Janvier 2014 : actualisation – Geoffrey

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Auteur : les anciens

Eté 2008 : Brieuc.

Notes : 23.02.09

  • Winmerge : ok – Sylvie
  • Mise en page [liens internes, tdm, en bref !, passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie

Tout au plus pouvons-nous ici évoquer avec prudence les quelques critères principaux et ébaucher des solutions classiques, mais nullement « passe-partout ».

Critères de choix technico-économiques

Une concertation dès l’Avant-Projet

Il serait prétentieux de prétendre énoncer en quelques lignes tous les critères constituants la démarche conceptuelle qui conduit au choix d’un système de climatisation d’un immeuble.

La solution résulte en effet de la concertation étroite entre le Maître de l’Ouvrage, l’Architecte, l’Ingénieur de bureau d’études et tous les partenaires qui forment l’équipe de projet. Cette concertation se situe lors de l’Avant-Projet de l’étude du bâtiment et résulte du meilleur compromis entre critères parfois contradictoires :
  • évaluation des besoins : apports (-> froid), déperditions (-> chaud), occupation (->débit d’air hygiénique),…
  • mobilité aux variations de programme (usage du bâtiment, un ou plusieurs locataires, …)
  • confort au sens large (climatique, acoustique, visuel,…),
  • coût d’investissement et d’exploitation,
  • optimalisation de l’usage des surfaces,
  • esthétique externe et interne (le bâtiment doit être beau à voir et à vivre !),
  • etc…
À noter qu’au plus tôt se constitue cette équipe de projet, au plus l’ensemble des contraintes sera pris en considération à temps.

Tout au plus pouvons-nous ici évoquer avec prudence les quelques critères principaux et ébaucher des solutions classiques, mais nullement « passe-partout » :

Le coût d’investissement

Considérons une base relative de 100 % comme valeur moyen d’une installation de climatisation. Une simple installation de chauffage est alors à 30 %. L’échelle des prix en fonction du type d’équipement et du niveau de régulation qui lui est associé peut être évalué comme suit :

Installations  « détente directe »

Investissement
par rapport à la référence

Window 60 – 75 %
Split system 80 – 160 %
Débit réfrigérant variable (2 tubes) 160 – 200 %
Débit réfrigérant variable (3 tubes) 240 – 300 %
Armoire de climatisation 60 – 6 000 %%
Roof-top 30 – 100 %

Installations « tout air »

Investissement
par rapport à la référence

Tout air-débit constant 120 – 170 %
Tout air-débit variable 120 – 180 %

Installations « sur boucle d’eau »

Investissement
par rapport à la référence

Ventilo-2 tubes 85 – 110 %
Ventilo-2 tubes/2 fils 90 – 125 %
Ventilo- 4 tubes 100 – 150 %
Pompe à chaleur sur boucle d’eau 80 – 170 %
Plafonds froids 110 – 160 %

Le coût des plafonds froids (plutôt élevé en regard à l’énergie frigorifique produite) est pénalisé notamment par la régulation qui doit permettre d’éviter tout risque de condensation. Mais, comme tout produit récent, son prix est progressivement en baisse sensible…

Le coût d’exploitation énergétique

Le coût d’exploitation est directement fonction des charges à vaincre : un immeuble fort vitré consommera beaucoup plus que son équivalent équipé de protections solaires extérieures, par exemple … C’est donc d’abord le bâtiment qui crée la consommation !
On peut cependant établir une échelle entre les systèmes suivant leur performance énergétique :

Installations  « détente directe »

Coût énergie

Window élevé
Split system moyen
Débit réfrigérant variable faible
Armoire de climatisation moyen
(Roof-top) (faible)

Installations « tout air »

Coût énergie

Tout air-débit constant élevé
Tout air-débit variable moyen

Installations « sur boucle d’eau »

Coût énergie

Ventilo-2 tubes moyen
Ventilo-2 tubes/2 fils moyen à élevé
Ventilo- 4 tubes moyen
Pompe à chaleur sur boucle faible à élevé
Plafonds froids faible

Quelques règles à suivre pour concevoir une installation à faible consommation énergétique :

  • Éviter de détruire l’énergie : en aucun cas, on ne doit concevoir une installation dont la régulation fonctionnerait par mélange entre fluides chauds et froids. Les installations « tout air » à doubles conduits sont particulièrement sensibles à ce phénomène.
  • Récupérer la chaleur extraite lorsque le bâtiment requiert du chaud et du froid simultanément : un grand local informatique refroidi en hiver, des plateaux très étendus et fort équipés dont il faut en permanence refroidir la partie centrale, … On aura intérêt à concevoir une installation qui peut récupérer la chaleur extraite de ces locaux pour la restituer dans les locaux en demande de chaleur (bureaux en périphérie). Les installations à débit de réfrigérant variable et les pompes à chaleur sur boucle d’eau sont performantes à ce niveau. Dans les installations plus classiques (ventilos), une récupération de chaleur au condenseur des groupes frigorifiques est également possible et moins contraignante.
  • Préchauffer l’air neuf en récupérant la chaleur soit sur l’eau en sortie des faux plafonds, soit sur le condenseur de la machine frigorifique.
  • Limiter les résistances chauffantes électriques qui peuvent entraîner des dépenses importantes vu le coût du kWh électrique par rapport au kWh thermique. On sera attentif à ne sélectionner une installation de ventilos 2 tubes/2 fils que dans un bâtiment très isolé (besoins de chaleur très limités suite aux apports gratuits). De plus une gestion des équipements devra superviser l’ensemble.   Un petit outil de simulation permet de quantifier l’impact du choix du vecteur énergétique de chauffage.
  • Préférer un refroidissement à haute température : l’efficacité frigorifique d’une installation à eau glacée sera améliorée si le fluide est produit et circule à relativement « haute » température. De là, l’avantage du refroidissement par plafonds froids dont la boucle d’eau « glacée » fonctionne au régime 15°-17°. Cette température élevée permet également, durant une bonne partie de l’année, un refroidissement gratuit de l’eau glacée dans un aéroréfrigérant ou dans une tour de refroidissement en toiture, en by-passant ainsi la machine frigorifique (« free-chilling« ).  La présence d’une source d’eau froide naturelle peut également être mise à profit (forage, rivière, lac, …)
  • Préférer un refroidissement par rayonnement : pour les plafonds froids également, le confort apporté par le rayonnement froid au-dessus des occupants permet une augmentation de 2°C de la consigne de température ambiante (température max = 26°C ou 27°C, au lieu des 24 ou 25°C habituels pour des ventilos, par exemple). Il s’en suit une réduction de la puissance frigorifique nécessaire.
  • Transporter l’énergie par l’eau et pas par l’air : le transport de l’eau par pompes représente moins de 2 % de l’énergie transportée. Le transport de l’air par ventilateur représente de 10 à 20 % de l’énergie véhiculée ! Les systèmes « tout air » subissent donc un sérieux handicap. Le système à débit d’air variable (VAV) limite les dégâts à ce niveau.
  • Valoriser l’air frais extérieur gratuit : dans le cas d’une installation « tout air », une partie importante de l’énergie frigorifique peut être fournie par l’air extérieur (free cooling en hiver et mi-saison). Il semble y avoir conflit entre cet argument et le précédent ! En réalité, on choisira une installation « tout air » lorsque le bilan énergétique prévoit du refroidissement régulièrement en hiver et en mi-saison.
  • Enfin, ne pas raboter le budget régulation : la qualité de la régulation est déterminante ! on pense tout particulièrement au ventilo-convecteur qui est le pire ou le meilleur des équipements, … selon la régulation qui lui est associée !

Le coût de maintenance


Les prix donnés à titre indicatif ci-dessous (Source : « GIE – Climatisation et Développement » en France) correspondent à un contrat annuel de maintenance sur devis (les prix les plus bas correspondent aux surfaces traitées les plus grandes). Ces valeurs sont assez anciennes (années 2000), mais les variations entre les différentes installations peuvent être supposées toujours pertinentes. À ces prix s’ajoute celui du renouvellement périodique des équipements défectueux, lié à leur durée de vie. Ainsi, les installations en « détente directe » sont généralement plus fragiles, ce qui implique un remplacement plus fréquent des composants.

Installations « détente directe »

€/m2
Window très faible
Split system 3 – 7,5
Débit réfrigérant variable
Armoire de climatisation 2,25 – 9,25 (si gamme informatique)
(Roof-top) (1,5 – 3,25)

Installations « tout air »

€/m2

Tout air-débit constant 1,5 – 5
Tout air-débit variable 2 – 6,25

Installations « sur boucle d’eau »

€/m2

Ventilo-2 tubes 3 – 5
Ventilo-2 tubes/2 fils 3 – 5
Ventilo- 4 tubes 3 – 5
Pompe à chaleur sur boucle 3,75 – 6,25
Plafonds froids  

Le confort thermique

Installations  « détente directe »

Confort thermique
Window faible
Split system faible
Débit réfrigérant variable bon
Armoire de climatisation moyen
(Roof-top) (moyen)

Installations « tout air »

Confort thermique
Tout air-débit constant bon
Tout air-débit variable bon

Installations « sur boucle d’eau »

Confort thermique
Ventilo-2 tubes moyen
Ventilo-2 tubes/2 fils moyen
Ventilo- 4 tubes bon
Pompe à chaleur sur boucle moyen
Plafonds froids excellent
Remarque  : Le confort thermique des plafonds froids est meilleur que celui des systèmes traditionnels (ventilo-convecteurs par exemple)

  1. parce que l’apport de froid par rayonnement est plus stable (inerte) et mieux réparti spatialement que l’apport de froid par convection forcée,
  2. parce qu’il permet la sensation agréable d’avoir « la tête au frais »,
  3. parce que le confort est renforcé par l’absence de courant d’air froid, puisque le débit d’air est limité aux besoins hygiéniques,
  4. parce ces mouvements d’air limités entraînent peu de déplacement de poussières dans les locaux.

La puissance frigorifique

Le dimensionnement des installations de climatisation est généralement fonction de la puissance frigorifique maximale nécessaire en été.
À ce niveau, les plafonds froids sont relativement limités puisque la puissance de refroidissement n’atteint que de l’ordre de 80 W/m² de plafond actif. Ce système ne permet pas de refroidir seul une salle informatique, par exemple.
A puissance frigorifique égale, un système « tout air » entraîne des débits d’air véhiculés très importants et donc des gainages coûteux et encombrants !

Le confort acoustique

Pour atteindre les niveaux requis par les normes, il va de soi que les plafonds froids sont avantagés. Mais on peut également sélectionner des installations plus classiques de qualité (basse vitesse des ventilateurs, amortisseurs de bruit,…).
Ainsi, une installation « tout air » classique à laquelle on adjoint des bouches de diffusion par déplacement devient excellente sur le plan acoustique.

Installations  « détente directe »

Confort acoustique
Window faible
Split system bon
Débit réfrigérant variable bon
Armoire de climatisation moyen
(Roof-top) (bon)

Installations « tout air »

Confort acoustique
Tout air-débit constant bon
Tout air-débit variable bon

Installations « sur boucle d’eau »

Confort acoustique
Ventilo-2 tubes bon
Ventilo-2 tubes/2 fils bon
Ventilo- 4 tubes bon
Pompe à chaleur sur boucle faible
Plafonds froids excellent

La centralisation


Si la surface des locaux à climatiser est limitée (rénovation de quelques locaux,par exemple), un système à « détente directe » (voire plusieurs équipements décentralisés) sera suffisant et nettement moins coûteux.
Si une installation centralisée bénéficie de l’effet de taille en terme de prix d’investissement, il n’y a que peu d’effet majeur à l’exploitation (efficacité frigorifique meilleure pour les grosses puissances, mais pertes en ligne et pertes en régulation plus élevées…).

Le fluide caloporteur

L’effet refroidissant

Il peut être apporté aux locaux par de l’air, de l’eau, ou par le fluide réfrigérant lui-même.
L’air ayant une faible chaleur spécifique, un système « tout air » entraîne un encombrement très important (gaines volumineuses), et donc une perte d’espace utile pour l’aménagement des locaux. En rénovation, cette technique est souvent exclue (si on ne veux pas « tout casser » !). Si les locaux sont de toute façon demandeur d’air hygiénique en grande quantité (présence de nombreux occupants), le problème est vu différemment : il est alors logique d’associer les fonctions « ventilation » et « rafraîchissement »…
L’eau glacée est le choix le plus fréquent. La boucle d’eau pouvant se placer aussi bien en allège qu’en faux plafond.
L’idée de faire circuler le fluide réfrigérant directement dans les locaux est nouvelle. C’est certainement la formule la plus souple. Elle s’adapte bien aux locaux à très faible inertie (parois légère, tapis de sol, faux plafond) pour lesquels on peut parfois en mi-saison chauffer au matin, … mais refroidir sous le soleil de midi !

L’effet calorifique

Il peut être apporté par de l’air, de l’eau, par le fluide réfrigérant ou par l’électricité.
Le transport par air entraîne les mêmes conclusions en chaud qu’en froid.
Le chauffage par boucle d’eau peut se justifier par la présence d’autres besoins dans le bâtiment (eau chaude sanitaire, par exemple) : l’installation de production d’eau chaude sera commune.
Lorsque le fluide « réfrigérant » est utilisé pour chauffer : l’échangeur dans le local devient le condenseur de la machine frigorifique. C’est la solution la plus économique à l’exploitation si la chaleur est extraite de locaux refroidis. Si la chaleur est extraite de l’air extérieur (fonctionnement en pompe à chaleur), la performance diminue fortement avec la baisse des températures extérieures. Le chauffage est alors obtenu avec un prix de revient supérieur aux installations à combustible classique. Ce choix ne peut se justifier qu’au regard de la consommation globale (hiver + été) de l’installation.
Enfin, le chauffage par résistance chauffante ne doit être sélectionné que lorsque les besoins thermiques sont très limités. Le prix de revient du kWh électrique de jour est en effet 3 fois plus élevé environ que celui du kWh thermique (pointe de puissance comprise).

Le recyclage de l’air

Dans le cas d’une installation « tout air », l’apport de froid dans les locaux entraîne un débit d’air nettement plus élevé que celui nécessaire pour les besoins hygiéniques (4 … 6 fois, environ). Dès lors, plus des 3/4 du débit total est recyclé. Seul 1/4 du débit total est de l’air neuf hygiénique.
Bien que les débits hygiéniques soient largement respectés, le mélange avec de l’air recyclé est loin de faire l’unanimité. On parle de « Sick Building Syndrom ». En réalité, il est difficile de faire la part des choses entre les plaintes liées au mauvais entretien des installations et celles liées au recyclage proprement dit.
De là, la préférence donnée aux installations dans lesquelles apport d’air neuf et apports thermiques sont dissociés : le réseau d’air pulse le débit nécessaire au renouvellement hygiénique (cet air est ensuite expulsé sans recyclage).

L’encombrement

Les installations de climatisation « tout air » sont fort encombrantes, local volumineux à prévoir pour la centrale de préparation d’air (chauffer, refroidir, humidifier l’air,..).
Gaines de volumes importants à placer. L’augmentation de l’épaisseur des faux plafonds qui en résulte peut entraîner un étage de moins sur un bâtiment de 10 étages !

Petit calcul approximatif pour avoir un repère …

Une personne requiert 30 m³/h d’air hygiénique. Sur base d’une vitesse de 5 m/s dans les conduits, cet apport d’air requiert 30 [m³/h] / 3 600 [s/h] / 5 [m/s] = 16 [cm²], soit un conduit de 4 cm sur 4 cm. Et ceci rien que pour une personne !
Si l’air est en même temps « porteur » de la charge thermique (air chaud en hiver et air froid en été), les débits d’air traités sont en moyenne multipliés par 6. La section des conduits aussi. On arrive alors à un ratio de 100 cm² par personne, soit 10 cm sur 10 !
À titre d’exemple : l’hôpital St Luc de Woluwé traite et distribue 300 000 m³ d’air par heure ! ! !

La technique des plafonds froids demande par contre une épaisseur de faux plafonds moins élevée.

Quant aux ventilo-convecteurs en allège, si les tuyauteries de raccordement sont discrètes, les convecteurs eux-mêmes peuvent occuper, au sol, de la place recherchée.

Le tableau de synthèse


Reprenons les différents critères :

Installations  « détente directe »

Investis.

Coût énergie

Confort acoustique Confort thermique
Window 60 – 75 % élevé faible faible
Split system 80 – 160 % moyen bon faible
Débit réfrigérant variable 160 – 200 % faible bon bon
Armoire de climatisation 240 – 300 % moyen moyen moyen
Roof-top 60 – 6 000 % faible (bon) (moyen)

Installations « tout air »

Investis.

Coût énergie

Confort acoustique confort thermique
Tout air-débit constant 120 – 170 % élevé bon bon
Tout air-débit variable 120 – 180 % moyen bon bon

Installations « sur boucle d’eau »

Investis.

Coût énergie

Confort acoustique confort thermique
Ventilo-2 tubes 85 – 110 % moyen bon moyen
Ventilo-2 ubes/2 fils 90 – 125 % moyen à élevé bon moyen
Ventilo- 4 tubes 100 – 150 % moyen bon bon
Pompe à chaleur sur boucle 80 – 170 % variable faible moyen
Plafonds froids 85 – 110 % faible excellent excellent

Stratégie de choix

Un système technique, notamment de refroidissement, ne devrait pas se choisir uniquement sur base de critères technologiques et économiques, même s’ils sont essentiels. Le choix doit intégrer toute la complexité du bâtiment, son programme, ses besoins énergétiques de chaud et de froid, son site, son occupation,…
Pour s’y retrouver, il est nécessaire de se donner une stratégie. Un exemple de stratégie de choix peut être d’identifier des groupes de critères jugés prioritaires sur base desquels faire une première sélection peut s’effectuer. Par exemple, dans une approche orientée vers la performance énergétique, on mettra en avant les critères liés :

  • Aux propriétés thermiques et constructives du projet : Quelle est l’inertie du bâtiment ? Quelles sont les puissances demandées et les besoins d’énergie en chaud et en froid, en fonction des charges internes et solaires, des performances de l’enveloppe ? Quels sont les débits d’air hygiéniques ? Quelle est la modularité envisagée (possibilité de modifier fréquemment les cloisons) ?
  • Aux ressources énergétiques disponibles sur le site : Dans notre climat, un bâtiment peut être rafraîchi la plus grande partie de l’été en ventilant naturellement le bâtiment par de l’air extérieur. Si le site est trop bruyant ou pollué, une ventilation mécanique adaptée utilisée en mode free cooling sera également efficace. L’air extérieur peut en outre être rafraichi par des aménagements paysagers (parcs, bassins) ou technologiques (humidification). Si l’air extérieur reste malgré tout chaud la journée, la température nocturne tombe suffisamment pour permettre de décharger la chaleur accumulée à l’intérieur. Si l’air extérieur n’est pas valorisable sur le site du projet, peut-être une ressource hydrique l’est-elle (sans aller jusqu’à solliciter la nappe phréatique, un étang par exemple constitue une masse d’eau fraiche impressionnante) ? La capacité thermique du sol peut également être sollicitée, si sa composition permet des forages à un coût raisonnable.
  • Au profil de l’occupant : Selon qu’il souhaite ou non avoir un rôle actif dans la conduite du bâtiment, les choix techniques ne seront pas les mêmes. Est-il disposé à ouvrir ses fenêtres en été ? Les choix dépendront également des profils d’occupation : sont-ils stables ou variables ? Enfin, les attentes de confort sont un critère majeur : les occupants exigent-ils une température constante réglable selon leurs envies, ou sont-ils prêts à accepter une évolution raisonnable, mais moins maîtrisée des conditions intérieures ?

Une fois que l’on s’est donné une liste de critères principaux, il faut faire l’inventaire des choix possibles, et s’orienter vers celui qui offre la meilleure performance énergétique. Cette première sélection doit ensuite être discutée sur base des autres critères : impact financier, contraintes d’entretien, risque de nuisance acoustique, etc.

Organigramme de sélection

L’organigramme ci-dessous propose un guide de sélection d’un système de refroidissement. Il s’appuie sur une stratégie de sélection partant des profils d’occupants, des caractéristiques du bâtiment et des ressources du site et va jusqu’à la sélection d’une technologie.

Concevoir

Pour en savoir plus sur les choix techniques détaillés et les principes d’économie d’énergie accessible pour chaque technologie, cliquer ici !

Cet organigramme s’applique surtout aux constructions neuves, mais peut globalement être repris pour des projets de rénovation également. Il s’agit d’un guide générique, qui peut ne pas s’appliquer à un cas particulier. Restez donc prudents et critiques dans son utilisation. Tous les embranchements sont référencés par une lettre (de A à Q). Un mot d’explication est donné sur chacun de ces choix en dessous de l’organigramme.

>> Les textes en italique dans le schéma sont cliquables et mènent vers des informations complémentaires.

La ventilation intensive naturelle d’été La ventilation intensive naturelle d’été La ventilation intensive mécanique d’été

Le système tout air, à débit variable (VAV) Le climatiseur de local Le refroidissement adiabatique La machine frigorifique à ab/adsorption La machine frigorifique à compression La dalle active Le free-chilling Les plafonds froids La géothermie et le géocooling La dalle active La géothermie et le géocooling La dalle active Le free-chilling Les plafonds froids La machine frigorifique à ab/adsorption Le système tout air, à débit variable (VAV) Le système tout air, à débit constant, mono-gaine Le système tout air, à débit variable (VAV) Le système tout air, à débit constant, mono-gaine Les plafonds froids La machine frigorifique à compression Les poutres froides Les ventilo-convecteurs

Quelques commentaires sur cet organigramme :

  • A à D : La première partie sert à identifier le profil de l’occupant : actif ou passif.
    • Si le profil est passif (c’est-à-dire lorsque que l’occupant ne peut intervenir sur son environnement par l’ouverture d’une fenêtre, la fermeture d’un store,…)., toutes les stratégies intégrant la notion de confort adaptatif sont caduques.
    • Si l’occupant est actif, on peut envisager d’aller vers une limitation acceptée de la puissance de refroidissement disponible. C’est le sens de la question « D. Température glissante ? »
      • Répondre oui signifie que l’on tolère une dérive limitée des températures intérieures en été, telle que définie par la norme NBN EN 15251. L’installation de refroidissement sera alors vue comme une aide limitée en cas de vague de chaleur exceptionnelle (on parle de top cooling) ou de besoins localisés (systèmes split).
      • Répondre non signifie que, malgré le comportement actif possible des occupants, on souhaite avoir la garantie du maintien de consignes strictes de température. On s’oriente alors vers un système de refroidissement capable de répondre instantanément aux besoins. Pour en savoir plus sur les profils d’occupants, voir la page « confort thermique ».
  • E à G : La question E se place dans le cadre d’une fluctuation contrôlée des températures. Une stratégie de free cooling est dans ce cadre indispensable, au moins en journée,  faute de quoi les charges internes et solaires ne peuvent être dissipées et le confort ne pourra être maintenu. Mais ce free cooling (diurne et/ou nocturne) est-il suffisant ? Une simulation dynamique du comportement du bâtiment peut être intéressante pour répondre à cette question. Différentes réponses sont envisageables :
    • 1/Oui, auquel cas il n’est pas nécessaire d’installer de système de refroidissement. Félicitation, votre consommation d’énergie thermique en été sera nulle ;
    • 2/Oui, sauf dans certains locaux, par exemple ceux avec des serveurs informatiques, ou une salle de réunion particulièrement exposée au soleil, ou les quelques locaux sous toiture,… Dans ce cas, une installation de refroidissement à détente directe, de type armoire de climatisation ou système split parait un bon choix. Éventuellement, la chaleur extraite de ces locaux pourrait être utile à d’autres ? Alors on s’orientera vers un système à débit de réfrigérant variable (VRV) ;
    • 3/ Oui, sauf en plein été. Dans ce cas, un appoint mécanique de type top cooling est pertinent, pour franchir confortablement les jours chauds sans investir dans un système de distribution spécifique au refroidissement ;.
    • 4/ Non, le free cooling est tout à fait incapable d’assurer le confort du bâtiment, malgré la bonne volonté et la coopération des occupants.
  • H à I : Un appoint d’été dans un bâtiment qui ne dispose pas d’autre système de refroidissement qu’un free cooling se base souvent sur le réseau de ventilation : l’air neuf hygiénique est refroidi en centrale avant d’être diffusé dans l’ensemble du bâtiment. Le débit d’air correspond au débit nominal du réseau de ventilation hygiénique, c’est-à-dire de débit nécessaire pour assurer la qualité de l’air des locaux en supposant une occupation de référence. Éventuellement, ce débit peut être augmenté légèrement si le groupe de pulsion le permet, mais avec précaution : les pertes de charge seront alors très élevées et la consommation électrique d’un ventilateur également (pour éviter cela, on peut surdimensionner le réseau de ventilation par rapport au débit hygiénique). Dans ces cas, le refroidissement de l’air peut éventuellement se faire au départ d’une source naturelle. Typiquement, si l’air extrait des locaux n’est pas trop humide, un refroidissement adiabatique peut être envisagé. Une climatisation solaire peut aussi être envisagée, si le besoin de froid est effectivement lié aux gains solaires, et non aux gains internes des locaux. Enfin, une machine frigorifique traditionnelle à compression sera choisie.
  • J : Cette question fait le constat d’une incompatibilité entre une stratégie ouverte à une remise en cause du confort et à la valorisation du comportement des occupants et les résultats attendus, déduits par exemple d’une simulation dynamique. Avant de conclure que, dans ce cas, le free cooling est une impasse et de basculer sur un système de refroidissement plus traditionnel, il peut être utile de creuser un peu les résultats de la simulation. Pourquoi le free cooling est-il à ce point insuffisant que même un appoint limité de type top cooling (climatisation uniquement à certains moments extrêmes (canicule par exemple) ne suffit pas ? C’est peut être justifié par le site : trop de bruit ou de pollution pour ventiler efficacement, ou par l’architecture : pas assez de protection solaire, ou pas de possibilité pour l’air de traverser le bâtiment en assurant un balayage efficace, ou pas assez d’inertie thermique, ou une trop grande dispersion des charges internes. Une fois la cause identifiée (il s’agira souvent d’un faisceau de causes partielles), les modifications à apporter au projet peuvent être envisagées. Peut-être sont-elles acceptables par le maître d’ouvrage et l’architecte ? Le rôle de l’ingénieur sera ici déterminant. À lui d’être créatif d’imaginer des propositions compatibles avec les souhaits des autres intervenants.
  • K à L : le slab cooling, ou activation de la dalle, est présenté comme première alternative au free cooling. Il présente en effet certaines similarités : valoriser l’inertie du bâtiment au travers d’un déphasage entre période de refroidissement effectif (la nuit) et période d’accumulation de chaleur (journée). Ce déphasage permet de valoriser une source de fraicheur fluctuante ou limitée, en particulier l’air extérieur (free chilling) ou un forage géothermique de puissance limitée (geocooling).
  • M : ici, on bascule du côté des émetteurs à puissance contrôlée, qui implique de disposer à tout moment d’une capacité de dissipation de la chaleur. Le choix des systèmes dépendra d’abord de la disponibilité ou non d’une ressource géothermique. Des essais de sol, ou l’examen de données géologiques permettent d’identifier le potentiel de valorisation thermique du sous-sol. La chaleur du bâtiment peut y être dissipée directement, au moyen d’un simple échangeur (géocooling), ou indirectement, au travers d’une machine frigorifique. Dans les deux cas, il est fortement recommandé de pouvoir travailler dans le bâtiment avec des émetteurs à « haute température », de type plafonds froids. En l’absence de ressource géothermique, on cherchera à valoriser l’air extérieur au travers d’une installation d’une dalle active (slab cooling). Cependant, un appoint « traditionnel », par exemple sur le réseau de ventilation sera nécessaire pour compléter la puissance et assurer une capacité de modulation locale et dans le temps de la dissipation de la chaleur. Enfin, si le besoin de refroidissement est directement lié à la course solaire, une climatisation solaire peut éventuellement être envisagée.
  • N à P : en l’absence d’une ressource naturelle, ou lorsque son exploitation est impossible, on se tournera vers une production traditionnelle de froid (machine frigorifique à compression). La question du système de refroidissement est alors limitée au choix du réseau de distribution. Si la puissance demandée dépasse largement celle que peut véhiculer le réseau de ventilation hygiénique, on optera pour une distribution par boucle d’eau. Eau froide si des émetteurs à haute température peuvent être choisis, eau glacée sinon. Si le réseau de ventilation peut, moyennant un surdimensionnement limité, assurer le refroidissement, on se dirigera vers des systèmes de conditionnement d’air VAV ou CAV selon le niveau de variabilité des besoins, et vers toutes les solutions intermédiaires possibles en termes de gestion des débits.

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Pour plus d’informations sur la valorisation de la fraicheur de l’environnement, cliquer ici !

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Pour plus d’informations sur le choix d’un système de refroidissement tout air  (débit d’air constant, VAV), cliquer ici !

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Pour plus d’informations sur le choix d’un système convectif sur boucle d’eau froide : (ventilo-convecteurs ou poutres froides), cliquer ici !

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Pour plus d’informations sur le choix d’un système rayonnant sur boucle d’eau froide (plafond froid, dalle active, cliquer ici !

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Pour plus d’informations sur le choix d’un système à détente directe (climatiseurs et systèmes à Débit de Réfrigérant Variable), cliquer ici !

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Pour plus d’informations sur le choix d’un système de ventilation intensive (free cooling), cliquer ici !

Organigramme de sélection

 

L’organigramme ci-dessous propose un guide de sélection d’un système de refroidissement. Il s’appuie sur une stratégie de sélection partant des profils d’occupants, des caractéristiques du bâtiment et des ressources du site et va jusqu’à la sélection d’une technologie.

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Pour en savoir plus sur les choix techniques détaillés et les principes d’économie d’énergie accessible pour chaque technologie, cliquer ici !

Cet organigramme s’applique surtout aux constructions neuves, mais peut globalement être repris pour des projets de rénovation également. Il s’agit d’un guide générique, qui peut ne pas s’appliquer à un cas particulier. Restez donc prudents et critiques dans son utilisation. Tous les embranchements sont référencés par une lettre (de A à Q). Un mot d’explication est donné sur chacun de ces choix en dessous de l’organigramme.
>> Les textes en italique dans le schéma sont cliquables et mènent vers des informations complémentaires.