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Auteur : les anciens

Eté 2008 : Brieuc.

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Notes : 19.03.2014

  • Mise à jour, Geoffrey

Domaine d’application

Les émetteurs convectifs sur boucle d’eau sont parmi les systèmes de refroidissement les plus fréquemment rencontrés. On rencontre aujourd’hui particulièrement 2 technologies : les ventilo-conveteurs et les poutres froides.
On rencontre le ventilo-convecteur comme émetteur :

  • Dans les installations de climatisation devant assurer à la fois des besoins de chaleur en hiver et des besoins de refroidissement en été; ainsi, on les rencontre classiquement en allège de fenêtre des locaux, pour casser le froid du vitrage en hiver et compenser les apports solaires importants en été dans les bureaux, les commerces, les restaurants, les salles informatiques, les chambres d’hôtel,…
  • Dans les installations de chauffage pour lesquelles on souhaite une relance très rapide; une salle des fêtes, une salle de conférence, … dont le chauffage est intermittent, seront utilement équipés de ventilo-convecteurs.
  • Dans les installations de chauffage irriguées par de l’eau à basse température; les circuits raccordés à une source géothermale, à une pompe à chaleur, à un capteur d’énergie solaire,… sont valorisés par les ventilo-convecteurs qui augmentent la puissance de l’échange.

On rencontre plus particulièrement le ventilo-convecteur « 4 tubes » dans les bâtiments dont les besoins simultanés sont différents d’un local à l’autre : une cafeteria, un local informatique, des bureaux, des salles d’archives,… et le tout sur une même façade !
Le ventilo « 2 tubes – 2 fils » est une solution qui peut à la limite convenir lorsque le bâtiment est neuf et particulièrement bien isolé. Les apports internes (éclairage, bureautique, personnel,…) sont tels que le chauffage ne doit être enclenché qu’en période de gel, par exemple. Mais il sera utile de demander au bureau d’études une évaluation précise des coûts d’exploitation prévus pour le bâtiment…
C’est souvent la solution choisie par les promoteurs : le prix de revient du bâtiment est moindre. Quant à l’exploitation, ce n’est plus leur affaire … !
La possibilité de faire du chaud et du froid avec le même appareil, son prix de revient très raisonnable suite aux faibles surfaces des échangeurs, la facilité de la régulation local par local, l’efficacité du transport thermique par eau, … fait du ventilo-convecteur un best-seller de nos bâtiments climatisés !

Les poutres froides sont, en quelque sorte, des convecteurs de chauffage qui ont été placés au plafond pour faire du froid !

 

Il s’agit de tuyauteries parcourues par de l’eau glacée, serties d’ailettes pour favoriser l’échange convectif. Elles sont placées au plafond ou intégrées dans le faux plafond.

On distingue les poutres « actives » ou « dynamiques » (effet d’induction créé par l’air neuf) des poutres « passives » (convection naturelle uniquement) . Cet échangeur travaille sous un faible écart de température, suite à la condition de non-condensation. Sa puissance frigorifique varie selon la largeur de la poutre, la présence d’induction, l’écart de température,…
Ce produit étant à la mode, la Belgique voit son parc de poutres froides s’agrandir d’année en année, principalement dans les bureaux. Cette technique s’adapte à la construction nouvelle, mais aussi en rénovation grâce au fait de ne pas devoir percer des parois pour le passage de gainages d’air volumineux.
Les éjecto-convecteurs, sorte d’intermédiaire entre les deux précédents, est une technique des années 70 qui n’est plus guère rencontrée aujourd’hui.

Techniques

Pour connaître en détail les caractéristiques technologiques et le fonctionnement des ventilo-convecteurs, cliquez ici !

Techniques

Pour connaître en détail les caractéristiques technologiques et le fonctionnement des éjecto-convecteurs, cliquez ici !

 Techniques

Pour connaître en détail les caractéristiques technologiques et le fonctionnement des poutres-froides, cliquez ici !

Avantages des émetteurs convectifs sur boucle d’eau

Ventilo-convecteurs et poutres froides partagent certains avantages, mais se distinguent pas d’autres.
Dans les deux cas, on bénéficie de :

  • La séparation entre la fonction ventilation des locaux (air neuf hygiénique) et l’apport thermique (apport de froid) est un gage de bonne régulation.
  • La possibilité de faire du chaud et du froid avec le même appareil, et avec une puissance relativement élevée.
  • Le système ne demande que le percement de trous pour le passage de tuyauteries d’eau. En rénovation de bâtiments, on évite ainsi l’encombrement des gainages à air de grandes dimensions… De plus, il est possible de récupérer l’ancienne installation de chauffage.
  • Une efficacité du transport thermique par eau :. Le transport du froid vers les locaux par de l’eau glacée (pompe) est environ dix fois moins énergétique que le transport par de l’air froid (ventilateur).
  • Une facilité de régulation, local par local, et donc un bon confort pour les utilisateurs : une régulation souple puisque réalisée tant via le débit d’eau que le débit d’air. un arrêt possible de l’équipement, localement, un mode de régulation très accessible par les utilisateurs, une liaison possible des différents appareils par bus de communication, ce qui permet une régulation globale de qualité par GTC.
  • Ces systèmes ne font intervenir qu’un seul corps de métier. Le plafond froid combine lui deux compétences : la pose de faux plafonds et la pose de tuyauteries. L’ensemble est plus complexe à gérer, d’autant que l’oeil est très sensible à la planéité des plafonds.

Le ventilo-convecteur a en outre comme avantage :

  • Un prix de revient raisonnable, surtout pour le système 2 tubes-2 fils, suite aux faibles surfaces des échangeurs à débit d’air forcé, et au faible coût de pose, (à noter que le prix de l’appareil dépend peu de la taille de l’échangeur et qu’il est donc possible de le surdimensionner au départ pour tenir compte d’un éventuel accroissement des charges futures).
  • Une facilité de placement : placement aisé en allège lorsque les hauteurs sous plafond ne permettent pas l’intégration d’un faux plafond, la possibilité de placer le ventilo en hauteur et de libérer la place au sol.
  • Une intégration possible d’une prise d’air neuf à l’arrière de l’équipement.
  • Une fiabilité de l’appareil (qui constitue un grand classique de la climatisation) et donc une longue durée de vie; ce n’est pas la Rolls de la clim, … mais une bonne Peugeot, quoi !
  • Dans le cas des systèmes 4 tubes :
    • La souplesse d’utilisation est totale puisque chaque ventilo est autonome : un local peut être refroidi lorsque son voisin est chauffé…
    • La possibilité de récupérer la chaleur extraite dans un local pour la fournir au local en demande.
    • Plus de circuits de zones, de vannes de commutation, … la régulation est plus simple et le service de maintenance ne s’en plaindra pas !

Par contre, la poutre froide a l’avantage de :

  • Le bruit est limité, pour autant que l’air neuf ne soit pas pulsé à trop haute vitesse (attention aux systèmes actifs).
  • La préparation d’eau glacée à une température de 15°C environ permet la sélection d’une machine frigorifique avec un excellent coefficient d’efficacité frigorifique (ou « COP frigorifique »). Cette propriété n’est tout à fait effective que si une machine frigorifique est spécifiquement prévue pour l’alimentation en eau froide des plafonds. Elle est en partie perdue si la même machine frigorifique est utilisée pour préparer l’air neuf déshumidifié …
  • Cette température élevée permet d’imaginer, durant une bonne partie de l’année, un refroidissement direct de l’eau glacée dans un aéro-refroidisseur ou dans une tour de refroidissement en toiture, en by-passant ainsi la machine frigorifique. Cette technique est généralement appelée « free-chilling ». La consommation liée au froid se résume à l’alimentation des pompes de circulation ! La présence d’une source d’eau froide naturelle peut également être mise à profit (rivière, lac, …).
  • L’encombrement au sol est nul !

Désavantages des émetteurs convectifs sur boucle d’eau

En termes d’inconvénients, dans les deux cas :

  • L’hygrométrie n’est pas contrôlée dans les locaux, ce qui peut poser problème d’un air trop sec en hiver.
  • La difficulté d’assurer un confort thermique correct est réelle, notamment sans courants d’air dans la zone de travail,… Une poutre statique génère une « coulée » d’air froid très désagréable sur les personnes situées sous les poutres. Elle ne peut a priori se placer que dans les locaux de grande hauteur. Par contre, la poutre dynamique semble plus confortable, car elle induit un mélange avec l’air ambiant plus élevé et donc une température de l’air plus homogène. Cependant, à l’intersection entre les flux d’air créés par deux poutres voisines parallèles, les deux flux d’air risquent de tomber sur la tête d’un utilisateur ! Le ventilo-convecteur quant à lui peut générer des courants d’air froids.
  • Curieusement, la facilité de fabrication et de pose peut devenir un inconvénient, surtout en marché public où le prix constitue le critère de sélection : la qualité des équipements fournis et la qualité de l’installation sont très variables !

 Le ventilo-convecteur a en outre comme désavantage de :

  • Lorsqu’un appareil de mauvaise qualité est installé (sous-dimensionnement des échangeurs, vitesse élevée du ventilateur, …), le bruit sera l’élément le plus négatif de cet équipement. Le niveau sonore peut être compris entre 35 et 65 dB, selon la qualité constructive, la vitesse du ventilateur et l’âge de l’équipement.
  • Le ventilo dont une prise d’air est réalisée en façade est une solution peu adaptée aux critères de confort actuel ! Ses performances thermique et acoustique sont faibles. Sans oublier le risque de gel…
  • Dans le cas des systèmes 2 tubes : Les besoins doivent être similaires dans les différents locaux d’une même zone; autrement dit, le nombre de zones doit être suffisamment élevé, si on ne souhaite pas de conflits en mi-saison pour le passage du chaud au froid !
  • Dans le cas des systèmes 4 tubes :
    • Le coût d’installation est plus élevé puisque les ventilos contiennent deux échangeurs, les circuits sont dédoublés, de même que le nombre de vannes, de circulateurs,…
    • L’encombrement est également plus important (ventilos plus volumineux et gaines techniques plus larges).
    • Durant toute une partie de l’année, il faut maintenir en fonctionnement les deux réseaux; les pertes énergétiques de ces réseaux ne sont pas négligeables…
  • Dans le cas des systèmes 2 tubes – 2 fils : Le coût d’exploitation est certainement le point noir de ce système…

La poutre froide a, elle, comme désavantages :

  • Le coût d’installation est élevé, du moins en rapport à la puissance frigorique fournie.
  • La puissance frigorifique reste limitée par rapport aux systèmes traditionnels. Ou du moins, placer des poutres dans les plafonds risque de générer des problèmes d’inconfort si bien que la densité maximale admissible reste faible.
  • Dans le cas des poutres dynamiques, il est courant de pulser un débit d’air supérieur à celui strictement nécessaire pour assurer l’air neuf hygiénique dans les locaux. Autrement dit, pour assurer la puissance de refroidissement demandée par le local, l’air primaire pulsé passe bien souvent de 1 renouvellement horaire à deux renouvellements. Le débit d’air total brassé est alors de l’ordre de 5 (3 renouvellements d’air secondaire sont induits). Or c’est de l’air neuf qui est ainsi doublé, ce qui va générer une consommation supplémentaire très élevée durant la vie du bâtiment.
  • La poutre dynamique est très semblable à l‘éjecto-convecteur dans son mode de fonctionnement. On peut donc lui faire les mêmes nombreux reproches. Il est d’ailleurs très curieux que l’éjecto-convecteur, écarté du marché, car ne convenant plus aux besoins de souplesse des locaux, revienne aujourd’hui, sous une forme plus complexe encore en matière de maintenance : dans le plafond ! Le prix d’investissement justifie-t-il de refaire les mêmes erreurs ?
  • L’encrassement des poutres demande un entretien régulier, pas toujours aisé lorsqu’on ne souhaite pas interrompre l’activité des personnes.

Choix du régime d’eau

Dans le cas des poutres froides, le circuit est alimenté au régime aller-retour de 15°C – 17°C (on parle d’eau froide), pour limiter les risques de condensation dans l’émetteur. Dans le cas des ventilo-convecteurs par contre, le régime peut être plus bas (6°C-12°C – on parle d’eau glacée).

Choisir une température d’eau glacée la plus haute possible

Plus la température de l’eau glacée est basse, plus l’inconfort des occupants augmente (température d’air très basse). De plus, la consommation des ventilos-convecteurs augmente :
> Car la chaleur latente de l’air captée augmente.
En effet, si la température de la boucle d’eau glacée est inférieure à la température de rosée de l’ambiance et l’humidité de l’air se condenseront inutilement.
Il est donc utile de dimensionner les ventilos sur base d’un régime de température élevé. Par exemple : départ 12°C – retour 16°C, départ 12°C – retour 18°C, …
Dimensionner les installations avec un régime 6°C – 12°C va permettre de sélectionner des échangeurs plus petits (delta T° plus élevé par rapport à l’ambiance), donc moins chers à l’investissement, mais nettement plus coûteux à l’usage.
En fait, lorsque le bureau d’études dimensionne au régime 6°C – 12°C, il voit dans le catalogue du fabricant la part de chaleur latente captée par rapport au sensible.

Exemple : la sélection d’un ventilo-convecteur.

Le catalogue d’un fabricant prévoit :

Régime 6/12°C, ambiance à 27°C et 46 % HR :

Puissance frigorifique totale : 3,40 kW
Puissance frigorifique sensible : 2,35 kW

On constate que 1,05 kW est consacré à la déshumidification de l’air ambiant, soit 31% de la puissance totale. À ce moment, la consommation de l’appareil est majorée de 31 % !

Voyons pour le régime 12/18 (pour le même appareil) :

Régime 12/18°C, ambiance à 27°C et 46 % HR :

Puissance frigorifique totale : 1,58 kW
Puissance frigorifique sensible : 1,58 kW

La déshumidification n’a plus lieu. Mais l’échangeur ne produit plus que 1,58 kW utile… Il faudra augmenter la surface d’échange de 49 % pour atteindre les 2,35 kW du régime 6/12.

On rétorquera que la déshumidification est parfois nécessaire en plein été. Effectivement, mais c’est le rôle du groupe de préparation d’air hygiénique de déshumidifier l’air, avec un contrôle basé sur la sonde de reprise d’air. Le ventilo agit lui sans aucun contrôle. On le voit bien puisque le catalogue part d’une humidité ambiante de 46 %, qui n’est pas à déshumidifier. Le ventilo le fera quand même !

De plus, suite à la condensation sur les ailettes, les poussières adhèrent aux parois et l’échangeur s’encrasse plus rapidement.
> Car le rendement (ou COP) de l’installation frigorifique diminue.
Au régime 7°C – 12°C, la température moyenne de l’évaporateur est plus basse qu’au régime 12° – 17°C. Le compresseur a plus de mal à travailler et le COP de l’installation en est légèrement dégradé. En moyenne, on considère que le COP diminue de 3 % par degré d’abaissement de la température d’évaporation.
Si la machine frigorifique alimente à la fois le réseau d’eau glacée et la batterie froide du caisson de traitement d’air (par exemple, au régime 7°C – 12°C), l’impact est plus faible mais l’intérêt de travailler à haut régime de température reste et l’on essayera d’organiser la mise en série hydraulique des batteries.
> Car il est alors possible de récupérer la chaleur captée par l’eau glacée pour préchauffer l’air neuf hygiénique.

Évaluer

Chiffrer l’investissement et le coût d’exploitation pour le régime à haute température.

Problème des locaux à forte chaleur sensible dégagée

Dans les locaux informatiques, par exemple, on n’arrive pas toujours à travailler avec des ventilos alimentés à haute température (12°C – 17°C). La puissance frigorifique délivrée n’est pas toujours suffisante.
Dans ce cas, il est plus intéressant de créer un réseau spécifique pour l’eau du local informatique. On peut y travailler à température plus basse puisque l’air ne contient pas d’humidité (donc pas de consommation par le latent).
De plus, un tel réseau indépendant est souvent adéquat parce que le travail y est réalisé 24h/24 et alimenté sur secours, ce qui implique une gestion autonome.
Généralement, les besoins d’apport d’air neuf sont faibles, la ventilation se fait par transfert d’air venant des couloirs et extraction dans le local.

Possibilité de free-chilling

Les ventilos-convecteurs alimentés par de l’eau froide à « haute température » (régime 12°C – 17°C) pourront valoriser tout particulièrement la technique de free-chilling qui consiste à by-passer le groupe frigorifique et à refroidir directement l’eau de 17 à 12°C par l’air extérieur.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la mise en place d’un free-chilling, cliquez ici !

Puisque cette possibilité existe dès que la température extérieure est inférieure à 10°C, cette technique sera particulièrement intéressante si des besoins de refroidissement des locaux existent en période d’hiver.
C’est l’analyse des besoins du bâtiment en fonction de la température extérieure qui devra le dire.

Combinaison avec la ventilation hygiénique

Trois combinaisons entre les émetteurs convectifs et le réseau de ventilation sont possibles :

Contrôle de température et ventilation totalement séparés

Dans ce cas, air neuf et contrôle de la température sont complètement séparés. L’air est amené par un réseau de ventilation mécanique optimisant les récupérations d’énergie sur l’air extrait et la valorisation du free cooling.
Éventuellement, l’air neuf est traité en centrale pour fournir un apport de chaleur ou de froid « de base » dans les locaux. L’unité terminale sert alors de correction locale. Attention ! Dans ce type de configuration, il existe un risque de destruction d’énergie entre le traitement centralisé et l’unité terminale.
On rencontre cette configuration dans le cas des poutres froides statiques et de la plupart des installations de ventilo-convecteurs.

L’émetteur combiné à la gaine de pulsion d’air

C’est la configuration typique des poutres froides dynamiques, qui utilisent la pulsion d’air hygiénique pour générer un effet d’induction sur l’échangeur de chaleur.
De même, lorsque le ventilo est placé en faux plafond, on a souvent tendance à insérer l’apport d’air neuf dans le plénum constitué par ce faux plafond. Le ventilo aspire un mélange d’air du local et d’air neuf.

Un tel système demande la présence d’un organe autorégulant à l’entrée de chaque ventilo pour ne pas perturber le débit lorsque des ventilos voisins se mettent à l’arrêt.
On peut également se demander ce que devient l’apport d’air neuf dans le local lorsqu’il n’y a pas de demande de chaud ou de froid, c’est-à-dire lorsque le ventilateur du ventilo est mis à l’arrêt. En effet, le ventilateur principal n’a, en principe, pas été dimensionné pour vaincre la résistance des batteries du ventilo.
Pour garantir un apport d’air neuf permanent, le ventilateur du ventilo doit fonctionner en permanence, avec une puissance d’environ 60 W.
Une telle configuration sous-entend un préchauffage central minimum de l’air en hiver, puisqu’il est impensable, notamment pour des raisons de condensation, de faire circuler de l’air à – 10°C au travers du bâtiment.
Dans le cas d’un ventilo-convecteur placé en allège, la tuyauterie d’air neuf peut être intégrée dans le faux plafond du local inférieur, ce qui diminue le coût d’investissement.
On retrouve une telle intégration dans les MTA, Modules de Traitement d’Air.

Le ventilo-convecteur équipé d’une prise d’air neuf directe à l’arrière de l’équipement

C’est au départ une solution peu onéreuse car elle ne demande aucun réseau d’air pour la pulsion. En fait, on est face à une ventilation mécanique dont seule l’extraction est gainée.
Ce système n’entraîne aucun conflit entre apport thermique par le ventilo et apport thermique par l’air neuf (pas de destruction d’énergie), mais il interdit aussi toute gestion URE de la ventilation : récupération de chaleur sur l’air extrait et recyclage sont pratiquement impossible.

Quelques difficultés spécifiques à ce système :

  • Il demande une protection vis-à-vis du risque de gel,
  • Il réalise un pont thermique et acoustique avec l’extérieur,
  • Le débit d’air neuf sera mal contrôlé et fonction notamment de la pression du vent sur la façade, ce qui réduit son utilisation aux bâtiments peu élevés,
  • La filtration de l’air neuf est très grossière et insuffisante dans les milieux urbains pollués (filtre gravimétrique),
  • Si l’on veut respecter les critères de confort en plein hiver, elle impose d’intégrer une humidification de l’air dans l’appareil, ce qui est possible mais coûteux (systèmes ultrasoniques) et implique un réseau d’eau dans les locaux, et donc peut être, à terme, des problèmes d’hygiène.

Choix de la performance énergétique des échangeurs

A puissance thermique égale, en vue d’abaisser les coûts et de remporter le marché, le fabricant proposera un matériel plus compact. La qualité de la batterie en souffrira : ailettes plus fines, entraxes des ailettes diminuées, …
Plusieurs conséquences en résultent :

  • La perte de charge (et donc la consommation permanente du ventilateur) est augmentée.
  • Le by-pass factor est diminué, c’est-à-dire que beaucoup d’air rentrera en contact direct avec les ailettes, ce qui renforcera la condensation de l’humidité contenue dans l’air. Là encore, la consommation du ventilo sera inutilement augmentée.
  • Si la condensation augmente, les poussières adhèrent aux parois et l’échangeur s’encrasse plus rapidement.
  • Enfin, les fines ailettes seront très sensibles aux chocs et la pose et la maintenance en seront moins aisées.

Si la surface de l’échange est diminuée, le fabricant cherchera à augmenter la vitesse de passage de l’air et donc, dans le cas du ventilo-convecteur la consommation du ventilateur.
Un critère de performance peut donc être de comparer la puissance électrique du ventilo-convecteur à la puissance frigorifique sensible annoncée par le fabricant. Ce rapport doit être le plus faible possible. Pour que cette comparaison soit fiable, il faut cependant que les données constructeurs aient été mesurées suivant les mêmes conditions de fonctionnement. Ce sera le cas, si les appareils comparés sont certifiés « Eurovent ».
Il nous semble également qu’en exigeant une haute performance acoustique, l’on puisse obtenir un maximum de garantie d’une qualité globale du ventilo.
Remarque : si le projet est très important (1 000 ventilos, par exemple), il est alors utile de vérifier les performances annoncées par le constructeur auprès du laboratoire de Thermodynamique de l’ULg, par exemple.

Choix en fonction des critères d’exploitation

Il est utile de penser dès le départ :

  • À l’accessibilité des différents organes pour la maintenance (accès aux filtres, accès aux organes de réglage, facilité de démontage des panneaux d’allège, facilité de nettoyage des batteries et des bacs de condensats,…).
  • Au souhait de pouvoir intervenir hors de la présence des occupants (p.ex., localisation en couloir).
  • Pour les ventilo-convecteurs :
    • Aux qualités des parties mobiles : suspension du moteur, résistance à l’échauffement, …
    • A la tenue aux vibrations : usure du supportage, tenue des raccordements hydrauliques, étanchéité des flexibles, …
    • A la résistance des ailettes (déformations, chocs, …).

Choix de la régulation des productions de chaleur et de froid

Deux situations vont se présenter : si le bâtiment est homogène dans ses besoins, un seul réseau d’eau sera prévu et on choisira de l’alimenter en eau chaude en hiver et en eau glacée en été. C’est évidemment une solution très bon marché, mais c’est également la moins souple. Par exemple, la façade Sud est alimentée de la même manière que la façade Nord…
Si on souhaite alimenter différemment chacune des façades, ou même alimenter séparément la salle de réunion, on peut décomposer le bâtiment en différentes zones, et faire fonctionner simultanément le réseau d’eau chaude et le réseau d’eau glacée. Chaque zone utilisera le réseau qui lui convient en fonction des besoins du local.
C’est donc le bureau d’études qui va définir en accord avec l’architecte du degré de souplesse désiré pour les utilisateurs. Le coût de l’installation est directement lié à cette souplesse de fonctionnement.
Une alternative est de passer à une solution 4 tubes.
A signaler les critères énergétiques de qualité

  • l’adaptation possible dans certains cas de la température de départ de la boucle d’eau glacée,
  • la régulation de la température de départ de la boucle d’eau chaude,
  • un basculement froid/chaud (« change over ») avec un battement suffisamment large pour éviter un phénomène de pompage eau chaude/eau glacée et des pertes d’énergie par mélange eau chaude – eau froide…

Il est également possible d’installer une machine frigorifique réversible : lors du changement été/hiver, le sens de circulation du fluide frigorigène s’inverse, et une pompe à chaleur air-eau est créée. Un appoint de chaleur sera nécessaire pour vaincre la pointe hivernale. La rentabilité d’une telle opération doit être étudiée. L’investissement est limité puisque c’est la même machine frigorifique qui devient pompe à chaleur. Toute la difficulté réside dans l’estimation de la performance saisonnière de la PAC et si cette valeur permet de compenser le coût plus important de l’énergie électrique. Si une source froide est possible (lac, rivière, forage, …), cette opération est fort intéressante.

La régulation optimale de la boucle d’eau glacée

La production d’eau glacée est réalisée par la machine frigorifique. On prévoit généralement une distribution à un régime constant du type aller 6° – retour 11°, mais il y a là un potentiel d’énergie à récupérer : dans certains cas l’on peut faire varier ce régime de température et travailler à température plus élevée. La consommation du compresseur en sera diminuée d’autant !

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Pour en savoir plus sur l’amélioration de la machine frigorifique, cliquez ici !

À cet équipement frigorifique peut être adjoint un bac à glace, permettant de stocker du froid la nuit au moment où l’électricité est moins chère, pour l’utiliser le jour par la fonte de la glace (ce n’est pas une économie d’énergie mais plutôt une économie financière résultant de la gestion de la pointe quart-horaire).

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Pour en savoir plus sura mise en place d’un stockage d’énergie frigorifique, cliquez ici !

La régulation optimale de la boucle d’eau chaude

La production de chaleur se fait, par exemple, par la chaudière du bâtiment. La température de l’eau chaude distribuée est alors modulée en fonction de la température extérieure, via la courbe de chauffe du régulateur.
Lorsque l’occupation du bâtiment permet d’imaginer que des besoins de chaleur et de froid pourront coexister, la production de chaleur peut alors être assurée par une machine frigorifique dont on récupère la chaleur au condenseur.  A ce moment, la chaleur captée dans les locaux à refoidir est récupérée dans les locaux à réchauffer ! L’installation est alors particulièrement économe puisque seule la consommation des compresseurs est à fournir. Une chaudière d’appoint reste nécessaire pour vaincre la pointe hivernale. C’est une possibilité à étudier lorsque les bâtiments sont constitués de larges plateaux : on peut penser qu’il faudra refroidir le cœur pour chauffer les bureaux périphériques.

Paramètres de dimensionnement

Lorsqu’ils sont disposés en allège, les ventilos-convecteurs sont généralement répartis le long des façades en respectant la modularité de la structure.
Ils couvrent les besoins thermiques de locaux d’une profondeur maximum de 6 m. Leur puissance frigorifique varie de 1 à 18 kW et leur puissance calorifique de 2 à 20 kW, environ.
Les appareils posés au sol seront généralement définis par la hauteur d’allège. A titre indicatif, pour un local de 20 m² X 2,5 m, la taille du ventilo-convecteur sera de 93 x 56 x 23 (h x l x p) en cm.

Évaluer précisément les besoins frigorifiques

Des valeurs exagérées au niveau des charges internes et externes entraînent le surdimensionnement de toute l’installation, d’où le choix de travailler avec de l’eau glacée au régime 7°C – 12°C au lieu de 12°C – 17°C, d’où les consommations supplémentaires liées à la chaleur latente, d’où une puissance de la machine frigorifique trop élevée, etc…
Il est important de partir sur une évaluation la plus juste possible des besoins, dès le départ.

Dimensionner l’échangeur « froid » sur base d’un réseau d’eau froide à « haute température »

A partir de la température du réseau d’eau glacée, on sélectionne les éléments de la batterie (pas d’ailettes, nombre de rangs, couplage série-parallèle des tuyaux, …) afin d’obtenir la puissance demandée.
Si le réseau est choisi au régime d’eau glacée 6°C – 11°C, le fournisseur indique dans son catalogue combien d’énergie latente sera utilisée pour condenser la vapeur d’eau de l’ambiance, souvent inutilement (surtout si une déshumidification est réalisée en centrale). Le catalogue permet d’ailleurs de constater combien cette part de la puissance utilisée en chaleur latente est élevée.
Il est donc préférable de travailler avec un réseau d’eau froide à 12°C – 17°C, même si, à l’investissement, le ventilo est plus cher et plus encombrant :

  • la consommation latente sera beaucoup plus faible,
  • le groupe frigorifique travaillera avec un meilleur rendement,
  • le confort dans le local sera augmenté puisque l’air pulsé sera moins froid.

Bien sûr, si les besoins du local sont élevés, il peut être nécessaire de passer à un régime d’eau glacée. Mais dans ce cas, il ne faut pas oublier de prendre en compte la puissance latente car la condensation se fera de toute façon et la puissance sensible en sera diminuée d’autant.

Cahier des charges

Dimensionnement des ventilo-convecteurs.

Respecter les normes acoustiques

C’est généralement le premier critère de sélection de l’équipement :

  • exigeant : NR 30
  • courant : NR 35
  • bruyant : NR 40 et plus

Le niveau sonore est fonction de la qualité constructive (dimensionnement des échangeurs) et de la vitesse du ventilateur. Il faut prendre en compte également que le niveau de bruit augmente généralement avec l’âge de l’appareil…
Il est recommandé, par exemple, de sélectionner le ventilo sur base de la vitesse moyenne du ventilateur (même s’il en coûtera un supplément à l’investissement…), et de ne devoir solliciter la grande vitesse que dans des conditions exceptionnelles. Dans ce cas, il faut malgré tout vérifier la distribution de l’air.
De même, il est important de choisir des moteurs de qualité, du type fermé par exemple.
Un léger surdimensionnement de la surface de l’échangeur améliorera l’acoustique mais permettra également de tenir compte d’un éventuel accroissement des charges futures.
Il faut respecter des débits requis par les fournisseurs pour éviter tout sifflement (par exemple, une fente est généralement prévue pour délivrer 80 à 100 m³/h par mètre courant).

Choisir le débit d’air brassé maximum

Les ventilos fonctionnent en recyclage intégral de l’air de la pièce. Les débits d’air brassé vont de 150 à 2 000 m³/h, environ.
Il faut prendre conscience de la difficulté d’assurer un confort thermique correct, un déplacement d’air froid provoquant facilement une impression de courants d’air (surtout à la nuque et aux pieds). Pour ne pas dépasser une vitesse moyenne de l’air confortable dans la zone d’occupation, dans la pratique on limite le débit d’air du climatiseur à …8… volumes du local par heure.
Si l’air hygiénique est introduit directement dans le ventilo, son débit nominal devra en tenir compte.

Soigner la diffusion de l’air

  • Lorsque les ventilo-convecteurs sont utilisés en faux plafond, on utilisera de préférence des grilles de distribution « à tourbillon ». Attention alors au choix du ventilateur puisque la pression disponible en sortie doit atteindre les 50 à 80 Pa.
  • Lorsque les ventilo-convecteurs sont encastrés dans une armoire, le choix de la grille de diffusion doit être soigneusement étudié, en étroite concertation avec le fabricant. Il importe surtout que l’air pulsé soit canalisé vers la grille du meuble de façon étanche. A défaut, une partie de l’air sera court-circuité vers la grille de reprise, à l’intérieur du meuble. Ceci diminue la puissance du ventilo et perturbe sa régulation.
  • Si le ventilo est habillé d’usine, on choisira au minimum des bouches de pulsion orientables.
  • Si le ventilo doit être encastré dans une armoire, prévoir un accès pour le nettoyage des filtres.

Cahier des charges 

Habillage des ventilo-convecteurs.

Prévoir les modifications futures des cloisons

Le ventilo-convecteur est souvent choisi dans les bâtiments à conception modulaire. Faut-il pour autant placer un appareil par module, afin d’être sûr que chaque local futur aura un équipement adapté à ses besoins thermiques ?
Pas forcément, les puissances risquent d’ailleurs d’être trop faibles. Rien n’empêche d’installer initialement un appareil pour deux modules et, moyennant les réservations nécessaires sur les collecteurs hydrauliques, de pouvoir ultérieurement greffer un échangeur supplémentaire si la puissance frigorifique augmente (idéalement, on prévoira un montage hydraulique en boucle de Tichelman pour ne pas déséquilibrer l’installation lors du piquage). En cas de déplacement de cloisons, un déplacement des équipements est également possible.

Prévoir l’évacuation des condensats

L’évacuation des condensats n’est pas toujours aisée. Il est utile de vérifier :

  • Comment l’installateur choisi propose de la réaliser et si elle est comprise dans sa remise de prix ?
  • Si le raccordement de l’évacuation dans une décharge commune se réalise bien via un siphon pour éviter la propagation des odeurs.

Choisir la température d’eau chaude la plus basse possible

La surface de l’échangeur de chaleur est très souvent excédentaire pour les faibles besoins de chaleur des locaux isolés d’aujourd’hui.
S’il était alimenté à la température classique de 90°C, des « trains de chaleur » en résulteraient. On préfère l’alimenter avec une température de 40 à 50°C max. Cela permet également d’avoir un débit d’alimentation suffisant pour que les vannes puissent travailler efficacement.
De plus, cela permet d’installer et de valoriser efficacement une chaudière à condensation, grâce aux retours à basse température.
Il n’y a pas de départ par façade (la régulation est faite en fonction de la température intérieure), mais bien un découpage par zones fonctionnelles.

Réglementation

Il existe une norme qui traite des ventilo-convecteurs :
NBN D 16-001 (1975) : Chauffage central, ventilation et conditionnement d’air – Ventilo-convecteurs (1e éd.)
La norme donne la définition et la classification des ventilo-convecteurs, les spécifications des éléments constituants, les exigences de sécurité, les caractéristiques à fournir, et les conditions de vérification de ces caractéristiques.

Check-list qualité

A la lecture du cahier des charges, on vérifiera notamment les points suivants :

En matière de confort Plus d’infos ?
> les vitesses résiduelles dans la zone d’occupation sont-elles respectées ? détails
> l’interface entre le ventilo et le caisson d’allège a-t-il été étudié ? détails
> la veine d’air froide ne provoquera-t-elle pas d’inconfort en basse vitesse ? détails
> l’occupant aura-t-il accès à la commande de variation de vitesse ? détails
> le niveau de confort acoustique souhaité est-il précisé ? détails

En matière d’efficacité énergétique

> a-t-on choisi le type de ventilo-convecteur qui correspondait le mieux aux besoins ? détails
> le découpage par zones permet-il de gérer partout la température des ambiances différentes ? détails
> la consommation électrique annuelle du système 2 tubes/2 fils a-t-elle été évaluée ? détails
> la batterie d’eau glacée est-elle prévue pour fonctionner à plus de 12°, la surface des échangeurs est-elle donc surdimensionnée, afin de limiter la consommation de chaleur latente et pour limiter la consommation des ventilateurs ? détails
> l’emplacement de la pulsion et de la reprise de l’air traité ne va-t-il pas générer un recyclage direct de l’air ? détails
> une zone neutre est-elle prévue entre les consignes d’hiver et d’été ? détails
> le système empêche-t-il la destruction d’énergie entre l’apport d’air neuf préchauffé et l’apport de froid dans le ventilo ? détails
> la gestion des ventilos permet-elle d’éviter un fonctionnement la nuit ou le week-end ? détails
> les productions d’eau chaude et d’eau glacée sont-elles arrêtées la nuit ? détails

En matière de qualité de la maintenance

> l’accessibilité des équipements permet-elle une maintenance aisée ? détails
> les occupants pourront-ils être dérangés temporairement durant la période de maintenance ? détails
> l’évacuation des condensats est-elle prévue ? Pourra-t-on nettoyer la conduite si nécessaire ? détails

Cahier des charges 

Règles communes aux systèmes de climatisation à eau.

Cahier des charges 

Ventilo-convecteurs.