Améliorer une climatisation “tout air” à débit variable (VAV)

Privilégier le recyclage partiel de l’air extrait des locaux

En hiver, on souhaite profiter de l’air extérieur pour alimenter le réseau d’air froid mais 65 % du temps, l’air extérieur est inférieur à 14°C et doit donc être réchauffé avant d’être pulsé dans les locaux. Il serait dommage, alors que l’on veut économiser le groupe frigorifique, de tout reperdre en chauffage…

Pour autant qu’il n’y ait pas de problème d’hygiène et que l’installation puisse être équipée de filtre adéquat, un recyclage partiel de l’air extrait est ici tout indiqué. Ainsi, l’air extrait des locaux (à 24°) sera mélangé à l’air neuf extérieur pour obtenir la température juste souhaitée, sans surcoût énergétique. Par exemple :

Si le recyclage n’est pas souhaité pour des raisons hygiéniques, il est possible de placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait qui transférera la chaleur sans autoriser de contact entre l’air vicié et l’air neuf.

Vérifier la régulation de l’installation et sa valorisation effective de l’air neuf

Une installation VAV est particulièrement bien adaptée pour une utilisation optimale des énergies gratuites par free-cooling

• En hiver et en mi-saison, de l’air frais extérieur peut alimenter les zones à rafraîchir sans nécessiter l’enclenchement des groupes frigorifiques.

• En été, une ventilation nocturne peut décharger le bâtiment de la chaleur accumulée en journée.

C’est donc le régulateur de température qui va organiser l’ouverture du registre d’air neuf, en comparant la température de l’air repris et de l’air neuf. On réalise parfois la comparaison des enthalpies (= des énergies), ce qui est plus précis puisque ce sont les niveaux d’énergie contenue dans l’air qui sont comparés : température + humidité de l’air.

Il sera très utile de vérifier que c’est bien ainsi que fonctionne l’installation existante : la mise au point fine et la qualité de la maintenance dans ce type d’installation sont déterminantes sur sa consommation finale.

Voici comment devrait se comporter la régulation :

• Lorsque la température intérieure ambiante est inférieure à la température de consigne, le taux d’air neuf doit être maintenu au minimum hygiénique qui peut être variable en fonction du taux d’occupation.

• Lorsque la température intérieure ambiante est supérieure à la température intérieure de consigne et que la température extérieure est inférieure à la température intérieure ambiante, l’augmentation du débit d’air neuf doit être prioritaire au fonctionnement de la batterie froide.

• Lorsque la température intérieure ambiante est supérieure à la température intérieure de consigne et que la température extérieure est supérieure à la température intérieure ambiante, le taux d’air neuf est ramené au minimum hygiénique.

Vérifier les débits minimum préréglés

Il faut être attentif au débit de limite basse admissible par l’appareil. On sait que le débit minimum est ajusté :

• soit au débit d’air hygiénique,
• soit à un débit plus élevé, pour les besoins d’une bonne distribution de l’air dans le local,
• soit à un débit plus élevé pour les besoins de chauffage du local (si régulation “à une sortie”).

C’est ce dernier critère qui peut être générateur de consommations importantes. Si le chauffage est apporté par une batterie terminale, une régulation simple “à une sortie” consiste à moduler le débit en fonction d’une seule courbe de température :

• En plein été, le débit est maximal.

• En mi-saison, la température intérieure diminue et le débit d’air diminue également, jusqu’à atteindre le débit minimal (au moins le débit hygiénique).

• En hiver, ce même débit minimum reste pulsé mais c’est la température de l’air qui augmente pour couvrir les besoins de chauffage. On agit alors sur l’ouverture de la vanne de la batterie terminale.

Ce débit minimum doit être le plus faible possible pour limiter la consommation de l’installation. Si les besoins en chauffage des locaux ont été surdimensionnés, par exemple parce qu’on a pas tenu compte des apports internes qui participent au chauffage des locaux, le débit minimum sera trop élevé toute l’année. Par un nouveau réglage, le débit minimum peut être adapté. Lors de la relance du matin de l’installation, l’arrivée d’air neuf sera stoppée et le bâtiment montera en température par recyclage de l’air intérieur.

La régulation du taux d’air neuf

Quelles que soient les conditions de fonctionnement du réseau face aux exigences thermiques, les besoins en air hygiénique doivent être rencontrés. Dans les installations avec “air recyclé”, le registre d’air neuf devra en permanence être adapté : si le débit d’air à pulser dans les locaux est faible, la part de l’air neuf sera importante (jusqu’à 100 %). Au contraire, un grand débit pulsé entraîne une faible proportion d’air neuf.

Ce qui corse la régulation, c’est que les ventilateurs travaillent toujours dans des conditions différentes : ainsi, le débit de 100 % d’air neuf est souvent demandé lorsque les ventilateurs tournent à très basse vitesse…

La position des registres n’est pas significative du débit réel. Aussi, une sonde de vitesse d’air sera placée dans le conduit d’air neuf et agira sur les registres d’air neuf et de reprise pour maintenir le minimum hygiénique par mesure directe. De plus, si du free cooling est organisé pour refroidir les locaux, il sera prioritaire et l’apport d’air extérieur sera maximal.

Une régulation basée sur une sonde de qualité d’air ou une sonde CO₂, disposée dans la gaine d’air repris, permet également de faciliter la gestion du débit d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants.

Diminuer les pertes de charge du réseau

Si autrefois les bouches à débit variable exigeaient une pression minimale pour un bon fonctionnement, ce critère n’est plus d’application aujourd’hui. En remplaçant les bouches, on peut donc abaisser les pressions de fonctionnement, limiter le bruit et la consommation.