Date : 06 novembre 2017

Auteur : Claude C.

Notes :

  • 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie

Un auditoire Montesquieu à Louvain-la-Neuve.

Revoir les systèmes de ventilation et de chauffage d’anciens auditoires cela peut rapporter gros !

 L’Université Catholique de Louvain (UCL) compte de nombreux auditoires à Louvain-la-Neuve qui ont été construits dans les années 1970. A l’époque on se souciait relativement peu de la consommation d’énergie malgré le premier choc du pétrole de 1973. Ces bâtiments, bien que confortables, sont donc thermiquement peu performants.
Monsieur D. Smits, responsable de la cellule énergie et environnement du patrimoine immobilier de l’université, en est bien conscient. En 2015, il décide d’agir. Il communique les données du problème à ses collègues et propose des pistes de solutions qui seront mises en œuvre.

Nous allons étudier une des réalisations qu’il a menée, la modification des systèmes de ventilation et de chauffage des auditoires du bâtiment MONTESQUIEU.

Le bâtiment Montesquieu à Louvain-la-Neuve.

Évaluer

La première étape fut d’évaluer grossièrement les potentiels d’économie d’énergie.
Dans cinq bâtiments comptant de nombreux auditoires, la ventilation fonctionnait même lorsque les auditoires n’étaient pas occupés.
Il a été décidé de réguler, durant trois mois (octobre, novembre et décembre 2015) leur ventilation de manière manuelle en fonction de leur occupation. Lorsque l’auditoire n’était pas occupé, la ventilation était arrêtée.

Bien que les conditions climatiques aient été peu rigoureuses, les résultats mesurés furent spectaculaires.

Par rapport aux années précédentes :

  • la consommation électrique baissa de 313.175 kWh à 271.087 kWh, soit une économie d’environ 13 %;
  • la consommation thermique normalisée baissa de 1.179 MWh à 796 MWh, soit une économie d’environ 32 %.

Cela correspond en trois mois d’hiver à :

  • une économie financière de 26.572 € ;
  • une économie de 121 tonnes de CO2.

Et … aucune plainte des utilisateurs n’a été enregistrée 😉

Communiquer et convaincre

Avec des arguments pareils, le message était facile à faire passer

Il y a de belles économies à réaliser !

Tous les décideurs furent ainsi convaincus de la nécessité d’intégrer les paramètres d’occupation dans la régulation et que l’investissement financier a sans aucun doute un temps de retour optimal !

Agir

Le bâtiment MONTESQUIEU a été choisi pour effectuer les premiers travaux. Les tests de 2015 sur ce bâtiment avaient abouti à une économie de 19%, tant en matière de consommation électrique que de consommation thermique.

Vérifier

L’impact des travaux sera non seulement évalué sur les consommations d’énergie mais aussi sur le confort. Si les espoirs attendus se confirment, l’action sera ensuite étendue aux autres bâtiments susceptibles d’être facilement améliorés.

Le bâtiment Montesquieu a été terminé en 1978.
Il compte :
  • 4 auditoires de 168 places chacun ;
  • 2 grands auditoires de 356 et 396 places.

Les quatre auditoires de 168 places chacun au rez-de-chaussée.

Les deux grands auditoires de l’étage.

Coupe transversale des auditoires.

  1. Plénum de pulsion des petits auditoires,
  2. plénum de reprise des petits auditoires,
  3. plénum de pulsion des grands auditoires,
  4. plénum de reprise des grands auditoires.
  5. radiateurs.

Grand auditoire de 359 places.

Les systèmes existants

Chauffage

Le chauffage des auditoires est assuré par deux systèmes :
1. Les radiateurs implantés dans les auditoires et les autres locaux du bâtiment étaient alimentés par des circuits branchés sur le réseau de chauffage urbain de Louvain-la-Neuve.

Chauffage statique par des radiateurs.

2. L’air de ventilation des auditoires était réchauffé dans les groupes de pulsion par des circuits connectés au même réseau.

Ventilation

L’air neuf est amené dans les auditoires par des fentes sous les sièges reliées à un plénum de pulsion.

 

Les ouvertures de pulsion sous les sièges.

Les ouvertures vues depuis le plenum.

Il est extrait par des grilles aux plafonds qui communiquent avec un plénum de reprise.

Les grilles d’extraction.

Les sanitaires possèdent leur propre groupe d’extraction.
Chaque auditoire possède son propre groupe de pulsion et son propre groupe d’extraction.
L’air était chauffé dans les groupes de pulsion. Les groupes d’extraction sont distants des groupes de pulsion. Les groupes de pulsion sont situés au sous-sol, tandis que les groupes d’extraction sont situées au dernier étage. La chaleur de l’air extrait n’est pas récupérée.

Un des groupes de pulsion.

Les groupes ne fonctionnaient qu’à un seul régime durant toute la journée d’occupation des auditoires.

L’objectif de ces travaux est d’optimiser :

  1. le fonctionnement du chauffage de manière à obtenir dans les auditoires les températures nécessaires en fonction des occupations horaires ;
  2. la ventilation (alimentation – extraction) de manière à obtenir une qualité de l’air suffisante.

Cette optimisation entraine une diminution de la consommation d’énergie (chauffage et électricité) tout en maintenant le confort.

La régulation du chauffage et de la ventilation a été connectée au programme centralisé de l’UCL pour la gestion de l’occupation des auditoires ADE Expert. De cette manière, les apports en chaleur et en air frais peuvent être régulés en fonction de l’utilisation et de la température dans le local, et anticipé en fonction des conditions atmosphériques extérieures.

Le planning d’occupation d’un auditoire.

Les radiateurs ont été remplacés et redimensionnés de manière à fournir la puissance nécessaire pour assurer le chauffage des auditoires indépendamment de la ventilation lorsque celle-ci n’est pas nécessaire.

Radiateur ajouté.

Radiateur remplacé.

Chaque auditoire possède son propre circuit de chauffage alimenté par une vanne à deux voies connectée à la régulation. Tous les auditoires ne sont donc pas chauffés si certains sont inoccupés.

Les vannes à deux voies règlent le débit des circuits des radiateurs.

Les moteurs des groupes de pulsion et d’extraction ont été remplacés par des moteurs asynchrones à haut rendement. Des variateurs de fréquence sont installés.

Le variateur de fréquence.

Ils sont commandés par des nouvelles sondes de température et de qualité de l’air (CO2) qui ont été placées dans les auditoires ainsi que par le boîtier pompier.

La sonde T° & CO2 placée dans un auditoire.

De cette manière, la ventilation varie en fonction des besoins en air frais uniquement indépendamment des besoins en chauffage. Les batteries de chauffe des groupes de pulsion assurent une température confortable de l’air pulsé et peuvent aussi servir de complément en cas de grand froid et d’insuffisance des circuits de chauffage statique.

Principe de la régulation du système ventilation-chauffage

Chaque auditoire est régulé séparément.
Le programme centralisé d’occupation des auditoires (ADE Expert) indique si l’auditoire est occupé.

-> S’il n’est pas occupé, la ventilation et le chauffage sont arrêtés.
-> S’il est occupé,

  • S’il fait froid, le chauffage de l’auditoire se met en route (y compris anticipation). La sonde de température à l’intérieure de l’auditoire règle l’ouverture de la vanne à deux voies du circuit de chauffage.
  • La ventilation se met en route en fonction des informations reçue de la sonde CO2 qui se trouve dans l’auditoire. Le débit du groupe est déterminé par le taux de CO2 constaté. S’il fait froid, la température de l’air de ventilation est réglée par une sonde de température placée dans le groupe de pulsion. Il est réchauffé par la batterie de chauffe du groupe alimenté par une vanne à trois voies reliée au circuit de chauffage.

Un des nouveaux tableaux de commandes.

Récupération de la chaleur sur l’air extrait. Une piste pour le futur

Un échange de chaleur n’a pas pu être installé entre l’air entrant et l’air sortant à cause du coût important des adaptations nécessaires et à la distance entre les circuits des gaines d’extraction et de pulsion et des groupes GE et GP. Plus tard, un système d’échangeur à eau glycolée pourrait être installé si le temps de retour de l’investissement le justifie et si les moyens sont disponibles.

Schéma échangeur à eau glycolée.

Aucune plainte d’inconfort n’a été enregistrée. Des appareils de mesure ont été placés dans un des grands auditoires pour vérifier l’efficacité de la régulation. Un appareil a également été placé à l’extérieur pour connaître les conditions atmosphériques au moment où les mesures sont effectuées à l’intérieur.

 

Data logger fixé sur un baffle d’un grand auditoire.

Data logger extérieur – abri ventilé.

Le niveau de CO2 n’a jamais dépassé les 1000 ppm sauf lorsque les installations sont arrêtées (par exemple, un dimanche lorsque l’auditoire a été utilisé sans que le système de ventilation ait été mis en fonctionnement).

Concentration CO2 durant une semaine.
Le 18/06 l’auditoire a servi sans ventilation.

Concentration CO2 durant une semaine de cours
lorsque la ventilation est arrêtée.

La température de l’air est restée entre 22 °C et 25 °C pendant les périodes d’utilisation

Températures durant une semaine.

L’humidité relative de l’air a été maintenue aux environs de 50 % (entre 40 % et 60 %) durant ces mêmes périodes.

Humidité relative durant une semaine.

Les économies d’énergie ont été obtenues grâce à :
Une économie d’énergie électrique due à un fonctionnement réduit des groupes d’extraction et de pulsion en fonction des besoins exacts, tant en ce qui concerne le temps de fonctionnement que le débit.
Une économie en chauffage puisque, en hiver, la quantité d’air propre froid est limité aux besoins.
Les années qui viennent nous montreront les économies qui auront pu être réalisées.
Cette étude de cas a été développée grâce à l’aide, les informations et les documents fournis par la cellule énergie et environnement du patrimoine immobilier (CEPI) de l’Université Catholique de Louvain.
Nos interlocuteurs furent Monsieur Didier Smits, Madame Céline Purnelle et Monsieur Pierre Allard.
www.uclouvain.be/cepi