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

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...

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.

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

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

Bilan thermique d'été : 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 : = 1.000 W

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 !

Ne pourrait-on refroidir le local avec l'air hygiénique pulsé à 15°C ? Hélas, non... Puissance = débit x rc x DT° = 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.

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 :

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.

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

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 !

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.

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.

"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

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

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 !

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

Troisième famille : la climatisation "directe" Exemple 2 : le réseau DRV 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).

Bilan frigorifique du bureau type :

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)

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

Température sèche du local (°C) Gpersonnes Degré d’activité Application type Métabolisme moyen Température sèche du local (°C) 28 27 26 24 21 sensible latent Assis, au repos Théâtre 102 51 56 45 61 40 67 34 75 Assis, travail léger Ecole secondaire 116 52 63 57 60 62 53 70 46 79 37 Employé de bureau Bureau, hôtel, appartement école supérieure 131 58 73 68 82 48 Assis - debout ; Debout- marche lente Drugstore banque 146 94 88 74 72 84 Assis restaurant 161 55 105 97 90 Travail léger à l’établi Usine ,travail léger 219 163 155 147 86 133 106 112 Danse Salle de danse 248 184 176 80 168 95 153 117 Marche (5km/h) Usine, travail assez pénible 293 213 204 96 196 111 181 134 158 Travail pénible Usine 424 136 288 141 282 270 247

Gains d'ensoleillement : Gsoleil = Gains solaires x FSvitrage x FSprotection 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".

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. 15 juin 15 juillet 15 août 15 septembre HOR N E S W 30 13 7 11 23 27 10 6 21 19 16 4 5 12 1 24 9 18 22 8 15 3 2 20 38 60 164 98 43 121 74 45 28 135 207 237 112 177 208 68 139 168 17 229 153 353 29 32 203 137 326 122 308 25 80 91 255 330 67 403 58 36 301 382 55 34 249 49 384 52 166 367 44 427 59 377 167 39 396 53 364 162 37 344 380 169 256 388 172 510 54 298 246 41 479 50 291 243 312 267 35 335 332 292 26 572 200 283 42 540 196 284 489 212 394 226 375 606 105 297 573 47 101 522 254 426 96 416 608 86 307 123 576 46 83 309 524 40 81 358 146 14 580 73 295 227 547 71 293 224 494 328 247 368 270 64 235 333 490 62 231 325 435 250 347 337 51 442 57 124 402 410 386 127 399 130 401 126 316 117 78 376 258 110 371 165 90 79 334 205 320 218 182 289 33 85 75 154 31 189 159 87 69 82 48

Double basse émissivité 0,72 Double sélectif 0,40 Double réfléchissant FS vitrage = facteur solaire du vitrage (encore appelé facteur Gvitrage) Type FS Simple clair 0,85 Double clair 0,75 Double basse émissivité 0,72 Double sélectif 0,40 Double réfléchissant 0,20…0,40 Double absorbant 0,30…0,50

intérieure réfléchissante 0,19 Insérée dans le double vitrage 0,14 FS protection solaire = facteur solaire de la protection solaire, très variable d’une protection à l’autre (encore appelé facteur Gprotection solaire):. En voici plutôt les valeurs maximales : Protection solaire FS extérieure 0,11 intérieure 0,45 intérieure réfléchissante 0,19 Insérée dans le double vitrage 0,14

G parois = (∑k x A x ∆T) [W] 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. 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

Gair = Débit air neuf [m³/h] x 4,8 [Wh/m³] [W] 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

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.

Extrait d'un catalogue de Ventilos-Convecteurs

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

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Plafonds froids

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Plafonds froids

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi - Ventilation

Détail ventilation - coupe

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité sol

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité sol

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité plafond

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité plafond

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Synthèse

Coupe

Détail - coupe

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

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