Locaux isolés, la salle de spectacles ou de conférences

Sommaire

Analyse de la demande

Quelles sont les spécificités d’une salle de spectacles ou de conférences ?

Un grand volume unique	>	l’adéquation d’un traitement centralisé,
Une présence nombreuse d’occupants	>	un besoin important d’air hygiénique,
Une présence variable d’occupants	>	un besoin variable d’air hygiénique et un besoin de commander ce débit en fonction de la présence réelle des occupants,
Une occupation intermittente	>	un besoin d’assurer une température minimale en dehors des périodes d’occupation,
Peu de parois vitrées	>	des besoins de refroidissement liés essentiellement à la présence humaine et non aux apports solaires
Souvent, présence d’absorbants acoustiques sur les parois (et donc d’une couche isolante)	>	un mauvais accès à l’inertie des parois et donc une tendance à la montée en température rapide de l’air si les apports sont élevés.

Choix d’un système spécifique aux salles de conférence

De l’analyse de la demande, il apparaît un facteur clef : la quantité d’air neuf hygiénique est très élevée. Un système “tout air” paraît adéquat puisque le débit d’air neuf sera proche du débit requis pour le traitement de la charge thermique.

De façon simplifiée (seuls les besoins sensibles sont pris en compte) :

Une personne demande 30 m³/h d’air neuf.
Si cet air est pulsé à une température de 16°C dans une ambiance à 24°C, il apporte un refroidissement de :

30 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x (24 – 16) [K] = 82 Watts

Or, l’apport de chaleur sensible d’une personne est de l’ordre de 70 Watts.

De plus, un système de climatisation “tout air” pourra répondre avec rapidité aux variations brusques des besoins.

Parmi les installations “tout air”, il faut choisir entre une installation à débit d’air constant et une installation à débit d’air variable.

Il est clair qu’aujourd’hui le débit d’air neuf traité doit être adapté à l’occupation réelle. Si la salle est prévue pour 300 personnes, on ne peut pulser en permanence 9 000 m³/h (= 300 pers x 30 m³/h. pers), même si 20 personnes occupent en réalité la salle. Le coût du traitement d’air de 9 000 m³/h est élevé (sur base d’un fuel à 0,4 € du litre, on dépasse les 7,5 € de l’heure par 5°C extérieur). Et surtout, cela représente un gaspillage écologique non justifiable.

Mais le choix est plutôt :

solution 1 : pulser un débit d’air constant dans la salle et, dans ce débit, intégrer une quantité variable d’air neuf.
solution 2 : pulser un débit d’air variable lié à la présence des personnes et y intégrer un débit minimal d’air neuf.

Autrement dit, dans le schéma ci-dessous,

Soit le ventilateur est à débit constant, une sonde d’ambiance module le réglage des batteries de chaud et de froid, et une sonde de qualité d’air dans la reprise module l’ouverture du registre d’air neuf.
Soit le ventilateur est à débit variable en fonction de la présence effective des occupants, une sonde d’ambiance module le réglage des batteries de chaud et de froid, et une sonde de qualité d’air dans la reprise module l’ouverture du registre d’air neuf.

Un traitement d’air à débit constant

La première solution paraît plus claire à mettre en œuvre parce que chaque équipement est géré de façon indépendante par un capteur différent.

De plus, le débit d’air pulsé étant constant, une bonne distribution de l’air est maintenue en permanence. Certains modes de distribution (jets d’air à induction situés près des occupants) sont très sensibles à cet aspect : si le débit diminue, une “coulée” d’air froid inconfortable risque de se produire près des occupants.

Une telle installation permet une très bonne exploitation du free cooling, c’est-à-dire, du refroidissement par de l’air extérieur “gratuit” en hiver et en mi-saison. En été, rien n’empêche de refroidir également le bâtiment pendant la nuit (night-purge) grâce à l’air extérieur frais.

Le poste de traitement de l’air neuf, qui est sans conteste le poste consommateur principal (les déperditions par les parois sont proportionnellement très faibles dans un bâtiment isolé), est parfaitement maîtrisé grâce à l’injection d’air neuf liée à la dégradation de la qualité d’air.

En pratique, le régulateur choisira la valeur du débit d’air neuf maximum entre la demande de la sonde de qualité d’air et la demande de free-cooling pour refroidir l’ambiance.

Si le programme d’occupation de la salle est très élevé, un récupérateur de chaleur sur l’air extrait s’avère utile puisque peu d’air sera recyclé.

Concevoir

Pour trouver plus d’infos sur l’organisation d’un conditionnement d’air à débit constant.

Mais il reste un défaut : si seulement 20 personnes sont présentes dans la salle de 300 personnes, le ventilateur brassera les 9 000 m³ chaque heure (alors que 600 suffiraient), avec un bruit qui sera maximum lui aussi ! …Et lorsque tous les occupants seront partis, qui arrêtera l’installation ? et lorsque l’installation sera arrêtée, comment faire pour que la salle ne soit pas trop froide juste à l’arrivée des occupants ?

Suivant le type de bâtiment et son régime d’occupation prévisible, différentes solutions sont possibles en combinant :

Un ou plusieurs détecteurs de présence, pour arrêter l’installation après une période de temporisation.
Des ventilateurs à deux ou trois vitesses, pour réduire la puissance motrice en situation d’occupation réduite.
Des équipements statiques (= des radiateurs) pour gérer la période en dehors de l’occupation (maintien hors gel, relance à 16° au matin, …), ou pour gérer des ambiances différentes si plusieurs locaux attenants sont concernés.

Un traitement d’air à débit variable

L’avantage paraît clair : ne pulser que l’air nécessaire et ainsi limiter le bruit et la consommation du ventilateur.
En pratique :

se baser sur un chauffage de base statique (radiateur, convecteur),
apporter l’air neuf extérieur pour les occupants, si présents, ou pour rafraîchir l’ambiance (free-cooling),
apporter l’air froid pour refroidir le local en été.

La difficulté, c’est que l’on superpose une régulation de température et une régulation de débit d’air neuf sur le même équipement : le ventilateur. Cela ne peut fonctionner que si l’occupant est quasi la source unique d’apport de chaleur dans la salle (pas de projecteurs,par exemple). De plus, il faut trouver un capteur qui puisse commander la vitesse de rotation du ventilateur en fonction du nombre de personnes présentes.

C’est le cas d’une salle de cinéma d’aujourd’hui :

La commande des billets renseigne les spectateurs sur le nombre de places restantes.
Mais elle informe également le variateur de vitesse du ventilateur du nombre de personnes dans la salle et donc du débit d’air neuf à pulser (c’est le cas à ImagiMons).
Une sonde d’ambiance (dans la reprise, par exemple) module la température de pulsion dans la salle.

Avec un débit d’air minimal pour assurer un balayage de base, le confort peut tout à fait être garanti.

Un avantage supplémentaire réside dans le fait qu’il n’est pas nécessaire de recycler l’air, puisque seul l’air neuf est pulsé par le ventilateur. Par contre, un récupérateur de chaleur sur l’air extrait permettra de récupérer de l’ordre de 50 % de la puissance thermique.

Mais des risques de mauvaise distribution de l’air dans la salle apparaissent lorsque le débit est faible…

Concevoir

Pour trouver plus d’infos sur l’organisation d’un conditionnement d’air à débit variable (attention : appliqué à un immeuble de bureaux).

Remarque.

En dehors du cas de la salle de cinéma, force est de constater que nous manquons d’exemples d’application de ce système.

Mais nos lecteurs connaissent peut-être d’autres solutions et nous serions très heureux d’en être informés et d’en faire profiter chacun dans une prochaine version d’energie+.

Reste, pour les deux solutions, à trouver la meilleure distribution de l’air. Il semble qu’une pulsion de bas en haut (soufflage par les gradins et reprise en partie supérieure) permet de mieux gérer la qualité de l’air pour les occupants. La création d’un plénum de distribution dans l’espace situé sous les gradins est souvent une solution facile à gérer.

Choix de la régulation du débit d’air neuf

Quel que soit le système de climatisation choisi, une modulation de l’apport d’air neuf devra y être intégrée.

On peut évidemment y adapter une gestion par horloge.

Cependant, lorsque l’horaire d’occupation est aléatoire et que le taux d’occupation est variable (une même salle peut être occupée par 20 ou 200 personnes), on peut envisager une gestion tenant compte du nombre d’occupants.

Dans ce cas, la sonde CO₂ est la plus fiable. Elle reflète mieux la présence effective de personnes dans un local puisqu’elle est directement proportionnelle à leur respiration. Mais elle est chère (minimum 750 €). Sa rentabilité n’est donc possible que pour la gestion d’un débit nécessaire important et relativement aléatoire.

Sonde COV et sonde CO_2.

Dans certains cas particuliers, on pourrait éventuellement envisager l’utilisation d’une sonde COV, sensible aux odeurs les plus diverses, et donc à la fumée de cigarette. La sonde COV (Composés Organiques Volatiles), encore appelée sonde de qualité d’air, n’est pas trop chère (+/- 225 €). Elle semble cependant difficile à paramétrer au départ (quelle valeur de consigne faut-il lui donner ?) et capricieuse dans le temps. Elle nécessite donc un étalonnage régulier et une bonne information de l’exploitant sur son principe de fonctionnement. Elle est généralement choisie pour le réglage du taux d’air neuf dans les locaux avec présence de fumeurs (la sonde CO₂ détecte très mal l’odeur de cigarettes…). La sonde devra être entretenue (nettoyage et étalonnage périodique). Si cette maintenance est peu probable, ou si l’ambiance se révèle être trop chargée en poussières, on préférera une régulation à deux vitesses basée sur le dépassement d’un seuil critique, plutôt qu’une régulation analogique réglée sur le signal 0-10 V de la sonde.

Sonde COV ou sonde CO₂?

La comparaison des utilisations entre sonde COV et sonde CO₂ apparaît clairement par l’expérience menée par le COSTIC en France :

Correspondance entre la mesure d’une sonde COV et la mesure d’une sonde CO₂dans un bureau de 32 m^³, sans ventilation :

Phase 1 : une seule personne est présente dans le bureau durant 1 heure. Deux cigarettes sont fumées successivement, après 15 et 45 minutes.
Phase 2 : après ventilation de la pièce, six personnes sont introduites dans le bureau durant 10 minutes et il leur est interdit de fumer.

On observe très nettement la sensibilité de la sonde COV à la fumée de cigarette lors de la première phase. Par contre, la forte occupation de la phase 2 est mieux mise en évidence par la sonde CO₂.

En conclusion, les sondes de qualité d’air, sensibles à la fumée de cigarette et aux composés organiques odorants, sont adaptées aux salles de réunion pour fumeurs, aux restaurants, … . Les sondes CO_2,uniquement sensibles à la présence du dioxyde de carbone sont plus adaptées aux locaux dans lesquels la cause de la pollution est celle provoquée par l’occupation : salles de conférence, amphithéâtres, …

Études de cas

La régulation de la ventilation d’une salle de conférence par sonde CO_2.