Sommaire
Analyse de la performance du bâtiment
Pourquoi analyser d’abord le bâtiment ?
Imaginons un seau d’eau percé dont on demande de maintenir en permanence le niveau d’eau : le premier réflexe consistera à boucher les trous !
De même en conditionnement d’air, une installation efficace, c’est d’abord un bâtiment efficace ! Si l’éclairage est éteint, la climatisation devra moins fonctionner !
Il existe diverses mesures permettant de limiter les besoins thermiques. En voici quelques-unes avec leur impact énergétique sur un plateau de bureau-type.
Limiter les apports solaires
Placer des stores extérieurs mobiles (facteur solaire de 0,2) > – 12 % sur la consommation thermique totale du bâtiment.
Placer un double vitrage à basse émissivité et avec un facteur solaire de 0,4 >– 13 %
Améliorer l’étanchéité de la façade
Si l’on fait baisser le taux d’infiltration d’un immeuble de bureaux-type de 0,3 à 0,1 vol/h > – 2 % sur la consommation thermique totale du bâtiment.
Exemple : il est utile d’évaluer l’intérêt du placement d’un sas à l’entrée du bâtiment, ou à la périphérie des zones climatisées (salle d’opération, p.ex.), surtout si elles sont en surpression.
Limiter les apports internes
Les équipements et l’éclairage représentent à eux seuls 40 % de la consommation d’un immeuble type et plus de 50 % des coûts énergétiques. En été, toute économie est double : elle se fait sur la consommation de l’équipement et sur la consommation de la climatisation qui extrait la chaleur apportée par l’équipement.
Analyse de la pertinence des consignes et de leur programmation
Température et taux d’humidité
Les niveaux des consignes de température et d’humidité doivent être évalués.
Par exemple, voici les économies réalisées sur un immeuble de bureaux-type :
Adopter une consigne de climatisation en été à 25°C au lieu de 24°C (surtout si plafonds froids rayonnants) > – 7 % sur la consommation thermique totale du bâtiment.
Limiter l’humidification pour obtenir une ambiance à 40 % d’humidité relative en hiver > – 14 % sur la consommation thermique totale du bâtiment.
La réalisation de zones neutres,
- entre chauffage et refroidissement,
- entre humidification et déshumidification,
est également une garantie de bonne utilisation des équipements. Si l’on demande de chauffer une ambiance en dessous de 21,9°C et de refroidir au dessus de 22,1°C, à coup sûr l’installation va se mettre à “pomper” entre le chaud et le froid.
La programmation horaire des équipements mérite également une évaluation.
Il est, en effet, inutile d’apporter de l’air neuf hygiénique (a fortiori de l’air traité, c’est-à-dire chauffé et humidifié) dans le bâtiment, lorsque le bâtiment est inoccupé (sauf si l’on veut faire du free cooling de nuit). On sera particulièrement attentif aux périodes de relance des installations de chauffage. Trop souvent, la ventilation est mise en action en même temps que le chauffage (enclenchement des ventilateurs, ouverture des volets d’air neuf). Or, durant toute la période de remise de température du bâtiment, la ventilation constitue une déperdition importante et inutile puisqu’il ne faut assurer le confort respiratoire de personne.
| Pour en savoir plus sur l’adaptation de la consigne de température. | |
| Pour en savoir plus sur l’adaptation de la consigne d’humidité. |
Débits d’air neufs
Les débits d’air neufs seront utilement comparés aux besoins réels du bâtiment : ils ont été définis par le bureau d’études sur base de plans et donc d’une utilisation théorique du bâtiment. Régulièrement, il est utile de vérifier l’adéquation des débits à la présence effective des occupants.
Le traitement de l’air neuf représente 29 % de la consommation thermique totale du bâtiment-type. Toute réduction de 10 % des débits d’air va générer 3 % d’économie sur le montant total.
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Améliorer |
Pour en savoir plus sur l’adaptation des débits d’air neufs. |
Analyse du risque de destruction de l’énergie froide et chaude
Il est très fréquent de constater des destructions énergétiques entre du fluide (eau, air) froid et du fluide chaud.
Des installations thermiques dont les régulations se chevauchent
Exemples de destruction d’énergie :
- les radiateurs apportent de la chaleur en façade … alors que de l’air refroidi en centrale est pulsé par les bouches d’apport d’air neuf.
- l’air neuf hygiénique est réchauffé en centrale, puis est pulsé dans un local … refroidi par des ventilo-convecteurs. Ce sera souvent le cas si l’air neuf est pulsé à 20°C, voire parfois 22°C. En effet, pour des températures extérieures inférieures à ces valeurs, la plupart des ventilo-convecteurs produisent déjà du froid
Il est possible de corriger ce problème en adaptant les consignes. Ainsi, la simulation sur un immeuble de bureaux-type montre que pulser de l’air neuf à 16°C dès que le local est en mode refroidissement (au lieu de 21°C) génère > – 10 % sur la consommation thermique totale du bâtiment.
| Pour en savoir plus sur l’analyse des besoins thermiques pour un immeuble de bureaux |
Des réseaux dont les pertes se renforcent
Les installations de ventilos-convecteurs à 4 tubes entraînent la circulation d’eau glacée et d’eau chaude dans les faux plafonds et gaines techniques. Il est utile d’arrêter cette circulation en dehors des périodes de fonctionnement du bâtiment.
| Pour en savoir plus sur la régulation des ventilo-convecteurs. |
Une mauvaise exploitation du traitement d’air en centrale
Le fonctionnement en mi-saison d’un groupe de traitement d’air n’est pas toujours aisé à gérer. Il est utile de faire vérifier l’installation, et tout particulièrement sa régulation, par un spécialiste.
Tout particulièrement, il est utile de vérifier :
- que humidification et déshumidification ne fonctionnent pas en même temps (sic !),
- que la déshumidification est réalisée avec une batterie suffisamment froide que pour entraîner la réelle condensation de l’humidité de l’air,
- que les vannes de chaud et de froid ne détruisent pas leur effet mutuellement.
Ce dernier problème survient souvent lorsque :
- l’humidification est réalisée au moyen d’un laveur d’air et régulée suivant le principe dit du “point de rosée“. Dans ce cas, en mi-saison, il est possible de l’on refroidisse l’air extérieur pour respecter la consigne de point de rosée pour le réchauffer ensuite pour respecter la consigne de pulsion :
L’air extérieur (E) est refroidi et déshumidifié (Y), ensuite humidifié (X) et réchauffé (S) pour respecter la température de consigne de pulsion.
| Il importe donc d’analyser le mode de régulation du groupe de traitement d’air pour y déceler les risques de fonctionnement simultané des batteries chaudes et froides. Pour en savoir plus sur la régulation par point de rosée. |
- lorsque l’on cherche à déshumidifier l’air en été, en commandant la batterie de refroidissement en fonction d’une sonde d’humidité, on sera bien souvent obligé de postchauffer l’air après la déshumidification pour atteindre une température de pulsion acceptable pour le confort des occupants.
| Pour en savoir plus sur l’audit de l’exploitation d’une installation de climatisation. |
Analyse de l’humidification
La plupart du temps, nous vivons dans des bâtiments dont l’air n’est pas humidifié.
Une humidification se justifie pourtant par période de temps froid : l’air extérieur de ventilation, une fois réchauffé dans le bâtiment, est alors très sec (à la limite, c’est aux sports d’hiver que l’on prend conscience de la sécheresse de l’air par température extérieure très froide).
Mais dès la mi-saison, l’humidification ne se justifie plus.
Dans l’analyse par simulation d’un immeuble de bureaux-type, l’humidification de l’air afin d’obtenir 50 % d’humidité relative en permanence représente 15,6 % de la consommation thermique totale du bâtiment.
| Pour en savoir plus sur l’analyse des besoins thermiques pour un immeuble de bureaux. |
Or les critères de confort thermique, résumés dans le graphe ci-dessous, donnent à penser qu’un taux d’humidité ambiante de 40 % est suffisant pour le confort des occupants (exigences du RGPT).
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1. Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse. |
Dans le cas d’une climatisation de confort, il est donc énergivore et inutile de pousser l’humidification au-delà de cette valeur :
- Si l’humidification est commandée au moyen d’une consigne d’humidité relative (dans l’ambiance ou dans la gaine de reprise d’air), il faut vérifier si la consigne programmée est proche de 40 %.
- Si l’humidification est commandée par une sonde installée dans la gaine de pulsion, la consigne doit être inférieure à 40 % puisqu’il faut tenir compte de l’apport en humidité des occupants.
- Si l’humidification n’est pas commandée par une sonde d’humidité mais uniquement via une régulation par point de rosée, il faut s’assurer que la consigne de rosée soit suffisamment basse en hiver pour éviter une humidification excessive. Par exemple, un point de rosée réglé à 14°C (valeur couramment rencontrée) et une température de pulsion de 20°C, l’air sera amené dans le local avec une humidité relative de 58 %.
| Mais l’optimalisation d’une régulation par point de rosée n’est pas une chose simple, si on veut limiter l’humidification et ne jamais détruire d’énergie. Pour en savoir plus sur la régulation par point de rosée. |
- Pour éviter tout risque d’humidification excessive en mi-saison, autant que l’humidificateur soit automatiquement mis à l’arrêt. Cela pourra être le cas dès que la température extérieure dépasse 5 .. 8°C. Dans ce cas la teneur en eau de l’air extérieur est suffisante pour assurer le confort sans humidification complémentaire.
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Exemple. En stoppant l’humidification lorsque la température extérieure dépasse 8°C et en limitant la teneur en eau de l’air pulsé à 4 greau/kgair, pour obtenir une ambiance à plus ou moins 40 % d’humidité relative, une économie très importante peut être réalisée, avec un minimum de conséquence sur le confort. Par rapport à une humidification en action durant toute la saison de chauffe et une teneur en eau de l’air pulsé limitée à 7 greau/kgair (équivaut à un air pulsé à 20°C et 50 % d’humidité relative), cette limitation de l’humidification entraîne, sur un bâtiment type, une économie de :
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| Pour en savoir plus sur l’adaptation de la consigne d’humidité. |
Analyse de la récupération de chaleur sur l’air extrait
Récupération de chaleur sur l’air extrait
Imaginons une installation fonctionnant en “tout air neuf”.
Le coût d’une installation en “tout air neuf” est très élevé puisque le chauffage est assuré, en plein hiver, par de l’air extérieur qu’il faut réchauffer à grands frais.
Exemple : pour apporter 1,5 kW de chaleur utile au local, un apport de 3,5 kW est demandé au caisson de traitement d’air : 2 kW pour porter l’air de 6° à 22°C, puis 1,5 kW pour l’amener à 40°C (la température de 6°C correspond à la température moyenne de l’air extérieur).
Remarque : en toute exactitude, les 270 m³/h à 6°C se dilatent en passant à 40°C.
Pour diminuer les coûts d’exploitation d’une installation “tout air”, une bonne partie de cet air peut être recyclé.
Exemple : 60 m³/h sont conservés pour l’apport d’air hygiénique et 210 m³/h extraits des bureaux à 22°C sont recyclés. La puissance de chauffe redescend à 1,9 kW :
À défaut de ne pouvoir recycler l’air extrait du bâtiment (risques hygiéniques), il est peut-être possible de placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait. La puissance de chauffe devient alors 2,9 kW.
| Pour en savoir plus sur l’intérêt d’un récupérateur de chaleur. |
Auteur : les anciens
Eté 2008 : Brieuc.
Notes : 12.02.09