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Vous avez dit : "climatisation ?..." Rappels…. Les bureaux sont souvent établis le long de grandes artères de circulation. L'air extérieur y est pollué.

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1 Vous avez dit : "climatisation ?..." Rappels…

2 Les bureaux sont souvent établis le long de grandes artères de circulation. L'air extérieur y est pollué et le niveau sonore peut y être fort élevé...

3 Objectif 1 : dans un premier temps, il y a donc le souhait d'apporter de l'air hygiénique aux occupants. Il sera capté en toiture, filtré et pulsé dans le local.

4 Un travailleur occupe en moyenne 10 m². Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ?

5 Si le plafond est situé à 3 m de hauteur, un travailleur vit dans un espace de 30 m³. Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ?

6 Lui apporter 30 m³/h d'air hygiénique, c'est donc renouveler l'air du local 1 fois par heure. Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ?

7 Objectif 2 : dans un deuxième temps, on souhaite compenser les charges thermiques du local, particulièrement élevées en été.

8 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 : = 140 W Eclairage : = 100 W Occupant : = 60 W TOTAL : = W Bilan thermique d'été :

9 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 !

10 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.

11 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 :

12 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.

13 Problème 1 : Pour atteindre les 100 W/m², il faut pulser 10 fois plus d'air à 16°C que d'air hygiénique !... attention aux courants d'air froid... Première famille : la climatisation "Tout Air"

14 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"

15 Problème 3 : La consommation des ventilateurs est très élevée aussi : 20 % d'énergie de transport... qui sera convertie en chaleur !!! Première famille : la climatisation "Tout Air"

16 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"

17 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"

18 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"

19 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 !

20 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.

21 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.

22  "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

23 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.

24 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 !

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

26 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

27 Bilan frigorifique du bureau type :

28 Estimation de la puissance frigorifique d'un bâtiment Il s'agit d'estimer les gains de chaleur dans le bâtiment : Gainschaleur = Ginternes + Gsoleil + Gparois + Gair (W)

29 Estimation des Gains internes : G internes = G éclairage + G équipements + G personnes (W) avec : G éclairage : - bureaux : de 10 (aujourd'hui) …à 25 (jadis) [W/m²] - vitrine de magasin : 75 [W/m²] G équipements : - "petite force motrice" (pfm) bureau : 15 à 25 [W/m²] (bureautique) - salle informatique : 200 à 300 [W/m²] (serveurs,…)

30 Degré d’activité Application type Métabo lisme moyen Température sèche du local (°C) sensiblelatentsensiblelatentsensiblelatentsensiblelatentsensiblelatent Assis, au reposThéâtre Assis, travail légerEcole secondaire Employé de bureau Bureau, hôtel, appartement école supérieure Assis - debout ; Debout- marche lente Drugstore banque Assisrestaurant Travail léger à l’établi Usine,travail léger DanseSalle de danse Marche (5km/h)Usine, travail assez pénible Travail pénibleUsine G personnes

31 Gains d'ensoleillement : Gsoleil = Gains solaires x FS vitrage x FS protection solaire Où Gains solaires = la puissance maximale à prendre en compte, pour un mètre carré de surface vitrée effective (= surface de baies – surface des châssis), "en tenant compte d’un amortissement et d’un déphasage par le local".

32 15 juin15 juillet15 août15 septembre HORNESW NESW NESW NESW Apports solaires pour la climatisation – Inertie Moyenne – latitude 50°N Ces valeurs sont données pour un immeuble d’inertie moyenne, c’est à dire avec un plancher de béton, revêtu d’une moquette, avec des cloisons légères et sans faux-plafond.

33 TypeFS Simple clair0,85 Double clair0,75 Double basse émissivité0,72 Double sélectif0,40 Double réfléchissant0,20…0,40 Double absorbant0,30…0,50 FS vitrage = facteur solaire du vitrage (encore appelé facteur G vitrage )

34 Protection solaireFS extérieure0,11 intérieure0,45 intérieure réfléchissante0,19 Insérée dans le double vitrage0,14 FS protection solaire = facteur solaire de la protection solaire, très variable d’une protection à l’autre (encore appelé facteur G protection solaire ):. En voici plutôt les valeurs maximales :

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36 G parois = (∑k x A x ∆T) [W] Sur base d'une température intérieure estivale de 25°C, on choisira : ∆T(toit,S, SW, W) = 20 K car Te(extérieure) = +45°C, température équivalente observable sur Atoit, sud et ouest ∆T(SE, E ) = 10 K car Te(extérieure) = +35°C, température équivalente observable sur ASE et S ∆T(NE, N ) = 5 K car Te(extérieure) = +30°C, température équivalente observable sur AN, NE avec : A : surface de toutes les parois opaques de l'enveloppe extérieure k : les coefficients de déperditions thermiques des parois correspondantes ∆T : les écarts de températures entre la température extérieure "équivalente" et la température d'ambiance intérieure, exprimé en Kelvins.

37 Estimation des Gains liées à la ventilation hygiénique (Gair) Gair = Débit air neuf [m³/h] x 4,8 [Wh/m³][W] avec : - Dair neuf = Nomb. personnes x 30 m³ / h. personne [en m³/h] - Pourquoi 4,8 Wh/m³ ? ∆ Hestivale = diff. d'enthalpie entre air extérieur (à 30° et 50%) et air intérieur (à 25° à 50%) = énergie qu'il va falloir fournir pour refroidir et déshumidifier chaque kg d'air de ventilation = He - Hi = 14,5 [kJ / kg d'air] puisque Hi (25°C - 50%HR) = 50,5 [kJ / kg d'air] (voir graphique) He (30°C - 50%HR) = 64,5 [kJ / kg d'air] (voir graphique) - D’où : 14,5 kJ/kg x 1,2 kg/m³ x 1/3,6 Wh / kJ = 4,8 Wh/m³

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40 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.

41 Extrait d'un catalogue de Ventilos-Convecteurs

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46 Revenons à l’immeuble de la chaussée de Charleroi : Et si on le climatisait ?

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48 Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Plafonds froids

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50 Application Bureaux - Chaussée de Charleroi - Ventilation

51 Détail ventilation - coupe

52 Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité sol

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54 Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité plafond

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56 Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Synthèse

57 Coupe

58 Détail - coupe

59 Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – 5 ème et 6 ème étage

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68 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.

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