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Mettre en place un stockage d’énergie frigorifique [Climatisation – concevoir]

Choix entre les différentes technologies

L’objectif est de fabriquer et de stocker l’énergie frigorifique avant son utilisation, par exemple la nuit.

Deux types de technologie existent sur le marché :

soit des réservoirs d’eau très froide, sortes d’énormes ballons « tampon », qui sont des réservoirs à « chaleur sensible« .
Le bac constitue une réserve d’eau à 5°C, un tampon mis en série dans l’installation. On pourra en disposer facilement au moment de la pointe. Mais la capacité de stockage est faible… L’objectif est seulement de délester le groupe frigorifique durant quelques minutes sur le quart-d’heure critique.
soit des réservoirs de glace, sous forme de barres de glace ou sous forme de nodules, qui sont des réservoirs à « chaleur latente« .

L’installation (et sa régulation) est plus coûteuse mais nettement plus efficace ! Il est possible de stocker 80 fois plus d’énergie dans un litre d’eau qui gèle que dans un litre d’eau que l’on refroidit d’1 degré ! Le projet est alors véritablement de diminuer l’équipement frigorifique (au lieu de deux machines de 300 kW, c’est une machine de 300 kW et un stockage de glace qui est installé) et de réaliser un écrêtage de la puissance électrique durant plusieurs heures.

Avantages et inconvénients

Avantages

Le kWh frigorifique produit la nuit et/ou en dehors des heures de pointe revient nettement moins cher.
Si la réserve est utilisée au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment, les compresseurs peuvent être délestés, ce qui permet de réelles économies financières sur le coût de la pointe.
Nouvelles installations : diminution de la puissance frigorifique installée, par étalement de la charge dans le temps, et donc diminution de l’investissement initial en machines frigorifiques et équipements annexes.
Installations existantes : augmentation de la charge frigorifique sans augmentation de la puissance électrique installée (c’est intéressant pour des bâtiments en rénovation dont on souhaite augmenter l’équipement bureautique, sans devoir augmenter la puissance du transformateur).
Diminution de l’encombrement des tours de refroidissement en toiture.
Augmentation de la durée de fonctionnement des compresseurs (à la limite, fonctionnement 24h/24), ce qui améliore leur rendement moyen.
Possibilité d’un secours partiel (quelques heures seulement…) en cas de panne de la machine frigorifique ou d’interruption de la fourniture d’énergie électrique, seules les pompes étant alimentées par le groupe de secours. C’est une sécurité parfois recherchée pour les salles informatiques.

Pour les grands bâtiments, le réservoir d’eau obligatoire pour la protection incendie peut parfois être utilisé comme bâche d’eau glacée.

Inconvénients

Aucun gain sur le bilan énergétique thermique ! Même plutôt quelques pertes de frigories durant le stockage … C’est essentiellement une opération tarifaire, financière et non énergétique.
Lorsque la machine frigorifique « fait de la glace », la température à l’évaporation descend. Elle travaille avec un moins bon rendement que lors du régime normal de préparation de l’eau glacée ! Ceci est partiellement contrebalancé par le fait que la température de condensation va également pouvoir diminuer, suite aux températures plus fraîches de la nuit.
La puissance de la machine frigorifique descend à 60 % … 70 % de sa valeur nominale lorsqu’elle prépare de l’eau glacée.

Par exemple, voici l’évolution pour une machine particulière : la puissance lors de la charge de nuit est donc réduite à 324 kW / 458 kW = 71 % de la valeur nominale.

L’installation est plus complexe et nécessitera une régulation pour la gestion des cycles charge-décharge.
Le stockage thermique est volumineux et sera donc généralement limité à une part de la consommation journalière.

La démarche à suivre

Le choix de la mise en place d’un stockage de froid nécessite d’analyser correctement le profil de consommation du circuit froid.

Fixer les objectifs du stockage

De multiples combinaisons entre capacité de stockage, puissance de déstockage et puissance frigorifique sont possibles.

Il est donc utile de préciser les objectifs visés par le stockage : diminution de la pointe quart-horaire ? diminution de la puissance frigorifique installée ? réduction de l’encombrement des condenseurs/tours de refroidissement en toiture ? réserve stratégique de froid en cas de rupture de la machine frigorifique ?…

On distingue de multiples stratégies d’utilisation.

Par exemple :
Un stockage total de la charge frigorifique durant la nuit :

Un stockage partiel pour limiter la pointe frigorifique :

Un stockage partiel avec une utilisation spécifique à la gestion de la pointe quart horaire :

Seul un bilan financier global (coût d’investissement initial et coût d’exploitation associé) de chaque configuration peut permettre de sélectionner la combinaison optimale.

Vérifier l’encombrement

Les réservoirs de stockage sont parfois adoptés parce qu’ils permettent une diminution de l’encombrement des tours de refroidissement en toiture.

Par contre, ils nécessitent de la place à l’intérieur du bâtiment… Dans certains cas, le stockage est enterré dans le sol, devant le bâtiment ou sous celui-ci.

On tiendra compte également du poids supplémentaire sur la structure du bâtiment, ainsi que des pressions d’eau atteintes suivant la configuration du réseau.

Établir le profil des charges

Au contraire des systèmes de refroidissement classiques où il suffit de connaître la puissance de refroidissement maximale pour pouvoir faire son choix, l’accumulation de glace exige un profil de charge.

Il s’agit d’une présentation graphique (ou sous forme de tableau) de la charge de froid demandée en fonction du temps, et ce pour la journée de l’année où la charge de refroidissement est la plus importante (journée de référence, celle servant de base à la conception).

Le profil de charges est, en général, sous forme d’une courbe en cloche, dont la surface représente de 60 à 80 % de la surface du rectangle dans lequel la courbe s’inscrit. Ce pourcentage est appelé « facteur de simultanéité ». Plus ce facteur est bas, plus le rendement de l’installation sera défavorable.

Si la puissance maximale atteinte varie en fonction de la saison, la forme du diagramme reste relativement stable.

Etablir un scénario de charge et de décharge

Qui fait quoi et à quel moment ?

Voici 2 exemples :

L’objectif est de réduire la pointe électrique : le délesteur de charge arrête la machine frigorifique au moment critique et le réservoir prend le relais.
L’objectif est de garantir du froid en cas de panne du secteur : pour la sécurité du refroidissement du local informatique, un réservoir restera en permanence en glace, en stand-by pour le cas où… Dans ce cas, le groupe électrogène de secours doit seulement alimenter la pompe qui va envoyer l’eau glacée sur la glace.

Le dimensionnement des équipements et leur régulation sont fonction des objectifs recherchés…

La sélection du groupe frigorifique

Une machine frigorifique capable de préparer de la glace se distingue de celle destinée uniquement à la préparation de l’eau glacée :

La préparation de la glace requiert une température à l’évaporateur de plusieurs degrés sous zéro (de – 4° à – 10°C, en fonction du type de stockage choisi), alors que l’eau glacée se prépare généralement avec une température d’évaporation réglée sur + 2°C.
Si le stockage de l’énergie frigorifique est partiel, la même machine produira la glace la nuit et l’eau glacée le jour. Elle doit donc pouvoir s’adapter aux deux températures d’évaporation différentes.
La machine frigorifique travaillant de nuit, la machine doit être prévue pour pouvoir travailler avec une température de condensation réduite et profiter ainsi d’un coefficient de performance (« COPfroid » ou « efficacité frigorifique ») amélioré (les machines standards fonctionnent avec des températures de condensation élevées en permanence). En général, ceci suppose la présence d’un détendeur électronique, capable de s’adapter aux fluctuations de température de condensation.
Le système choisi requiert parfois la mise en place d’un fluide secondaire, type eau glycolée.

Même s’il est possible d’utiliser les machines standards, il sera toujours utile de procéder à une analyse spécifique pour ce type d’application. Notamment pour sélectionner le type de fluide frigorigène adapté à la fluctuation de température souhaitée, tant à l’évaporateur qu’au condenseur.

On sera particulièrement attentif à l’isolation des équipements : une isolation étanche à la vapeur pour éviter la condensation et la formation de glace. Cette isolation doit être scellée avant les essais.

La répartition des charges frigorifiques

La charge frigorifique doit être répartie entre la machine frigorifique et le stockage.

À titre d’exemple, considérons le profil de charge suivant :

Les besoins effectifs journaliers sont de 750 kWh. Une puissance maximale de 100 kW n’est requise que durant 2 heures sur un total de 10 heures d’exploitation.

On distingue deux principes de sélection des équipements :

Accumulation complète (Full Storage)

Dans le cas de ce système, on stocke dans la glace toute la quantité de froid nécessaire pour une journée complète. La machine frigorifique est arrêtée en journée et seule la glace en cours de fonte assure le refroidissement.

Il en résulte un système d’accumulation de glace très imposant, mais les coûts d’exploitation sont faibles (toute l’énergie est produite au tarif de nuit).

La puissance de la machine frigorifique est déterminée par le rapport entre l’énergie totale à accumuler (ici 750 kWh) et la durée de la période de production en Heures Creuses (ici 14 heures).

750 kWh / 14 h = 54 kW

Ce système est rarement appliqué, à cause du coût d’investissement et de l’espace disponible très élevés.

Accumulation partielle (Partial Storage)

Dans ce système, la même machine frigorifique réalise :

la préparation de glace durant la nuit,
le refroidissement partiel de l’eau glacée durant la journée, en étant alors secondée par la fonte de la glace.

La machine frigorifique fonctionnera donc 24 heures sur 24 lors de la journée de référence. Elle est alors dimensionnée en fonction de la charge de froid totale sur les 24 heures (ici 750 kWh en 24 heures) plutôt que sur la base de la charge de pointe (ici 100 kW).

En appelant :

Pc = puissance compresseur en direct
Pr = puissance réduite du compresseur la nuit = f x PC
f = 3 % par °C d’abaissement de la température à l’évaporateur (valeur typique), soit une perte de puissance de 30 à 35 % en fonctionnement de nuit par rapport au fonctionnement de jour
En = énergie frigorifique journalière
Td = Temps de fonctionnement de la machine en direct
Ts = Temps de fonctionnement de la machine en phase de stockage de glace

La machine sera dimensionnée par :

en = Td x PC + Ts x Pr

d’où :

en = Td x PC + Ts x f x PC
PC = en / (Td + Ts x f )

Exemple de sélection

Pour expliquer la méthode de sélection, nous avons choisi de recourir à un exemple d’une installation selon le principe de fonte interne.

* A supposer

une charge de pointe de 1 000 kW
un régime de température de 12°C / 7°C
un refroidissement nécessaire entre 8 heures du matin et 18 heures (soit 10 heures)
une charge de refroidissement totale 8 000 kWh

* Il est demandé

La sélection d’un système d’accumulation de glace pour une machine frigorifique aussi petite que possible.

* Solution

La plus petite machine frigorifique est celle qui tourne 24 heures sur 24.

Pour faire de la glace, la machine frigorifique produira du glycol à une température négative (ex : – 5°C). Mais, pendant la journée, la machine frigorifique fonctionnera à des températures positives dans la mesure où elle devra seulement pré-refroidir le glycol à 12°. Sa puissance étant limitée, la glace assurera le post-refroidissement.

Les caractéristiques de fonctionnement de la machine frigorifique ne sont donc pas identiques pour la production de glace et pendant la journée. La nuit, lors de la fabrication de la glace, la machine présente une puissance de l’ordre de 65 à 70 % de la puissance nominale. Cette valeur de 70 % n’est qu’indicative et devra donc être vérifiée a posteriori avec les fournisseurs de la machine frigorifique en fonction des températures d’évaporation et de condensation réelles.

Dans notre exemple, nous avons un temps de fabrication de glace de 14 heures et un temps de fonte de 10 heures. La machine frigorifique fonctionnera donc 10 heures à 100 % de capacité et 14 heures à 70 % de capacité. La quantité totale de froid à fournir est de 8 000 kWh. Dès lors, si nous comparons le froid produit au froid nécessaire, nous obtenons :

(10 h x 100 % de cap.) + (14 h x 70 % de cap.) = 8 000 kWh

cap. x (10 + 14 x 0,7) = 8 000 kWh

cap. = 404 kW

La machine frigorifique fournira donc 404 kW pendant la fonte et 70 % de cette valeur pendant la fabrication de glace, soit 283 kW.

La puissance de stockage de glace nécessaire est alors égale au temps de fabrication multiplié par la puissance de production de froid pendant la fabrication, soit :

14 heures x 283 kW = 3 960 kWh.

On trouve la même puissance de stockage en soustrayant de la charge totale de froid de 8 000 kWh la puissance de froid fournie par la machine frigorifique pendant la fonte :

8 000 kWh – (10 h x 404 kW) = 3 960 kWh.

*Conclusions

Il faut un appareil d’accumulation de glace d’une puissance de stockage minimale de 3 960 kWh.

Si le réservoir présente une capacité de 50 kWh/m³, il faudra prévoir un stockage de :

3 960 / 50 = 80 m³

Attention à la température de restitution de la glace !

La méthode de sélection ci-dessus est une première approche simplifiée !

Ainsi, il faut également vérifier si l’appareil d’accumulation de glace peut garantir la puissance de fonte souhaitée à la température demandée (ce n’est pas tout d’avoir les kWh, encore faut-il qu’ils soient restitués à une température suffisamment basse !).

Pour des applications exploitant le principe de la fonte externe, cela ne pose généralement pas de problème dans la mesure où un réservoir peut être complètement fondu en 2 heures à une température d’eau de 1 à 2°C. Dans le cas de la fonte interne, en revanche, il est conseillé d’examiner cet aspect avec le fabricant, étant donné que la puissance de fonte est nettement inférieure et dépend en outre dans une large mesure de la quantité de glace restante. Généralement, on admet dans le cas de la fonte interne que la puissance de fonte restante est d’autant plus faible que la quantité de glace restante est petite. Mais cette situation est améliorée si une pompe à air pulse des bulles d’air au fond du réservoir. L’agitation est favorable à l’homogénéité des températures, notamment par bris de la glace en fin de fonte interne.

Dans notre exemple, la puissance de fonte la plus importante à fournir est de :

1 000 kW – 404 kW = 596 kW
(puissance de pointe – capacité de la machine frigorifique).

Comparé à la puissance de stockage de l’appareil d’accumulation de glace (3 960 kWh), il s’agit d’un temps de fonte « équivalent » de 6,2 heures. Avec les systèmes de fonte interne couramment utilisés, on peut alors s’attendre à des températures de fonte autour de 5°C. Cela convient donc pour la température demandée de l’ordre de 6°C.

Le fournisseur dispose de logiciels de dimensionnement plus élaborés qui vérifieront si la température lors de la décharge reste compatible avec la demande.

Études de cas

Un exemple d’analyse de l’évolution de la température, issue d’un logiciel de ce type, est donné dans les études de cas.

Le dimensionnement du réservoir de stockage

Capacité d’un stockage eau

La chaleur sensible de l’eau est de 1,163 kWh/m³.K.
La capacité de stockage dépend dès lors du régime de fonctionnement :

en régime 5°/12°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 7°C, soit une réserve de 8,14 kWh/m³.

en régime 5°/15°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 10°C, soit une réserve de 11,63 kWh/m³.

Pour stocker 1 000 kWh, il faudra 123 m³ sous un delta T° = 7°C, et 86 m³ sous un delta T° = 10°C.

Capacité d’un stockage glace

La chaleur latente de cristallisation de l’eau est de 93 kWh/m³ (en eau), soit de 84,5 kWh/m³ (en glace). en quelle sorte, on pourrait parler d’une capacité de stockage équivalente, en chaleur sensible, à un delta T° de l’ordre de 80°C ! Et cette propriété peut encore être renforcée par l’addition d’un sel eutectique dans l’eau.

Mais en pratique, l’entièreté d’un m³ de stockage ne se transforme pas en glace, ne fût-ce que pour pouvoir encore laisser passer le fluide caloporteur.

Aux valeurs de stockage en chaleur latente, on peut ajouter la chaleur sensible, en eau et en glace, fonction des niveaux de température atteints.

Les valeurs moyennes suivantes peuvent être prises :

		Capacité de stockage	Volume pour 1 000 kWh
Bac à eau	chal. latente	40 kWh/m³	25 m³
	chal. sensible et latente	50 kWh/m³	20 m³
Bac à glace	chal. Latente	48 kWh/m³	21 m³
	chal. Sensible et latente	58 kWh/m³	17 m³
Nodules	chal. Latente	40 à 50 kWh/m³	25 à 20 m³
	chal. Sensible et latente	50 à 60 kWh/m³	20 à 17 m³

On constate que, en moyenne, un m³ de stockage en « glace » emmagasine 4 à 6 fois plus de froid qu’une bâche de stockage en « eau glacée ».

Ces valeurs permettent de dimensionner grossièrement le système. Les fabricants disposent d’outils de simulation permettant d’affiner ce calcul.

Études de cas

Un exemple de dimensionnement pour une installation de 500 kW frigorifique est donné dans les études de cas.

Les schémas d’installation

Stockage d’eau glacée

Les schémas d’installation diffèrent en fonction de la place relative du ballon par rapport au chiller.

Techniques

Pour plus d’informations : cliquez ici !

Stockage de glace

Les schémas de principe sont basés sur trois types de configuration :

Stockage en série avec la charge, la machine frigorifique étant en aval des bacs de stockage.
Stockage en série avec la charge, la machine frigorifique étant en amont des bacs de stockage.
Stockage en parallèle avec la charge.

Voici différents schémas possibles extraits de l’ouvrage « Production de chaud et de froid » de Bouteloup chez Pyc Éditions :
Stockage de glace dans des réservoirs à faisceaux tubulaires

Techniques

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Stockage de glace en parallèle avec réservoir à nodules

Techniques

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Études de cas

Un exemple de schéma d’une installation existantes est donné dans les études de cas.

Régulation du système stockage-chiller

La régulation du système « stockage – machine frigorifique » est fonction de divers paramètres :

l’importance relative du stockage par rapport aux besoins journaliers,
la configuration du système (série amont, série aval, parallèle),
les objectifs stratégiques (puissance frigorifique minimale, gestion de la pointe ¼ horaire, conservation d’une réserve de froid permanente pour la salle ordinateur en cas de défaillance du groupe frigorifique,…),
…

Si le stockage est total, la gestion est simple : le stockage assure les besoins journaliers totaux. Une simple vanne trois voies motorisée ajuste l’offre à la demande. Dans certains cas, il est même possible de profiter des Heures Creuses du week-end pour précharger le stockage au maximum.

Si le stockage est partiel, on distingue deux possibilités :

Chiller prioritaire : la machine frigorifique assure la charge permanente de base, tout en disposant de l’appoint du stockage pour vaincre les pointes. Ce système permet de charger le compresseur de façon constante, ce qui est l’idéal pour son rendement.
Stockage prioritaire : la charge de base est couverte par la décharge du stockage. La machine frigorifique est prévue pour couvrir les pointes de la journée. Ce système, qui suppose une capacité de stockage plus importante, valorise davantage les kWh frigorifiques produits la nuit, mais pénalise la machine frigorifique dans son fonctionnement direct.

Quelques schémas d’installation pratiques sont proposés dans la publication « Production de chaud et de froid » de Bouteloup chez Pyc Éditions.

Exemples de scénarios possibles avec une GTC :

	>	« Stockage total » : pour les mois de novembre, décembre, janvier et février, le stockage a été dimensionné pour fournir seul les besoins de froid. L’installation fonctionnant en tarif horo-saisonnier, il est très important de limiter au maximum les pointes de puissance. La machine frigorifique sera donc délestée.
	>	« Priorité stockage » : en mi-saison, la priorité est donnée à la décharge du stockage, avec appoint de la machine frigorifique en fin de journée et durant les pointes.
	>	« Priorité chiller » : en été, c’est la machine frigorifique qui assure la base et le stockage est utilisé pour couvrir les pointes grâce à la rapidité de l’apport frigorifique qu’il permet. Lorsque vient la fin de la journée, le système bascule en mode « déstockage uniquement » afin de vider l’excédent. La décision de basculer est prise par la GTC en fonction de divers paramètres. Suivant les cas on prendra en compte : l’épaisseur de glace restante, la température extérieure, l’ensoleillement, l’heure dans la journée, l’historique des deux derniers jours, l’historique de l’année précédente,… Un tel modèle, mis au point progressivement, permet des économies importantes à terme. Toute la difficulté consistant à conserver une réserve de froid suffisante pour une pointe éventuelle !
	>	« Charge nocturne » : cette charge peut être démarrée « au plus tard », afin d’être juste suffisante en début de journée. Un historique peut permettre d’optimaliser le moment de la relance en fonction des besoins.
	>	Le fin du fin : si l’on prévoit quelques besoins de relance de chauffage dans le bâtiment en début de journée, une récupération de chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique est possible; la préparation du froid de l’après-midi génère le petit coup de chaleur du matin, le stockage faisant office de réservoir tampon entre ces deux besoins !

Évaluation de la rentabilité

La rentabilité d’un stockage de glace s’établit par le rapport entre le surcoût au niveau de l’installation frigorifique et l’économie financière réalisée.

Le surcoût est estimé entre 20 et 30 % de l’installation frigorifique initiale. Cette estimation comprend :

Les bacs à glace : on peut compter 30 €/kWh de stockage pour une petite installation de 2 000 kWh, 25 €/kWh pour une installation de 5 000 kWh, 20 €/kWh pour une belle installation de 10 000 kWh.
Les équipements annexes : pompes, échangeurs,…
La déduction du prix de la machine frigorifique que l’on a pu économiser.

Ce qui est difficile à chiffrer et qui constitue un frein majeur du développement du stockage de nuit, c’est le volume nécessaire dans le bâtiment pour entreposer les bacs !…

L’économie financière est essentiellement résultante de l’écrêtage de la pointe quart-horaire. L’économie réalisée sur le coût moindre du kWh de nuit par rapport au kWh de jour est proportionnellement plus faible.

En effet, prenons le tarif « binôme A – Éclairage » :

Le prix du kWh de jour est de 6,25 c€/kWh (HTVA) contre 4,33 c€/kWh la nuit. En passant d’une production de jour vers une production de nuit, l’économie est donc de 31 %. Mais le fait de produire de la glace engendre un abaissement de la température d’évaporation, et le compresseur n’apprécie pas !

Ainsi, un compresseur qui voit la température d’évaporation passer de + 2°C à – 5°C voit son rendement baisser de 20 % environ. Si, parce qu’un échangeur intermédiaire supplémentaire est placé, la température d’évaporation passe à – 10°C, le rendement chute de 30 %… ! En y ajoutant quelques pertes inévitables par les parois des bacs, et les consommations des pompes,… tout le bénéfice est mangé !

Il n’empêche que les installations à – 5°C sont possibles et que l’on peut sélectionner des machines frigorifiques capables de valoriser la faible température nocturne (et donc la faible température de condensation).

Mais c’est sur le coût de la pointe de puissance que le gros de l’économie doit être trouvé (8 €/kW de pointe, chaque mois) ! Le temps de retour du projet pour une installation électrique de 500 kW et plus descend sous les 3 ans, d’après les fournisseurs.

Chaque scénario doit être étudié sérieusement. Ainsi, un bâtiment avec une prédominance de consommation électrique en été aura avantage à choisir le tarif horo-saisonnier. Dans ce cas, le délestage du groupe frigorifique durant les 4 mois d’hiver sera très rentable : 14 €/kW HTVA. Mais c’est également le moment où la demande de froid est la plus faible… L’équipement peut-il s’amortir sur ces mois d’hiver ?

La réception du matériel

Lors de la réception du matériel, il sera bon de vérifier :

Au niveau du circuit hydraulique :

la concentration en glycol à plusieurs endroits du circuit,
l’isolation des circuits et des vannes,
la stabilité hydraulique (équilibrage) dans tous les modes de fonctionnement du réseau, avant même d’enclencher le groupe frigorifique,
les débits et les pertes de charge dans diverses configurations (pour vérifier notamment si on a tenu compte de la viscosité du glycol lors de la sélection des pompes),
les points repris dans la régulation et la stratégie de commande choisie,
la protection du circuit secondaire éventuel (boucle d’eau glacée vers les ventilos, par exemple) contre tout risque de gel.

Au niveau du stockage :

le niveau d’eau dans le réservoir,
le débit et les températures lors de la charge et de la décharge.

Au niveau de la machine frigorifique :

la charge effective du stockage dans les conditions prévues et les températures d’évaporation spécifiées, et ceci dans le temps prévu.

Plusieurs essais sous des régimes différents seront nécessaires. On tiendra compte du fait que lors de la première mise en charge, la température initiale du bac est plus élevée que celle en régime (généralement autour des 5°C). Le premier temps de charge sera donc plus long.

La maintenance

La maintenance d’un stockage de glace est faible. On suivra les recommandations du fabricant, dont la vérification régulière de la concentration en eau glycolée.

La présence de vannes d’isolement doit permettre de démanteler facilement le réservoir de stockage sans interrompre le restant du circuit.

Si l’isolation doit être remplacée, on sera attentif à sécher au préalable soigneusement la zone traitée et à rétablir l’étanchéité au passage de la vapeur d’eau afin d’éviter la corrosion ultérieure des installations.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Courbe des températures cumulées et visualisation des performances d’un récupérateur

Pour illustrer l’importance des gains énergétiques, il est utile de pouvoir visualiser l’évolution des températures tout au long de l’année. C’est l’intégration de cette évolution des températures qui donne la courbe des fréquences cumulées degrés-heures (D°h), image des besoins en chauffage du bâtiment.

Les degrés-heures représentent la somme cumulée des écarts entre la température extérieure et une température de référence, à chaque heure de la saison de chauffe.

Par exemple pour Uccle et une température de 20°C, c’est l’aire entre l’isotherme 20°C et la courbe de fréquence cumulée des températures extérieures soit 89 248 degrés-heures (Dh).


Courbes représentant la fréquence d’occurrence des températures extérieures, comparée à la température de consigne intérieure.

Le graphe ci-après représente le fonctionnement d’un récupérateur dont le rendement est de 70 %, placé sur de l’air pulsé à 22°C.

Courbe de températures cumulées
illustrant l’énergie économisée par la présence d’un récupérateur
(T° sortie récupérateur = T° ext + ε x (T° int – T° ext), par exemple : 19° = 12° + 0,7 x (22° – 12°)).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Distribution de vapeur

La distribution de vapeur qu’elle soit centrale ou locale doit être bien pensée de manière à assurer les débits de vapeur à n’importe quel moment du cycle de stérilisation.

Les conduites

Le réseau de distribution est digne de celui d’une centrale électrique; les conduites vont dans tous les sens. Elles sont en acier inoxydable ou en cuivre.

Ce réseau véhicule de la vapeur à haute température (134 °C) et sous haute pression (3 bar). La mise en œuvre doit donc être très soignée. Thermiquement parlant, ces tuyauteries constituent autant de radiateurs; en d’autres termes, il faut les isoler correctement afin de réduire :

le risque de brûlure,
les déperditions au travers des parois vers l’ambiance,
la production de condensas qui, s’ils ne sont pas récupérés, constituent une perte énergétique non négligeable.

Un soin particulier doit aussi être pris pour la récupération des condensas: il est nécessaire de penser tout le réseau de distribution en pente douce:

soit vers le générateur,
soit vers les points de purges sachant qu’ils faut prévoir un système de récupération de condensas derrière.

Les vannes

Les vannes sont de construction robuste car elles travaillent dans des conditions difficiles. La commande des vannes côté vapeur s’effectue, en général, de manière pneumatique.
Il est nécessaire de les isoler aussi de manière à réduire les risques de brûlure par contact et les déperditions thermiques.

Photo stérilisation - vannes.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Consommation d’électricité en réfrigération

Armoire frigorifique

Consommation des chambres froides et armoires frigorifiques par mètre courant pour les magasins [kWh/(mc.a)]

Type	-18°C	-22°C	-18°C avec fermeture la nuit
Zone îlot surgelés Zone surgelés adossée Cloison surgelés Comptoir viande horizontal Comptoir viande vertical Comptoir légumes horizontal Comptoir légumes vertical Frigo avec portes vitrées Boîte frigo avec couvercle Frigo roulant (lait/yaourt) Comptoir pâtisserie Frigo portable traiteur	3 050 4 800 2 550 950 4 100 700 2 000 5 700 1 000 4 200 650 1 200	3 300 5 200 2 750 1 150 4 850 850 2 600 – – – – –	2 600 4 100 2 150 650 2 900 500 1 450 – – – – –

Remarque : utilisation par RV 60 % ; alimentation de nuit 14 heures/jour.

Source : Novem /TMO 1993.

Consommation moyenne des armoires frigorifiques [kWh/a]

Capacité totale (litres)	Compartiment froid
Capacité totale (litres)	Sans	*	**	***
60 125 250 350 ⁽¹⁾	250 350 275 365	400 330 – –	– 290 365 –	660 340 465 365

(1) avec zone « cave ».
Source : Novem /Veen/energiewijzer.

Consommation moyenne des combinés frigo/congélateur [kWh/a]

Capacité nette (litres)	Avec un thermostat	Avec deux thermostats
200 300 400	490 575 475	565 560 –

Source : Novem /veen/energiewijzer 1993.

Consommation moyenne des surgélateurs [kWh/a]

Capacité nette (litres)	Surgélateur vertical kWh/a	Bahut kWh/a
50 100 200 300 450	380 400 445 645 1 200	365 420 385 406 585

Source : Novem /Veen/Énergiewijzer 1993.

Distributeur de boissons

Consommation électrique des distributeurs de boissons (kWh/an)

Boissons froides
Boissons chaudes pour un département de bureaux (1. kW)
Boissons chaudes pour une cantine scolaire (3 kW)

400

800

1 500

Source : Novem.
Remarques.

Un distributeur de boissons froides reste allumé 24h/24.

Un distributeur de boissons chaudes fonctionne à la demande.

Pour les distributeurs de boissons chaudes, le taux d’utilisation est de 5 % pendant les périodes de présence des utilisateurs et les pertes en mode stand-by sont de l’ordre de 5 % de la puissance installée.

Mesures d’économie pour distributeurs de boissons

Mesure

Économie maximale
%

Interruption en dehors du temps d’utilisation
Remplissage avec de l’eau chaude

Remarque : ces mesures ne peuvent être mises en application qu’après accord du fabricant.

Refroidisseur des pompes à bière

Consommation électrique des refroidisseurs à bière

Type	Consommation de base kWh/a	Consommation par fût kWh/fût
Monobloc Split Unit*	150 200	0,6 0,8

* compresseur et évaporateur séparés.

Remarque : caisson froid isolé 40 x 40 x 74 cm, temps d’utilisation 8 760 h/a.

Source : Gamko/Novem – 1993.

Perte des tuyauteries frigorifiques

Consommation électrique du compresseur en fonction de la non-isolation du système frigorifique (kWh/mct de tuyauterie).

Diamètre T(°C)	25 mm	50 mm	100 mm
15 10 5 0 -5 -10 -15 -20	4 11 25 48 81 127 186 259	71 95 129 179 247 337 449 585	334 409 503 623 778 969 1 200 1 473

Bases de calcul :

8 760 h/a.
Rendement de Carnot du système de froid : 60 %.
Température de condensation : 40°C.
Température d’évaporation 10 K inférieure à la température de liquéfaction.
Pas de formation de glace (fortement compensée par les travaux d’isolation).
Y compris évacuation de la chaleur de la vapeur condensée sur les tuyauteries.
Température ambiante : 20°C.
Teneur en humidité absolue de l’air intérieur = extérieur.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Dégivrage

Origine du givre et conséquences sur l’installation frigorifique

L’air ambiant autour de l’évaporateur contient de l’eau. Cette eau givre au contact des surfaces froides de l’évaporateur lorsque la température dans la batterie est inférieure à 0°.

Du côté de la chambre froide ou du meuble frigorifique

Le givre diminue le transfert thermique entre l’air et la surface extérieure de la batterie.
Le givre sur les tubes à ailettes de l’évaporateur gêne la circulation de l’air soufflé par le ventilateur. Le débit d’air diminue puisque la résistance à l’écoulement de l’air au travers de la batterie givrée s’accroît. L’apport de froid vers la chambre se fait moins bien. La température de la chambre froide monte quelque peu.

Du côté du circuit frigorifique

Les résultats de ces effets sont :

Suite à la résistance thermique qui se crée entre la batterie et l’air (c’est une « couche isolante » entre l’échangeur et la chambre froide), le réfrigérant ne s’évapore pas entièrement dans l’évaporateur.

La quantité de vapeur produite diminue, mais le compresseur continue d’aspirer puisque la température de consigne n’est pas atteinte. La pression à l’entrée du compresseur (BP) diminue. Si la pression diminue, la température d’évaporation diminue également. À court terme, cela augmente le froid donné à la chambre (l’écart de température « chambre-évaporateur » augmente), mais cela augmente l’effet de givrage.

Le détendeur va réagir : il constate que la surchauffe des gaz est trop faible, il imagine que c’est parce que la charge frigorifique dans la chambre a diminué et il diminue le débit de fluide. La quantité de vapeur produite diminue encore, la Basse Pression diminue également et le givrage s’accentue.

Au point que la conduite d’aspiration vers le compresseur peut complètement givrer. Quelques gouttes liquides de réfrigérant peuvent alors se retrouver à l’entrée du compresseur, avec le risque de créer des « coups de liquide » au compresseur.

Globalement, le compresseur de la machine frigorifique travaille avec une mauvaise efficacité énergétique : la couche de glace sur l’évaporateur peut être comparée à une couverture posée sur un radiateur (pour obtenir la même chaleur, il faudra augmenter la température de l’eau et diminuer le rendement en chaudière).

Les étapes du dégivrage

Voici la séquence de dégivrage la plus utilisée :

1. Arrêt du fluide frigorigène dans la batterie à dégivrer

On coupe l’alimentation électrique de la vanne magnétique qui se trouve sur le circuit juste avant l’évaporateur. La vanne se ferme. La Basse Pression au compresseur descend et le compresseur s’arrête dès que le niveau réglé sur le pressostat Basse Pression est atteint.

Quand il n’y a pas de vanne magnétique, le compresseur est directement arrêté électriquement (contacteur). Mais dans ce cas, une migration de réfrigérant peut se produire et encore continuer à s’évaporer, ce qui peut poser problème.

2. Arrêt de la ventilation de l’évaporateur

En arrêtant la ventilation, on évite une diffusion dans la chambre froide de la chaleur dégagée par l’évaporateur en cours de dégivrage.

Des fabricants d’évaporateurs ont même imaginé des manchons souples en fibre polyester (encore appelés « shut up »), placés à la sortie du ventilateur de l’évaporateur et d’environ 50 cm de long. Lorsque la ventilation est à l’arrêt, ce manchon retombe et se rabat sur la surface de pulsion du ventilateur. Une barrière physique autour de la chaleur produite dans l’évaporateur est créée.

3. Réchauffage de la batterie jusqu’à une température supérieure à 0°C pour faire fondre la glace

Le positionnement d’une sonde de fin de dégivrage est nécessaire dans la batterie pour permettre le contrôle de la température à 0° et permettre à la production de froid de reprendre. En pratique, la position idéale de la sonde n’est pas facile à déterminer, car le givre n’est pas toujours uniforme sur l’évaporateur.

4. Remise en circulation du fluide frigorigène

Après disparition du givre et égouttage soigné de la batterie pour éliminer l’eau de fusion, le fluide frigorigène est remis en circulation pour refroidir la batterie.

Pour s’assurer du parfait égouttage, une temporisation est prévue entre la fin du dégivrage et l’ouverture de la vanne magnétique permettant à la production frigorifique de reprendre.

5. Remise en fonctionnement de la ventilation

C’est seulement après l’ouverture de la vanne magnétique et après une deuxième temporisation (permettant à la batterie d’atteindre une température moyenne inférieure ou égale à celle de l’enceinte) que les ventilateurs de l’évaporateur sont remis en fonctionnement (technique encore appelée « snap freeze »).

À défaut, la remise en route prématurée des ventilateurs peut envoyer de la chaleur dans la chambre froide et/ou des gouttelettes d’eau encore présentes.

6. Reprise du cycle normal de refroidissement

Les différentes techniques de réchauffage de la batterie

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons.

Par résistance chauffante
Des résistances chauffantes sont imbriquées dans les tubes en cuivre qui composent la batterie de l’évaporateur. Leur position et leur puissance sont étudiées par le fabricant de manière à répartir uniformément la chaleur produite à l’ensemble de la batterie.

Par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur
Cette technique, encore appelée dégivrage par « vapeurs chaudes » ou par « gaz chauds », consiste à inverser le cycle et à faire fonctionner l’évaporateur, le temps du dégivrage, en condenseur.

Par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie

Par circulation d’air de la chambre
De l’air provenant soit de l’intérieur de la chambre même, soit de l’extérieur, est envoyé sur l’échangeur. Dans le premier cas, le dégivrage est très lent. Dans le second, il faut isoler l’évaporateur de la chambre, ce qui n’est pas pratique.
L’inertie des produits stockés suffit à maintenir l’ambiance dans une fourchette de température acceptable.

Régulation du dégivrage

La régulation par horloge

C’est la méthode la plus simple : les opérations de début et de fin de dégivrage sont commandées par de simples horloges à contacts.

La régulation électronique intelligente

La programmation des opérations de dégivrage est plus délicate qu’il n’y paraît. La commande optimale de ces opérations exige que l’initiation du dégivrage soit commandée par la présence effective de givre déposée sur la batterie, et que la fin du dégivrage soit commandée par la vérification que tout le givre a disparu de sa surface. Encore faut-il disposer des capteurs adéquats.

Voici les principes de fonctionnement rencontrés chez deux fabricants.

Première technique

Initialement, une programmation horaire traditionnelle des dégivrages est organisée.

Le régulateur analyse la courbe de montée en température : s’il n’aperçoit pas de plancher horizontal lui indiquant une phase de fusion de la glace (pendant laquelle la température reste constante), il en déduit qu’il n’y avait pas de givre et ralentira la cadence des dégivrages ! En pratique, il enregistre le temps total de montée en température : si ce temps est très court, il sait qu’il n’y a pas eu de période de fusion. La programmation initiale reste, mais en fonction d’une statistique établie sur la mesure du temps des 10 derniers dégivrages, il décide de sauter ou non le dégivrage suivant. Le nombre de dégivrages diminue sensiblement.

La durée d’une période de dégivrage dépend :

de l’échauffement et du refroidissement de l’évaporateur (fixe),
de l’échauffement et de la fusion du givre (variable).

Seconde technique

Ce second système associe, en fait, une régulation de dégivrage proprement-dite à un choix d’une technique de dégivrage (dégivrage par résistance chauffante ou par circulation d’air de la chambre).

Au niveau de la régulation du dégivrage proprement-dite, une sonde sert à mesurer la température ambiante de la chambre (reprise d’air à l’évaporateur), l’autre est placée dans les ailettes de l’évaporateur. Cette dernière peut déduire des températures enregistrées la présence de glace, selon une technique qui ne nous a pas été détaillée.
Chez ce fabricant, le critère d’arrêt du dégivrage classique est une température d’évaporateur de 10 °C. Cela semble élevé mais c’est, semble-t-il, une sécurité par rapport à l’absence totale de glace.

Quant au choix de la technique de dégivrage, le système part d’un raisonnement fort intéressant :

En « temps normal », il ne faut pas faire fondre cette glace par une source de chaleur extérieure, mais bien par l’air de la chambre. Toute l’énergie latente contenue dans la glace sera restituée à l’ambiance. Le compresseur s’arrête et le ventilateur continue à pulser l’air ambiant sur la batterie.

Si la chambre est positive (stockage de fruit et légumes, de viandes, .), l’air à + 4 ou + 5 °C fera fondre la glace et restituera le froid vers l’ambiance. À noter que l’humidité est également restituée, entraînant une teneur en eau plus forte dans la chambre, ce qui est favorable à la conservation des victuailles.

S’il s’agit d’un congélateur à – 20 °C, la glace présente sur l’échangeur est une glace à – 25.- 27 °C, glace fort poudreuse qui ne « colle » pas fortement à l’évaporateur. Il semble que l’air de la chambre à – 20 °C va alors provoquer la sublimation de la glace (passage de l’état solide à l’état vapeur).

Par contre, si une entrée importante de marchandises est organisée, un dégivrage classique par résistance chauffante aura probablement lieu : il n’est pas possible d’attendre la fusion de la glace par l’air ambiant, le compresseur fonctionnant à pleine charge.

Quel que soit le système de régulation intelligente, la souplesse de ces appareils par rapport aux thermostats mécaniques permet d’affiner les réglages et de proposer des fonctions complémentaires :

alarmes,
possibilité de faire fonctionner le congélateur avec une consigne abaissée de 5°C la nuit (pour bénéficier du courant de nuit),
possibilité de délester durant la pointe 1/4 horaire,
…

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Climatiseur individuel

Principe de fonctionnement

Un climatiseur de local est une machine frigorifique prévue pour extraire la chaleur des locaux et la rejeter à l’extérieur.

Le fonctionnement d’un climatiseur est basé sur le changement de phase d’un fluide frigorigène :

dans l’évaporateur, le fluide capte la chaleur dans l’air du local et s’évapore;
dans le condenseur, le fluide redevient liquide car il est refroidi par l’air extérieur.

Le compresseur a pour rôle de comprimer le gaz, opération accompagnée d’une forte élévation de température qui permettra au fluide frigorifique de céder sa chaleur à l’air extérieur.

Le détenteur relâche la pression, opération accompagnée d’une forte diminution de température nécessaire à l’échange de chaleur avec l’air ambiant.

Typologie des climatiseurs de locaux

On distingue plusieurs types de climatiseurs :

Le climatiseur mobile

C’est un appareil à faible puissance frigorifique (max 2,5 kW), principalement destiné à un usage local. Il impose de laisser un ouvrant entrouvert, ce qui diminue l’étanchéité du local à l’air et aux bruits extérieurs !

Ce système est de moins en moins utilisé. Son emploi se limite souvent aux situations provisoires.

S’il est monobloc, l’air de refroidissement du condenseur peut être pris soit dans la pièce (perte de puissance jusqu’à 30 % par rapport à la puissance frigorifique annoncée), soit à l’extérieur (cas le plus favorable). Il est rejeté systématiquement à l’extérieur par une gaine flexible;

S’il est séparé, pour des raisons de mobilité de l’unité extérieure, le compresseur est situé dans l’unité intérieure. La distance entre les deux unités est généralement limitée à 2 m.

Le « Window Unit » ou climatiseur de fenêtre

Le climatiseur de « fenêtre » (« window »), est un climatiseur monobloc installé dans un percement effectué dans une paroi extérieure (mur ou baie).

Schéma principe climatiseur de fenêtre - 01.

Généralement, un seul moteur entraîne simultanément le compresseur et les deux ventilateurs. Si bien que tous les bruits de fonctionnement sont fournis en prime dans le local ! Seuls les amateurs de polars américains (où il y a toujours un window qui vrombit à l’arrière de l’inspecteur, celui-ci basculant sur sa chaise, les deux pieds sur son bureau…) peuvent apprécier ce type de confort … !

Le « split system »

« Split System » signifie « climatiseur à éléments séparés », à savoir que l’unité de condensation est séparée de l’unité d’évaporation.

Avec un split, l’évaporateur est souvent situé dans le local à traiter, tandis que condenseur et compresseur sont situés à l’extérieur (en terrasse, au sol,…), ce qui permet de diminuer le bruit !

Schéma Le "split system" - 01. Schéma Le "split system" - 02. Schéma Le "split system" - 03. Schéma Le "split system" - 04. Schéma Le "split system" - 05. Schéma Le "split system" - 06.

Dans chacun des cas, les unités sont reliées par liaison frigorifique (fluide frigorigène) et cable électrique, dont les longueurs peut être adaptées au cas traité, ce qui autorise une grande souplesse d’installation.

Schéma principe "split system".

Remarque.

pour des raisons esthétiques ou de sécurité, il est également possible de ne pas disposer le condenseur à l’extérieur mais en cave. Ceci n’est uniquement possible que si on garantit une ventilation de la cave (pulsion-extraction) d’un débit au moins égal au débit d’air nécessaire pour le bon fonctionnement du condenseur. Éventuellement, une ventilation mécanique peut être asservie à un thermostat d’ambiance dans la cave pour garantir le débit nécessaire.

Le « multi-split system »

Les unités de condensation et d’évaporation sont séparées et reliées par des liaisons frigorifiques et électriques dont la longueur peut être adaptée au cas traité, ce qui autorise une grande souplesse d’installation.

Schéma multi-split system.

Les unités d’évaporation peuvent être posées diversement, y compris dans un local annexe avec des gaines de soufflage dans 1 ou 2 locaux.

Cas particulier : le Roof-Top

Schéma Roof-Top.

L’unité de condensation et d’évaporation sont intégrées dans le même appareil posé en toiture et relié par une gaine à un diffuseur d’air séparé.

Vue d’un roof-top posé sur une toiture.

Détails technologiques

L’unité d’évaporation

Un ventilateur centrifuge fait circuler l’air intérieur au travers d’un filtre, puis de l’évaporateur, avant de le rejeter au travers de grilles de diffusion dont l’inclinaison est réglable.

Divers emplacements sont possibles pour l’insertion de l’évaporateur :

En voici quelques exemples :

En allège.

Au plafond.

En cassette insérée dans un faux plafond.

Remarque.

La vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant risque de se condenser au contact de l’évaporateur très froid, aussi doit-on prévoir une conduite d’évacuation des condensats vers l’égout. Si l’écoulement naturel par gravité n’est pas possible, il faudra insérer une petite pompe de relevage des condensats.

L’unité de condensation

Le fluide frigorigène (à l’état vapeur) est comprimé par le motocompresseur hermétique, puis refroidit dans le condenseur, avant d’être détendu et de repartir vers le local.

Les liaisons frigorifiques et électriques

Pour simplifier la tâche sur chantier (et rendre l’installation accessible à des non-frigoristes), les conduites de raccordement en cuivre sont préchargées en fluide frigorigène et équipées de raccords rapides. Lors du montage, les opercules sont automatiquement perforés.

Leur longueur ne dépasse pas 10 à 15 m généralement pour limiter les pertes de charge. La tuyauterie ramenant le fluide détendu vers l’évaporateur sera soigneusement isolée car l’échauffement du fluide dans le conduit,… c’est autant de puissance frigorifique perdue pour l’évaporateur. Et même si elle reste suffisante, c’est une perte qui diminue le rendement de la machine : son coefficient de performance.

Voici les connexions d’un multisplit : 3 évaporateurs sont reliés à un condenseur commun.

Le retour d’huile

L’huile est naturellement entraînée par le fluide frigorigène liquide vers l’évaporateur. Par contre, il est nécessaire d’organiser volontairement le retour de l’huile vers le compresseur lorsque le fluide est à l’état vapeur :

Soit le compresseur est situé plus bas que l’évaporateur, et la gravité fera le travail sur base d’une pente descendante de 1 cm par mètre.

Soit le compresseur est situé plus haut que l’évaporateur, et un siphon devra être prévu; on provoque alors volontairement un bouchon d’huile afin que la vapeur, en forçant le passage, entraîne l’huile avec elle. Comme ce système ne fonctionne que sur quelques mètres, un tel siphon devra être prévu au minimum tous les 5 mètres de dénivellation.

À défaut, c’est la lubrification du compresseur qui risque d’être insuffisante, et sa longévité aussi…

En option : la fonction « chauffage »

Si une fonction « chauffage » est recherchée, trois systèmes sont possibles.

Solution 1 : incorporer une résistance électrique d’appoint, en fonctionnement direct

Cette solution est coûteuse à l’exploitation, vu le prix du kWh de jour.

Solution 2 : incorporer une batterie d’eau chaude alimentée par le réseau de chauffage du bâtiment

Cette solution est peu utilisée car coûteuse à l’investissement. Un thermostat d’ambiance commande l’apport de chaleur, soit via une vanne trois voies modulant la température de l’eau, soit directement sur le ventilateur.

Solution 3 : sélectionner une machine frigorifique « réversible » capable de fonctionner en pompe à chaleur

Dans une machine frigorifique, le cycle peut être inversé grâce à l’utilisation d’une vanne à quatre voies à la sortie du compresseur : l’évaporateur devient condenseur et le condenseur devient évaporateur. C’est un climatiseur dit « réversible ».

On parle d’un fonctionnement en « pompe à chaleur » puisque c’est la chaleur de l’air extérieur qui est utilisée pour chauffer l’air du local.

Le surcoût de l’appareil est faible (de 15 à 25 %) et le prix de revient du kWh fourni est 2 à 3 fois plus faible que dans le cas du chauffage direct, … Hélas, la puissance de l’appoint de chaleur est le plus faible au moment où on en a le plus besoin, c.-à-d. par période de gel… Et à ce moment, le coefficient de performance frigorifique est assez dégradé.

En option : la fonction « ventilation »

Certains appareils disposent d’une prise d’air neuf permettant d’adjoindre une fonction ventilation au matériel.

A ne pas confondre avec le brassage d’air en recyclage total proposé par tous les appareils : dans ce cas, le ventilateur fonctionne seul et l’air du local passe simplement par le filtre sommaire qui retient les plus grosses particules en suspension. Il est, par exemple, impossible d’améliorer la qualité de l’air d’un local « fumeur » avec ce principe. Seule, une réelle dilution par de l’air neuf apportera l’amélioration recherchée.

La régulation du climatiseur

La régulation de la température ambiante

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

Au simple contrôle de la température ambiante doivent s’ajouter des fonctions de programmation de l’occupation, avec arrêt et reprise (éventuellement anticipées) de manière intelligente.

La régulation du compresseur

Un climatiseur, dimensionné pour vaincre les apports thermiques maximum (solaires, par exemple), fonctionne très souvent à charge partielle. Le contrôle traditionnel par mode MARCHE/ARRET du climatiseur entraîne des fluctuations inconfortables de la température du local et des mauvaises conditions de rendement du compresseur.

Les climatiseurs équipés de compresseurs à vitesse variable peuvent adapter leur puissance frigorifique à la charge thermique du local. Ce mode de régulation est appelé « INVERTER ». Il permet une variation de vitesse du compresseur sans pertes importantes de rendement. Le démarrage du compresseur se fait alors à basse vitesse, ce qui réduit la pointe de courant au démarrage.

La technologie INVERTER présentait autrefois quelques inconvénients tels les parasites qu’elle induit dans le réseau électrique. Dans un très proche avenir, ces inconvénients devraient disparaître (utilisation de moteurs à courant continu pour les plus petites puissances, marquage « CE », …) et permettre au système « INVERTER » de couvrir le marché.

Lorsqu’une unité extérieure alimente plusieurs unités intérieures (système multi split), l’ambiance de chaque local doit pouvoir être régulée séparément (y compris la coupure en cas d’inoccupation). Dans ce cas, une régulation en vitesse variable du compresseur permettra d’adapter la puissance de production de froid en fonction des besoins totaux réels.

Suite à ce nouveau mode de régulation, la technique traditionnelle du compresseur alternatif (piston et vilebrequin), d’une fiabilité légendaire, est progressivement remplacée par :
> le compresseur rotatif :

rendement similaire,
niveau sonore moindre,
fonctionnement à vitesse variable.

> le compresseur scroll :

rendement plus élevé,
niveau sonore encore plus faible,
fonctionnement à vitesse variable.

La régulation du condenseur

Certains locaux à charges internes importantes (par exemple, les salles informatiques) doivent être climatisés en été, mais aussi en mi-saison ou encore en hiver. Dans ce cas, lorsque la température de l’air extérieur diminue, la capacité de refroidissement du condenseur augmente.

Paradoxalement, cette situation perturbe le fonctionnement correct de l’évaporateur et entraîne une perte de puissance de ce dernier dernier (voir détails dans la régulation de la machine frigorifique). Le confort dans le local n’est alors plus assuré. À l’extrême, le pressostat basse pression de sécurité de l’appareil peut commander l’arrêt de l’installation.

Pour remédier à ce problème, il faut que la puissance du condenseur soit régulée en fonction de la température extérieure. Si la température de l’air diminue, le débit d’air doit aussi diminuer afin de conserver un échange constant.

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

À défaut, la vitesse sera modulée par paliers. Au minimum, le fonctionnement du ventilateur sera commandé en tout ou rien.

Choix et emplacement du thermostat d’ambiance

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

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

Ainsi, un écart de 6°C maximum sera créé, afin de ne pas provoquer de « choc thermique » inconfortable lors de l’accès au bâtiment.

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

Le ventilateur de soufflage est soit commandé en même temps que le compresseur, soit fonctionne en continu. Ce deuxième mode de fonctionnement est plus favorable au confort, car il entretient un brassage continu de l’air et prévient toute stagnation inconfortable d’air chaud ou froid. Mais il suppose que les aspects acoustiques soient soigneusement étudiés.

L’emplacement du thermostat joue un rôle important sur la consommation et sur le confort. Il doit être placé à un endroit représentatif de la température moyenne du local, c’est-à-dire éloigné des sources chaudes ou froides (lampe, fenêtre en été, zone ensoleillée, dans la zone de soufflage de l’appareil, …). Le placer dans le local sera donc préférable que de le placer dans la bouche de reprise. Par exemple, si la commande se trouve sur l’appareil au plafond, l’occupant ne prendra pas la peine d’ajuster la consigne de température !

Dans le cas contraire, il devra être étalonné.

Exemple.

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

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

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

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

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

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

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Modèles d’isolation – plancher lourd sans aire de foulée

L’isolation du plancher lourd de combles non circulables peut se faire par divers systèmes :

Matelas souple ou semi-rigide sur le plancher

L’isolant utilisé, en générale de la laine minérale, peut être souple (en rouleaux) ou semi-rigide (en panneaux). Les rouleaux peuvent éventuellement être revêtus d’un papier kraft et/ou d’un pare-vapeur.

Le pare-vapeur éventuel est déroulé soigneusement sur le plancher lourd.

L’isolant est ensuite déposé de façon continue, les panneaux ou rouleaux étant parfaitement jointifs. Si l’isolant est muni d’un pare-vapeur, celui-ci doit se trouver en dessous de l’isolant.

L’isolant sera correctement fixé sur les parties verticales ou inclinées.

Matelas isolant souple ou semi-rigide au-dessus d’un plancher lourd non circulable.

Isolant.
Pare-vapeur éventuel.
Support lourd.
Finition du plafond.

Panneaux rigides sur le plancher

L’isolant utilisé peut être de la mousse synthétique ou du verre cellulaire.

La face supérieure du plancher lourd doit être bien plane. Il faut donc, au besoin, l’égaliser à l’aide d’une fine chape ou de sable.

Le pare-vapeur éventuel est déroulé soigneusement sur le plancher lourd avant la pose de l’isolant.

L’isolant est ensuite déposé de façon continue.

Les panneaux en mousse synthétique sont munis de rainures et languettes, ils doivent être correctement emboîtés.

Les panneaux en verre cellulaire sont posés jointifs.
L’isolant doit être correctement fixé sur les parties inclinées ou verticales éventuelles.

Isolant rigide au-dessus d’un plancher lourd non circulable.

Isolant.
Emboîtement.
Pare-vapeur éventuel.
Egalisation éventuelle.
Support lourd.
Finition du plafond.

Flocons ou granulés d’isolant sur le plancher

Le matériau isolant utilisé est constitué de granulés de perlite ou de polystyrène expansé, ou de flocons de laine minérale posés en vrac sur le plancher lourd.

On sera attentif à ce que l’épaisseur soit régulière.

Lorsqu’un pare-vapeur est nécessaire, celui-ci est placé sur le plancher avant pose de l’isolant.

Isolant posé en vrac au-dessus d’un plancher lourd non circulable.

Isolant en vrac.
Pare-vapeur éventuel.
Support lourd.
Finition du plafond.

Isolant sous le plancher : une solution à éviter !

L’isolant est fixé sous le plancher lourd.

La fixation est difficile et dépend du type d’isolant.

Un pare-vapeur efficace indispensable (sauf en cas d’utilisation du verre cellulaire) est soigneusement placé sous l’isolant. Les joints seront particulièrement soignés. Il ne peut pas être déchiré.

La finition du plafond est ensuite réalisée en prenant toutes les précautions nécessaires pour éviter de blesser le pare-vapeur.

Aucune installation technique ne pourra être aménagée dans le plafond.

Le plancher lui-même ne pourra être percé.

Un espace technique pourrait éventuellement être aménagé entre le pare-vapeur et le plafond.

Toute cette mise en œuvre nécessite un soin parfait difficile à réaliser sur chantier.

Isolation en dessous du plancher lourd non circulable.

Plancher lourd.
Isolant.
Pare-vapeur.
Finition du plafond.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’utilisation des ordinateurs

Les profils d’utilisation

Le tableau suivant reprend pour un immeuble de bureaux, le mode d’utilisation des ordinateurs en fonction du type de travail (enquête réalisée auprès de 3 500 personnes) :

–	Utilisation régulière %	Utilisation intermittente %	Non utilisateur %
Direction	45	45	10
Dactylo	100	0	0
Employés	52	33	15
Dessinateurs	40	47	13
Comptables	78	7	15
Informaticiens	85	15	0

Un comportement irrationnel d’un point de vue énergétique consiste souvent à maintenir les équipements sous tension alors qu’ils ne sont pas utilisés.

Une attitude extrême, malheureusement souvent rencontrée, est la mise sous tension de son ordinateur le matin dès l’arrivée (pour relever le courrier électronique, taper une lettre, …). L’ordinateur est alors oublié pour la plus grande partie de la journée, mais reste en fonctionnement : « … si on l’éteint, cela prend du temps pour le relancer et il est possible qu’il serve encore durant la journée … »

Ces attitudes vont donc énormément conditionner les consommations énergétiques des équipements informatiques.

On se réfère aux modes d’utilisation décrit par Energy Star. On retrouve une estimation du temps d’utilisation d’un ordinateur :

À domicile en se basant sur une activité liée à la navigation internet et au courrier électronique et ce pendant 300 jours en moyenne par an.
Dans un bureau de taille moyenne en se basant sur la gestion du courrier électronique, la recherche occasionnelle d’information sur internet, le travail avec un traitement de texte et tous les outils de bureautique actuels pendant 240 jours (en tenant compte des WE et des congés).

Dans un bureau avec grande activité (des heures supplémentaires, ça existe encore ?)

Jamais éteint la nuit (profil courant dans un bureau moyen) mais avec le mode « attente » activé.

Toujours actif, ce qui correspond au fonctionnement des serveurs ou des ordinateurs dont la gestion de l’alimentation est désactivée.

Dans le tableau suivant, on retrouve tous les profils d’utilisation :

Type d’utilisation de l’ordinateur	Heures de fonctionnement ( source Energy Star)
Type d’utilisation de l’ordinateur	Mode actif	Mode attente	Mode arrêt
À domicile	2	9	13
Bureau de taille moyenne	4	5	15
Bureau à grande activité	8	2	14
Jamais éteint	4	20	0
Toujours actif	24	0	0

Sous forme graphique, cela donne :

Gestion de l’alimentation électrique de l’ordinateur et de l’écran

On distingue trois façons de gérer l’alimentation électrique :

Gestion désactivée : l’utilisateur travaille en mode « toujours actif ».

Fonction normale : l’utilisateur configure sa machine pour un mode « attente » effectif après 30 minutes (par défaut sur les machines récentes).

Fonction économie d’énergie : ce mode de fonctionnement est similaire à celui d’un portable mais peut être appliqué à un ordinateur classique avec un mode « attente » effectif après 10-15 minutes.

En combinant ordinateur, écran, mode d’utilisation et type de gestion de l’alimentation électrique, on peut déterminer la consommation énergétique annuelle.

Exemple.

Cas 1

On prend un PC multimédia équipé d’un écran CRT de 17″ (tube cathodique classique) installé dans un bureau de taille moyenne et dont la fonction de gestion de l’alimentation électrique passe par les trois états suivants :

Gestion désactivée,
fonction normale,
fonction économie d’énergie.

L’encodage des données dans le calculateur Energy Star donne :

Gestion de l’alimentation électrique	Consommation d’énergie annuelle [kWh/an] ( source Energy Star)
Gestion de l’alimentation électrique	Mode actif	Mode attente	Mode arrêt	Total
Désactivé.	86,4	388,8	91,8	567
Fonction normale.	86,4	64,8	91,8	243
Fonction économie d’énergie.	64,8	68,4	91,8	225

Sous forme graphique :

Cas 2

Tout en gardant le PC multimédia, on remplace l’écran CRT 17″ (à tube cathodique) par un écran de même taille mais de type plat LCD 17″ (à cristaux liquides).

Les résultats sont consignés dans les tableaux et graphiques ci-dessous :

Gestion de l’alimentation électrique	Consommation d’énergie annuelle [kWh/an] ( source Energy Star)
Gestion de l’alimentation électrique	Mode actif	Mode attente	Mode arrêt	Total
Désactivé.	69,6	313,2	79,5	462,3
Fonction normale.	69,6	54	79,5	203,1
Fonction économie d’énergie.	52,2	52	79,5	188,7

Cas 3

L’ensemble de l’installation est remplacé par un portable haut de gamme équipé d’un écran LCD de 17″.

De nouveau, les résultats sont consignés dans les tableaux et graphiques ci-dessous :

Gestion de l’alimentation électrique	Consommation d’énergie annuelle [kWh/an] ( source Energy Star)
Gestion de l’alimentation électrique	Mode actif	Mode attente	Mode arrêt	Total
Désactivé.	16,8	75,6	42,8	135,2
Fonction normale.	16,8	32,4	42,8	92
Fonction économie d’énergie.	12,6	34,2	42,8	89,6

Au vu de l’exemple pris ci-dessus, on peut en conclure que :

L’activation de la fonction « normale », et plus encore la fonction « économie d’énergie », permet de réduire de manière draconienne les consommations dans les espaces de temps où l’utilisateur ne travaille pas sur son ordinateur. Les nouvelles machines, en général, sont configurées par défaut avec la fonction « normale » qui, au bout de 30 minutes d’inactivité de l’ordinateur, le place en mode « attente » (coupure de l’alimentation de l’écran, du disque dur, …).

Visiblement, les écrans classiques CRT (à tube cathodique) sont très gourmands en énergie par rapport aux écrans LCD (à cristaux liquides), soit + 19 %.

Enfin, la venue du portable, vient encore plus bousculer les configurations classiques des ordinateurs. Les consommations sont bien plus faibles.

On divise par 4 les consommations !

Gestion sécurisée de l’alimentation électrique

Il ne faut pas oublier que l’emploi d’un onduleur (alimentation ininterrompue), pour palier aux micro coupures parfois présentes sur le réseau électrique, génère des consommations sachant que la puissance dissipée est, suivant le modèle et ses caractéristiques, de l’ordre de 8 à 25 W.

Exemple.

Un onduleur (UPS) alimentant un PC multimédia et un écran LCD 17″ (à cristaux liquides) fonctionnant toute l’année (8 760 heures) consommera de l’ordre de 87 [kWh/an].

Gestion de l’alimentation électrique	Consommation d’énergie annuelle [kWh/an] ( source Energy Star)
Gestion de l’alimentation électrique	Mode actif	Mode attente	Mode arrêt	Total
Avec onduleur.	86,4	151,8	91,8	330
Sans onduleur.	86,6	64,8	91,8	243

La climatisation

Pour être complet dans l’évaluation des consommations d’énergie, il faut inclure dans le bilan final les consommations qui proviennent de la climatisation (si présente) parfois nécessaire pour réduire les apports internes dus en partie à la bureautique.

Exemple.

On prend un climatiseur avec un COP (coefficient de performance de la machine) de 3 fonctionnant pendant 3 mois.

Le calcul tient compte de :

puissance électrique des équipements / COP x (nombre de mois de climatisation / 12).

Gestion de l’alimentation électrique	Consommation d’énergie annuelle [kWh/an] ( source Energy Star)
Gestion de l’alimentation électrique	Mode actif	Mode attente	Mode arrêt	Climatisation	Total
Avec climatisation	86,4	64,8	91,8	20,2	263,2
Sans climatisation	86,6	64,8	91,8	0	243

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer le confort thermique des ambiances froides

Fermer les ouvertures des meubles ouverts

Cela paraît tellement évident !

Le seul « hic » c’est que pratiquement une grosse majorité des commerçants et fabricants ont une démarche inverse, à savoir plus les ouvertures sont grandes, plus les produits sont accessibles aux consommateurs (question de marketing de vente dit-on !). Le confort naturellement s’en ressent vu que les échanges thermiques s’effectuent dans les deux sens :

par induction et convection, le rideau d’air échangé « rejette » une partie du froid créé à l’intérieur du meuble. Ce qui signifie que la température de l’air à proximité des meubles ouverts descend jusqu’à des valeurs de l’ordre de 16°C à 1,5 m du sol et bien moins à hauteur du sol si le rideau d’air est perturbé et se déforme au point que la bouche de reprise ne puisse assurer son rôle de récupération du flux du rideau d’air;

par rayonnement des parois froides intérieures au meuble et le corps humain.

Les meubles verticaux ouverts

Ce sont principalement ces meubles qui sont responsables de tous les problèmes que rencontrent les commerces alimentaires. Problèmes :

d’apports thermiques externes (l’ambiance du magasin interagit avec le meuble principalement par son ouverture. Le bilan énergétique pour maintenir les températures adéquates des denrées devient catastrophique tant au niveau environnemental que financier;

de confort vu l’importance des surfaces d’échange mises en jeu tant au niveau de l’induction que du rayonnement.

La surface d’exposition du meuble représente bien la surface d’échange :

du rideau d’air par induction;

vue par les clients au niveau du rayonnement.

Chauffer les allées froides

Après ce qui vient d’être dit plus haut, difficile à croire que la seule issue possible à l’inconfort des « allées froides » est leur chauffage.

Pourtant, on observe dans les commerces de grandes surfaces que les techniciens tentent de trouver des solutions pour réduire l’inconfort en chauffant l’air ambiant surtout en période chaude, ce qui est un paradoxe !

Si vous êtes convaincu que vous allez perdre votre clientèle en fermant les ouvertures des meubles ouverts, alors tenter de placer un chauffage qui puisse vous garantir un confort relatif tout en limitant les dégâts énergétiques.

L’idée de beaucoup de spécialistes qui « planchent » sur le sujet est de tenter de récupérer la chaleur rejetée par les condenseurs des machines frigorifiques plutôt que de la répandre à l’extérieur.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la récupération de chaleur.

Dans les démarches, on retrouve principalement la mise en place de chauffage :

de l’air de haut en bas vers les allées froides par des aérothermes ou par des bouches de pulsion de centrale de traitement d’air. Sans entrer dans les détails, ce type de chauffage apporte un confort relatif tout en augmentant :
- les apports externes par le mélange de l’air chaud avec le rideau d’air des meubles;
- les consommations des ventilateurs soufflant l’air vers le bas, surtout dans les espaces de vente de grande hauteur;
- les consommations des machines frigorifiques puisque, dans le cas où on récupère la chaleur fournie par le condenseur, la température de condensation doit être de l’ordre de 50-70°C; ce qui dégrade la performance (COP_froid) du compresseur;

de l’air de bas en haut, ou du pied des meubles vers les allées froides comme le montre le schéma ci-dessous. Ce type de chauffage « devrait donner » intuitivement un meilleur résultat énergétique sachant que naturellement l’air chaud monte. Il est juste nécessaire de le mettre en mouvement sans trop de consommation du ventilateur et que la température peut être plus faible et donc contribuer à réduire les températures de condensation en cas de récupération de la chaleur du condenseur;

du sol par la récupération de la chaleur des condenseurs des machines frigorifiques. Ce système « pourrait avoir » des avantages :
- en terme de confort, le chauffage au sol devrait apporter un plus par radiation;
- en terme énergétique, puisque la température de condensation serait de l’ordre de 30 à 45°C et donc favorable au maintien de consommation électrique acceptable au niveau du compresseur.

Attention que l’on a très peu de recul par rapport au confort et à l’énergie mise en jeu au niveau de ces systèmes. Une valeur de puissance spécifique de plancher chauffant que l’on rencontre régulièrement est de l’ordre de 100 [W/m²]; ce qui reste relativement faible par rapport à d’autres systèmes de chauffage.

Si vous avez expérimenté ce genre de système, Énergie+ vous serait mille fois reconnaissant de nous faire part de votre expérience.

Cas particulier des ateliers

Dans les ateliers de boucherie, traiteur, …, les durées de travail peuvent être importantes. Il est dès lors nécessaire de pallier au manque de confort qui règne dans ces zones (des températures de maximum 12°C sont exigées pour garantir le maintien de la chaine de froid) par l’adaptation :

de l’habillement du personnel;
des vitesses d’air des systèmes de climatisation basse température.

Adaptation de l’habillement du personnel et des temps de pose

La récupération d’un certain confort de travail dans ce type d’ambiance passe naturellement par la mise à disposition de vêtements de travail adéquats afin d’éviter les premiers symptômes de refroidissement du corps.

L’indice d’isolation vestimentaire IREQ (Required Clothing Insulation Index) permet de choisir des vêtements adaptés au froid en assurant au corps un bon équilibre thermique. Il est admis que cet indice doit être satisfait lorsque la température est inférieure à 10°C. Un IREQ couramment rencontré est 2,6.

Aussi, l’évaluation de la « température cutanée du dos de la main » permet d’établir un seuil en dessous duquel la dextérité des mains se réduit; c’est le cas en dessous de 24°C. Dès cet instant, il est nécessaire d’adapter son temps de travail exposé et de choisir un type de gant adapté à la tâche.

Évaluer

Pour en savoir plus sur la récupération de chaleur.

Adaptation de la vitesse d’air des systèmes de climatisation à basse température

On admet couramment que la vitesse de déplacement de l’air ne puisse dépasser 0,2 m/s pour ne pas rendre le travail en milieu froid plus pénible encore.
L’utilisation des gaines textiles ou « manchons textiles » est un moyen intéressant d’allier basse température d’air avec vitesse d’air faible.

Manchon textile (source Prodeus).

(+)

L’homogénéité de la diffusion sur tout le réseau de gaines textiles apporte un confort thermique indéniable et permet d’éviter :
- les courants d’air (vitesse de déplacement de l’air faible < 0,2 m/s);
- les poches d’air froid ou d’air chaud caractéristique des installations offrant un piètre mélange de l’air diffusé avec l’air ambiant de par une mauvaise circulation d’air;
- les risques de zones mortes existants sur les systèmes classiques.
la facilité d’installation dans une zone existante;
la facilité d’entretien (hygiène accrue);
…

(-)

leur coût d’achat plus élevé;

Le degré de confort et de l’uniformité est essentiellement fonction :

de la vitesse de diffusion ou le débit surfacique [m³/m² de tissu / heure];
et le T (différence de température entre la température ambiante et la température de soufflage).

Plus le T est élevé, plus il faudra assurer un débit surfacique faible.

À titre d’exemple, pour un T de 4 °C, une vitesse de diffusion maximale de 0,1 m/s donnera des résultats satisfaisants.

De plus, lorsque la hauteur du local augmente, le T augmente aussi. Il faudra donc être vigilant sur le dimensionnement des gaines textiles, afin d’obtenir un débit surfacique aussi bas que possible.

Le site XPAIR (http://www.xpair.com) explique plus en détail ce type de système de diffusion d’air à basse vitesse.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Connaître les détails techniques du mur creux

3 Principes de base

Remarque : il n’est pas possible de donner une liste exhaustive de tous les détails techniques corrects que l’on peut rencontrer dans les murs creux. Aussi, nous avons préféré expliquer les différentes fonctions à assurer au niveau thermique et montrer la façon d’y arriver dans quelques cas précis de manière à avoir « les outils » pour pouvoir évaluer l’efficacité de tout autre détail de conception.

Afin d’assurer confort et efficacité énergétique, le mur creux doit assurer 3 fonctions de base :

l’étanchéité à l’eau,

l’isolation,

l’étanchéité à l’air.

Ces fonctions doivent être assurées de manière continue. Pour ce faire, elles doivent l’être :

aussi bien au niveau des parties courantes des murs,

qu’au niveau des différents points particuliers c.-à-d. au niveau des différentes jonctions (avec un châssis, avec la fondation, avec un plancher, avec une terrasse, avec la toiture, etc.) (= « détails techniques« ).

L’étanchéité à l’eau

(contre les infiltrations d’eau de pluie, l’humidité ascensionnelle, les eaux de nettoyages, ….)

>	Parties courantes : le principe même du mur creux permet d’assurer une bonne étanchéité à l’eau de pluie.
>	Chaque interruption de la coulisse doit être drainée par une membrane d’étanchéité placée en escalier vers l’extérieur et des joints verticaux laissés ouverts de manière à rejeter l’eau qui a pénétré dans la coulisse.
>	A chaque ouverture dans le mur (fenêtres, …), il faut veiller à ce que l’eau soit rejetée vers l’extérieur et ne puisse pénétrer à l’intérieur.
>	Les matériaux doivent être protégés de l’humidité ascensionnelle, des eaux de nettoyage ou de toute autre source d’eau.

L’isolation

Dans les parties courantes du mur creux, l’isolation doit être continue dans la coulisse.

Une discontinuité dans l’isolation des parties courantes engendre des pertes de chaleur supplémentaires de deux types :

des pertes par conduction plus importantes, càd. que localement la paroi présente un moins bon coefficient de transmission thermique(= pont thermique),

des pertes par convection par circulation d’air autour des panneaux (principalement pour les murs à remplissage partiel de la coulisse). Un espace de 5 mm suffit pour provoquer une rotation spontanée de l’air.

Schéma isolation continue dans la coulisse.

Au droit de chaque nœud constructif, il doit y avoir continuité de la coupure thermique. Cela suppose :

Schéma isolation et nœud constructif.

soit la continuité de l’isolation (cas idéal),
soit l’interposition d’un élément isolant ,
soit l’équivalence de la résistance thermique par un allongement du « chemin » à faible résistance thermique.

L’étanchéité à l’air

Outre qu’elle diminue les déperditions thermiques, l’étanchéité à l’air est très importante car elle conditionne le bon fonctionnement de l’étanchéité à l’eau du mur creux.

Elle permet une mise en équilibre des pressions de part et d’autre de la maçonnerie de parement. En l’absence d’une barrière à l’air efficace, l’eau qui aurait traversé la maçonnerie de parement au droit d’une petite discontinuité pourrait être projetée au point d’atteindre la paroi intérieure lorsque celle-ci est exposée à des pluies accompagnées de vent.

Pas d’étanchéité à l’air côté intérieur. Étanchéité à l’air côté intérieur.

Elle est assurée :

>	Dans les parties courantes du mur creux, par un enduit appliqué sur le mur intérieur.
>	Aux jonctions entre mur et châssis, par les joints d’étanchéité (fond de joint + mastic).