Ecole passive de Louvain-La-Neuve, proposition d’équipements

Les possibilités des techniques de régulation numériques actuelles sont fabuleuses. Elles peuvent entraîner le bureau d’études à sophistiquer la régulation (par ex : une gestion de l’éclairage et des stores liée à la luminosité extérieure et combinée à une lecture de la température intérieure des locaux). Les fabricants de matériel font leur travail de marketing pour vendre ces solutions en présentant un rendu final idéal (écran de visualisation des installations), mais en pratique l’école ne disposera pas du budget pour financer la réalisation de ces écrans et devra se contenter d’un accès à une liste de paramètres, incompréhensible à un non-technicien… de la marque !

Très généralement, aucun mode d’emploi simple de l’installation et de sa régulation accessible à un non-technicien n’est réalisé.

Enfin, cette sophistication va à l’encontre de l’évolution de la demande réelle du bâtiment très isolé. Par exemple, à l’école passive de Louvain-La-Neuve, 3 niveaux de température de consigne ont été imaginé :

• Consigne de nuit et de weekend (14°C),
• Consigne de jour d’un local occupé (20°C),
• Consigne de jour d’un local non-occupé (18°C).

Un détecteur de présence, mis en place dans chaque classe, va permettre d’optimiser la consigne.

Cette idée d’affiner la température en fonction de la présence effective des élèves paraît intéressante, mais dans la pratique, la forte inertie et la forte isolation font que la température baisse au plus de 1 degré par 24 heures… Le gain de consommation liée à cette triple consigne est donc très faible.

Cherchons au contraire… une installation technique “passive” !

• Le chauffage est individualisé, local par local.

• Les émetteurs sont des radiateurs à eau chaude, technologie maîtrisée par tous.

• Ils sont commandés par une régulation terminale :
  • vannes thermostatiques ordinaires (classes, locaux administratifs, bibliothèque,…) pour un réglage de température individualisé,
  • vannes thermostatiques “institutionnelles”, c-à-d dont le réglage de température est réalisé par le technicien et non par l’occupant  (couloirs, ou locaux des écoles secondaires techniques et professionnelles…) pour mieux gérer le côté impersonnel des locaux partagés,
  • vanne motorisée pour commander plusieurs radiateurs alimentés par une même tuyauterie et dont les besoins thermiques sont similaires, si on craint les dégradations par les occupants. Cette vanne est insérée dans la tuyauterie en question et est commandée par un thermostat d’ambiance avec horloge hebdomadaire.

• La chaudière est à condensation. Elle peut fonctionner à débit nul. Idéalement, elle est alimentée au gaz, à brûleur modulant. Une seule chaudière est suffisante, son rendement sera excellent puisque réalisé sur base d’une petite flamme sous un grand échangeur. Les pannes sont aujourd’hui trop rares que pour justifier le coût du dédoublement de la chaudière.

• Le régulateur de chaudière permet :
  • une régulation climatique de la température d’eau sur base de la température extérieure.
  • l’arrêt complet de la chaudière la nuit, le week-end, durant les vacances scolaires, et lorsque la température extérieure dépasse une certaine valeur (par exemple 15 °C).
  • un régime de ralenti pour les périodes de nettoyage en dehors des heures scolaires, basé sur un abaissement de la courbe de chauffe.
  • une sécurité hors-gel : la chaudière est enclenchée si la température extérieure est inférieure à – 2 °C.

• La production d’eau chaude sanitaire est indépendante et décentralisée, de préférence à production instantanée pour limiter tout stockage d’eau chaude. La température est limitée à 45 °C.

• La distribution hydraulique est découpée en zones d’usages différents dans le temps : salle de sports, classes, locaux administratifs, réfectoire, … Chaque zone possède son circuit propre.

• Chaque circuit est équipé d’un circulateur à vitesse variable et programmable. Des clapets anti-retour sur chaque départ secondaire empêchent une circulation parasite inverse lors de l’arrêt d’un circulateur ;

• Il n’y a pas de vannes mélangeuses au départ des circuits. La température de départ est uniquement réalisée à la chaudière sur base de la température extérieure. Un circuit Sud reçoit donc la même eau qu’un circuit Nord, mais les vannes thermostatiques suppriment le débit si le local est chauffé par le soleil ou l’occupant.

• Chaque circulateur de zone est géré par un programmateur avec les fonctions suivantes :
  • une horloge annuelle qui tient compte de l’heure d’hiver/d’été, des années bissextiles, etc. ; Ceci permettra d’introduire d’avance les jours de congé par l’utilisateur et/ou l’exploitant ; Les périodes d’occupation avec les inversions devront être librement programmables pour les différents jours de la semaine et les jours de congé ;
  • une dérogation manuelle temporisée (pour éviter les simples commutateurs qui restent systématiquement en position manuelle) ;
  • le dégommage automatique du circulateur en période d’arrêt.
  • une sécurité hors-gel pour la zone qu’il commande : le circulateur s’enclenche si la température descend sous les …8 °C… dans le local témoin.
    Le local témoin est le local jugé le plus froid de la zone, sans influence de la présence d’élèves (local de direction au Nord, bibliothèque, … ).

• À noter qu’une fonction d’optimisation (permettant un démarrage et un arrêt optimal basé sur l’information d’une sonde d’ambiance intérieure) ne sera pas installé; dans un bâtiment passif, l’économie générée est très faible par rapport à l’augmentation de la complexité de l’installation. D’autant que dans une école, un local témoin fidèle des besoins n’existe pas…

• En reprenant l’installation type donnée dans le schéma en tête de ce chapitre sur le chauffage, la logique de la régulation hors gel et dérogation 2 heures est développée dans le schéma ci-dessous :

KM1  et KM2 sont des relais pilotant les circulateurs des zones Nord et Sud de l’installation ci-dessous. Sans modifier la régulation existante, toute l’installation peut être interrompue par coupure des circulateurs et de la chaudière.

La sécurité hors-gel est double : sur la température des locaux et la température extérieure.

Et la programmation d’un décalage d’1/4 d’heure entre les démarrages des 2 circulateurs réduira le risque de condensation en chaudière puisque toute l’eau froide n’arrivera pas en même temps !

• Une ventilation double flux assure la pulsion et l’extraction d’air.

• Un récupérateur de chaleur permet de récupérer plus de 80 % de la chaleur de l’air extrait pour préchauffer l’air pulsé.

• Un puits canadien ne sera pas nécessairement installé. Son intérêt énergétique supplémentaire est faible lorsqu’il est mis en série avec un récupérateur de chaleur. Sa grande qualité est de pré-refroidir l’air pulsé en période de canicule. Mais si le refroidissement de nuit fonctionne bien, on peut se passer de cet équipement. Il apporte de plus un risque hygiénique pour le futur difficilement évaluable…

• Si l’usage des locaux est jugé très variable (laboratoire de sciences, par exemple), il peut être décidé de mettre un clapet sur l’arrivée d’air, commandé par un détecteur de présence. Mais le surcoût et la maintenance justifient-t-ils cet investissement supplémentaire ? Pas sûr…

• Le refroidissement est assuré par l’ouverture de vasistas dans les classes durant la nuit. L’avantage est que l’air frais arrive directement dans les locaux, sans être préchauffé par le puits canadien éventuel, par le ventilateur, par les gaines de distribution dans les couloirs, …

• Différents scénarios peuvent être imaginés :
  • Ouverture manuelle lorsque l’enseignant quitte la classe
  • Ouverture motorisée des vasistas en fonction d’une sonde de T° intérieure et de T° extérieure
  • Ceci avec ou sans ouverture des portes du couloir (ventilation transversale)
  • Extraction motorisée pour renforcer les débits qui doivent largement dépasser les 4 renouvellements horaires nocturnes.

• Si l’on souhaite minimiser encore la consommation électrique, on peut imaginer une extraction naturelle par un point haut de l’école (tirage naturel par effet de cheminée). Mais c’est alors une forte contrainte architecturale…

• Les besoins d’eau chaude sanitaire dans une école sont faibles et très intermittents (salle de sport). Ils seront décentralisés et produits, de préférence, par un ou plusieurs préparateurs instantanés à une température de 45 °C.

• Les préparateurs d’eau chaude électriques installés sous éviers ou dans les couloirs seront programmés et réglés sur 40 °C.

Serions-nous arrivés ainsi à une installation simple, sans régulateur complexe ? À des équipements passifs pour une école passive ? La vérité sort de la rencontre des idées… nous serions heureux de connaître la vôtre !