérilisation. En effet, la vapeur se refroidit au contact des parois, se condense et enfin est évacuée de la distribution, de la double enveloppe par des pièges à eau. Ces condensats sont, en général, évacués à l’égout.

Estimation de la masse de condensats dans le générateur:

mcondensats _de = 2.6 [kg] à 134 [°C]

Dans la chambre de stérilisation

Pendant les phases de prétraitement, de stérilisation et de sèchage, la vapeur perd de l’énergie en cédant sa chaleur de condensation aux parois (portes) et à la charge. Il est résulte que des condensats se forment aussi dans la chambre.

Dans cette estimation, on suppose que les condensats se forment principalement au début de prétraitement lorsque la charge et les parois des portes sont froides par rapport à la température de la vapeur à 100 [°C]. On suppose qu’à partir de la 4ème injection de vapeur pour atteindre le « plateau » de stérilisation à 134 [°C], la vapeur échange beaucoup moins de chaleur avec la charge et les portes. À noter que les parois séparant la chambre de la double enveloppe provoquent peu de condensation (parois chaudes).

Estimation de la masse de condensats dans la chambre de stérilisation :

  • d’une part, la masse de condensats due à la charge;

mcondensats _ch = 10 [kg] à 100 [°C]

  • d’autre part, la masse de condensats due aux portes.

mcondensats _po = 0,6 [kg] à 100 [°C]

Dans la pompe à vide

La pompe à vide aspire régulièrement le mélange diphasique de vapeur et de condensats de la chambre de stérilisation.

On se rend compte, en analysant le bilan énergétique de la pompe à vide, qu’une bonne partie de l’énergie du cycle de stérilisation se retrouve dans les condensats formés dans la chambre. À ce stade du cycle, l’énergie résiduelle est encore importante.

A chaque évacuation de la chambre, les condensats et la vapeur sont mélangés à l’eau froide de l’anneau liquide et perdent, par conséquent, leur énergie.

5. Récapitulatif du bilan énergétique

Théories

Pour en savoir plus sur le bilan énergétique.

Bilan d’un cycle de stérilisation

Le schéma et le tableau suivants représentent la distribution énergétique durant un cycle de stérilisation. On voit sur ce cycle que l’on se place dans des conditions énergétiques déplorables où l’on ne récupère rien. En effet, et comme c’est souvent le cas dans la pratique, les pertes par les parois confinées en grande partie dans l’espace technique des stérilisateurs sont évacuées directement à l’extérieur et la chaleur résiduelle des condensats mélangés à l’eau de l’anneau liquide de la pompe à vide est perdue à l’égout.

Bilan global
Énergies en entrée kWh/cycles %
Générateur 10 68
Pompe à vide 4,6 32
Énergies en sortie kWh/cycles
Mélange condensats et liquide de service 9,4 64
Condensats de la double enveloppe 0,4 4
Pertes par les parois 2,5 17
Chaleur résiduelle de la charge et de la cuve vers l’ambiance 2,2 15

Bilan énergétique annuel des cycles

Sur base de l’évaluation du bilan énergétique et de données fournies par un hôpital de capacité moyenne, le bilan global par année est présenté ci-dessous.

Soit :

Quelques chiffres de consommation pour un hôpital de 250 lits
Équipement Quantité Nbre de cycle/équipement.an Nbre de cycle total
Stérilisateur 4 1 572 6 291
Consommation Unité /cycles /an
Eau osmosée (vapeur) 0,013 82
Eau adoucie (vide) 0,216 1 358
Électricité kWh 10,7 66 936
Pertes Unité /cycles /an
Rejet à l’égout kWh 9,4 + 0,4 59 135 + 2516
zone technique 2,6 16 042
Ambiance (nécessité de climatiser?) 2,3 14 155

Bilan financier annuel des cycles

Ici, le coût annuel d’exploitation des stérilisateurs est traité uniquement en fonction de la consommation énergétique et de la production d’eau. En reprenant le cas de l’hôpital de 250 lits, on peut considérer les coûts dans le tableau suivant sachant que:

  • le coût de l’eau traitée est fonction de la dureté de l’eau brute (moyenne de 30-35 °F). De l’ordre de:
    • 1,9 [€/m³] pour l’eau osmosée;
    • 1,7 [€/m³] pour l’eau adoucie.
  • le prix du KWh électrique est de 0,11 [€].
Quelques chiffres de coûts pour un hôpital de 250 lits
Équipement Quantité Nbre de cycle/équipement.an Nbre de cycle total
Stérilisateur 4 1 572 6 291
Consommation Unité Quantité total Coût unitaire Coût total [€]
Eau osmosée (vapeur) 82 2.75 [€/m³] 156
Eau adoucie (vide) 1 358 2,5 [€/m³] 3 395
Électricité kWh 66 936 0,11 [€/kWh] 7 362


Consommation entre les cycles

Attention que les coûts estimés sur base des cycles ne reprennent que les consommations pendant ces cycles; ce qui en réalité sous-estime les consommations réelles puisque la vapeur est maintenue à une pression de 3 bar dans la double enveloppe pendant la journée. Ce qui veut dire, qu’entre les cycles, il faut tenir compte des consommations de vapeur dues aux pertes par les parois :

  • du générateur (0,8 [kW]),
  • de la distribution et de la double enveloppe (2,1 [kW]),
  • de la chambre avec porte fermée (0,5 [kW]).

quantifiées par la condensation de vapeur à 3 [bar] :

Qperte_inter cycle  = h »vapeur à 3 bar 134°C – h’eau à 3 bar 134°C = 2 726 [kJ/kg] – 561 [kJ/kg]

Qproduction = 2 165 [kJ/kg]

La chaleur résiduelle dans les condensats s’exprime par la relation :

Qcond_inter cycle  = h’vapeur à 3 bar 134°C – h’eau à 15°C = 561 [kJ/kg] – 67 [kJ/kg]

Qproduction = 494 [kJ/kg]

Bilan énergétique annuel entre les cycles

On rappelle que sur base d’expériences de terrain:

  • la durée moyenne d’un cycle est de l’ordre de 0,75 [h];
  • la durée de présence en stérilisation est de l’ordre de 14 [h/jour], 5,5 [jour/semaine];
  • l’énergie de condensation de la vapeur à 3 bar est de 2 165 [kJ/kg];
  • l’énergie résiduelle dans les condensats est de 494 [kJ/kg].

Sur une année, les consommations sont consignés dans le tableau suivant :

Consommation entre les cycles
Unité Quantité

Nbre d’équipement

4
Nbre de cycle/équipement.an
cycle/an 1 572
Durée des cycles/équipement.an
h/équi.an 1 572 x 0,75 = 1 179
Nbre d’heure de fct en Stérilisation
h/an 4 000
Durée entre cycle/équipement.an
/équi.an 4 000 – 1 179 = 2 821
Durée totale entre cycles/an
h/an 2 821 x 4 = 11 284
Pertes dans les parois entre les cycles
kWh/an 11 284 x (0,8 + 2,1 + 0,5) = 38 365
Quantité de vapeur nécessaire entre cycles/an kg/an 11 284 x (2,1 + 0,5) x 3600 /2 165

48 784

Énergie résiduelle dans les condensats kWh/an 48 784 x 494 / 3 600 = 6 694
Énergie électrique nécessaire au générateur kWh/an 38 365 + 6 694 = 45 059

Si la durée moyenne d’un cycle augmente, comme c’est le cas dans certaines stérilisations centrales (pour des raisons d’assurance qualité), les calculs dans le tableau ci-dessus changent :

  • Les intercycles diminuent et réduisent la possibilité de valoriser l’intermittence.
  • Les consommations d’eau et énergétiques pendant les cycles sont plus importantes.
Consommation entre les cycles
Unité Quantité
Nbre d’équipement
4
Nbre de cycle/équipement.an
cycle/an 1 572
Durée des cycles/équipement.an
h/équi.an 1 572 x 1,25 = 1 965
Nbre d’heure de fct en Stérilisation
h/an 4 000
Durée entre cycle/équipement.an
h/équi.an 4 000 – 1 965 = 2 035

Durée totale entre cycles/an

h/an 2 035  x 4 = 8 140

 

Pertes dans les parois entre les cycles
kWh/an 8 140 x (0,8 + 2,1 + 0,5) = 27 676
Quantité de vapeur nécessaire entre cycles/an kg/an 8 140  x (2,1 + 0,5) x 3600 /2 165

35 192

Énergie résiduelle dans les condensats kWh/an 35 192 x 494 / 3 600 = 4 829
Énergie électrique nécessaire au générateur kWh/an 27 676 + 4 829 = 32 505

Bilan financier annuel entre les cycles

Consommation Unité Quantité total Coût unitaire Coût total [€]
Entre les cycles/an
Eau osmosée (vapeur) 48 2,75 [€/m³] 132
Électricité kWh 45 059 0,11 [€/kWh] 4 956

Bilan énergétique global

Influence des temps morts entre cycles

Sachant que l’on peut grouper les consommations entre les cycles et le démarrage, ce bilan permet de mettre en évidence le gaspillage d’énergie entre les cycles (42 %) afin de maintenir le système sous pression et naturellement à haute température.

Consommation [kWh]
Entre les cycles
45 059 + 3 120
Pendant les cycles
66 936

Répartition des coûts

Ce bilan total annuel montre qu’il est impératif d’analyser les possibilités d’optimiser à la fois les consommations d’électricité et d’eau.

Consommation Unité Quantité total Coût unitaire Coût total [€/an]
Entre les cycles
Eau osmosée (vapeur) m³/an 48 2,75 [€/m³] 132
Électricité kWhan 45 059 0,11 [€/kWh] 4 956
Pendant les cycles
Eau osmosée (vapeur) m³/an 82 2,75 [€/m³] 225
Eau adoucie (vide) m³/an 1 358 2,5 [€/m³] 3 395
Électricité kWh/an 66 936 0,11 [€/kWh] 7 362
Au démarrage de l’installation
Eau osmosée (vapeur) m³/an 4,2 2,75 [€/m³] 11
Électricité kWh/an 3 120 0,11 [€/kWh] 343

Coût global des consommations

Ce qui donne par type de consommation les coûts suivants :

Consommation Unité Quantité total coût unitaire coût total [€]
Consommations et coûts annuels

Eau osmosée (vapeur)

134 2,75 [€/m³]
368
Eau adoucie (vide)
1 358 2,5 [€/m³]
3 395
Électricité
kWh 115 115 0,11 [€/kWh]
12 662
Total 16 425

Répartition des pertes annuelles par secteur

La répartition des pertes est :

Répartition des pertes
Unité Quantité

Rejet à l’égout

KWh/an 36 739 + 6 694 = 43 433
Chaleur dans la zone technique
16 042 + 32 723 + 3 120 = 51 885
Chaleur dans l’ambiance
14 155 + 5 642 = 19 797
Total 115 115

Conclusions

Si on se réfère à la consommation totale d’énergie électrique d’un hôpital de 250 lits (par rapport à notre exemple), soit 10 000 kWh/lit, on se rend compte que la consommation électrique d’un parc de 4 stérilisateurs est de l’ordre de 4 à 5 % de la facture énergétique.

Source ICEDD.

Consommation annuelle électrique
Unité Quantité
Pour 4 stérilisateurs
KWh/an 115 115
Totale pour 250 lits
10 000 x 250 = 2 500 000
Soit 4,6 %

Il est bien évident que l’activité chirurgicale est différente d’un hôpital à l’autre et, par conséquent, ce ratio est variable.
À titre comparatif, sachant que :

  • 1 [L] de mazout ou 1 [m³] de gaz libère 10 [kWh] d’énergie,
  • le rendement moyen des centrales électrique étant de 38 %;
  • les pertes au niveau du transport électrique sont de l’ordre de 10 %.

on se rend compte que sans limitation des pertes que l’on consomme l’équivalent de

11 511 / (0,38 x 0,9) [L] de fuel ou [m³] de gaz de centrale électrique. Soit :

33 658[L] de fuel ou [m³] de gaz

À noter que le bilan des pertes peut-être plus optimiste si on considère que la chaleur cédée par les stérilisateurs à l’ambiance sert à chauffer le local en période froide. Si par malheur, la stérilisation est équipée d’une climatisation ou d’une ventilation rafraîchie tout au long de l’année (ce qui est souvent le cas) et qu’il y a destruction de l’énergie (on chauffe et on refroidit en même temps), le dégagement calorifique des stérilisateurs vers l’ambiance constitue une perte.

Uniformité de l’éclairement

Uniformité de l'éclairement


L’uniformité recommandée

Pour un même niveau d’éclairement du  plan de travail, la première situation est nettement plus agréable que la troisième.

Un éclairement uniforme est nécessaire pour éviter d’incessantes et fatigantes adaptations des yeux et pour garantir un niveau d’éclairement suffisant quelque soit l’endroit où l’on dispose le poste de travail (ou la place de l’élève dans une classe).

Les normes recommandent une uniformité spécifique entre les éclairements des différentes zones éclairées.

Rappelons que l’uniformité est définie comme le rapport : Emin/Emoy.

Données

pour connaitre l’uniformité recommandée selon la situation.

De plus, une certaine uniformité de couleur entre l’environnement et la tâche visuelle est préférable

  • entre support papier et plan de travail,
  • entre plan de travail et murs.

Comment évaluer sa situation ?

Idéalement les éclairements sont mesurés avec un luxmètre.

Dans ce cas, il est intéressant de repérer dans le local étudié quelques points représentatifs du niveau d’éclairement moyen et un point situé dans la zone la plus sombre. Le rapport des deux valeurs donne l’uniformité.

Un truc :

Ce truc est cependant à prendre avec précaution car il dépend de la répartition photométrique des luminaires et du facteur de réflexion des parois. Il n’est valable que pour des luminaires émettant uniquement leur lumière vers le bas.

Eté 2008 : Brieuc.
22-08-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
26-09-2008 : WinMerge ok – Sylvie
27-03-2009 : Application des nouveaux styles de mise en page. Julien.
juin 2012 – réorganisation ecl – fichier de référence

Évaluer l’efficacité énergétique d’un châssis

Évaluer l'efficacité énergétique d'un châssis


Évaluer le coefficient de transmission thermique du châssis

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

Données

 Pour plus d’infos sur les caractéristiques thermiques des châssis.

De plus :

  • Les performances d’isolation thermique des châssis dépendront également de leur étanchéité à l’eau et à l’air.
  • La présence de moisissures et d’humidité au sein de châssis en bois diminue leur efficacité énergétique.

Valeur de référence

Un châssis est caractérisé par un coefficient de transmission thermique Uf. Plus ce coefficient est petit plus le vitrage est isolant. La réglementation thermique wallonne impose pour les fenêtres (c’est-à-dire menuiserie avec vitrage et effet de bord), une valeur maximale  du coefficient de transmission thermique.

Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Généralement la surface du châssis est réduite par rapport à la surface du vitrage.

Aussi, l’influence du coefficient de transmission thermique du châssis Uf sur la valeur de l’ensemble de la fenêtre (Uw) est également réduite. Le châssis intervient d’autant plus dans le bilan énergétique de la fenêtre que la fenêtre est de petite taille ou avec de nombreuses subdivisions.

Situer sa consommation combustible par rapport au secteur

Situer sa consommation combustible par rapport au secteur


Établir les ratios de consommation d’un bâtiment

Remarque préalable :
Avant de comparer sa consommation d’un bâtiment par rapport au secteur, il est intéressant de la normaliser, c’est-à-dire de la rendre indépendante des conditions climatiques. Pour ce faire :

  • Soit, on dispose de valeurs établies sur plusieurs années et leur moyenne sera plus ou moins fidèle de la consommation d’une année type moyenne (bien que depuis 1996, les hivers ont été nettement plus doux que la moyenne),
  • Soit, on ne dispose que de la consommation sur une seule année et il faut la ramener à une année climatique moyenne.

Gérer

Pour en savoir plus sur les relevés et la normalisation d’une consommation par la méthode des degrés-jours.

Ensuite, il est possible d’en tirer les ratios énergétiques :

Relever le coût total des consommations de combustibles : C € / an
Relever le total annuel des kWh consommés : Q kWh / an
Déterminer la surface de référence des locaux :
(il s’agit de la surface brute de plancher, mesurée par l’extérieur des murs, cages d’escaliers et couloir compris.
Si la surface nette du plancher est connue, on peut la majorer de 10 %. Les chaufferies et garages sont exclus du calcul).
S
Ratio financier : C / S [€ / m² x an]
Ratio de consommation : Q / S [kWh / m² x an]

Remarque.

Suivant le secteur d’activité, il peut être intéressant d’établir les ratios par unité représentative de l’activité : consommation par occupant, par élève, par lit, par repas, …

Mesures

Pour en savoir plus sur la mesure d’une consommation de fuel.


Comparer aux moyennes dans différents secteurs

Comparer les consommations de différents bâtiments et donner des valeurs moyennes de consommation se révèle très complexe. En effet, la consommation d’un bâtiment dépend de nombreux facteurs. Outre les qualités de son enveloppe (isolation, surface et qualité de vitrages, orientation, etc.), la consommation dépend fortement de l’usage du bâtiment (son affectation, ses horaires de fonctionnement, le taux de présence dans le bâtiment, l’équipement bureautique,…) ainsi que des systèmes techniques installés (chauffage, ventilation, climatisation, production d’eau chaude).

On trouve néanmoins dans la littérature des valeurs moyennes ou des intervalles de consommation au m² pour différents types de bâtiments. Pour obtenir des consommations spécifiques (/m², /lit, /élève, …) et l’évolution de ces consommations sur les cinq dernières années, cliquez sur :

Remarque : Les valeurs de la littérature doivent être utilisées avec précaution. Pour chacune d’elles, il convient de se poser les questions suivantes :

  • De quel type de consommation parle-t-on? S’agit-il d’une demande thermique brute, d’une consommation tenant compte des rendements des équipements, d’une consommation d’énergie « primaire » (çàd que les consommations électriques sont comptabilisées sur base des consommations d’énergie générées à l’entrée de la centrale électrique, soit environ 2,5 X plus) ?
  • Quelles consommations particulières sont incluses dans la valeur? La consommation des auxiliaires tels que pompes, ventilateurs, etc. est-elle comprise? Les équipements accessoires du bâtiment tels que les ascenseurs sont-ils compris?
  • Quelle est la surface de référence? S’agit-il d’une surface brute « hors tout », d’une surface nette, ou d’une surface occupée? Reprend-elle ou non les garages, les couloirs, les sanitaires,… ?

Évaluer l’efficacité énergétique d’un vitrage

Évaluer l'efficacité énergétique d'un vitrage


Le niveau d’isolation du vitrage est-il suffisant ?

1ère étape : la valeur de référence

Un vitrage est caractérisé par un coefficient de transmission thermique Ug. Plus ce coefficient est petit plus le vitrage est isolant. La réglementation PEB impose des valeurs maximales de coefficients thermiques pour le vitrage et les fenêtres.

Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Évaluer

Pour calculer le coefficient de transmission thermique (Uw), à partir du coefficient de transmission thermique du vitrage (Ug).

Remarque : on sera d’autant plus rigoureux face à ces impositions, que :

  • le pourcentage de la surface vitrée est important,
  • la façade est orientée au Nord.

En effet, l’impact du niveau d’isolation thermique d’un vitrage aura des conséquences d’autant plus importantes sur les consommations de chauffage que la surface vitrée est grande et que la façade est au Nord !

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Nord :

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Sud :

Légende :

  Double vitrage ordinaire, U = 2,8 W/m²K.
  Vitrage réfléchissant et absorbant, 6/12air/6, U = 2,3 W/m²K.
  Vitrage réfléchissant, 6/12argon/6, U = 1,5 W/m²K.
  Vitrage basse émissivité, 4/15argon/4, U = 1,4 W/m²K.
  Vitrage triple gaz ou 6/ vide /6. U = 0,7 W/m²K.

On constate que :

  • En présence d’un vitrage basse émissivité, le pourcentage de surface vitrée et l’orientation des vitrages, influencent peu les consommations de chauffage.
  • Les vitrages à contrôle solaire (réfléchissant et absorbant), en limitant les gains solaires, sont peu efficaces thermiquement en cas de grandes surfaces vitrées.

2ème étape : évaluer sa propre situation

1° situation : on ne dispose pas de l’épaisseur des verres, des valeurs des émissivités des films isolants et du type de gaz entre les lames de verre.

Une formule simplifiée permet d’évaluer le coefficient de transmission thermique U d’un vitrage au moyen de sa température de surface. On la mesure au moyen d’un thermomètre de contact ou d’un thermomètre de surface à infrarouge.

Photo thermomètre de contact - 01.   Photo thermomètre de contact - 02.

Thermomètre de contact et mesure de température ambiante et thermomètre de surface à infrarouge.

Pour que les valeurs obtenues soient valables, il faut que le vitrage soit en régime thermique stationnaire (c’est-à-dire que les températures intérieures et extérieures ne subissent pratiquement pas de variations).
On fera donc le relevé de la température du vitrage par temps nuageux, avec une température extérieure moyenne entre celle du jour et celle de la nuit.

Le coefficient de transmission thermique U du vitrage peut être estimé par la formule :

  U = (Tint – Tsurf) / (0.125 x (Tint – Text))      (en régime stationnaire !)

où :

  • Tint est la température ambiante dans le local
  • Tsurf est la température de surface du vitrage
  • Text est la température extérieure.

2° situation : on dispose de l’épaisseur des verres, des valeurs des émissivités des films isolants et du type de gaz entre les lames de verre.

La norme NBN EN 673 donne la méthode de calcul du coefficient de transmission thermique U des vitrages. La valeur U trouvée par ce calcul correspond à la valeur U au centre du vitrage, c’est à dire ne tenant pas compte des effets de bords dus à la présence de l’espaceur qui augmente les déperditions calorifiques.

Nous reprenons ci-dessous les équations permettant de calculer la valeur des simples et doubles vitrages verticaux.

1/U = 1/h+ e/λ + 1/hi, pour les simples vitrages.

1/U = 1/h+e1/λ + 1/h+ e2/λ + 1/Hi, pour les doubles vitrages.

où :

La valeur de hs est donnée par la formule suivante :

où :

  • s = épaisseur de la lame de gaz (m)
  • Nu = Axs1,14, cependant si cette valeur est inférieure à 1, on utilise Nu = 1 pour le calcul de hs.
  • ε1 et ε2 = les émissivités corrigées des deux feuilles de verre; pour des verres sans couches ou lorsque les couches n’ont pas d’influence sur l’émissivité, on utilise la valeur ε = 0,837; lorsqu’il s’agit de verre à basse émissivité, il faut déterminer la valeur de l’émissivité normale à l’aide d’un spectromètre à infrarouges (normes prEN 12898), puis en déduire l’émissivité corrigée (tableau A2.2 de ce prEN).
  • A et B = des constantes dépendant du type de gaz dont les valeurs sont données au tableau suivant :
GAZ A B
Air 115,3 0,025
Argon 122,8 0,017
Krypton 197,6 0,009

Le facteur solaire du vitrage est-il limité  ?

Il existe deux manières d’évaluer si le facteur solaire est limité :

En calculant les apports solaires par les vitrages

1ère étape – une valeur de référence :

Dans les immeubles de bureaux, on peut estimer qu’un refroidissement devient nécessaire en été lorsque la somme des apports internes et externes atteint 60 W/m² au sol du local. Si on estime d’une manière générale, les apports internes d’un bureau moyennement équipé à 17 W/m² (un ordinateur de 150 W par personne et 1 personne/15 m² au sol (70 W/pers)), il est nécessaire de limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

2ème étape – calculer ces propres gains solaires par les vitrages :

Il s’agit d’abord de reconnaître le vitrage en présence.

Évaluer

Pour savoir comment reconnaître votre vitrage.

Vous pouvez ensuite calculer les apports par les baies vitrées :

Calculs

Si vous voulez accéder à un tableau Excel qui calcule le bilan thermique d’un bâtiment en été et dont la première partie concerne les gains solaires par les fenêtres.

Par une valeur de référence tirée de la réglementation française

1ère étape – évaluer le facteur solaire du vitrage.

Il s’agit d’abord de reconnaître le vitrage.

Évaluer

Pour savoir comment reconnaître votre vitrage.

À partir de cela, on peut en évaluer le facteur solaire à l’aide des valeurs de référence des différents types de vitrages présents sur le marché.

Techniques

Pour connaître les caractéristiques thermiques et lumineuses des vitrages courants.

2ème étape :  – le facteur solaire est-il correct ?

Une réglementation thermique du Nord de la France, prescrivait une règle concernant la valeur minimale de facteur solaire à atteindre en fonction du pourcentage de surface vitrée :

Le pourcentage de surface vitrée x le facteur solaire de la fenêtre (vitrage +ombrage) < 0,35

Ceci est la performance minimale à atteindre, bien sûr, un facteur solaire inférieur peut convenir.

Exemples.

  • Pour un local dont le pourcentage de vitrage en façade est de 100 %, un facteur solaire minimal de 35 % est exigé.
    Si aucune protection solaire de type stores mobiles ou fixes n’existe ceci ne peut être respecté que par des vitrages réfléchissants ou absorbants.
  • Pour un local dont le pourcentage de vitrage en façade est de 50 %, un facteur solaire minimal de 70 % est exigé.
    Il est à remarquer que ces conditions sont presque atteintes par un vitrage double ordinaire (4/15air/4) dont le facteur solaire est de 75 %.

Améliorer

Si le facteur solaire est insuffisant, il faut installer une protection solaire.

Remarque.
L’impact d’un contrôle solaire insuffisant sur les consommations « en froid » du bâtiment, est d’autant plus important que le pourcentage de surface vitrée est élevé et qu’il est orienté au sud.
Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Nord.

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Sud.

Légende :

  • Bleu : double vitrage ordinaire, U = 2,8 W/m²K.
  • Noir : vitrage 6/vide/6, U = 0,7 W/m²K.
  • Rouge : vitrage réfléchissant, 6/12argon/6, U = 1,5 W/m²K
  • Orange : vitrage basse émissivité, 4/15argon/, U = 1,4 W/m²K.
  • Vert : vitrage 6/vide/6. U = 0,7 W/m²K.


La transmission lumineuse du vitrage est-elle suffisante ?

L’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel ?

Le graphique suivant permet d’illustrer l’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel pour une façade vitrée à 50 %, en fonction de l’orientation du bâtiment.

On constate que :

  • Plus le coefficient de transmission lumineuse augmente, moins on consomme d’éclairage artificiel.
  • Les locaux situés au Nord consomment plus que ceux orientés à l’Est, à l’Ouest et au Sud.

Évaluation du coefficient de transmission lumineuse du vitrage

Avec des vitrages « récents » (après 2000)

Si le vitrage est récent, un nom commercial d’identification de vitrage, propre à chaque firme, se trouve gravé dans l’intercalaire du double vitrage et est lisible à l’œil nu même lorsque le vitrage est posé. Il reprend : les dimensions, l’agrément technique, le code commercial, le nom de l’usine, le chiffre de production….

Photo nom commercial d'identification de vitrage.

Cet indice permettra au fabricant de vous communiquer précisément la transmission lumineuse du vitrage.

Avec des vitrages anciens

Il est difficile d’évaluer précisément la transmission lumineuse de celui-ci.

Lorsque les fenêtres sont à ouvrant, on peut évaluer la transmission lumineuse d’un vitrage, en comparant les éclairements mesurés dans le local à l’aide d’un luxmètre lorsque la fenêtre est fermée et lorsqu’elle est ouverte.

Diagnostiquer les causes de rupture d’une chaudière

Diagnostiquer les causes de rupture d'une chaudière


Fissuration d’éléments côté « retour »

Cause

L’eau des circuits revient trop froide vers la chaudière qui elle est chaude. Il en résulte un choc thermique dans la fonte qui casse.

Exemple.

  • À la relance matinale, les chaudières maintenues à température élevée, voient leur température de retour s’abaisser brutalement, parce que toute l’eau froide de l’installation « déboule » dans la chaudière.

Durant la nuit.

A la relance.

  • Ce sera également le cas avec une chaudière maintenue en température en été pour produire de l’eau chaude sanitaire, au moment de la demande.
  • Ou encore, dans ce dernier cas, si la régulation fonctionne suivant le principe de la priorité sanitaire. À ce moment, lorsque la demande d’eau chaude sanitaire est importante, la température de l’eau dans le circuit de chauffage aura le temps de descendre. À la fin du puisage d’eau chaude, la remise en route du « côté chauffage » va envoyer l’eau froide des circuits directement vers la chaudière encore chaude.
  • La même situation se présente, en mi-saison, si la chaudière travaille en basse température et qu’elle remonte sa température lors d’une demande d’eau chaude sanitaire. Au moment du réenclenchement du chauffage, la chaudière ne sera pas redescendue en température pour recevoir l’eau tiède des circuits chauffage.

Solutions

Il faut contrôler la température minimale de retour et ralentir l’abaissement de cette température.

> Solution 1 : placer un circulateur de recyclage.

Ce circulateur peut être placé en by-pass ou en série. Il tempérera la chute de température dans la chaudière grâce au recyclage d’une partie de l’eau chaude de départ.

Placement d’un circulateur de by-pass.

Placement d’un by-pass avec circulateur en série avec la chaudière.

Attention, lorsque le circulateur est placé en by-pass, il faut être particulièrement attentif à son bon choix, pour éviter tout problème hydraulique, comme par exemple des circulations inverses.

Calculs

Pour en savoir plus sur le dimensionnement d’un circulateur de by-pass.

Dans le cas d’un circulateur placé en série, le circuit hydraulique des chaudières est séparé des circuits utilisateurs, comme avec une bouteille casse-pression. Dans ce cas, le débit de la pompe sera au moins égal à la somme des débits des circuits utilisateurs.

> Solution 2 : agir sur les vannes 3 voies des circuits.

A la relance, le régulateur libère la ou les vannes des différents circuits juste ce qu’il faut pour que la température de retour ne tombe pas sous la valeur de limitation. A la limite, par exemple au démarrage de l’installation, la chaudière ne reçoit absolument aucune eau en provenance des circuits.

Cette solution convient :

  • si tous les régulateurs et toutes les vannes sont regroupées,
  • ou si le verrouillage de quelques circuits les plus importants suffit pour assurer une température de retour minimale.

> Solution 3 :  placer une vanne 3 voies sur le circuit de retour.

Cette solution convient si les départs sont fort éloignés, s’ils sont munis de vannes manuelles ou même sans vannes, ou encore munis de régulateurs de marques différentes …
Dans le cas d’une chaufferie avec plusieurs chaudières régulées en cascade, on peut envisager le placement de vanne 3 voies sur chaque chaudière (vanne 3 voies progressive thermique car plus lente).


Fissuration d’éléments aux jonctions ou au surplomb du foyer

Cause

Le manque de débit dans une chaudière entraîne la vaporisation superficielle de l’eau au niveau de l’échangeur. Il en résulte l’apparition de corrosion et d’érosion dues à la cavitation ou encore des chocs thermiques pouvant provoquer une fissuration prématurée du métal.

Ceci est critique pour les chaudières ayant une très faible capacité en eau. Dans ce cas le moindre défaut d’irrigation peut être fatal.

Le manque d’irrigation d’une chaudière peut être dû :

  • au circuit hydraulique (circuit primaire en boucle ouverte),
  • à la production d’eau chaude sanitaire en été (maintien en température de la chaudière),
  • à la présence de boue dans l’installation,
  • à la régulation (ex : uniquement sur le circulateur),
  • au placement de vannes thermostatiques sans soupape de décharge.

Solutions

  1. Asservir le fonctionnement du brûleur à l’existence d’un débit suffisant, par le biais d’un « contrôleur de débit » (flow-switch) placé dans le circuit de la chaudière. Cette sécurité doit être d’office prévue quel que soit le type de circuit de distribution.
  2. Garantir un débit minimum d’irrigation par l’action d’un circulateur en by-pass sur la chaudière. Le fonctionnement du brûleur est asservi au fonctionnement de celui-ci.
  3. Prévoir une soupape à pression différentielle placée en « by-pass » sur la distribution hydraulique.
  4. Construire une boucle primaire à débit constant.
  5. Prévoir une post-circulation hydraulique après extinction du brûleur, avant l’éventuel arrêt de l’irrigation. En effet même si le brûleur est arrêté, la quantité de chaleur emmagasinée dans la chaudière est telle que à l’arrêt du circulateur, la température de la chaudière peut atteindre des valeurs inacceptables.
  6. Placer un filtre ou plutôt un pot de décantation sur le retour de l’installation afin d’éviter la sédimentation dans les fonds d’éléments et le bouchage de conduites.
Exemple.

Endroit de prédilection de dépôt de boue dans une chaudière à triple parcours. La présence de ces boues limite le débit, diminue l’échange, provoquant des surchauffes locales.


Gonflement du foyer et aspect spongieux avec rouille

Cause

Il s’agit d’une montée en température excessive de la paroi. La cause peut en être un coup de feu dû à une flamme heurtant le fond du foyer ou non placée dans l’axe du foyer ou encore à un entartrage de l’échangeur.

Exemple.

  • Une chaudière neuve à foyer moins profond que la précédente est munie de l’ancien brûleur pulsé. Ce dernier produit une flamme trop longue et l’absence de garniture réfractaire produit finalement une fissure de l’élément arrière à la hauteur du point chaud.
  • Les chaudières atmosphériques gaz ont la partie inférieure de leur échangeur juste au-dessus des flammes. En cas de dépôt calcaire ou de boues sur cette partie, la température élevée de la fonte commence à endommager celle-ci.

Température de la paroi d’une chaudière avec ou sans entartrage.

Solutions

  1. Traiter les eaux d’appoint. Attention toutefois de ne pas créer d’autres problèmes de corrosion.
  2. Prévoir un dispositif de purge de la partie basse de la chaudière afin de désembouer.
  3. Placer un pot de décantation sur le retour des circuits (pour empêcher la sédimentation à basse vitesse dans les fonds d’éléments).
  4. Certains constructeurs ont prévu un thermostat palpant la température du fond des chaudières atmosphériques, ne pas le supprimer en tous cas, déterminer la cause de sa coupure éventuelle.
  5. Contrôler l’état et le dimensionnement du vase d’expansion.
  6. Améliorer la garniture réfractaire éventuelle.
  7. Contrôler et modifier si nécessaire la puissance de la flamme qui doit être en correspondance avec la puissance de la chaudière.

Corrosion côté « fumées »

Dans une chaudière, les fumées condensent à une température d’environ 50°C. Dans le cas de la combustion du fuel, la vapeur d’eau se combine avec le soufre contenu dans le combustible pour former de l’acide corrosif pour les chaudières.

Une chaudière traditionnelle se corrodera si, en certains endroits, la température des fumées descend trop bas.

Cela est possible :

  • Si la puissance du brûleur est trop faible par rapport à la puissance de la chaudière : la surface du foyer par kW de flamme augmente lorsque la puissance du brûleur diminue. Les fumées se refroidissent donc plus. Par exemple, la plupart des fabricants de chaudières très basse température recommandent de travailler à température élevée constante lorsque l’on utilise un brûleur modulant, pour éviter la condensation à faible charge.

Repérer une puissance de pointe « quart-horaire » trop élevée

Repérer une puissance de pointe "quart-horaire" trop élevée

Diagramme des charges montrant l’évolution de la pointe quart-horaire.

L’enclenchement simultané des groupes frigorifiques de 9h 15 à 9h 45 a provoqué une pointe de 196 kW qui, pour le tarif « binôme A-force motrice », se chiffre par un supplément du terme de puissance de l’ordre de 1690 €..


La durée d’utilisation mensuelle

Un premier indicateur nécessaire pour évaluer l’intérêt de réduire la pointe est le rapport U exprimé ci-après par :

durée d’utilisation U (h) = consommation (kWhHP) / pointe quart horaire (kW)

Remarque :

Il s’agit donc bien du rapport entre les kWh en Heures Pleines et les kW de pointe quart horaire. À ce titre, il se distingue du coefficient d’utilisation repris dans le bas de la facture électrique mensuelle, sous l’appellation « UTILISATION USAGES GÉNÉRAUX », qui regroupe les kWh en Heures Pleines (jour de semaine) et les kWh en Heures Creuses (nuit + week-end).

Pour un mois de consommation donné, le tableau ci-dessous fournit le prix d’achat du kWh moyen (pointe comprise) en fonction de ce rapport U :

On peut y remarquer l’importance de la pointe quart-horaire dans le coût du kWh : le prix du kW de pointe est  moins élevé si U est grand, c’est-à-dire si le profil d’utilisation est assez régulier.

Au maximum, la durée d’utilisation est égale à 315 heures, soit le nombre total d’Heures Pleines par mois. Dans ce cas, le diagramme des charges est plat, la pointe est égale à la puissance moyenne.

D’autre part, pour une durée d’utilisation inférieure à 70 heures environ, on atteint le prix plafond où l’effet de pointe est plafonné. À ce moment, la facture est basée sur le nombre de kWh consommés (la pointe n’intervient pratiquement plus).

Si bien que lorsque le U est inférieur à 80 heures (pointe très élevée), les efforts à consentir pour étaler la demande risquent d’être peu récompensés financièrement : le prix plafond restera d’application tant que U ne dépassera pas 120 heures…

Exemple :

Un home pour enfants ou pour personnes âgées, avec une préparation des repas «tout électrique». La pointe de 11 heures sera très importante par rapport au restant de la journée, surtout en été.

Sur base d’une tarification dans le cadre d’un marché libéralisé, au-delà de 80 heures et en deçà de 200 heures d’utilisation mensuelle, une gestion de la pointe est à envisager.

Gérer

Installer une gestion de la pointe quart horaire.

Le ratio W/m²

Il est possible de rapporter la pointe ¼ horaire maximale à la surface du bâtiment (surface totale, y compris parking, couloirs, sanitaires, cuisine, …) et de la comparer à celle donnée par une enquête au sein des immeubles de bureaux de la Région Wallonne :  le ratio oscille entre 7 et 20 W/m².

Pointes quart-horaires maximum dans les bâtiments de la Région Wallonne.

Remarques

  • Ces valeurs sont données à titre indicatif puisqu’elles correspondent à un parc de bâtiments particulier. Par exemple, aucun de ces bâtiments n’est climatisé. De plus, la surface de référence est une surface brute qui inclut les garages.
  • La valeur de 7 W/m² est réalisée dans un bâtiment nouveau où, dès la construction, l’effort a été placé en matière de limitation des puissances installées (dimming de l’éclairage, délestage automatique, …). Pour plus d’informations sur ce bâtiment, on peut contacter Monsieur Claude Rappe du Service de l’Énergie de la Région Wallonne (081/321 569).

Enregistrement de la charge

On peut affiner le diagnostic en réalisant un enregistrement de la charge électrique du bâtiment.

Cela se réalise en branchant un data-logger, soit directement sur le compteur (nouveaux compteurs à impulsion), soit via un lecteur optique.

Lecteur optique disposé sur un compteur à disque.

Les distributeurs électriques, de même que l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable peuvent réaliser de tels enregistrements, sur simple demande.

Diagramme de charge avant et après gestion de la pointe.

L’enregistrement doit se faire sur une période représentative, idéalement 1 mois, de manière à comprendre correctement le mode de consommation de l’établissement : est-ce qu’une pointe se présente tous les jours à la même heure ? est-ce que la pointe n’apparaît qu’une fois par semaine ou encore par mois ?

Il s’agit ensuite de comprendre l’origine de la pointe. Si on connait bien ses équipements et leur horaire de fonctionnement, on peut intuitivement découvrir les « coupables ».

Calculs

Pour estimer le poids de chacun de vos équipements dans la pointe 1/4 horaire.

Dans le cas contraire, il faudra effectuer, en parallèle de l’enregistrement de charge au niveau du compteur général, un enregistrement sur le circuit alimentant les plus gros consommateurs, par exemple au moyen de pinces ampèremétriques. Cela est souvent révélateur. C’est ainsi que l’on remarquera que des équipements fonctionnent inutilement en même temps et à l’insu de tous.

Concevoir

Remarquons que, dans un nouveau réseau électrique, le placement de compteurs fixes supervisés par une gestion centralisée permet de repérer presque en direct les dysfonctionnements de consommation et facilite grandement le diagnostic.

Pour en savoir plus sur la conception et la gestion d’un nouveau réseau électrique.

Découvrez cet exemple de gestion de la pointe quart-horaire au Centre Hospitalier Universitaire de Charleroi.

Évaluer la présence d’ombres gênantes

Évaluer la présence d'ombres gênantes

Les situations à éviter

Un éclairage trop focalisé  qui risque de masquer certaines zones (éclairage unidirectionnel).

illustration éclairage focalisé - 01.illustration éclairage focalisé - 02.

Lorsque l’éclairage provient du côté droit pour les droitiers et du côté gauche pour les gauchers.

illustration éclairage focalisé - 03.

Lorsque l’éclairage est dirigé dans le dos des occupants.

Un éclairage purement indirect qui supprime totalement les ombres et rend l’environnement trop uniforme.


Comment évaluer sa situation ?

Cela vaut la peine de se placer en « position de travail » et de repérer les ombres qui perturbent la tâche à effectuer.

Photo ombres gênantes.

L’évaluation dépend des multiples tâches rencontrées. Pour chacune de celle-ci, on peut simuler la position de travail et examiner si la prestation peut s’effectuer sans gêne En général, tout problème sera éliminé par un éclairage local et spécifique à la tâche qui permet une grande mobilité et une orientation adaptable du flux lumineux.

Par exemple dans un bureau ou une classe : asseyez-vous à différents endroits du local, en simulant la situation où vous êtes droitier et celle où vous êtes gaucher. Essayez d’effectuer un travail de précision, avec différents outils et observez si l’ombre portée de votre main, de votre latte, de votre stylo, … ne vous pose pas de problème et si elle est bien « annulée » par un éclairage provenant du côté opposé.

Concevoir

Modifier l’emplacement des luminaires ou des postes de travail.

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

Auditer rapidement le système de ventilation

Production et régulation

Repérer le problème Projet à étudier Rentabilité approximative
Le ratio du débit total d’air neuf pulsé par rapport au nombre effectif de personnes dans le bâtiment est-il compris entre 22 et 36 m³/h ?

Le ration  « puissance cumulée des ventilateurs (pulsion et extraction) par rapport au débit d’air transporté (commun) » est-il inférieur à 1,1 W/(m³/h) ?

Limiter les débits d’air neuf aux débits hygiéniques recommandés en adaptant la puissance du ventilateur de l’installation (exemple : changement du diamètre des poulies).
+ + +
Diminution permanente de 1000 m³/h = – 1 000 litres de fuel par an pour un fonctionnement 10 h/jour et 5 j/semaine.
En hiver, la pulsion est-elle arrêtée la nuit et le week-end ? En hiver, programmer l’arrêt de la pulsion d’air en dehors des heures d’occupation. + + +
Gain : …70 %… sur le poste « air ».
Le débit d’extraction sanitaire est-il réduit la nuit et le week-end ? Limiter le débit d’extraction sanitaire la nuit et le week-end. + + +
Gain : …50 %… sur le poste « air ».
En journée, le débit de ventilation des locaux à occupation variable (salles de réunions, de conférence, cafétéria,…) est-il limité en fonction de l’occupation (grâce à des détecteurs de présence ou de CO2 ,…) ?

Si oui, le débit du ventilateur est-il géré par variation de vitesse plutôt que par un système du type « étranglement » ?

Gérer le débit d’air neuf en équipant les locaux à occupation variable de bouches réglables et de détection de présence ou de sondes CO2. + +
TR : très rentable si faible taux d’occupation et salle de grande capacité.
Y a-t-il un récupérateur de chaleur Placer un récupérateur de chaleur +++
Pour chauffer l’air neuf, récupère-t-on les chaleurs gratuites du bâtiment ?

Récupérer la chaleur sur l’air extrait.

Récupérer la chaleur sur le condenseur d’une machine frigorifique.

Adopter une prise d’air de ventilation dans l’atrium pour valoriser l’apport solaire et l’apport des bâtiments adjacents.

+
Modifier la distribution de l’air Gain Récupérateur : …50 %… sur le chauffage de l’air.
Les locaux où les exigences sur la qualité de l’air sont plus faibles (archives, garages,…), sont-ils ventilés avec l’air extrait d’autres locaux ?

 

(Ce système permet d’économiser l’énergie nécessaire au préchauffage de l’air pulsé dans ces zones).

 

+
En été, si le bâtiment a une certaine inertie, l’installation fonctionne-t-elle la nuit pour refroidir la structure du bâtiment et diminuer la demande de refroidissement en journée ? En été, si le bâtiment a une certaine inertie thermique, ventiler le bâtiment avant l’occupation pour le « pré-refroidir ».

+

Gain pour autant que la pulsion ne se fasse que lorsque l’air extérieur est plus froid de 6 à 8 degrés minimum.

Les filtres de l’installation sont-ils adéquats ?

(qualité de filtre minimum F7)

Les filtres de l’installation sont-ils remplacés au moins tous les ans ?

Disposent-ils d’un manomètre de pression différentielle et sont-ils remplacés régulièrement en fonction des valeurs indiquées par le manomètre ?

Remplacer les filtres régulièrement (suivant indication du manomètre de pression différentielle, et au moins tous les ans).

+

 

Si les ventilateurs sont à transmission par courroie, les poulies sont-elles bien alignées et la tension des courroies est-elle correcte ?

(déformation maximum de 1 .. 1,5 cm avec une pression modérée).

Améliorer le rendement de la transmission (tension des courroies, alignement, …).
Le rapport entre la puissance du ventilateur et le débit pulsé est-il supérieur à 0,35 W/(m³/h) ?

Les ventilateurs sont-ils à aubes recourbées vers l’arrière ?

Les ventilateurs ont-ils un moteur à courant continu ?

Les ventilateurs sont-ils à transmission directe ?

Améliorer ou remplacer le ventilateur. +

Humidification et la déshumidification

Repérer le problème Projet à étudier Rentabilité approximative
Humidifie-t-on l’air pulsé dans les locaux à forte occupation ou à l’inverse inoccupé ?
(Archives ? Cafeteria ? …).L’humidification est-elle strictement réservée aux locaux où elle est nécessaire ?
Arrêter l’humidification sur certains groupes de préparation d’air.
+ +
Gain = 100 % sur le poste « humidification » (lui -même égal à 30% du poste chauffage de l’air.
L’humidificateur est-il commandé par une sonde d’humidité ambiante ou de reprise ?

Si oui, la consigne est-elle inférieure à 40 % ?

Réguler l’humidificateur en fonction de l’humidité ambiante en limitant celle-ci à 40 %.

+ + +

Le déshumidificateur est-il commandé par une sonde d’humidité ambiante ou de reprise ?

Si oui, la consigne est-elle supérieure à 60 % ?

Réguler le déshumidificateur en fonction de l’humidité ambiante en limitant celle-ci à 60 %. + + +
Y a-t-il une zone neutre entre les consignes d’humidification et de déshumidification pour éviter le fonctionnement simultané des deux systèmes ? Réguler les systèmes pour humidifier si la consigne est inférieure à 40 % et déshumidifier si la consigne est supérieure à 60%. + + +

Pour les humidificateurs à vapeur, le débit de déconcentration est-il adapté aux besoins ?

(Suite à l’évaporation de l’eau, l’eau restante se change en sel. L’eau doit être régulièrement renouvelée : de l’eau très chaude est remplacée par de l’eau froide. Ce débit peut devenir consommateur s’il n’est pas surveillé).

Adapter le débit de déconcentration des humidificateurs à vapeur aux besoins.

+ +

L’humidification est-elle mise à l’arrêt en mi-saison et en été ?

L’humidification est-elle arrêtée et vidangée à la fin de l’hiver ?

Couper l’humidification lorsque la température extérieure dépasse 8°C.

+ + +


Réseau et distribution

Repérer le problème Projet à étudier Rentabilité approx.
L’équilibrage du réseau est-il correct ?

(pas de locaux sur-ventilés ou sous-ventilés).

Équilibrer le réseau.

+

Le réseau de pulsion est-il étanche ?

(Pour rechercher les fuites dans un réseau en surpression (pulsion), il faut déposer un produit moussant sur les joints suspects. Des traces de poussières aux raccords sont aussi des signes d’inétanchéité).

Étanchéifier les conduits d’air (au minimum par bandes adhésives, au mieux par le remplacement des conduits).

+ +

Les conduits de pulsion sont-ils isolés,

  • dans les locaux non chauffés (5 cm minimum) ?
  • dans les locaux chauffés (3 cm minimum) ?
Isoler les conduits de pulsion.

+

Les circuits de distribution sont-ils adaptés au zonage du bâtiment ?

Les zones sont-elles homogènes au niveau de l’horaire d’utilisation ?

++
La position des bouches de pulsion et d’extraction est-elle correcte ?

Le type de bouche de pulsion permet-il un brassage efficace entre l’air pulsé et l’air ambiant ?

Choisir et placer les bouches de pulsion et d’extraction efficacement +

Confort de la ventilation

Qualité d’air ?

Repérer le problème Projet à étudier
Le taux de CO2 des locaux est-il supérieur à 800 ppm ?  

 

 

 

 

 

Concevoir

Les occupants se plaignent-ils d’odeurs corporelles dans les locaux fortement occupés ?
Y a-t-il des traces de condensation (moisissures) dans certains locaux ?
Le bâtiment dispose-t-il d’un système de ventilation spécifique (grilles d’amenée d’air, pulsion d’air, extraction sanitaire, …)
En ventilation naturelle, la taille des ouvertures prévues est-elle proche de 10 cm² par m² de surface au sol ?
Des grilles de transfert ou un détalonnage des portes sont-ils prévus entre les locaux d’amenée d’air et les locaux d’extraction ?
Les prises d’air neuf sont-elles protégées des ambiances polluées (parking, rejet d’air vicié, …) ?
Quel est l’encrassement du réseau de distribution d’air ?

Gérer

Courants d’air ?

Repérer le problème Projet à étudier
Les occupants se plaignent-ils de courants d’air froids ?

Concevoir

Les grilles d’amenées d’air naturelles sont-elles disposées à plus de 1,8 m de hauteur et au-dessus de corps de chauffe ?
L’air neuf est-il préchauffé ?

Concevoir

Nuisances acoustiques ?

Repérer le problème Projet à étudier
Le niveau de bruit mesuré dépasse-t-il les exigences réglementaires ?

Améliorer

Les occupants se plaignent-ils d’un bruit excessif du système de ventilation ?

Gérer

Quelle est l’origine du bruit (bruit extérieur, bruit de ventilateur, sifflement de l’air dans une bouche) ?

Améliorer

Un silencieux est-il disposé à la sortie du ventilateur ?

Améliorer

Le ventilateur est-il raccordé au réseau de distribution par un manchon souple ?

Améliorer


Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

Évaluer

Audit de la ventilation hygiénique d’un bâtiment existant pour le Responsable Énergie

Calculs

Audit de la ventilation hygiénique d’un bâtiment existant pour l’auditeur (xls)

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale


Évaluer la situation

La facture fournit la consommation en « Heures Creuses  (kWh HC), c’est-à-dire la consommation des appareils branchés :

  • 9 h par jour ouvrable du lundi au vendredi (horaire variable selon les régions mais généralement de 22 h à 7 h),
  • 24 h/24 les samedis, dimanches et jours fériés légaux.

À titre de comparaison, dans les immeubles de bureau de la Région Wallonne (non climatisés), la consommation HC représente 23 % des kWh consommés et 10 % du coût de la facture.

Cette consommation doit pouvoir être interprétée en listant la puissance des équipements en fonctionnement (éclairage de nuit, circulateur de chauffage, réfrigérateurs, eau chaude sanitaire, …) et en leur attribuant une durée de fonctionnement. Le produit doit fournir les kWh HC de la facture.

Ce type d’analyse révèle généralement des surprises, riches d’économies énergétiques et financières !

Équipement Puissance Heures de nuit en semaine Heures de week-end Énergie consommée
Circulateur 0,3 kW 5 x 9 h 2 x 24 h 27,9 kWh / semaine
Éclairage extérieur 2 kW 5 x 9 h 2 x 10 h 130 kWh / semaine

On sera aidé dans cette tâche par :

La réalisation de mesures sur certains équipements :

Le compteur général de l’installation, si on peut mesurer un à un les départs des circuits en jouant avec les disjoncteurs des tableaux divisionnaires.
Le placement de compteurs de passage sur les principales lignes.

(On notera que ce type de compteur constituera également un outil de motivation dans le cadre d’une future sensibilisation des occupants d’un bâtiment. Ainsi, la motivation d’une « équipe cuisine » passe par la possibilité de leur communiquer l’évolution de la consommation de la cuisine).

Les valeurs standards de consommation électrique des équipements en :

La visite du bâtiment en dehors des heures de fonctionnement normales (en soirée, un samedi, …). OK, il faut être vâââchement mordu par l’énergie mais on en découvre des équipements en fonctionnement pour rien !!!!

Où agir ? : quelques pistes…

Plusieurs postes consommateurs peuvent être envisagés. Les éléments suivants peuvent donner des pistes de solution :

Éclairage :
Ventilation :
  • arrêt des extracteurs sanitaires ?
  • arrêt de la ventilation des locaux non utilisés ?
  • arrêt de la ventilation des garages ?
  • utilisation d’un interrupteur horaire ?

Interrupteur horaire.

  • fonctionnement par détecteur de présence ?
  • fonctionnement à deux vitesses ?
  • regroupement des locaux utilisés la nuit ?
Bureautique :
  • double circuit électrique ?Prises rouges pour l’équipement qui doit rester en fonctionnement, prises blanches pour tous les autres équipements : c’est la solution adoptée à l’hôpital de Mouscron. Chaque rénovation de local entraîne la mise en place de ce système : une coupure horaire automatique est prévue sur le réseau « blanc », seuls les prises « rouges » continuent à alimenter les équipements à fonctionnement continu.

 

Eau Chaude Sanitaire :
  • arrêt du circulateur de la boucle d’ECS ? (peut-on admettre un temps d’attente avant d’obtenir de l’eau chaude la nuit ?)
Chauffage :
  • arrêt du circulateur de chauffage ? (risque de gel ?)

  • placement de chaudières autorisant une coupure totale durant la nuit et le week-end et d’une régulation avec maintien hors gel ?
Climatisation :
  • arrêt de la climatisation la nuit ou le week-end ?
  • fonctionnement avec taux de renouvellement d’air réduit ou avec recyclage de l’air à 100 % ?
  • fonctionnement enclenché par détecteur de présence ?
Réfrigération :
  • arrêt de certains équipements (le réfrigérateur de bureau qui ne contient que des éléments non périssables (ex.boissons) ou le distributeur de boissons peuvent-ils être arrêté le week-end ?)
  • si les besoins sont réduits la nuit, la régulation met-elle certains compresseurs à l’arrêt ?

Évaluer les gains et la rentabilité de l’isolation thermique

Évaluer les gains et la rentabilité de l'isolation thermique


ρ

Les gains se situent au niveau de :


La diminution de la facture énergétique

L’isolation thermique d’une paroi permet d’économiser énormément d’énergie.

Exemple.

On pose sur un toit plat non isolé de 100 m² une couche d’isolant, dont la résistance thermique R = 2.5 (exemples : 12 cm de laine de roche ou 9 cm de mousse de polyuréthanne ou 14 cm de verre cellulaire). Ceci permet d’économiser au moins 1 000 litres de gasoil par an au centre du pays, dans un immeuble non chauffé la nuit et le WE (bureaux, par exemple).

Calculs

Si vous voulez accéder aux détails des formules utilisées ci-dessous, cliquez ici !

Détail :

  • Résistance sans isolant :

R = 0.50 m²K/W => U = 2 W/m²K

  • Résistance avec isolant :

R = 3,00 m²K/W => U = 0,33 W/m²K

  • Différence de U = 1,67 W/m²K
  • Température extérieure moyenne pendant la période de chauffe : 6.5°C
  • Durée de la période de chauffe : 242 jours
  • Température moyenne intérieure : 20° (T° de jour) – 3° (intermittence) – 3° d’apports gratuits = 14°C
  • Différence moyenne de température :

14°C – 6,5°C = 7,5 K

  • Rendement moyen de l’installation de chauffage : 0,7
  • Différence de perte annuelle par m² :

(ΔU x S x Δ Tm)  x durée de chauffe / η =
1,67 W/K x 7,5 K x 242 j x 24 h/j / 0,7 = 103 922 Wh

  • Soit en combustible 104 kWh x 0.1 l/kWh = 10,4 litres de gasoil par m² par an.
  • Soit ici 1 000 litres de gasoil pour la toiture par an.

Exemple de rentabilité :

  • Avec un prix du gasoil de 0,8 € par litre, l’économie financière annuelle par m² de toiture est de 8 €.
  • Le prix de l’isolation est très variable (isolation des combles ou de la toiture ? l’étanchéité est-elle de toute façon à refaire ? …). Un prix de 50 €/m² permet de boucler un projet, étanchéité comprise. Le temps de retour de l’isolation est donc de ( 50/ 8) = moins de 7 ans.
  • À noter que si le bâtiment est chauffé jour et nuit (hôpital, maison de repos) et que l’on considère une température moyenne intérieure de 21°C, l’économie monte à 16 litre de gasoil/m² et le temps de retour descend à 6 ans.
  • Si le bâtiment est situé en Ardenne, le temps de retour descend à 5 ans (bureau) ou 3 ans (hôpital).
  • Si l’institution (bureau d’une administration ou home) obtient la prime UREBA de 30 %, (ou une autre prime et déduction fiscale pour les bureaux privés, voir http://energie.wallonie.be), le prix de l’isolation descend à 35 €/m², et donc les temps de retour descendent à :
bureau
home
Brabant
5 ans
3 ans
Ardenne
3 ans
2 ans
  • Si le chantier est important et qu’une négociation est possible, le prix peut encore descendre. Et si l’étanchéité de la toiture est de toute façon à envisager, le prix de l’isolant s’amortit alors très rapidement.

Calculs

Si vous voulez calculer vous-même la rentabilité de l’isolation d’une paroi, cliquez ici !

Calculs

Dans le programme de calcul ci-dessus, il vous sera demandé le coefficient de transmission thermique (U) de la paroi avant et après isolation.  Ces valeurs ont été calculées pour certaines parois types.

Évaluer

Il vous sera également demandé d’évaluer le rendement de votre installation de chauffage.
Vous trouverez des indications concernant les valeurs à considérer pour une installation à eau chaude en cliquant ici. Pour le chauffage électrique, le rendement est de 100 %.

L’amélioration du confort

L’isolation de la paroi va augmenter la température de surface de celle-ci, augmentant ainsi le confort thermique pour les occupants, et réduisant les risques de condensation en surface et donc les problèmes d’hygiène.
Vous pouvez évaluer la température de surface de la paroi à l’aide de la formule :

θoi = θi – (U x 0,125 x(θi – θe))

avec :

  • θi : température intérieure (en °C)
  • θe : température extérieure (en °C)
  • U : coefficient de transmission thermique de la paroi (en W/m²K)
  • θoi : température de surface intérieure de la paroi (en °C)

Exemple : si la température extérieure est de 0°C et que la température intérieure est de 20°C, la face inférieure d’une paroi plate passera de 15 à 19°C après isolation.


La protection du bâtiment

L’amélioration de l’isolation de la paroi correctement réalisée par l’extérieur augmente la longévité des matériaux, car elle :


La diminution des rejets polluants

Du point de vue environnemental, les économies de chauffage engendrées par l’isolation permettent de réduire fortement les rejets de gaz polluants (CO2, SO2, NOX, …)

Exemple.

Dans le Brabant, la pose, sur le toit plat non isolé de 100 m² d’un immeuble de bureau, d’une couche d’isolant dont la résistance thermique R = 2.5 (exemples : 12 cm de laine de roche ou 9 cm de mousse de polyuréthanne ou 14 cm de verre cellulaire) permet de diminuer les rejets annuels (chauffage au gasoil) :

  • d’environ 104 kWh/m² x 100 m² x 0,264 kg > CO2/kWh = 2 746  kg de CO2
  • d’environ 104 kWh/m² x 100 m² x 0,169 mg NOx/kWh = 1,7  kg de NOx

Se poser les questions les plus fréquentes sur la ventilation

Worker making final touches to HVAC system. HVAC system stands for heating, ventilation and air conditioning technology. Team work, HVAC, indoor environmental comfort concept photo.

Voici les affirmations et les questions les plus couramment formulées par des gestionnaires de bâtiment à l’adresse de l’Administration régionale wallonne concernant la mise en œuvre de la réglementation wallonne en matière d’isolation et de ventilation :


C'est à cause de l'isolation que l'on connaît des problèmes de salubrité dans les bâtiments. Mieux vaut donc ne pas trop isoler

Cette affirmation est en grande partie fausse. Pour comprendre pourquoi, il est utile de retracer l'historique de l'isolation.

Les années d’insouciance :

Avant la crise pétrolière des années '70, l’énergie était bon marché. Les habitations non isolées pouvaient être bien chauffées à peu de frais.

Les années de crise :

Dans les années ’70, les pays producteurs de pétrole augmentèrent fortement les prix. Le choc fut rude pour nos économies et il devint urgent de diminuer nos dépenses énergétiques. À cette fin, tous les moyens furent bons. Quelques-uns tentèrent d’isoler avec les moyens et les connaissances d’alors …

Mais, on a surtout

  • réduit le chauffage que l’on a même coupé dans certaines pièces,
  • calfeutré portes et fenêtres,
  • limité l’aération.

Les conséquences de ces actes uniquement basés sur une logique d’économie d’énergie furent désastreuses pour les bâtiments : de nombreux problèmes d’humidité apparurent suite à la « fermeture complète » du bâtiment. L’isolation mal réalisée agit en effet comme révélateur d’humidité : sans isolation, la condensation de la vapeur d’eau se répartissait sur toutes les surfaces. Mais lorsqu’on a commencé à isoler, les problèmes d’humidité se sont concentrés uniquement sur les nombreux défauts provoquant l’apparition de moisissures. Très rapidement, l’idée d’isolation fut alors confondue avec l’idée de calfeutrage et associée à celle d’humidité.

Les années de tâtonnement :

À cette époque, la conception des bâtiments était fondée sur la logique de « fermeture » : on isole et on supprime quasiment toute ventilation. De plus, la combinaison des techniques traditionnelles et des exigences nouvelles génère toute une série de problèmes (ponts thermiques, mauvaise mise en œuvre de l’isolant). Suite à la parution du règlement régional wallon, l’isolation des bâtiments neufs est devenue obligatoire. Elle s’est généralisée, mais quelques problèmes ont subsisté.

Les années raisonnables :

L’observation des pathologies apparues dans le parc immobilier, ainsi que les recherches menées pour améliorer les performances énergétiques des bâtiments, ont permis de dégager trois règles essentielles à respecter pour éviter les problèmes de condensation

  • assurer un chauffage suffisant des locaux,
  • contrôler la ventilation,
  • réaliser une isolation de qualité (absence de ponts thermiques, de discontinuités de la surface isolante, …).

Ainsi réalisée, l’isolation est une source de confort et d’économies sans ennuis.

Et l’avenir …

La réglementation thermique va devenir plus exigeante afin de protéger le consommateur et l’environnement. L’isolation doit progresser en efficacité. Il est donc impératif d’assurer une conception et une exécution de qualité.


Pourquoi rendre étanches les châssis et isoler le bâtiment pour ensuite créer des « trous » pour laisser rentrer de l’air froid ?

1er élément : pertes par transmission et pertes par ventilation

Il faut distinguer « perte de chaleur par ventilation et infiltration » et « perte de chaleur par transmission ». La première est due au renouvellement de l’air intérieur (chaud) du bâtiment par de l’air (froid) extérieur. La seconde est due au transfert de chaleur d’un espace chaud vers un espace froid au travers des matériaux d’une paroi.

Placer de l’isolant dans une toiture, dans un mur, … n’a donc théoriquement aucun impact sur la perte de chaleur par ventilation, mais bien sur la perte par transmission. En effet, on ne modifie pas le renouvellement d’air du bâtiment mais le pouvoir isolant de ses parois.

À l’inverse, calfeutrer un bâtiment, c’est-à-dire le rendre étanche à l’air (par des joints au niveau des fenêtres, …) c’est diminuer les pertes par ventilation et infiltration.
On peut faire une comparaison avec un ballon de stockage d’eau chaude sanitaire :

  • Les pertes par ventilation équivalent au chauffage nécessaire pour chauffer l’eau froide qui rentre dans le ballon lorsqu’il y a puisage à un robinet.
  • Les pertes par transmission, c’est la chaleur qui s’échappe par les parois du ballon puisque celui-ci est plus chaud que l’ambiance.

Isoler le ballon ou le bâtiment, c’est donc limiter les pertes par « transmission »; fermer le robinet ou calfeutrer le bâtiment, c’est éliminer les pertes par « ventilation » (ou irrigation dans le cas de l’eau).

2ème élément : manque de ventilation et pollution de l’air intérieur

Si le taux de ventilation d’un local fortement occupé est insuffisant, l’air y est rapidement vicié par de multiples agents (CO2, micro-organismes, matières odorantes, émissions des imprimantes et photocopieurs, …) : la respiration est moins active, une fatigue prématurée apparaît, la concentration diminue, le risque de contamination augmente, …

3ème élément : ventilation et utilisation rationnelle de l’énergie

L’URE consiste à assurer le confort des occupants, tout en maîtrisant les consommations énergétiques. Il faut donc limiter les apports d’air extérieur à la quantité nécessaire et suffisante (ni plus, ni moins !) pour maintenir la qualité de l’air intérieur. Ce principe est difficilement respecté dans les anciens bâtiments, les débits d’air frais entrant dans le bâtiment via les infiltrations (fuites et fentes) sont tout à fait incontrôlables (en quantité, en température, en direction et en durée) et varient fortement avec les conditions atmosphériques :

  • Les fuites et les fentes représentent des ouvertures accidentelles et involontaires n’offrant aucune garantie quant au débit de fuite atteint.
  • Les fuites et les fentes constituent des dispositifs d’amenée d’air tout à fait incontrôlables, car sans réglage possible. Par grand vent, les risques de courant d’air sont importants et les pertes d’énergie sont incontrôlables. À l’inverse, par temps calme, les débits d’air neuf peuvent être insuffisants.
  • En fonction de la direction du vent, la répartition des flux d’air dans le bâtiment change alors que les besoins en air neuf sont, eux, théoriquement constants.
  • La surface totale des fuites d’un bâtiment est souvent insuffisante pour atteindre les débits exigés par la norme.
  • Les inétanchéités du bâtiment sont souvent mal réparties conduisant à des inégalités de ventilation entre les locaux.

Éliminer les infiltrations d’air parasites (c’est-à-dire incontrôlables) et créer une ventilation organisée (c’est-à-dire intentionnelle, grâce à des grilles, des ventilateurs, …) fournit au contraire la quantité d’air frais juste nécessaire aux occupants, limitant ainsi les consommations énergétiques au minimum.

Notons en outre que le contrôle de la consommation énergétique liée à la ventilation est d’autant plus important que les bâtiments deviennent fortement isolés. En effet, dans ce cas la perte de chaleur par transmission diminuant, la perte de chaleur par ventilation prend une part plus importante dans la consommation globale du bâtiment. C’est donc elle qu’il faut surveiller pour avoir un impact sur la consommation totale.


Pourquoi la ventilation par les fenêtres n’est-elle pas adéquate ?

La ventilation par les fenêtres est une ventilation intensive périodique qui permet une élimination rapide des polluants émis dans l’ambiance.

Taux de CO2 mesuré dans une salle de classe dans laquelle
on ventile par ouverture de fenêtre lors des intercours.

Elle est inadéquate pour assurer une ventilation de base continue car

  • Elle est liée à la bonne volonté des occupants.
  • Elle est intermittente, ce qui signifie qu’entre les périodes d’ouverture le taux de CO2 va fluctuer fortement dans le local entre les périodes d’ouverture et les périodes de fermeture et dépassera bien souvent la valeur couramment admise de 1 000 ppm. Par exemple, le confinement de l’air d’une classe normalement occupée et ventilée uniquement aux intercours est atteint après un quart d’heure d’occupation.
  • Elle est source d’inconfort pour les occupants étant donné les débits importants d’air neuf, souvent froid.
  • Elle est difficilement réglable, exception faite des petits vasistas réglables.

Pourquoi exiger un système de ventilation alors que l’on n’est pas obligé de s’en servir ?

La norme NBN D50-001, relative à la ventilation des logements impose la présence de dispositifs corrects de ventilation, mais les habitants sont libres d’en faire usage ou non.

Cette approche ne garantit donc pas une ventilation permanente et suffisante du bâtiment. Elle est par exemple différente de l’approche française qui impose des entrées d’air non obturables.

La philosophie adoptée en Belgique consiste à laisser aux utilisateurs la possibilité de réduire les amenées en cas de courant d’air, de crainte de voir celles-ci complètement et définitivement obturées si aucune maîtrise n’est laissée à l’utilisateur.

La norme prévoit en outre que toute amenée d’air peut avoir un débit de fuite minimum en position fermée ce qui garantit quand même une ventilation minimum.

Les annexes C2 et C3 de la PEB prescrivent, respectivement pour les immeubles résidentiels et non-résidentiels, les débits de conception minimale à respecter. En outre, l’annexe C3 précise que les systèmes de ventilation mécaniques équipés d’un système de régulation appartenant à l’une des catégories suivantes sont interdits :

  • Sans régulation, le système fonctionne constamment
  • Régulation manuelle, le système fonctionne selon une commutation manuelle

De même, les systèmes de régulation basés sur la température de l’air et qui permettent de réduire le débit de ventilation sous le débit minimal ne sont pas autorisés.


Si, dans une école, on aménage une ancienne chapelle en classes, la réglementation impose-t-elle un système de ventilation ?

La réglementation wallonne fait la distinction entre « transformation avec changement d’affectation » et « transformation sans changement d’affectation ».

La notion de changement d’affectation s’adresse au bâtiment et non au local. Ainsi, la transformation d’une chapelle d’école ne modifie pas l’affectation de l’école, celle-ci restant un bâtiment scolaire. Dans ce cas, seules des amenées d’air naturelles sont à prévoir si les fenêtres sont modifiées (remplacement ou nouveau percement). Dans le cas contraire, la réglementation n’impose rien.

Ainsi dans la chapelle traitée ici, si aucune fenêtre n’est créée ou remplacée, la réglementation n’impose pas de système de ventilation.

Cependant, il faut faire preuve de bon sens. Ce n’est pas parce que la réglementation ne prévoit rien que la qualité de l’air sera d’office assurée. Les règles de l’art veulent ainsi qu’un système de ventilation correct soit prévu dans les nouvelles classes.

Pour le réaliser, on peut se baser sur les débits imposés dans le cadre des « transformations avec changement d’affectation ».


Faut-il tenir compte des débits de ventilation lors du calcul de l’installation de chauffage ?

La puissance de chauffage à installer doit compenser les pertes par transmission au travers des parois du bâtiment et les pertes par ventilation due au renouvellement de l’air intérieur.

La norme NBN B62-003 est utilisée pour le dimensionnement des chaudières, prend déjà en compte ces deux pertes.

Pour les pertes par ventilation, la norme utilise la formule :

Pch = 0,34 x qx (Tint – Text)

où :

  • Pch = puissance nécessaire au chauffage de l’air neuf [W],
  • 0,34 = capacité calorifique de l’air [Wh/m³.K],
  • q= débit d’air neuf [m³/h],
  • Tint = température intérieure de consigne [°C],
  • Text = température extérieure de base [°C].

En résumé, qv varie suivant les situations :

Type de ventilation

q=

Bâtiments sans ventilation mécanique 1 renouvellement par heure [vol/h] x volume des locaux [m³]
ou 10 [m³/h.pers] (locaux non-fumeurs) à 20 [m³/h.pers] (locaux avec fumeurs) x nombre de personnes
Bâtiments avec ventilation mécanique (taux de renouvellement d’air prévu par le concepteur [vol/h] + 0,3) x volume des locaux

À titre de comparaison, la réglementation wallonne de ventilation impose dans les bureaux un débit d’environ 2,5 [m³/h.m²] (dépendant du taux d’occupation minimal prévu), ce qui équivaut dans des locaux de 2,5 m de haut à un taux de renouvellement d’air de 1 [vol/h].

En conclusion, il n’est pas nécessaire de surdimensionner l’installation de chauffage pour tenir compte de la réglementation en matière de ventilation si cette installation a été dimensionnée suivant la norme NBN B 62-003.


L’évacuation de l’air vicié doit-elle toujours se faire en toiture ?

Dans le cas d’une évacuation d’air vicié naturelle, celle-ci doit toujours se faire via un conduit vertical débouchant en toiture, en respectant certaines dispositions d’emplacement par rapport au faîte du toit et par rapport aux bâtiments voisins.

Lorsque l’évacuation d’air est mécanique (on parle alors d’extraction d’air), le rejet d’air peut se faire aussi bien au niveau de la façade que de la toiture. Il faudra aussi veiller à son emplacement pour éviter les gênes pour le voisinage et pour la prise d’air neuf.


Comment calculer le débit d’évacuation des sanitaires dans les bureaux et les écoles ?

La réglementation wallonne indique qu’il faut respecter un débit de conception minimal dans les toilettes de 25 m³/h par wc (au minimum) ou 15 m³/h par m² de surface si le nombre de wc n’est pas connu lors du dimensionnement.


Doit-on prévoir des amenées d’air neuf dans les locaux sanitaires ?

Non !

Du point de vue qualité de l’air, le système de ventilation idéal consiste à pulser de l’air frais dans chaque local et d’en extraire l’air vicié. C’est le système de ventilation double flux unizone. Cependant, ce principe de ventilation est énergivore puisque c’est celui qui conduit au plus grand apport d’air neuf dans le bâtiment.

C’est pour cela que l’on admet le principe du « balayage ». Il consiste à ventiler les locaux dits « humides » avec l’air provenant des locaux dits « secs », grâce à un transfert de l’air d’une zone à l’autre.


Faut-il équilibrer les débits de pulsion et d’extraction ?

Lorsque l’on dimensionne une installation de ventilation suivant la réglementation wallonne, on ne parvient jamais à une égalité entre les débits d’amenée d’air neuf, les débits de transfert et les débits d’évacuation d’air vicié.

Faut-il, dés lors, surdimensionner l’une ou l’autre de ces trois composantes pour équilibrer le système ?

Raisonnons tout d’abord de manière théorique : « de l’air ne peut entrer dans un local que s’il ne peut en sortir ».

Ainsi, idéalement, il faut équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, ce sera souvent en disposant des évacuations complémentaires aux évacuations sanitaires.

La réglementation wallonne et la norme NBN D 50-001 relative au logement ne l’imposent cependant pas, et ce, pour plusieurs raisons :

  • Pour ne pas imposer des investissements trop importants, et tenir compte ainsi des difficultés constructives liées notamment à la rénovation de bâtiments existants.
  • Pour tenir compte des inétanchéités de l’enveloppe des bâtiments. En effet, le bâtiment existant moyen belge est relativement peu étanche à l’air. On en conclut que la différence de débit entre amenée et évacuation d’air pourrait être reprise par les infiltrations ou évacuations parasites.
  • Parce que l’impact de la qualité de l’air sur les occupants reste flou. Des essais de confort, réalisés dans le cadre de recherches internationales, montrent par exemple que de très grandes variations de taux de ventilation (de l’ordre de 200 %) ne modifient que peu le nombre d’occupants insatisfaits (variant de 15 à 30 %). Cette imprécision justifie d’ailleurs les différences existant entre les législations des différents pays.

Pourcentage de personnes insatisfaites de la qualité de l’air, lorsqu’elles rentrent dans un bureau individuel occupé en fonction du taux de renouvellement d’air du bureau (source : Rapport technique du Comité Européen de Normalisation (CEN), CR 1752, 1998).

Il faut dès lors comprendre la réglementation comme un minimum permettant un certain renouvellement d’air des locaux, mais sûrement pas comme une garantie de ventilation correcte des locaux comme l’exige, par exemple, le RGPT (soit 30 m³/h et par personne).

Par exemple, faire confiance aux infiltrations pour assurer une partie du débit d’air, c’est s’exposer à des éléments non maîtrisables comme l’étanchéité de l’enveloppe et la pression du vent.

En résumé, on peut établir une gradation dans la garantie d’obtenir une ventilation correcte des locaux en fonction de l’installation mise en œuvre :

  • Pas de garantie : aucun système
  • Garantie minimum : réglementation wallonne avec ventilation naturelle
  • Garantie maximum : système double flux équilibré

Pratiquement, certains bureaux d’études choisissent un compromis entre l’application stricte des débits recommandés par la réglementation qui conduit à des débits d’amenée d’air nettement supérieurs aux débits d’évacuation et le système totalement équilibré. Ils configurent l’installation de telle sorte qu’en fonctionnement :

Débit d’air neuf = Débit d’air évacué + Taux d’infiltration du bâtiment

Un taux d’infiltration de 0,5 vol/h est souvent choisi comme valeur usuelle. Ceci permet d’ « imaginer » que le surplus d’amenée d’air neuf prévu pourra effectivement sortir du bâtiment et donc … y entrer réellement.


Lors d’une rénovation de châssis, est-on obligé de prévoir des grilles d’amenée d’air ?

Oui !

Dans le cas de transformations sans changement d’affectation et demandant un permis d’urbanisme, la réglementation wallonne précise :

  • Pour les logements (et les zones d’hébergement), il faut respecter la norme NBN D50-001, avec au minimum des amenées d’air réglables (OAR) dans les châssis rénovés.
  • Pour les bureaux et les écoles, tous les locaux dont on remplace les châssis de fenêtres doivent au minimum être pourvus d’amenées d’air réglables (OAR) qui fournissent les débits recommandés pour une pression de 2 Pa.

Que faire si la qualité de l’air extérieur est mauvaise ?

Lorsque la qualité de l’air extérieur est insuffisante (pollution, bruit, …), il est nécessaire de traiter celui-ci avant son introduction dans le bâtiment.

Seule une filtration efficace de l’air permettra d’éliminer les particules extérieures. Cela ne sera possible que si on installe un système de ventilation avec pulsion mécanique (double flux). L’emplacement des prises d’air extérieures joue aussi un rôle sur la transmission possible des polluants au sein du bâtiment :

  • Ne pas aspirer du côté de rues à fort trafic.
  • Éviter les effets de by-pass entre prise d’air neuf et évacuation d’air vicié. Les aspirations doivent naturellement être faites loin des zones de refoulement d’air vicié ou réchauffé (le long des terrasses, toitures, ou murs soumis à l’insolation). Les prises d’air neuf doivent être faites plus bas que les sorties des rejets d’air vicié. De même, il faut s’éloigner des orifices d’évacuation des fumées de parking et tours aéroréfrigérantes.
  • Ne pas aspirer au niveau du sol, respecter une distance d’un mètre minimum.

Avec une ventilation simple flux, il est possible d’éviter le transfert de bruit au moyen de bouches d’amenée d’air isophoniques. Cependant, dans les zones les plus bruyantes, on évitera de créer des « trous » dans les façades. Dès lors, seul un système de ventilation double flux permettra le renouvellement de l’ intérieur tout en limitant le transfert de bruit.


Existe-t-il d’autres possibilités d’amenées d’air naturelles que les grilles dans les châssis ?

Une amenée d’air naturelle est définie par la norme NBN D 50-001 relative à la ventilation des locaux d’hébergement sous le terme « ouverture d’alimentation réglable pour alimentation naturelle ou libre (OAR) ».

Les critères de définition sont :

  • être pratiquée dans une paroi extérieure (maçonnerie ou menuiserie);
  • ne pas augmenter les risques d’effraction;
  • être réglable en 3 positions minimum entre la position ouverte et la position fermée;
  • posséder un débit de fuite minimum en position fermée (critère facultatif).

Plusieurs systèmes peuvent répondre à ces critères et peuvent donc être utilisés comme amenée d’air naturel :

  • les grilles placées dans les fenêtres, soit entre vitrage et châssis, soit dans le châssis, soit entre châssis et maçonnerie;
  • les grilles disposées dans la maçonnerie, principalement au dos des émetteurs de chaleur;
  • les vasistas, c’est-à-dire des petites fenêtres basculantes.

Existe-t-il des installations de ventilation mécanique silencieuses ?

On repère différentes sources de bruits dans une installation de ventilation : en provenance de l’extérieur, du ventilateur, des locaux voisins (notamment technique), du réseau de distribution, …

Évaluer

Pour visualiser la qualité acoustique d’une installation.

Chacune de ces sources de bruit peut être maîtrisée moyennant une conception correcte de l’installation (choix correct du ventilateur, du silencieux, de la vitesse de l’air, des bouches, …). Le calcul acoustique d’une installation de ventilation est cependant complexe et doit souvent être réalisé par un spécialiste, ce qui est peut-être parfois négligé.

Calculs

Pour visualiser un exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation.

La correction d’une installation existante est également possible mais demandera des investissements souvent plus importants.

Améliorer

Pour visualiser les possibilités d’amélioration acoustique d’une installation existante.

Quelles sont les interactions entre l’obligation de ventilation et la réglementation incendie ?

L’A.R. du 19 décembre 97 impose que toute paroi séparant un lieu d’occupation (bureau, classe, dortoir, …) d’un chemin d’évacuation (en gros les couloirs) soit classée « Rf 1/2 h ».

Cela signifie que les ouvertures de transfert prévues entre les locaux où l’air neuf est amené et les couloirs par lesquels l’air transite vers les sanitaires doivent avoir la même résistance au feu.

Cela est possible grâce à des grilles de transfert coupe-feu. Pour ce qui est du détalonnage des portes, cela peut prêter à discussion.

Cependant, si on désire aller plus loin dans l’analyse des risques liés aux incendies, il faudrait également se poser la question du transfert des fumées. En effet, les grilles coupe-feu, comprennent un élément qui bouche la grille lorsque la température dépasse 70°C. Entre-temps, les fumées ont peut-être pu envahir les couloirs.

Bien que cela ne soit pas imposé par la législation, on peut dans ce cas se demander s’il n’est pas nécessaire d’équiper chaque local d’une amenée et d’une évacuation d’air local par local et d’éviter ainsi tout transfert entre locaux. Ceci est évidemment nettement plus onéreux.

En outre, pour les bâtiments d’une hauteur comprise entre 25 et 50 m, il est imposé de maintenir les cages d’escalier en surpression en cas d’incendie. À cela vient s’ajouter le désenfumage obligatoire des couloirs par pulsion et extraction pour les bâtiments de plus de 50 m de haut. Ces deux exigences se réalisent par un système de ventilation tout à fait indépendant de la ventilation hygiénique qui met en œuvre des débits nettement plus importants, de l’ordre de 10 renouvellements d’air par heure. De plus en cas d’incendie, la ventilation hygiénique doit être coupée pour limiter au maximum les transferts de fumée.

Enfin, tous les bâtiments doivent être compartimentés en cas d’incendie. Un compartiment est un plateau de maximum 2 500 m² et délimité à un étage. Les parois séparant les compartiments doivent être « Rf 2 h ». Ceci implique notamment que tout transfert d’air entre deux étages est soit interdit (pas de pulsion à un étage et d’extraction à un autre), soit obturable automatiquement (porte coupe-feu automatique, clapet coupe-feu).

Évaluer l’isolation thermique des murs

Évaluer l'isolation thermique des murs


Connaître les valeurs de référence

Une paroi est caractérisée par un coefficient de transmission thermique U. Plus ce coefficient est petit plus la paroi est isolante. La réglementation thermique wallonne impose, pour les parois neuves et assimilées délimitant le volume protégé, une valeur maximale du coefficient de transmission thermique.
Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Ces valeurs à respecter au minimum dans un nouveau bâtiment peuvent néanmoins servir de base pour évaluer la qualité d’un bâtiment existant.


Calculer le niveau d’isolation lorsque la nature et l’épaisseur des matériaux isolants sont connues

Calcul approximatif

Les blocs isolants (béton cellulaire, terre cuite légère, …) et l’isolant thermique sont les couches du mur qui influencent le plus sa qualité thermique. Les calculs approximatifs ci-dessous sont suffisamment précis lorsqu’on s’approche de la gamme des valeurs admises.

Mur en blocs lourds + isolant

En première approximation, le calcul du niveau d’isolation peut se faire en ne tenant compte que de l’isolant sur base de la formule simplifiée :

U = λi/ei,

avec,

  • λi : la conductivité thermique de l’isolant
  • ei : l’épaisseur de l’isolant
Exemple.

9 cm de laine minérale certifiée, de marque non déterminée, dont λ vaut 0.044 W/mK (suivant Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), entraîne un U approximatif du mur de : 

0,044 W/mK / 0,09 m = 0,49 W/m²K

On obtient une valeur de U < 0,5 W/m²K, dont il est question ci-dessus, avec des épaisseurs :

On obtient une valeur de U < 0,8 W/m²K, dont il est question ci-dessus, avec des épaisseurs :

Murs en blocs isolants sans couche isolante supplémentaire

En première approximation, le calcul du niveau d’isolation peut se faire en ne tenant compte que des blocs isolants, sur base de la formule simplifiée :

U  (=1/R) = λbl/ebl, pour les matériaux homogènes.
U = 1/Ru, pour les matériaux hétérogènes.

Avec,

Exemples.

  • Avec une épaisseur de 29 cm de bloc de béton cellulaire (700 < ρ < 800 kg/m³, λ = 0,26) et sec, on obtient une valeur de U = à 0,9 W/m².K.
  • Avec des blocs creux de béton léger de 29 cm d’épaisseur (ρ < 1 200 kg/m³, Ru = 0,450 m²K/W) et sec, on obtient une valeur approximative de U = à 2,2 W/m².K.

Remarque : seuls des blocs de béton cellulaire très léger (ρ < 500 kg/m³) (ou équivalent) mis en œuvre avec une épaisseur > 29 cm et dans un état parfaitement sec permettent d’atteindre un niveau d’isolation de U < 0,6 W/m².K sans isolant complémentaire.

Murs en blocs isolants avec isolant

En première approximation, le calcul du niveau d’isolation peut se faire en ne tenant compte que des blocs isolants et de l’isolant, sur base de la formule simplifiée :

U = 1/(ei/λi + ebl/λbl) en cas de blocs isolants homogènes.
U =  1/(ei/λi + Ru) en cas de blocs isolants hétérogènes.

avec,

Exemple.

  • Avec une épaisseur de 19 cm de bloc de béton léger (800 < ρ < 900 kg/m³, λ = 0,46 W/m.k) + une couche de 3 cm de laine minérale (λ = 0,045 W/m.K, selon Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), on obtient une valeur de U = à 0,8 W/m².K.
  • Avec des blocs creux de béton léger de 29 cm d’épaisseur (ρ < 1 200 kg/m³, Ru = 0,450 m²K /W) + une couche de 3 cm de laine minérale (= 0,045 W/m.K, selon Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014), on obtient une valeur approximative de U = à 0.90 W/m².K.

Calcul plus précis

Si les autres matériaux constituant le mur sont connus, il est possible de calculer exactement le coefficient de transmission thermique U de celui-ci.

Calculs

Pour calculer le coefficient de transmission thermique du mur.

Mais attention, tous les résultats ainsi obtenus ne sont fiables que si l’isolant est bien posé, sec et en bon état…

…ce qui n’est pas toujours le cas…! :

Par exemple … 

Les premiers bâtiments isolés datant de la fin des années ’70 et des années ’80, ont connu beaucoup d’erreurs de conception. On a, en outre, employé des matériaux inadéquats : les coulisses ont été remplies de laines minérales trop souples et non hydrofugées.

Même dans les bâtiments récents, des défauts d’exécution sont très fréquents lors d’un remplissage partiel de la coulisse.

Exemple : Les panneaux isolants ne sont pas placés contre le mur intérieur (en remplissage partiel) : ce qui engendre des pertes de chaleur par convection autour des panneaux.

Exemple.

La KUL a effectué des mesures de coefficients de transmission thermique moyens réels sur des murs creux avec remplissage partiel où la mise en œuvre de l’isolant a été soignée et sur les mêmes murs creux où la mise en œuvre a été exécutée sans soin particulier.

En voici les résultats :

Uthéorique (W/m².K) Upratique (W/m².K)
 

Pas d’isolant dans le mur creux

 

1,34 1,35

Remplissage partiel du creux

 

Pose correcte de l’isolant

 

0,42 à 0,49 0,54 à 0,61
 

Pose déficiente de l’isolant

 

0,42 à 0,49 0,99

En cas de doute, des sondages effectués prioritairement aux endroits suspects peuvent être très utiles.


Repérer les indices d’une isolation thermique insuffisante

Dans l’idéal …

Idéalement, lorsque la nature, l’épaisseur et/ou l’état de la couche isolante n’est pas connue, il convient d’effectuer un sondage à travers le mur pour la déterminer.

À défaut, un indice pratique

Avant d’effectuer ce sondage, un indice peut indiquer un manque d’isolation efficace : la faible température du mur côté intérieur en période hivernale.

La condensation sur le mur en est une conséquence visible dans les locaux humides.

Photo condensation.

La condensation sur une paroi est signe d’absence ou de faiblesse de l’isolation.

Évaluer la consommation et l’appel de puissance

Évaluer la consommation et l'appel de puissance


Consommation et appel de puissance des ascenseurs

L’étude ci-dessous des consommations et des appels de puissances s’inspire largement du manuel RAVEL de l’Office fédéral des questions conjoncturelles en Suisse (L’électricité à bon escient : « Ce qu’il faut savoir en matière URE »).

1. Consommation des ascenseurs

Généralité

Les ascenseurs du parc existant nécessitent une puissance installée importante qui peut être évaluée assez facilement.

La consommation, quant à elle, reste modeste dans le sens où les personnes et les charges dans la cabine moins la charge du contre-poids (si existant) ne constituent pas en soi une perte d’énergie. En effet, aux pertes près, l’énergie consommée par le transport des personnes à la montée est restituée (énergie potentielle) lors de la descente. L’énergie réellement perdue est composée :

  • des pertes par frottement,
  • des pertes de ventilation,
  • des pertes thermiques dans les moteurs,

Par rapport aux anciens systèmes d’ascenseur, la consommation actuelle a été réduite d’un facteur 2 environ pour les bâtiments du tertiaire au point que les consommations des équipements auxiliaires tels que les moteurs de porte, les ventilations des armoires de commandes et de régulation, … et l’éclairage de la cabine, prennent une place prépondérante dans la consommation énergétique des ascenseurs.

Quant à la consommation énergétique de la motorisation d’un ascenseur, elle est très complexe à établir car elle dépend de nombreux facteurs dont les principaux sont :

  • la charge de la cabine (fonction du nombre de personnes),
  • le profil de vitesse (accélération, palier de vitesse constante, décélération, freinage, …),
  • le nombre de course,
  • le système de motorisation,
  • les pertes mécaniques dans la gaine,

Consommation de la motorisation en fonction du nombre de courses et influence de l’éclairage

Des données statistiques du nombre de courses en fonction du type d’immeuble peuvent aider à cibler son influence sur les consommations énergétiques. Le tableau ci-dessous montre l’influence du type de bâtiment sur le nombre de courses journalières :

Type d’immeuble Nombre de course par jour Moyenne
bureau 600 à 1 800 1 200
Hébergement 600 à 2 000 1 300
Hôpital 500 à 1 800 1 150
Bâtiment public 500 à 1 500 1 000
Exemple.

Cet exemple illustre de manière simplifiée l’influence du nombre de courses sur les consommations énergétiques.

Sachant que la durée moyenne d’une course d’ascenseur est de l’ordre de 10 secondes, on se rend compte que pour un ascenseur peu utilisé la consommation due à la motorisation de l’ascenseur intervient très peu dans le bilan énergétique par rapport à une source de consommation permanente comme la ventilation de l’armoire de commande.

Soit un ascenseur pour personnes à mobilité réduite de bâtiment public. Il effectue 100 courses par jour.

On a :

nbre d’heure de trajet par an = nbre de course x temps d’une course x nbre jour annuels

nbre d’heure de trajet par an = 100 [course/j] x (10 [s/course] / 3 600 [s/h]) x 365 [j/an]

nbre d’heures de trajet par an = 101  [h/an]

Ce calcul simple montre que 1 [W] utilisé pour faire tourner le ventilateur de l’armoire de commande agit 86 fois plus (8 760 [h/an] / 101 [h/an]) sur la consommation électrique que 1 [W] nécessaire pour faire tourner la motorisation.

À l’inverse, un ascenseur pour le personnel d’un hôpital effectuant 1 800 courses par jour, fonctionne 1 825 [h/an]; ce qui signifie que 1 [W] servant à faire tourner le même ventilateur agit seulement 5 fois plus sur la consommation électrique que 1 [W] de puissance pour la motorisation.

Exemple.

Cette étude a été réalisée pour un immeuble de logements de 48 personnes, équipé d’un ascenseur avec les caractéristiques suivantes :

  • ascenseur existant de 450 [kg],
  • 6 arrêts,
  • vitesse de 1 [m/s],
  • éclairage permanent de 2 x 40 [W],
  • nombre de courses annuel de 60 216,
  • motorisation à deux vitesses de 6 [kW].

Les consommations ont été extrapolées pour des nombres de courses plus important correspondant à des immeubles plus fréquentés comme ceux du secteur tertiaire.

Motorisation à 2 vitesses + éclairage permanent.

La courbe présentée dans le graphe ci-dessus montre que la consommation annuelle d’un ascenseur est proportionnelle au nombre de courses effectué par la cabine de l’ascenseur.

Au même titre que le nombre de course, le système de motorisation joue naturellement un rôle prépondérant dans la consommation énergétique. Cependant, on oublie souvent de parler de l’éclairage de la cabine de l’ascenseur qui, dans certains cas, peut représenter la majeure partie de la dépense énergétique. Dans le cas concret d’une motorisation récente (motorisation commandé en puissance par un variateur de fréquence par exemple), si la gestion de l’éclairage n’est pas prise en compte, la facture énergétique se résume pratiquement à :

  • un poste réduit pour la commande et la motorisation,
  • un poste important pour l’éclairage allumé en permanence.

On entend parfois que « par mesure de sécurité, l’éclairage d’une cabine d’ascenseur doit être permanent ». Il n’en est rien ! Les techniques modernes d’éclairage (détecteur de présence, horloge hebdomadaire, …) permettent de gérer efficacement et en toute sécurité les luminaires de la cabine.

Exemple.

Cette étude a été réalisée pour un immeuble de logements de 48 personnes, équipé d’un ascenseur avec les caractéristiques suivantes :

  • ascenseur existant de 450 [kg],
  • 6 arrêts,
  • vitesse de 1 [m/s],
  • éclairage permanent de 2 x 40 [W],
  • nombre de courses annuelles de 60 216,
  • motorisation à deux vitesses de 6 [kW].

Pour prendre un cas standard, les consommations ont été extrapolées pour un ascenseur de 630 [kg] beaucoup plus courant.

Différentes motorisations ont été comparées :

  • Une motorisation à traction à deux vitesses de 6 [kW] à commande à relais.
  • Une motorisation de 6 [kW] commandée en puissance par un variateur de vitesse.
  • Une motorisation hydraulique.

Chaque type de motorisation est combinée avec une gestion d’éclairage permanente ou ne s’allumant que lorsque la cabine effectue une course; soit 5 cas différents.

Les différentes courbes montrent que :

  • Les ascenseurs hydrauliques sont gourmands en énergie (sans compter les appels de puissance importants et le surdimensionnement nécessaire de l’installation).
  • Le variateur de vitesse commandant un moteur équivalent de 6 [kW] est une solution intéressante (on divise par 2 les consommations par rapport à la configuration initiale).
  • L’éclairage de la cabine devient importante lorsque les consommations de la motorisation diminuent.

Le graphe suivant montre l’évolution des consommations en fonction du type de motorisation et de l’option prise pour la gestion de l’éclairage de la cabine :

On peut aussi mettre en évidence l’importance que prend la gestion ou non gestion de l’éclairage de la cabine par rapport à la motorisation.

De ce qui précède, on voit tout de suite que les ascenseurs hydrauliques sont des gros consommateurs d’énergie par rapport aux ascenseurs modernes à traction équipés d’un variateur de vitesse sans réducteur.

2. Rendements des motorisations

Un bon indicateur pour appréhender la consommation électrique des motorisations est de situer approximativement leurs rendements. Pour pouvoir comparer les rendements énergétiques des motorisations d’ascenseur, un bon départ consiste à différencier principalement les types :

  • d’ascenseur,
  • de motorisation composée d’une commande de vitesse, d’un moteur électrique, d’un réducteur ou pas et d’un treuil.

Types d’ascenseur

Deux types d’ascenseur dominent le marché. Ils sont repris ci-dessous :

Photo ascenseurs hydrauliques.

Les ascenseurs hydrauliques, utilisés pour déplacer verticalement des charges lourdes sur des faibles distances. Ce sont des consommateurs importants d’énergie électrique et les courants de démarrage élevés altèrent la pointe quart-horaire. En effet, ce type d’ascenseur n’étant pas doté d’un contre-poids, l’effort de mise en pression de l’huile par la pompe pour déplacer verticalement la charge, est élevé.

Photo ascenseurs à traction à câbles.

Les ascenseurs à traction à câbles dominant de loin le marché du secteur tertiaire. Ce type d’ascenseur est moins gourmand en énergie pour la simple raison qu’il est équipé d’un contre-poids réduisant la charge que doit mettre en mouvement la motorisation. Une règle de bonne pratique veut que la charge du contre-poids soit de 50 % celle de l’ensemble cabine-câble-charge utilisateurs.

Types de réducteur

Plusieurs types de motorisation sont installés sur les ascenseurs. On entend par motorisation le couplage mécanique :

  • d’un moteur électrique (avec sa commande et sa régulation),
  • et d’un système d’entraînement mécanique de la cabine.

Parmi les systèmes d’entraînement mécanique de traction classique on retrouve les équipements suivants :

Photo pompe hydraulique.

La pompe hydraulique nécessite de prendre des précautions particulières par rapport à la ventilation de la salle des machines. En effet, l’échauffement de l’huile est important durant son retour au passage de la vanne contrôlant la course retour (lorsque la cabine d’ascenseur descend) nécessitant l’évacuation :

  • des calories (radiateur de déperdition),
  • des vapeurs d’huile (dispositif de ventilation du local).

À noter que dans ce type d’installation, la perte d’huile est loin d’être négligeable et doit être compensée lors d’un contrôle régulier. Cette perte se chiffre (vidange comprise), pour certains ascenseurs, à des dizaines voire des centaines de litres par an.

Photo réducteur à vis sans fin.

Le réducteur à vis sans fin possède un rendement moyen, pour les installations les plus récentes, de l’ordre de 60 à 65 %. Ce type de motorisation est encore très présent dans les bâtiments tertiaires. On le reconnaît facilement sachant que l’axe de rotation du treuil est perpendiculaire à l’axe de rotation du moteur électrique d’entraînement (gain de place dans le local des machines).

Photo réducteur à treuil planétaire.

Le réducteur à treuil planétaire offre des rendements de l’ordre de 97 à 98 % permettant de diminuer la puissance du moteur et, par conséquent, les consommations d’énergie. On en trouve malgré tout peu au niveau des ascenseurs; par contre, ce système est souvent utilisé dans la conception des escaliers mécaniques.

Photo système sans réducteur.

Le système sans réducteur (« gearless »), à attaque directe, est une technique assez récente qui a vu le jour lorsque les variateurs de fréquence ont fait leur apparition. Le rendement est de 100 % puisqu’il n’y a pas d’équipement intermédiaire entre le moteur d’entraînement et le treuil.

Types de moteur électrique

Les moteurs électriques interviennent aussi dans la consommation de la motorisation puisque qu’ils ont, comme tout équipement, un rendement.
Les moteurs électriques peuvent être de différents types :

Les moteurs à courant continu sont des moteurs dont les rendements avoisinent les 95 %. On les distingue des autres moteurs couramment utilisés dans les ascenseurs, par la présence des balais et des collecteurs bien visibles.

Photo moteurs à courant continu.

Le moteur à courant alternatif asynchrone, de part sa robustesse et sa simplicité, est un moteur très utilisé. Son rendement est de l’ordre de 90 % et permet de ne pas trop altérer la consommation de l’ensemble de la motorisation.

Photo moteur à courant alternatif asynchrone.

Au même titre que le moteur asynchrone, le rendement du moteur synchrone avoisine les 90 % et plus, sachant que pour des rotors à aimant permanent les pertes sont plus faibles.

Photo moteur synchrone.

Types de commande et de régulation de vitesse

Les commandes et les régulations de vitesses des moteurs électriques génèrent aussi des pertes influençant le rendement énergétique.

Dans les ascenseurs, les moteurs électriques à courant continu sont commandés et régulés par :

  • des groupes Ward-Lénard,
  • des variateurs de vitesse électronique,

Par contre, les moteurs à courant alternatif peuvent être commandés et régulés en vitesse par :

  • des commandes à deux vitesses,
  • des variateurs de fréquences.

Un système appelé groupe Ward – Léonard permettait de démarrer et de faire varier la vitesse de rotation du moteur dans une large plage. La nécessité de faire tourner en permanence le moteur asynchrone et la génératrice (perte à vide non négligeable), l’entretien et l’encombrement important, a entraîné sa disparition au profit des variateurs de vitesse statiques couplés électriquement avec le moteur à courant continu uniquement.

Photo système groupe Ward - Léonard.

Les variateurs de vitesse se présentent comme les sauveurs des rendements énergétiques de la motorisation des ascenseurs. En effet, leur rendement est élevé (> 90 %). Il peuvent, sous certaines conditions, renvoyer de l’énergie sur le réseau; ce qui permet au système de motorisation de dépasser momentanément les 100 % de rendement. Les variateurs de vitesse peuvent alimenter :

  • les moteurs à courant continu en faisant varier la tension de sortie,
  • les moteurs à courant alternatif (la grande tendance) en agissant sur la fréquence et sur la tension.

Les démarreurs à deux vitesses commandent plutôt les moteurs à courant alternatif à double enroulement statorique. A proprement parler, les démarreurs à deux vitesses n’ont pas la capacité de réguler la vitesse des moteurs.

Conclusions

On voit tout de suite qu’en repérant le type d’ascenseur et de motorisation, il est possible d’évaluer intuitivement la qualité énergétique de l’installation. Le tableau suivant donne des indications de rendement global de motorisation..

Type de motorisation classique Rendement
Commande et régulation Moteur électrique Réducteur Roue rendement global
Groupe ward-léonard variateur de vitesse moteur dc moteur asynchrone moteur synchrone Vis sans fin Planétaire « gearless »
motorisation dc Ward-Léonard +vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 0,29
motorisation dc + variateur de vitesse + vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,52
motorisation asynch à 2 vitesses + vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,55
motorisation async à variateur de vitesse + vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,5
motorisation asynch à variateur de vitesse + planétaire 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,75
motorisation synch à variateur de vitesse + gearless 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,77

La notion de rendement global permet donc de comparer un système de motorisation par rapport à un autre et naturellement d’évaluer l’intérêt d’une modernisation.

Le graphique suivant traduit le tableau des rendements globaux en fonction du type de motorisation :

Exemple.

Un constructeur d’ascenseur annonce un rendement de 0,78 pour une motorisation composée d’un variateur de fréquence et d’un gearless; ce qui permet :

  • Lors d’une amélioration, de sérieusement réduire les consommations électriques.
  • Lors d’une conception nouvelle, de réduire le dimensionnement de l’installation (câbles électriques, équipement électrotechnique, moteur, …) et de prévoir un budget « consommation » moins élevé.

3. Mesure des consommations de la motorisation

Une analyse des consommations peut être réalisée au moyen d’un analyseur d’énergie à mémoire. À l’heure actuelle, ce type d’appareillage est performant et peut donner en plus des indications intéressantes comme :

  • La valeur du facteur de puissance (cos φ) pour s’assurer qu’il ne soit pas trop mauvais. Une valeur inférieure à 0,9 est pénalisante au niveau de la facture électrique ou sollicite la batterie de condensateurs (ce qui constitue une perte en soi).
  • L’équilibrage des phases (courant égaux dans les trois phases. Un circuit déséquilibré trahit un mauvais état de santé du moteur électrique).

Pour situer une consommation électrique représentative d’un bâtiment tertiaire, l’échantillon type est au minimum d’une semaine. En effet, le trafic hebdomadaire peut être considéré comme reproductible au cours des semaines et proportionnel à la fréquentation du bâtiment.

Si l’on veut établir une consommation annuelle, on peut extrapoler avec prudence la consommation moyenne hebdomadaire par rapport au nombre de semaines ouvrables.

Exemple.

Le CADDET (Centre for the Analysis and Dissémination of Demonstrated Energy Technologies) rapporte qu’une analyse comparative de la consommation d’une motorisation classique par rapport à une motorisation innovante d’un constructeur pendant 3 mois a permis de mettre en évidence des différences importantes au niveau du bilan énergétique annuel.

Le tableau suivant résume cette analyse :

Type de motorisation
Paramètres Hydraulique Traction classique Gearless
Vitesse de déplacement de la cabine [m/s] 0,63 1 1
Charge de l’ascenseur [kg] 630 630 630
Puissance du moteur électrique [kW] 11 5,5 3,3
Calibre de la protection moteur [A] 50 35 16
Quantité d’huile nécessaire [litres/an] 200 3,5
poids de la motorisation [kg] 650 430 230
Niveau acoustique [dB] 65-70 65-75 50-55
Nombre de courses pour 3 mois 27 444
Consommation électrique pour 3 mois [kWh/3 mois] 958 447
L’économie d’énergie est importante (de l’ordre de 53 %)

4. Évaluation du courant de démarrage

À ce niveau-ci, on s’intéresse au courant nominal et de démarrage qui, d’une part caractérise les types de motorisation en permettant un point de comparaison sur l’aspect « appel de puissance », et d’autre part donne des renseignements utiles concernant l’état de santé de la motorisation.

L’évaluation de la pointe de démarrage peut être effectuée au moyen d’une pince ampèremétrique par exemple sur les phases du moteur ou au niveau du départ de puissance dans le tableau de l’ascenseur sans toucher au câblage de puissance de la motorisation.

Photo pinces ampèremétriques.

Les pinces ampèremétriques modernes peuvent depuis longtemps à la fois mesurer :

  • des courants alternatifs,
  • des pics de courant comme le courant de démarrage,

Mesures ponctuelles

Des mesures de courant de démarrage au niveau des phases de la motorisation permettent de :

  • vérifier que le circuit électrique de la motorisation est un circuit équilibré. L’inverse signifie une dégradation des bobinages du moteur ou du circuit puissance du variateur de vitesse,
  • évaluer si le courant de démarrage est dans des limites acceptables,
  • se rendre compte que, décidément, ces vieux ascenseurs consomment vraiment trop !

Valeurs moyennes des courants nominaux et de démarrage

Les comparaisons des courants nominaux et de démarrage sont consignées dans le tableau suivant :

Type d’ascenseur Courant nominal Courant de démarrage
Ascenseur à traction à deux vitesses In 2,5 à 3,5 In
Ascenseur hydraulique classique 3 In 6 à 15 In
Ascenseur à traction avec variateur de fréquence 0,8 In 1,6 In

Valeurs des courants de démarrage de différentes motorisations.

Ce tableau montre bien l’intérêt surtout des commandes de vitesse par variateur de fréquence. Le courant de démarrage des ascenseurs hydrauliques est de loin plus important que celui des ascenseurs à traction; c’est dû, entre autre, à l’absence de contre-poids dans les installations courantes hydrauliques.

La question vient tout de suite à l’esprit : pourquoi ne pas mettre de contre-poids aux ascenseurs hydrauliques ? Cela existe, c’est vrai, mais en plaçant un contre-poids, l’ascenseur hydraulique perd de son intérêt qui est la compacité de la gaine d’ascenseur et l’absence de suspension à son sommet.

Chute de tension en ligne

Le courant de démarrage des ascenseurs perturbe le réseau électrique interne et externe au bâtiment si celui-ci n’est pas bien dimensionné. La perturbation se matérialise par des chutes de tension en ligne (perturbation de l’électronique, de l’informatique, …). Les producteurs d’électricité en Allemagne et en Suisse prescrivent, eux, des chutes de tension admissibles (en % de la tension nominale) en fonction du nombre de démarrages par heure des ascenseurs.

Le tableau suivant illustre ces prescriptions :

Nombre de démarrages Chute de tension admissible [% de la tension nominale]
Allmagne Suisse
30 3,5
45 1,5
60 1,4
120 2,3
180 2,0
240 1,9

Ces prescriptions sont exigeantes dans le sens où seules les installations à variation de fréquences y arrivent.

5. Évaluation de l’appel de puissance

Comparaison des consommations en fonction du mode de démarrage

La pointe quart-horaire est influencée par l’appel de puissance :

  • au démarrage,
  • pendant la phase à vitesse constante.

On a souvent le sentiment que la puissance d’appel au démarrage influence prioritairement la pointe quart-horaire. Mais on oublie de dire que cet appel de puissance important au démarrage ne dure que peu de temps. Dans quelle proportion ?

Pour éclaircir les idées, prenons l’exemple simple suivant où l’on compare un démarrage classique direct et un démarrage avec variateur de fréquence.

Exemple.

Soit une installation d’ascenseur classique dont les données principales simplifiées, pour une charge utile de 630 [kg], sont :

  • le démarrage est direct (courant de démarrage Id = 3 x courant nominal In),
  • temps moyen d’une course tc = 10 [s],
  • temps moyen d’arrêt ta= 20 [s],
  • temps de démarrage td = 1 [s],
  • puissance du moteur Pa = 5,5 [kW],
  • tension d’alimentation Uc = 380 [V].

Deux profils de courbes de démarrage sont possibles suivant la présence ou non d’un convertisseur de fréquence :

Courbes de démarrage.

1° – Cas du moteur classique

Adoptons les hypothèses simplificatrices suivantes :

  • Le profil du courant du démarrage direct est de forme carrée (l’énergie consommée pendant le démarrage sera plus importante qu’en réalité).
  • On se situe durant les heures de pointe où la cabine d’ascenseur effectue des courses d’un étage en continu et pendant un quart d’heure.
  • Les temps de démarrage, quelle que soit la motorisation, sont identiques.
  • La courbe de puissance en fonction du temps suit le même profil que celle du courant de la figure ci-dessus.

Profil de course en démarrage direct.

Le calcul de la puissance de pointe quart-horaire revient à diviser l’énergie consommée pendant 15 minutes de fonctionnement par un temps de 15 min.

Soit le calcul suivant :

> L’énergie consommée à chaque démarrage est :

Ed = Pa x 3 x  td / 3 600 = 5 500 [W] x 3 x 1 [s] / 3 600 [s/h] = 4,6 [Wh]

> L’énergie consommée pendant le reste de la course à vitesse constante est :

Ec = Pa x  tc / 3 600 = 5 500 [W] x 9 [s] / 3 600 [s/h] = 13,7 [Wh]

> L’énergie consommée pendant 15 minutes (soit 30 courses) est :

Et = 30 x (Ed + Ec + Ea)= 30 x (4,6 + 13,7 + 0) = 549 [Wh/15 min]

> Dans ce cas, la pointe quart-horaire est de :

pqh = Et / (1/4 h)  = 549 [Wh] / 0,25 [h] = 2 196 [W]

2° – Cas du moteur commandé par un variateur de fréquence

Le profil simplifié de la puissance absorbée par le variateur de fréquence évolue comme l’indique la figure suivante :

Profil de course en démarrage progressif.

Soit le calcul suivant :

> L’énergie consommée à chaque démarrage est :

Ed‘ = Pa / 2  x  td / 3 600 = 11 000 [W] / 2  x 1 [s] / 3 600 [s/h] = 1,52 [Wh]

> L’énergie consommée pendant le reste de la course à vitesse constante est :

Ec‘ = Pa x  tc / 3 600 = 5 500 [W] x 9 [s] x 0,8  / 3 600 [s/h] = 11,0 [Wh]

> L’énergie consommée pendant 15 minutes (soit 30 courses) est :

Et‘ = 30 x (Ed + Ec + Ea) = 30 x (1,52 + 11,0 + 0) = 376 [Wh/15 min]

> Dans ce cas, la pointe quart-horaire est de :

pqh‘ = Et’ / (1/4 h)  = 376 [Wh] / 0,25 [h] = 1 502 [W]

3° – Comparaison

On constate que la pointe quart-horaire et l’énergie consommée est réduite de :

1 – (Et‘/Et) = 1 – (1 502 / 2 196) = 0,32 ou 32 %

Remarque : en réalité, la réduction est moindre par le fait que le profil de l’appel de puissance de démarrage, dans le cas du démarrage direct, est sur-évaluée.

L’appel de puissance au démarrage influence donc non seulement :

  • le dimensionnement de l’installation (calibre des fusibles, section des câbles, chute de tension admissible, …),
  • mais aussi la pointe quart-horaire et la consommation énergétique.

Appel de puissance et facture énergétique d’un ascenseur

Reprenons notre exemple simplifié ci-dessus pour évaluer l’impact de la consommation de l’ascenseur sur la facture énergétique. Cette facture est en général établie sur un mois. Elle reprend 2 postes :

  • la consommation en kWh, avec un prix moyen de l’énergie est de l’ordre de 0,16 [€/kWh],
  • la pointe quart-horaire mensuelle, qui représente l’appel moyen de puissance durant le quart d’heure le plus élevé du mois, avec un prix moyen de l’ordre de 10 €/kW TVAC… attention, la majorité de ce coût est intégrée, pour ne pas dire cachée…, dans le poste « distribution et transport » !!! (Pour plus d’info sur la tarification, cliquez ici !).
Exemple.

Soit le même ascenseur que dans l’exemple précédent dont les résultats sont indiqués dans ce tableau.

Type de démarrage Pointe quart-horaire [W] Énergie consommée par quart d’heure [Wh]
Direct 2 196 549
Progressif par variateur de fréquence 1 502 376

Sur base d’une courbe de débit, on adopte un profil « idéalisé » et très simplifié du trafic dans un immeuble de bureaux.

Profil réel du débit en fonction des heures de la journée et profil simplifié.

On en déduit le profil de puissance appelée :

Profil simplifié de pointe quart-horaire journalière.

Les données sont consignées dans le tableau ci-dessous, avec les hypothèses suivantes :

  • Pendant les heures « normales », la consommation est réduite de moitié (nombre de courses divisé par deux).
  • En dehors des périodes d’occupation de l’immeuble, on néglige les quelques courses qui pourraient s’effectuer pour satisfaire les utilisateurs faisant des heures supplémentaires.
Énergie consommée par quart d’heure [Wh]
Type de démarrage Pointe quart-horaire [W] Période d’affluence Période normale
Direct 2 196 549 274
Progressif par variateur de fréquence 1 502 376 188

Ce profil se répète tous les jours ouvrables de la semaine pendant un mois; soit de l’ordre de 20 jours par mois. Dès lors :

> L’énergie consommée pendant les heures d’affluence est :

Ehp = Equart d’heure_hp [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 3 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehp = 549 [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 3 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehp = 131 760 [Wh/mois] ou 132 [kWh/mois] 

> L’énergie consommée pendant les heures normales est :

Ehn = Equart d’heure_hn [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 6 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehn = 274 [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 6 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehp = 131 760 [Wh/mois] ou 132 [kWh/mois]

> L’énergie consommée sur le mois est :

Etot = Ehp + Ehn = 132 + 132 = 264 [kWh/mois] 

> Le coût de l’énergie consommée sur le mois est :

CEmensuel = Etot x CEunitaire = 264 [kWh/mois] x 0,16 [€/kWh] = 42 [€/mois] 

Imaginons à présent que la période d’affluence se produise au moment où le bâtiment enregistre sa pointe de puissance maximale du mois (ce qui est fort probable).

> Le coût de la pointe quart-horaire mensuelle est :

CPmensuel = pqh x CPunitaire = 2,196 [kW/mois] x 10 [€/kW] = 22 [€/mois] 

> L’impact de la pointe quart-horaire sur la facture de l’ascenseur est :

CPmensuel / CEmensuel = 22 / (22 + 42) = 0,34 ou 34 % !

Le calcul pour un ascenseur à démarrage progressif (variateur de fréquence) s’effectue de la même manière. Les résultats de ce calcul sont consignés dans le tableau ci-dessous.

Coût de la pointe quart-horaire [€/mois.asc] Coût de l’energie consommée [€/mois.asc] Coût total de la facture énergétique [€/mois.asc] réduction
Type de démarrage
Direct 22 29 51
Progressif par variateur de fréquence 15 20 35 – 31 %

Dans l’exemple ci-dessus, on constate donc que la pointe-quart horaire génère 34 % de la facture électrique et que le variateur de fréquence diminue, dans ce cas-ci, la facture énergétique de l’ordre de 31 [%].

Dans la réalité, la réduction de la facture doit être moins importante sachant que :

  • Le démarrage direct peut être plus court que le démarrage progressif (moins d’1 seconde par exemple).
  • Les courses risquent d’être plus longues (l’impact de la consommation énergétique et de la composante pointe quart-horaire de démarrage diminue).

 


Influence du trafic

Comme on l’a vu précédemment, la consommation énergétique est, entre autres, proportionnelle au nombre de courses effectuées par les ascenseurs.

La mesure du trafic par des analyseurs spécifiques, permet de se rendre compte du nombre de courses effectuées par jour et par semaine pour établir le profil du débit de transport.

Débit de transport

Un paramètre important pour évaluer le trafic des ascenseurs est le « pourcentage de la population totale du bâtiment transportée pendant 5 minutes en période de pointe » ou le débit. Ce paramètre représente en quelque sortes, la capacité de pointe d’un ascenseur. Le tableau ci-dessous exprime ce pourcentage en fonction du type de bâtiment :

Type de bâtiment Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes (%)
Bureau, hôpital, école, … 12-15
Résidentiel 5-8
Hébergement 10-15

Le graphe suivant exprime un profil typique de fonctionnement des ascenseurs dans un bâtiment tertiaire.

Les résultats de la mesure permettent de savoir si les ascenseurs sont saturés ou pas en comparant les valeurs mesurées par rapport aux moyennes établies pour différents bâtiments tertiaires.

Saturation du trafic

Si la mesure de débit montre que les ascenseurs sont saturés, il est nécessaire de comprendre pourquoi.
Cette saturation peut être due :

  • À une mauvaise utilisation des ascenseurs. On rencontre ce genre de problèmes dans les bâtiments tertiaires à forte fréquentation (comme dans les hôpitaux). En soi le dimensionnement est bon, mais le comportement des utilisateurs perturbe le trafic au point, à certains moments, de le saturer et d’augmenter par ailleurs les consommations d’électricité.
  • À un mauvais réglage des vitesses d’ouverture des portes palières, du profil de vitesse, … À ce niveau, seul un réglage du service de maintenance des ascenseurs peut améliorer la situation tout en préservant le confort des utilisateurs.
  • À une capacité trop faible des ascenseurs en place. A ce moment, il est nécessaire d’envisager des frais d’investissement, soit dans une gestion de trafic plus performante, soit dans un nouvel ascenseur.

Type de gestion de trafic

Généralement, on rencontre dans les bâtiments tertiaires différents systèmes qui gèrent le trafic des ascenseurs.
Du plus simple au plus sophistiqué, on parle de gestion :

  • à manœuvre à blocage,
  • à manœuvre collective de descente,
  • à manœuvre collective complète,
  • à manœuvre de destination.

Techniques

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

La détermination du type de gestion permet, en première approche, d’évaluer la performance énergétique de l’installation sans rien mesurer. Par exemple, dans les deux cas étudiés au niveau des types de gestion de trafic :

  • La manœuvre à blocage est deux fois plus énergivore que la manœuvre collective de descente
  • La manœuvre collective de descente est aussi deux fois plus énergivore que la manœuvre collective complète.

Une manière simple de déterminer le type de gestion de trafic réside simplement dans l’observation de l’affichage palier des destinations par rapport à la prise en compte de sa propre commande :

Photo système ascenseur à manœuvre à blocage.

Un ascenseur à manœuvre à blocage (MB) est équipé d’un seul bouton d’appel de palier à chaque étage et d’un clavier de commandes de destinations dans la cabine. Le contrôleur MB n’accepte qu’un seul appel ou une commande à la fois; la commande de destination dans la cabine étant prioritaire. Un nouvel appel d’étage à partir du bouton d’appel de palier n’est accepté que lorsque la course précédente est terminée. Le bouton d’appel de palier n’est alllumé que lorsque le contrôleur MB a enregistré sa demande et s’éteint dès que la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Photo système ascenseur à manœuvre collective de descente.

Un ascenseur à manœuvre collective de descente (MCD) est équipé d’un seul bouton d’appel de palier et de deux indicateurs (de montée et de descente) à chaque étage. Un clavier de commande de destination est présent dans la cabine. Le contrôleur MCD enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, la cabine dessert toutes les destinations commandées dans la cabine et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, la cabine s’arrête au plus proche appel d’étage et dessert tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCD. Les boutons d’appel sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Photo système ascenseur à manœuvre collective complète.

Un ascenseur à manœuvre collective complète (MCC) est équipé de deux boutons d’appel lumineux de palier (montée et descente) à chaque étage. Un clavier de commande de destination est présent dans la cabine. Le contrôleur MCC enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, la cabine dessert toutes les destinations commandées et les appels d’étage à la montée, et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, la cabine s’arrête au plus proche appel d’étage et dessert tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCC. Les boutons d’appel de montée et de descente sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

La manœuvre collective de descente est souvent utilisée en partage par une batterie d’ascenseurs (duplex, triplette). Lorsque c’est le cas, on l’appelle la manœuvre collective de descente à interconnexion (MCDI). Dans cette configuration, les ascenseurs partagent à chaque palier le même bouton d’appel d’étage.

Le contrôleur MCDI enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, chaque cabine dessert toutes les destinations commandées dans la cabine et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, les cabines desservent tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCD. Les boutons d’appel sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.


Consommation de l’éclairage des cabines

Comme vu précédemment, les consommations électriques liées à l’éclairage peuvent prendre un poids important par rapport aux installations de motorisation peu gourmandes en énergie (commande de vitesse par variation de fréquence par exemple).

Comment repérer les indices de consommations de l’éclairage ? Elle est souvent due :

  • à l’absence de gestion des luminaires lorsque l’ascenseur n’effectue pas de course,
  • au niveau d’éclairement (en lux) trop élevé lorsque, à tort, on désire un certain confort de « standing »,
  • au manque d’efficacité énergétique des lampes et du luminaire.

La norme NBN EN 81-1 (concernant la sécurité de la construction et de l’installation des ascenseurs. Partie 1 : les ascenseurs électriques) préconise un niveau d’éclairement minimum de 50 lux. Cette valeur est souvent dépassée dans les cabines d’ascenseur. On s’assurera par une mesure que le niveau d’éclairement est proche de 50 lux au niveau de la zone de travail (le sol par analogie au couloir et escalier dans la norme EN 12464-1 concernant l’éclairage des lieux de travail intérieur).

Gestion de l’éclairage

L’éclairage prend une part importante dans la consommation électrique annuelle de l’installation d’ascenseur si la gestion est inexistante. Cette gestion se matérialise souvent par la coupure électrique des luminaires lorsque l’immeuble est inoccupé. Pour le savoir, vous devrez vérifier ou demander à l’équipe de maintenance ou au fabricant s’il y a une minuterie hebdomadaire sur le circuit des lampes de la cabine ou, plus contraignant, de venir en dehors des heures voir si l’éclairage est éteint.

   

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de l’éclairage.

Mesure du niveau d’éclairement

Le niveau d’éclairement est mesuré au moyen d’un luxmètre placé au niveau du sol. Plusieurs points de mesure sont nécessaires pour établir le niveau d’éclairement moyen qui doit correspondre à 50 [lux] minimum.

Efficacité des luminaires

L’efficacité énergétique des luminaires s’exprime en W/m².100 lux et permet de comparer différents luminaires. Une valeur moyenne courante de l’efficacité énergétique est de 2,5 [W/m².100 lux]. Pour un ascenseur, cette efficacité se situerait aux alentours des 1,25 [W/m²] sachant qu’il faut 50 [lux] au niveau du sol.

Photo ascenseur éclairé - 01.   Photo ascenseur éclairé - 02.

Souvent c’est la catastrophe dans les cabines d’ascenseur, car sous prétexte d’avoir une atmosphère « chaude », les luminaires sont mal choisis et donnent une efficacité énergétique médiocre tout en posant un problème de surchauffe thermique (éclairage indirect, lampe halogène, …).

Pour évaluer l’efficacité énergétique des luminaires, il sera nécessaire de connaître le niveau d’éclairement en lux, la surface au sol en m² de la cabine et la puissance des lampes. On la comparera à la valeur de 1,25 [W/m².50 lux].

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de l’éclairage.


Consommations des auxiliaires

Comme auxiliaires, on prend surtout en compte les consommations des armoires de commande de puissance et de régulation des ascenseurs. En effet, les composants électro-techniques et électroniques des armoires, dans certains cas l’électronique de puissance des variateurs de vitesses, …, participent à la dépense énergétique.

Repérer les situations anormales


La facture permet de repérer certaines anomalies :

Analyse

Solutions

Repérer une consommation réactive anormale
(fortement pénalisée par le distributeur).

Placer des condensateurs afin de réduire la consommation réactive.

Repérer une puissance 1/4 horaire trop importante.

Lisser la pointe 1/4 horaire par délestage, peak-shaving.

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale.

Placer des horloges afin de diminuer les consommations électriques de nuit

Repérer un surdimensionnement du transformateur installé.

Changer de puissance lors du remplacement du transformateur.

Faire fonctionner un seul transformateur s’il y en a 2 afin de réduire les pertes à vide.

Repérer l’intérêt d’une modification du régime de tarification.

Changer de tarif.

Enregistrer le diagramme de charge.

Analyser les consommations sur le terrain.

Évaluer la qualité de la chaîne de froid

Évaluer la qualité de la chaîne de froid


La chaîne du froid

Définition

Depuis le stade de la production jusqu’à celui de la consommation, la limitation de la dégradation des denrées alimentaires passe par le maintien de la « chaîne froid ».

On distingue 5 étapes dans la chaîne du froid, à savoir :

  • le froid au stade de la production (refroidissement du lait à la ferme par exemple);
  • le froid au stade de l’entreposage (refroidissement du lait en centrale laitière);
  • le transport frigorifique (conteneur refroidi pour le transport de viande par exemple);
  • le froid au stade de la distribution (conservation de la crème fraîche « light » dans les rayons);
  • le froid domestique ou ménager.

Celui qui nous intéresse le plus ici est, naturellement, le froid au stade de la distribution.

Les denrées périssables

Souvent utilisé, mais subjectif, l’état de « fraîcheur » traduit à quel stade d’évolution se trouve une denrée périssable dans son cycle de dégradation naturelle. L’objectif du commerçant est de fournir au consommateur un produit sain dont l’évolution a été ralentie ou a évolué de manière admissible.

On retrouve deux types de denrées périssables :

  • destinées à être vendues « en l’état »;
  • manufacturées.

Les produits vendus en l’état

Mis à part un séjour dans un espace de conservation, les produits issus de l’agriculture et de la pêche ne subissent pas, en général, de traitement industriel. Tout en contrôlant le processus de dégradation, ces produits sont vendus au consommateur dans leur état initial de récolte (légumes, fruits, œufs, …), d’abattage (viande, gibier, …) ou de capture (poissons, fruit de mer, ..). Mais il se peut que certaines denrées subissent une évolution spéciale et contrôlée pour aboutir dans le bon vieux panier en osier (réutilisable) du ménager ou de la ménagère (ça aussi c’est du durable) dans les conditions optimales de maturation.

Le tableau ci-dessous donne des exemples spécifiques :

Type de denrées État au niveau de la production Opération avant distribution Distribution
Bananes Immature. Éventuellement opération de mûrissement (t° = 18°C) pour obtenir la texture et la couleur adéquate. La texture et la couleur optimale peut varier d’une région à l’autre.
Abricot
Tomates
Bœuf Maturation. La distribution s’effectue à la même température de conservation.
Mouton
Gibier Faisandage.

Les produits manufacturés

Dans ce cas, le produit final destiné à la vente est différent du ou des composants utilisés pour sa fabrication. On retrouve dans cette classification les produits :

  • laitiers;
  • de charcuterie fraîche et de semi-conserve à base de viande;
  • de la mer vendus cuits (crevettes, langoustines, …);
  • de boulangerie et de pâtisserie;
  • comme les plats cuisinés;
  • comme les crèmes glacées;
Type de denrées État après la production Opération avant distribution Distribution
Yogourts Produit fini. La texture et la couleur optimale peuvent varier d’une région à l’autre.
Fromages blancs
Fromages en général A affiner. Affinage en milieu industriel sous atmosphère contrôlée pour les pâtes cuites (comté, emmenthal, …).
Affinage en comptoir comme les camemberts.

Qualités des denrées

Depuis la fabrication jusqu’à la vente et même au-delà, une denrée doit rester « propre » à la consommation. Elle doit principalement répondre à trois exigences :

  • Hygiéniques en évitant la présence de germes ou de parasites pathogènes, de toxines sous forme de substances chimiques (pesticide) ou engendrées par la population microbienne ou fongique (champignons) qui s’est installée sur ou dans la substance. Un certain nombre de normes et de textes légaux définissent:
    • les caractéristiques hygiéniques des aliments;
    • les conditions à satisfaire lors de leur fabrication et distribution;
    • les processus de préservation et de contrôle.
  • Nutritionnelles et organoleptiques. Entre ces deux critères existe une certaine corrélation. En d’autres termes, une denrée apparemment saine et présentant à la fois une saveur, une texture et une couleur satisfaisante devrait être à priori acceptable du point de vue nutritionnel. En particulier, pour les denrées congelées.

Il est évident que les trois exigences doivent être menées de front, car un aliment peut être excellent à la dégustation, mais impropre à la consommation ou, à l’inverse, toxique et avoir un goût altéré.

Exemple.

Le lait fait partie des produits dont la complexité à répondre à ces exigences est bien connue : le lait cru, contenant de l’ordre de 2 millions de germes par cm³, lorsqu’il est pasteurisé est déficitaire en :

  • qualité nutritionnelle;
  • en vitamine;
  • activité enzymatique.

La pasteurisation peut être responsable d’un « goût de cuit ».

Action du froid sur les denrées périssables

Afin de conserver des propriétés hygiéniques acceptables aux denrées périssables et, par la même occasion, garantir leur valeur marchande, il est nécessaire de les traiter par le froid.

On voit sur le graphique qui suit que l’état de fraîcheur d’un poisson augmente de manière importante lorsque la température de conservation diminue :

Durée de conservation du poisson.

Deux méthodes existent, à savoir :

  • la réfrigération;
  • la congélation.

Méthodes de conservation par réfrigération

La réfrigération est un traitement frigorifique positif ou proche de zéro degré des denrées alimentaires. La quasi-totalité de ces denrées peut être conservée en « froid positif » pendant des durées allant de quelques jours (lait cru, fraise, …) à plusieurs mois (pommes, carottes, pommes de terre, …). Quelques rares denrées ne peuvent pas être conservées par réfrigération comme par exemple le pain et les produits de boulangerie qui « rassissent plus vide au voisinage de 0°C.

Comme nous l’a montré le graphique ci-dessus, les températures sont étroitement liées au temps de conservation.

Les tableaux suivants montrent des exemples de condition de conservation des produits végétaux réfrigérés. On voit que les fruits et légumes sont classés par catégories de températures. Cette liste non exhaustive est tirée d’un ouvrage de l’Institut International du Froid.

Fruit 0 à 4°C
°C Taux d’humidité relatif HR % Durée totale de conservation
Abricot 0 90 2-4 s.
Cerise 0 90-95 1-2 s.
Citron 0 à 4,5 85-90 2-6 m.
Datte fraîche 0 85 1-2 m.
Fraise 0 90-95 1-5 j.
Framboise 0 90-95 1-4 j.
Kiwi 0 90-95 8-14 s.
Noix de coco 0 80-90 1-2 m.
Orange 0 à 4 85-95 3-4 m.
Pêche 0 90 2-4 s.
Poire 0 90-95 2-5 m.
Pomme 0 à 4 90-95 2-6 m.
Prune 0 90-95 2-4 s.
Raisin – 1 à 0 90-95 1-4 m.
Légumes 0 à 4°C
°C Taux d’humidité relatif HR % Durée totale de conservation
Artichaut 0 95 3-4 s.
Carotte 85 1-2 m.
Salade > 95 1-5 j.
Champignon 90-95 1-4 j.
Chou 90-95 8-14 s.
Fruits 4 à 8 °C
°C Taux d’humidité relatif HR % Durée totale de conservation
Mandarine 4 à 6 85-90 4-6 s.
Pastèque 5 à 10 85-90 2-3 s.
Légumes 4 à 8 °C
°C Taux d’humidité relatif HR % Durée totale de conservation
Haricot vert 7 à 8 92-95 1-2 s.
Pdt pour la consommation 4 à 6 90-95 4-8 m.
Pdt pour l’industrie 7 à 10 90-95 2-5 m.
Fruits > 8°C
°C Taux d’humidité relatif HR % Durée totale de conservation
Ananas vert 10 à 13 85-90 2-4 s.
Ananas mûr 7 à 8 90 2-4 s.
Avocat 7 à 12 85-90 1-2 s.
Banane vert 12 à 13 10-20 j.
Banane colorée 13 à 16 5-10 j.
Citron (vert) 10 à 14 1-4 m.
Goyave 8 à 10 90 2-3 s.
Mangue 7 à 12 90 3-7 s.
Melon 7 à 10 85-90 1-12 s.
Pamplemousse 10 85-90 2-3 m.
Légumes > 8 °C
°C Taux d’humidité relatif HR % Durée totale de conservation
Aubergine 7 à 10 7 à 10 10 j.
Concombre 9 à 12 9 à 12 1-2 s.
Cornichon 13 13 5-8 j.
Patate douce 13 à 16 13 à 16 4-7 m.
Poivron 7 à 10 7 à 10 1-3 s.
Potiron 10 à 13 10 à 13 2-5 m.
Tomate verte 12 à 13 12 à 13 1-2 s.
Tomate mûre 8 à 10 8 à 10 1 s.

La conservation des denrées alimentaires passe également par le choix de l’emballage (film plastique transparent, emballage sous vide, …). Il n’empêche que la qualité de l’emballage joue peu sur les consommations énergétiques; ce qui signifie que ce thème ne sera pas développé ici.

Afin d’assurer la qualité optimale des denrées, il est nécessaire de :

  • garantir le nettoyage simple et facile des parois en contact avec elles;
  • d’éviter le stockage en mélange des denrées ayant une incompatibilité entre elles.

Méthodes de conservation par congélation

Lorsqu’on abaisse la température d’une denrée au-dessous de 0°C, l’eau gèle dans une proportion d’autant plus grande que la température est basse (ce qui paraît évident !). Aux alentours de 0°C, 30 à 40 % d’eau « congelable » s’est transformée en glace alors que pour des températures nettement plus basse (-18 à – 20°C), plus de 95 % de cette eau est gelée, représentant de l’ordre de 85 % de la quantité totale de l’eau présente dans la substance. Cette congélation de l’eau entraîne la « stabilisation » de la denrée. Cette méthode de conservation est couramment appelée « froid alimentaire négatif ».

Pour garantir la conservation des propriétés organoleptiques et de la structure physique de la substance, l’idéal est d’effectuer une congélation rapide à la production et de maintenir la chaîne de froid à la température de congélation requise (- 20°C) le plus longtemps possible.

La congélation des aliments est une technique très efficace à la prolongation de la durée de leur commercialisation. Cette durée dépend essentiellement :

  • de la température;
  • de la denrée;
  • du type d’emballage.

Le tableau ci-dessous reprend les durées de conservation de différentes denrées pour différentes températures de congélation :

Fruits Durée pratique de conservation [mois]
– 12°C – 18°C – 24°C
Framboises-fraises (crues) 5 24 > 24
Framboises-fraises (avec sucre) 3 24
Pêche-abricot-Cerise (crues) 4 18
Pêche-abricot-Cerise (avec sucre) 3 18
Jus de fruit concentré 24
Légumes Durée pratique de conservation [mois]
– 12°C – 18°C – 24°C
Asperges (à pointe verte) 3 12 > 24
Haricots verts 4 15
Brocoli 15
Choux de Bruxelles 6 15
Carottes 10 18
Choux-fleurs 4 12
Champignons 2 8
Petit pois 6 24
Poivrons rouges et verts 6 12
Pommes de terre Frites 9 24 > 24
Épinards 4 18 > 24
Oignons 10 15
Poireaux blanchis 18
Viandes et volailles Durée pratique de conservation [mois]
– 12°C – 18°C – 24°C
Bœuf (carcasse non emballée) 8 15 > 24
Bœuf (morceaux, steaks) 8 18 24
Bœuf haché 6 10 15
Veau (carcasse non emballée) 6 12 15
Veau (découpé) 6 12 15
Agneau (carcasse non emballée) 18 24 > 24
Agneau (découpé) 12 18 24
Porc (carcasse non emballée) 6 10 15
Porc (découpé) 6 10 15
Lard-maigre-bacon (tranches sous vide) 12 12 12
Poulet (entier) 9 18 > 24
Poulet (découpé) 9 18 > 24
Dinde (entière) 8 15 > 24
Canards, oie (entiers) 6 12 > 18
foie 4 12 18
Produits de la mer Durée pratique de conservation [mois]
– 12°C – 18°C – 24°C
Poisson gras 3 5 > 9
Poisson maigre 4 9 > 12
Homard (Pans leur carapace, cuit) 4 6 > 12
Crabe (dans leur carapace, cuit) 4 6 > 12
Crevettes (dans leur carapace, cuites) 4 6 > 12
Crevettes (décortiquées, cuites) 2 5 > 9
Divers Durée pratique de conservation [mois]
– 12°C – 18°C – 24°C
Pulpe d’œuf 12 > 24
Beurre (suivant le type) 8 à 20 12 à > 24 14 à > 24
Crème 12 15
Crème glacée 1 6 24
Gâteaux 15 24
Pains 3
Pâtes crues 12 18

L’opération de congélation ralentit de manière inégale l’évolution des caractéristiques hygiéniques, chimiques et organoleptiques d’un aliment. Par exemple :

  • les levures ont leur activité arrêtée à – 18°C;
  • les germes microbiens ne se multiplient pas sous les – 12°C;

Il est malheureusement évident que les germes microbiens ne sont pas tués pour autant (l’aliment congelé est non stérile). De plus, quand un produit congelé est dégelé, sa sensibilité au « réveil » et à la prolifération des germes microbiens ou de moisissures est accentuée par rapport à un produit frais; ce qui implique un renforcement de l’hygiène de la chaîne de froid négatif.

L’expérience montre que pour garantir l’hygiène des denrées par la congélation, il est donc nécessaire de tenir compte :

  • des réactions biochimiques (l’oxydation par exemple) qui se traduisent souvent par une modification perceptible de la saveur et de la couleur (une viande grasse prend à la longue un goût rance, les légumes verts deviennent et acquièrent une saveur de foin). Pour réduire l’effet de ces agents, on traite les aliments avant congélation (certains légumes verts sont « blanchis », des antioxydants sont utilisés, …). Les aliments peuvent aussi être protégés de l’oxydation par un emballage étanche à l’air, aux liquides et à la vapeur d’eau;
  • de la durée de congélation;
  • de la température et de sa fluctuation autour d’une valeur moyenne. En effet, les fluctuations de températures risquent de développer du givre à l’intérieur de l’emballage, ce qui accélère la dégradation du contenu.

Méthodes de conservation par surgélation

Les denrées surgelées sont des denrées congelées destinées à la vente directe aux consommateurs. Cette méthode ne se différencie pas vraiment de celle de la congélation si ce n’est que la qualité de la mise en œuvre, de l’emballage, du transport, de l’entreposage, de la distribution et de la vente est renforcée. Les conditions de température de surgélation, les durées de séjour en chambre froide, …, sont plus strictes.


Réglementation

Quel que soit le type de surface commerciale, la chaîne de froid doit obéir à des réglementations et/ou des recommandations. Seules les étapes intermédiaires sont différentes suivant que ce commerce intègre ou pas une unité de production ou de transformation des denrées alimentaires. Le tableau suivant montre à quel niveau la chaîne de froid doit être présente et respectée :

Type de commerce Étapes intermédiaires
Réception des marchandises Stockage Fabrication ou transformation Distribution
Boucherie Camion frigo. Chambre frigorifique. Atelier. Comptoir.
Fromager Camion frigo. Chambre frigorifique. x Comptoir.
Glacier Camion frigo. Chambre frigorifique. Atelier. Comptoir.

Pour ces différentes étapes, la chaîne de froid ne doit pas être interrompue.

Différents guides de bonnes pratiques, recommandations et règlements sont disponibles en la matière :

Type de document titre Référence et date de parution
Règlement Règlement du Parlement européen et Conseil relatif à l’hygiène des denrées alimentaires. CE n°852/2004
Règlement Règlement du Parlement européen et Conseil fixant des règles spécifiques d’hygiène applicables aux denrées alimentaires d’origine animale. CE n°853/2004
Arrêté Royal AR relatif à l’hygiène des denrées alimentaires. AR 57470 paru au moniteur belge du 22.12.2005
Arrêté Royal AR relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale. AR 57449 paru au moniteur belge du 22.12.2005
Guides de bonne pratique HACCP pour PME et artisans dans le secteur produits laitier. 1999
HACCP pour PME et artisans dans le secteur viandes et poissons. 1999
HACCP pour PME et artisans dans le secteur autres que les viandes, poissons et produits laitiers. 1999

Règlement du Parlement européen et Conseil relatif à l’hygiène des denrées alimentaires (CE n°852/2004)

Ce règlement met l’accent sur la définition des objectifs à atteindre en matière de sûreté alimentaire, laissant aux exploitants du secteur alimentaire la responsabilité d’adopter les mesures de sécurité à mettre en œuvre afin de garantir l’innocuité des aliments.

Le règlement vise à assurer l’hygiène des denrées alimentaires à toutes les étapes du processus de production, depuis la production primaire jusqu’à la vente au consommateur final. Il ne couvre pas les questions relatives à la nutrition, ni celles concernant la composition et la qualité des denrées alimentaires.

Ce règlement s’applique aux entreprises du secteur alimentaire et non à la production primaire et à la préparation domestique de denrées alimentaires aux fins de l’utilisation privée.

Tous les exploitants du secteur alimentaire veillent à ce que toutes les étapes dont ils sont responsables, depuis la production primaire jusqu’à la vente ou la mise à disposition des denrées alimentaires au consommateur final, soient effectuées de manière hygiénique, conformément aux dispositions du présent règlement.

Les exploitants du secteur alimentaire exerçant des activités de production primaire et certaines activités connexes doivent se conformer aux dispositions générales d’hygiène de la partie A de l’annexe I. Des dérogations peuvent être accordées en ce qui concerne les petites exploitations, tant que cela ne compromet pas les objectifs du règlement.

(Extrait du résumé du règlement européen réalisé par l’Agence Alimentaire : ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://www.favv-afsca.fgov.be)

Arrêté Royal du 12 décembre 2005 relatif à l’hygiène alimentaire

En gros, l’Arrêté Royal relatif à l’hygiène alimentaire se calque sur la Réglementation européenne ouverture d'une nouvelle fenêtre ! (CE n°852/2004) . L’AR, tout comme la réglementation européenne, ne précise pas les températures de conservation des denrées alimentaires. Il se veut simplement généraliste.

Règlement du Parlement européen et Conseil fixant des règles spécifiques d’hygiène applicables aux denrées alimentaires d’origine animale (CE n°853/2004)

Les denrées alimentaires d’origine animale peuvent présenter des dangers microbiologiques et chimiques. De tels risques nécessitent l’adoption de règles spécifiques d’hygiène qui permettent de contribuer à la réalisation du marché intérieur et d’assurer un niveau élevé de protection de la santé publique. Ces règles viennent en complément de celles fixées par le règlement (CE) n° 852/2004 sur l’hygiène des denrées alimentaires, qui concerne, notamment, l’agrément des exploitants.

Les dispositions de ce règlement s’appliquent aux produits d’origine animale, transformés et non transformés, mais ne concernent pas les denrées composées en partie de produits d’origine végétale. Sauf indication contraire, ces dispositions ne s’appliquent pas non plus au commerce de détail, ni à la production primaire destinée à la consommation privée, pour lesquelles les dispositions du règlement précité sur l’hygiène des denrées alimentaires sont suffisantes.

Ce règlement concerne entre autres :

  • les agréments;
  • le marquage de salubrité et d’identification;
  • les importations en provenance de pays tiers;
  • les informations sur la chaîne alimentaire.
(Extrait du résumé du règlement européen réalisé par l’Agence Alimentaire :ouverture d'une nouvelle fenêtre !  http://www.favv-afsca.fgov.be).

Dans ce règlement, des températures de conservation des viandes et des poissons sont précisées.

Arrêté Royal relatif à l’hygiène alimentaire d’origine animale

En gros, l’AR relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale se calque aussi sur la Réglementation européenne (CE n°853/2004 ).


Recommandation

Les réglementations en matière d’hygiène alimentaire ne précisent que très peu les températures de conservation à respecter durant toute la chaîne alimentaire froide. Aussi, la plupart se réfèrent au code de bonne pratique HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point). Les Guides HACCP pour les « PME et les artisans » représentent une source importante d’informations concernant les températures réglementées en fonction du type de denrée.

Températures réglementées

Les tableaux suivants reprennent les températures :

  • de stockage ou de maintien;
  • de transport;
  • des locaux de fabrication.

Ces températures sont prises pour la plupart au cœur de la denrée et représentent des valeurs maximales admissibles.

œufs et produits d’œufs

AR du 7 février 1997 relatif à l’hygiène générale des denrées alimentaire.
Produit Température de stockage ou de maintien
Contenu des œufs après cassage
Conservation réfrigérée (pendant maximum 48 heures) + 4°C
Conservation congelé – 12°C
Conservation surgelé – 18°C
AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce des denrées alimentaires à réfrigérer.
Produits d’œufs liquides, dont la teneur en sucre est inférieure à 50 % et dont la teneur en sel de cuisine est inférieure à 15 % < + 7°C
œufs cuits pelés, conservés dans un liquide

Produits laitiers

AR du 28 octobre 1976 relatif aux glaces de consommation, aux mélanges et aux préparations de base pour glace de consommation.
Produit Température de stockage ou de maintien
Glace congelée < – 5°C
AR du 18 mars 1980 relatif au yaourt et autres laits fermentés.
Laits fermentés, yaourt, laits fermentés traités thermiquement, sauf si ceux-ci sont conditionnés de façon aseptique dans des emballages hérétiques max. + 7°C
AR du 15 décembre 1994 relatif à la production et à la mise sur le marché du lait de consommation et des produits à base de lait.
Stockage du lait cru en attente d’un traitement thermique, sauf si le lait cru est traité dans les 4 heures qui suivent sa réception < + 6°C
Stockage du lait pasteurisé + 6°C
AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce des denrées alimentaires à réfrigérer.
Lait pasteurisé < + 7°C
Crème fraîche ou pasteurisée
Lait battu (babeurre), frais ou pasteurisé à l’exception de ces produits ayant subi un traitement U.H.T.
Yaourts et laits fermentés autres que ceux traités thermiquement et rempli aseptiquement
Fromage frais

Toutes denrées alimentaires

AR du 4 février 1980 relatif à la mise dans le commerce des denrées alimentaires à réfrigérer.
Viande, volaille, gibier et poisson préparé < + 7°C
préparations de viande, Volaille, gibier et poisson à l’exclusion des denrées séchées
Salade de viande, de volaille, de gibier, de poisson, de mollusques et crustacés
Salade de pommes de terre et autres légumes, de tomates
Croquette de viande, de volaille, de gibier, de mollusques et crustacés
Croquette de pomme de terre et autres légumes
Croquette de fromage
Plats et mets d’une ou de plusieurs des denrées susmentionnées
Produits de pâtisserie contenant soit de la crème ou des succédanés de la crème, soit une crème préparée à base d’autres produits
Les denrées alimentaires qui portent une mention qui fait apparaître qu’elles doivent être tenues au frais (cette mention n’est pas applicable s’il existe une indication d’une température qui est supérieure à +10°C
AR du 5 décembre 1980 relatifs aux produits surgelés.
Produits surgelés à cœur (de brèves fluctuations vers le haut de 3°C maximum sont autorisées dans les meubles de vente < – 18°C

Poissons ou assimilés et autres denrées animales

AR du 30 avril 1976 relatif à l’expertise et au commerce du poisson.
Conditions applicables à tous types d’établissements
Produits Température de stockage ou de maintien
Poissons frais réfrigérés Dans la glace ou à température. < + 4°C
Moules et huîtres < + 10°C
Poisson congelé < – 2°C
Poisson surgelé < – 18°C
Poisson fumé < + 4°C
Produits de la pêche frais ou décongelés, ainsi que les Produits de crustacés et de mollusques cuits et réfrigérés Température de la glace fondante
Les produits de la pêche congelés, à l’exception des poissons congelés en saumure et destinés à la fabrication de conserves, doivent être maintenus à une température stable en tout les points du produit < – 18°C
Les produits transformés doivent être maintenus aux températures spécifiées par le fabricant
AR du 10 novembre 2005 relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale.
Produits de la pêche transformés < + 4°C
Produits transformés de parties comestibles de mammifères marins et de reptiles aquatiques (non applicable aux produits pouvant être conservés à température ambiante)
Produits transformés d’escargots, de cuisse de grenouille
Produit de la pêche, les parties comestibles des mammifères marins et reptiles aquatiques surgelés < – 18°C
Escargots et cuisses de grenouilles surgelés
Produits de la pêche transformés pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage < t° indiquée
Produits transformés de partie comestible de mammifères marins et de reptiles aquatiques pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage
Produits transformés d’escargots, de cuisses de grenouilles pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage
Produits de la pêche frais entiers ou préparés, les parties comestibles fraîches des mammifères marins et reptiles aquatiques ainsi que les produits de crustacés et de mollusques cuits et réfrigérés < + 4°C
Escargots frais et cuisses de grenouilles fraîches
Mollusques bivalves vivants, échinodermes vivants, tuniciers vivants et gastéropodes vivants < + 7°c
Les produits de la pêche conservés vivants doivent être maintenus dans des viviers < + 4 à + 7°C

Viandes

AR du 10 novembre 2005 relatif au commerce de détail de certaines denrées alimentaires d’origine animale.
Viandes fraîches d’ongulées domestiques, de gibier d’élevage ongulé et de gros gibier sauvage < + 7°C
Abats frais, viandes fraîches de volailles, de ratites d’élevage, de lagomorphes et de petit gibier sauvage, viandes hachées, préparation de viande < + 4°C
Produits transformés de parties comestibles de mammifères marins et de reptiles aquatiques (non applicable aux produits pouvant être conservés à température ambiante)
Viandes surgelées < – 18°C
Produits à base de viande (à l’exception de ceux qui peuvent être conservés à température ambiante < t° indiquée
Produits à base de viande, autres issues traitées d’origine animale pour lesquels le fabricant a mentionné une température spécifique sur l’emballage

Comment évaluer sa situation

L’évaluation de la qualité de la chaîne de froid au niveau de la distribution des denrées alimentaires passe principalement par le respect et le contrôle :

  • des températures de conservation et des fluctuations autour de la valeur moyenne de ces températures;
  • des durées de conservation;
  • de la qualité des emballages;

Les Arrêtés Royaux suivants précisent la méthode de relevé des températures, le matériel nécessaire et le moyen de l’étalonner :

Mesure de la température d’ambiance

Pour assurer une qualité optimale des aliments en tenant compte des critères énergétiques au sein de la chaîne de froid, on se concentrera essentiellement sur le respect des températures.

Un thermomètre précis à + 1°C doit pouvoir être lu avec précision et facilité, car il constitue l’instrument de référence utilisé pour la mesure de la température préférentiellement au thermomètre enregistreur.

Sonde de contrôle et d’alarme de température.

Plusieurs méthodes de surveillance existent :

  • surveillance visuelle avec enregistrement manuel;
  • enregistrement en continu, avec la possibilité d’impression d’un relevé de températures par heure, par journée, par semaines, … Afin d’éviter la rupture de la chaîne de froid, il est nécessaire (selon le HACCP) de mettre au point en interne un système de prévention contrôlant l’évolution des températures heures par heures, …;
  • enregistrement en continu avec seuil d’alarme de température quand il y a rupture de la chaîne du froid. C’est naturellement la méthode la plus appropriée pour garantir le respect de la chaîne de froid.

Les températures affichées (affichage digital ou à cadran, …) doivent refléter la température ambiante de la chambre froide, du comptoir, du meuble frigo, … Des écarts de température entre la température affichée et la température réelle sont souvent remarqués par le simple fait que le thermomètre n’est pas idéalement placé au sein de la chambre froide, du meuble frigo, du frigo-bar, … Il est donc nécessaire de vérifier la concordance entre les deux températures au moyen de thermomètres étalonnés placés à différents endroits dans l’ambiance.

En ce qui concerne les produits surgelés, le contrôle de la température est régi par une réglementation mentionnant notamment les prescriptions pour le stockage, le transport l’étalonnage des thermomètres, … etc.

Obtenir une aide pour le secteur public

Obtenir une aide pour le secteur public


Pour les infrastructures sportives

Principe de la subvention

Renouveler l’éclairage d’une salle de sports, comme remplacer sa vieille chaudière, c’est réaliser un aménagement des infrastructures sportives.

À ce titre, il est possible d’obtenir une aide de la Région wallonne, Direction des Infrastructures Sportives.

Il est prévu deux possibilités d’intervention financière (voir « Décret relatif aux subventions octroyées à certains investissements en matière d’infrastructures sportives » du 25/02/99, paru au moniteur du 18/03/99, modifié en dernier par le décret du 17/12/2015 en vigueur au 1/1/2016) :

  • Pour les « petits travaux », d’un coup global inférieur à 1 500 000 € HTVA, le subside se monte à 75  % (voire 85 % pour certains projets communaux d’animation de quartier accessibles à tous). La démarche est rapide et accessible aux pouvoirs locaux et aux groupements sportifs.
  • Pour les « gros travaux », d’un coup global situé entre 1 500 001 et 1 875 000 € HTVA,  un subside de 60 % est accordé et la démarche est réservée aux Pouvoirs Locaux (communes, provinces, Intercommunales, régies autonomes)

À noter que désormais les sociétés de logements de service public sont également éligibles.

On peut imaginer que les rénovations énergétiques entrent dans la première catégorie.

Sont subsidiables : les matériaux mis en œuvre par vos soins, mais aussi la réalisation de travaux par des entreprises spécialisées.

À noter que pour les communes, provinces, … disposant de bâtiments sportifs, rien n’empêche a priori de cumuler cette subvention avec UREBA, la subvention pour projets économiseurs d’énergie.

Modalités

Un dossier devra être introduit en double exemplaire auprès d’Infrasports. Il comportera notamment :

  • une présentation du projet, des installations existantes et des utilisateurs, adressée au Ministre chargé des Insfrastructures Sportives,
  • le programme des constructions,
  • un plan coté,
  • pour les groupements sportifs, une preuve de jouissance du bien durant 20 ans à dater de l’introduction de la demande (ou une copie du titre de propriété),
  • l’estimation des coûts,
  • un plan d’implantation dans la commune,
  • un permis de bâtir le cas échéant,
  • pour les groupements sportifs, les statuts de l’association, l’approbation du Conseil Communal et des attestations diverses.

Les documents complets ainsi que les personnes de contact nécessaires pour la bonne constitution de ce dossier peuvent être obtenus auprès d’Infrasports.


Pour l’éclairage public

Programme TRIENNAL

Les investissements d’installation, de déplacement et de renouvellement d’éclairage public, à l’exception du renouvellement d’appareils d’éclairage visés par le décret du 9.12.1993 relatif aux aides et interventions de la Région wallonne pour la promotion de l’URE, des économies d’énergie et des énergies renouvelables, et par ses arrêtés d’exécution, sont subventionnés par l’arrêté du Gouvernement wallon du 07.05.1998 paru au Moniteur belge le 13.06.1998 et entré en vigueur le 23.06.1998. Il porte exécution du décret du 01.12.1988 relatif aux subventions octroyées par la Région wallonne à certains investissements d’intérêt public. Le taux de subvention est de 60% et peut s’élever à 75% lorsque l’investissement a pour objectif la sécurité et la convivialité de la voirie publique contribuant à la fois à la limitation de la vitesse des véhicules à moteur et à l’amélioration du cadre de vie.

Dossiers traités par la Direction Générale des Pouvoirs Locaux.

EPURE

À l’intention des villes, communes et provinces de la région, il existe un programme de subsidiation de la rénovation de l’éclairage public. Ce programme porte le nom de EPURE.

Les investissements de remplacement de l’éclairage public existant, destinés à réaliser des économies d’énergie, sont subventionnés par l’arrêté du Gouvernement wallon du 01.04.1999 paru au Moniteur belge le 13.05.1999. Ce dernier a été modifié par l’arrêté du Gouvernement Wallon du 25 avril 2002 paru au Moniteur belge le 28 mai 2002.

Le montant de la subvention, qui est plafonné à cent pour cent du montant total des travaux et études, est calculé en fonction des économies d’énergie d’après le tableau suivant :

ÉCONOMIES SUBVENTION EN EURO PAR APPAREIL
< /= 100 W > 100 W
0% – 9% 0 0
10% – 19% 119 139
20% – 24% 238 278
25% – 29% 300 350
30% – 39% 312,5 364,5
40% – 49% 342,5 399,5
50% et + 372 434

Dossiers traités par la Direction générale opérationnelle – Aménagement du territoire, Logement, Patrimoine et Énergie.

Formulaire T1
Le Formulaire T1 () peut être téléchargé à l’adresse suivante :
ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://energie.wallonie.be (taper EPURE dans l’outil de recherche).

Contact

DGO4 – Aménagement du territoire, Logement, Patrimoine, Energie
Avenue Prince de Liège, 7 – 5100 Jambes.
Mr Michel MARCHETTI
Tél : 081 33 56 46
Fax : 081 30 66 00
Courriel : michel.marchetti@spw.wallonie.be

Obtenir d’autres aides

Obtenir d'autres aides


Les primes Énergie – généralités

Sur le site ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://energie.wallonie.be sont recensées toutes les aides et primes selon la qualité du demandeur. La Division de l’énergie instruit les demandes, les contacts avec les demandeurs et bien sûr assure la mise en liquidation des montants octroyés. À ce jour, les catégories sont :

  • Particuliers
  • Entreprises, indépendants, artisans, secteur non marchand
  • Pouvoirs publics

Toutes les autres subventions

Il existe une banque de données de toutes les aides provinciales, régionales, fédérales, européennes, … : c’est la base de données MIDAS.

Elle est disponible, sur Internet à l’adresse : ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://www.aides-entreprises.be/

Obtenir une aide pour les entreprises

Obtenir une aide pour les entreprises


L’aide aux entreprises et aux organismes représentatifs d’entreprises : programme AMURE

Les subventions AMURE sont destinées à soutenir certains organismes qui veulent réduire la consommation énergétique de leurs bâtiments. Plusieurs démarches destinées à améliorer la performance énergétique de ces bâtiments peuvent être subsidiées.

Pour plus d’informations, consultez le site portail Énergie de la Région Wallonne : ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://energie.wallonie.be. On y trouvera le formulaire de demande de subsides ainsi que les explications détaillées.

Les primes à la consultance

Bénéficiaires

PME de moins de 100 personnes n’exerçant pas leur activité dans un des secteurs suivants :

  • Banques, institutions financières, assurances et immobilier, enseignement et formation, soins de santé, sports, loisirs et culture, sauf tourisme,
  • Production et distribution d’énergie et d’eau, sauf production d’énergies renouvelables,
  • Professions libérales.

Activités soutenues

Réalisation d’études dans les domaines suivants : gestion financière, gestion commerciale, politique industrielle, gestion de la qualité des produits, gestion environnementale et du développement durable, organisation et management, informatique, transmission d’entreprise.

Montant de l’aide

  • Prise en charge des honoraires du consultant à concurrence de 50 % (aussi bien pour le diagnostic général que pour la mission spécialisée).
  • Honoraires pris en considération limités à 620 € par jour HTVA.
  • Montant maximal de l’aide : 12 500 € HTVA.
  • TVA et frais de déplacement à charge de l’entreprise.

Critères d’éligibilité

  • Consultants agréés par la Région wallonne,
  • Pré-étude préalable et concertation avec la Région wallonne afin de déterminer la portée et la durée de la mission.

Réglementation

Décret du 11 mars 2004 relatif aux incitants régionaux en faveur des PME.
Arrêté du Gouvernement Wallon du 6 mai 2004 Section 4 (dernières modifications apportées en janvier 2016) portant exécution du décret du 11 mars 2004 relatif aux incitants régionaux en faveur des PME.

Contact

DGO6 – Économie, Emploi, Recherche
Place de la Wallonie, 1
5100 Namur (Jambes)
Tél. : 081/33 37 00
Site web : www.emploi.wallonie.be


La déduction fiscale pour l’investissement économiseur d’énergie

Bénéficiaire

Les bénéfices des entreprises industrielles, commerciales ou agricoles et les profits des titulaires de professions libérales, charges, offices ou autres occupations lucratives peuvent être exonérés.

Montant de l’aide

Immunisation d’une quotité des bénéfices à concurrence de 13.5 %.

L’avantage est octroyé par le Ministère des Finances; la Région délivre une attestation garantissant que les investissements réalisés font bien partie de la liste.

Critères d’éligibilité

Les immobilisations sont affectées en Belgique à l’exercice de l’activité professionnelle.

Les investissements doivent faire partie de la liste des 12 catégories d’investissements éligibles figurant à l’annexe I du formulaire de demande :

  1. limitation des déperditions d’énergie dans les bâtiments existants ou dans les serres existantes;
  2. limitation des pertes d’énergie par l’isolation d’appareils, conduites, vannes et gaines de transport en usage ou par le recouvrement des bains de liquide chaud ou froid en usage;
  3. limitation des pertes d’énergie dans les fours existants;
  4. limitation des pertes par ventilation dans les bâtiments existants;
  5. récupération de chaleur résiduelle;
  6. utilisation de l’énergie de détente libérée par des processus de production existants ou par la détente de fluides comprimés pour leur transport;
  7. appareils de production combinée de forme et de chaleur;
  8. appareils de combustion, de chauffage, de climatisation et d’éclairage;
  9. procédés industriels de production;
  10. production et utilisation d’énergie par conversion chimique, thermochimique ou biochimique de la biomasse et des déchets;
  11. production d’énergie à partir des sources d’énergie renouvelables;
  12. transport par chemin de fer ou par navigation.

Réglementation

  • Code des Impôts sur les Revenus 1992 (article 69) ;
  • A.R. du 27 août 1993, d’exécution du Code des Impôts sur les Revenus, Chapitre I, Section XVI.

Procédure

Le contribuable adresse à l’administration régionale de l’énergie une demande d’attestation au moyen du formulaire CEB-2 complété. Suite à l’examen du dossier, la Région délivre une attestation que le contribuable introduira auprès du Ministère des finances. La demande de déductions fiscales doit être introduite avant la fin de la période de 3 mois suivant la clôture de l’exercice fiscal au cours duquel l’investissement a été réalisé.

Contact

Informations sur le site portail de la R.W. : energie.wallonie.be

Les subventions pour la recherche industrielle de base

Bénéficiaire

Les PME et les grandes entreprises, généralement en association avec des centres de recherche ou équipes universitaires ou de niveau universitaire.

Activités soutenues

Acquisition de connaissances scientifiques et techniques qui sont susceptibles d’applications industrielles exploitées en Wallonie.
Les dépenses admissibles sont :

  • Les dépenses de personnel relatives aux chercheurs, techniciens et autre personnel d’appui, dans la mesure où ils sont affectés à la réalisation du projet ;
  • Les coûts des instruments et du matériel. Dans la mesure où, et aussi longtemps qu’ils sont utilisés pour la réalisation du projet (si ceux-ci ne sont pas utilisés pendant toute leur durée de vie pour la réalisation du projet, seuls les coûts d’amortissement correspondant à la durée de vie du projet -calculés selon les bonnes pratiques comptables- sont alors admissibles) ;
  • Les coûts de la recherche contractuelle, des connaissances techniques et des brevets acquis en faisant l’objet de licences auprès de sources extérieures, au prix du marché, ainsi que les coûts des services de consultants et de services équivalents utilisés pour la réalisation du projet ;
  • Les frais généraux additionnels supportés directement du fait de la réalisation du projet ;
  • Les autres frais d’exploitation, notamment les coûts des matériaux, fournitures et produits similaires, supportés directement du fait de la réalisation du projet.

Montant de l’aide

La subvention varie de 50 à 80 % du coût du projet en fonction du type d’entreprise.

Critères d’éligibilité

Les critères d’évaluation de la demande sont les suivants:

  • Le caractère innovant du projet et notamment sa contribution au progrès scientifique en terme d’acquisition de connaissances nouvelles;
  • La qualité du projet, sa faisabilité technique et sa pertinence par rapport aux besoins technico-économiques de la Région.
  • Votre entreprise doit être capable de valoriser du point de vue économique et de l’emploi les résultats attendus du projet: retombées économiques, existence d’un marché lucratif et capacité à pénétrer ce marché, perspectives d’exploitation et incidences des droits intellectuels de projets concurrents.
  • L’impact sur l’environnement ne peut être négatif;
  • Votre entreprise doit être à même de faire face aux besoins financiers actuels et prévisibles du projet ou avoir la possibilité de trouver les financements complémentaires correspondants à ces besoins;
  • Le projet doit comporter un degré de risque évident (coût du projet par rapport au chiffre d’affaires de l’entreprise, temps de mise au point du nouveau produit ou procédé, bénéfices escomptés par rapport au coût du projet).
  • L’effet incitatif de l’aide.

Réglementation

Décret du 3 juillet 2008 relatif au soutien de la recherche, du développement et de l’innovation en Wallonie (articles 15 à 20)

Contact

energie.wallonie.be


L’avance récupérable pour la recherche appliquée, le développement et la démonstration

Bénéficiaire

Les PME et les grandes entreprises, généralement en association avec des centres de recherche ou équipes universitaires ou de niveau universitaire.

Activités soutenues

Mise au point de produits, procédés ou services nouveaux susceptibles de déboucher sur une activité rentable de production en Région wallonne, dans un délai de l’ordre de cinq ans.

Montant de l’aide

  • Petites entreprises : avance récupérable de 75 % du coût du projet.
  • Moyennes entreprises : avance récupérable de 65 % du coût du projet.
  • Grandes entreprises : avance récupérable de 55 % du coût du projet.

Critères d’éligibilité

Le produit, procédé ou service innovant doit avoir un marché accessible pour l’entreprise et une rentabilité suffisante.

L’entreprise doit être saine sur le plan financier et avoir la possibilité de trouver des financements correspondant aux besoins actuels et prévisibles du projet.

Compétence et motivation de l’équipe chargée du projet et de son réseau commercial.

Réglementation

Décret du 3 juillet 2008 relatif au soutien de la recherche, du développement et de l’innovation en Wallonie (articles 21 à 31).

Contact

Informations sur le site portail de la R.W. : energie.wallonie.be


Horizon 2020 Energy Efficiency : le programme cadre de l’UE pour la recherche et l’innovation

Bénéficiaire

Un consortium composé d’au moins trois entités juridiques (projets de recherche courants) ou toute entité juridique (autres programmes).

Activités soutenues

Les sujets de recherche et d’innovation de la thématique efficacité énergétique proposés par la Commission européenne varient d’un appel à l’autre. Les principaux thèmes soutenus concernent :

  • Les consommateurs : engager et sensibiliser les consommateurs, comprendre le comportement des occupants, favoriser les solutions connectées et informatiques, etc ;
  • Les bâtiments : réduire les coûts de rénovation énergétique, atteindre l’objectif NZEB, enlever les barrières dues aux marchés, favoriser l’harmonisation du calcul des performances énergétiques, travailler avec les réseaux énergétiques et leur gestion, etc ;
  • Les autorités publiques : montrer l’exemple en matière d’efficacité énergétique, développer des politiques en énergie durable ambitieuses, etc ;
  • Les industries, produits et services : augmenter l’efficacité énergétique de l’entièreté du processus de production, réutiliser les déchets industriels, etc ;
  • Le chauffage et le refroidissement : modérer la demande, accroitre l’efficacité énergétique, maximiser l’utilisation des énergies renouvelables, réduire les coûts, etc ;
  • Une finance pour une énergie durable : développer des mécanismes financiers innovants en faveur des économies d’énergie, accélérer le développement du marché, etc.

Montant de l’aide

  • Actions de recherche et d’innovation : jusqu’à 100 %  des coûts admissibles pour les organismes à but non-lucratif, généralement 70 % pour les autres.
  • Coûts indirects admissibles : 25 % des coûts directs admissibles.

Critères d’éligibilité

En général, le projet doit être présenté par un consortium groupant au moins 3 participants de 3 États Membres ou États associés différents, dont 2 au moins proviennent d’États Membres ou d’États associés. Différents nombres minimum de participants peuvent être spécifiés dans les appels à propositions.

Le projet doit être introduit dans le cadre d’un appel à propositions et doit être évalué positivement par les experts de la Commission européenne.

Réglementation

RÈGLEMENT (UE) N°1291/2013 DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL du 11 décembre 2013
portant établissement du programme-cadre pour la recherche et l’innovation « Horizon 2020 » (2014-2020) et abrogeant la décision n°1982/2006/CE.

Contacts

UNION WALLONNE DES ENTREPRISES
Elle assume la mission de Point de Contact National, en vue d’aider les partenaires belges à déposer des propositions de projets.

Website: http://www.ncpwallonie.be