Vous avez dit : "climatisation ?..." Rappels…. Les bureaux sont souvent établis le long...

Vous avez dit : "climatisation ?..

."

Rappels…

Les bureaux sont souvent établis le long de grandes artères de circulation. L'air extérieur y est pollué et le niveau sonore peut y être fort élevé...

Objectif 1 : dans un premier temps, il y a donc le souhait d'apporter de l'air hygiénique aux occupants.

Il sera capté en toiture, filtré

et pulsé dans le local.

Un travailleur occupe en moyenne 10 m².

Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ?

Si le plafond est situé à 3 m de hauteur, un travailleur vit dans un espace de 30 m³.

Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ?

Lui apporter 30 m³/h d'air hygiénique, c'est donc renouveler l'air du local 1 fois par heure.

Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ?

Objectif 2 : dans un deuxième temps, on souhaite compenser les charges thermiques du local, particulièrement élevées en été.

Exemple pour le local de 30 m³, un jour de canicule :

• soleil fen. : 300 W/m² * 2 m² = 600 W• soleil murs :10 W/m² * 10 m² = 100 W• Ordinateur : = 140 W• Eclairage : = 100 W• Occupant : = 60 W

TOTAL : = 1.000 W

Bilan thermique d'été :

Conclusions du bilan thermique :

1° puissance max de refroidissement = 1000 W pour 10 m²,

soit 100 W/m²

2° Soleil = 70 % des apports de chaleur !

Ne pourrait-on refroidir le local avec l'air hygiénique pulsé à 15°C ?

Hélas, non... Puissance = débit x c x T° = 3 m³/h.m² x 0,34 Wh/m³.K x (25-15) K = 10 W/m², soit 10% des besoins maximum de froid...

Souvent, une véritable climatisation est nécessaire.

On rencontre beaucoup de systèmes de climatisation différents.

Ils peuvent être regroupés en 3 familles :

1 : la climatisation "tout air" 2 : la climatisation "air + eau" 3 : la climatisation "directe"

Passons-les en revue :

Première famille : la climatisation "Tout Air"

De l'air est traité dans un gros groupe de préparation d'airet distribué dans tous les locaux.

Problème 1 :Pour atteindre les 100 W/m², il faut pulser 10 fois plus d'air à 16°Cque d'air hygiénique ! ... attention aux courants d'air froid...

Première famille : la climatisation "Tout Air"

Problème 2 :Pour économiser l'énergie, 90% de l'air sera de l'air recyclé et 10% sera de l'air neuf.

Première famille : la climatisation "Tout Air"

Problème 3 :La consommation des ventilateurs est très élevée aussi : 20 % d'énergie de transport... qui sera convertie en chaleur !!!

Première famille : la climatisation "Tout Air"

Avantage : la climatisation "tout air" permet le "free cooling" du bâtiment.

Avec 1 kWh dans les ventilateurs, on peut créer 3,3 kWh de froid via l'air frais extérieur "gratuit", surtout la nuit.

Première famille : la climatisation "Tout Air"

Application 1 :on rencontre la climatisation "tout air" à Débit d'Air Constant (DAC) dans les cafeterias, salles de conférence, ... (car de toute façon, beaucoup d'air hygiénique y est requis).

Première famille : la climatisation "Tout Air"

Application 2 :on rencontre la climatisation "tout air" à Débit d'Air Variable (DAV)dans les locaux borgnes ou enterrés, les salles de réunions, ...

Première famille : la climatisation "Tout Air"

Nouvelle idée !

Séparons les problèmes : - un conduit d'air apportera seulement l'air hygiénique- le chaud et le froid seront apportés par de l'eau, eau chaude (60°C) ou eau glacée (6°C).

La famille des climatisations "air + eau" était née !

Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 1 : le ventilo-convecteur

Un ventilateur souffle sur 2 échangeurs, alimentés en eau chaude ou en eau glacée.

Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 2 : le plafond froid

De l'eau à 16° refroidit le faux-plafond, un radiateur chauffe en façade.

"frais à la tête, chaud aux pieds"

pas de ventilateur, donc pas de bruit , pas de courant d'air,

système "air + eau" donc régulation de T° par local

pas de condensation dans le local moins de risque bactériologique

Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 3 : la poutre froide

poutre statique

poutre dynamique

Des échangeurs de froid sont directement intégrés sous ou dans le plafond.

Encore une nouvelle idée !

Lorsque le besoin de refroidissement est limité à quelques locaux, un climatiseur est installé : pas de fluide intermédiaire (air,eau), c'est une petite machine frigorifique qui travaille en direct.

Dans le local, un "évaporateur" fait du froid. A l'extérieur, un "condenseur" libère la chaleur.

La famille de la climatisation "directe" était née !

Troisième famille : la climatisation "directe" Exemple 1 : le climatiseur

L'"évaporateur" fait du froid.

Le "condenseur" évacue la chaleur.

Astuce : un climatiseur est réversible et peut travailler en "pompe à chaleur". D'où la possibilité de faire à souhait du chaud et du froid. C'est la climatisation DRV (Débit de Réfrigérant Variable).

Troisième famille : la climatisation "directe" Exemple 2 : le réseau DRV

Bilan frigorifiquedu bureau type :

Estimation de la puissance frigorifique d'un bâtiment

Il s'agit d'estimer les gains de chaleur dans le bâtiment :

Gainschaleur = Ginternes + Gsoleil + Gparois + Gair (W)

Estimation des Gains internes :

Ginternes = Géclairage + Géquipements + Gpersonnes (W)

avec :

Géclairage : - bureaux : de 10 (aujourd'hui) …à 25 (jadis) [W/m²]

- vitrine de magasin : 75 [W/m²]

Géquipements :

- "petite force motrice" (pfm) bureau : 15 à 25 [W/m²] (bureautique) - salle informatique : 200 à 300 [W/m²] (serveurs,…)

Degré d’activité

Application type

Métabolisme moyen

Température sèche du local (°C)

28 27 26 24 21

sensible latent sensible latent sensible latent sensible latent sensible latent

Assis, au repos Théâtre 102 51 51 56 45 61 40 67 34 75 26

Assis, travail léger Ecole secondaire 116 52 63 57 60 62 53 70 46 79 37

Employé de bureau

Bureau, hôtel, appartement école supérieure

131 52 79 58 73 62 68 70 60 82 48

Assis - debout ;Debout- marche lente

Drugstorebanque

146 52 94 58 88 63 82 74 72 84 61

Assis restaurant 161 55 105 63 97 70 90 82 79 94 67

Travail léger à l’établi

Usine ,travail léger 219 55 163 63 155 72 147 86 133 106 112

Danse Salle de danse 248 63 184 72 176 80 168 95 153 117 131

Marche (5km/h) Usine,travail assez pénible

293 79 213 88 204 96 196 111 181 134 158

Travail pénible Usine 424 131 293 136 288 141 282 153 270 176 247

Gpersonnes

Gains d'ensoleillement :

Gsoleil = Gains solaires x FSvitrage x FSprotection solaire

Où Gains solaires = la puissance maximale à prendre en compte, pour un mètre carré de surface vitrée effective (= surface de baies – surface des châssis), "en tenant compte d’un amortissement et d’un déphasage par le local".

15 juin 15 juillet 15 août 15 septembre

HOR N E S W HOR N E S W HOR N E S W HOR N E S W0 30 13 7 11 23 0 27 10 6 10 21 0 23 7 6 11 19 0 16 4 5 12 161 24 10 5 9 18 1 22 8 5 9 16 1 18 6 5 9 15 1 13 3 4 10 132 20 8 5 7 15 2 18 7 4 7 13 2 15 5 4 8 12 2 11 2 4 8 113 16 7 4 6 12 3 15 5 3 6 11 3 12 4 3 6 10 3 9 2 3 7 94 18 38 10 7 12 4 12 4 3 5 9 4 10 3 3 5 8 4 7 2 2 6 75 60 164 98 16 20 5 43 121 74 13 16 5 15 45 28 7 10 5 6 1 2 5 6

6 135 207 237 23 27 6 112 177 208 21 23 6 68 139 168 16 18 6 17 60 74 8 97 229 153 353 29 32 7 203 137 326 27 29 7 153 122 308 23 25 7 80 91 255 15 16

8 330 67 403 58 36 8 301 60 382 55 34 8 249 49 384 52 29 8 166 32 367 44 219 427 59 377 167 39 9 396 53 364 162 37 9 344 45 380 169 32 9 256 30 388 172 24

10 510 54 298 246 41 10 479 50 291 243 39 10 427 43 312 267 35 10 335 30 332 292 2611 572 52 200 283 42 11 540 49 196 284 41 11 489 42 212 326 36 11 394 30 226 375 2712 606 50 105 297 43 12 573 47 101 301 42 12 522 41 101 254 37 12 426 30 96 416 28

13 608 49 86 307 123 13 576 46 83 309 123 13 524 40 81 358 135 13 427 29 74 416 14614 580 47 73 295 227 14 547 44 71 293 224 14 494 39 68 328 247 14 396 28 60 368 27015 522 44 64 235 333 15 490 42 62 231 325 15 435 37 59 250 347 15 337 27 51 267 368

16 442 41 57 124 402 16 410 39 54 121 386 16 353 34 51 127 399 16 256 24 42 130 40117 347 126 50 80 401 17 316 117 47 78 376 17 258 110 43 80 371 17 165 90 34 79 33418 247 205 41 62 320 18 218 182 38 59 289 18 162 153 33 58 258 18 85 75 23 54 16419 154 196 31 46 189 19 130 154 28 42 159 19 87 74 21 39 110 19 54 19 15 37 6920 87 80 19 29 82 20 74 40 16 26 68 20 59 26 14 28 60 20 40 12 12 29 4821 62 35 13 21 53 21 55 26 12 20 47 21 45 18 11 21 43 21 31 9 9 22 3522 47 24 10 17 39 22 43 18 10 16 35 22 35 13 9 17 32 22 25 6 8 18 2623 37 18 8 13 29 23 34 14 8 13 27 23 28 10 7 14 24 23 20 5 6 15 2024 30 13 7 11 23 24 27 10 6 10 21 24 23 7 6 11 19 24 16 4 5 12 16

Apports solaires pour la climatisation – Inertie Moyenne – latitude 50°N

Ces valeurs sont données pour un immeuble d’inertie moyenne, c’est à dire avec un plancher de béton, revêtu d’une moquette, avec des cloisons légères et sans faux-plafond.

Type FS

Simple clair 0,85

Double clair 0,75

Double basse émissivité 0,72

Double sélectif 0,40

Double réfléchissant 0,20…0,40

Double absorbant 0,30…0,50

•FS vitrage = facteur solaire du vitrage (encore appelé facteur Gvitrage)

Protection solaire FS

extérieure 0,11

intérieure 0,45

intérieure réfléchissante 0,19

Insérée dans le double vitrage 0,14

•FS protection solaire = facteur solaire de la protection solaire, très variable d’une protection à l’autre (encore appelé facteur Gprotection solaire):.

En voici plutôt les valeurs maximales :

G parois = (∑k x A x ∆T) [W]

Sur base d'une température intérieure estivale de 25°C, on choisira :

∆T(toit,S, SW, W) = 20 Kcar Te(extérieure) = +45°C, température équivalente observable sur Atoit, sud et ouest

∆T(SE, E ) = 10 Kcar Te(extérieure) = +35°C, température équivalente observable sur ASE et S

∆T(NE, N ) = 5 Kcar Te(extérieure) = +30°C, température équivalente observable sur AN, NE

avec :A : surface de toutes les parois opaques de l'enveloppe extérieure k : les coefficients de déperditions thermiques des parois correspondantes∆T : les écarts de températures entre la température extérieure "équivalente" et la température d'ambiance intérieure, exprimé en Kelvins.

Estimation des Gains liées à la ventilation hygiénique (Gair)

Gair = Débit air neuf [m³/h] x 4,8 [Wh/m³] [W]

avec :

- Dair neuf = Nomb. personnes x 30 m³ / h. personne [en m³/h]

- Pourquoi 4,8 Wh/m³ ?

∆Hestivale = diff. d'enthalpie entre air extérieur (à 30° et 50%) et air intérieur (à 25° à 50%) = énergie qu'il va falloir fournir pour refroidir et déshumidifier chaque kg d'air de ventilation = He - Hi = 14,5 [kJ / kg d'air] puisque

Hi (25°C - 50%HR) = 50,5 [kJ / kg d'air] (voir graphique) He (30°C - 50%HR) = 64,5 [kJ / kg d'air] (voir graphique)

- D’où : 14,5 kJ/kg x 1,2 kg/m³ x 1/3,6 Wh / kJ = 4,8 Wh/m³

Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 1 : le ventilo-convecteur

Un ventilateur souffle sur 2 échangeurs, alimentés en eau chaude ou en eau glacée.

Extrait d'un catalogue de Ventilos-Convecteurs

Revenons à l’immeuble de la chaussée de Charleroi :

Et si on le climatisait ?

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Plafonds froids

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Plafonds froids

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi - Ventilation

Détail ventilation - coupe

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité sol

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité sol

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité plafond

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Electricité plafond

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – Synthèse

Coupe

Détail - coupe

Application Bureaux - Chaussée de Charleroi – 5ème et 6ème étage

Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" Exemple 3 : la poutre froide

poutre statique

poutre dynamique

Des échangeurs de froid sont directement intégrés sous ou dans le plafond.