Mise en œuvre

Il existe différentes techniques proposées par les constructeurs. Les photos ou schémas ci-dessous sont placés dans un but d’illustration et non pas pour promouvoir davantage l’un ou l’autre système.

Les tuyauteries  peuvent être placées au centre des dalles de béton de telle sorte qu’elles ne subissent aucun effort de traction ou de compression. Mais, d’après un constructeur, ce critère est peu important, les tuyaux (nettement plus souples que le béton) pouvant sans problèmes reprendre ces modifications de longueur. Le critère majoritaire est la répartition entre le chaud et le froid si les 2 services sont assurés : la puissance en froid et le temps de réponse peuvent être augmentés si les tuyaux sont abaissés aux 2/3 de la dalle, par exemple.

De toute façon, elles restent non accessibles face à un éventuel trou de foreuse.

Trois techniques de mise en œuvre sont possibles :

• In situ : elle consiste à directement dérouler la conduite et à le ligaturer sur un treillis spécifique ou le ferraillage existant de la dalle. Plus couteuse par sa main d’œuvre plus importante, cette technique est utilisée pour des tracés hydrauliques difficiles avec courbe. Elle sera donc généralement réalisée sur des surfaces moins importantes que celles couvertes à l’aide des autres techniques.

• Module préfabriqué : les conduites sont déjà fixées en usine sur un treillis ou sur le ferraillage en fonction des exigences de participation à la reprise de charge de la dalle. Les dalles arrivent donc sur chantier par module et sont assemblées selon le plan de calepinage, afin d’atteindre la surface du circuit voulue.

• En prédalle : comme son nom l’indique, les conduites sont placées et livrées sur une prédalle.

Une coordination doit impérativement être réalisée aussi bien sur chantier qu’à la phase conception. Le bureau d’étude en stabilité doit intégrer la présence de conduites dans la dalle selon les informations fournies par le fabricant, et ce dernier doit connaitre les spécificités de la dalle nécessaire au calcul de la puissance de refroidissement. Sur chantier, les différents corps de métier doivent être avertis de la présence de conduite dans la dalle.
Les conduites de la dalle active doivent être placées après la pose du système électrique. Les canalisations d’eau froide et d’eau chaude à proximité des conduites de la dalle active doivent être calorifugées.

Une attention particulière doit être portée pour les emplacements des joints de dilatations et aux endroits de reprises de charges. On évitera donc de placer les tubes de dalle active en périphérie de dalle et au niveau des jonctions entre plancher et mur. Des fourreaux doivent être employés pour le passage des joints de dilatation de la dalle.

Lors de toutes les opérations de montage, les tubes doivent être maintenus en pression (3 bars à 6 bars), lors du transport, du stockage, de la mise en place, du coulage et lors du séchage du béton. Cette pression doit pouvoir être vérifiée à tout moment par un manomètre. Si les tubes sont déjà sous eau et que le bâtiment peut être soumis au gel, il est impératif de prendre toute les précautions pour éviter le risque de gel dans les tubes. Si de l’antigel est utilisé, celui-ci doit être vidangé avec de l’eau propre avant la mise en service du bâtiment.

Raccordement

Plusieurs modules/conduites peuvent être reliés entre eux à l’aide des raccords spécifiques afin de former un seul circuit. Quelle que soit la technique utilisée, il est recommandé de limiter la longueur par boucle à 130 m et les pertes de charge à 300Pa. Cette limite de 130 m compte tenu des espaces entre conduites et de la limite de bord de dalle équivaut à +/- 45 m² de plancher.

Les modules peuvent être raccordés sur collecteur ou sur une boucle de Tichelmann. Un accessoire spécifique doit être employé pour traverser la dalle et se connecter au collecteur.

Le système à trois connecteurs permettant de différencier les zones en chaud ou en froid.

Variante

Il est possible également de refroidir par les murs latéraux.

Ce système s’utilisera pour des cas bien spécifiques, en effet tout comme la dalle active, il est nécessaire de laisser les murs équipés des conduites de refroidissement accessibles. On privilégiera la dalle active au mur actif, car il est plus facile de ne pas mettre de faux plafond que de ne pas mettre d’armoire. Le mur actif sera pertinent si la surface de la dalle est insuffisante pour donner la puissance nécessaire, par exemple pour des petits locaux hauts et étroits.

Acoustique des locaux

Le souhait de laisser la masse thermique accessible à l’ambiance (pas de moquettes épaisses ni de faux plafonds) peut créer un éventuel inconfort acoustique, du moins dans les bureaux paysagers.

En effet, une part importante du plafond doit être maintenue ouverte. Une telle diminution de surface pour le traitement acoustique de la pièce peut difficilement être compensée. D’autres surfaces d’absorption doivent être trouvées (panneaux mobiles, armoires avec panneaux intégrés, sous-faces des tables de travail, …).

Par exemple, les portes des armoires du bâtiment Worx à Kortrijk sont des panneaux acoustiques micro perforés :

Une campagne d’essais a été menée dans un institut de recherche suédois pour mesurer l’influence de faux plafond discontinu, morcelé en ilots flottants de petite taille, sur les échanges thermiques entre le local et la dalle active.
La campagne consistait à comparer deux configurations, un faux plafond représentant 45 % de la surface du local suspendu à deux hauteurs différentes (20 cm et 80 cm).
On constate une diminution de l’efficacité due à la présence des éléments acoustiques de 16 % lorsqu’ils sont suspendus à 20 cm et de 12 % à 80 cm. Il apparait logique que plus l’élément acoustique est suspendu bas, plus la convection de l’air autour du panneau est facilitée. De même l’efficacité acoustique est améliorée, car le son se répartit mieux autour du panneau, au contraire de panneaux trop proches l’un de l’autre qui ne permettent pas une distribution correcte autour des panneaux.

Circulation d’eau

En règle générale, on observe un débit d’eau (en régime turbulent) d’environ 10 à 15 kg/h/m² de dalle active.

Production de froid

La production de froid valorisera des sources d’énergie compatibles avec une température d’eau froide élevée (on ne descend pas sous les 16°C notamment pour éviter les risques de condensation).

L’eau froide peut être produite  par différents moyens :

	L’eau peut être refroidie par l’air extérieur, via un échangeur placé en toiture, ou une tour de refroidissement (free-chilling). Pour profiter d’un air plus frais, il apparaît que le fonctionnement aura principalement lieu durant la nuit. D’où la nécessité de stocker le froid dans l’épaisseur de la dalle.
	Une variante de géothermie consiste à exploiter l’eau refroidie par de l’eau pompée dans une nappe phréatique, via un échangeur à plaques eau/eau. Le fonctionnement peut alors avoir lieu 24h/24.
	L’eau peut être refroidie par circulation dans le sol sous le bâtiment, via un échangeur sol/eau. La présence d’une circulation d’eau d’une nappe phréatique éventuelle autour des conduits renforce le refroidissement. La puissance frigorifique varie entre 10 et 25 W/m courant (on parle de géocooling ou géothermie). Le fonctionnement peut alors avoir lieu 24h/24.
	L’eau peut être refroidie par une machine frigorifique traditionnelle, venant en appoint d’une des sources ci-dessus, notamment pour vaincre les périodes de canicule.

Production de chaud

En chauffage, la dalle active est associée à une production dont les meilleurs rendements sont obtenus grâce à la production d’eau à basse température : principalement les pompes à chaleur, accessoirement les chaudières à condensation voire des capteurs solaires.

Comment réguler ?

Afin de réguler correctement une dalle active, il faut garder en tête que sa caractéristique principale est le déphasage entre la distribution de l’énergie et sa diffusion dans le local. On doit donc tenir compte de l’effet tampon et choisir le moment le plus efficace pour faire fonctionner la production. La complexité de régulation d’une dalle active nécessiterait de pouvoir prédire le climat extérieur et les charges internes afin d’optimiser le confort intérieur. C’est pourquoi on déconseillera le chauffage d’un bâtiment à l’aide de ce système tandis qu’on l’acceptera comme mode de refroidissement en fonction des possibilités de production à très haut rendement (freechilling et geocooling).

Pour réguler une dalle active, on peut jouer sur deux éléments :

• Le débit d’eau;
• La température de départ de l’eau.

La régulation doit à la fois permettre de maintenir le climat intérieur désiré et le faire de la manière la plus économique possible, sans détruire de l’énergie. La régulation dépendra donc également du mode de production de l’énergie.
Par exemple :

• Il est possible de brûler du gaz à tout moment de la journée, mais des panneaux solaires ne peuvent rien alimenter durant la nuit.

• Il est possible de refroidir en journée à l’aide d’un géocooling alors qu’avec un freechilling, on préférera refroidir durant la nuit.

Exemples

Ci-dessous on retrouve des exemples de conditions de régulation  proposées par divers concepteurs. La diversité de propositions reflète les difficultés de régulation de ce système.

Chaque exemple ci-dessus présente des lacunes en termes d’efficacité et pourrait être amélioré ; montrant par là qu’il n’y a, à l’heure actuelle, pas de solution de régulation universellement reconnue.

Voici différents commentaires pouvant être émis à propos de ces exemples :

Exemple 1 – Commentaires

En fonction des demandes du bâtiment, il est probable que refroidir quand la température moyenne des deux derniers jours dépasse 16 °C ne soit pas suffisant pour apporter le confort entièrement à l’aide de la dalle active. En effet, si on observe ci-dessous le parallèle entre la demande de refroidissement d’un bâtiment de bureau et la température extérieure à Uccle durant une année moyenne (Meteonorm), on remarque qu’un besoin de refroidissement existe quand la température extérieure moyenne sur 48 h est de 12 °C (avril, mai, septembre, octobre).

Exemple 2 – Commentaires

Faire fonctionner le circulateur de la dalle active en permanence n’est pas optimal en termes de consommation d’électricité. De plus, maintenir la surface de la dalle à 20 °C entraine un risque important de sous refroidissement de l’ambiance et donc un inconfort ou une destruction d’énergie si une fourniture de chauffage le compense.

Exemple 3 – Commentaires

Maintenir la surface de la dalle à 19 °C durant la nuit entraine un risque important de sous refroidissement et donc une destruction d’énergie si on relance le chauffage le matin. Toutefois, il n’est pas sûr de pouvoir atteindre une telle température compte tenu de l’inertie du système. Le temps d’arriver à cette consigne (19 °C), il est possible qu’elle ait changé (22 °C).

Exemple 4 – Commentaires

Chauffer et refroidir avec une dalle active présente un grand risque de destruction d’énergie. Le traitement continu empêche de profiter d’une période de mi-saison où le bâtiment serait confortable sans être refroidi ni chauffé.

Exemple 5 – Commentaires

Une régulation sur base de la température extérieure instantanée est incohérente par rapport au déphasage entre la distribution de l’énergie dans la dalle et son émission dans le local.

Exemple 6 – Commentaires

Les besoins d’énergie d’un bâtiment ne dépendent pas directement d’une date. Le climat varie chaque année. Il semble donc peu cohérent de réguler un système de chauffage et de refroidissement uniquement sur base d’un calendrier. Il faudrait au minimum réguler le mode de fonctionnement sur base de la température extérieure moyenne sur les deux derniers jours.

• La pompe de la dalle active fonctionne quand la température de départ de l’eau n’est pas traitée et entraine une consommation électrique non négligeable tant que l’eau n’est pas totalement à température homogène. Il pourrait être intéressant de limiter le fonctionnement de la pompe de circulation sur base d’une durée maximale après arrêt du traitement de la température de départ de l’eau.

• La durée de refroidissement via la dalle est plus courte en été qu’en automne et printemps (le reste restant identique). La quantité d’énergie à fournir en été est pourtant plus importante.

• En hiver, la dalle est chargée de 6 h à 9 h alors que les ventilo-convecteurs sont en fonctionnement. L’énergie fournie à la dalle risque donc d’être source de surchauffe, car elle sera émise dans le local après qu’il ait déjà été chauffé par les ventilo-convecteurs. De plus, un risque de destruction d’énergie est présent puisque le bâtiment sera refroidi lorsque la majorité des ventilo-convecteurs passeront en demande de froid pour combattre la surchauffe due à la surcharge de chaud dans la dalle. Il faut donc tenir compte du déphasage et charger la dalle avec le décalage temporel correspondant.

• Il faut empêcher l’émission de froid via les ventilo-convecteurs quand la dalle active est (ou était) en mode chaud ; Ainsi qu’empêcher l’émission de chaud via les ventilo-convecteurs quand la dalle active est (ou était) en mode froid et leur adjoindre une courbe de chauffe.

• Le risque de destruction d’énergie et d’inconfort est d’autant plus grand que les occupants pourront régler à leur convenance la consigne (min et max) des ventilo-convecteurs.

Proposition de régulation de la température de l’eau

Sur base de l’analyse des exemples précédents, voici une proposition de régulation basée sur un débit fixe et le réglage de la température de départ de l’eau dans la dalle.

La régulation de la température de l’eau a plusieurs objectifs :

• Favoriser un haut rendement de production d’énergie;
• Fournir le confort attendu dans le bâtiment.

Postulats :

• En mode « refroidissement », le rendement de production augmente généralement avec l’augmentation de la température d’eau.

• Il est difficile de prédire les besoins futurs d’un bâtiment. En effet, il est impossible de prévoir à la fois, le climat extérieur (température et ensoleillement) et l’usage du bâtiment (occupants et équipements) de manière à prédire les besoins d’énergie à fournir au bâtiment.

• Il n’y a pas de corrélation directe entre l’énergie à fournir et la température extérieure. En effet, si on regarde le graphe ci-dessous, on remarque que les besoins d’énergie ne sont pas constants pour une même température extérieure (exemple d’un bâtiment de bureau).

Objectif d’une régulation de la température de départ de l’eau dans le cas d’un refroidissement par dalle active

Compte tenu de ces  postulats, il semble donc inutile de prévoir une loi d’eau fonction de la température extérieure dans le but d’adapter le climat intérieur du bâtiment. Le seul intérêt est donc de veiller à favoriser un haut rendement de production d’énergie. Il est donc préférable de privilégier une température d’eau proche de la température intérieure.
Pour le choix de la température de l’eau, il faut donc pouvoir dissocier les solutions sur base du contexte particulier des différents projets. On peut ainsi citer deux exemples :

• Le cas d’une source froide pratiquement gratuite (seule la pompe de circulation consommant de l’énergie) à l’aide de sondes géothermiques ou d’une rivière.

• Le cas d’une production d’eau froide à l’aide d’un compresseur si la source froide (par exemple l’air extérieur) n’est pas toujours suffisamment froide.

Dans le premier cas, on comprendra que le choix de la température de l’eau doit se faire de manière à minimiser le temps de fonctionnement des pompes puisque ce sont les seules consommations d’énergie. On pourra alors par exemple, travailler à température plus basse sur un temps plus court.

Dans l’autre cas, il s’agira de trouver un équilibre entre un temps de fonctionnement pas trop long et une température d’eau suffisamment élevée pour permettre une production d’eau froide à haut rendement.

Pistes de solution

Pour illustrer cette recherche d’équilibre, voici des pistes de solution issue de simulations thermiques dynamiques d’un immeuble de bureau refroidi par dalle active alimentée par de l’eau froide produite par un groupe de production d’eau glacée (source : MATRIciel) :

Compte tenu du mode de refroidissement, il est préférable de fonctionner la nuit de 22 h à 6 h quand la température extérieure est la plus faible donc le rendement de production est le plus élevé. Il faut veiller à ne pas commencer trop tôt, car la température peut être encore élevée en soirée et on risque de refroidir trop longtemps.

Il est également préférable de refroidir uniquement quand la température moyenne extérieure dépasse une limite de 10 à 14 °C – 12 °C semblant un optimum, mais celui-ci peut varier suivant les bâtiments (cfr le graphique, présenté précédemment, montrant la demande de refroidissement en regard de l’évolution de la température moyenne des deux derniers jours).

On observe qu’une loi d’eau fonction de la température extérieure n’est pas intéressante, car si on se limite à ces conditions de fonctionnement, la température extérieure varie peu et on finit par avoir une loi d’eau dont l’inclinaison est très faible. Une température constante est donc privilégiée en mettant l’importance sur le temps et le moment du fonctionnement.

Il ressort des résultats de l’étude qu’utiliser une température de départ de 18°C est généralement trop froid et entraine un sous-refroidissement tandis qu’une température de départ de 22°C n’est pas suffisante en terme de confort et entraine un risque de surchauffe plus important.

Ainsi l’optimum intervient quand on envoie de l’eau à 20 °C de 22 h à 6 h quand la température moyenne extérieure (sur 48h) dépasse 12 °C.

Toutefois, si le confort n’était pas atteint, il est possible :

• De compenser le manque de refroidissement durant la nuit par un fonctionnement en journée uniquement quand la température moyenne extérieure (sur 48 h) dépasse, par exemple, 18 °C ;

• D’augmenter le fonctionnement durant la nuit en déchargeant la dalle dès que la température moyenne extérieure (sur 48 h) dépasse 10 °C (au lieu de 12 °C).

Enfin, il est également possible de réguler sur base de la température moyenne de l’eau dans le circuit avec une consigne finalement proche de celles proposées pour la température de départ étant donné qu’avec le débit imposé, la différence de température entre le départ et le retour est relativement faible.

Quelques détails technologiques

>  Vannes

La batterie d’échange air-eau à tubes ailettés est encadrées par deux vannes d’isolement et une vanne de réglage du débit d’eau. Cette vanne est commandée par un thermostat dont le bulbe est situé dans la prise d’air.

>  Ventilateurs

La ventilation est assurée par une ou deux turbines, centrifuge ou tangentielle, de 40 à 50 Pa de pression totale, généralement à 3 vitesses (avec un sélecteur accessible à l’utilisateur… qui le positionne souvent en première vitesse pour limiter le bruit !). La puissance demandée est généralement de l’ordre de 80 à 125 W, suivant les modèles.

>  Condensats

Le bac de récupération des condensats sera raccordé au réseau d’évacuation. Dans le cas où le ventilo est accroché au plafond, cette évacuation n’est pas toujours aisée. On aura parfois recours à une petite pompe de relevage des eaux de condensat.

>  Habillage

L’habillage est constitué en acier galvanisé, généralement recouvert intérieurement de laine de verre ou de mousse polyuréthane pour des raisons thermiques et acoustiques. Mais il arrive que pour des raisons esthétiques, la carcasse du ventilo soit intégré dans la structure décorative du local ou dans une armoire et dans ce cas, seules les grilles restent visibles.

On peut imaginer différents niveaux, en fonction de la qualité énergétique du projet

• Gestion locale : uniquement laissé à l’initiative de l’occupant, donc pas de certitude de l’arrêt du ventilo en période d’inoccupation, ni de respect des consignes. Cela peut fonctionner toute la nuit…
• Gestion locale + gestion centrale : cette fois, l’occupant peut faire varier la température de 1 ou 2 degrés autour d’une consigne fixée centralement. Par exemple, en centrale, on peut imposer une conduite économique de 20° (chaud) – 25° (froid). La garantie d’une plage neutre est assurée. De plus, la programmation horaire est possible centralement.
• Gestion locale + gestion centrale + contrôle de présence : un détecteur de présence perfectionne la gestion dans les locaux à utilisation intermittente.

Il existe actuellement des systèmes de centralisation pour unités terminales accessibles financièrement, sortes de GTC minimum, avec une incidence non négligeable sur la consommation énergétique.

Dans tous les cas, la gestion doit considérer la température, le débit hydraulique et le débit aéraulique. Si le débit aéraulique est souvent laissé aux bons soins de l’occupant, les deux autres paramètres sont

Régulation de température du ventilo

Deux principes sont possibles

• soit la vitesse du ventilateur est constante et le régulateur module la température de l’eau en fonction des besoins de l’ambiance au moyen d’une vanne à trois voies,
• soit la température de l’eau est constante et le régulateur module la vitesse du ventilateur en fonction des besoins de l’ambiance.

La première solution est très confortable, d’autant que la vitesse du ventilateur est fixée par l’occupant (réglage manuel à 3 positions), occupant qui choisit ainsi le niveau de bruit qu’il souhaite. Bien sûr, si les besoins sont élevés et que la vitesse du ventilateur est faible, la consigne ne sera pas atteinte…

Commutateur de vitesse du ventilateur.

La deuxième solution est moins chère, mais nettement moins confortable, surtout si le ventilateur fonctionne en tout ou rien. Il faut au minimum un appareil à trois vitesses ou, mieux, un ventilateur à vitesse variable.

Dans les deux cas, on prévoira une plage neutre suffisamment large (minimum 2°C) : par exemple, une plage neutre entre 21 et 24°C. La température intérieure du local va « flotter » entre ces deux valeurs, sans consommation énergétique.

Il est préférable que la sonde de température soit placée dans l’ambiance : si elle était placée dans la reprise d’air, il faudrait laisser le ventilateur en 1ère vitesse même lorsque la température ambiante est en plage neutre…!

Ventilateur en vitesse 1 dans la zone neutre.

Ventilateur à l’arrêt dans la zone neutre.

Remarque : une technique URE consiste à placer un contact de feuillure sur les châssis de telle sorte que le fonctionnement du ventilo-convecteur soit interrompu lors de l’ouverture des fenêtres.

Régulation des débits hydrauliques du réseau

Dans les circuits avec vannes à trois voies, le débit hydraulique total de l’installation est constant.
Par contre, dans les installations avec vannes deux voies, lorsque celles-ci se ferment, la pompe risque de souffrir. Deux solutions sont possibles :

• Soit une vanne à décharge (encore appelée vanne à soupape différentielle) est placée en parallèle sur le réseau de distribution. La pompe est protégée, elle travaille à débit constant, mais sa consommation est constante également, alors qu’on aurait pu économiser de l’énergie électrique !
• Soit la pompe travaille à vitesse variable, en maintenant une pression constante dans le réseau. Ceci est nettement plus économique, mais suppose une protection des installations de production lorsque le débit d’irrigation devient faible : un by-pass pour la chaudière et un ballon tampon pour la machine frigorifique.

Gestion de la pointe électrique dans les installations 2 tubes – 2 fils

Il est utile de prévoir une technique de délestage pour éviter le fonctionnement simultané des résistances électriques des installations 2 tubes – 2 fils !

Un fonctionnement séquentiel est possible puisque le bâtiment constitue en lui-même un réservoir tampon et que la stabilité des températures intérieures ne sera que peu affectée par les coupures provoquées par le délesteur.

La programmation devrait également permettre de profiter au mieux des tarifs de nuit, en réalisant les relances du matin avant 7h00 (heure variable régionalement suivant les distributeurs).

 Deux systèmes s’entrecroisent au niveau de l’échangeur

• le circuit d’eau (transfert thermique de la production vers l’émetteur),
• le circuit d’air (transfert thermique de l’émetteur vers la pièce).

et les régulations de ces deux systèmes sont distinctes.

Sur ce schéma de base, on distingue 2 régulations :

1. Une vision de la régulation locale de chaque ventilo-convecteur

• avec vanne 3 voies,
• avec vanne 2 voies et régulateur de pression différentielle,
• avec vanne 2 voies et circulateur à vitesse variable.

>> Pour plus d’informations

2. Une régulation de l’alimentation eau chaude/eau glacée des ventilo-convecteurs

• chaud ou froid + commutation été/hiver,
• chaud ou froid par une machine frigorifique réversible,
• chaud et froid simultanément + distribution par zone,
• chaud et froid simultanément + distribution par zone + circulateur de zone.

>> Pour plus d’information

Trois systèmes s’entrecroisent au niveau de l’échangeur

• le circuit d’eau glacée,
• le circuit d’eau chaude,
• le circuit d’air (transfert de l’émetteur vers la pièce).

et les régulations de ces systèmes sont distinctes.

Sur ce schéma de base, on distingue dès lors 2 régulations :
1. Une régulation locale de chaque ventilo-convecteur :

• avec vanne 3 voies,
• avec vanne 2 voies et régulateur de pression différentielle,
• avec vanne 2 voies et circulateur à vitesse variable.

>> Pour plus d’informations

2. Une régulation  de l’alimentation eau chaude/eau glacée des ventilo-convecteurs

• production de chaud et froid distinctes,
• production combinée de chaud et froid, via une machine frigorifique avec récupération de chaleur au condenseur.

>> Pour plus d’informations

Les plafonds rayonnants froids font partie des équipements de refroidissement des locaux.

Généralement, de l’eau froide à + 15°C circule au dessus du faux plafond (par ex, serpentins d’eau fixés au dessus de la plaque métallique du faux plafond). Les occupants recevront une composante de rayonnement froid (en réalité, ils émettront de la chaleur vers ce plafond), et l’air du local sera lui aussi refroidi.

1. Plaque métallique perforée
2. Élément refroidissant
3. Laine minérale dans une feuille PE
4. Plaque carton-plâtre

Ces systèmes ont beaucoup de qualités (absence de bruit et de courants d’air, encombrement nul, faible consommation énergétique,… ) mais aussi un gros défaut : une puissance frigorifique limitée ! (60 à 120 W/m²). Ce défaut est cependant à relativiser dans le contexte énergétique actuel où l’on recherche à diminuer la charge thermique du bâtiment.

C’est une technique relativement récente qui nous vient des pays nordiques : l’été, les chaleurs de Copenhague ne ressemblent pas vraiment à celles de Marseille !

Cette technique s’adapte aussi bien à la construction nouvelle (pour des bâtiments conçus de façon à limiter les apports solaires et les apports de chaleur internes), qu’en rénovation grâce au fait de ne pas devoir percer des parois pour le passage de gainages d’air volumineux et de pouvoir réutiliser l’installation de chauffage existante. Contenu du risque de condensation, ce système est vivement déconseiller dans les locaux humides.

Apport de froid

Les plafonds froids rayonnants sont des émetteurs statiques à paroi sèche. Les échanges de chaleur se font de deux façons différentes

• Échange par convection avec l’air ambiant: un minimum de 40 % de la puissance totale émise.
• Échange par rayonnement avec les parois, meubles, personnes,… : un maximum de 60 % de la puissance.

Une conséquence de cet échange sur le confort, est d’admettre une température ambiante de consigne à 26°C pour même température opérative.

Apport de chaleur

L’appoint de chaleur en hiver reste un problème même si, en construction nouvelle, le bâtiment étant bien isolé, la demande de chaleur en hiver est limitée. Il est envisageable d’apporter cette chaleur :

• soit en alimentant en eau chaude les plafonds et en particulier les zones situées près des façades (près des baies vitrées),
• soit via un circuit de radiateurs complémentaires,
• soit grâce à des batteries terminales de réchauffe alimentées en eau chaude et placée en façade,
• soit grâce à des batteries électriques placées sur le conduit d’air de chaque bureau. Mais il faut un débit d’air minimum pour limiter les températures de pulsion.

Il existe plusieurs technologies différentes :

Les plafonds froids convectifs se distinguent des plafonds froids rayonnants par leur principe d’échange de chaleur :  70% par convection et 30% par rayonnement. Leur puissance est généralement plus élevée, car ils laissent passer l’air dans le plénum et peuvent disposer d’ailettes.

Les plafonds froids rayonnants

On trouve des plafonds froids rayonnants suspendus ayant une puissance comprise entre 60 et 100W/m².

Les faux plafonds à ailettes clipsables : (procédé FRENGER).

La circulation d’eau se fait dans des tuyaux (cuivre, acier, polypropylène, aluminium,…) sur lesquels sont clipsées des plaques (métalliques, plafonnage,…) formant ainsi un faux plafond. Ces plaques peuvent être perforées, afin d’en faire un plénum de pulsion de l’air neuf.

Dans une variante (chaque constructeur ayant développé son propre produit !), des tubes plats sont sertis sur des plaques métalliques.

La puissance frigorifique de ces plafonds atteint 100 W/m². Son inertie est très faible et donc la régulation de la température ambiante sera aisée.

Un inconvénient : c’est le serpentin qui assure la fonction portante du plafond, ce qui n’est pas l’idéal, à terme (on peut imaginer qu’un montage fait d’usine est plus fiable). Le faux- plafond se présente alors sous forme de lamelles juxtaposées.

Les faux plafonds à répartiteur de froid transversal

Ces répartiteurs sont généralement en Cuivre et présentent une puissance de l’ordre de 80W/m². Entre chaque plaque de faux plafond, le raccord hydraulique est assuré par un flexible.

Répartiteur en Cuivre sur plaques métalliques.

Mais il existe également des répartiteurs en polymère posés sur des plaques de métal (74 à 60 W/m²) et certains fabricants proposent d’intégrer ces polymères dans des plaques plâtre (60W/m²).

Polymère sur plaque métallique (Source : gema).

Polymère intégrer dans des plaques de plâtre (source : Rehau).

Pour favoriser le refroidissement du faux plafond, certains fabricants ont imaginé de fixer des lames métalliques transversalement à la circulation de l’eau froide dans les tubes en cuivre. La puissance de refroidissement en est améliorée.

Exemple de plafonds-froids « bidirectionnels ».

Les faux plafonds à tube intégré dans un profilé aluminium :

Ici, l’essentiel consiste à faire communiquer au mieux le froid entre le tube et l’entièreté du plafond métallique ! Un tube intégré à un profilé aluminium permet une excellente conduction du froid (en réalité, de la chaleur), si bien que la différence de température entre l’eau et la surface métallique est seulement de l’ordre de 1°C. Des puissances de 100 à 130 W/m2 actifs sont atteintes.

Attention : de telles puissances sont atteintes pour un écart de 10° entre la température moyenne de l’eau (16°C) et la température de l’ambiance (26°C), c.-à-d. dans des conditions extrêmes.

Le matelas de laine minérale disposé au-dessus ou dans les panneaux de plafond permet une limitation des pertes vers le haut et un traitement acoustique du local (par absorption).

Si une lame d’air est conservée entre le panneau et le matelas isolant, une circulation de l’air est possible et donc l’échange convectif avec les tuyaux froids est amélioré.

Le montage est facilité, mais le prix d’achat est augmenté.

Les faux plafonds à nattes capillaires

Des nattes capillaires (à imaginer avec des diamètres du type spaghetti ! … de l’ordre de 2,5 mm de diamètre intérieur) en matériau de synthèse sont parcourues par l’eau glacée.

Il s’agit généralement de polypropylène (obtenu par polymérisation du propylène, CH6).

Ce système offre une température de paroi plus homogène.

On rencontre ce système :

• Incorporé dans des modules de faux plafonds : la natte est déposée sur un bac/panneau métallique perforé, recouverte d’une couche d’isolant, puis superposée d’une 2ème plaque métallique qui comprime le tout de telle sorte que le contact entre la natte et le panneau soit favorisé. Une fixation par charnière permet un accès aisé à l’espace technique situé au-dessus de chaque module. Le plastique n’est pas rigide et les contacts sont donc partiels mais ceci est compensé par la totalité de la surface qui entre en jeu (multiplicité des tubes).
• Fixé sur les parois du local (plafond en plaque de plâtre, murs,…), puis recouvert d’un enduit de type crépi ou d’un revêtement de finition classique. C’est alors l’ensemble de la paroi qui devient rayonnante. C’est une technique qui se prête bien à la rénovation d’anciens locaux. Elle peut même équiper des parois courbres.

Ce système présente une très faible inertie (contenance en eau de l’ordre de 40 gr/m^² seulement) et permet donc une régulation aisée de la température ambiante.

Le risque de voir les tubes capillaires se boucher est réel, aussi il est généralement recommandé d’utiliser de l’eau déminéralisée, de raccorder les nattes à des tuyauteries non corrodables et de prévoir un échangeur inox entre le réseau de plafond et le circuit lié au groupe frigorifique.

La présence d’un tel échangeur génère, non pas une perte d’énergie, mais bien un delta T° supplémentaire. La température devra être de 1 ou 2°C plus froide à l’entrée de l’échangeur par rapport à celle utile qui passe dans le plafond. Ceci pénalise plus particulièrement la technique de free-chilling c’est-à-dire, le refroidissement « gratuit » de l’eau par l’air extérieur. Au lieu d’être efficace en dessous de 13°C, l’air extérieur ne sera utile qu’en dessous de 12 ou 11°C.

La présence d’un échangeur est également requise parce que le réseau des capillaires ne peut pas tenir sous une pression fort élevée (limité généralement à 4 bars). L’échangeur permet de déconnecter la pression primaire (le réseau d’eau glacée de l’ensemble du bâtiment) de la pression secondaire (le réseau des nattes). On place généralement un échangeur pour 3 ou 4 étages.

La puissance frigorifique est comprise entre 100 et 118 W/m².

Les plafonds à effet convectif renforcé

Afin de favoriser l’effet convectif, des ailettes sont serties sur les tuyauteries. L’idée consiste à créer un effet d’écoulement d’air, de cheminée froide le long de ces ailettes. Cette fois, deux tiers de la puissance est communiquée par convection. La puissance frigorifique est maximale (130 W/m2 et plus) pour autant que le faux plafond reste à claire-voie.

La structure ouverte des plafonds froids convectifs, donne accès à l’inertie de la dalle. La dalle peut dès lors stocker la chaleur et peut être déchargée de cette chaleur par free cooling ou free-chilling.

Remarques.

1°. Certains fabricants proposent également leur plafond froid sous forme d’ilots à placer au-dessus des bureaux. Ces ilots peuvent également remplir une fonction d’atténuation acoustique (perforation + film acoustique ou baffle acoustique). Ces ilots trouvent un intérêt dans les bureaux de types paysager.

2° De nombreux fabricants proposent leurs produits sur le marché :

• des fabricants de faux plafonds qui ont développé la fonction « thermique »,
• des fabricants de matériel thermique qui ont développé la fonction « faux plafond » !

Il est indispensable que les deux fonctions soient totalement maîtrisées et proposées avec des matériaux de qualité.

Un plafond froid ne s’achète pas sur « catalogue » et une installation ne peut se concevoir sans qu’un  Ingénieur Conseil n’intègre tous les besoins et exigences du Maître de l’Ouvrage et de l’Architecte.

L’Entrepreneur réalisant un tel système doit en prendre la responsabilité globale tant au point de vue installation (faux plafond) que performance (confort).

Pose

La pose est généralement délicate car tout défaut dans la planéité d’un faux plafond est directement visible, surtout si la lumière est rasante. Les réceptions d’installation donnent généralement lieu à des discussions tendues entre architecte et installateur !

Risques de condensation

Il ne doit pas y avoir de condensation sur le plafond froid ! Sous peine d’avoir de l’eau sur les papiers de la secrétaire !

Ce procédé est donc à proscrire dans tous les milieux présentant un taux d’humidité élevé (cuisines, sanitaires avec douches, buanderies, …)

Idéalement, il faut éviter de devoir forcer la déshumidification (énergivore) de l’air pour éviter la condensation. Pour cela, il faut produire du froid avec une température d’eau la plus élevée possible. Par exemple, avec un régime de température d’eau de 17°-20°, un simple refroidissement de l’air à 16° est suffisant pour éviter les condensations. Cela signifie alors que la puissance est limitée et donc qu la maitrise des charges de chaleur face partie intégrante du projet.

Apport d’air neuf

De l’air neuf hygiénique sera pulsé, de façon distincte au refroidissement des faux plafonds.

Une pulsion de l’air neuf à basse température (16°) permet de réduire la puissance frigorifique à vaincre par le plafond.

La déshumidification de cet air neuf en centrale contribue à l’assèchement de l’air des locaux.
Elle diminue les risques de condensation, mais génère une consommation importante et est donc à éviter.

Une pulsion de l’air neuf au ras du plafond (avec recherche de l’effet Coanda) n’augmente pas l’effet convectif et donc pas la puissance frigorifique.

Espace nécessaire

La hauteur minimale nécessaire est fonction de l’ensemble des équipements à placer dans le faux plafond. Au cas où seule la fonction thermique est présente, la hauteur minimale requise est l’ordre de 55 mm.

Préparation de l’eau glacée

On utilisera soit un groupe d’eau glacée spécifique, soit un réseau du circuit principal.

Un cas particuliers existe cependant :

Les plafonds réalisés par des nappes capillaires, qui requièrent une alimentation en eau déminéralisée. Un circuit spécifique, avec son propre échangeur à plaque en acier inoxydable, sera réalisé sur la boucle d’eau glacée du bâtiment.

Le circuit des panneaux est alimenté à des  régimes aller – retour, allant de 15°C – 17°C à 19°C-20°C en fonction de la puissance nécessaire.  Il est ainsi possible de réguler la température de départ en fonction de la température extérieure, ou mieux, si présence d’une régulation numérique, de la rendre variable en fonction de l’ouverture des vannes.

Schéma de principe

La régulation de l’alimentation en eau des panneaux vise classiquement au maintien de la température de consigne, mais aussi au contrôle de l’absence de condensation sur les tuyauteries.

Sur base de la mesure de la température de l’air ambiant et de son humidité relative, le régulateur détermine le point de rosée de l’ambiance et limite la température de l’eau à un niveau de 1 à 1,5°C supérieur à ce point de rosée, par action sur une vanne trois voies.

Cette protection peut également être assurée par un détecteur de condensation placé à la surface du tube d’entrée: si l’humidité relative de l’air à la surface du tube approche de la condensation, un contact est actionné; la vanne est fermée et, éventuellement, la pompe est arrêtée.

Cette pompe peut également être mise à l’arrêt.

• si la température ambiante est inférieure à sa consigne,
• si le contact de feuillure placé sur les ouvrants des châssis signale une fenêtre ouverte.

Montage

Lorsque plusieurs panneaux doivent être mis en parallèle, on peut prévoir une disposition similaire à la mise en parallèle de radiateurs :

Comme dans les raccordements bitubes, on peut améliorer l’équilibrage de l’installation par un montage en Tickelman :

Chaque circuit présente alors une perte de charge similaire et donc un débit d’alimentation similaire.

Comment est gérée la présence d’air ? On considère que les serpentins sont horizontaux et que l’eau pousse l’air qui serait présent. Ce sont les tuyaux de raccordement (ou tuyauteries-mères), toujours placés au-dessus du serpentin qui seront éventés, généralement sur le retour.

Un détail à insérer au cahier des charges : on exigera des bouchons sur les tuyauteries à l’arrivée sur chantier. Ces bouchons ne seront retirés qu’au moment du raccordement. À défaut, le serpentin étant plus bas que les tuyauteries-mères, des crasses iront s’y loger…

Solution proposée par un constructeur de matériel de régulation

Chaque local dispose d’une vanne 2 – voies modulant le débit d’eau. Un thermostat agit sur cette vanne mais peut agir sur plusieurs vannes en parallèle, si les conditions thermiques sont jugées similaires.

1. Boitier d’ambiance comprenant la mesure de la température d’ambiance et le potentiomètre de réglage de la consigne (que l’on peut aussi limiter dans une plage de +/- 2 K autour d’une valeur de base réglée d’avance)
2. Hygrostat limiteur pour le contrôle de la condensation, actionnant le circulateur.
3. Sonde d’applique pour le contrôle de la température effective à l’entrée du réseau.
4. Régulateur numérique (liaisonnable à la GTC par bus 2 fils), agissant sur le circulateur et sur la vanne deux voies motorisée.
5. Vanne motorisée électro-thermique modulant le débit suite au signal chrono-proportionnel reçu du régulateur.

Solution intégrant la commande de radiateurs

Avec le même matériel, le schéma ci-dessous signale que le régulateur peut également gérer le chauffage statique en hiver, la commande de l’éclairage et la réponse d’un contact de fenêtre.

Mais cette solution est luxueuse; une simple vanne thermostatique peut être adaptée à l’entrée du corps de chauffe. Elle sera réglée sur 21°C tandis que le plafond froid est modulé sur 26°C (ce qui correspond à un confort équivalent à 24°C), interdisant ainsi tout risque de destruction de l’énergie.

Si une solution par radiateur électrique est choisie, un verrouillage en fonction de la température extérieure sera utilement prévu. Par exemple : enclenchement seulement si la T°ext est < à + 5°C.

Contrôle de la condensation

Différentes dispositions seront prises pour limiter le risque de condensation :

• limitation de la température de départ de l’eau pour les réseaux intégrés dans la dalle de plafond,
• contrôle de l’humidité relative à proximité du plafond et coupure de la circulation d’eau, pour les réseaux en faux plafonds,
• contrôle des conditions extérieures pour anticiper les fluctuations d’humidité à l’intérieur du local.

Dans un bâtiment avec fenêtres ouvrantes, l’alimentation du plafond en eau doit pouvoir être interrompue par un contact de feuillure.

• Le confort est meilleur que dans les systèmes traditionnels (par ventilo-convecteurs par exemple).
  1. Parce que l’apport de froid par rayonnement est plus stable (inerte) et mieux réparti spatialement que l’apport de froid par air,
  2. parce qu’il conserve « la tête au frais »,
  3. parce que le confort est renforcé par l’absence de courant d’air froid, puisque le débit d’air est limité au débit hygiénique,
  4. parce ces mouvements d’air limités entraînent peu de déplacement de poussières dans les locaux.

• Si l’eau froide est produite par une machine frigorifique, la préparation d’eau glacée à une température « élevée » de 15°C-17°C environ permet la sélection d’une machine frigorifique avec un excellent coefficient d’efficacité frigorifique (ou « COP frigorifique »). Cette propriété est perdue si la même machine frigorifique est utilisée pour préparer l’air neuf déshumidifié …
• Une température d’eau élevée permet également de recourir à une source de froid naturelle comme l’air extérieur (via free-chilling) ou le sol (via géocooling). La consommation liée la production de froid se réduit alors simplement à la consommation d’auxiliaires (pompes, ventilateur de pompes de refroidissement,…).
• La séparation entre la fonction ventilation des locaux (air neuf hygiénique) et l’apport thermique (apport de froid) est un gage de bonne régulation.
• L’air neuf ne sera pas recyclé, évitant ainsi les risques de contamination liés au recyclage de l’air (« sick buildig syndrom »).
• L’absence de bruit est un confort non négligeable (fonctionnement statique, faible débit d’air neuf pulsé).
• Cette température élevée permet d’imaginer, durant une bonne partie de l’année, un refroidissement direct de l’eau glacée dans les tours de refroidissement en toiture, en by-passant ainsi la machine frigorifique. Cette technique est généralement appelée « free-chilling ». La consommation liée au froid se résume à l’alimentation des pompes de circulation ! La présence d’une source d’eau froide naturelle peut également être mise à profit (rivière, lac, …)
• Le transport du froid vers les locaux par de l’eau glacée (pompe) est environ dix fois moins énergétique que le transport par de l’air froid (ventilateurs des systèmes « tout air »).
• Le confort apporté par le rayonnement froid au dessus des occupants permet une augmentation de 2°C de la consigne de température ambiante des systèmes traditionnels (température max = 26°C ou 27°C, au lieu des 24 ou 25°C habituels pour des ventilos ou des poutres froides, par exemple). Il s’en suit une réduction de la puissance frigorifique nécessaire.
• Les coûts d’exploitation énergétiques sont plus faibles que dans le cas des systèmes traditionnels (ventilo-convecteurs par exemple). Une étude de cas réalisée par Tractebel Development Engineering précise ce facteur. On épargne la consommation des ventilateurs des ventilo-convecteurs, mais on augmente un peu la consommation des pompes de distribution de l’eau puisque qu’un delta T° aller-retour de 2 à 3 K est réalisé contre 5 à 6 K pour les ventilos.
• Une économie supplémentaire provient du fait qu’une part de la consommation des ventilos-convecteurs est donnée en chaleur latente sur l’air (la température de la boucle d’eau glacée est inférieure à la température de rosée de l’ambiance et l’humidité de l’air se condense, parfois inutilement). Ce fait ne se produit pas avec les plafonds, … sauf si c’est l’air neuf qui est fortement déshumidifié…
• La régulation est en partie auto-adaptative : une augmentation des charges du local provoque une augmentation de sa température et donc une augmentation de la puissance de refroidissement.
• L’entretien semble réduit.
• Un entretien réduit : pas de remplacement de filtre ou d’usure mécanique contrairement aux ventilos-convecteur.
• L’encombrement au sol est nul !
• Le système requiert une hauteur de faux plafond inférieure à celle d’un système tout air.
• Le traitement des zones internes par ce système est moins encombrant que par la climatisation en VAV ou par ventilo-convecteurs.

• La puissance frigorifique reste limitée par rapport aux systèmes traditionnels. On dit parfois que c’est un système placé pour vaincre les apports internes (bureautique, éclairage, occupants). Ceci sous-entend que les apports solaires des vitrages soient limités :
  • soit par la conception du bâtiment créant des ombres portées,
  • soit par la mise en place de protections solaires extérieures,
  • soit par le placement de stores intérieurs clairs combinés à des vitrages performants,
  • soit par la configuration des lieux (bureaux paysagers, salles profondes).

• Il faut cependant relativiser cet inconvénient. En effet, dans un bâtiment moderne qui se veut énergétiquement performant, une puissance de conception de refroidissement top élevée provient souvent :
•  soit d’une programmation mal raisonnée et d’apports internes excessifs (taux d’occupation, puissance bureautique irréaliste),
• Soit d’installations intérieures mal conçues (puissance d’éclairage excessive,…),
• Soit d’une enveloppe mal protégée de l’ensoleillement.
  Minimiser les charges internes et bien les estimer impactent considérablement les choix du système de refroidissement. Prenons un bureau de 20 personnes orientation Sud avec 30 % de surface vitrées.

Dans un premier temps, les besoins en éclairage de ce bureau sont surestimés 12W/m² et 180W par ordinateur dans ce cas, il demanderait une puissance de froid 131W/m². Dans ce cas, l’auteur se prive de la possibilité d’envisager des plafonds froids. Par contre, si ces charges internes sont minimisées par l’utilisation de protections solaires et que l’éclairage est optimisé (6,5Wm²), ce bureau demanderait une puissance de froid de 84W/m². Dans ce cas, il est possible d’utiliser des plafonds froids avec un régime 15°-17°C qui permet déjà d’utiliser en partie l’énergie gratuite, contenue dans l’air (free-chilling) ou dans le sol (géocooling). Si les charges internes de la bureautique sont mieux  estimées (120W/PC au lieu de 180W/tour et 40W pour l’utilisation de PC portable), on peut envisager d’augmenter le régime d’eau à 17-19°, ce qui permet une utilisation plus importante de free-chilling ou du géocooling. L’intérêt énergétique est ainsi double puisque d’une part la puissance de froid est diminuée de 47% entre les cas extrêmes et d’autres parts parce qu’il diminue la consommation énergétique du groupe de froid par utilisation d’énergie renouvelable (lien vers gain d’énergie par géocooling et free-chilling).

• Le coût d’installation est plus élevé que pour d’autres systèmes, que pour d’autres systèmes, surtout en rapport à la puissance frigorifique fournie.

• Ce coût est notamment lié à la régulation assez sophistiquée, notamment pour éviter tout risque de condensation.

• Le chauffage en hiver reste à résoudre ! Plusieurs solutions sont possibles :
  • soit le chauffage par le plafond (mais inconfortable),
  • soit un chauffage par le plafond limité aux premiers panneaux situés en façade (confortable mais limités en puissance),
  • soit un chauffage traditionnel par radiateur (solution généralement appliquée en rénovation puisque l’on peut récupérer l’installation existante).

Les coûts d’investissement d’un système « plafonds froids » sont aujourd’hui encore plus élevés que ceux des autres systèmes HVAC du type air/eau.

Les coûts d’investissement d’installations HVAC complètes avec plafonds froids, qui étaient il y a quelques années de l’ordre de 250 €/m², peuvent aujourd’hui être réalisées pour moins de 130 €/m².

Ces coûts doivent aussi être évalués globalement, en tenant compte des réductions possibles de coûts d’investissement dans d’autres domaines de la construction du bâtiment :

• faux plafond,
• simplification de l’allège et suppression du cache-convecteur,
• non-installation éventuelle d’un corps de chauffe statique,
• augmentation de l’espace locatif utilisable,
• …

Compte tenu de ces éléments, la solution « plafond froid » se rapproche de sa concurrente plus traditionnelle, l’installation de ventilo-convecteurs.

Préparation de l’air primaire

En centrale, de l’air primaire est préparé. C’est à ce moment que l’on peut agir globalement sur le taux d’humidité de l’ambiance (humidification en hiver et déshumidification en été). Le débit d’air primaire est constant puisqu’il correspond généralement au débit d’air neuf hygiénique calculé sur base du nombre d’occupants prévus dans le bâtiment (30 m³/h/personne).

Le caisson de préparation est équipé d’une filtration de classe 7. À défaut, les buses d’induction se colmatent rapidement (d’où baisse du taux d’induction, augmentation de la vitesse et donc du bruit, …).

Distribution

Traditionnellement, l’air primaire est pulsé par des ventilateurs centrifuges, à grande vitesse (de 15 à 25 m/s) et sous forte pression (de 150 à 500 Pa)  jusqu’aux éjecto-convecteurs. Mais d’une part cette haute vitesse génère du bruit et d’autre part les effets d’induction ont été améliorés, si bien que les constructeurs proposent aujourd’hui des éjectos fonctionnant à vitesse normale.

Chaque appareil doit être raccordé au réseau de distribution d’air primaire, contrainte surtout gênante pour un projet de rénovation. Comme généralement les éjectos sont placés en allège, il faut prévoir des trémies verticales (gaines techniques) puis une distribution horizontale des gaines en allège. La présence de clapets coupe-feu dans chaque trémie augmente le coût global. Et l’obligation de l’allège réduit la liberté de l’architecte.

Émission dans les éjecto-convecteurs

Cet air passe dans des buses d’injection. A la sortie de ces injecteurs, une dépression est créée (effet Venturi) et l’air du local est aspiré par induction.

Et là, un choix crucial apparaît : plus la pression de l’air primaire est forte, plus l’induction est forte,… mais aussi plus un bruit de sifflement peut apparaître aux injecteurs ! Il faudra donc limiter le niveau de pression et faire en sorte que l’air secondaire du local n’ait pas à vaincre une trop forte perte de charge ! Les échangeurs seront de grande surface, les ailettes seront espacées,…

Autrement dit, le matériel sera plus encombrant et plus cher que celui des ventilos… !

Généralement, il n’y a pas de filtres sur les éjectos pour réduire la perte de charge. Mais si un filtre est placé sur le passage de l’air induit, son nettoyage fréquent s’impose.

Si la température de l’eau glacée est inférieure au point de rosée de l’ambiance (de l’ordre de 12°C), un réseau d’évacuation des condensats sera prévu.

Ci-contre, on reconnaît la buse d’amenée de l’air neuf, surmonté des batteries d’échanges.

Généralement, l’éjecto est non carrossé et intégré dans le mobilier du local. Le placement d’absorbants acoustiques collés sur les parois internes de ce mobilier sera bien utile.

Les réseaux d’alimentation des échangeurs

Comme pour les ventilo-convecteurs, il existe quatre grandes familles

1. Les éjectos « à 2 tubes réversibles » : ils ne disposent que d’un seul échangeur, alimenté alternativement en eau chaude en hiver et en eau glacée en été.
2. Les éjectos « à 4 tubes » : ils disposent de deux échangeurs, pouvant être connectés en permanence soit au réseau d’eau chaude, soit à celui d’eau glacée. La taille (le nombre de rangs) de l’échangeur de froid est plus élevé que celui de la batterie chaude, suite au delta T° plus faible sous lequel travaille la batterie froide. On dit que « le pincement » est plus faible entre T°_eau et T°_air dans l’échangeur.
3. Les éjectos« à 2 tubes – 2 fils » : pour diminuer les coûts d’installation, on ne prévoit que le réseau d’alimentation en eau glacée. Pour assurer le chauffage d’hiver, une résistance électrique d’appoint est prévue. Mais le prix du kWh électrique étant nettement plus élevé que le kWh thermique, les coûts d’exploitation seront importants… Ce système ne se rencontre que rarement dans les éjectos.
4. Les éjectos à « trois tubes » : deux tubes apportent séparément l’eau chaude et l’eau froide, le troisième assure un retour commun. Ce système est catastrophique au niveau énergétique par suite du mélange eau chaude/eau froide. Il est totalement abandonné aujourd’hui.

• Les systèmes à éjecto-convecteurs font partie des installations où l’apport d’air neuf (réseau d’air) est séparé de l’apport thermique (réseaux d’eau). Il n’y a dès lors pas lieu de prévoir un recyclage de l’air et donc aucun risque de contamination d’un local vers l’autre.

• L’installation est très souple localement, réagit facilement aux variations de charges (surtout si 4 tubes) et permet un contrôle individualisé de la température dans le local.

• Les éjecto sont peu bruyants, si l’installation a été correctement dimensionnée par le bureau d’études… et que le client a bien voulu financer la qualité de l’installation : large dimensionnement des échangeurs ! (le bureau d’études fait souvent pour un mieux avec l’argent qu’on veut bien mettre dans l’installation…). À noter qu’il est important de procéder systématiquement au nettoyage des éjecteurs et au contrôle de l’équilibrage du réseau d’air primaire. Un éjecteur sale ou suralimenté en air émet, en effet, un son aigu particulièrement désagréable.

• L’absence de ventilateur rend la maintenance très aisée : seul un nettoyage périodique des batteries et des buses est nécessaire.

• L’encombrement peut être limité lorsque l’air primaire est acheminé vers les locaux sous haute vitesse, ce qui réduit les sections des gaines.

• La consommation électrique du ventilateur du caisson de préparation est élevée lorsque l’air primaire est distribué sous haute pression (pour assurer l’induction).

• Le coût d’installation est élevé : une taille minimale de l’ordre de 100 éjectos est nécessaire pour amortir le coût d’un tel système, ce qui limite l’application aux grands immeubles.

• La régulation, qui peut permettre de multiples combinaisons (sur l’air, sur l’eau) peut devenir trop sophistiquée.

• Une sensibilité importante à l’équilibrage aéraulique du réseau d’air. De plus, toute ouverture des fenêtres est interdite sous peine de déséquilibrer totalement la distribution de l’air et de là, la distribution de chaleur induite !

• La contrainte de devoir raccorder chaque appareil au réseau de distribution d’air primaire est très gênante, surtout pour un projet de rénovation. C’est également un défaut de souplesse en cas de modification du nombre et de la puissance des équipements, si bien que dans une architecture modulaire l’on est parfois obligé de sélectionner un appareil par module (pour prévoir tout déplacement futur de cloisons), solution qui s’avère très coûteuse…

• Globalement, l’efficacité énergétique de l’installation est bonne, mais n’est pas optimale car :
  • Des pertes apparaissent dans l’éjecto au niveau des batteries, lorsque la régulation est faite par clapets d’air.

• • L’air primaire alimente simultanément tous les locaux, même ceux qui sont inoccupés.

• • Les débits sont constants et il est donc impossible de réaliser du free cooling sur l’installation, c’est-à-dire de profiter de l’air frais et gratuit extérieur.