Date : mai 2014

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Il est possible de comparer, pour un bâtiment donné, la consommation et le niveau de confort générés par différents niveaux d’équipements. Nous reprenons ci-dessous un extrait d’un vaste travail de simulation réalisé par l’ISSO aux Pays-Bas (les conditions de climat extérieur sont donc relativement comparables à ceux de nos régions).
Voici les hypothèses de travail :
La simulation porte sur un bureau de 4,1 m de façade sur 5,2 m de profondeur et 2,7 m de hauteur. Les consignes sont de 22°C en hiver et 24°C en été. L’inertie des parois est moyenne (sol en béton, pas de faux plafond, cloisons intérieures légères, soit 59 kg/m²). Les apports internes correspondent à l’éclairage et la présence d’une personne et de son PC par zone de 12 m² (35 W/m²). Le pourcentage de vitrage par rapport à la façade est de 50 %. Les murs extérieurs sont équipés de 8 cm d’isolant. Le bureau simulé est entouré d’autres bureaux dont les consignes sont similaires (pas d’échange avec les bureaux voisins). Des stores extérieurs limitent les apports solaires à 20 % de leur valeur lorsque ceux-ci dépassent 300 W/m². Le taux de renouvellement d’air est de 3/h pour les systèmes 2 et 4, et 4/h pour le système 3. Les pertes de charge du circuit de ventilation sont de 1 600 Pa. Un échangeur de chaleur est placé sur l’air de ventilation et son rendement est estimé à 75 %. Le coût de l’humidification est intégré.
Dans ce cas, en intégrant les rendements de production des équipements, les consommations annuelles sont [en kWh/m²] :
SUD EST OUEST NORD
1 Radiateurs + ventilation naturelle Chauffage : 78
Transport : 1
Inconfort : 370 h
Chauffage : 81
Transport : 1
Inconfort : 400 h
Chauffage : 81
Transport : 1
Inconfort : 450 h
Chauffage : 83
Transport : 1
Inconfort : 310 h
2 Radiateurs + ventilation mécanique double flux Chauffage : 58
Transport : 22
Inconfort : 260 h
Chauffage : 59
Transport : 22
Inconfort : 280 h
Chauffage : 60
Transport : 22
Inconfort : 310 h
Chauffage : 61
Transport : 22
Inconfort : 230 h
3 Radiateurs + ventilation mécanique double flux + rafraîchissement* + free cooling de nuit** Chauffage : 70
Refroidissement : 7
Transport : 30
Inconfort : 25 h
Chauffage : 72
Refroidissement : 7
Transport : 31
Inconfort : 45 h
Chauffage : 73
Refroidissement : 7
Transport : 31
Inconfort : 60 h
Chauffage : 74
Refroidissement : 7
Transport : 30
Inconfort :  20 h
4 Conditionnement d’air
(installation 4 tubes avec éjecto-convecteurs)
Chauffage : 83
Refroidissement : 14
Transport : 29
Inconfort : 0 h
Chauffage : 83
Refroidissement : 13
Transport : 29
Inconfort : 0 h
Chauffage : 83
Refroidissement : 14
Transport : 29
Inconfort : 0 h
Chauffage : 83
Refroidissement : 11
Transport : 29
Inconfort : 0 h

*Par « rafraîchissement » en été, on entend ici une pulsion d’air « rafraîchit » correspondant à 4 renouvellements horaires :

  • refroidit à une température de 18 [°C], lorsque la température extérieure est < 23 [°C]
  • refroidit à une température de (T°ext – 5°), lorsque la température extérieure est > 23 [°C]

**Par « free cooling de nuit », on entend ici une pulsion d’air extérieur de ventilation correspondant à 4 renouvellements horaires, si T°ext < T°int  et si T°int > 20 [°C].
La rubrique « transport » représente l’énergie des circulateurs et ventilateurs.
Par « inconfort », on entend le nombre d’heures durant la période de travail où le PMV (Vote Moyen Prédictif) des occupants serait > 0,5. Autrement dit, le nombre d’heures où l’on peut s’attendre à des plaintes du personnel… On considère que si ce nombre d’heures est inférieur à 100 heures par an, il s’agit d’une gêne temporaire tout à fait acceptable. Au-delà de 200 h/an, des mesures de refroidissement sont nécessaires pour garder un climat intérieur correct.
Les kWh de refroidissement sont ceux demandés au compresseur. Ils intègrent donc le COP de la machine frigorifique. Les besoins de froid du bâtiment seraient plus élevés.
Pour transcrire ceci en coût, on peut adopter les hypothèses suivantes

  • le kWh thermique (chauffage) revient à 6,22 c€, sur base d’un prix du fuel de 0,622 €/litre.
  • le kWh électrique (froid et transport) revient à 16 c€, puisque l’installation fonctionne en journée, 10 h sur 24, uniquement durant les jours ouvrables (251 jours par an)

Le tableau devient [en €/m² ] :

SUD EST OUEST NORD
1 Radiateurs + ventilation naturelle Chauffage : 4,85
Transport : 0,16
Inconfort : 370 h
Chauffage : 5,04
Transport : 0,16
Inconfort : 400 h
Chauffage : 5,04
Transport : 0,16
Inconfort : 450 h
Chauffage : 5,16
Transport : 0,16
Inconfort : 310 h
2 Radiateurs + ventilation mécanique double flux Chauffage : 3,61
Transport : 3,52
Inconfort : 260 h
Chauffage : 3,67
Transport : 3,52
Inconfort : 280 h
Chauffage : 3,73
Transport : 3,52
Inconfort : 310 h
Chauffage : 3,79
Transport : 3,52
Inconfort : 230 h
3 Radiateurs + ventilation mécanique double flux + rafraîchissement* + free cooling de nuit** Chauffage : 4,35
Refroidissement : 1,12
Transport : 4,80
Inconfort : 25 h
Chauffage : 4,48
Refroidissement : 1,12
Transport : 4,80
Inconfort : 45 h
Chauffage : 4,54
Refroidissement : 1,12
Transport : 4,80
Inconfort : 60 h
Chauffage : 4,60
Refroidissement : 1,12
Transport : 4,80
Inconfort :  20 h
4 Conditionnement d’air
(installation 4 tubes avec éjecto-convecteurs)
Chauffage : 5,16
Refroidissement : 2,24
Transport : 4,64
Inconfort : 0 h
Chauffage : 5,16
Refroidissement : 2,08
Transport : 4,64
Inconfort : 0 h
Chauffage : 5,16
Refroidissement : 2,24
Transport : 4,64
Inconfort : 0 h
Chauffage : 5,16
Refroidissement : 1,76
Transport : 4,64
Inconfort : 0 h

Si les coûts sont à présent globalisés et ramenés à une échelle de 100 pour la situation 1 (radiateurs et ventilation naturelle) :

SUD EST OUEST NORD
1 Radiateurs + ventilation naturelle Coût : 100
Inconfort : 370 h/an
Coût : 104
Inconfort : 400 h/an
Coût : 104
Inconfort : 450 h/an
Coût : 105
Inconfort : 310 h/an
2 Radiateurs + ventilation mécanique double flux Coût : 146
Inconfort : 260 h/an
Coût : 144
Inconfort : 280 h/an
Coût : 145
Inconfort : 310 h/an
Coût : 146
Inconfort : 230  h/an
3 Radiateurs + ventilation mécanique double flux + rafraîchissement* + free cooling de nuit** Coût : 205
Inconfort : 25 h/an
Coût : 208
Inconfort : 45 h/an
Coût : 209
Inconfort : 60 h/an
Coût : 210
Inconfort :  20 h/an
4 Conditionnement d’air
(installation 4 tubes avec éjecto-convecteurs)
Coût : 240
Inconfort : 0 h/an
Coût : 237
Inconfort : 0 h/an
Coût : 240
Inconfort : 0 h/an
Coût : 231
Inconfort : 0 h/an

Analyse des résultats

Dans les hypothèses prises pour la simulation, le coût d’exploitation global généré par le système de conditionnement d’air est évalué à 6,5 €/m²/an. Il est 4 fois plus onéreux que le système par simples radiateurs, mais ce dernier n’est plus acceptable dans un bureau aux standards de construction actuels, si des mesures particulières de limitation des charges ne sont pas prises.
Le coût du transport de l’air de ventilation et de climatisation est également un poste majeur dans le bilan financier. Mais les hypothèses de dimensionnement choisies par l’équipe de recherche sont particulièrement défavorables au transport (taux de renouvellement d’air élevé et pertes de charge du réseau élevées) et favorables au bilan thermique (échangeur de chaleur sur l’air extrait pour préchauffer l’air de ventilation en hiver, et stores pour limiter les apports solaires d’été). Il n’empêche que le coût du transport est un poste à ne pas négliger et que le choix du système de climatisation sera déterminant à ce niveau.
Dans d’autres simulations de cette étude, il apparaît que seuls les bâtiments dont la charge interne est limitée à 20 W/m² (ce qui correspond à une situation d’absence d’équipement bureautique), peuvent encore se passer d’un système de refroidissement. C’est le cas du secteur domestique, mais pas du secteur des bureaux…

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