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Auteur : les anciens

Eté 2008 : Brieuc.

Notes : 20.03.09

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Poutre statique, à gauche, et poutre dynamique, à droite.

Principe de fonctionnement

La poutre froide convective se présente sous la forme d’un échangeur de grande longueur. Il est placé nu ou habillé pour être intégré à un faux plafond. Les poutres sont parcourues par de l’eau qui varie entre 15 et 19°C selon les besoins de refroidissement. On ne peut descendre plus bas suite au risque de condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’ambiance.
L’échange se fait principalement par convection naturelle.
On distingue cependant deux types de fonctionnement :

Les poutres « actives », ou poutres à induction

L’air neuf hygiénique est injecté par des petites tuyères, créant un appel d’air secondaire venant du local. La convection dans l’échangeur est ainsi renforcée.

Peut-on comparer ce système à un éjecto-convecteur ?

  • Oui, dans la mesure où l’induction par effet Venturi est identique.
  • Non, la comparaison est abusive diront certains, car les vitesses d’air injecté sont nettement plus faibles (pour éviter de créer du bruit !) et l’augmentation de puissance par rapport au système statique n’est pas énorme (de 10 à 30 %). La pression régnant dans le conduit d’air neuf est de 150 à 200 Pa.

Le taux d’air neuf varie entre 1 et 2,5 Volume/heure. Il apporte environ un tiers de la puissance frigorifique totale.
Par le même système, le chauffage des locaux est possible en hiver, même si l’apport de chaleur en partie supérieure du local entraîne une stratification non négligeable des températures !

Exemple d’application.

Bureau paysager…

… équipé de poutres dynamiques.
Le tube central apporte l’air hygiénique, les conduites de cuivre apportent l’eau froide.

 Les poutres passives, à convection naturelle :

Il s’agit d’un échangeur travaillant par simple convection naturelle : l’air chaud du local monte, arrive au dessus de la poutre, traverse l’échangeur, se refroidit et redescend, puisque plus lourd…

Il est important de respecter les espaces nécessaires au bon fonctionnement d’une poutre. Ainsi, si la poutre est intégrée dans un faux plafond, celui-ci devra être ajouré pour laisser passer l’air de convection.
L’apport d’air neuf est dans ce cas indépendant du fonctionnement de la poutre.

Technologies

Les technologies utilisées sont très similaires entre elles. Les poutres se distinguent essentiellement

  • par leur habillage (poutre carénée ou poutre intégrée dans un faux plafond),
  • par leur intégration dans le local et/ou dans son faux plafond, avec l’objectif de favoriser la convection de l’air,
  • par la distribution de l’air neuf dans la poutre, pour les poutres à induction.

Par exemple, certains modèles n’injectent l’air primaire que d’un seul côté :

Installation

On distingue essentiellement les poutres autonomes qui se placent sous le plafond comme des luminaires,

et les poutres qui sont intégrées, voire cachées dans les faux plafonds.

Différentes formules sont possibles pour que l’air de l’ambiance circule au travers de l’échangeur :

>  une plaque de faux plafond très perforée à côté de la poutre,

>  un faux plafond avec des lames très espacées,

>  une poutre en alternance avec les luminaires,…

Idéalement, la poutre doit être située parallèlement à la fenêtre et du côté du couloir. C’est ainsi que le mouvement de circulation de l’air se fera le plus naturellement (boucle convective qui descend le long du couloir et remonte le long de la fenêtre). Et pourtant, dans 90 % des cas, on rencontre des poutres perpendiculaires à la fenêtre ! C’est sans doute une question d’esthétique vis-à-vis des luminaires…
Attention à celui qui travaille en dessous !
Il est possible, par exemple, de l’intégrer au dos d’une armoire, sur le mur opposé à la fenêtre.

Régulation

Le circuit des poutres est alimenté au régime aller-retour de 15°C – 17°C.

Contrôle de la condensation

Différentes dispositions seront prises pour limiter le risque de condensation

  • limitation de la température de départ de l’eau pour les réseaux intégrés dans la dalle de plafond,
  • contrôle de l’humidité relative à proximité du plafond et coupure de l’alimentation en eau, pour les réseaux en faux plafonds,
  • contrôle des conditions extérieures pour anticiper les fluctuations d’humidité à l’intérieur du local.

Dans un bâtiment avec fenêtres ouvrantes, l’alimentation du plafond en eau doit pouvoir être interrompue par un contact de feuillure.

Schémas de principe

La régulation de l’alimentation en eau des poutres vise classiquement au maintien de la température de consigne, mais aussi au contrôle de l’absence de condensation sur les tuyauteries.
Sur base de la mesure de la température de l’air ambiant et de son humidité relative, le régulateur détermine le point de rosée de l’ambiance et limite la température de l’eau à un niveau de 1 à 1,5°C supérieur à ce point de rosée.
Cette protection peut également être assurée par un détecteur de condensation placé à la surface du tube d’entrée : si l’humidité relative de l’air à la surface du tube approche de la condensation, un contact est actionné; la vanne est fermée et, éventuellement, la pompe est arrêtée.
Cette pompe peut également être mise à l’arrêt

  • si la température ambiante est inférieure à sa consigne,
  • si le contact de feuillure placé sur les ouvrants des châssis signale une fenêtre ouverte.

Schéma de raccordement hydraulique

Le raccordement hydraulique et la régulation des poutres froides sont similaires à ceux mis en place pour les radiateurs ou les convecteurs : une régulation par vannes trois voies modulante pour chaque départ de zone homogène.
Par exemple, pour l’implantation ci dessous :

On peut prévoir :

Prédimensionnement

Puissance

Pour les poutres froides statiques, la puissance peut atteindre 70 à 200 W/m linéaires, en fonction de la température ambiante, de la température de l’eau froide et de la largeur de la batterie.
Pour les poutres dynamiques, la puissance est fonction des paramètres suivants :

  • températures d’eau froide (in/out),
  • température ambiante,
  • débit d’air primaire,
  • taux d’induction.

Sur base

  • d’un débit d’air primaire correspondant à 50 m³/h par m de poutre,
  • soit environ 3 renouvellements d’air/heure, si on considère un mètre linéaire de poutre pour 6 m² au sol,
  • d’un écart de température (ambiance – eau froide) de 10°C.

La puissance de refroidissement est de l’ordre de 435 W/m, y compris le refroidissement dû à l’air primaire. Cette puissance permet donc d’assurer un refroidissement correspondant à une charge calorifique dans le local d’environ 75 W/m2.
Mais certains constructeurs atteignent, à débit d’air égal, des puissances de refroidissement jusqu’à 110 W/m2.

Emplacement

Pour les systèmes passifs, le placement des unités et la dimension correcte de la reprise d’air sont très importants. Si on ne prête pas suffisamment attention à ces deux points, la puissance attendue ne sera pas atteinte.
On sera également attentif à l’emplacement de l’apport d’air neuf et à son interaction avec les poutres passives.
Source : Conférence de Mr P.A. Delattre – Tracrebel Development Engineering – journée ATIC du 25.09.98