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La climatisation 1° Faut-il climatiser ? Formation Responsable Energie.

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1 La climatisation 1° Faut-il climatiser ? Formation Responsable Energie

2 Déperditions : Mur de façade : 0,4 W/m²K * 8 m² * (20-0) K + 1,5 W/m²K * 4 m² * (20-0) K = 184 W Toiture : 0,3 W/m²K * 20 m² * (20-0) K = 120 W TOTAL : = 304 W Bilan thermique dhiver : Exemple : bureau pour 2 personnes (4m x 5m x 3m) surface au sol de 20 m², un jour ensoleillé, avec 0°C extérieur : Apports : soleil fen. : 200 W/m² * 4 m² = 800 W 2 ordinateurs : = 260 W Eclairage : = 200 W 2 occupants : = 140 W TOTAL : = 1400 W

3 Réflexion : en isolant nos bâtiments, n'avons-nous pas déplacé le problème de lhiver vers lété ?...

4 Comparons la consommation de deux immeubles de bureaux-type : - avec le mode constructif de le même mais avec une enveloppe de lan 2000 Exprimons leur consommation annuelle en fonction de la température extérieure : Mais …. Consommation = Puissance x Temps Consommation T° extérieure -10° 0°10°20°30°

5 Puissance ? A chaque T° ext. correspond une Puissance de chauffage ou de refroidissement. Exemple pour une paroi :

6 Temps ? ( La T°ext. dépasse 24°C durant 150 h/an, soit 2 % du temps…) A chaque T° ext. correspond un nombre dheures durant lannée. Exemple pour Uccle :

7 Conclusion 1 : augmentation de la demande de refroidissement … mais surtout pour une T° extérieure comprise entre 15 et 24°C ! Consommation :

8 Les consommateurs électriques sont amplifiés par le coût du kWh électrique : kWh/m²/an /m²/an

9 Nécessité de développer une stratégie globale ! Cest dabord la composition architecturale (vitrages, …), puis cest léquipement intérieur (bureautique, éclairage, … ), … qui créent la demande !

10 Pas de façades totalement vitrées, Attention à la coupole horizontale, à latrium, … Apports solaires par ciel serein en fonction de lorientation. ? 1° Conception de l'enveloppe ?

11 Une enveloppe double peau est une réponse coûteuse à un problème thermique que larchitecte a lui-même créé : la boîte de verre ! ?

12 Oui à ce judicieux équilibre de lumière et de chaleur, … et à la forte inertie intérieure !

13 Usage des protections solaires…

14

15 Ecrans plats Contrôle de léclairement 2° Apports internes "light"

16 Refroidissement direct. Conclusion : si lessentiel de la demande énergétique de froid se produit pour une T° extérieure < 24°C,... le bâtiment doit pouvoir sauto-refroidir. Stratégie 1 : perméabilité variable de lenveloppe = free-cooling Stratégie 2 : circulation d'eau froide dans les planchers, eau refroidie "de manière naturelle" = slab cooling Stratégie 3 : intégration dair frais extérieur dans la climatisation, conçue pour ne donner quun complément frigorifique en période de canicule Refroidissement indirect.

17 Stratégie 1 : Le refroidissement direct par l'air

18 1.1 Free-cooling unilatéral Un ratio minimum de 4% douverture par rapport à la surface au sol est nécessaire.

19 1.1 Free-cooling unilatéral

20 1.2 Free-cooling transversal Cette fois, cest le vent qui est le moteur. Un ratio de 2% douverture par rapport à la surface au sol suffit.

21 Exemple : PROBE – CSTC Limelette

22 Protection solaire Grilles de mai à septembre

23 Exemple : PROBE – CSTC Limelette

24 Une façade « perméable » à lair ?

25 Motoriser les ouvertures?

26 1.3 Free-cooling par tirage thermique

27 … avec extraction assistée par ventilateur

28 Exemple : IVEG

29 Des cheminées de ventilation naturelle

30 Exemple : IVEG

31

32 Faux-plafond partiel --> Circulation dair au dessus et en dessous du faux plafond

33 Isolation renforcée Protections solaires efficaces

34 Exemple : IVEG

35 Refroidissement direct. Rappel : si lessentiel de la demande énergétique de froid se produit pour une T° ext. < 24°C, le bâtiment doit pouvoir sauto- refroidir. Stratégie 1 : perméabilité variable de lenveloppe = free-cooling Stratégie 2 : circulation d'eau froide dans les planchers, eau refroidie "de manière naturelle = slab cooling Stratégie 3 : intégration dair frais extérieur dans la climatisation, conçue pour ne donner quun complément frigorifique en période de canicule Refroidissement indirect.

36 Refroidissement par eau (slab cooling) : principe Chargement de la dalle en journée et déchargement la nuit

37 Refroidissement naturel de nuit + groupe frigorifique d'appoint durant la canicule

38 … l'eau sort de la sonde à 10°C Alternative : pompe à chaleur sur sonde géothermique en hiver et circulation deau froide en été :

39 Refroidissement par eau (slab cooling) : mise en oeuvre 1

40 Refroidissement par eau (slab cooling) : mise en oeuvre 2 Tuyaux placés au centre de la dalle.

41 Refroidissement par eau (slab cooling) : mise en oeuvre 3

42 Refroidissement par eau (slab cooling) : puissances émises Dalle de béton de 30 cm, recouverte d'un tapis de 1,5 cm ( = 0,15). Mode refroidissement : T° départ d'eau = 16°C T° retour d'eau = 20°C T° ambiante = 26°C (!) Puissance froid : 57 W 37 W/m² vers le bas et 20 W/m² vers le haut (<> plafonds froids : 80 W/m²...) Mode chauffage : T° départ d'eau = 28°C T° ambiante = 20°C Puissance chaud : 40 W 22 W/m² vers le bas et 18 W/m² vers le haut

43 Relevés de température intérieure (vert), extérieure (gris) et température du point de rosée de l'ambiance (rose). Refroidissement par eau (slab cooling) : résultats

44 Refroidissement direct. Rappel : si lessentiel de la demande énergétique de froid se produit pour une T° ext. < 24°C, le bâtiment doit pouvoir sauto- refroidir. Stratégie 1 : perméabilité variable de lenveloppe = free-cooling Stratégie 2 : circulation d'eau froide dans les planchers, eau refroidie "de manière naturelle = slab cooling Stratégie 3 : intégration dair frais extérieur dans la climatisation, conçue pour ne donner quun complément frigorifique en période de canicule Refroidissement indirect. Exemple : école passive du Biéreau qui aurait une machine frigo en + !

45 En résumé : 1.Isoler ? oui, mais le bâtiment doit pouvoir sauto-refroidir en été. 2.Lenveloppe ne doit pas générer des charges thermiques de plus de 50… 60 W/m² 3.Trois stratégies de refroidissement naturel : 1.lair par les fenêtres, 2.leau dans le cœur de béton, 3.lair neuf au sein de la climatisation.

46 LES ACTIVITÉS : Accompagnement de lesquisse et de lavant-projet Simulations thermiques et de l'éclairage naturel, évaluations économiques Audits dans la perspective d'une rénovation du bâtiment Accompagnement du projet : plans, cahiers des charges, dossiers de demandes de permis et dappels doffres Accompagnement lors de lexécution Participation à la mise en route du bâtiment, formation des gestionnaires et information des occupants Suivi du bâtiment pendant l'occupation Conseils et études en architecture durable

47 La climatisation 2° Son fonctionnement Formation Responsable Energie

48 Vous avez dit : "climatisation ?..."

49 Exemple pour le local de 30 m³, un jour de canicule : soleil fen. : 300 W/m² * 2 m² = 600 W soleil murs :10 W/m² * 10 m² = 100 W Ordinateur : = 130 W Eclairage : = 100 W Occupant : = 70 W TOTAL : = W Bilan thermique d'été :

50 Conclusions du bilan thermique : 1° puissance max de refroidissement = 1000 W pour 10 m², soit 100 W/m² 2° Soleil = 70 % des apports de chaleur !

51 Ne pourrait-on refroidir le local avec l'air hygiénique pulsé à 15°C ? Hélas, non... Puissance = débit x c x T° = 3 m³/h.m² x 0,34 Wh/m³.K x (25-15) K = 10 W/m², soit 10% des besoins maximum de froid... Souvent, une véritable climatisation est nécessaire.

52 On rencontre beaucoup de systèmes de climatisation différents. Ils peuvent être regroupés en 3 familles : 1 : la climatisation "tout air" 2 : la climatisation "air + eau" 3 : la climatisation "directe" Passons-les en revue :

53 Première famille : la climatisation "Tout Air" De l'air est traité dans un gros groupe de préparation d'air et distribué dans tous les locaux.

54 Problème 1 : Pour atteindre les 100 W/m², il faut pulser 10 fois plus d'air à 15°C que d'air hygiénique !... attention aux courants d'air froid... Première famille : la climatisation "Tout Air"

55 Problème 2 : Pour économiser l'énergie, 90% de l'air sera de l'air recyclé et 10% sera de l'air neuf. Première famille : la climatisation "Tout Air"

56 Problème 3 : La consommation des ventilateurs est très élevée aussi : Ordre de grandeur : Si lénergie transportée = 100, le ventilateur = 20 ! Energie... qui sera convertie en chaleur !!! Première famille : la climatisation "Tout Air"

57 Avantage : la climatisation "tout air" permet le "free cooling" du bâtiment. Avec 1 kWh dans les ventilateurs, on peut créer 3,3 kWh de froid via l'air frais extérieur "gratuit ", surtout la nuit. Première famille : la climatisation "Tout Air"

58 Application 1 : on rencontre la climatisation "tout air" à Débit d'Air Constant (DAC) dans les cafeterias, salles de conférence,... (car de toute façon, beaucoup d'air hygiénique y est requis). Première famille : la climatisation "Tout Air"

59 Application 2 : on rencontre la climatisation "tout air" à Débit d'Air Variable (DAV) dans les locaux borgnes ou enterrés, les salles de réunions,... Première famille : la climatisation "Tout Air"

60 Nouvelle idée ! Séparons les problèmes : - un conduit d'air apportera seulement l'air hygiénique - le chaud et le froid seront apportés par de l'eau, eau chaude (60°C) ou eau glacée (6°C). La famille des climatisations "air + eau" était née !

61 Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 1 : le ventilo-convecteur Un ventilateur souffle sur 2 échangeurs, alimentés en eau chaude ou en eau glacée.

62 Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 2 : le plafond froid De l'eau à 16° refroidit le faux-plafond, un radiateur chauffe en façade.

63 "frais à la tête, chaud aux pieds" pas de ventilateur, donc pas de bruit, pas de courant d'air, système "air + eau" donc régulation de T° par local pas de condensation dans le local moins de risque bactériologique

64 Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 3 : la poutre froide poutre statique poutre dynamique Des échangeurs de froid sont directement intégrés sous ou dans le plafond.

65 > Climatisation par poutres-froides dynamiques poutre statique Attention aux coulées dair froid… poutre dynamique Lair "colle" au plafond (par effet dit Coanda)

66 Encore une nouvelle idée ! Lorsque le besoin de refroidissement est limité à quelques locaux, un climatiseur est installé : pas de fluide intermédiaire (air,eau), c'est une petite machine frigorifique qui travaille en direct. Dans le local, un "évaporateur" fait du froid. A l'extérieur, un "condenseur" libère la chaleur. La famille de la climatisation "directe" était née !

67 Troisième famille : la climatisation "directe" Exemple 1 : le climatiseur L'"évaporateur" fait du froid. Le "condenseur" évacue la chaleur.

68 Astuce : un climatiseur est réversible et peut travailler en "pompe à chaleur". D'où la possibilité de faire à souhait du chaud et du froid. C'est la climatisation DRV (Débit de Réfrigérant Variable). Troisième famille : la climatisation "directe" Exemple 2 : le réseau DRV Quen penser ? Grande souplesse, performance… mais fluide frigorigène dans les plafonds et dépendance de la marque pour la maintenance…

69 Fonctionnement en "équilibré"

70 Fonctionnement de la machine frigorifique ?

71 Partons du climatiseur

72 Evaporateur à l'intérieur Condenseur à l'extérieur

73 Reprenons le climatiseur :

74 L'esthétique en prend parfois un fameux coup !

75 Application : le réfrigérateur dans la cuisine

76 Application : l'armoire de climatisation dans la salle informatique

77 La climatisation 3° Améliorer une installation existante Formation Responsable Energie

78 Ratio : débit dair neuf pulsé / nombre de personnes effectiv. présentes ? à ramener à 30 m³/h/pers. en modifiant le rapport des poulies Chauffer 1.000m³/h/saison de chauffe demande litres de fuel (horaire de bureau : 10h/j 5j/7) Amélioration 1 : Réduire le taux dair neuf

79 > Climatisation par poutres-froides dynamiques ? Attention : les puissances frigorifiques des plafonds et poutres froides sont faibles; ---> tendance à augmenter le débit d'air neuf... très consommateur en hiver ! Amélioration 1 : Réduire le taux dair neuf

80 Amélioration 2 : Adapter les consignes d'humidité Ne pas humidifier au dessus de 40% Ne pas déshumidifier en dessous de 65 % Humidificateur à pulvérisation Humidificateur à vapeur

81 Deux comportements thermiques différents :

82 Traditionnellement, régulation des laveurs d'air par "point de rosée" : Exemple : voici l'évolution pour une consigne de point de rosée de 14°C, une température de soufflage de 32°C et une consigne ambiante de 22°C

83 Solutions : Dans un premier temps, il importe d'abaisser la température de rosée en hiver et de la relever en été. Cela peut s'imaginer manuellement ou automatiquement par la régulation. Le fonctionnement de lhumidificateur sera asservi à une sonde dhumidité ambiante ou située dans la gaine de reprise commune. Imposer un arrêt total de l'humidification au-dessus d'un seuil de température extérieure : 8°C, par exemple.... >>> Voir détails dans Energie+ 1° Amélioration de la régulation par point de rosée ! Amélioration 2 : Adapter les consignes d'humidité

84 2° Limiter l'énergie de déshumidification Solution : la batterie froide sera régulée en fonction de la température ambiante uniquement (et non pour la déshumidification). Rem : sauf dans les cas où une déshumidification s'impose (les locaux climatisés par plafonds froids ou poutres froides, et les salles où le maintien de conditions d'ambiance strictes est nécessaire). Amélioration 2 : Adapter les consignes d'humidité

85 Amélioration 3 : Adapter les consignes de température Si production de chaud et de froid, prévoir une zone neutre ! Non Oui

86 Amélioration 4 : En mi-saison, abaisser au maximum la température de pulsion de lair hygiénique Si T°ext 15°C, Si batterie de froid en marche, Si Air pulsé à 20°C, destruction d'énergie entre chaud et froid !

87 Amélioration 5 : augmenter la performance de la machine frigorifique

88 Extrait dun catalogue de fabricant :

89

90 1°C en plus à l'évaporateur, c'est 3 % de consommation en moins. 1°C en moins au condenseur, c'est 3 % de consommation en moins. Amélioration 5 : augmenter la performance de la machine frigorifique

91 - augmenter la température dévaporation Application : Choisir le refroidissement à haute température : plafonds froids, poutres froides ventilo-convecteurs dimensionnés au régime 12-16°C au lieu de 6-11°C T° évaporateur adaptée en fonction de la saison

92 Exemple : les plafonds froids dans les locaux de bureaux En mi-saison, les plafonds froids peuvent travailler à haute température deau (entrée à 17°C et sortie à 19°C).

93 D'accord, la puissance de refroidissement sera plus faible que si T°eau classique de 15-17°… Mais en mi-saison, les besoins sont plus faibles… 1 er gain : moins devoir déshumidifier lair ambiant 2 ème gain : la T° de lair extérieur est faible, surtout la nuit, ce qui permet un refroidissement naturel de leau dans un aérorefroidisseur. T °air = 14°C

94 Et pendant les périodes de chaleur, le complément est assuré par une machine frigorifique : pose dune machine frigorifique en parallèle avec laérorefroidisseur.

95 Autre exemple : le free-chilling Au départ, une installation traditionnelle … Evaporateur 11°C eau glacée 6°C Condenseur a eau Tour de refroidissement

96 Solution 3 : le free-chilling … qui est refroidie par de lair extérieur à moins de 3° C: Machine frigorifique à larrêt 11°C eau glacée 6°C Tour de refroidissement Et si lémetteur travaille au régime 15°-17°, le free-chilling peut se mettre en place dès que la T° ext. descend sous les 12°C !

97 Application : Favoriser le travail à basse température du condenseur : larges surfaces de condenseur, tour de refroidissement fermée avec pulvérisation d'eau, détendeur électronique capable de travailler sous faible différence de pression entre la HP et la BP. - diminuer la température de condensation

98 Contrôle qualité de léchange au condenseur : Ecart T° condensation – T° eau sortie : max 6 à 10 K Condenseur à airCondenseur à eau Ecart T° condensation – T° air entrée : max 15 à 20 K

99 Eviter la recirculation de lair autour de la tour de refroidissement.

100 Au départ : Sélectionner des compresseurs dont le COP ( = rendement ) est élevé selon le standard Eurovent. Groupe de production d'eau glacéeExigéConseillé Refroidissement par air / Monobloc / Refroidissement seul 2,302,55 Refroidissement par air / Monobloc / Réversible 2,352,60 Condenseur à air à distance / Refroidissement seul 2,953,25 Refroidissement par eau / Monobloc / Refroidissement seul 3,504,00 Refroidissement par eau / Monobloc / Réversible · application eau glacée 12°C / 7°C 3,403,70 · application eau glacée 23°C / 18°C (refroidissement de sols) 4,454,80 Amélioration 6 : Machine frigorifique avec rendement élevé !

101 Puis maintenir ce COP dans le temps... Pas spécialiste ? Demander le maintien du "COP" à la société de maintenance ! Au-delà d'une puissance frigorifique de 150 kW, le COP devrait pouvoir être suivi : compteur délectricité sur lalimentation de la machine compteur d'énergie entre lentrée et la sortie du réseau deau glacée.

102 Résumé ? Pour un bâtiment neuf –Rechercher les moyens de limiter la charge thermique avant de procéder à la climatisation –si on décide de climatiser malgré tout, avoir en tête une stratégie en matière de climatisation des bâtiments qui valorise l'air extérieur. Pour une installation existante –Vérifier les postes les plus consommateurs : le débit d'air neuf les consignes de température et d'humidité les destructions entre chaud et froid le bon échange au condenseur de la machine frigorifique

103 Plus de détails ? dimensionnement, pertes de charges, niveau d'isolation,... : Cahier des Charges Energie + (80 pages en HVAC !) exploitation énergétique des installations : "Guide à l'exploitation URE" dans Energie+ cahier des charges Maintenance URE disponible sur le site de l'IBGE

104 Comment écrire tous les critères de qualité énergétique dans un Cahier des Charges de maintenance ? Cest déjà écrit... et cest dans la boîte !

105 105 Les outils «maintenance énergétique»

106 Introduction Maintenance « énergétique » ? Proposition pour une démarche Prime pour un audit de la maintenance Critères dévaluation énergétique dune offre de maintenance Pour un « petit tertiaire» suivi par un installateur-chauffagiste (gestion intermittente) Gestion énergétique : explication didactique Document de suivi dune maintenance Contrat type en 2 versions : 1) Version light 2) Version complète Pour un « grand tertiaire » suivi par une équipe de maintenance (gestion continue) Cahier des Charges de maintenance énergétique, version complète Clauses du Cahier des Charges, sélectionnées « à la carte » Contrat type de maintenance énergétique, CONTENU

107 Merci de votre motivation... et toujours à l'écoute de vos suggestions ! J. Claessens


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