von euw | alimpic | hildebrand installations du bâtiment

Installations du bâtimentPlanification interdisciplinaire

Von Euw | Alimpic | Hildebrand

Contenu

1. Intégration des installations 31.1 Les avantages du travail en équipe 31.2 Energie grise 61.3 Au croisement de la technique

du bâtiment et de l’architecture 101.4 Besoins en termes de confort,

bien-être 121.5 Principes de base de l’«aération

douce» 171.6 Energie et technique du

bâtiment 181.7 Exemples de technique du

bâtiment interdisciplinaire 25

2. Installations de chauffage 332.1 Composants d’une installation

de chauffage 332.2 Hydraulique des installations

de chauffage 352.3 Pompes à chaleur 422.4 Exemples pratiques relatifs aux

pompes à chaleur 502.5 Combustibles solides 622.6 Exemple pratique de chauffage

au bois 662.7 Chauffage à distance 682.8 Exemples pratiques d’utilisation

du chauffage à distance 682.9 Cogénération 712.10 Exemples pratiques de

cogénération 722.11 Exploitation de l’énergie solaire

thermique 742.12 Exemples pratiques d’utilisation

de la chaleur solaire 802.13 Distribution et émission de

chaleur 87

3. Froid climatique 893.1 Signification, notions 893.2 Fluide frigorigène 923.3 Charges frigorifiques 973.4 Production de froid 1023.5 Refroidissement du local 1093.6 Tendances dans le domaine

de la technique frigorifique 113

4. Renouvellement de l’air 1154.1 Typologie des installations

de ventilation 1154.2 Choix du système 1324.3 Récupération de chaleur 1334.4 Acheminement et traitement

de l’air 134

5. Alimentation en eau chaude 1415.1 Structure et composants 1415.2 Intégration hydraulique

d’installations ECS 1445.3 Production d’eau chaude au

moyen de rejets thermiques 1525.4 Légionelles 153

6. Autres installations 1576.1 Alimentation en électricité 1576.2 Ascenseurs et escaliers roulants 1616.3 Appareils et équipements 1626.4 Protection solaire 1656.5 Automatismes du bâtiment 1686.6 Mesurage des installations

photovoltaïques 172

7. Annexe 1737.1 Sources 1737.2 Informations complémentaires 1737.3 Bibliographie des auteurs 1747.4 Répertoire des mots-clés 175

Impressum

Installations du bâtiment – Planifica-tion énergétique intégrée

Editeur: Fachhochschule Nord west-schweiz, Institut Energie am Bau

Auteurs: Reto von Euw, Zoran Alimpic, und Kurt Hildebrand avec des contribu-tions de von Ruben Lüthy, Heinrich Manz, Jürg Nipkow, Jürg Tödtli et Volker Wouters

Direction de projet: Fachhochschule Nordwestschweiz; Institut für Energie am Bau, Muttenz; Armin Binz, Achim Geissler, Barbara Zehnder

Révision et mise en page: Faktor Journa-listen AG, Zurich; Othmar Humm, Chris-tine Sidler, Sarah Jost, Noemi Bösch

Traduction: Ilsegret Messerknecht

Lectorat spécialisé: Charles Weinmann, Weinmann-Energies SA

Cet ouvrage fait partie de la série de publi-cations spécialisées «Construction durable et rénovation». Il se base sur les cours du cursus Master visant à l’obtention d’un certificat «Energie et construction du-rable» (www.en-bau.ch), une offre de for-mation continue de 5 hautes-écoles spé-cialisées suisses. Cette publication a été financée par l’Office fédéral de l’énergie OFEN/SuisseEnergie et la Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie (EnDK).

Commande: A télécharger gratuitement sous www.energiewissen.ch ou sous forme de livre auprès de Faktor Verlag, [email protected] ou www.faktor.ch

Janvier 2014.ISBN: 978-3-905711-29-5

Illustration 1: Le bâtiment comme système.

1.1 Les avantages du travail en équipe

Les paramètres sont à définir claire-ment. «Construire» signifie allier construc-tion, matériaux et installations du bâti-ment de manière à obtenir un résultat vi-suellement élégant: une tâche pour une équipe interdisciplinaire. C’est cette colla-boration qui permet de créer une véritable valeur ajoutée. Celle-ci se reflète dans le confort et la consommation d’énergie, mais également dans le niveau de satisfac-tion des utilisateurs. Atteindre ces objectifs implique de travailler à une nouvelle com-préhension de la planification, de la construction et de l’exploitation du bâti-ment. Les concepteurs sont chargés d’as-socier l’architecture, l’organisation des es-paces et la technique du bâtiment, et de le communiquer; ils doivent être en mesure de proposer au maître d’ouvrage un projet global. Ils sont ainsi contraints de se confronter au «bâtiment comme un tout», d’en comprendre le concept et de le consi-dérer dans le contexte de l’utilisateur et du maître d’ouvrage (Illustration 1). Les objec-tifs et programme du projet, élaborés en équipe, sont à ajuster progressivement en intégrant judicieusement les outils actuels de simulation dynamique et les possibilités du réglage automatique.

Des solutions appropriées. Le savoir-faire actuel en matière de bâtiment nous permet de résoudre des problématiques complexes. Pas seulement par la multipli-cation des techniques utilisées, mais sur-tout grâce à l’application pertinente de techniques et solutions appropriées. Nous continuons à tendre vers des bâtiments de forme simple optimisant l’utilisation de l’éclairage naturel, l’orientation des fa-çades, la part vitrée, la masse thermique, l’étanchéité à l’air, la protection phonique, la sécurité, sans oublier l’agrément et la compatibilité sociale. Cela requiert une ité-ration constante des différentes étapes de

planification de l’équipe, en tenant compte des souhaits du maître d’ouvrage.

Une équipe interdisciplinaire doit prendre en charge la globalité d’un bâtiment. Le maître d’ouvrage, l’architecte, le concep-teur financier, l’ingénieur civil ainsi que les ingénieurs spécialisés doivent, dans le cadre d’un partenariat coopératif, définir la charte de l’utilisateur, les objectifs ainsi que le projet. Dans chaque phase du pro-jet, il doit être possible de remettre en question un élément, de l’optimiser et d’en assumer la responsabilité.

La représentation modulaire de la tech-nique du bâtiment, nommée «Modula GT» ou «Module TB»), illustre les rapports entre la technique du bâtiment et tous les corps de métier. L’idée est qu’une équipe interdisciplinaire utilise une terminologie commune facilitant ainsi la compréhen-sion mutuelle. La méthode ne pose néan-moins aucune exigence quant aux installa-tions. L’outil Modula GT peut être utilisé pour les bâtiments existants comme pour les constructions nouvelles. Il est présenté dans la norme SIA 410 (en consultation). Constructions nouvelles:]] Etudes de concepts et de variantes]] Contrôles de la faisabilité, choix des op-

tions]] De l’avant-projet jusqu’à la réalisation

Intégration des installations

Chapitre 1

Reto von EuwKurt Hildebrand

Le bâtiment comme système

Architecture

Génie civilTechnique

du bâtiment (CVCSE)

4Intégration des installations

Tableau 1: Affecta-tion des systèmes

partiels techniques du bâtiment aux

principales notions.

Pour les concepteurs, les différences entre les constructions nouvelles et les rénova-tions s’amenuisent. Dans les deux cas, les mêmes règles de planification interdiscipli-naire s’appliquent. Dans les bâtiments ad-ministratifs de haute qualité, il convient de garantir la flexibilité de transformation et d’adaptation, par des espaces sous les planchers ou dans les plafonds qui per-mettent l’adaptation des installations techniques du bâtiment. Pour la planifica-tion, le mode de valorisation et la disponi-bilité des ressources énergétiques du site sont déterminantes. Il convient toujours de tendre vers des bâtiments de forme simple, prenant en compte les objectifs de la so-ciété à 2000 watts.

Rénovation ou optimisations de l’exploita-tion:]] Analyse des solutions existantes]] Investigations particulières]] Relevé du «hardware» (installations)]] Représentation du «software» (automa-

tisme du bâtiment)

Les installations du bâtiment (chauffage, ventilation, climatisation, sanitaire, élec-trotechnique et automatisme du bâtiment) sont de plus en plus interdépendantes. C’est pourquoi il est essentiel d’avoir une compréhension globale de ces disciplines C – V – C – S – E – R, et de les appréhender aussi bien comme des fonctions indivi-duelles que comme un système technique intégré.

Systèmes partiels Source/Puits Transformation Stockage Distribution Local/Transmis-sionSystèmes

Installations de chauf-fage

Source d’énergieGénération de cha-leur

Accumulation de chaleur

Distribution de chaleur

Emission de cha-leur

Installations de ventila-tion et de climatisation

Air neuf/air pulsé Traitement de l’airAccumulation de la chaleur

Distribution aé-raulique

Diffusion d’air

Installations de refroi-dissement

Source d’énergieEvacuation de cha-leur

Production de froidRefroidissement de la machine frigori-fique

Accumulation de froid

Distribution de froid

Refroidissement

Installations sanitaires

Approvisionnement en eau

Source d’eau Traitement de l’eau Stockage de l’eau Distribution d’eau Point de soutirage

Evacuation de l’eau Eaux usées DécantationAccumulation des eaux usées

Canalisation des eaux usées

Vidange, évacua-tion des eaux usées

Approvisionnement en gaz

Source de gaz Traitement du gazAccumulateur de gaz

Distribution de gaz

Consommateur de gaz

Air comprimé et vide Air extérieurCompresseur, trai-tement de l’air

Réservoir d’air comprimé, de vide

Distribution d’airConsommateur d’air comprimé/de vide

Installations électriques et de communication

Installations électriquesRaccordement au courant fort

Production élec-trique

AccumulateurInstallations (cou-rant fort ou faible)

Consommateur

TélécommunicationFourniture d’infor-mations

Source de donnéesStockage de don-nées

Lignes informa-tiques et télépho-niques

Consommateur de données et de communication

Systèmes d’automatisme du bâtiment Niveau terrain Niveau automatisation Niveau gestion

5Installations du bâtiment

zon est relevé par images panoramiques ou obtenu numériquement (p. ex. www.energieburo.ch/fr_produkte.htm) pour être traité par informatique.

Orientation du bâtimentL’exposition au soleil dépend fortement de l’heure du jour, des conditions climatiques et de l’orientation de la surface exposée. En outre, un ombrage innoportun peut affecter l’utilisation de l’énergie solaire. Il convient également de trouver le compro-mis optimal entre les apports solaires pas-sifs et la protection contre la surchauffe. L’illustration 2 montre comment l’ombre portée d’un paysage se représente. L’hori-

Tableau 2: Interdé-pendances entre ar-chitecture et instal-lations.

Eclairage naturel Eclairage naturel jusqu’à 6 m de profondeur des locaux (fenêtre: transmission de lu-mière)

Orientation des façadesPrise en compte les apports solaires passifs. L’orientation optimum dépend de l’affec-tation (p. ex. habitation sud-ouest/nord-est, bureaux sud/nord)

Proportions adéquates de surfaces vitrées, parts vitrées optimisées pour chaque façade

Les façades entièrement vitrées ne sont pas confortables: échanges radiatifs trop im-portants, influence négative des températures de surface etc.

Masse thermiqueElle stabilise la température ambiante (autorégulation), elle amortit les chocs ther-miques, apports ou déperditions, intérieurs ou extérieurs

Etanchéité à l’air Prévention des infiltrations indésirables et leur flux d’énergie incontrôlé

Protection phonique Limitation ciblée des immissions sonores

Isolation thermique Objectif: confort élevé et bilan énergétique optimal

Choix des matériauxPrise en compte de l’énergie grise et de la nocivité pour la santé, préservation des res-sources

Périmètre d’isolationUne forme simple de l’enveloppe thermique du bâtiment contribue à minimiser les ponts thermiques

Bilan des flux d’énergieLa puissance installée et la consommation d’énergie sont à calculer et optimiser avec des logiciels de simulation dynamique

Sécurité Sécurité d’exploitation, prévention des accidents, protection contre l’incendie etc.

Compatibilité sociale Bâti pour des humains, beau et juste, convaincant dans sa fonctionnalité

-100° -100°-120° -120°-80° -80°-60° -60°-40° -40°-20°-20°

80° 280°60° 300°100° 260°120° 240°140° 220°200°160° 180°

60°

63°

55°

66°

45°

50°

35°40°

20°

30°

10°5°

60°

63°

55°

66°

45°

50°

35°40°

20°

30°

10°5°

E WS

Arbres

A: 22 juin

B: 20 mai, 24 juil.

C: 14 avril, 27 août

D: 21 mars, 23 sept.

E: 23 fév., 19 oct.

F: 21 janv., 22 nov.

G: 21 déc.

Trajectoires solaires valables à 47° de latitude et 8°20’ de longitude en Suisse centrale

Maison

Illustration 2: Exemple d’un dia-gramme de la posi-tion du soleil avec le masque de l’hori-zon.


1.2 Energie grise

La forme, l’enveloppe et la structure por-teuse sont déterminantes pour le bilan massique ainsi que pour l’énergie grise d’un bâtiment. Néanmoins, les installa-tions techniques sont également très per-tinentes pour le bilan de l’énergie primaire. Les résultats calculés pour deux types de bâtiments ayant différents degrés de tech-nicité mettent en évidence des parts éle-vées constantes: dans le cas de la construc-tion nouvelle du bloc hospitalier de l’hôpi-tal municipal du Triemli, la part des instal-lations techniques sur le total de l’énergie grise s’élève à un peu moins d’un quart. Pour le quartier résidentiel «Sihlbogen» de la coopérative de construction Zurlinden, la part des installations techniques s’élève de façon similaire à 23 % (illustration 3 et tableau 4). Cela résulte de la faible durée de vie des installations. La plupart des sys-tèmes techniques doivent être remplacés au moins une fois pendant le cycle de vie d’un bâtiment, estimé à environ 60 ans. L’évaluation écologique des installations techniques du bâtiment montre d’autres aspects pertinents des installations tech-niques domestiques sur le plan énergé-tique.

Installations de ventilationDes installations de ventilation du bâti-ment ont été étudiées dans une douzaine d’immeubles d’habitation ou de maisons individuelles. Pour ces dernières, le besoin en énergie primaire non renouvelable, rap-porté au m² de SRE, s’élève à environ 200 MJ/m² SRE. Ce sont les systèmes de conduites qui renferment la part d’énergie grise la plus importante. Les conduites en acier inoxydable, notamment, sont celles qui contiennent le plus d’énergie grise, à l’inverse de celles en PE, qui en renferment moins. Les installations centrales, malgré des voies de distribution plus longues, s’avèrent plus favorables sur ce plan que les installations de ventilation décentrali-sées. Les registres terrestres impliquent un besoin important en énergie primaire, no-tamment lorsqu’ils sont réalisés en béton plutôt qu’en PE ou en PVC. En raison de

leur faible complexité technique, les instal-lations d’extraction d’air ont un besoin en énergie primaire de moins de la moitié de celui d’une ventilation domestique simple. Il est en outre à noter que si l’extraction d’air de la cuisine est organisée exclusive-ment en zones montantes verticales (avec le moins de trajectoires horizontales pos-sibles), la part d’énergie grise est encore réduite. En outre, les installations de ventilation des bâtiments administratifs ont des débits volumiques d’air plus importants, c’est pourquoi les modules présentent une plus grande masse et un besoin en énergie pri-maire (par m² SRE) plus élevé que les ins-tallations de ventilation.

ChauffageLa distribution de chaleur et son système de diffusion sont les principaux respon-sables de la part d’énergie grise d’un sys-tème de chauffage. Neuf exemples réels ont été analysés dans le cadre d’une étude de cas: le besoin en énergie primaire des installations de chauffage est approximati-vement le même que celui des installations de ventilation. Si l’on calcule le besoin en énergie primaire du système de distribu-tion de chaleur rapporté à la surface, l’in-fluence du besoin de puissance spécifique apparaît clairement. Il n’est cependant pas pertinent de confronter corps de chauffe et plancher chauffant à l’aide de valeur forfaitaires.Dans le cas des installations de combus-tion, c’est la périphérie qui fait la diffé-rence: pour le chauffage à mazout, la ci-terne doit être incluse en supplément dans le bilan, pour les chauffages au bois, il en va de même pour l’accumulateur souvent annexé, et dans le cas de la pompe à cha-leur, c’est notamment l’enfouissement de la sonde géothermique qui est d’une im-portance cruciale. En outre, le bilan de l’énergie primaire des installations de chauffage dépend également du besoin de puissance spécifique.


tantes et le standard d’équipement déter-minent le besoin en énergie primaire, qui est généralement plus élevé dans les habi-tations que dans les bâtiments administra-tifs. Par rapport à la surface de référence énergétique, l’énergie grise des installa-tions sanitaires se situe dans une plage comparable à celle des systèmes de chauf-fage ou des installations de ventilation.

Installations solairesDans les cas des installations solaires ther-miques et photovoltaïques, l’amortisse-ment énergétique est très intéressant: les capteurs plans fournissent au plus tard après 2½ ans de l’énergie thermique «posi-tive». Entre la première et la troisième an-née, les cellules photovoltaïques (selon le rendement) doivent être en exploitation pour amortir le besoin en énergie primaire. Le besoin en énergie primaire, dans le cas

Installations électriquesLes matières synthétiques et le cuivre pèsent lourd dans le bilan matériel et éner-gétique des installations électriques. Selon le standard d’équipement, le câblage et l’éclairage ont ainsi une contribution im-portante dans le besoin en énergie pri-maire spécifique. Dans les bâtiments ad-ministratifs dotés de nombreuses prises et raccords de câbles de données, le degré d’installation est élevé. Au «Triemli» bardé de hautes technologies, la part d’énergie grise des installations électriques repré-sente plus de 10 % de celle de l’ensemble du bâtiment (calculé sur un an).

Installations sanitairesL’inventaire de base des installations sani-taires comprend, outre les conduites d’eau, le chauffe-eau et les appareils des salles de bain. Le nombre de zones mon-

Tableau 3: Valeurs indicatives de consommation d’énergie primaire pour la réalisation d’installations tech-niques.

Installations techniques: énergie grise

Installations Besoin en énergie pri-maire* (en MJ par m² SRE)

Ventilation(pour la ventilation domes-tique)

CaractéristiquesConduites en acier inoxy-dableConduites en PE

21013160

Chauffage(pompes à chaleurgéothermiques))

Besoin en puissance10 W/m2

30 W/m2

50 W/m2

70210340

Chauffage (mazout, gaz naturel, bois)

Besoin en puissance10 W/m2

30 W/m2

50 W/m2

103040

Electricité Niveau d’installationfaiblemoyenhaut

150250500

Sanitaire TypologieBâtiment administratifHabitation

160230

Solaire thermique (pro-duction d’eau chaude uniquement)

TypologieMaison familialeImmeuble d’habitation

11267

* Valeurs moyennes conformément à SIA 2032. (Source: Basler & Hofmann, 2008)


Exemple de SihlbogenLe bâtiment comporte sept étages et un sous-sol. Il possède une forme cubique simple avec une série de balcons séparés sur le devant. Cinq cages d’escalier inté-rieures desservent deux appartements par étage. Un système porteur simple permet une grande flexibilité. Les zones sanitaires sont groupées dans une zone centrale. Sur le plan de la construction, il s’agit d’un mode de construction mixte constitué de plafonds et de murs intérieurs massifs, ainsi que d’une construction légère por-teuse et isolante en bois pour les façades, avec un revêtement ventilé par l’arrière.

d’une installation solaire thermique (accu-mulateur d’eau, conduites, isolations et pompes inclus), est important et s’élève au maximum à 100 MJ/m² SRE. Le bilan de l’énergie primaire des installations solaires thermiques dépend principalement de la finalité d’utilisation. Les installations utili-sées uniquement pour la production d’eau chaude s’en sortent mieux que celles utili-sées pour fournir une assistance au chauf-fage. En effet, ces dernières nécessitent un accumulateur d’eau qui requiert plus de masse et plus d’énergie grise.

Eléments de construction MJ par m² SRE et par an

MJ par m² SP et par an

Part

Installations techniques (y c. install. électriques, chauffage, ventilation, sanitaire)

23,46 20,47 23 %

Structure porteuse (y c. murs intérieurs, ap-puis, plafonds)

22,44 19,58 22 %

Aménagement intérieur (y c. parois de sépara-tion, revêtements de sol, habillage de murs et de plafonds)

15,3 13,35 15 %

Enveloppe du bâtiment, y c.fenêtres, portesMur extérieur au-dessus du terrain (y c. habillage)Toiture (y c. couverture)Excavation, fondationsMur extérieur en-dessous du terrain (y c. habillage)

36,612,24

11,226,125,1

2,04

30,810,68

9,795,344,45

1,78

36 %12 %

11 %6 %5 %

2 %

Balcons 4,08 3,56 4 %

Total 102 89 100 %

Balcon 4 %

Enveloppe du bâtiment

36 %

Structure porteuse 22 %

Installations techniques

23 %

Aménagement intérieur

15 %

Tableau 4: Exemple de Sihlbogen. Bilan

énergétique pri-maire des différents

éléments de construction.

SRE: Surface de ré-

férence énergé-tique

SP: Surface de plan-

cher

Illustration 3: Parts des différents élé-ments sur le total de l’énergie grise (exemple de Sihl-

bogen à Zurich-Leimbach).


Caractéristiques de l’objet

Site Zurich-Leimbach

Type de bâtiment Bâtiment administratif et d’habitation de 7 étages

Année de construction 2012

Coût total de la construction (CFC 2)

env. 90 millions de francs

Surface de plancher 9860 m2

Surface de plancher extérieure des balcons

1326 m2

Surface de référence énergétique 8583 m2

Surface d’enveloppe du bâtiment 8149 m2

Facteur de forme 0,95

Besoin en énergie calorifique Qh 56 MJ/m2 a

Energie grise pour la réalisation 3590 MJ/m2 SRE

Energie grise pour l’élimination 627 MJ/m2 SRE

Total de l’énergie grise par an 102 MJ/m2 a

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Chambre

Illustration 4: Le lo-tissement Sihlbogen à Zurich-Leimbach: Rendering, plan de l’étage et coupe.

Tableau 5: Caracté-ristiques de l’objet Sihlbogen (Sources: Evaluation écologique d’instal-lations techniques du bâtiment pour SIA 2032, rapport fi-nal; Basler & Hof-mann Ingenieure und Planer AG, 2008).


variabilité élevé. Il est adaptable et com-prend notamment les éléments suivants:]] aménagement intérieur (murs, sols, pla-

fonds)]] installations techniques du bâtiment

L’aménagement intérieur est un investis-sement à moyen ou court terme (durée d’utilisation 5 à 15 ans) modifiable sans mesure constructive importante. Ce sys-tème comprend notamment:]] l’aménagement]] les appareils (y c. leurs raccordements au

système secondaire)]] le câblage informatique

Les installations du bâtiment – une composante du second oeuvre ]] Installations de chauffage]] Installations de ventilation et de climati-

sation]] Installations de refroidissement]] Installations sanitaires (installations

d’eau, de gaz et d’air comprimé)]] Installations d’éclairage]] Installations d’alimentation électrique]] Installations de communication]] Installations d’automatisme du bâtiment]] Installations de transport]] Installations de sécurité, p. ex. installa-

tions de protection contre l’incendie]] Installations de protection solaire

Si l’on souhaite différencier les systèmes selon leur durée d’utilisation, cela doit être pris en compte au bon moment dans le processus de planification. La disposition des centrales est primordiale, car les sys-tèmes centralisés et décentralisés, ainsi que les formes mixtes, ont une influence considérable sur les emplacements des gaines et sur la qualité des composants (appareils). L’emplacement, la taille et l’ac-cessibilité des centrales sont des éléments importants de la planification interdiscipli-naire. En effet, ils jouent un rôle particulier sur le plan de la consommation d’énergie, de la remise en état et de la maintenance, du concept de mesure et de la sécurité (p. ex. protection contre l’incendie). La taille, comme la géométrie du local, doivent pouvoir s’adapter aux installations

1.3 Au croisement de la technique du bâtiment et de l’architecture

Gaines, emplacement des centrales, niveaux et zones d’installation

Séparation des systèmes – gros oeuvre, second oeuvre, aménagements inté-rieurs: En raison des différents cycles de vie des systèmes de composants et de leur gestion, il est important de bien veiller à l’accessibilité des conduites, systèmes de canalisations etc. La technique interdisci-plinaire du bâtiment consiste également à prendre en compte les différences en ma-tière de durée d’utilisation.

Le gros oeuvre est un investissement à long terme (durée d’utilisation 50 à 100 ans) et constitue le cadre pour l’essentiel immuable du système secondaire. Il com-prend notamment:]] la structure porteuse (trame horizontale

et verticale)]] l’enveloppe du bâtiment (façade et toit)]] la valorisation extérieure (desserte de la

zone)]] la valorisation intérieure (raccordement

principal horizontal et vertical)]] la structure de base de la technique du

bâtiment (concept de raccordement tech-nique horizontal et vertical, emplacement des locaux techniques)

Le second oeuvre représente un investis-sement à moyen terme (durée d’utilisation 15 à 50 ans) et doit disposer d’un degré de

Illustration 5: Diffé-renciation des sys-

tèmes selon leur du-rée d’utilisation.

Gros oeuvre (Durée d’utilisation 50–100 ans) Structure porteuse, enveloppe du bâtiment, valorisation extérieure et intérieure

Second oeuvre(Durée d’utilisation 15−50 ans) Aménagement intérieur, technique du bâtiment

Aménagement intérieur(Durée d’utilisation 5−15 ans) Equipements, mobilier, câblage informatique


novations, le maître d’ouvrage doit définir une marge de manœuvre pour permettre la modification de l’utilisation du bâtiment. La qualité du gros oeuvre principalement déterminée par le dimensionnement ap-proprié, sur le long terme, des grandeurs de base, décisives pour les développements et les changements d’utilisation (p. ex. hau-teur des locaux, charges utiles, potentiel de valorisation logistique et des installations techniques). La séparation des systèmes confère aux bâtiments une valeur ajoutée pour l’avenir. L’effort supplémentaire consacré au gros oeuvre est compensé par des dépenses ultérieures moins impor-tantes, et par une flexibilité d’utilisation avantageuse. Dans les grandes unités, par exemple dans le plan directeur d’une zone, il doit être possible d’effectuer une rocade pour les changements d’utilisation et les rénovations. En d’autres termes, un bâti-ment ou une unité doit être suffisamment flexible pour pouvoir accueillir de façon temporaire un service ou une unité.

L’approvisionnement de base d’un bâti-ment, ainsi que les installations supplé-mentaires, par exemple un aménagement locatif, doivent permettre des modifica-tions et des ajouts ultérieurs. Les concepts doivent donc être conçus de façon flexible.Si l’on respecte les conditions présentées ci-dessus et que l’on veille à utiliser un équipement adéquat sur le plan énergé-

ainsi qu’à des compléments ultérieurs. L’accessibilité doit être garantie, même aux composants les plus grands. La prise en compte de ces aspects dans une phase de planification précoce est d’une importance cruciale. Malgré tout, les systèmes de dalles actives intégrés dans le béton de construction, constituent une exception. Les analyses de risques ont montré que la durée d’utilisation de tels systèmes, dans la mesure où ils ne sont pas mécanique-ment abîmés lors de la pose, est supérieure à 50 ans.La SIA a publié dans ses normes 382/1 et 384/1 des diagrammes permettant de di-mensionner des infrastructures techniques du bâtiment, par exemple des coupes transversales de gaines techniques, des dimensions de centrales, le dimensionne-ment de réservoirs de combustible. L’in-frastructure de la technique du bâtiment peut représenter 10 à 30 % de la surface du bâtiment. Elle est donc importante dans le projet architectural.

Flexibilité signifie également ouverture du bâtiment à des modifications futures de son utilisation. Les bâtiments sont souvent conçus pour une unique utilisation. Lors des changements d’utilisation, cela en-gendre alors des dépenses importantes, car la structure du bâtiment est fortement orientée vers l’utilisation première. Dans le cas des constructions nouvelles et des ré-

Nutzung 1 Nutzung 1 Nutzung 1Nutzung 2

Additive Massnahme

Illustration 6: Typologie de la flexibilité dans un immeuble (HSLU).

Utilisation1 Utilisation 1 Utilisation 1Utilisation 2

Mesures additionnelles


d’habitation et de bureau. Les niveaux d’activité sont similaires et l’habillement peut être facilement adapté, de manière individuelle.

Etant donné qu’aujourd’hui, il est interdit de fumer dans la plupart des bâtiments, les débits d’air neuf sont réglés sur les non-fumeurs. Dans les locaux dans les-quels il est autorisé de fumer, le débit d’air requis doit être basé sur les fumeurs.

La physiologie de la sensation de chaleur L’humain dispose d’un système de contrôle thermique extrêmement flexible qui main-tient sa température corporelle en équili-brant la production chimique de chaleur de son métabolisme et le refroidissement par rayonnement vers les surfaces environ-nantes, par convection vers l’air environ-nant et par évapotranspiration dans des li-mites plus étroites. De faibles variations des conditions ambiantes sont ressenties

tique avec des appareils efficaces, le bâti-ment est alors «robuste». En d’autres termes, les influences perturbatrices sont en principe perçues avec un effet atténué, et la technique du bâtiment peut y réagir de façon mesurée et optimisée, si cela est réellement nécessaire.

1.4 Besoins en termes de confort, bien-être

La responsabilité d’un bon climat intérieur et d’une exploitation économique en termes d’énergie et de coûts incombe aux architectes. L’équipe de planification doit concevoir le bâtiment de manière à garan-tir un confort optimal avec seulement quelques outils mécaniques adaptés. Se-lon l’objectif d’utilisation, les besoins en termes de confort posent différentes exi-gences. Dans un musée d’art, la constance de l’humidité ambiante relative et absolue est la priorité absolue. Dans un bâtiment administratif, l’influence du confort ther-mique sur les capacités créatrices joue un rôle primordial. Dans un immeuble d’habi-tation, il convient d’accorder plus d’impor-tance aux logements individuels que, par exemple, dans une école. Bien entendu, pour résoudre leurs problématiques, les architectes se réfèrent à des spécialistes des questions portant sur la physique du bâtiment, l’acoustique des locaux et les techniques climatiques. Néanmoins, la res-ponsabilité globale de l’architecte est pri-mordiale, car le confort doit essentielle-ment être garanti à l’aide de mesures constructives.

En termes d’exigences de confort, on ne différencie quasiment plus les espaces

Paramètre Seuil de sensibilité Evaluation

Température ambiante ± 0,5 °C très sensible

Différence entre température de l’air et tempéra-ture des surfaces

2 K très sensible

Mouvement d’air à proximité de la peau 1 m/s très sensible

Chaleur rayonnante 25 W/m2 sensible

Humidité relative de l’air ±15 % peu sensible

Poids 60 à 90 kg

Volume corporel 0,075 m3

Pouls 60 à 80/min

Respirations 16/min

Quantité d’air inspirée 0,5 m3/h

CO2 expiré (au repos) 18 à 20 l/h

Température corporelle 37 °C

Température moyenne de la peau 32 à 33 °C

Transfert thermique de base 70 à 80 W

Puissance continue 85 W

Vitesse d’évapotranspiration 40 à 50 g/h

Tableau 6: Données biophysiques de l’humain.

Tableau 7: Sensibi-lité du corps.


comme stimulantes et maintiennent le mé-canisme de contrôle en activité. Le para-mètre de confort le plus important est la température opérative, c’est-à-dire la va-leur moyenne arithmétique entre les tem-pératures de surface moyennes des parois environnantes et la température ambiante. La valeur de base «met» (métabolisme) sert de mesure pour le métabolisme énergé-tique de base du corps en fonction de l’ac-tivité physique. 1 met ≈ 60 W/m2: cela cor-respond approximativement à la produc-tion de chaleur métabolique d’une per-sonne assise, pour 1 m2 de surface corpo-relle.

Les personnes se sentent particulièrement bien lorsque la chaleur qu’elles dégagent par rayonnement vers les surfaces environ-nantes et par convection (y c. la respiration) vers l’air se répartit dans un rapport de 45 à 50. C’est l’une des raisons pour lesquelles la technique de climatisation conventionnelle, dans laquelle seule la température de l’air est contrôlée, ne peut être totalement satis-faisante. Ce n’est que lorsque la tempéra-ture opérative – que ce soit par une tempé-rature moyenne trop élevée des surfaces environnantes ou par une température ambiante trop élevée – augmente à tel point que le refroidissement nécessaire n’est plus garanti, qu’il se produit un refroi-dissement supplémentaire, par une plus grande évaporation (transpiration). Cet ef-fet est déclenché par le transport accru d’eau à la surface de la peau.

La température ambiante optimale, en tant que valeur moyenne ressentie de la température de l’air intérieur et de la moyenne des températures des surfaces environnantes, dépend du niveau d’acti-vité et de la valeur d’isolation thermique intégrale de l’habillement. Pour un homme vêtu d’un costume mi-saison, d’une che-mise à manches longues, d’une cravate, de chaussettes courtes et de chaussures de ville légères, on considère un facteur d’ha-billement de 1,1. Pour un habillement d’été confortable avec chemise à manches courtes, pantalon de coton léger et pieds nus dans des mocassins légers, la valeur

Activité met W/m2

couché au repos 0,8 47

assis au repos 1,0 58

travail assis (bureau, habitation, école, laboratoire)

1,2 70

debout détendu 1,2 70

travail facile, debout (magasin, achats, laboratoire, travail d’usine facile)

1,6 93

travail de difficulté moyenne, debout (vente, ménage, atelier, garage)

2,0 117

travail difficile, sport en intérieur (in-dustrie lourde, danse, tennis, gymnas-tique)

3,0 175

Type d’habillement clo m2K/W

non vêtu, nu 0 0

vêtements de gymnastique, vêtements de plage: sous-vêtements, shorts, soc-quettes, chaussons de gymnastique, sandales

0,3 à 0,4 0,06

vêtements d’été légers: chemise courte ouverte, pantalon long léger, chaussettes, chaussures

0,5 0,078

vêtements de travail, léger costume de ville, vêtements d’intérieur en hiver: chemise (manches longues), pantalon, veste légère, pull-over

≈ 1,0 0,16

0,8 1,0 1,4 8,0 met2,0 3,0

3 km/h 5 km/h 10 km/hIllustration 7: Pro-duction de chaleur et valeurs «met» en fonction de l’acti-vité (surface du corps d’une per-sonne adulte env. 1,8 m²; voir égale-ment le tableau 52 page 101).

0 0,1 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5 3 clo

Illustration 8: Résis-tance thermique de l’habillement et va-leurs «clo» corres-pondantes.

Tableau 8: Produc-tion de chaleur et valeurs «met» en fonction de l’acti-vité.

Tableau 9: Valeurs «clo» des variantes d’habillement et leur résistance ther-mique.


correspondante s’élève à seulement 0,5.Seuls 3 % des personnes interrogées por-tant des pantoufles ont évalué un plancher à 24 °C comme étant légèrement trop chaud, tandis que 3 % l’ont trouvé légère-ment trop froid. Au total, on obtient donc 6 % de personnes légèrement insatisfaites. Lorsque la température du plancher se si-tue autour de 22 °C, le nombre des per-sonnes non entièrement satisfaites passe à 8 %, c’est-à-dire que 2 % seulement des interrogés trouvent encore le plancher lé-gèrement trop chaud, tandis que 6 % le trouvent désormais un peu trop froid. Ce n’est que sous les 20 °C et au-dessus de 27 °C que tous sont d’accord pour trouver le plancher «légèrement trop froid» ou «légèrement trop chaud». Pour le flux thermique direct de la plante du pied jusqu’au plancher et pour le rayonnement depuis la cheville jusqu’à l’environnement, une température de surface du plancher de 24 °C serait idéale. Dans l’évaluation du confort de la température du plancher, une seconde grandeur joue toutefois égale-ment un rôle important, en raison du contact direct: le coefficient de pénétration thermique. Ce coefficient dépend du ma-tériau de revêtement de sol. Plus la conduc-tivité thermique de la couche supérieure est faible, moins la quantité de chaleur s’écoulant de la plante du pied jusque dans le sol est importante. En d’autres termes, une accumulation de chaleur se produit dans la couche supérieure et freine l’écou-lement de chaleur. Le flux de chaleur freiné est ressenti comme une «température am-biante accrue», un effet considéré comme agréable en hiver. L’indice PPD est un pour-centage fixement associé à l’indice PMV, qui coïncide avec le pourcentage moyen d’un nombre relativement important de personnes interrogées au sein d’une incer-titude statistique. PPD signifie «predicted percentage of dissatisfied» (pourcentage prévisible d’insatisfaits), et PVM «predicted mean vote» (vote moyen prévisible). Les indices PMV et PPD décrivent des ressentis thermiques de «trop chaud» à «trop froid» pour le corps tout entier considéré comme un tout. L’inconfort thermique peut cepen-dant également être ressenti en lien avec

Illustration 9: Rendement théo-rique en fonction

de la température ambiante.

Rayonnement 45%

Evapotranspiration 15%

Excrétion 5%

Convection 15%

Respiration 10%

22 23 24 25 26 27 28 ºC 30

100

85

75

65

%

Température ambiante

Rendement en%

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

10 14 18 22 26 30 34 38Température ambiante [°C]

Dégagement de chaleur [W]

Rayonnement

Conduction thermique

Convection Evapotranspiration

Illustration 10: Emis-sion de chaleur de l’humain. (Source: Robert Meierhans)

Illustration 11: Emis-sion de chaleur

de l’humain (assis, aucune activité

corporelle, habille-ment normal, air

stationnaire). Source: Recknagel

des critères individuels. Par exemple, les courants d’air constituent l’une des causes d’inconfort les plus souvent mentionnées.

En hiver, avec une bonne isolation ther-mique, les températures de surface inté-


Sur les murs extérieurs froids mal isolés, on observe en effet une humidité relative plus élevée, qui conduit rapidement à la forma-tion de moisissures avec des produits de décomposition toxiques pouvant occasion-ner de sérieuses allergies.

En été, la masse du bâtiment maintenue quasiment à la température ambiante par l’isolation thermique et l’ombrage peut être utilisée comme accumulateur-tampon pour les pointes de charge thermique. Des dispo-sitifs d’ombrage flexibles permettent de régler correctement le gain en lumière na-

rieures et ainsi le confort de rayonnement sont nettement plus élevés. Les bâtiments bien isolés nécessitent des puissances de chauffe moins importantes et permettent ainsi des mesures plus douces de contrôle de la température ambiante. Ce mode de construction permet d’éviter la sécheresse de l’air, le dépôt d’air froid sur les murs extérieurs et les fenêtres et le rayonnement thermique désagréable contre les surfaces froides. Pour des raisons d’hygiène, des températures de surface chaudes jouent également un rôle important dans la lutte contre le développement des moisissures.

Dég

agem

ent

de

chal

eur

spéc

ifiq

ue

(met

ou

W/m

2 )

Valeur d’isolation thermique de l’habillement (clo ou m2K/W)

00

0,5 1 1,5 2

1,0

2,0

3,0

station couchée au repos

station assise au repos (bureau, travail sur ordinateur)

activité assise (bureau, habitation, école, laboratoire), station debout détendue

activité debout facile (achats, laboratoire, travail d’usine facile, enseignement)

activité de difficulté moyenne (vente, ménage, travail d'atelier)

travail d’atelier difficile175

150

125

100

75

50

±5 °C

±4 °C

±2 °C±1 °C

±3 °C

±2,5 °C

nu

shorts

habillement estival détente (t-shirt, short)

vêtements d’été légers (pantalon long)

vêtements de travail légers (pantalon de travail, chemise à manches longues)

habillement hivernal d’intérieur (chemise à manches longues, pull-over)

vêtements de ville européens traditionnels (chemise, costume, veste)

0 0,1 0,2 0,3

28 °C

26 °C

24 °C22 °C

20 °C18 °C

16 °C14 °C

12 °C10 °C

±1,5 °C

(m2K/W)

(W/m2)

(clo)

(met)

Illustration 12: Va-leur de la tempéra-ture neutre. Emis-sion de chaleur spé-cifique (met) de l’humain en fonc-tion de la valeur d’isolation ther-mique (clo) de l’ha-billement. Condi-tions: 50 % d’humi-dité relative, 0,15 m/s de vitesse de l’air et 10 % d’insa-tisfaits. (Source: ISO 7730)

1

10

100

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2froid légèrement

froidneutre légèrement

chaudchaud

PMV; vote moyen prévisible (Predicted mean vote)

PDD; nombre prévisible d’insatisfaits (Predicted percentage of dissatisfied)

Illustration 13: Rapport entre la part prévisible d’in-satisfaits et le vote moyen prévisible en matière de confort thermique. Ecarts par rapport à la température «neutre» en K.


turelle et d’éviter une pénétration excessive de chaleur. Cela permet de réduire les me-sures de climatisation gourmandes en éner-gie ainsi que leurs effets secondaires bien connus, tels que les bruits et courants d’air.

Un bon climat ambiant implique cepen-dant également l’utilisation de matériaux non polluants, un bon design en matière de lumière naturelle et de couleur ainsi qu’une bonne protection phonique et une bonne acoustique du local. Les matériaux possèdent une grande influence sur la ventilation requise du local. L’éclairage naturel, quant à lui, influe sur les puis-sances de refroidissement, dans la mesure où l’utilisation d’un éclairage électrique augmente les charges thermiques.

Pour l’industrie du chauffage et de la climatisation, les bâtiments dotés d’une bonne isolation thermique présentent des exigences différentes en matière de concepts de chauffage et de refroidisse-ment. Il n’est plus question d’y intégrer des systèmes réactifs et puissants. La nouvelle stratégie est celle de la climatisation «douce». Si on laisse de côté l’apport d’air neuf et l’évacuation de l’humidité et des odeurs, la technique de climatisation ne joue plus qu’un rôle secondaire dans la réa-lisation d’un climat intérieur confortable.

Asymétrie de température: Les asymé-tries de température, causées par exemple par des différences de température sur les surfaces de confinement des locaux, peuvent être à l’origine de sensations d’in-confort. L’humain est moins tolérant vis-à-vis d’une paroi froide que vis-à-vis d’une paroi chaude. En d’autres termes, atten-tion aux surfaces de fenêtre et de mur ex-térieur froides! Pour les plafonds, c’est l’inverse: tandis qu’une température plus basse de 10 K au plafond est tolérée, la limite de tolérance pour les plafonds chauds est nettement moindre, et s’élève à seulement 5 K. Les chauffages par le pla-fond ne sont donc adaptés que s’ils sont de très faible puissance, avec de basses températures de plafond.

Catégorie Température am-biante °C

Eté, vêtements d’été:0,5 clo/1,2 met,

plage de tolérance

Température ambiante °C

Hiver, vêtements d’hiver:

1,0 clo/1,2 met,plage de tolérance

A 24,0 °C – 26,0 °C 20,0 °C – 22,5 °C

B 23,5 °C – 26,5 °C 19,0 °C – 24,0 °C

C 23,0 °C – 27,0 °C 18,0 °C – 24,0 °C

Catégorie (part d’insatisfaits)

Description

A: moins de 6 % Attentes très importantes en matière de climat ambiant; recommandé pour les locaux dans lesquels séjournent des personnes très sensibles et ayant des besoins particuliers.

B: moins de 10 % Attentes normales

C: moins de 15 % Attentes acceptables, modérées

Air intérieur avec une qualité de l’air moyenne

Espaces d’habitation et de bureau typiques

Niveau de CO2 de 950 à 1350 ppm

Débit d’air 22 m3/h · P à 36 m3/h · P

Tableau 10: Catégo-ries d’exigences en matière de confort

thermique selon EN ISO 7730.

Tableau 11: Plages de température

adaptées pour les habitations et bu-

reaux conditionnés.

Tableau 12: Valeurs pour une qualité de l’air moyenne selon

EN 13779.

Asymétrie de la température de rayonnement en K

Part d’insatisfaits en%

100

1

10

plafond chaudmur froid

plafond froid

mur chaud

0 5 10 15 20 2515 30 35

Illustration 14: Part prévisible d’insatis-

faits en raison de l’asymétrie de la température de

rayonnement. (norme SIA 180)


1.5 Principes de base de l’«aération douce»

Le principe de base essentiel est éminem-ment simple: moins un bâtiment perd de chaleur par temps froid, et moins la chaleur du soleil et l’humidité y pénètrent par les fenêtres en été, plus il est facile de garantir un climat intérieur acceptable. L’eau de refroidissement est encore souvent pro-duite par un climatiseur ou est utilisée en tant que «rejets de chaleur» (ou rejets ther-miques) d’une pompe à chaleur réversible. Les énergies renouvelables, tout comme l’utilisation directe de la fraîcheur des eaux souterraines ou des sondes géothermiques, sont préférables à une production de froid motorisée.

Refroidissement nocturne: Lorsque l’air nocturne est suffisamment froid, la masse du bâtiment peut être préparée à la chaude journée qui s’annonce par un refroidisse-ment naturel. En présence de conditions climatiques relativement chaudes, ce «re-froidissement préliminaire» est assisté par un climatiseur. Cette stratégie permet de modérer la puissance de refroidissement de pointe et de décaler une partie du travail de refroidissement pendant les horaires nocturnes. Très souvent, ce refroidissement gratuit permet d’abaisser suffisamment la température du bâtiment sans intervention du climatiseur.

Diffusion de chaleur: Le transfert ther-mique est proportionnel à la surface expo-sée, à la capacité d’isolation thermique et à la différence de température entre l’exté-rieur et l’intérieur. L’effet de chauffe de la source de chaleur dépend de sa surface (dimension et texture), de sa forme et de sa température moyenne de surface.

La grande surface du plancher chauffant permet de fonctionner à des températures de service relativement basses. Dans l’idéal, celles-ci sont supérieures de seule-ment 2 K à la température minimale sou-haitée de l’air intérieur lorsque la tempéra-ture extérieure est au plus bas. En d’autres termes, l’isolation de l’enveloppe du bâti-

Illustration 15: Flux thermique chauf-fage/refroidisse-

ment. (Source: Ro-bert Meierhans)

Illustration 16: Une mauvaise isolation

oblige à utiliser une puissance de

chauffe élevée pour une température

élevée de la surface de chauffe (à

gauche). Une bonne isolation permet d’avoir une puis-sance de chauffe

plus faible pour une température plus

basse de la surface de chauffe (à

droite). La meilleure isolation permet,

pour la même sur-face de chauffe,

d’avoir une tempé-rature de surface

plus basse. (Source: Robert Meierhans)

Illustration 17: Surface de chauffe

relativement petite (à gauche), plus

grande surface pos-sible (à droite). (Source: Robert

Meierhans)

Illustration 18: Chauffage et refroi-dissement avec des surfaces chauffées

et refroidies. (Source: Robert

Meierhans)

=

90/70°C

=

6/12°C

La chaleur est dégagée: chauffage

La chaleur est absorbée: refroidissement

=

90/70 °C (jadis)

=

40/30°C

Faible isolation: puissance de chauffe élevée pour une tem-pérature de surface plus élevée

Bonne isolation: puissance de chauffe plus faible pour une température de surface plus basse

=

45°C

22°C=

Surface de corps de chauffe relativement faible

Plus grande surface possible

20 °C22 °C 26 °C22 °C

7 W/m2K 11 W/m2K

11 W/m2K 7 W/m2K

ment doit être dimensionnée de manière à permettre un chauffage du local à 20 °C avec une température de surface de 22 °C. La température de surface maximale dé-pend ainsi de l’isolation thermique de l’en-veloppe du bâtiment, et de la température de l’air extérieur la plus basse d’un endroit. Cette propriété est avantageuse pour deux raisons:

]] Le chauffage devient autorégulant, c’est-à-dire qu’en cas d’apport extérieur de cha-leur, par exemple par le rayonnement so-


1.6 Energie et technique du bâtiment

La «source d’énergie» est, dans un système fermé, tout élément qui met à disposition l’énergie, principalement par transforma-tion à partir d’une autre forme d’énergie, tandis que l’«agent énergétique» est l’unité quantifiable et mesurable qui contient ou transfère l’énergie.

Les agents énergétiques fossiles com-prennent le charbon, le gaz naturel, le pétrole et le méthane. Tous les agents énergétiques fossiles ont en commun le fait qu’ils ne sont présents qu’en quantité limitée et que leur utilisation est liée à des émissions de CO2 plus ou moins impor-tantes. Sources d’énergie non renouve-lables: charbon (houille, lignite), tourbe, pétrole, sables et schistes bitumeux, gaz naturel, hydrate de gaz, uranium, pluto-nium.

Sources d’énergie renouvelables: bio-masse, géothermie, énergie solaire, éner-gie hydraulique, énergie éolienne.

Définitions et notions: SIA 416/1, cahier technique SIA 2025, cahier technique SIA 2031, cahier technique SIA 2032

Energie primaire (énergie brute): L’éner-gie primaire désigne les agents énergé-tiques que l’on trouve dans la nature et qui ne sont soumis à aucune transformation ni à aucun traitement, indépendamment du fait qu’ils soient ou non directement utili-sables sous cette forme brute; c’est-à-dire l’énergie dans son état initial quel qu’il soit, tel qu’il est disponible pour une utili-sation industrielle. Par exemple pétrole, gaz naturel, houille, uranium, eau cou-rante, bois de chauffage et autre bio-masse, rayonnement solaire, vent, chaleur environnante (énergie environnementale), chaleur terrestre. L’énergie primaire est habituellement divisée en agents énergé-tiques non renouvelables et renouvelables (régénératifs).

laire, et ainsi d’augmentation de la tempé-rature de l’air intérieur, il ne dégage plus aucune chaleur car l’écart de température entre la surface de chauffage et l’air inté-rieur se réduit jusqu’à «zéro degré K».

]] L’illustration 18 montre qu’un plancher adapté à un chauffage autorégulant per-met également une fonction de refroidisse-ment en été. Cela s’applique notamment dans les constructions à plusieurs étages, dans lesquelles la puissance de chauffe et de refroidissement se répartit sur les plan-chers et les plafonds.

Pour chaque degré Kelvin (degré Celsius) de différence de température entre l’air ambiant et la surface de plafond, l’échange thermique possible pour le chauffage s’élève à env. 7 W/m2 et pour le refroidis-sement à env. 11 W/m2. Pour la différence de température de surface entre l’air am-biant et la surface de plancher, la valeur correspondante pour le chauffage s’élève à 11 W/m2 et pour le refroidissement à 7 W/m2. Dans l’exemple ci-dessus, le chauf-fage s’effectue ainsi avec 2 fois 18 W/m² = 36 W/m² et le refroidissement avec 4 fois 18 W/m² = 72 W/m².

Dans le cas d’une installation de clima-tisation qui fait circuler l’air ambiant 3 à 6 fois par heure, il faudrait, pour obtenir les mêmes performances, introduire de l’air à 26 ou à 14 °C. Avec ce système, l’air chaud a tendance à rester suspendu au plafond en hiver, l’air froid à provoquer des phéno-mènes de courants d’air en été. Si l’on veille à respecter ces principes, les construc-tions sont plus robustes et sont ainsi plus flexibles pour des utilisations très variables, sans qu’il soit nécessaire de modifier la technique du bâtiment.

Les principales conditions]] Bâtiment de forme simple et part vitrée

soigneusement dimensionnée]] Ajustement des masses thermiques du

bâtiment et des surfaces des locaux pour l’absorption des intrants thermiques so-laires]] Protection thermique estivale et hivernale


industriels utilisés comme énergie pour l’exploitation.

Energie d’usage: énergie mise à disposi-tion chez le consommateur immédiate-ment avant la dernière étape de transfor-mation (en énergie utile). L’énergie d’usage est ainsi par exemple le courant électrique acheminé jusqu’aux bornes du moteur électrique ou de l’ampoule, ou l’eau chaude qui coule dans les corps de chauffe.

Energie utile: énergie disponible pour l’utilisateur après la dernière transformation (à la sortie des appareils consommateurs d’énergie, p. ex. au niveau de l’arbre d’en-traînement du moteur, au niveau du corps de chauffe dans la chambre), dans la forme technique nécessaire à l’objectif poursuivi.

Energie secondaire: énergie ayant été collectée par transformation à partir d’une énergie primaire ou d’une autre énergie secondaire (le processus ayant généré des pertes par transformation) et disponible pour une transformation ultérieure ou pour l’utilisation directe. Exemples: pro-duits pétroliers (mazout, essence, diesel etc.), gaz liquide, coke, biogaz, électricité, chauffage à distance, rejets thermiques.

Energie finale: énergie prélevée ou ache-tée par le consommateur final (p. ex. une exploitation industrielle, un bâtiment, un ménage) à des fins de transformation et d’utilisation. Exemples: mazout, gaz natu-rel, chauffage à distance (sous forme d’eau chaude ou de vapeur industrielle), électricité prélevée dans le réseau, rejets

Energie primaire

Transport Transformation

Energie secondaire

TransportDistribution

Energie fournie

Consommation non énergétique

Pertes par transport et par transformation, besoin propre

Energie fournie en retour

Périmètre de bilan

TransformationDistribution

Energie finale

Production d’énergie individuelle

Energie d’usage

Dernière transformation

Energie utile

Pertes par transformation et par distribution

Pertes par transformation

Chaleur rejetée non utiliséeChaleur, force, lumière

Consommation non énergétique

Pertes par transport et par distribution, besoin propre

Illustration 19: Etapes de la trans-formation de l’éner-gie, de l’énergie pri-maire à l’énergie utile, schématique-ment. (Source: norme SIA 410; en consultation)


Objectif d’utilisation

Chaleur ambiante

Production d’eau chaude

Refroidissement ambiant/déshu-midification

Ventilation Humidifi-cation

Eclairage Autres installa-tions

Equipe-ments

Production d’électricité

Total

Ener

gie

uti

le

Service énergé-tique

Confort thermique

Eau chaude Confort thermique Renouvelle-ment d’air

Humidifica-tion

Eclairage Gestion du bâti-ment, transport…

Cuisine, in-formatique etc.

Energie ther-mique utile

Besoin en chaleur utilePuissance ther-mique

Besoin en cha-leur pour l’ECSPuissance pour l’ECS

Besoin de froid de climatisationPuissance frig. de climatisation

Energie non définie au niveau utile

↓ ↓ ↓

Tech

niq

ue

du

bât

imen

t

Installation tech-nique du bâti-ment

Installation de chauffage

Installation de production d’ECS

Installation de climatisation

Installation de ventila-tion

Humidifica-teur

Installation d’éclairage

Autres installations Appareils divers

Installation photovol-taïque, CCF

Installations tech-niques partielles du bâtiment

Générateur de chaleurAccumulateur de chaleurDistribution de chaleur

Générateur de chaleur pour l’ECSAccumulateur d’ECSDistribution d’ECS

Générateur de froidAccumulateur de froidDistribution de froid

Déperdition de chaleur

… de l’installa-tion de chauffage

… de l’installa-tion de produc-tion d’ECS

… de l’installation de climatisation

Energie auxiliaire … de l’installa-tion de chauffage



↓ ↓ ↓

Ener

gie

fin

ale

Energie nette fournie

Energie de chauf-fagePuissance de chauffe

Energie pour l’ECSPuissance pour l’ECS

Energie de climati-sationPuissance de climatisation

Energie pour la ven-tilation

Energie pour l’humi-dification

Energie pour l’éclairage

Energie pour autres installations

Energie pour des équipe-ments

Electricité is-sue d’énergies renouvelables

Energie totale

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Ener

gie

po

nd

érée

Facteurs de pon-dération


Facteurs de pondération




Facteurs de pondé-ration



Facteurs de pondéra-tion

Energie nette pondérée fournie

Indice énergé-tique partiel pour le chauffage

Indice énergé-tique partiel pour l’eau chaude

Indice énergétique partiel pour la cli-matisation/la dés-humidification

Indice éner-gétique par-tiel pour la ventilation

Indice éner-gétique par-tiel pour l’humidifica-tion

Indice éner-gétique par-tiel pour l’éclairage

Indice énergétique partiel pour autres installations

Indice éner-gétique par-tiel pour les équipements

Indice énergé-tique partiel pour l’électri-cité issue d’énergies re-nouvelables

Indice énergé-tique

Rejets thermiques: la chaleur non utili-sable dans un processus. La chaleur déga-gée est soit rejetée dans l’environnement, soit acheminée dans un autre système via des installations de récupération de cha-leur. Les agents de transport des rejets thermiques sont par exemple l’air rejeté, l’eau de refroidissement, les vapeurs reje-tées, les gaz de combustion des foyers et les gaz d’échappement des moteurs à combustion. Selon l’agent de transport des rejets thermiques et le niveau de tempéra-ture, on dispose de différentes possibilités d’utilisation.

Pouvoir calorifique supérieur: quantité de chaleur dégagée en cas de combustion complète d’un combustible, lorsque la va-peur d’eau générée lors de la combustion se condense.

Autoproduction d’énergie: au sein du périmètre de bilan, l’énergie produite à partir d’énergies renouvelables (avec des capteurs solaires, des cellules solaires etc.), qui est soit utilisée au sein du périmètre de bilan, soit fournie en retour à un système commercial. L’utilisation passive de l’éner-gie solaire ne fait pas partie de l’autopro-duction d’énergie.

Autoproduction d’énergies renouve-lables: autoproduction d’énergie à partir d’énergies renouvelables (avec des capteurs solaires, des cellules solaires etc.). L’utilisa-tion passive de l’énergie solaire ne fait pas partie de l’autoproduction d’énergie.

Pouvoir calorifique inférieur: quantité de chaleur dégagée lors de la combustion complète d’un combustible, lorsque la va-peur d’eau générée lors de la combustion ne se condense pas.

Energie grise: quantité totale d’énergie primaire non renouvelable nécessaire pour tous les processus amont, de l’exploitation de la matière première jusqu’à l’élimination en passant par les processus de fabrication et de traitement, y c. les transports et outils requis. Elle est également appelée dépense énergétique non renouvelable cumulée.

Tableau 13: Niveaux de l’énergie dans la technique du bâti-ment. Cahier tech-

nique SIA 2025.


Objectif d’utilisation

Chaleur ambiante

Production d’eau chaude

Refroidissement ambiant/déshu-midification

Ventilation Humidifi-cation

Eclairage Autres installa-tions

Equipe-ments

Production d’électricité

Total

Ener

gie

uti

le

Service énergé-tique

Confort thermique

Eau chaude Confort thermique Renouvelle-ment d’air

Humidifica-tion

Eclairage Gestion du bâti-ment, transport…

Cuisine, in-formatique etc.

Energie ther-mique utile

Besoin en chaleur utilePuissance ther-mique

Besoin en cha-leur pour l’ECSPuissance pour l’ECS

Besoin de froid de climatisationPuissance frig. de climatisation

Energie non définie au niveau utile

↓ ↓ ↓

Tech

niq

ue

du

bât

imen

t

Installation tech-nique du bâti-ment


Installation de production d’ECS

Installation de climatisation

Installation de ventila-tion

Humidifica-teur

Installation d’éclairage

Autres installations Appareils divers

Installation photovol-taïque, CCF

Installations tech-niques partielles du bâtiment

Générateur de chaleurAccumulateur de chaleurDistribution de chaleur

Générateur de chaleur pour l’ECSAccumulateur d’ECSDistribution d’ECS

Générateur de froidAccumulateur de froidDistribution de froid

Déperdition de chaleur

… de l’installa-tion de chauffage



Energie auxiliaire … de l’installa-tion de chauffage



↓ ↓ ↓

Ener

gie

fin

ale

Energie nette fournie

Energie de chauf-fagePuissance de chauffe

Energie pour l’ECSPuissance pour l’ECS

Energie de climati-sationPuissance de climatisation

Energie pour la ven-tilation

Energie pour l’humi-dification

Energie pour l’éclairage

Energie pour autres installations

Energie pour des équipe-ments

Electricité is-sue d’énergies renouvelables

Energie totale

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Ener

gie

po

nd

érée







Facteurs de pondé-ration



Facteurs de pondéra-tion

Energie nette pondérée fournie

Indice énergé-tique partiel pour le chauffage

Indice énergé-tique partiel pour l’eau chaude

Indice énergétique partiel pour la cli-matisation/la dés-humidification

Indice éner-gétique par-tiel pour la ventilation

Indice éner-gétique par-tiel pour l’humidifica-tion

Indice éner-gétique par-tiel pour l’éclairage

Indice énergétique partiel pour autres installations

Indice éner-gétique par-tiel pour les équipements

Indice énergé-tique partiel pour l’électri-cité issue d’énergies re-nouvelables

Indice énergé-tique


Caractéristiques des agents énergétiques

Agent énergétique final Facteur de pondération énergétique

Facteur d’éner-gie primaire

Part d’énergie primaire re-nouvelable

Emissions de gaz à effet de serre spécifiques

Référence EnDK SIA 2031 SIA 2031 SIA 2031

g/MJ g/kWh

Combustibles solides

Coke 1,0 1,66 0,7 % 120 g/MJ 432 g/kWh

Briquettes 1,0 1,19 0,6 % 107 g/MJ 385 g/kWh

Bois en bûches 0,7 1,06 95,2 % 3 g/MJ 11 g/kWh

Bois déchiqueté 0,7 1,14 94,6 % 3 g/MJ 11 g/kWh

Granulés de bois 0,7 1,22 83,0 % 10 g/MJ 36 g/kWh

Combustibles liquides

Mazout 1,0 1,24 0,7 % 82 g/MJ 295 g/kWh

Propane 1,0 1,15 0,5 % 67 g/MJ 241 g/kWh

Butane 1,0 1,15 0,5 % 67 g/MJ 241 g/kWh

Combustibles gazeux

Gaz naturel 1,0 1,15 0,5 % 67 g/MJ 241 g/kWh

Propane 1,0 1,15 0,5 % 67 g/MJ 241 g/kWh

Butane 1,0 1,15 0,5 % 67 g/MJ 241 g/kWh

Biogaz (avec 40 à 75 % de méthane) 0,7 0,48 8,2 % 38 g/MJ 137 g/kWh

Electricité

Production indigène (électricité issue de. . .)

Mix de consommateurs Suisse 2,0 2,97 15 % 43 g/MJ 155 g/kWh

Centrale hydroélectrique (sans accu-mulation par pompage)

2,0 1,22 97 % 3 g/MJ 11 g/kWh

Centrale hydroélectrique (accumula-tion par pompage)

2,0 4,25 15 % 55 g/MJ 198 g/kWh

Photovoltaïque 2,0 1,66 76 % 25 g/MJ 90 g/kWh

Energie éolienne 2,0 1,33 92 % 8 g/MJ 29 g/kWh

Biomasse (bois) 2,0 3,80 96 % 32 g/MJ 115 g/kWh

Biogaz 2,0 0,20 20 % 52 g/MJ 187 g/kWh

Energie nucléaire 2,0 4,08 0,1 % 5 g/MJ 18 g/kWh

Pétrole 2,0 3,36 2 % 277 g/MJ 997 g/kWh

Gaz naturel 2,0 3,30 1 % 205 g/MJ 738 g/kWh

Déchets 2,0 0,02 0 % 2 g/MJ 7 g/kWh


Utilisation standard: conditions d’utilisa-tion à prendre en compte lors du calcul de la valeur du projet, lorsque celle-ci doit être comparée aux valeurs limites et cibles. Les valeurs d’utilisation standard des utili-sations de locaux figurent dans le cahier technique SIA 2024.

Récupération de chaleur: lors de la récu-pération de chaleur, les rejets thermiques utilisables générés lors d’un processus ou dans une installation (p. ex. installation de ventilation) sont réacheminés vers le même système sans décalage temporel, en tant que chaleur utile (chaleur récupérée). Cela permet d’accroître considérablement le rendement global du système. Exemples: ]] Récupération de chaleur à partir de l’air

rejeté d’une installation mécanique de ven-tilation et de climatisation]] Réacheminement des rejets thermiques

industriels dans un processus de lavage (p. ex. lave-vaisselle)]] Récupération de chaleur des eaux usées

dans une piscine

Energie auxiliaire: électricité consom-mée par les installations techniques du bâtiment afin de transformer l’énergie fournie en énergie utile.

Facteur de pondération énergétique: facteur d’évaluation fixé par la politique énergétique. Les facteurs de pondération énergétiques EnDK sont publiés sur le site Internet de la Conférence des directeurs cantonaux de l’énergie (www.endk.ch).

Périmètre de bilan: périmètre englobant le bâtiment (ou les parties du bâtiment pour lesquelles on souhaite effectuer le calcul du bilan énergétique), y c. les instal-lations extérieures associées. Il définit en particulier les limites par rapport au bâti-ment voisin ou aux parties de bâtiment qui ne doivent pas être incluses dans le calcul.

Groupe de locaux, zone: groupe de lo-caux disposant de conditions similaires vis-à-vis des équipements ou de l’éclairage ou pour la ventilation et la climatisation (va-leurs limites et valeurs cibles identiques). Le regroupement des locaux peut être dif-férent selon l’objectif d’utilisation.

Utilisation des locaux: les locaux sont affectés, sur la base de leur utilisation pré-dominante, à l’une des environ 40 utilisa-tions possibles selon le cahier technique SIA 2024.

Production étrangère (électricité issue de . . .)

Centrale hydroélectrique (sans accu-mulation par pompage)

2,0 1,23 97 % 3 g/MJ 11 g/kWh

Photovoltaïque 2,0 1,74 74 % 25 g/MJ 90 g/kWh

Energie nucléaire 2,0 4,25 0 % 5 g/MJ 18 g/kWh

Pétrole 2,0 3,85 0 % 277 g/MJ 997 g/kWh

Gaz naturel 2,0 3,22 0 % 180 g/MJ 648 g/kWh

Charbon 2,0 3,92 2 % 344 g/MJ 1238 g/kWh

Source non vérifiable (mix électrique UCTE*)

2,0 3,53 6 % 165 g/MJ 594 g/kWh

* UCTE: Union for the Coordination of Transmission of Electricity (Union pour la coordination du transport de l’électricité)

Tableau 14: Caracté-ristiques des agents énergétiques.


Pouvoirs calorifiques supérieur et inférieur des agents énergétiques

Agents énergétiques Densité Pouvoir calorifique Pouvoir calorifique Rapport entre pouvoirs

kg/l MJ/kg kWh/kg MJ/kg kWh/kg

Produits pétroliers]] Mazout extra-léger]] Propane (liquide)]] Butane (liquide)]] Essence]] Diesel]] Carburants aviation

0,840,510,580,740,840,82

42,646,345,742,542,843,0

11,812,912,711,811,911,9

45,050,349,545,845,745,7

12,514,013,812,712,712,7

0,940,920,920,930,940,94

Charbon]] Houille]] Lignite

28,120,1

7,85,6

29,320,9

8,15,8

0,960,96

kg/m3 MJ/kg kWh/kg MJ/kg kWh/kg

Bois]] Bois en bûches (tendre) ]] Bois en bûches (dur)]] Bois déchiqueté (tendre)]] Bois déchiqueté (dur)]] Charbon de bois]] Granulés de bois

Taux d’humi-dité20 %20 %50 %50 %5 % – 35 %8 % – 11 %

540780675975250

1200

15,715,012,411,630,016,7

4,44,23,43,28,34,6

17,016,313,613,131,018,3

4,74,53,83,68,65,1

0,920,920,910,890,960,91

Déchets]] Combustion des déchets 11,9 3,3

kg/m3 MJ/m3 kWh/m3 MJ/m3 kWh/m3

Gaz]] Gaz naturel ]] Biogaz (40 – 75 % de méthane)]] Méthane]] Propane

0,761,01 – 1,46

0,722,012,70

36,314,4 – 27,0

35,993,1117,8

10,14,0 – 7,5

10,025,932,7

40,315,9 – 29,9

39,8101,2125,9

11,24,4 – 8,3

11,128,135,0

0,900,900,900,920,94

RemarquesBois: les indications en kg/m3 se rapportent au mètre cube solide (bois déchiqueté: 1 mètre cube solide = 2,8 mètres cubes de bois déchiqueté; granulés: 1 mètre cube solide = 1,8 mètre cube de vrac; gaz: par m3 normalisé (0 °C, 1013 mbar).

Tableau 15: Pouvoirs calorifiques supérieur et inférieur des agents énergétiques (Sources: SIA 416/1; Statistique globale de l’énergie; Recknagel/Sprenger/Schramek; Energie-bois Suisse; Union pétro-

lière; Ecoinvent; Atlas thermique VDI).


peuvent également s’appliquer à d’autres composants et dispositifs, par exemple à l’espace de stockage du bois de chauffage. Les données montrent que le besoin en énergie pour la production de l’eau chaude d’une maison individuelle se situe autour de 3500 kWh/an. La couverture des pertes par transmission requiert environ 1000 kWh/an, contre 500 kWh/an pour les pertes par la ventilation. Le diagramme des fréquences cumulées des températures extérieures de l’illustration 21 montre qu’environ deux tiers de toutes les valeurs d’une année (données météo de Zurich) se situent au-dessus de 5 °C, ce qui signifie que l’air en tant que source d’énergie pré-sente à peu près la même température qu’une sonde géothermique traditionnelle.

La pompe à chaleur à sonde géothermique présente un COP de 3 à 4, tout comme la pompe à chaleur à air extérieur. Celle-ci s’en tire toutefois généralement mieux que l’installation à sonde géothermique, car la production d’eau chaude s’effectue sur toute l’année, même lors des chaudes jour-nées d’été, avec des températures de l’air sensiblement plus élevées. En outre, la température critique pour la comparaison des deux types de PAC est d’environ 5 °C, ce qui signifie que pour les 35 % restants des températures hivernales, la sonde géo-

Réflexions conceptuelles: toutes les constructions sont équipées d’une pompe à chaleur. Les deux plus anciennes (1970 et 1990) sont rénovées, la maison de 2010 est une construction nouvelle et est la seule à être équipée d’une installation de ventila-tion (tableau 16).

Pompe à chaleur et sonde géother-mique: plus le besoin en énergie du bâti-ment est élevé, plus la pompe à chaleur est puissante et plus la profondeur de la sonde géothermique est importante. La part d’énergie grise augmente en conséquence.

En ce qui concerne les écarts de coûts: une partie des écarts de coûts est utilisée pour réaliser une meilleure enveloppe sur le plan thermique (isolation, fenêtres), pour la ventilation mécanique et pour l’installa-tion photovoltaïque. Ainsi, l’efficacité éner-gétique augmente nettement et la pompe à chaleur peut fonctionner à l’électricité solaire en raison du besoin réduit.

Etant donné que l’on sait que la dépense énergétique la plus importante est liée à la production d’eau chaude, il convient de trouver de meilleures solutions, notam-ment pour l’utilisation de sources d’énergie appropriées. Les exemples de réduction de la puissance du générateur de chaleur

Illustration 20. Concepts intégraux et leur évolution technique: évolu-tion de l’enveloppe du bâtiment et son effet sur la produc-tion de chaleur (exemple de la pompe à chaleur). Pour tous les bâti-ments, surface de référence énergé-tique SRE env. 150 m².

1970 1990 2010

MJ/m2a

800

80

1.7 Exemples de technique du bâtiment interdisciplinaire


Bâtiment 1970 1990 2010

Propriétés ]] Mauvaise isolation (4 cm)]] Déperditions thermiques importantes]] Températures de service élevées (90/70 °C)]] Confort insuffisant

]] Meilleure isolation (10 cm)]] Moins de déperditions ther-miques]] Températures de service plus basses (55/45 °C)]] Confort insuffisant

]] Bonne isolation (plus de 20 cm, valeurs U du mur exté-rieur inférieures à 0,12 W/m²K, de la fenêtre infé-rieures à 1,0 W/m²K)]] Faibles déperditions]] Températures de service basses (30/25 °C)]] Utilisation d’énergies re-nouvelables]] Ventilation contrôlée (36 m3/h personne)]] Bon confort

Déperditions thermiques par transmission

Déperditions thermiques par ventilation

Besoin en énergie pour l’eau chaude

Total

24 000 kWh/a

8 000 kWh/a

8 000 kWh/a

40 000 kWh/a960 MJ/m2a266 kWh/m2a

10 000 kWh/a

8 000 kWh/a

6 000 kWh/a

24 000 kWh/a576 MJ/m2a160 kWh/m2a

1 000 kWh/a

500 kWh/a

3 500 kWh/a

5 000 kWh/a120 MJ/m2a33 kWh/m2a

Rapport entre transmission, ventilation et eau chaude 60 % / 20 % / 20 % 40 % / 35 % / 25 % 20 % / 10 % / 70 %

Puissance du générateur de chaleur

18 kW 12 kW 3 kW

Puissance de raccordement électrique

7 kW 5 kW 1,2 kW

Coefficient de performance annuel de la PAC

3,5 3,5 2,5

Longueur de la sonde géother-mique (40 Wth/m) Longueur to-tale

450 m 300 m 75 m

Coûts de la sonde géothermique 36 000 Fr. 24 000 Fr. 6 000 Fr.

Coûts de la pompe à chaleur 20 000 Fr. 14 000 Fr. 5 000 Fr.

Total 56 000 Fr. 38 000 Fr. 11 000 Fr.

Ecart 45 000 Fr. 27 000 Fr. —

Coûts en% 100 % 68 % 20 %


Conclusions tirées de l’analyse des trois exemples, de 1970 à 2010: l’évolution montre que la dépense énergétique ther-mique nécessaire à la couverture des pertes par transmission est très nettement réduite par l’optimisation de l’enveloppe du bâtiment. Il n’est plus question de dé-pôt d’air froid au niveau des fenêtres, ni d’inconfort dû à des surfaces de mur froides. Une progression considérable en matière de confort. Les déperditions ther-miques par la ventilation diminuent rapi-dement grâce à l’utilisation d’une simple

thermique n’améliore pas de beaucoup la considération globale (illustration 21).

Conclusion: Les meilleurs concepts ne sont pas plus coûteux, si l’on considère le «bâtiment en tant que système» dans sa globalité. Contrairement aux idées reçues, de tels concepts peuvent générer des coûts d’investissement nettement plus bas dans les bâtiments d’habitation et de ser-vices de grande dimension, et nécessiter des coûts d’exploitation, de remise en état et de maintenance plus faibles.

12, 5'523

0

500

1'000

1'500

2'000

2'500

3'000

3'500

4'000

4'500

5'000

5'500

6'000

6'500

7'000

7'500

8'000

8'500

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Température de l’air extérieur [°C]

Nombre d’heures annuel moyen za avec des températures inférieures à

Nombre d’heures

ϑAUL [h]

ϑAUL

Illustration 21: Fré-quence cumulée de la température de l’air extérieur, sur l’ensemble de l’an-née, exploitation 24h/24, lieu Zurich. (Source: SMA 1995)

Tableau 16: Compa-raison de 3 concepts de maison de 1970, 1990 et 2010 (illus-tration 20). Hypothèses: sonde géothermique 80 francs par mètre (sans les raccords et la PAC). La diffé-rence de l’infras-tructure de chauf-fage plus petite etc. est négligeable. Etat unifié des coûts (2010). Les comparaisons se réfèrent à une SRE de 150 m².


société à 2000 watts, mais également d’avoir une technique du bâtiment qui ne serait pas perçue comme une gêne.

Phase de projet avec, en permanence, réflexion et vérification des objectifs. La phase de projet correspond à une itéra-tion de l’architecture, des matériaux, de la structure porteuse et des concepts tech-niques. Grâce à des vérifications pério-diques par des simulations thermiques et des mouvements d’air ambiants, les risques ont pu être réduits au minimum.

Le bâtiment comme système. L’enve-loppe compacte, bien isolée mais malgré tout optimisée sur le plan de la lumière naturelle (avec un grand lanterneau) crée les conditions requises pour une technique du bâtiment optimale. En tant que sources d’énergie, on utilise le rayonnement solaire et la terre. En été, on réalise un soutirage de chaleur (refroidissement direct via les sondes géothermiques) et en hiver un ap-port de chaleur (chauffage au moyen de la pompe à chaleur). Le renouvellement de l’air, nécessaire sur le plan hygiénique, s’ef-fectue via une installation de ventilation avec filtre à particules fines et une récupé-ration maximale de chaleur, qui rend super-flu le réchauffage de l’air à l’aide de la pompe à chaleur. Les locaux sont chauffés et refroidis à l’aide d’un système de com-posants thermoactifs (dalles actives). Celles-ci sont posées dans une chape plus épaisse. Cela permet de respecter la sépa-ration entre le système primaire et le sys-tème secondaire. L’arrivée d’air s’effectue via une ventilation par déplacement inté-grée dans l’aménagement intérieur secon-daire. Le travail en équipe et une vérifica-tion constante des objectifs donnent des résultats optimums. Des simulations pen-dant l’élaboration du projet et sa mise en œuvre, ainsi qu’un automatisme adéquat du bâtiment et des locaux, y contribuent également.

installation de ventilation. Grâce à la récu-pération de chaleur (taux de récupération supérieur à 90 %), la dépense énergétique thermique pour le renouvellement de l’air est négligeable. Une bonne installation de ventilation permet d’obtenir un facteur d’amplification électrothermique (rapport entre l’énergie thermique récupérée et l’énergie électrique investie) pouvant at-teindre 30! Soit 7 fois mieux qu’une pompe à chaleur avec un coefficient de performance annuel de 4,3!

Conclusion]] Une installation de ventilation correcte-

ment dimensionnée comme aération phy-siologique constitue une mesure efficace.]] La pompe à chaleur amène la chaleur

environnementale au niveau de tempéra-ture requis, afin de compenser la part mar-ginale de déperditions thermiques par l’enveloppe.]] La pompe à chaleur air-eau connaît un

second souffle, grâce à la réduction au minimum des déperditions thermiques par l’«enveloppe et le renouvellement de l’air».]] Pour finir, la dépense la plus importante

reste celle dédiée à la production d’eau chaude. Les habitudes des habitants de notre pays sont pour l’essentiel restées in-changées dans ce domaine.

Exemple de la maison des médias de MarbourgUne climatisation «douce», une technique du bâtiment et un concept énergétique conformes aux objectifs de la société à 2000 watts.

L’organisation définit le nécessaire: le concept repose sur un travail en équipe, avec une définition des objectifs et du pro-jet. Exigences du maître d’ouvrage: une maison des médias fonctionnelle avec une grande transparence.

Les exigences en termes d’architecture et de matériaux ont été élaborées et défi-nies au sein d’une équipe de planification interdisciplinaire. L’objectif était de réaliser une technique du bâtiment et un concept énergétique conformes aux objectifs de la


Illustration 22: La maison des médias de Marbourg. Participants au projet: Archi-tectes: Deon Architekten; Concept énergé-tique et technique du bâtiment: Kurt Hil-debrand, Haute-école de Lucerne; Simula-tions du bâtiment: Iwan Plüss, Haute-école de Lucerne.

Illustration 23: Flux d’air dans le local pour une température extérieure de 0 °C, valeur U du vitrage 0,5 W/m²K.


Corps de chauffe statiques

Chauffe-eau à accumulation

Plancher- Chauffage- Refroidissement

Ventilation- Réchauffage de l’air- Refroidissement de l’air

Source de chaleur: sonde géothermique- Sonde géothermique comme source pour la pompe à chaleur- Fraîcheur du sol directement utilisée

Pompe à chaleur

Electricité solaire (photovoltaïque) Utilisation des gains d’électricité, de chaleur, de froid

Illustration 24: Tech-nique du bâtiment dans la maison des

médias de Mar-bourg, schémati-

quement.

Illustration 25: Module GT dans

l’exemple de la mai-son des médias de

Marbourg

Sonde géothermique

Pompe à chaleurAccumulateur tech-

nique de chaleur

Accumulateur tech-nique de froid

Système à double conduite

Plancher chauffant/Refroidissement par le sol

Corps de chauffe au sous-sol

Air extérieur

Appareil de ventila-tion avec récupéra-

teur de chaleur (au sous-sol)

Système à 1 canal Ouverture des volets

de ventilation

Ouverture des impostes

Lumière/électricité/appareils

Armatures/ appareils

Réseau public

Soleil Photovoltaïque/ onduleur

Réseau public

Distribution principale

Conduites sous plancher

Entrée de maison avec détendeur

Chauffe-eau à accumulation

Distribution d’eau chaude

Distribution d’eau froide

Source Transformation Accumulation Distribution Local

Chauffage

Refroidissement

Ventilation

Electricité

Sanitaire

Air extérieur via registre terrestre de 60 m


Distribution de température type bureaux, à l’est

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Standard Ombrage 0.7 Ombrage 0.3 Vitrage 0.5 Vitrage 0.4 RA 2 RA 5

Variante

Part

en

po

ur

cen

t [-

]

<= 22°C 22 - 26°C 26 - 28°C 28 - 30°C > 30°C

1 2 3 4 5 6 7

Illustration 26: La maison des médias au crépuscule.

Variante 1 (standard) Ombrage transparence: 0.5 [–]

RA: renouvellement d’air Valeur g du vitrage: 0.62 [–]

Ventilation: 2 x 36 m3/h => env. RA 1/h

Variante 2 (ombrage 0,7) Ombrage transparence: 0.7 [–]

Variante 3 (ombrage 0,3) Ombrage transparence: 0.3 [–]

Variante 4 (vitrage 0,5) Valeur g du vitrage: 0.5 [–]

Variante 5 (vitrage 0,4) Valeur g du vitrage: 0.4 [–]

Variante 6 (RA 2) RA ventilation 2/h (la nuit)

Variante 7 (RA 5) RA ventilation 5/h (la nuit)

Illustration 27: Simulation thermique – Aperçu des variantes. Parts des niveaux de température sur le temps de service total de 1215 heures (100 %) pour 7 variantes de technique du bâtiment.

Illustration 28: Principaux compo-sants d’une installa-tion de chauffage

2.1 Composants d’une installation de chauffage

Installations de chauffage

1 2 3 3

4 4

4

5

6

77 7

8

88

888

9 9

10 10

EmEmAEGen

CEA

11

ECS

EF

Chapitre 2

Reto von Euw

1 Générateur de chaleur (Gen)

Un générateur de chaleur transforme l’énergie finale et éventuellement d’autres énergies apportées en chaleur directement utilisable. Il transmet la chaleur à un fluide de chauffage.

2 Accumulateur d’énergie (AE)

Un accumulateur assure l’équilibre temporel entre la demande et le besoin en énergie. Les accumulateurs d’énergie permettent entre autres de pallier les temps de délestage de l’entreprise d’approvisionnement en électricité et de réduire la fréquence de commutation du générateur de chaleur. En principe, on différencie les accumulateurs d’énergie selon leur fonction:]] Accumulateur technique: découplage hydraulique et

réduction de la fréquence de commutation]] Accumulateur thermique: stockage de l’énergie ther-

mique pour la couverture des besoins de pointe et le comblement des temps de délestage

3 Emission de chaleur (Em)

L’émission de chaleur dans un local s’effectue la plupart du temps à l’aide de corps de chauffe, d’un plancher chauffant ou de dalles actives.

4 Circulateur (P)(voir le paragraphe «Hydraulique des instal-lations de chauffage»)

Le circulateur achemine l’eau de chauffage à travers un circuit défini. Dans le cas des circulateurs de chauffage, on différencie les circulateurs non régulés et les circula-teurs régulés.

5 Soupape de sécurité (SS)

Si les dispositifs de régulation et de limitation thermos-tatiques tombent en panne, ou suite à une erreur de commande, il peut se produire une augmentation de pression dangereuse dans un circuit hydraulique. Dans ce cas, la soupape de sécurité s’ouvre.

34Installations de chauffage

6 Vase d’expansion Dans les installations de chauffage, on observe une variation continue de température et donc, une varia-tion de la densité et du volume de l’eau. Lors du chauf-fage de l’eau, le vase d’expansion absorbe l’augmenta-tion de volume et lors d’un refroidissement, la relâche dans le réseau.

7 Régulateur Les régulateurs assurent le respect des valeurs de consigne prédéterminées (p. ex. température ambiante, température de départ). Les sondes de mesure enre-gistrent la valeur réelle et, au moyen des organes de régulation (p. ex. vannes, clapets) permettent de régler les grandeurs à réguler.En principe, on différencie, au sein de la technique de régulation, la régulation et la commande. Dans la régu-lation, la valeur réelle est enregistrée. Lorsque celle-ci diverge de la valeur de consigne, l’organe de régulation s’active. On parle alors de circuit de régulation fermé (p. ex. régulation de la température ambiante).La commande agit sur un circuit de régulation ouvert. La valeur réelle n’est alors pas comparée à la valeur de consigne (p. ex. installation d’extraction d’air simple avec mode de temporisation pour enclencher et déclen-cher).

8 Sonde (S) Les sondes enregistrent la valeur réelle et la trans-mettent à l’appareil de régulation. On différencie les sondes et les thermostats. Pour ce qui est des sondes, la valeur de consigne est réglée au niveau de l’appareil de régulation. A l’inverse, dans le cas des thermostats, la valeur de consigne est réglée directement sur place.

9 Organe de régulation Les organes de régulation (p. ex. vannes, clapets) se composent du servomoteur et de l’actionneur. L’organe de régulation règle, sur la base du signal d’entrée, une grandeur (p. ex. course) dans l’actionneur.

10 Sonde de température extérieure (voir la sec-tion «Régulation de la température de départ en fonction des condi-tions climatiques»)

Une régulation de chauffage utilise le plus souvent une méthode de régulation en fonction de la température extérieure. La température de départ est alors réglée en fonction de la température extérieure. C’est la courbe de chauffe qui définit quelle température de départ est nécessaire pour quelle température extérieure.

11 Chauffe-eau à accu-mulation (CEA)

Accumulateur d’eau chaude sanitaire (AEC)

Un chauffe-eau à accumulation (CEA) est un système de production d’eau chaude sous la forme d’un réser-voir contenant des surfaces de chauffe intégrées dans lesquelles l’eau froide est chauffée et stockée.

Un accumulateur d’eau chaude sanitaire (AEC) est un réservoir de stockage d’eau chaude sanitaire sans sur-faces de chauffe intégrées.


2.2 Hydraulique des installa-tions de chauffage

Afin de mettre à disposition la chaleur né-cessaire dans les bâtiments, de la distri-buer et de la diffuser au bon endroit, on utilise des réseaux hydrauliques. Parmi les installations du bâtiment, on distingue 6 circuits de base pour des réseaux de ce type:]] Circuit mélangeur]] Circuit direct]] Circuit d’étranglement]] Circuit de déviation (désormais non obli-

gatoire en Suisse pour les constructions nouvelles)]] Circuit d’injection avec organe de régula-

tion à 3 voies (désormais non obligatoire en Suisse pour les constructions nouvelles)

1

Gen Em

2

Gen Em

3

Gen Em

4

Gen Em

5

Gen Em

6

Gen Em

Illustration 29: Cir-cuits hydrauliques de base (source: norme SIA 384/1) 1 Circuit mélangeur 2 Circuit direct 3 Circuit d’étrangle-ment 4 Circuit de dévia-tion 5 Circuit d’injection 6 Circuit d’injection avec organe de ré-gulation à 2 voies Gen Générateur ou échangeur de cha-leur Em Emission de cha-leur (p. ex. corps de chauffe, réchauf-feur d’air)

]] Circuit d’injection avec organe de régula-tion à 2 voies

Dans les exemples suivants, on abordera uniquement le circuit mélangeur (circuit de base 1) et le circuit d’injection avec organe de régulation à 2 voies (circuit de base 6). Ceux-ci sont les circuits les plus utilisés dans les installations du bâtiment.


Illustration 31: Cir-cuit mélangeur avec déviation interne 1 Organe de régula-tion,2 Circulateur3 Sonde4 Organe d’équili-brage5 Sonde extérieure6 Régulateur 7 Limiteur de tem-pérature de sécu-rité pour le plan-cher chauffant

Circuit mélangeurMode de fonctionnementDans le cas du circuit mélangeur, l’eau de retour est mélangée à l’eau de départ à la température souhaitée (température de départ du groupe de chauffage). La tempé-rature de départ souhaitée du groupe de chauffage est définie à l’aide de la courbe de chauffe et dépend de la température extérieure. En cas d’utilisation de vannes thermostatiques, le débit massique dans le circuit de distribution de chaleur est va-riable. Dans ce cas, il convient d’utiliser un circulateur régulé.

Circuit mélangeur avec déviation interne: si la température de départ produite par le générateur de chaleur, dans les conditions de conception (mode de pleine charge), est supérieure à la température de départ dans le groupe de chauffage, une dévia-tion interne doit être intégrée dans le cir-cuit mélangeur. Le mélange continu de l’eau de retour refroidie via la déviation fait baisser la température de départ. L’organe de régulation dispose ainsi de la course complète pour la régulation. Cela permet d’exploiter de façon optimale la capacité de régulation de l’organe de régulation.

Caractéristiques]] Basse température de retour pour une

faible charge (parfaitement appropriée aux générateurs de chaleur à condensation)]] Débit massique constant avec tempéra-

ture de départ variable dans le circuit des

consommateurs, dans la mesure où aucun régulateur de débit massique (p. ex. vanne thermostatique) n’est utilisé pour l’émis-sion de chaleur.]] Répartition homogène de la température

sur le circuit de chauffage]] Faible risque de gel pour les chauffeurs

d’air]] En présence de distributeurs sans pres-

sion différentielle (petites installations), aucune pompe principale n’est requise. Le débit massique est ainsi variable via le gé-nérateur de chaleur.

Domaine d’application]] Régulation des corps de chauffe et des

planchers chauffants]] Chauffeurs d’air avec risque de gel]] Installations avec générateurs de chaleur

basse température (générateurs de chaleur à condensation; chaudières à condensa-tion) ou pompes à chaleur

Circuit d’injection avec organe de ré-gulation à 2 voiesMode de fonctionnementSelon le réglage de la vanne à 2 voies (4), une quantité d’eau de départ plus ou moins importante est injectée depuis le générateur de chaleur dans le circuit de chauffage. Comme dans le cas du circuit mélangeur, la température de départ du circuit de chauffage est, dans le circuit d’injection, également déterminée par la courbe de chauffe définie et dépend de la température extérieure. Si l’on utilise des

Illustration 30: Circuit mélangeur (circuit de base 1)

1 Organe de régu-lation,

2 Circulateur3 Sonde

4 Organe d’équilibrage

5 Sonde extérieure 6 Régulateur

7 Limiteur de tem-pérature de sécu-rité pour le plan-

cher chauffant

1

23

4

5

6

EmGen

7 7

1

23

4

4

5

6

Gen Em


vannes thermostatiques, les mêmes procé-dures que pour le circuit mélangeur s’ap-pliquent.

Caractéristiques]] Basse température de retour]] Répartition homogène de la température

sur le circuit de chauffage]] Faible risque de gel pour les chauffeurs

d’air]] Dans le cas des circuits d’injection dotés

d’un organe de régulation à 2 voies, il convient de toujours utiliser une pompe principale.]] Le débit massique à travers le générateur

de chaleur est variable.

Domaine d’application]] Pompes à chaleur et charge d’eau

chaude sanitaire]] Installations avec générateurs de chaleur

basse température (générateurs de chaleur à condensation; chaudières à condensation ou pompes à chaleur)]] Raccordements directs au chauffage à

distance]] Régulation des corps de chauffe et des

planchers chauffants Maintien de la température de retour de chaudièreLes gaz de combustion contiennent de l’humidité (provenant du combustible et de l’air de combustion) sous forme de vapeur d’eau. Si l’on souhaite utiliser cette teneur énergétique, il faut refroidir l’air repris

jusqu’à ce que des gouttes d’eau (conden-sat) se forment. Les chaudières qui utilisent la chaleur de condensation sont appelées chaudières à condensation. Dans ce cas, une température de retour plus basse per-met la condensation et ainsi une utilisation de l’effet de condensation.

Si l’on utilise des chaudières qui ne ré-pondent pas, en termes de structure, aux exigences techniques et matérielles spé-ciales qui leur permettraient d’utiliser la chaleur de condensation, la température de retour de ces chaudières ne doit pas des-cendre en dessous du point de rosée du combustible respectif. Cela peut être ga-ranti par un circuit hydraulique: le maintien de la température de retour de la chaudière.

Mode de fonctionnementSi la température de retour (θK,Ret,min.) est inférieure au point de rosée du combus-tible respectif, de l’eau de départ chaude est mélangée au retour à l’aide d’une vanne à 3 voies. Si le circuit de chaudière et les groupes de chauffage présentent des températures de retour très diffé-rentes, il convient de prévoir côté chau-dière une déviation interne constante.

7

1

2

3

4

5

6

Gen

Em

Illustration 32:

Circuit d’injection

1 Circulateur

2 Sonde

3 Organe

d’équilibrage

4 Organe de régu-

lation

5 Sonde extérieure

6 Régulateur

7 Limiteur de tem-

pérature de sécu-

rité pour le plan-

cher chauffant


Caractéristiques]] Solution sûre]] Approprié lorsqu’il y a une grande dis-

tance entre le générateur de chaleur et les consommateurs (p. ex. chauffage à dis-tance).]] L’actionneur peut en même temps être

utilisé pour régler la température de départ de la chaudière.

Domaine d’application]] Pour des chaudières sans condensation

(p. ex. chaudières à bois)Modèle de prescriptions des cantons dans le domaine de l’énergie (MoPEC): avec les chaudières fonctionnant avec des combus-tibles fossiles (gaz, mazout), pour les constructions nouvelles et les remplace-ments de chaudière, l’utilisation de la cha-leur de condensation est requise. L’utilisa-tion de chaudières à condensation est donc obligatoire.

CirculateursDans le cas des circulateurs de chauffage, on différencie les circulateurs non régulés et les circulateurs régulés. Le rendement en

plage de charge partielle est souvent nette-ment plus mauvais que celui des circula-teurs non régulés. Les circulateurs régulés ne sont donc appropriés que dans les cas suivants:]] Le débit varie de plus de 1 à 2.]] Il n’existe aucun circulateur non régulé

ayant une caractéristique de circulateur suffisamment plate.]] Pour les grands circuits de chauffage

avec des puissances de chauffe supérieures à 300 à 400 kW.

Lors du dimensionnement des circulateurs, il est essentiel de s’assurer qu’ils fonction-nement avec un bon rendement pendant l’exploitation. C’est pourquoi lors du di-mensionnement, il convient de veiller aux points suivants:]] Avec des circulateurs non régulés, le

point de fonctionnement de dimensionne-ment doit se situer dans le tiers médian de la caractéristique du circulateur.]] Avec des circulateurs régulés, le point de

fonctionnement de dimensionnement doit se situer dans le dernier tiers de la caracté-ristique du circulateur. Cela permet d’obte-

θK, Dép

θK, Ret, min.

Gen(bois)

Illustration 33: Maintien de la tem-pérature de retour

de la chaudière avec déviation in-

terne.

Illustration 34: Plages recomman-dées lors du dimen-sionnement de cir-culateurs non régu-lés et régulés.

1/3 2/3 3/3

Circulateur non régulé

Circulateur régulé

Caractéris-tique du circulateur

Différence de pression (kPa)

Rendement (%)

Débit volumique

(m3/h)

Débit volumique

(m3/h)


nir une plage de régulation importante et un bon rendement en charge partielle.Il est important que les circulateurs choisis correspondent toujours à la classe énergé-tique la plus efficace.

Circulateurs non régulésAvec les circulateurs non régulés, le point de fonctionnement se situe toujours sur la caractéristique constante du circulateur. En d’autres termes, le débit volumique et la hauteur de refoulement ne changent pas. Les circulateurs non régulés sont utili-sés lorsque les données hydrauliques restent constantes pendant un processus de charge (p. ex. charge d’eau chaude, pompe principale en cas de distribution sans pression différentielle).

Circulateurs régulésLes circulateurs régulés adaptent la hau-teur de refoulement en permanence, lorsque les états de charge varient dans le circuit de chauffage. On peut alors choisir deux modes de fonctionnement différents:]] Régulation avec pression de service

constante (CP): la pression différentielle de l’installation reste constante lorsque le dé-bit volumique varie. Ce mode de fonction-nement est utilisé dans les petites installa-tions de chauffage avec des pertes de charge constantes en mode de pleine charge et de charge partielle. ]] Régulation avec pression de service pro-

portionnelle (PP): dans ce type de régula-tion, la pression différentielle baisse à me-sure que le débit volumique baisse, et aug-mente lorsque le débit volumique aug-mente. La pression différentielle est alors mesurée et régulée dans le circulateur. Les circulateurs à régulation avec pression pro-portionnelle sont utilisés dans les installa-tions ayant des pertes de pression variables en mode de charge partielle.

Régulation de la température de dé-part en fonction des conditions clima-tiquesLa régulation de la température de départ en fonction des conditions climatiques in-flue sur la température ambiante. Ainsi, par mauvais temps et en présence de tem-

pératures extérieures froides, la tempéra-ture de départ doit être plus élevée pour permettre d’atteindre la température am-biante souhaitée. En effet, la courbe de chauffe réglée ne permet pas d’enregistrer les charges thermiques apportées en in-terne et en externe dans le local.Dans les bâtiments bien isolés notamment, l’influence d’une variation de la tempéra-ture extérieure sur la température am-biante diminue. La régulation de la tempé-rature de départ uniquement en fonction de la température extérieure peut être améliorée avec l’ajout des influences du vent ou du soleil. Dans ce cas, on parle d’une température de départ régulée en

Illustration 35: Diagramme d’un

circulateur non ré-gulé.


circulateur régulé avec pression de

service constante (CP).


circulateur régulé avec pression de

service proportion-nelle (PP).

Caractéristique de l’installation

Point de fonctionnement (dimensionnement)

Point de fonctionnement (charge partielle)

Caractéristique du circulateur


Débit volumique

(m3/h)




Débit volumique

(m3/h)




Débit volumique

(m3/h)


fonction des conditions climatiques. Un apport de chaleur supplémentaire peut également être corrigé grâce à une com-pensation de la température ambiante. A cet effet, la température ambiante est mesurée dans un local de référence et en cas d’apport de chaleur supplémentaire, la courbe de chauffe est décalée parallèle-ment vers le bas, conformément à l’écart de température ambiante observée. Cette méthode ne peut toutefois fonctionner que si les grandeurs perturbatrices (apport de chaleur interne et externe) agissent uni-formément sur tous les locaux. Malheu-reusement, cela n’est en général pas le cas, car les grandeurs perturbatrices sur-viennent plutôt de façon très diverse dans les différents locaux. Seule solution dans ce cas: installer des vannes thermosta-tiques dans tous les locaux. C’est pourquoi aujourd’hui, la régulation de la tempéra-ture de départ en fonction des conditions climatiques est souvent combinée à des vannes thermostatiques.

Placement des sondes extérieures]] Ne jamais exposer au rayonnement so-

laire direct.]] Ne jamais monter sur des façades expo-

sées à une forte chaleur.]] Ne pas monter au-dessus des ouvertures

de sortie de la ventilation.

La règle générale jadis communément ad-mise «Toujours placer la sonde extérieure sur la face nord» n’est aujourd’hui plus aussi immuable, tout dépend de la situa-tion. Avec des bâtiments bien isolés dotés de composants massifs, on souhaite utili-ser la capacité d’accumulation de la masse. La chaleur apportée est alors stockée dans les composants et restituée plus tard à la température en baisse de l’air environnant. Les sondes disposées sur la façade Est doivent être ombragées le matin par un conifère (attention: les feuillus perdent leurs feuilles en hiver), par des bâtiments voisins ou par un balcon. Dans le cas contraire, la sonde est trop fortement chauffée par le soleil du matin, de sorte que la température de départ est trop basse.

Courbe de chauffeLa courbe de chauffe décrit la relation entre la température de départ et la tem-pérature extérieure. Elle est réglée dans le régulateur et dépend du bâtiment et du système de distribution de chaleur.La température de départ désigne la tem-pérature de l’eau de chauffage servant à la distribution de chaleur (plancher chauf-fant, corps de chauffe). Selon la tempéra-ture extérieure et le système de distribu-tion de chaleur, elle se situe entre 25 et 50 °C. Les installations dotées uniquement de chauffages de surface (p. ex. planchers chauffants) présentent une température de départ comprise entre 25 et 35 °C.

La courbe de chauffe doit être surveillée et optimisée après la mise en service. Il est recommandé de laisser ouvertes les vannes thermostatiques dans le local de référence (local le moins favorable) les jours froids et de noter les remarques de l’utilisateur. Celles-ci permettront ensuite de corriger la courbe de chauffe vers le haut ou vers le bas. Si la courbe de chauffe est correcte-ment réglée, la température ambiante souhaitée est atteinte par les froides jour-nées d’hiver sans rayonnement solaire in-tensif. Des enregistrements de la tempéra-ture extérieure et de la température am-biante pendant une période de chauffe permettent de réaliser de façon plus simple et plus précise les réglages adéquats sur la courbe de chauffe.


1

2

3

4

5

6

7

Gen

Em

Groupe de chauffage

Local

θa

θi

Illustration 38: Régulation de la tempéra-ture de départ en fonction des conditions climatiques en liaison avec des vannes ther-mostatiques.

Illustration 39: Placement des sondes de température extérieure.

Illustration 40: Exemple d’une courbe de chauffe (distribution de chaleur via des corps de chauffe).

1 Régulation de la température de départ

2 Organe de régulation

3 Pompe du groupe de chauffage

4 Vanne thermostatique

5 Sonde de température extérieure

6 Courbe de chauffe (capteur de valeur de

consigne de départ)

7 Sonde de température de départ

θa = Température extérieure

θi = Température ambiante

N

Pièces de séjour diurne Sonde extérieure

Limite de chauffage

θDép

θRet

50

40

21

-7 0 10 21

Température extérieure (˚C)

Température de départ et de retour (˚C)


2.3 Pompes à chaleur

Une pompe à chaleur (PAC) correspond, sur le plan structurel et technique, à un cli-matiseur. A l’inverse du climatiseur, la PAC chauffe un fluide caloporteur, l’eau de chauffage. La chaleur produite par la PAC provient d’un potentiel énergétique bas,

soutiré aux rejets thermiques ou à l’envi-ronnement à l’aide de l’évaporateur. En aval de l’évaporateur, le fluide frigorigène à l’état gazeux est amené, au moyen du compresseur, à un niveau de température utilisable, plus élevé.

Tableau 17: Caracté-ristiques des fluides

frigorigènes (voir également le ta-

bleau 48 page 93).

Illustration 41: Principe d’un circuit

de fluide frigori-gène.

Illustration 42: Cir-cuit de fluide frigo-

rigène représenté dans le diagramme

log p/h.

Hau

te p

ress

ion

Bass

e pr

essi

on

3 2

14

Liquide

Condenseur

Evaporateur

Vapeur

Organe d’étranglement

Compresseur

∆hEvaporateur

∆hCondenseur

p0

pc

Condensation p = constante

∆hCompresseur

Dilatationh = constante

Evaporation

3 2

4 1

p = constante

Compressions = constante

Pression, log p (bar)

Enthalpie (kJ/kg)

Fluide frigorigène PACg100a (CO2 = 1,0)

Valeur limite pratique (kg/m3)

Indications relatives à la sécurité

Température critique (°C)

Glissement de température à 1 bara(K)

Température d’ébullition à 1 bara (°C)

R-134a 1200 0,25 – 101 0 – 26

R-407C 1520 0,31 – 87 7,4 – 44

R-404A 3260 0,48 – 73 0,7 – 47

R-410A 1720 0,44 – 72 < 0,2 – 51

R-417A 1950 0,15 – 90 5,6 – 43

R-507A 3300 0,52 – 70 0 – 47

R-290 (Propane) 3 0,008 inflammable 97 0 – 42

R-717 (NH3) 0 0,00035 toxique 133 0 – 33

R-723 (NH3 & DME) 8 – toxique 131 0 – 37

R-744 (CO2) 1 0,07 haute 31 0 – 57*

R-718 (H20) 0 – – 374 0 100

Italique: fluide frigorigène naturel*En raison de la formation de glace, le CO2 doit être exploité au-dessus de 5,3 bar (point triple)«PACg100a» désigne l’effet de serre rapporté à CO2 = 1, sur une période de 100 ans.La «Valeur limite pratique» désigne la valeur limite maximale admissible du fluide frigorigène dans l’air. Cette valeur prend déjà en compte les marges de sécurité pour des concentrations inhomogènes (stratification).La «température critique» désigne la température au-dessus de laquelle il est impossible de liquéfier un gaz quelle que soit la pression.Le «glissement de température» désigne la différence entre la température d’ébullition et la température du point de rosée, pour une pression constante.


Différentes sources d’énergiePour obtenir un bon coefficient de perfor-mance annuel (COPan) avec une pompe à chaleur, il est primordial de choisir une source d’énergie appropriée. Sa tempéra-ture doit être la plus élevée possible, afin que la différence de température entre la source d’énergie et la température du

condenseur soit la plus faible possible. Le COPan décrit le rapport entre le besoin en chaleur annuel total (Q) du bâtiment à chauffer et l’électricité consommée totale (E), en incluant tous les appareils élec-triques de l’installation de chauffage (PAC avec régulateur, pompe primaire et secon-daire etc.).

Illustration 43: Limites d’installa-tions de pompe à chaleur.

=

- EPAC + + + + +

ηWEARendement annuel de l’installation de génération de chaleur

=

EPAC + EP,V + EP,K + ESR + EA + EC + EKEA + EKEA,H

Indice de performance ε

=

PPAC + + + PSR + PA

QPAC

PPAC

PV

PK

PSR

PA

Quantités d’énergie (valeurs annuelles)

QPAC

QSPA

QWEA

EPAC

EP,V

EP,K

ESR

EA

EC

EKEA

EKEA,H

Installation de génération de chaleur


Installation de pompe à chaleur

Installation de source de chaleur

Installation d’accumulation

Evaporateur

Accu-mula-teur

Installation de chauffage auxiliaire

Chau-dière

Installation d’utili-sation de chaleur



· ·

PPAC

QPAC QSPA

QWEA

Source de chaleur

Condenseur de la PAC

EP,V EP,K ESR EA EC

Coefficient de performance annuel COPan

Coefficient of Performance COP

COPan

COP

ηWEA

= QPAC

PV PK

QPAC

·

Puissances (valeurs instantanées ou valeurs moyennes sur une courte période)

Puissance de chauffe de la pompe à chaleur

Consommation électrique du compresseur de la pompe à chaleur

Puissance nécessaire pour pallier la chute de pression de l’évaporateur

Puissance nécessaire pour pallier la chute de pression du condenseur

Consommation électrique de la commande et de la régulation à l’intérieur de la pompe à chaleur

Consommation électrique moyenne du dispositif de dégivrage

Quantité de chaleur produite par la pompe à chaleur

Pertes de chaleur de l’installation d’accumulation

Quantité de chaleur produite par l'ensemble de l'installation de génération de chaleur

Consommation d’énergie du compresseur de la pompe à chaleur

Consommation d’énergie de la pompe de l’évaporateur (part)

Consommation d’énergie de la pompe du condenseur (part)

Consommation d’énergie de la commande et de la régulation

Consommation d’énergie du dispositif de dégivrage

Consommation d’énergie du chauffage de carter

Consommation de combustible de l’installation de chaudière

Consommation d’énergie auxiliaire de l’installation de chaudière

L’indice de perfor-mance d’une pompe à chaleur est appelé COP «Coefficient of Performance». Le COP indique la puissance ther-mique utile déga-gée par une pompe à chaleur sous forme de chaleur, par rapport à la puissance élec-trique consommée et en un point de fonctionnement normalisé. Le COP ne doit pas être confondu avec le coefficient de per-formance annuel (COPan).


Pour le COPan, on peut considérer comme grandeurs de référence les chiffres sui-vants. (Source: Association européenne pour les pompes à chaleur EHPA):]] Installations de pompe à chaleur eau-eau

4,5]] Installations de pompe à chaleur à éva-

porateur direct 4,2]] Installations de pompe à chaleur sau-

mure-eau 4,0]] Installations de pompe à chaleur air-eau

3,5

Pour une PAC, les sources d’énergie sui-vantes sont appropriées:]] Air (chaleur environnante issue de l’air

extérieur et de l’air rejeté)]] Eau (eaux de surface et eaux souter-

raines, eaux usées)]] Géothermie (géothermie profonde et de

surface)]] Rejets thermiques (froid industriel, froid

de climatisation ou froid de processus)

PAC air-eauLa PAC air-eau soutire de la chaleur à l’air extérieur ou à l’air rejeté par des installa-tions de conditionnement d’air (installa-tions de climatisation). Ces sources d’air sont disponibles en quantités illimitées. Néanmoins, les basses températures de l’air extérieur à la saison froide et l’humi-dité de l’air représentent des inconvénients importants. Ainsi, il peut arriver qu’en pré-sence de basses températures de l’air exté-rieur, du givre ou de la glace se déposent sur l’évaporateur. Une installation de dégi-vrage intégrée dans la PAC permet alors de dégivrer l’échangeur de chaleur à lamelles.

Source de chaleur: air extérieurDans le cas de la PAC air extérieur-eau, on distingue les appareils compacts et les ap-pareils split. Dans la catégorie des appa-reils compacts, deux systèmes sont à nou-veau à différencier: le placement à l’inté-rieur et le placement à l’extérieur. Dans le cas d’une installation à l’intérieur, l’air est capté à l’extérieur et est acheminé jusqu’à la PAC via une conduite d’air. Si l’on manque de place dans le bâtiment, on peut utiliser un appareil compact pour ins-

tallation à l’extérieur. En outre, si des dé-bits volumiques d’air trop élevés ne per-mettent pas l’installation de la conduite d’air dans le bâtiment, la PAC est séparée en deux parties. L’appareil split se com-pose donc de deux parties: un évaporateur (disposé à l’extérieur) et un condenseur avec compresseur (disposé à l’intérieur). Ces deux parties sont reliées à l’aide de conduites de fluide frigorigène.

Indications de planification pour les PAC air-eau(Source: Manuel sur les pompes à chaleur)]] Le raccordement électrique est sou-

mis à autorisation: L’utilisation de l’air extérieur ne nécessite aucune autorisation. Par contre, le raccordement électrique doit être autorisé par l’entreprise d’approvision-nement en électricité compétente.]] Les températures du système de

chauffage sont parfois limitées: En rai-son des basses températures extérieures au cours de la saison froide, la température du système de chauffage peut parfois ne pas être atteinte ou la pompe à chaleur peut fonctionner avec un mauvais COP.]] Dégivrage automatique de l’évapo-

rateur: En présence de températures exté-rieures inférieures à env. 5 °C et d’une hu-midité de l’air correspondante, l’évapora-teur peut geler. Un dégivrage automatique est nécessaire.]] L’eau de condensation qui se forme

au niveau de l’évaporateur doit être évacuée: En raison du refroidissement en dessous du point de rosée de l’air dans l’évaporateur, de l’eau de condensation se forme. Celle-ci doit être collectée et éva-cuée dans une conduite protégée du gel.

Illustration 44: PAC air-eau; appareil compact.


]] Pas de court-circuit de l’air extérieur capté et refroidi: il convient de veiller à ce que l’air acheminé jusqu’à l’évaporateur n’aspire pas d’air refroidi et ne provoque ainsi pas de court-circuit.]] Augmentation de l’efficacité énergé-

tique grâce à un emplacement idéal de captage de l’air: L’efficacité énergétique de la PAC peut être accrue en captant l’air dans des endroits «chauds», p. ex. dans des garages, des installations d’extraction d’air du bâtiment ou des échangeurs de chaleur sol-air (puits canadien).]] Le point de captage de l’air extérieur

doit être protégé: Le point de captage de l’air extérieur doit être protégé de tout en-dommagement par des personnes ou par de la neige, des feuilles, des particules de poussière et de petits animaux.]] Autorisation pour les appareils exté-

rieurs: L’installation d’appareils extérieurs nécessite un permis de construire.]] Respect des règles de la technique

frigorifique lors de la planification d’installations split.]] Attention aux émissions sonores.

PAC eau-eauLes PAC eau-eau prélèvent de la chaleur dans les eaux usées, les eaux souterraines ou les eaux de surface (rivières ou lacs). Par rapport à la PAC air-eau, les sources de chaleur issues des eaux usées et des eaux souterraines ont le grand avantage de pré-senter une température quasiment constante tout au long de l’année. En rai-son de ce niveau de température relative-ment élevé et constant, les eaux souter-raines représentent la meilleure source de chaleur pour une PAC. Néanmoins, les

eaux de surface issues des lacs et des ri-vières peuvent également être utilisées. Les PAC eau-eau sont toujours soumises à autorisation et le type de captage, le re-tour ainsi que la température minimale de retour de l’eau doivent être définis avec les autorités compétentes.

Source de chaleur: eaux souterrainesPar infiltration des eaux de surface ou des eaux de pluie, l’eau se rassemble dans des cavités situées dans des zones profondes du sol. La température annuelle moyenne des eaux souterraines est relativement constante et se situe entre 9 et 11 °C.

Indications de planification pour les PAC eau-eau(Source: Manuel sur les pompes à chaleur)]] L’utilisation des eaux souterraines et des

eaux de surface est soumise à autorisation.]] Expertise géologique et hydrologique: la

planification et la mise en œuvre doivent s’effectuer avec le concours d’un conseil géologique ou hydrologique.]] Attention à l’infiltration des eaux de sur-

face: en cas de captages à proximité d’eaux de surface, une infiltration possible de ces eaux est à prendre en considération.]] Prendre en compte l’écoulement des

eaux souterraines dans le choix du point de captage et de retour.]] Réaliser une analyse de l’eau. Les valeurs

limites suivantes ne doivent pas être dépas-sées:]] Valeur de pH supérieure à 7]] Fer (dissout) inférieur à 0,15 mg/l]] Manganèse (dissout) inférieur à 0,1 mg/l]] Dimensionner l’installation en fonction

du niveau des eaux souterraines le plus bas

Illustration 45: PAC air-eau; appareil

split.

Illustration 46: PAC eau-eau; captage des eaux souter-raines.


attendu: la puissance de la pompe d’ali-mentation doit être dimensionnée en fonc-tion de ce niveau.]] Surveillance de la température et de

l’écoulement: celle-ci permet de se prému-nir du refroidissement de l’eau en dessous du point de congélation ainsi que de la surexploitation.

PAC saumure-eauLa PAC saumure-eau prélève de la chaleur dans le sol via un circuit fermé de saumure. A cet effet, on utilise des registres horizon-taux (registres géothermiques) ou des sondes verticales (sondes géothermiques). Etant donné que le sol présente une température relativement constante tout au long de l’an-née, la chaleur terrestre est une source de chaleur idéale pour la PAC. D’autres techno-logies sont également utilisées:]] Pieux énergétiques]] Corbeilles géothermiques]] Puits géothermiques]] Parois à fentes

Source de chaleur: sondes géother-miquesLes sondes géothermiques sont disposées verticalement et atteignent des profon-deurs comprises entre 50 et 350 m dans le sol. Afin que le circuit de saumure ne gèle pas dans l’évaporateur de la PAC, on uti-lise en tant que fluide caloporteur un mé-lange antigel (eau glycolée). Pour une ex-ploitation normale de la PAC, on peut ta-bler sur un prélèvement d’énergie entre 70 et max. 100 Wh par m de sonde géother-mique (sans régénération estivale).

Indications de planification pour les PAC à sondes géothermiques(Source: Manuel sur les pompes à chaleur)]] Les installations à sondes géother-

miques sont soumises à autorisation.]] Régénération du sol par un mode de

free cooling: Les sondes géothermiques servent de source directe de froid pendant les mois d’été.]] Pas d’utilisation pour le séchage du

bâtiment]] Forage des sondes par une entre-

prise de forage agréée]] Enfouir la conduite d’arrivée des

sondes à une profondeur garantissant une protection contre le gel: Si les conduites d’arrivée des sondes sont en-fouies à une profondeur inférieure, les iso-ler.]] Respecter la distance minimum entre

les sondes.]] Les champs de sondes géother-

miques doivent être calculés par des spécialistes.

Source de chaleur: registre géother-miqueLes registres géothermiques se composent de tubes disposés horizontalement, à une profondeur comprise entre 1,2 et 1,5 m dans le sol. Dans ce procédé, un mélange antigel doit également être utilisé comme fluide caloporteur (eau glycolée).

Indications de planification pour les PAC à registre terrestre(Source: Manuel sur les pompes à chaleur)]] Les registres géothermiques peuvent être

soumis à autorisation.]] Respecter la puissance de soutirage

maximale (tableau 19).]] Recouvrir soigneusement le registre ter-

restre: afin que les éventuels dommages sur les tuyaux soient détectables, le sys-tème tout entier doit être sous pression lors du recouvrement.]] Protéger les registres terrestres contre la

croissance des racines (plantations, arbres).

Défaillances possiblesDéfaillance de haute pression: Si la cha-leur de condensation ne peut pas être éva-

Illustration 47: PAC sol-eau; source de

chaleur: sondes géothermiques.


Tableau 18: Puis-sances de soutirage spécifiques pos-sibles qE pour des sondes géother-miques avec sondes tubulaires en U doubles selon VDI 4640 partie 2. (Source: Instructions de planification KWT)

Tableau 19: Puis-sances de soutirage spécifiques pos-sibles qE pour des registres géother-miques. (Source: Instructions de planification KWT)

Sous-solPuissance de soutirage spécifique

qE en W/m

Valeurs indicatives générales

Sous-sol défavorable (sédiment sec) (λ < 1,5 W/mK) 20

Sous-sol de roche dure normal et sédiment saturé en eau (1,5 ≤ λ ≤ 3,0 W/mK) 50

Roche dure de conductivité thermique élevée (λ > 3,0 W/mK) 70

Roches simples

Gravier, sable (sec) < 20

Gravier, sable (aquifère) 55 – 65

Glaise, argile (humide) 30 – 40

Calcaire (massif) 45 – 60

Grès 55 – 65

Roche magmatique acide (p. ex. granite) 55 – 70

Roche magmatique basique (p. ex. basalte) 35 – 55

Gneiss 60 – 70

Registre géothermique (la puissance de soutirage spécifique des couches terrestres supérieures dépend de la texture du sol et de sa teneur en eau)

Puissance de soutirage spécifique qE en W/m2

Sol sablonneux sec 10 – 15

Sol sablonneux humide 20 – 25

Sol argileux sec 20 – 25

Sol argileux humide 25 – 30

Sol aquifère 30 – 35

cuée, une pression trop élevée se forme dans le circuit de fluide frigorigène et la PAC connaît une défaillance de haute pression. Le pressostat de sécurité de haute pression empêche tout dépasse-ment de la limite d’exploitation de la pres-sion de condensation. Il désactive le com-presseur et la pompe à chaleur est mise hors service. Cela peut notamment se pro-duire lorsque la température d’entrée de l’eau chaude dans le condenseur est trop élevée ou que le débit volumique à travers le condenseur est trop faible.

Défaillance de basse pression: Une chute de température massive et rapide à l’entrée du condenseur peut faire chuter la pression du fluide frigorigène au niveau du condenseur, à tel point que la PAC peut

connaître une défaillance de basse pres-sion. Le pressostat de sécurité de basse pression désactive alors le compresseur. Une commutation rapide de la production d’eau chaude en mode de chauffage peut provoquer une défaillance de basse pres-sion.

Intégration hydrauliqueEn principe, un accumulateur doit être in-tégré dans tout circuit de chauffage avec PAC. Il garantit de longs temps de fonc-tionnement de la PAC, et évite ainsi des cadences de commutation trop élevées. Cela est extrêmement important pour la durée de vie de la PAC. Un accumulateur permet également de pallier les temps de délestage et de profiter des tarifs jour-nuit. En outre, lorsque la charge calorifique


chute (mode de charge partielle), un accu-mulateur permet de réaliser un découplage hydraulique. En principe, un accumulateur est requis:]] lorsque plusieurs circuits de chauffage

sont régulés (découplage hydraulique né-cessaire car les circuits de chauffage sont étranglés selon le besoin)]] lorsque l’installation de chauffage pos-

sède une part de vannes thermostatiques supérieure à 40 % sur la surface de chauffe (découplage hydraulique nécessaire car les vannes thermostatiques se ferment selon le besoin et réduisent ainsi le débit volu-mique)]] lorsque la PAC à air extérieur fonctionne

avec un processus de dégivrage via l’eau de chauffage (volumes d’eau de chauffage nécessaires pour la phase de dégivrage)]] dans le cas des installations de chauffage

fonctionnant avec de faibles volumes d’eau de chauffage (nécessaires pour éviter des cadences de commutation trop élevées)]] lorsqu’il faut pallier les temps de déles-

tage de la PAC.

Dans le cas du système de distribution de chaleur par plancher chauffant ou avec des dalles actives, la masse accumulatrice du bâtiment sert également d’accumula-teur. On peut alors renoncer à l’accumula-teur, en respectant le débit volumique mini-mum de l’eau de chauffage. Celui-ci doit être obtenu à l’aide d’un découplage hy-draulique. Ce découplage peut être réalisé au moyen d’une déviation, d’une vanne de commutation hydraulique ou d’un clapet de décharge. Dans certaines circonstances, l’utilisation d’une PAC modulante permet également de se passer d’un accumulateur (attention aux temps de délestage).

Mode monovalentDans les installations monovalentes, la pompe à chaleur met à disposition le be-soin en puissance de chauffe requis dans tous les états de fonctionnement pos-sibles. La pompe à chaleur est dimension-née en fonction du besoin maximum en puissance de chauffe du bâtiment, ainsi que pour la température de départ maxi-male nécessaire.

Mode bivalent alternatifLa pompe à chaleur produit, jusqu’à une température extérieure donnée (le point de bivalence), la puissance de chauffe to-tale. Lorsque l’on descend en dessous de ce point de bivalence, le second généra-teur de chaleur prend en charge la couver-ture du besoin en puissance de chauffe. Le second générateur de chaleur doit ainsi être dimensionné en fonction du besoin

-70%

100%

21

PAC


Besoin en puissance de chauffage φh (kW)

Illustration 48: Mode de fonction-

nement monova-lent.

EmCEA

PACGen

(bois) AE

ECS

EF

-70%

100%

21θu

θu = Point de commutation

Point de bivalenceChauffage auxiliaire

PAC



Illustration 49: Mode bivalent al-

ternatif.

Illustration 50: Exemple d’un

schéma synoptique d’un mode bivalent

alternatif.


Illustration 53: Mode bivalent pa-rallèle (p. ex. PAC air-eau et chauffage auxiliaire).

Illustration 54: Exemple d’un schéma synoptique d’un mode bivalent parallèle.

Illustration 51: Mode bivalent par-

tiellement parallèle.

Illustration 52: Exemple d’un

schéma synoptique d’un mode bivalent partiellement paral-

lèle.

maximum en puissance de chauffe du bâ-timent ainsi que pour la température de départ maximale nécessaire. La PAC peut être dimensionnée pour répondre à un besoin en puissance de chauffe plus faible.

Mode bivalent parallèleLa pompe à chaleur produit, jusqu’à une température extérieure donnée (le point de bivalence), la puissance de chauffe to-tale. Lorsque l’on descend en dessous de ce point de bivalence, le second généra-teur de chaleur s’active. Ainsi, les jours où les températures extérieures sont froides, les deux générateurs de chaleur fonc-tionnent et se complètent pour produire de la chaleur. Le générateur de chaleur activé ne doit pas obligatoirement être di-mensionné en fonction du besoin maxi-mum en puissance de chauffe du bâti-ment. Par contre, il est important que la température de départ maximale néces-saire puisse être atteinte.

Mode bivalent partiellement parallèleLe mode bivalent partiellement parallèle représente une solution intermédiaire entre le mode alternatif et le mode paral-lèle. La pompe à chaleur est dimensionnée de la même manière que dans le mode alternatif. Elle couvre l’ensemble du besoin en puissance de chauffe jusqu’au point de bivalence, point auquel s’active le second générateur de chaleur. Ainsi, en présence de basses températures extérieures, le se-cond générateur de chaleur s’active et fonctionne parallèlement à la PAC. Si la température extérieure chute encore jusqu’au point de commutation défini, la PAC est mise hors service et le second gé-nérateur de chaleur couvre seul l’ensemble du besoin en puissance de chauffe jusqu’à la température extérieure la plus basse. Le second générateur de chaleur doit donc obligatoirement être dimensionné en fonction du besoin maximum en puissance de chauffe du bâtiment. Il est alors impor-tant que la température de départ maxi-male nécessaire puisse être atteinte.

-70%

100%

θE θu

Point de bivalence

21θE = Point d’activationθu = Point de commutation

Chauffage auxiliaire


PAC


EmCEAPAC AEGen(gaz)

ECS

EF

-70%

100%

21θE

Point de bivalence

PAC

θE = Point d’activation




EmCEA

PACGen(gaz)AE

ECS

EF

F


2.4 Exemples pratiques rela-tifs aux pompes à chaleur

Exemple 1: pompe à chaleur sans accu-mulateur (solution standard MoPEC n° 6 et 7, MoPEC signifie Modèle de prescrip-tions des cantons dans le domaine de l’énergie, 2008).

Description du fonctionnementMode de chauffageL’émission de chaleur (Em) s’effectue à l’aide d’un plancher chauffant. Selon le besoin en chaleur du local, la température de retour (θRet). baisse ou augmente. Par conséquent, l’augmentation de tempéra-ture s’effectue à la sortie du condenseur (température de départ). Si la température de retour (θRet) dépasse la valeur de consigne conforme à la courbe de chauffe, la PAC est désactivée. La valeur de consigne de la température de retour dépend de la température extérieure et de la courbe de chauffe réglée.

Charge du chauffe-eau à accumula-tion (CEA)La charge du chauffe-eau à accumulation peut être conçue sous forme de circuit prioritaire. Dans ce cas, au besoin, la charge du chauffe-eau à accumulation (θECS) interrompt le circuit de chauffage et la PAC fonctionne jusqu’au niveau de tem-pérature requis. Etant donné que la PAC doit avoir, au niveau du condenseur, une température plus élevée (entre 5 et 10 K), la charge du chauffe-eau à accumulation s’effectue par stratification, jusqu’à ce que la température de départ souhaitée soit mesurée au niveau de la sonde (θDép,1).Cette variante de charge nécessite beau-coup de temps et doit ainsi de préférence s’effectuer la nuit. En effet, étant donné que pendant ce temps, il n’y a aucune émission de chaleur dans le local, la tem-pérature ambiante peut diminuer.

Eléments critiques]] Aucun découplage hydraulique entre la

PAC et le circuit de chauffage

Chauffage Production d’eau chaude

Source Chaleur environnementale / Rejets ther-miques

–

Transformation Pompe à chaleur ]] Production d’eau chaude indirecte]] Chauffage électrique auxiliaire possible

Stockage – ]] Chauffe-eau à accumulation avec échan-geur de chaleur intérieur (charge par stra-tification)]] Variante: chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur externe (charge par stratification)

Remarques ]] Mode monovalent]] Sans accumulateur d’énergie (AE)]] Température de retour dépendante des conditions climatiques (θRet)]] Elévation de température via le conden-seur entre 5 et 10 K]] Groupe de chauffage non régulé

]] Préchauffage du chauffe-eau à accumula-tion à l’aide de la PAC et post-chauffage possible au moyen d’un corps de chauffe électrique.]] La production d’eau chaude doit s’effec-tuer la nuit.

MoPEC 2008 Solution standard 6]] PAC avec sonde géothermique ou eau pour le chauffage et la production d’eau chaude toute l’année]] En cas de corps de chauffe électrique pour le chauffage, une justification par calcul est nécessaire

Solution standard 7]] PAC à air extérieur pour le chauffage et la production d’eau chaude toute l’année]] Température de départ max. de 35 °C pour le chauffage]] En cas de corps de chauffe électrique pour le chauffage, une justification par calcul est nécessaire

CEA: chauffe-eau à accumulation

Tableau 20: Spécifications rela-tives à l’exemple 1.


du chauffe-eau à accumulation et d’un abaissement de nuit.]] Défaillance de haute et de basse pres-

sion (augmentation de la température d’entrée du condenseur à la fin de la charge du chauffe-eau à accumulation ou en cas de basculement rapide de la charge du chauffe-eau en mode de chauffage).]] Le coefficient de performance annuel

baisse s’il faut atteindre une température du chauffe-eau à accumulation de 60 °C.]] Si la PAC ne permet pas d’atteindre une

température du chauffe-eau à accumula-tion de 60 °C, un chauffage auxiliaire doit être prévu.]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion s’effectue par stratification, et prend ainsi du temps.]] Interruption du système d’émission de

chaleur pendant la charge du chauffe-eau à accumulation.

]] Débit volumique minimal à travers le condenseur]] Circulateur avec au moins 2 points de

fonctionnement: un point de fonctionne-ment pour le mode de chauffage et un autre pour la charge de l’eau chaude, ou utilisation de deux circulateurs (un dans le circuit de charge du chauffe-eau à accu-mulation et l’autre dans le circuit de chauf-fage)]] Volume d’eau de chauffage nécessaire

et masse thermique suffisante]] Les vannes thermostatiques peuvent

être à l’origine de problèmes hydrauliques (en cas de part de vannes thermostatiques supérieure à 40 %, un découplage hydrau-lique doit être intégré).]] Impossibilité de dégivrer l’évaporateur

avec de l’eau de chauffage.]] Veiller à la capacité d’accumulation du

bâtiment dans le cas d’un circuit prioritaire

Limite de chauffage

θDép

θRet

35

30

21

-7 0 10 21



Illustration 55: PAC avec mode monova-lent, sans accumula-

teur et avec un groupe de chauf-

fage

Illustration 56: Exemple de fonc-

tion de régulation: tracé de la tempéra-

ture de chauffage avec une tempéra-ture de retour dé-

pendante des conditions clima-

tiques et une éléva-tion de tempéra-

ture constante.

CEAPAC Em

θDép,1

θRet

θECS

ECS

Inverseur (INV)

EF

65

50

30

35

60 θDép,1

θECS

θRet

100 Etat de charge (%)

Température de départ, de retour et d’ECS (˚C)

Déclenchement de la charge du chauffe-eau à accumulation

EN

50

HORS

60

2200 0600

Etat de charge

Déclenchement

Temps (h)

(˚C)θECS

EN

HORS

Variante de déclenchement de charge: température CEA (θECS)

Variante de déclenchement de charge: programmateur horaire

Illustration 57. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à accumulation avec une élévation de température constante.

Illustration 58. Exemple de fonc-tion de régulation: déclenchement de la charge du chauffe-eau à accu-mulation (en fonc-tion de la tempéra-ture ou de l’ho-raire).


Utilisation]] Pour les maisons familiales et les petits

immeubles d’habitation dotés d’un groupe de chauffage

Exemple 2: Pompe à chaleur avec accu-mulateur (solution standard MoPEC n° 6 et 7)

Description du fonctionnementMode de chauffageSi la sonde de température de l’accumula-teur (θ1) n’atteint pas la valeur de consigne demandée, la pompe à chaleur et le circu-lateur (P1) entrent en service. La valeur de consigne de la température de l’accumula-teur dépend de la température extérieure et de la courbe de chauffe définie. La tem-pérature de départ du générateur de cha-leur correspond à la température de départ maximale (θDép,x) du groupe de chauffage. Le circulateur (P1) achemine l’eau de chauf-fage, via la vanne à 3 voies (position de passage droit), jusqu’à l’accumulateur, et ceci jusqu’à ce que la sonde de tempéra-ture de l’accumulateur (θ2) atteigne la va-leur de consigne. Les températures de dé-part (θDép,x) des groupes de chauffage sont régulées en fonction des conditions clima-tiques.

Charge du chauffe-eau à accumula-tion (CEA)La charge du chauffe-eau à accumulation peut être conçue sous forme de circuit prioritaire. Dans ce cas, au besoin, la charge du chauffe-eau à accumulation(θECS) interrompt le circuit de chauffage (position de la vanne à 3 voies: déviation) et la PAC augmente, jusqu’à ce que la température de départ demandée (θDép,1) soit atteinte. Conformément à SIA 385/1, l’alimentation en eau chaude doit être conçue de ma-nière à ce qu’il soit possible d’atteindre une température de 60 °C à la sortie du chauffe-eau. Ainsi, si la charge du chauffe-eau à accumulation n’atteint pas, avec la PAC, une température d’accumulateur de 60 °C, la température doit pouvoir être augmentée jusqu’à 60 °C à l’aide d’un corps de chauffe électrique.

Eléments critiques]] Débit volumique minimal à travers le

condenseur]] Circulateur (P1) avec au moins 2 points

de fonctionnement: un point de fonction-nement pour le mode de chauffage et un autre pour la charge de l’eau chaude, ou utilisation de deux circulateurs (un dans le circuit de charge du chauffe-eau à accu-mulation et l’autre dans le circuit de chauf-fage)]] Veiller à la capacité d’accumulation du

bâtiment dans le cas d’un circuit prioritaire du chauffe-eau à accumulation et d’un abaissement de nuit.]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion s’effectue par stratification, et prend ainsi du temps.]] Si la PAC ne permet pas d’atteindre une

température du chauffe-eau à accumula-tion de 60 °C, un chauffage auxiliaire doit être prévu.]] Le coefficient de performance annuel

baisse s’il faut atteindre une température du chauffe-eau à accumulation de 60 °C.]] Défaillance de haute et de basse pression

(augmentation de la température d’entrée du condenseur à la fin de la charge du chauffe-eau à accumulation ou en cas de basculement rapide de la charge du chauffe-eau en mode de chauffage).

Utilisation]] Pour les maisons familiales et les im-

meubles d’habitation]] Petits bâtiments artisanaux avec au maxi-

mum deux finalités d’utilisation différentes


Illustration 59: PAC avec mode monova-lent, accumulateur et plusieurs circuits de chauffage (Em).

CEAPAC

θDép, 1

θECS

θ1

θ2

θDép,x

P1

Px

Emx

ECS

Inverseur (INV)

AE

EF

Chauffage Production d’eau chaudeSource Chaleur environnementale ou

rejets thermiques–

Transformation Pompe à chaleur ]] Chauffage indirect]] Chauffage électrique auxi-liaire possible

Stockage Accumulateur d’énergie (AE) ]] Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur intérieur (charge par stratifi-cation)]] Variante: chauffe-eau à accu-mulation avec échangeur de chaleur externe (charge stra-tifiée)

Remarques ]] Mode monovalent]] Régulation de la température de départ du circuit primaire et du groupe de chauffage en fonction des conditions climatiques

]] Préchauffage du chauffe-eau à accumulation à l’aide de la PAC et chauffage possible au moyen d’un corps de chauffe électrique.




Exemple 3: Pompe à chaleur avec pro-duction d’eau chaude décentralisée (solution standard MoPEC n° 6 et 7)

Description du fonctionnementMode de chauffageLe mode de chauffage fonctionne de ma-nière conventionnelle (exemple n° 2) avec une régulation de la température de dé-part en fonction des conditions clima-tiques. Dans les circuits de chauffage, les températures de départ (θDép,1) sont régu-lées en fonction des conditions clima-tiques.

Charge de tous les chauffe-eau à ac-cumulation décentralisésTous les chauffe-eau à accumulation dé-centralisés sont chargés en même temps. Cela peut s’effectuer une fois par jour ou pendant la nuit. C’est le programmateur horaire qui déclenche la charge de l’eau chaude. La vanne de commutation (INV) bascule alors du mode de chauffage en mode de charge de l’eau chaude. La PAC, pour sa part, augmente au niveau de tem-pérature requis jusqu’à ce que la tempéra-ture de retour (sonde θRet) atteigne la va-leur de consigne. On bascule ensuite à nouveau du mode de charge de l’eau chaude en mode de chauffage.L’utilisation d’un autre générateur de cha-leur (p. ex. chaudière à bois ou à gaz) per-met de conserver, pendant la charge de l’eau chaude, une température de départ constante (p. ex. 65 °C).

Eléments critiques]] Circulateur (P2) avec au moins 2 points

de fonctionnement: un point de fonction-nement pour le mode de chauffage et un autre pour la charge de l’eau chaude]] Températures de départ élevées au ni-

veau du plancher chauffant après la charge de l’eau chaude]] Plusieurs charges de chauffe-eau à accu-

mulation décentralisées sur un circuit de chauffage commun]] Le choix du déclenchement de la charge

de l’eau chaude et l’interruption de la dis-tribution de chaleur dépendent de la masse thermique du bâtiment.

PAC

P1

P2

θ1

θ2

θRet

θDép, 1

EmEF

CEA

P2

INV

θDép,1

ECS

EF

Em

Em

Circuit de chauffage (CC)Em = Emetteurs de chaleur

Emetteurs de chaleur (Em)

CEA

INV

ECS

EF

Em

Em

Emetteurs de chaleur (Em)

Illustration 60: Cir-cuit de chauffage

(Em) avec distribu-tion du chauffage

et production d’eau chaude à accumula-

tion (production d’eau chaude dé-

centralisée).

Illustration 61: PAC avec mode monova-

lent et accumula-teur; la production d’eau chaude à ac-cumulation s’effec-

tue de façon décen-tralisée dans les cir-cuits de chauffage.

Utilisation]] Immeubles d’habitation, maisons fami-

liales mitoyennes avec génération de cha-leur décentralisée]] Domaine de l’assainissement de sys-

tèmes de production d’eau chaude à chauffe-eau à accumulation électriques décentralisés


65

50

30

35

60 θDép

θECS

θRet

100 Etat de charge (%)



Illustration 62. Exemple de fonc-

tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à

accumulation avec une élévation de

température constante via le

condenseur.


Source Chaleur environnementale ou rejets thermiques

–

Transformation Pompe à chaleur ]] Chauffage indirect,]] Chauffage électrique auxi-liaire possible

Stockage Accumulateur d’énergie (AE) ]] Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur intérieur (charge par stratifi-cation)

Remarques ]] Mode monovalent]] Mode bivalent possible]] Utilisation de l’énergie so-laire dans l’accumulateur possible]] Régulation de la température de départ du circuit primaire et du groupe de chauffage en fonction des conditions climatiques

]] Post-chauffage possible au moyen d’un corps de chauffe électrique]] Charge du chauffe-eau à ac-cumulation non régulée]] Charge de l’eau chaude dé-clenchée de façon fixe.


EN

60

HORS

60

0200 14002400 1600

Etat de charge

θRet (˚C)

Temps (h)

Déclen-chement

CEA

Déclen-chement

CEA

Illustration 63. Exemple de fonc-tion de régulation: déclenchement de la charge du chauffe-eau à accu-mulation.



Exemple 4: Pompe à chaleur avec ac-cumulateur combiné (solution standard MoPEC n° 6 et 7)

Description du fonctionnementMode de chauffageSi la sonde de l’accumulateur combiné (θ1) n’atteint pas la valeur de consigne requise, la pompe à chaleur et le circulateur (P1) s’activent et la partie inférieure de l’accu-mulateur combiné est chargée. Dans le cas de deux charges par stratification sépa-rées, la vanne de commutation (INV) se trouve en position de passage droit.La valeur de consigne de la température de l’accumulateur dépend de la température extérieure et de la courbe de chauffe défi-nie. La température de départ du généra-teur de chaleur correspond à la tempéra-ture de départ maximale (θDép,x) des groupes de chauffage. L’accumulateur combiné est chargé jusqu’à ce que la sonde (θ2) ait atteint la valeur de consigne.

Charge de la zone supérieure de l’ac-cumulateur via une charge par stratifi-cation séparée (illustration 64): dès que la charge de l’eau chaude s’active (θECS), la PAC augmente par étapes jusqu’au niveau de température requis. Le circulateur (P2) s’active alors et la vanne de commutation (INV) bascule sur la position de déviation. La zone supérieure de l’accumulateur est chargée jusqu’à ce que la température de départ de consigne (θDép,1) soit atteinte.

Charge de la zone supérieure de l’ac-cumulateur via une charge par stratifi-cation commune (illustration 65): si la température de l’eau chaude doit être at-teinte, la PAC chauffe, au moyen du main-tien de la température de départ, l’eau de chauffage à une température de départ constante (θK,Dép). L’eau de chauffage chaude est introduite dans la zone mé-diane de l’accumulateur combiné. La diffé-rence de densité génère une convexion naturelle et la zone supérieure de l’accu-mulateur combiné est ainsi chauffée en continu. Cette charge s’effectue jusqu’à ce que la température de consigne (θECS) soit atteinte.

Eléments critiques]] Débit volumique minimal à travers le

condenseur]] Si la PAC ne permet pas d’atteindre une

température de l’eau chaude de 60 °C, un chauffage auxiliaire (p. ex. corps de chauffe électrique) doit être prévu.]] Le coefficient de performance annuel

baisse s’il faut atteindre une température du chauffe-eau à accumulation de 60 °C.]] Défaillance de haute et de basse pression

(augmentation de la température d’entrée du condenseur à la fin de la charge de l’eau chaude ou en cas de basculement rapide de la charge de l’eau chaude en mode de chauffage).

Utilisation]] Maisons familiales, immeubles d’habita-

tion


lent et accumula-teur combiné

chargé avec deux charges par stratifi-

cation séparées.

PAC P1

INV

P2

θECS

θ1

θDép,x

θDép,1

θ2

Emx

ECS

CEA

AE

Tôle perforée

EF

PAC

P1

θECS

θ1

θDép,x

θK,Dép

θRet

θ2

Emx

ECS

AE

EF

CEA


lent et accumula-teur combiné

chargé avec une charge par stratifi-

cation commune.


Illustration 66. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge de la zone supé-rieure de l’accumu-lateur combiné (il-lustration 64).


Source ]] Chaleur environnementale ou rejets thermiques]] Utilisation de l’énergie so-laire possible

–

Transformation Pompe à chaleur Chauffage indirect, chauffage électrique auxiliaire possible.

Stockage Accumulateur combiné Accumulateur d’eau chaude si-tué dans l’accumulateur com-biné

Remarques ]] Mode monovalent.]] Si l’accumulateur combiné est chargé avec deux charges par stratification séparées, il convient de souder une tôle perforée dans l’accumulateur combiné.

]] Dans le cas de la charge par stratification commune, la température de départ est maintenue pendant la charge de l’eau chaude.

65

50

θDép,1

θRet

θECS

30

35

60


100


Etat de charge (%)

30

65

50

60

100Etat de charge (%)

Température de départ, de retour et d’ECS (ºC)

50

θK,Dép

θECS

θRet


Illustration 67. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge de la zone supé-rieure de l’accumu-lateur combiné avec maintien de la tem-pérature de départ (illustration 65).



Exemple 5: pompe à chaleur et chauf-fage auxiliaire (aucune solution stan-dard MoPEC)

Description du fonctionnementMode de chauffage (illustration 68 et il-lustration 69)Jusqu’au point de bivalence, la PAC couvre le besoin requis en puissance de chauffe (voir l’exemple n° 1). Si, en raison d’une baisse de la température extérieure, on passe en dessous du point de bivalence, la PAC est désactivée et le chauffage auxi-liaire (p. ex. chaudière à biomasse ou chau-dière à gaz à condensation) couvre le be-soin requis en puissance de chauffe. De cette manière, la PAC ne fonctionne que par temps doux ou moyennement froid.La régulation de la température de départ de la PAC s’effectue en fonction des condi-tions climatiques. Si l’on bascule sur une chaudière à gaz à condensation en des-sous du point de bivalence, la température de départ est également régulée en fonc-tion des conditions climatiques. Par contre, si l’on bascule sur une chaudière à bois, la température de départ augmente indé-pendamment des conditions extérieures jusqu’à une valeur constante.

Charge du chauffe-eau à accumula-tionDes températures de départ élevées sont nécessaires pour la charge du chauffe-eau à accumulation. Dans les installations biva-lentes alternatives, celles-ci ne peuvent être atteintes qu’au moyen d’un chauffage auxiliaire. Ainsi, lors du déclenchement de la charge du chauffe-eau à accumulation, la PAC se désactive et le chauffage auxi-liaire entre en service.

Eléments critiques]] Dimensionnement du chauffage auxi-

liaire en fonction du besoin maximal en puissance de chauffe]] Chaudière à bois avec maintien de la

température de retour, car de basses tem-pératures de retour sont à craindre et cela permet d’éviter une condensation dans la chaudière.]] Prise en compte de la température et de

la puissance pour le point de commutation

Utilisation]] Immeubles d’habitation]] Bâtiments artisanaux et industriels


Source ]] Chaleur environnementale ou rejets thermiques]] Combustible solide (bio-masse)]] Alternative: combustible ga-zeux

–

Transformation ]] Pompe à chaleur]] Chaudière

Chauffage indirect

Stockage Accumulateur d’énergie (AE) Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur in-térieur (charge par stratifica-tion)

Remarques ]] Mode bivalent alternatif]] Accumulateur en amont de la chaudière à gaz]] Accumulateur en aval de la chaudière]] Maintien de la température de retour en cas de chau-dière à bois

Réchauffage au moyen d’un corps de chauffe électrique non nécessaire



Chaudière à gaz à condensation

Limite de chauffage

Point de bivalence

θDép

θRet

PAC

50

40

21

-7 5 12 21



80

60

40

10

Etat de charge (%)


50 100

θECS

θK,Ret

θK,Dép


3540

10

30

50

θECS

θDép,1

θRet

6065

100% Etat de charge



EN

50

HORS

60

2200 0600

Etat de charge

Déclenchement

Temps (h)

(˚C)θECS

EN

HORS



Emx

CEA

PAC

Gen (bois) AE

ECS

EF

θK,Dép

θK,Ret

θRet

θECS

Emx

CEA

PACGen(gaz)AE

ECS

EF

θDép,1

θRet

θECS

Illustration 68: Pompe à chaleur avec chaudière à

bois et accumula-teur en mode biva-

lent alternatif.

Illustration 69: Pompe à chaleur avec chaudière à

gaz à condensation et accumulateur en

mode bivalent al-ternatif.


tion de régulation: mode bivalent al-ternatif avec PAC

ou chaudière à gaz à condensation

pendant le mode de chauffage.

Illustration 71. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à accumulation avec une température de départ constante (il-lustration 68).

Illustration 72. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à accumulation avec une température de départ constante (il-lustration 69).



Exemple 6: pompe à chaleur et chau-dière à gaz(aucune solution standard MoPEC)

Description du fonctionnementMode de chauffage (illustration 74)En mode de chauffage, la PAC couvre, jusqu’au point de bivalence, le besoin re-quis en puissance de chauffe en mode monovalent (voir l’exemple n° 2). Lorsque, en présence de basses températures exté-rieures, on passe en dessous du point de bivalence, la PAC couvre le besoin requis en puissance de chauffe conjointement avec le chauffage auxiliaire. Etant donné que la PAC et le chauffage auxiliaire sont reliés hydrauliquement en série, le chauf-fage auxiliaire augmente la température de sortie du condenseur de la PAC jusqu’à la température de départ requise (θDép).

Mode de chauffage (illustration 75)Avec une PAC air-eau, il convient de fonc-tionner en mode bivalent partiellement parallèle. Dans ce cas, la PAC est complè-tement désactivée à partir d’une tempéra-ture extérieure donnée et le besoin requis en puissance de chauffe est entièrement couvert par le chauffage auxiliaire. Cela permet de garantir un fonctionnement toujours efficace de la PAC.

Charge du chauffe-eau à accumulationDes températures de départ élevées sont nécessaires pour la charge du chauffe-eau à accumulation. Dans les installations biva-lentes avec PAC, seul le chauffage auxi-liaire permet de les atteindre. Ainsi, lors du déclenchement de la charge du chauffe-eau à accumulation, la PAC se désactive et le chauffage auxiliaire entre en service. En mode bivalent parallèle, la vanne à 2 voies (V2) s’ouvre de telle manière que l’eau de chauffage de retour peut être directement acheminée jusqu’au générateur de cha-leur.

Eléments critiques]] Température d’entrée maximale admis-

sible du condenseur de la PAC – pression de condensation maximale pour le mode normal]] En cas de mode bivalent partiellement

parallèle, le chauffage auxiliaire couvre la totalité du besoin maximal en puissance de chauffe.]] En cas de chaudière à gaz à condensa-

tion, la température de sortie du conden-seur de la PAC doit être inférieure à la tem-pérature de condensation du gaz naturel.]] Chaudière à gaz à condensation (modu-

lante) à puissance régulée

Utilisation]] Immeubles d’habitation]] Bâtiments artisanaux et industriels


Source ]] Chaleur environnementale ou rejets thermiques]] Combustible gazeux (gaz na-turel)

–

Transformation ]] Pompe à chaleur]] Chaudière

Chauffage indirect

Stockage Accumulateur d’énergie (AE) Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur inté-rieur (charge par stratification)

Remarques ]] Mode bivalent partiellement parallèle en cas de PAC air-eau]] Mode bivalent parallèle pour les autres PAC

]] Réchauffage au moyen d’un corps de chauffe électrique non nécessaire



Illustration 74: Pompe à chaleur avec chaudière à gaz à condensa-tion et accumulateur en mode bivalent parallèle.

Illustration 75: Pompe à chaleur avec chaudière à gaz à condensa-tion et accumulateur en mode bivalent partiellement parallèle (p. ex. avec une PAC air-eau).

Illustration 76. Pompe à chaleur avec exemple de fonction de ré-gulation: mode bivalent parallèle avec PAC et chaudière à conden-sation.

Illustration 77. Exemple de fonc-tion de régulation: mode bivalent par-tiellement parallèle avec PAC et chau-dière à condensa-tion.

Illustration 78. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à accumulation avec une température de départ constante (il-lustration 74 et il-lustration 75).


Emx

CEAPAC

ECS

EF

θECS

θDép

AE

V2

V1

Gen(gaz)

Emx

CEAPAC

ECS

EF

AE

V1

Gen(gaz) θECS

θDép

PAC + chaudière à

gaz à condensation

Limite de chauffage

PAC

θDépθRet

50

40

21

-7 5 12 21



Point de bivalence

Chaudière à gaz à

condensation

PAC + chaudière à gaz à condensa-tion

Limite de chauffage

PAC

50

40

21

50 12 21-7

θRet

θDép



Point de bivalence

3540

10

30

50

θECS

θDép

6065

θRet

100% Etat de charge



EN

50

HORS

60

2200 0600

Etat de charge

Déclenchement

Temps (h)

(˚C)θECS

EN

HORS




2.5 Combustibles solides

Généralités Dans le cas de la combustion du bois, on parle d’une combustion neutre en CO2. Pourquoi neutre en CO2, alors que la com-bustion du bois engendre des émissions?Les arbres prélèvent du dioxyde de car-bone (CO2) dans l’air et de l’eau (H2O) dans le sol, et les transforment par photo-synthèse en oxygène (O2) et en glucose (C6H12O6). Ainsi, lors de la combustion du bois, la quantité de CO2 libérée ne peut être supérieure à celle absorbée pour la croissance du bois. Le bois est donc une source d’énergie renouvelable et sa com-bustion est neutre en CO2. (Source: Ener-gie-bois Suisse)

Bois en bûchesLe bois en bûches est un combustible tou-jours très prisé. Opter pour le bois en bûche implique de disposer de suffisamment d’espace pour stocker le combustible, et d’avoir généralement un accès facile à la forêt et au bois. Le bois en bûches est dis-ponible sous forme de rondins et de bois fendu dans des longueurs de 100, 50, 33 ou 25 cm, sur les marchés ou auprès des exploitations forestières locales

Bois déchiquetéLes chauffages automatiques à bois déchi-queté sont utilisés avec succès depuis des années pour chauffer de grands bâtiments et de grandes exploitations industrielles,

CO2

CO2

O2

H2O2

EauH2O2

Substances minérales

Cendre

Chaleur utile

Pertes

Illustration 80: Cycle de la biomasse.

ainsi que pour l’exploitation des réseaux de chauffage de proximité. Grâce à des avan-cées techniques considérables, les chauf-fages à bois déchiqueté sont désormais également disponibles pour des bâtiments ayant un faible besoin thermique. Les plus petites chaudières affichent des puissances de chauffe régulables à partir de 5 kW.

Granulés de bois (pellets)Pour la fabrication de ces petits granulés cylindriques, longs de 5 à 45 mm, on com-prime à travers un tamis de la sciure et des copeaux de rabotage de l’industrie de trai-tement du bois, tout comme pour la pro-duction de vermicelle. Grâce à son homo-généité, ce combustible permet, dans les chauffages à granulés fonctionnant de fa-çon entièrement automatique, d’obtenir une combustion très efficace et homo-gène, ne produisant que peu de cendres. La densité des granulés est, selon le type de bois, 1,5 à 2 fois plus élevée que celle du bois en bûches. 2 kg de granulés rem-placent 1 litre de mazout et nécessitent pour leur stockage à peine deux fois plus de place. A l’inverse d’autres centrales de chauffage au bois automatiques, les chaudières à granulés de bois sont disponibles à partir d’une puissance régulable de 3 kW. Elles sont ainsi particulièrement appropriées à une utilisation dans des maisons familiales présentant un faible besoin en énergie (p. ex. maisons Minergie).


Briquettes de boisLes briquettes de bois sont des produits compressés sous haute pression de diffé-rentes formes et de différentes tailles, constitués de restes de bois secs non trai-tés, tels que par exemple des copeaux et de la sciure, formant des briquettes dures de taille homogène. Selon le matériau de départ des briquettes, leur comportement de combustion est différent. Ainsi, les unes brûleront à la façon d’un morceau de bois de chauffage, tandis que les autres auront davantage tendance à former une braise plutôt qu’une flamme. En moyenne, on peut dire qu’en raison de la compression élevée lors de la formation des briquettes, le produit naturel bois présente à peu près le même comportement de combustion que le lignite. A la différence du lignite, les briquettes de bois produisent peu de suie, de cendre et de soufre lors de leur com-bustion, et sont donc plus écologiques et plus propres. En outre, leur bilan CO2 reste équilibré, car les briquettes sont fabri-quées à partir d’une matière première re-nouvelable, le bois.Les briquettes présentent certains avan-tages par rapport au bois de chauffage classique. Elles possèdent par exemple un pouvoir calorifique beaucoup plus élevé pour un même volume. En d’autres termes, le client a besoin de beaucoup moins de place pour le stockage du combustible bois. On peut estimer qu’en fonction de la qualité de la briquette, 1 tonne de bri-quettes de bois (quantité de livraison clas-sique) remplace environ 3 à 5 mètres cubes de bois de hêtre sec. En outre, l’encombre-ment d’une tonne de briquettes de bois n’est que d’env. 1,5 mètre cube. Un autre avantage réside dans leur conditionne-ment pratique, car la plupart des bri-quettes sont proposées en paquets mani-pulables de 10 kg disposés sur une palette.

Illustration 81: Bois en bûches.

Illustration 82: Bois déchiqueté.

Illustration 83: Gra-nulés de bois (pel-lets).

Illustration 84: Briquettes de bois.


Systèmes de chauffage au boisC’est dans les systèmes de chauffage au bois que se déroule le processus de com-bustion, qui permet ensuite d’utiliser l’énergie dégagée. Afin de pouvoir exploi-ter la teneur énergétique du bois, celui-ci doit être brûlé. La combustion du bois s’effectue en trois phases.

Phase de séchage: Dans la phase de sé-chage, l’eau contenue dans le bois s’éva-pore à des températures pouvant atteindre 150 °C.

Phase de décomposition thermique (pyrolyse): Avec la pyrolyse, les composés gazeux présents dans le bois sont libérés. Le dégazage s’effectue à des températures comprises entre 150 et 600 °C. Après cette phase, il reste du charbon de bois.

Phase de combustion: La combustion se produit avec l’ajout d’air (oxygène) et à une température de 400 à 1300 °C. Dans cette dernière phase, le charbon de bois et les gaz libérés brûlent dans un système de chauffage au bois.

Intégration hydrauliqueL’accumulateur permet d’éviter un fonc-tionnement intermittent de l’installation en présence d’une faible charge calori-fique. Cela est primordial dans le cas des chauffages au bois, car un fonctionne-ment intermittent entraîne une combus-tion incomplète et génère ainsi des émis-sions plus élevées. Ainsi, lorsque la de-mande de chaleur est faible, le chauffage

au bois peut fonctionner dans une plage de charge favorable en termes d’émis-sions, car la chaleur non consommée est stockée temporairement dans l’accumula-teur. Sans accumulateur, l’hydraulique et la régulation sont nettement plus exi-geants. Si la quantité d’eau dans le circuit de chaudière et la marge de manœuvre en termes de température sont faibles, il n’est en aucun cas envisageable de renoncer à un accumulateur.

Lors de l’achat, il convient de veiller aux éléments suivants ]] Label de qualité d’Energie-bois

Suisse: Ce label de qualité garantit que les chauffages, exploités correctement, at-teignent un rendement élevé et présentent de faibles émissions.]] Chauffages au bois automatiques:

Ceux-ci réduisent nettement le risque d’ex-ploitation non conforme. Les petits réseaux de chauffage de proximité dotés de chauf-fages au bois automatiques constituent ainsi une alternative intéressante aux chauffages individuels.]] Exploitation correcte: Les prescriptions

du fabricant du chauffage doivent être contrôlées et respectées lors de l’exploita-tion.]] Combustion de bois à l’état naturel:

Dans les chaudières à bois, les poêles et les cheminées, seul du bois à l’état naturel doit être brûlé. Brûler des restes de bois, du vieux bois, des déchets etc. est non seule-ment illégal, mais peut également causer un endommagement du chauffage, une émission de polluants en quantités non admissibles et porter ainsi atteinte à la santé des hommes et des animaux.]] Allumage optimal et réalimentation

en bois: Pour l’allumage, on utilise du bois fin en petites quantités, dans l’idéal placé sur du bois plus grossier et allumé de telle manière que le feu embrase les couches sous-jacentes par le dessus. Dès que le bois brûle entièrement ou au plus tard, lorsqu’il reste encore de la braise et quelques flammes, la réalimentation s’effectue avec du bois sec, toujours en petites quantités. Il est important de veiller à ne pas rem-plir excessivement La chambre de com-

Séchage

Pyrolyse

Combustion

Illustration 85: Phases de la com-

bustion du bois dans un système de chauffage au bois.


bustion, tant lors de l’allumage que lors de la réalimentation: l’allumage d’une grande pile de combustible avec la matière d’allu-mage disposée en dessous produit beau-coup de fumée. Il en va de même s’il l’on rajoute trop de bois lors de la réalimenta-tion. En aucun cas, les volets d’air ne doivent être complètement fermés tant que du bois brûle encore en formant des flammes dans le foyer, car cela provoque un feu couvant avec des émissions de suie très importantes.]] N’utiliser que des granulés de bois de

qualité certifiée

Tableau 26: Chauf-fages au bois dans l’habitation. (Source: Energie-bois Suisse)

]] Dans les grandes installations, n’uti-liser que du bois ayant les dimensions et la teneur en eau appropriées: Dans les grands chauffages au bois automa-tiques, il revient à l’exploitant de garantir que seul du combustible présentant les di-mensions et la teneur en eau appropriées est utilisé, et non du vieux bois. La régula-tion de l’installation doit être révisée au moins une fois par an ainsi qu’à chaque changement de l’assortiment de combus-tible.

Description Chambre de combustion

Technique de combustion

Rendement *) Accumulation de chaleur

Atouts

Cheminée fermée (toutes variantes)

Intégrée, avec chambre de com-bustion fermée, souvent avec conduits d’air chaud, parfois chauffage d’un corps d’accumula-tion, parois rayon-nantes

En métal ou pierre réfractaire, relati-vement grande, bûches 25 à 33 cm

Modèles mo-dernes avec post-combustion effi-cace

Environ 75 % Faible sans masse thermique, plu-sieurs heures en cas de chauffage d’un corps d’ac-cumulation

Haute valeur dé-corative, chauf-fage rapide du local

Poêle-che-minée

Pose libre, habil-lage métal, pierres réfractaires, faïence ou stéatite

Grande, lorsqu’elle est complètement utilisée, dégage rapidement beau-coup de chaleur

Appareils mo-dernes avec post-combustion simple

60 à 80 % 0 à 2 heures Valeur décorative élevée, bon mar-ché, installation simple, chauf-fage rapide du local

Poêle à granulés

Pose libre, fonc-tionnement auto-matique, possibi-lité de raccorde-ment à un système de chauffage cen-tral

Petite Au point Environ 90 % 0 à 2 heures Allumage auto-matique, peu de cendres, faibles émissions, stock de combustibles peu encombrant

Cuisinière à bois

Avec conduit de fumée allongé, banquette chauf-fante possible

Petite, générale-ment pour des bûches de 25 à 33 cm

Bon en cas d’ex-ploitation cor-recte

50 à 70 %, jusqu’à 80 % avec banquette

1 à 2 heures dans le foyer, 3 à 6 heures dans la banquette, selon taille

Poêle à accumula-tion

Construction fixe avec habillage en faïence, stéatite ou enduit, grande quantité de cha-leur rayonnante

Installation et combustible adaptés, bûches de 25 à 50 cm

Bon à très bon 75 à 90 % 18 à 36 heures, selon le volume d’accumulation

Valeur décorative élevée, peu d’ajout de bois, bonne accumula-tion de la cha-leur, agréable

*) Le rendement est rapporté au pouvoir calorifique (pouvoir calorifique inférieur).


2.6 Exemple pratique de chauffage au bois

Exemple 1: Chaudière avec combus-tible solide (solution standard MoPEC n° 5)

Description du fonctionnementMode de chauffageLa sonde de température (θ1) est dépen-dante de la courbe de chauffe. Lorsque la température (θ1) descend en dessous de la température de départ du circuit de chauf-fage (θDép,1), la chaudière à bois et le circu-lateur (P1) entrent en service. L’accumula-teur tout entier est chargé avec l’eau de chauffage chaude, jusqu’à ce que la tem-pérature de départ soit atteinte au niveau de la sonde de température (θ2). La pompe du circuit de chauffage (P3) fournit le débit volumique requis à partir de l’accumula-teur à travers le groupe de chauffage. Les températures de départ (θDép,x) des circuits de chauffage sont régulées en fonction des conditions climatiques.

Charge du chauffe-eau à accumula-tion (CEA)Lorsque, dans le chauffe-eau à accumula-tion, on descend en dessous de la tempé-rature de consigne (θECS), la vanne à 2 voies s’ouvre (V2) n’a aucune fonction de régu-lation) et le circulateur (P2) s’active dans le circuit de charge du chauffe-eau à accu-


Source Combustible solide –

Transformation Chaudière Chauffage indirect

Stockage Accumulateur d’énergie (AE) Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur in-térieur

Remarques ]] Mode monovalent,]] utilisation de l’énergie solaire dans l’accumulateur possible

Possibilité d’utilisation de l’énergie solaire dans le chauffe-eau à accumulation

MoPEC Solution standard 5: chauffage à bois automatique pour le chauffage et la production d’eau chaude toute l’année

mulation. L’eau de chauffage s’écoule à travers l’échangeur de chaleur à faisceau tubulaire interne et l’eau chaude sanitaire est chauffée à la température souhaitée (θECS).

Eléments critiques]] Formation de condensat dans la chau-

dière à bois pour les chaudières sans condensation; prévoir un maintien de la température de retour de chaudière d’au moins 60 °C.]] Evacuation de l’énergie en excès de la

chaudière; prévoir un accumulateur.

Utilisation]] Maisons familiales, immeubles d’habita-

tion, lotissements]] Bâtiments artisanaux



Illustration 86: Chaudière à bois

avec accumulateur.

80

60

40

10

Etat de charge (%)


50 100

θECS

θK,Ret

θK,Dép


EN

50

HORS

60

2200 0600

Etat de charge

Déclenchement

Temps (h)

(˚C)θECS

EN

HORS



Emx

CEA(bois)Gen AE

ECS

EF

θK,Dép

θK,Ret

P1

P2

P3

v1

V2

V3

θECS

θ1

θ2

θDép,1

Limite de chauffageθK,Dép

θK,Ret

80

60

21

12 21

40

-7




tion de régulation: tracé de la tempéra-

ture de chauffage pour la chaudière à

bois pendant la charge de l’accumu-

lateur.

Illustration 88. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à accumulation avec une température de départ constante.



Illustration 90: Raccordement du

chauffage à dis-tance avec sépara-

tion des systèmes et débit massique.

A Réseau de chauf-

fage à distanceB Station de trans-

fertC Circuit de

consommateurs de l’habitation

1 Régulateur de pression différen-

tielle2 Compteur de cha-

leur3 Régulation du dé-

part secondaire4 Echangeur de

chaleur

Illustration 91: Températures de départ et de retour en fonction de la température exté-rieure.

2.7 Chauffage à distance

Le chauffage à distance est un système dans lequel la génération de chaleur ne s’effectue pas directement sur le lieu de la consommation, et où la chaleur utilisée par le client final lui est livrée.

Le chauffage à distance est produit dans une installation centrale (p. ex. une usine d’incinération, une installation à bois dé-chiqueté, une installation de combustion, une installation d’épuration ou une cen-trale de chauffage) et est acheminé jusqu’aux clients via un système de conduites, pour le chauffage et la produc-tion d’eau chaude. Sur la forme, le chauf-fage à distance fonctionne comme un grand chauffage central qui alimente en chaleur des communes, des quartiers, des villes et des régions provenant d’une ou plusieurs grandes sources de chaleur. Les sources de chaleur envisageables peuvent être les déchets, les rejets thermiques des centrales thermiques et des processus in-dustriels, le bois déchiqueté, les installa-tions d’épuration, la géothermie et la cha-leur environnementale.

Le chauffage à distance est amené au consommateur final via un réseau de dis-tribution bien isolé, sous forme d’eau chaude (80 à 130 °C). L’eau refroidie dans les chauffages (environ 50 °C ou moins) revient via une deuxième conduite dans la centrale de chauffage à distance, ce qui ferme le circuit.

2.8 Exemples pratiques d’uti-lisation du chauffage à dis-tance

Exemple 1: Chauffage à distance avec débit massique constant côté secon-daire(solutions standard MoPEC n° 10 et 11)

Description du fonctionnementMode de chauffageEn présence d’un besoin en chaleur, le cir-culateur (P1) s’active dans le circuit des consommateurs. La température de départ (θDép) est régulée en fonction des condi-tions climatiques à l’aide de la vanne à 2 voies (3), pour correspondre à la tempéra-ture prédéterminée par la courbe de chauffe. Etant donné que l’on utilise un circulateur non régulé (P1), une partie de l’eau de chauffage est acheminée via la déviation en mode de charge partielle.

Charge du chauffe-eau à accumula-tion (CEA) Lorsque la température réelle descend en dessous de la température de consigne au niveau de la sonde de température du chauffe-eau à accumulation (θECS), le circu-lateur (P1) et la pompe du chauffe-eau à accumulation (P2) s’activent et la vanne à 2 voies s’ouvre (elle ne possède aucune fonction de régulation). La température de départ (θDép) augmente et est maintenue constante.

Emx

m = constante

m

Ret

A B C

CEA

ECS

EF

2

θDép

P1

3P2

1

4

θDép,1θECS

m3

Dép˚

˚

Limite de chauffage

50

40

21

5 12 21-7



θDép

θRet




accumulation avec une température de

départ constante (exemple: charge du chauffe-eau à

accumulation sur la base d’un mode de

chauffage 35 /30 °C.)

ChauffageChauffage Production d’eau chaude

Source Chauffage à distance –

Transformation Echangeur de chaleur Chauffage indirect

Stockage – Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur in-térieur (charge par stratifica-tion)

Remarques ]] Une déviation permet d’ob-tenir un débit massique constant côté secondaire.]] La température de départ dépend des conditions clima-tiques]] Possibilité de température de départ constante.

–

MoPEC Solution standard 10:]] Utilisation des rejets ther-miques pour le chauffage et la production d’eau chaude toute l’année]] P. ex. rejets thermiques du chauffage à distance (UIOM, STEP etc.) ou de l’industrie

Solution standard 11:]] Chaleur issue du couplage chaleur-force (CCF)]] Rendement électrique mini-mum 30 %]] Couverture du besoin en chaleur du chauffage et de l’ECS d’au moins 70 %

3540

10

30

50

θECS

θDép

θRet

6065

100% Etat de charge



EN

50

HORS

60

2200 0600

Etat de charge

Déclenchement

Temps (h)

(˚C)θECS

EN

HORS





Eléments critiques]] Dans la plage de charge partielle, les

températures de retour dans la station de transfert et dans le circuit de consomma-teurs de l’habitation peuvent être élevées.]] Distributeurs sans pression dans le circuit

des consommateurs

Utilisation]] Immeubles d’habitation et bâtiments ar-

tisanaux


Exemple 2: Chauffage à distance avec débit massique variable côté secon-daire (solutions standard MoPEC n° 10 et 11)

Description du fonctionnementMode de chauffageEn présence d’un besoin en chaleur, le cir-culateur (P1) s’active dans le circuit des consommateurs. La température de départ (θDép) est régulée en fonction des condi-tions climatiques à l’aide de la vanne à 2 voies (3), pour correspondre à la tempéra-ture prédéterminée par la courbe de chauffe. En mode de charge partielle, le circulateur à régime régulé (P1) régule le débit mas-sique.

Charge du chauffe-eau à accumula-tion (CEA)Lorsque la température réelle descend en dessous de la température de consigne au

niveau de la sonde de température du chauffe-eau à accumulation (θECS), le circu-lateur (P1) et la pompe du chauffe-eau à accumulation (P2) s’activent et la vanne à 2 voies (5) s’ouvre (elle ne possède aucune fonction de régulation). La température de départ (θDép) augmente et est maintenue constante.

Eléments critiques]] Veiller à conserver un débit volumique

minimal même en plage de charge partielle]] Equilibrage hydraulique des groupes de

chauffage]] Circulateur à régime régulé

Utilisation]] Maisons familiales et immeubles d’habi-

tation

Illustration 94: Rac-cordement au

chauffage à dis-tance avec sépara-

tion des systèmes et débit massique va-

riable.


Source Chauffage à distance –

Transformation Echangeur de chaleur Chauffage indirect

Stockage – Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur inté-rieur (charge par stratification)

Remarques ]] Aucune déviation (débit massique variable),]] température de départ dé-pendante des conditions cli-matiques,]] possibilité de température de départ constante.]] Circulateur régulé (P1)

–

Emx

m = variable

m̊

˚

CEA

ECS3 5

EF

θDép

P1

P2θECS



2.9 Cogénération

Une cogénération (ou couplage chaleur-force, CCF) produit de l’électricité en plus de la chaleur. Le consommateur reçoit ainsi les deux types d’énergie les plus im-portants, l’électricité et la chaleur. La cha-leur produite lors de la génération du cou-rant électrique est ici intelligemment utili-sée pour produire de l’eau de chauffage, de la vapeur ou de la chaleur de séchage. Le combustible est ainsi exploité à hauteur de 90 à 95 %. Les installations CCF entrent en service dès qu’il y a une demande de chaleur: elles sont donc basées sur la pro-duction de chaleur.La micro-cogénération (micro-CCF) dé-signe une catégorie d’installations CCF couvrant le segment de puissance le plus bas des CCF (env. 1 à 15 kWél et 3 à 70 kWth). La mini-cogénération comprend, par rapport au micro-cogénération la plage des installations allant de 3 à 50 kWél.

Illustration 95: Energies produites

à partir d’un cou-plage chaleur-force

à gaz.

Illustration 96: Vue d’une centrale CCF.

Gaz naturel

Gaz de combustion

Installation CCF

Echangeur de chaleur

Générateur

Energie thermique utile

Energie électrique

Centrales de cogénération (CCF) Les installations de couplage chaleur-force sont pour la plupart des centrales de cogé-nération (centrales CCF) constituées d’un moteur à combustion et d’un générateur. Le combustible le plus couramment utilisé est le gaz. Le spectre de puissance de cette technologie s’étend de 15 à 1000 kWél. Un CCF est une installation modulaire, exploi-tée de préférence sur le lieu-même de la consommation de chaleur, mais capable également d’injecter de la chaleur utile dans un réseau de chauffage de proximité.


Illustration 97: Cen-trale CCF et chau-dière à gaz à condensation en mode bivalent pa-rallèle.


2.10 Exemples pratiques de cogénération

Exemple 1: Cogénération et chaudière avec combustible gazeux (solution stan-dard MoPEC n° 11)

Description du fonctionnementMode de chauffageL’accumulateur permet de longs temps de fonctionnement du CCF. Jusqu’à une tem-pérature extérieure définie (le point de bi-valence), la production d’eau de chauffage s’effectue via la centrale CCF. Lorsque l’on descend en dessous de ce point, le chauf-fage auxiliaire permet d’atteindre la tem-pérature de départ souhaitée (θDép).

Charge du chauffe-eau à accumulation (CEA)Lorsque la température réelle descend en dessous de la température de consigne au niveau de la sonde de température du chauffe-eau à accumulation (θECS,1), le cir-cuit primaire entre en service. Lorsque les températures de départ requises sont at-teintes à partir de l’accumulateur, la charge de maintien de la température soutire de l’eau à l’accumulateur. Sinon, la chaleur est mise à disposition par la chaudière de pointe.

L’eau de chauffage est alors acheminée via l’échangeur de chaleur extérieur. L’eau potable à chauffer est acheminée via la déviation jusqu’à ce que la température de charge de l’eau chaude (θ1) soit atteinte. Une fois cette température atteinte, le chauffe-eau à accumulation est chargé par commutation de la vanne à 3 voies (1). Le maintien de la température permet de réa-liser une stratification de température im-portante dans le chauffe-eau à accumula-tion.

Eléments critiques]] De basses températures de retour dans la

centrale CCF ne sont pas souhaitables; pré-voir un maintien de la température de re-tour.]] De basses températures de retour pour la

chaudière à condensation sont souhai-tables.]] Circulateur à régime régulé en présence

d’une chaudière à gaz]] Un long temps de charge au moyen du

CCF est souhaitable]] Gestion de l’énergie de l’accumulateur

d’énergie

Utilisation]] Immeubles d’habitation]] Réseaux de chauffage reliant plusieurs

immeubles d’habitation]] Bâtiments ayant un besoin élevé en eau

chaude (hôpitaux, maisons de retraite, ins-tallations sportives)

ChauffageProduction d’eau chaude

Source Combustible gazeux (gaz naturel)

–

Transforma-tion

]] CCF]] Chaudière

Chauffage indirect

Stockage Accumulateur d’énergie (AE)

Chauffe-eau à accu-mulation avec échan-geur de chaleur ex-terne (charge strati-fiée)

Remarques ]] Centrale de cogé-nération (centrale CCF),]] Variantes: mode bivalent-alternatif ou bivalent partiel-lement parallèle

–

Emx

θK,Dép

θDép

θECS,1

θECS,2

θ1

θK,Ret

1

AECCF Gen(gaz)

ECS

EF


Illustration 98: CCF et PAC en mode bi-valent partielle-ment parallèle et avec module d’eau sanitaire.


Exemple 2: Centrale CCF et PAC avec module d’eau fraîche (solutions stan-dard MoPEC n° 6, 7 et 11)

Description du fonctionnementCharge de l’accumulateurL’accumulateur est divisé, au moyen d’une tôle perforée, en deux zones de tempéra-ture différentes. La zone supérieure de l’accumulateur permet de charger le mo-dule d’eau fraîche. La zone inférieure de l’accumulateur stocke l’énergie pour les groupes de chauffage (basse tempéra-ture). Lorsque la sonde de température supérieure de l’accumulateur (θ1) réagit, la pompe à chaleur et la centrale CCF entrent en service. La PAC chauffe alors l’eau de retour dans la zone basse température. La centrale CCF chauffe l’eau de chauffage, préalablement préchauffée, à une tempé-rature proche de la température de consigne (θDép) et l’injecte dans la zone supérieure de l’accumulateur. Celui-ci est chargé de façon stratifiée par le haut jusqu’à la sonde de température (θ2). Lorsque la zone inférieure basse tempéra-ture (θ3) réagit, la chaleur nécessaire est mise à disposition par la PAC uniquement.

Eléments critiques]] Long temps de fonctionnement de la

centrale CCF souhaitable]] Gestion de la charge de l’accumulateur]] Basses températures de départ pour la

PAC (augmentation de l’efficacité)]] Intégration hydraulique de la centrale

CCF]] Débits massiques basse et haute tempé-

rature susceptibles de se perturber mutuel-lement]] Besoins différents pour les températures

d’eau chaude (p. ex. éviers, douches)]] Temps de réponse de l’eau chaude. Pré-

voir une circulation ainsi qu’un circuit anti-légionellose.]] Quantité d’énergie requise pour le mo-

dule d’eau sanitaire]] Dépôt de calcaire dans l’échangeur de

chaleur du module d’eau sanitaire

Utilisation]] Immeubles d’habitation]] Bâtiments ayant un besoin important en

eau chaude (p. ex. installations sportives; attention à la problématique de la légionel-lose).

ChauffageProduction d’eau chaude

Source ]] Combustible ga-zeux (gaz naturel),]] Chaleur environne-mentale

–

Transforma-tion

]] CCF]] PAC

Chauffage indirect au moyen du module d’eau sanitaire

Stockage ]] Accumulateur d’énergie (AE)]] Possibilité d’accu-mulateur combiné

–

Remarques ]] Mode bivalent par-tiellement parallèle

Chauffage électrique possible

Emx

AE

θDép

θ1

θ2

PAC

CCF

θ3

θ4

ECS

EF

Module d’eau chaude sanitaire


2.11 Exploitation de l’énergie solaire thermique

Les installations solaires thermiques uti-lisent la chaleur solaire pour couvrir ou ai-der à couvrir les besoins domestiques en eau chaude et en chauffage. Le principal composant des installations solaires ther-miques est le capteur solaire. Au cœur de celui-ci se trouve l’absorbeur. Ce dernier se compose de surfaces métalliques noires dans lesquelles se trouve un système de petits tubes, où circule un liquide chauffé par l’action du rayonnement solaire. Le li-quide chauffé dans l’absorbeur transfère sa chaleur, via un échangeur de chaleur, au système de chauffage et de production d’eau chaude de la maison. La chaleur so-laire est disponible pour les utilisateurs par exemple au robinet d’eau chaude, au ni-veau des corps de chauffe / du plancher chauffant et dans les piscines.Aujourd’hui, la chaleur collectée directe-ment depuis le soleil ne suffit souvent pas à couvrir le besoin en chaleur utile d’une maison, notamment lorsque des nuages font de l’ombre sur les capteurs solaires. Une autre source de chaleur, le chauffage auxiliaire, prend alors en charge le chauf-fage du contenu de l’accumulateur.

Le rayonnement solaire à la surface de la terreLes rayons du soleil sont des ondes électro-magnétiques dont la teneur énergétique diminue après leur entrée dans l’atmos-phère terrestre, par réflexion et absorption au contact de composants de l’air (p. ex. vapeur d’eau, ozone etc.). Ainsi, la puis-sance totale du rayonnement solaire au niveau de l’enveloppe extérieure de l’at-mosphère terrestre est d’environ 1355 W/m2 (constante solaire); mais la puissance maximale atteignant la surface de la terre est d’env. 1000 W/m² seulement (rayonne-ment global). Le rayonnement global se compose:]] des rayons directs (lumière du soleil attei-

gnant directement le sol par ciel dégagé) et]] des rayons indirects (rayonnement diffus,

lumière solaire atteignant le sol après avoir été dispersée (déviée) par des nuages).

Capteurs plansLes capteurs plans représentent le type de capteurs le plus répandu. Ils peuvent être posés sur des châssis ou installés sur des toitures par-dessus la couverture (capteurs apposés), ou encore être intégrés dans la toiture ou dans la façade de la maison (capteurs intégrés). Les capteurs non vitrés sont également des capteurs plans. Ils sont utilisés dans une plage de température in-férieure (p. ex. pour le chauffage de pis-cines extérieures).

Quels sont les détails techniques impor-tants lors du choix d’un capteur plan?]] Certification: L’institut de technique

solaire SPF de la haute-école de Rapperswil teste les capteurs solaires sur le plan du rendement et d’autres critères.

Circuit solaire

Chauffe-eau

Accumu-lateur

Chaudière

Constante solaire (1‘355 W/m2)

Réflexion par les nuages Dispersion dans

l’atmosphère plus dense

Rayonnement diffus

Rayonnement direct

Réflexion au sol

Absorption dans l’atmosphère

Illustration 99: Structure d’une ins-

tallation solaire thermique.

Illustration 100: Notions relatives au

rayonnement so-laire.


Les résultats sont disponibles sur www. solarenergy.ch.]] Revêtement de l’absorbeur: L’absor-

beur doit être noir ou être pourvu d’un re-vêtement spécial agissant de façon sélec-tive (revêtement absorbeur sélectif). En d’autres termes, il absorbe le mieux pos-sible l’énergie solaire à ondes courtes pro-venant de l’extérieur mais rejette peu l’énergie thermique à ondes longues de l’absorbeur.]] Capteur de grande surface: Celui-ci

présente des avantages par rapport à une solution comportant plusieurs modules in-dividuels.]] Isolation: Le capteur doit être bien isolé

contre les déperditions thermiques, à l’aide d’un isolant minéral.

Capteurs à tubes sous videLe vide est un isolant thermique particuliè-rement efficace. C’est pourquoi les cap-teurs à tubes sous vide présentent des dé-perditions thermiques nettement infé-rieures à celles des capteurs plans. Les capteurs à tubes sous vide sont des cap-teurs particulièrement puissants, utilisés pour mettre à disposition de la chaleur in-dustrielle dans la plage de 100 à 150 °C.

Indications de planification pour l’ex-ploitation de l’énergie solaire ther-mique (plus d’infos: Guide sur l’énergie solaire thermique, Swissolar)

]] Fixer par écrit les conventions défi-nies avec l’utilisateur: Fixer par écrit les données de l’installation qui doivent avoir force obligatoire pour la planification (p. ex. emplacement des capteurs, conditions spatiales, degré de couverture solaire, ca-ractéristiques de l’installation, délais de li-vraison des capteurs, utilisations de l’éner-gie solaire, besoin en chaleur et en eau chaude, limites d’investissement, condi-tions des installations conventionnelles etc.)]] Dans la plupart des cantons, les ins-

tallations de capteurs solaires sont soumises à autorisation: Pour la procé-dure d’autorisation, il convient de s’adres-ser au Service de la construction de la com-

Illustration 101: Capteur plan

1 Vitre

2 Fluide calopor-

teur

3 Tube en cuivre

4 Carter en alumi-

nium

5 Absorbeur, noir

ou avec revêtement

sélectif

6 Isolation ther-

mique

Tableau 32: Do-maine d’application des capteurs plans. (plus d’infos: Guide sur l’énergie solaire thermique, Swisso-lar)

Types de capteurs

Domaine d’utilisation

Température de stagna-tion *)

Application typique

Capteurs plans non vitrés en matière synthé-tique

20 °C à 40 °C env. 80 °C Piscines exté-rieures privées et communales

Capteurs plans vitrés avec revê-tement sélectif

30 °C à 100 °C

160 °C à 220 °C

Production d’eau chaude et chauffage ambiant

Illustration 102: Capteur à tubes

sous vide

1 Vitre

2 Fluide calopor-

teur

3 Entretoise

4 Isolation ther-

mique (vide)

5 Entrée

6 Sortie

7 Absorbeur, noir

ou avec revêtement

sélectif

Capteurs à tubes sous vide avec absorbeur métallique

50 °C à 150 °C

250 °C à 350 °C

Production d’eau chaude et chauffage ambiant, cha-leur industrielle

*) Les températures de stagnation sont considérées pour une température ambiante de 30 °C et un rayonnement de 1000 W/m² dans le plan du capteur

Tableau 33: Do-maine d’application des capteurs à tubes sous vide. (plus d’in-fos: Guide sur l’énergie solaire thermique, Swisso-lar)


mune dans laquelle doit être réalisée l’ins-tallation.]] Soumettre des éventuelles de-

mandes de subventions]] Prévoir suffisamment de place pour

les capteurs, l’accumulateur et les tra-cés de conduites.]] Demander et comparer différentes

offres de capteurs ou d’installations solaires complètes: Il est intéressant de comparer les offres (fabricants, systèmes, qualité, quantité, prix, remises, rentabilité, puissance, délais, organisation etc.)]] Définir un compromis entre coûts de

chauffage et part de couverture so-laire: Le degré de couverture solaire pour le chauffage et l’eau chaude s’élève à 30 à 50 % dans le cas d’une maison familiale au standard Minergie (pour le Plateau suisse).Dans les maisons familiales et les im-meubles d’habitation, les installations compactes pour la production d’eau chaude sanitaire représentent une solution optimale en termes de rentabilité, avec un degré de couverture solaire de 50 à 70 %.]] Estimer correctement le besoin en

eau chaude: Pour le dimensionnement des installations de production d’eau chaude, il convient d’étudier le profil des besoins. En tant que valeurs de consomma-tion standard, on considère pour les mai-sons familiales des valeurs de 40 litres d’eau chaude à 60 °C par personne et par jour, contre 35 litres pour les immeubles d’habitation.]] Veiller à l’orientation des capteurs

plans pour la production d’eau chaude. L’angle d’inclinaison doit être compris entre 20 et 50 °. Un angle d’inclinaison inférieur à 20 ° entraîne un manque d’aération et ainsi des dépôts de condensation sur la face inté-rieure du capteur. En outre, la neige glisse difficilement. Orientation: Si l’orientation optimale dévie du sud, cela doit être com-pensé par une augmentation de la surface de capteurs. Les déviations par rapport au sud de +/- 90 ° doivent être compensées, pour des angles d’inclinaison jusqu’à 50 °, par une augmentation de la surface de cap-teurs de 50 à 75 %. Pour des angles d’incli-naison jusqu’à 75 °, il est recommandé de limiter l’orientation à +/- 45 °.

]] Veiller à l’orientation des capteurs plans pour l’assistance au chauffage. L’angle d’inclinaison doit être compris entre 30 et 70 °. Les installations ayant un angle d’inclinaison élevé présentent l’avantage de ne recevoir en été que très peu de cha-leur en excès et d’évacuer la neige sans problème en hiver. Orientation: Les dévia-tions par rapport au sud de +/- 45 ° doivent être compensées, pour un angle d’inclinai-son jusqu’à 75 °, par une augmentation de la surface de capteurs d’environ 20 %. Pour des angles d’inclinaison supérieurs, il est recommandé de limiter l’orientation à +/- 45 °.]] Chauffage auxiliaire: Le choix du

chauffage auxiliaire a une grande influence sur l’écologie du système tout entier. Les chauffages au bois et les pompes à chaleur sont particulièrement appropriés.]] Protection contre la surchauffe: Si

l’offre en matière d’énergie solaire est su-périeure au besoin thermique, l’accumula-teur risque de surchauffer, ou le mélange eau-glycol de s’évaporer dans le capteur. Il convient donc de prévoir des mesures de protection contre la surchauffe (hydrau-lique, régulation).]] Débits volumiques à travers les cap-

teurs: Pour un gain d’énergie optimal, il est recommandé d’utiliser une installation à haut débit avec un débit volumique com-pris entre 30 et 50 litres par heure et par m² de surface de capteurs. Les installations à bas débit avec un débit volumique compris entre 10 et 20 litres par heure et par m² de surface de capteurs sont davantage adap-tées à la génération de températures éle-vées.


Légendes:

++ parfaitement

approprié

+ approprié

- non recom-

mandé

-- à éviter

Tableau 34: Choix des capteurs appropriés. (plus d’infos: Guide sur l’énergie solaire thermique, Swisso-lar)

Domaine d’application Capteur plan non vitré

Capteur plan vitré

Capteur à tubes sous vide

Piscine d’été++ -- --

Piscine couverte avec exploi-tation d’été -- ++ +

Production d’eau chaude sanitaire dans une maison familiale

-- ++ +

Production d’eau chaude sanitaire et piscine dans une maison familiale

-- ++ +

Préchauffage de l’eau chaude sanitaire dans un immeuble

-- ++ --

Production d’eau chaude sanitaire dans un immeuble - ++ ++

Production d’eau chaude sanitaire et assistance au chauffage dans une maison familiale ou un immeuble

-- ++ ++

Application artisanale pour le préchauffage jusqu’à 50 °C (hôtels, cantines, campings etc.)

-- ++ +

Application artisanale pour l’utilisation de la chaleur jusqu’à 80 °C (blanchisse-ries, stations de lavage etc.)

-- ++ ++

Application artisanale pour la chaleur industrielle jusqu’à 150 °C (industrie alimentaire etc.)

- - ++


Tableau 35: Valeurs indicatives approximatives pour la surface de capteurs nécessaire avec une orientation optimale. (Source: Classeur solaire et cahier technique «Sonnenenergie:

Kosten und Kennzahlen» de l’OFEN)

Tableau 36: Augmentation de la surface de capteurs en cas d’orientation non idéale. (plus d’infos: Guide sur l’énergie solaire thermique, Swissolar)

Valeurs indicatives pour la construc-tion d’installations solaires ther-miques (phase de projet)Lorsque l’on détermine les coûts d’investis-sement pour une installation solaire, il ne faut pas oublier de déduire les éventuelles subventions et les avantages fiscaux.

Bâtiment d’habitation Occupation

Installations de production d’eau chaude

Installations combinées2)

Surface de cap-teurs plans1) m2/personne

Volumes de pré-chauffage1) 3) l/m2

Surface de capteurs plans1) m2/(MWh·a)

Volumes de pré-chauffage1)3) l/m2

Petit bâtimentjusqu’à 20 per-sonnes

1,2 50 1 120

Bâtiment moyende 20 personnes à 100 personnes

0,8 40 0,8 90

Grand bâtimentplus de 100 per-sonnes

0,5 30 0,8 60

1) Surface de référence: surface d’absorbeur2) Production d’eau chaude et assistance au chauffage3) Le volume total (VT) du chauffe-eau à accumulation est égal à la somme du volume de préchauffage (VV), du volume dis-ponible (VZ) et du volume mort. Le volume disponible (VZ) dépend de la disponibilité de l’énergie auxiliaire et s’élève au maxi-mum à un besoin journalier en eau chaude (y c. circulation).

Orientation Augmentation en cas de production d’eau chaude sanitaire

Augmentation en cas d’installations combinées

InclinaisonCorrection de la surface de capteurs

InclinaisonCorrection de la surface de capteurs

Sud, sud-ouest (+45 °), sud-est (-45 °)

20 à 50° aucune correction 30 à 50° aucune correction

60° +15 % 75° +20 %

75° +50 % > 75° calculer la correction

> 75° calculer la correction

Ouest (+90 °), est (-90 °) 20 à 50° +5 % 20 à 45° aucune correction

50° +10 % 50° +10 %

> 50° calculer la correction > 50° calculer la correction

Pour dimensionner de façon précise une installation solaire, les calculs doivent être réalisés à l’aide d’un programme de simu-lation (p. ex. Polysun), éventuellement pour plusieurs variantes.


2.12 Exemples pratiques d’uti-lisation de la chaleur solaire

Exemple 1: Utilisation de l’énergie so-laire thermique pour la production d’eau chaude (solutions standard MoPEC n° 3 et 4)

Description du fonctionnementCharge de l’eau chaude au moyen d’une installation solaire à haut débit (illustration 103)Lorsque la température du champ de cap-teurs (θ1) est supérieure de 3 à 5 K à la température du chauffe-eau à accumula-tion (θECS), la pompe solaire entre en ser-vice. La charge de l’accumulateur s’effec-tue du bas vers le haut par les courants de convection induits. Dès que la différence de température entre le champ de cap-teurs et le chauffe-eau à accumulation (θ1 – θECS) est à nouveau inférieure à 3 ou 5 K, l’installation solaire se désactive.Si la charge du chauffe-eau à accumula-tion ne peut pas s’effectuer au moyen des capteurs, le corps de chauffe électrique (ou toute autre source de chaleur possible) chauffe le volume supérieur de l’accumu-lateur (généralement lors d’une pointe de la demande).

Charge de l’eau chaude au moyen d’une installation solaire à bas débit (illustration 104)Les sondes de température (θECS,1 et θECS,2) situées dans le chauffe-eau à accumulation déclenchent le circuit de charge solaire dès que l’une des deux températures est infé-rieure à la température du champ de cap-teurs (θ1). Si l’on observe dans la zone su-périeure (θECS,1) une différence de tempéra-ture de 3 à 5 K par rapport au champ de capteurs (θ1), la vanne à 3 voies passe en position de déviation et la zone supérieure du chauffe-eau à accumulation est char-gée. La chaleur résiduelle du circuit solaire est acheminée jusqu’à la zone inférieure du chauffe-eau à accumulation à l’aide du se-cond échangeur de chaleur. Si la tempéra-ture dans la zone supérieure de l’accumu-lateur (θECS,1) est plus élevée que la tempé-rature du champ de capteurs (θ1), la cha-

leur qui arrive ne peut être cédée à l’eau potable qu’au moyen de l’échangeur de chaleur inférieur. Il se produit ainsi un pré-chauffage de l’eau potable. Le corps de chauffe électrique (ou toute autre source de chaleur possible) réchauffe le volume supérieur de l’accumulateur (généralement lors d’une pointe de la demande).

Eléments critiques]] Problématique de surchauffe du circuit

solaire et du circuit d’eau chaude]] Les échangeurs de chaleur internes

peuvent provoquer un mélange des strates de température.]] La stratification est impossible avec le

mode haut débit

CEA

θ1

θECS

ECS

EF

CEA

θ1

θECS,2

θECS,1

ECS

EF

Illustration 103: Ins-tallation solaire à haut débit pour le chauffage indirect de l’eau avec un chauffage élec-trique auxiliaire.

Illustration 104: Ins-tallation solaire à bas débit pour le chauffage indirect de l’eau avec un chauffage élec-trique auxiliaire.

Illustration 105: Installation solaire thermique dotée d’un échangeur de chaleur externe pour le chauffage indirect de l’eau avec un chauffage électrique auxi-liaire.

CEA

θ1

θECS,1

θECS,2

ECS

EF


]] Vitesse d’écoulement dans le circuit so-laire]] Maintien de la pression dans le circuit

solaire


tation

Exemple 2: Utilisation de l’énergie so-laire thermique avec un échangeur de chaleur externe pour la production d’eau chaude (solutions standard MoPEC n° 3 et 4, illustration 105)

Description du fonctionnementDès que les températures d’accumulateur (θECS,1) sont inférieures à celles du champ de capteurs (θ1), le circuit primaire et le circuit secondaire entrent en service. Le chauffe-eau à accumulation est chargé jusqu’à ce que la différence de température entre la sonde de température (θECS,2) soit inférieure à la valeur prescrite et le champ de capteurs (θ1) soit inférieure à la valeur prescrite.

Eléments critiques]] Dépôt de calcaire dans l’échangeur de

chaleur]] Pertes dans l’échangeur de chaleur]] Problématique de surchauffe du circuit

solaire et du circuit d’eau chaude]] Faibles vitesses d’entrée requises dans le

chauffe-eau à accumulation (dégradation de la stratification de température)]] Dans les maisons familiales, l’apport de

chaleur dans le chauffe-eau à accumula-tion au moyen d’une convection libre est possible (sans circulateur)]] Maintien de la pression dans le circuit

solaire

Utilisation]] Installation ultérieure dans les maisons

familiales et les immeubles d’habitation]] Grandes installations solaires

Exemple 1 Chauffage Production d’eau chaude

Source – ]] Energie solaire]] Electricité

Transformation – Capteurs solaires

Stockage – Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de cha-leur intérieur (charge par stratification)

Remarques – Chauffage auxiliaire avec d’autres sources possible.

MoPEC Solution standard 3:]] Installation solaire pour la production d’eau chaude]] La surface de capteurs s’élève à au moins 2 % de la surface de référence énergétique]] Bonne isolation thermique de l’enveloppe du bâti-ment

Solution standard 4:]] Chauffage au bois pour le chauffage et installation solaire pour la production d’eau chaude]] La surface de capteurs s’élève à au moins 2 % de la surface de référence énergétique


Source – ]] Energie solaire]] Electricité

Transformation – Capteurs solaires

Stockage – Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de cha-leur externe (charge par stratification) pour l’exploita-tion de l’énergie solaire et la production directe d’eau chaude avec corps de chauffe électrique

Remarques – Chauffage auxiliaire avec d’autres sources possible,système à haut débit pour les capteurs solaires




Exemple 3: Préchauffage avec exploi-tation de l’énergie solaire thermique (solutions standard MoPEC n° 3 et 4, il-lustration 106)

Description du fonctionnementL’exploitation de l’énergie solaire ther-mique s’effectue conformément à l’exemple n° 1 (charge de l’eau chaude au moyen d’une installation solaire à haut débit). Dès que la température (θECS,2) dans l’accumulateur de préchauffage (1) est supérieure à la température (θECS,1) dans l’accumulateur de réchauffage 2, le circu-lateur (P1) entre en service. Les deux accu-mulateurs sont ainsi inversés en termes de stratification ou de charge, jusqu’à ce que la température (θECS,2) soit inférieure à la température (θECS,1).

Eléments critiques]] Problématique de surchauffe du circuit

solaire et du circuit d’eau chaude]] Faibles vitesses d’entrée requises dans les

accumulateurs de préchauffage et de ré-chauffage (dégradation de la stratification de température)

Utilisation]] Grandes installations de production

d’eau chaude

Exemple 4: Exploitation de l’énergie solaire thermique pour la production d’eau chaude et l’assistance au chauf-fage(solutions standard MoPEC n° 8 et 9, illus-tration 107)

Description du fonctionnementCharge de l’accumulateur via l’exploi-tation de l’énergie solaire thermiqueLe point d’enclenchement du circuit solaire est défini par la différence de température d’enclenchement (θ2 et θ3). Celle-ci résulte des mesures de température (θ2) dans l’ac-cumulateur et dans le champ de capteurs (θ3). Lorsque la température dans le champ de capteurs est supérieure de 3 à 5 K à celle de l’accumulateur, la pompe de charge solaire s’active, la vanne de commutation (INV) passe en position de passage droit et l’accumulateur est chargé dans la zone in-férieure.

Exemple 3 Chauffage Production d’eau chaudeSource – ]] Energie solaire

]] Chauffage auxiliaire électrique ou au moyen d’une installation de chauffage

Transformation – ]] Capteurs solaires]] Chauffage indirect

Stockage – Energie solaire pour le préchauffage avec échangeur de chaleur interne (charge par stratification) et chauffage avec chauffage auxiliaire

Remarques – Chauffage auxiliaire avec l’installation de chauffage; chauffage auxiliaire électrique possibleSystème haut débit pour les capteurs solaires, inversion de stratification entre l’accumulateur de préchauffage et l’accumulateur de post-chauf-fage

Illustration 106: Pré-chauffage avec in-

version de la strati-fication et avec chauffage auxi-

liaire.CEAPré-

chauffa-ge1

CEAPost-

chauffa-ge2

P1

ECS

Chauffage

EF

θ1

θECS,2

θECS,3 θECS,1



Charge du chauffe-eau à accumula-tion via l’exploitation de l’énergie so-laire thermiqueL’exploitation de l’énergie solaire ther-mique s’effectue conformément à l’exemple n° 1 (charge de l’eau chaude au moyen d’une installation solaire à haut débit). La production d’eau chaude dans le chauffe-eau à accumulation s’effectue, en présence d’une offre en énergie solaire suffisante, au moyen des capteurs solaires. Si la température réelle dans le chauffe-eau à accumulation n’est pas atteinte, celle-ci peut être augmentée au niveau de température requis à l’aide de la PAC. Lorsque le rayonnement solaire est suffi-sant, l’installation solaire chauffe la zone inférieure du chauffe-eau à accumulation.

Eléments critiques]] Si la PAC ne permet pas d’atteindre une

température du chauffe-eau à accumula-

tion de 60 °C, un chauffage auxiliaire doit être prévu]] Problématique de surchauffe du circuit

solaire et du circuit d’eau chaude]] Les échangeurs de chaleur internes

peuvent entraîner un mélange des strates de température]] Protection contre la surchauffe dans le

circuit d’eau chaude]] Placement correct de la sonde de tempé-

rature dans le champ de capteurs]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion via le maintien de la température im-plique obligatoirement une charge par stratification. L’apport de chaleur par l’échangeur de chaleur solaire interne ne doit pas être trop important, sous peine de dégrader la stratification de température

Utilisation]] Immeubles d’habitation]] Bâtiments artisanaux

EmxAE

AECPAC

θ2

θ1

θ3

INV

ECS

EF

Illustration 107: PAC avec mode monova-lent et assistance solaire.

Exemple 4 Chauffage Production d’eau chaudeSource ]] Chaleur environnementale et rejets thermiques

]] Energie solaire–

Transformation ]] Pompe à chaleur]] Capteurs solaires

]] Chauffage indirect]] Capteurs solaires

Stockage Accumulateur d’énergie ]] Chauffe-eau à accumulation avec échangeur de chaleur externe (charge par stratification)]] Production d’eau chaude indirecte

Remarques Mode monovalent avec PAC, chauffage à bois et gaz possible

Chauffage électrique auxiliaire possible

MoPEC Solution standard 8:]] Aération douce]] Installation solaire pour le chauffage et la production d’eau chaude]] Surface de capteurs au minimum 5 % de la SRE]] En cas de corps de chauffe électrique pour le chauf-fage auxiliaire, une justification calculée est nécessaire.

Solution standard 9:]] Installation solaire pour le chauffage et la produc-tion d’eau chaude]] Surface de capteurs au minimum 7 % de la SRE]] En cas de corps de chauffe électrique auxiliaire, une justification calculée est nécessaire.



circulateur (P1) entrent en service. La partie supérieure de l’accumulateur combiné est chargée en eau de chauffage chaude, jusqu’à ce que la valeur de consigne soit atteinte au niveau de la sonde de tempé-rature (θECS).

Mode de chauffage à l’aide de la chaudière à boisLa sonde de température de départ (θDép,1) est dépendante de la courbe de chauffe. Lorsque la température de l’accumulateur (θ1) descend en dessous de la température de départ du groupe de chauffage (θDép,1), la chaudière à bois et le circulateur (P1) entrent en service. La zone inférieure de l’accumulateur combiné est chargée en eau de chauffage, jusqu’à ce que la tem-pérature de consigne soit atteinte au ni-veau de la sonde de température (θ2).

Exemple 5: Chauffage au bois et ins-tallation solaire thermique avec accu-mulateur combiné(solution standard MoPEC n° 4, illustration 108)

Description du fonctionnementEn raison de la problématique de la forma-tion de condensat dans la chaudière à bois, le maintien de la température de re-tour de la chaudière élève le retour de la chaudière (θK,Ret). La charge de l’accumula-teur combiné s’effectue par la différence de densité de l’eau de chauffage qui ar-rive. Les groupes de chauffage sont régu-lés en fonction des conditions climatiques.

Charge de l’eau chaude à l’aide de la chaudière à boisLorsque la sonde de l’accumulateur com-biné (θECS) réagit, la chaudière à bois et le

Emx

P1

P2

ECS

CEA

AEEF

INVGen

(bois)θ2

θ1

θS,1

θS,2

θS,3

θECS

θK,Ret

θDép,1

Illustration 108: Chauffage au bois et installation so-

laire thermique avec accumulateur

combiné.

Exemple 5 Chauffage Production d’eau chaudeSource ]] Combustible solide

]] Energie solaire–

Transformation ]] Chaudière]] Capteurs solaires

]] Chauffage indirect

Stockage ]] Accumulateur combiné ]] Chauffe-eau à accumulation situé dans l’accumulateur combiné

Remarques ]] Utilisation de l’énergie solaire thermique avec charge par stratification (circuit à bas débit)

–

MoPEC ]] Solution standard 4:]] chauffage au bois pour le chauffage et installation solaire pour la production d’eau chaude sanitaire]] Surface de capteurs au minimum 2 % de la surface de référence énergétique



Charge de l’eau chaude à l’aide de l’installation solaireLorsque la température du champ de cap-teurs (θS,3) est supérieure de 3 à 5 K à la température de l’accumulateur combiné (θS,1), la pompe solaire (P2) s’active et la vanne de commutation (INV) passe en posi-tion de déviation. L’apport de chaleur s’ef-fectue ainsi dans la zone supérieure. Dès que la différence de température entre le champ de capteurs (θS,3) et l’accumulateur combiné (θS,1) descend en dessous de 3 ou 5 K, l’installation solaire se désactive.

Mode de chauffage à l’aide de l’ins-tallation solaireLorsque la température du champ de cap-teurs (θS,3) est supérieure de 3 à 5 K à la température de l’accumulateur combiné (θS,2), la pompe solaire (P2) s’active et la vanne de commutation (INV) passe en po-sition de passage droit. L’apport de chaleur s’effectue ainsi dans la zone inférieure. Dès que la différence de température entre le champ de capteurs (θS,3) et l’accumula-teur combiné (θS,2) descend en dessous de 3 ou 5 K, l’installation solaire se désactive.

Eléments critiques]] Formation de condensat dans la chau-

dière à bois pour les chaudières sans condensation; prévoir un maintien de la température de retour de chaudière d’au moins 60 °C]] Problématique de surchauffe du circuit

solaire et du circuit d’eau chaude]] Evaporation du mélange eau-glycol]] Vitesses d’écoulement dans le circuit de

charge solaire]] Déperditions thermiques accrues en rai-

son de l’accumulateur combiné plus grand]] Faibles vitesses d’écoulement à l’entrée

de l’accumulateur]] Protection contre la surchauffe dans le

circuit d’eau chaude


tation


Exemple 6: PAC et exploitation de l’énergie solaire thermique à l’aide d’un accumulateur combiné (solutions standard MoPEC n° 8 et 9, illustr. 109)

Description du fonctionnementCharge de l’eau chaude et mode de chauffage à l’aide de l’installation so-laireL’exploitation de l’énergie solaire dans l’ac-cumulateur combiné s’effectue conformé-ment à l’exemple n° 5.

Charge de l’eau chaude et mode de chauffage à l’aide de la pompe à cha-leurLorsque la température de l’eau chaude prescrite doit être atteinte, la PAC chauffe, au moyen du maintien de la température de départ, l’eau de chauffage à une tem-pérature de départ constante (θK,Dép). L’eau de chauffage chaude est introduite dans la zone supérieure de l’accumulateur com-biné. La vanne de commutation (INV) passe en position de passage droit.Si, en mode de chauffage, la sonde de


Source ]] Chaleur environnementale et rejets thermiques]] Energie solaire

—

Transformation ]] Pompe à chaleur]] Capteurs solaires

]] Chauffage indirect via l’accumulateur combiné

Stockage ]] Accumulateur combiné ]] Accumulateur combiné ]] Production d’eau chaude

Remarques ]] Mode monovalent avec PAC]] Installation solaire avec circuit à bas débit

]] Réchauffage électrique possible

Emx

PAC

ECS

CEA

AEP1

EF

INV

θS,3

θECS

θ1

θ2 θS,2

θK,Dép

θDép,1

θS,1

Illustration 109: Pompe à chaleur en

mode monovalent avec installation so-

laire thermique et accumulateur com-

biné.

l’accumulateur combiné (θ1) n’atteint pas la valeur de consigne requise, la pompe à chaleur et le circulateur (P1) s’activent et la partie inférieure de l’accumulateur com-biné est chargée. La vanne de commuta-tion (INV) passe en position de déviation.

Eléments critiques]] Protection contre la surchauffe dans le

circuit solaire et le circuit d’eau chaude]] Forte élévation de température de la PAC

lors de la charge de la zone supérieure de l’accumulateur]] Evaporation du mélange eau-glycol]] Vitesses d’écoulement dans le circuit de

charge solaire]] Déperditions thermiques accrues en rai-

son de l’accumulateur combiné plus grand]] Circulateur (P1) avec au moins 2 points

de fonctionnement: un pour la charge su-périeure de l’accumulateur et un pour la charge inférieure de l’accumulateur


tation



]] la température extérieure moyenne est inférieure à la température extérieure de base]] les locaux adjacents sont chauffés à une

température inférieure à l’hypothèse de départ]] des sources de chaleur internes ou le

nombre d’occupants divergent des don-nées de base du projet]] l’utilisation diffère des données de base

du projet.

Distribution de chaleur à l’aide d’une ventilation mécaniqueLes installations de ventilation ne doivent être utilisées pour la distribution de cha-leur que si le débit volumique d’air exté-rieur reste inférieur à la valeur requise sur le plan hygiénique. Dans le cas du chauf-fage, il convient notamment de prendre en compte le risque d’une humidité de l’air ambiant trop faible. Dans les bâtiments de services et d’habitation, la chaleur utile ne doit pas être distribuée via des installations de ventilation si la puissance de chauffe nominale spécifique est supérieure à 10 W/m² (rapporté à la surface de référence énergétique). En général, seuls les nou-veaux bâtiments dotés d’une isolation thermique extrêmement performante, par exemple les bâtiments Minergie-P, peuvent envisager cette solution.

2.13 Distribution et émission de chaleur

Emission de chaleurDans les nouvelles comme dans les an-ciennes installations, il convient d’utiliser au sein d’un circuit de chauffage, de groupes de chauffage ou de zones, uni-quement des éléments d’émission de cha-leur (corps de chauffe, chauffages de sur-face, réchauffeurs d’air etc.) ayant la même température de dimensionnement. Si cela n’est pas possible, de nouveaux cir-cuits de chauffage doivent être créés.

Agencement des éléments d’émission de chaleur et confort thermique: l’agence-ment ainsi que le type et la dimension des surfaces de chauffage dans un local in-fluent, en combinaison avec les propriétés du local, sur la température ambiante (température opérative), l’asymétrie de rayonnement et la vitesse de l’air ambiant. Dans des situations critiques, il convient de déterminer conjointement avec le com-mettant quels sont les locaux pour lesquels est réalisé le calcul du confort thermique, par exemple l’asymétrie de la température de rayonnement. La zone de séjour est déterminante. Les températures de départ des surfaces de chauffe (et des réchauf-feurs d’air) doivent être dimensionnées en fonction des valeurs limites et des valeurs cibles conformément au tableau 44.

Puissance des surfaces de chauffeLes surfaces de chauffe doivent être dimen-sionnées sur la base de la puissance de chauffe nominale déterminée en fonction du local conformément à SIA 384.201; les autres émissions de chaleur éventuelles (p. ex. réseaux de conduites, fours) doivent également être pris en compte. La planifica-tion doit inclure tous les facteurs qui peuvent influencer notablement la performance des surfaces de chauffe, par exemple les habil-lages, les raccords, les débits, les recouvre-ments, les enduits, les revêtements de sol, les tapis, les rideaux. Malgré un dimension-nement précis des systèmes d’émission de chaleur, la température ambiante garantie ne pourra pas être respectée si


Type d’émission de chaleur Valeur limite

Valeur cible

Emission de chaleur en général, sans plancher chauffant 50 °C 40 °C

Plancher chauffant (jusqu’à des températures ambiantes de 22 °C)

35 °C 30 °C

Système Puissance maximaleChauffage

Température maximale du départ ou de l’arrivée d’air

Puissance maximale

Refroidisse-ment

Température minimale du départ ou de l’arrivée d’air

Fluide Remarques

W/m2 SPN °C W/m2 SPN

W/per-sonne

°C

Corps de chauffe 50 50 Eau

Plafond chauffant 40 30 Eau

Plancher chauffant 40 35 20 19 Eau

Dalles actives 40 30 40 19 Eau

Plafond refroidissant 80 17 Eau

Aérotherme 50 Air à 36 m3/h P

Ventilation par mélange 120 16 Air à 36 m3/h P

Ventilation source 70 20 Air à 36 m3/h P

Refroidisseur à circula-tion d’air

≥ 100 16 Air

Tableau 43: Températures de départ pour différentes conditions de dimensionne-ment (SIA 384/1).

Tableau 44: Limites de puissance et niveaux de température des systèmes de chauffage et de refroidissement. Les valeurs sont pu-rement indicatives. Selon la solution choi-sie, elles peuvent différer des valeurs indi-quées. Les limites entre les différents sys-tèmes, notamment, ne sont pas toujours univoques. SPN: surface de plancher nette. (Source: SIA 382/2)

Froid climatique

Chapitre 3

Zoran Alimpic 3.1 Signification, notions

Ce chapitre abordera principalement les installations frigorifiques dans une plage de température comprise entre env. 0 et 20 °C. Ces installations comprennent no-tamment les installations d’«aération douce». Toutes les autres installations de congélation industrielles et de procédé, par exemple la lyophilisation, la liquéfac-tion de gaz, la technique du vide et les supraconducteurs, ne sont pas traités dans cet ouvrage.Importance: La technique frigorifique a gagné en importance au cours de ces der-nières années. D’une part, les exigences de confort des utilisateurs sont plus strictes, d’autre part les quantités de rejets ther-

Illustration 110: Composants d’une installation frigori-fique.

-

+ +++

=

=

++

+

=

=

--

++

--

++

=

Espace de congélation

Espace de réfrigération pour boissons

Eau froide10°C

ECS>60°C

ECS

- - =

MM M

M

M

M

M M

M

M

M

M

M

M

M

Génération de chaleur à l’aide d’une pompe à chaleur à sondes géothermiques avec condenseur double et chaudière à

condensation avec brûleur à gaz modulant (10% à 100%) pour la couverture des besoins de pointe et le réchauffage de l'eau

ou le circuit anti-légionellose

Composants d’une installation frigorifique

+

-

--

-

+

-

Sondes géothermiques pour le chauffage et le

refroidissement

Condenseur

Aéroréfrigérant: refroidisseurs hybrides et secs

Installation solaire pour la production

d’eau chaude

Photovoltaïque

Free-Cooling

Eau glycolée

Froid climatique avec machines frigorifiques à compression et

refroidissement direct

Froid

Chaleur

Froid

Récupération de chaleur du froid climatique avec désurchauffeur

Eau chaude

(EC)

Eau chaude

(EC)

miques ont augmenté en raison de l’aug-mentation du niveau de technicité des ap-pareils.

Circuit hydraulique de baseDans le cas d’un circuit de base conformé-ment à l’illustration 110, il est important que les différents circuits, tels que le refroi-dissement de la machine frigorifique, la production de froid et la distribution de froid, soient dimensionnés avec la plus grande précision. Il faut ainsi veiller à ce que le circuit du générateur (circuit pri-maire) soit découplé hydrauliquement du circuit des consommateurs (circuit secon-daire) au moyen d’un système d’accumula-tion de froid. De cette manière, la pompe du circuit primaire (pompe de l’évapora-

90Froid climatique

Tableau 45: Sym-boles de la tech-

nique frigorifique.(Source: SIA 410 et

EN 1861)

Illustration 111: Cir-cuit hydraulique de base d’une grande installation de re-

froidissement.

=

-

Froid

++

-=

M M

M M

FU

FU DP

Accumulation de froidRefroidissement en circuit fermé

Dégagement de froid

Distribution de froid

Machine frigorifiqueRégulation de puissance:

20%-100%

Circuit primaire Circuit secondaire

Production de froid

Froid

Symboles utilisés dans la technique frigorifique

Symbole Signification selon SIA 410 Symbole Signification selon SIA 410

Condenseurs évaporatifs et refroidisseurs à évaporation ou aérorefroidisseurs hybrides

Vase d’expansion fermé à membrane avec compresseur d’air

Compresseur:symbole général

Vase d’expansion fermé à membrane

Compresseur à pistons, 2 étages, structure ouverte

Echangeur de chaleur à plaques

Compresseur à pistons, 1 étage, semi-hermétique

Compteur de chaleur avec compteur électronique

Compresseur à pistons, 1 étage, structure hermétique

Vanne mélangeuse à trois voies avec entraînement

Compresseur à pistons rotatifs

Vanne de régulation à passage droit avec entraînement

Turbocompresseur, 1 étage Soupape de sécurité à ressort

Compresseur à visDispositif anti-retour, clapet anti-retour

Circulateur Filtre, piège à saleté

VentilateurCapteur de mesure, sonde: température

+

2

1

1

1

M

M


Tableau 46: Interfaces dans la technique frigori-fique.

teur) peut charger les deux accumulateurs de froid sans nuire aux deux pompes du circuit secondaire (pompes principales). Celles-ci, à leur tour, déchargent les accu-mulateurs sans influer sur le circuit primaire des machines frigorifiques.

Convertisseur de fréquence: Dans les grandes installations, il est recommandé

d’installer le dispositif de mesure de pres-sion différentielle à l’extrémité du réseau de conduites, par exemple au niveau du consommateur le moins favorable. Cela permet de réaliser d’importantes écono-mies d’électricité au niveau des deux pompes principales Inline (pompes à mo-teur électrique à rotor sec).

Corps spécialisé, spécialiste Principales interfaces avec le froid climatique

Architecture, art de la construction

Esthétique de l’aérorefroidisseur sur le toit plat, concept de couleurs et de matériaux, concertations avec le service de conservation des monuments historiques, assistance aux démarches du permis de construire, voies de transport et ouvertures, prise en compte des procédures d’autorisation et des délais de livraison longs, contrôle des rénovations de toitures, parois de protection phonique et séparation des locaux techniques.

Acoustique Protection phonique, notamment des compresseurs et des ventilateurs et circulateurs à régime ré-gulé, différenciation entre le mode jour et le mode nuit.

Physique du bâtiment Ajout de matériaux d’isolation phonique sur les murs et les plafonds.

Statique de la construction, solidité

Poids de la machine frigorifique, de l’aérorefroidisseur et de l’accumulateur, cavités et socles pour tous les appareils.

Installations électriques Raccordement de tous les moteurs électriques, notamment des compresseurs, ventilateurs d’aé-rorefroidisseur et pompes principales.

Installations de chauffage Intégration de l’utilisation des rejets thermiques dans l’hydraulique de la génération de chaleur, uti-lisation double de la pompe à chaleur également en tant que machine frigorifique, refroidissement direct au moyen de sources d’énergie telles que les sondes géothermiques et les eaux souterraines.

Froid industriel Utilisation de la récupération de chaleur pour d’autres processus, notamment la production d’eau chaude. Contrôle d’un aérorefroidisseur commun.

Installations de ventilation et de climatisation

Détermination de températures de service les plus élevées possibles pour le refroidissement de l’air et la déshumidification, prise en compte d’ouvertures de révision pour les monoblocs, dimensionne-ment correct des siphons pour la séparation du condensat.

Installations sanitaires Intégration de l’utilisation des rejets thermiques dans l’hydraulique de la production d’eau chaude sanitaire, montage de siphons de condensation corrects, production d’eau pour les aérorefroidis-seurs à pulvérisation d’eau ou les refroidisseurs à eau.

Commande et régulation Définition des temps de fonctionnement minimums pour chaque étage de compresseur, analyse du comportement en charge partielle, découplage hydraulique de la production et de la distribution d’énergie, régulation en cascade optimale de tous les générateurs d’énergie.

Sécurité Remplissage de toutes les conduites d’eau avec un mélange antigel, protection anticorrosion des conduites avec une revêtement bicomposant, choix des isolations prescrites dans la zone des sections coupe-feu, surveillance à distance par des spécialistes, ventilation dans les centrales techniques pour l’aspiration des fluides frigorigènes en cas de panne, prévention des bouchons de température par une ventilation minimale des centrales techniques, ajout de garde-corps et de barrières de protection ou de coffrages pour les appareils installés à l’extérieur, formations des utilisateurs et exploitants de l’installation.

Energie Garantie d’un COP et d’un EER optimums en prenant en compte le comportement en charge par-tielle, mesure et exploitation de tous les flux d’énergie importants, réduction des déperditions d’énergie et prévention de condensation par une isolation optimale, contrôle des options telles que désurchauffeurs, condenseurs doubles et free-cooling.

92Froid climatique

Interfaces vers d’autres domaines techniquesLa technique frigorifique ne doit jamais être considérée de manière isolée, car elle est toujours associée à d’autres spécialités. C’est pourquoi les interfaces constituent un thème important (tableau 46).

3.2 Fluide frigorigène

]] R290: Propane, R600a: Isobutane, R717: NH3, Ammoniac, R718: H2O, Eau (déjà uti-lisé dans des projets pilotes).]] FCKW/CFC: Chlorofluorocarbones tota-

lement halogénés]] FKW/HFC: Hydrofluorocarbones

]] H-FCKW/HCFC: Hydrochlorofluorocar-bones partiellement halogénés]] HFKW: Hydrofluorocarbones partielle-

ment halogénés]] Halogéné: composés hydrocarbure avec

des halons. Les halons sont: le brome, le fluor, l’iode et le chlore.]] Partiellement halogéné: dans ces com-

posés, les atomes d’hydrogène ne sont que partiellement remplacés par des atomes de chlore ou de fluor.]] ODP: valeur du potentiel de destruction

de l’ozone (Ozone Depletion Potential)]] GWP: valeur du potentiel de réchauffe-

ment ou du potentiel d’effet de serre (Glo-bal Warming Potential)

Illustration 112: Fluides frigorigènes

courants tels qu’ils sont utilisés pour la production de froid

climatique.

Fluide frigorigène

Fluides purs

FCKW

R11R12

R22R123

R32

R125

R134a

R143a

R290: Propane

R717: AmmoniacR718: EauR744:CO2

R404aR407cR410a

R502R507R410a

H – FCKW HFKW Naturels

Mélanges

Zéotropiques Azéotropiques

Tableau 47: Rempla-cement des CFC.

Fluides frigorigènes interdits: les fluides frigorigènes R11, R12, R22 et R502 sont interdits. Ils doivent être remplacés par des fluides frigorigènes sans chlore conformément au tableau ci-des-sous.

Fluide frigo-rigène

Alternatives (sans chlore) à moyen et long terme

HCFC HCFC Blends Composition Substances non ha-logénées

R11 R134a,R243c

R12 R134a,R152a R134a, R152a R290, R600a

R22 R134a, R32 R407c (AC9000, Klea66, HX3)

R32, R125, R134a R717, R290

R22 R134a, R32 R410a (AZ20); FX220 R32/125: R32/23/ 134a

R717, R290

R502 R32 R404a (HP62,FX70)R507 (AZ50)

R134a/125/ 134a R134a/125

R290, R717

R502 R125 FX40; HX4 R134a/125/ 32 R143a/125/32/134a

R290, R717

R502 R143 R407a(KLEA60); R407b (KLEA61)

R32/125/ R134a R290, R717


]] Blends: fluides frigorigènes constitués de plusieurs fluides différents

Principes]] Les CFC (hydrochlorofluorocarbones to-

talement halogénés) ne doivent plus être utilisés. Cela s’applique également la plu-part du temps aux HCFC (hydrochlorofluo-rocarbones partiellement halogénés) tels que par exemple le R22.]] Si, pour des raisons de sécurité, de pro-

cessus ou d’économie, on ne peut pas uti-liser de fluides frigorigènes naturels, des HFC (hydrofluorocarbones partiellement halogénés) peuvent être utilisés.]] A la place des HFC, on peut également

utiliser des mélanges zéotropiques tels que par exemple le R407c. Leur particularité lors du changement de phase entre le li-quide et la vapeur, leur composition mixte devient visible. Par conséquent, l’évapora-

tion et la condensation se déroulent à une pression constante, mais pas à une tempé-rature constante (glissement de tempéra-ture).]] Les mélanges azéotropiques sont des

mélanges tels que le fluide frigorigène R410a, qui se comportent comme un fluide frigorigène à un seul composant.

L’illustration 113 représente les fluides fri-gorigènes par groupes:]] Les fluides frigorigènes (marqués en

rouge) tels que le R11, R12, R22 et R502 sont interdits en raison de leur potentiel élevé de destruction de l’ozone (ODR: Ozon Depletion Potential). ]] Les fluides frigorigènes naturels (mar-

qués en vert) tels que le R290, R717, R718 et R744 peuvent être utilisés sans danger. Ils ne possèdent ni potentiel de destruction de l’ozone, ni potentiel d’effet de serre.

Type Utilisation Remarque ODP R11=1,0

GWP CO2=1,0

Toxicité en ppm

R11 Domaine climatique Fluide frigorigène interdit 1.0 3 500 0

R12 Domaine climatique et normal Fluide frigorigène interdit 1,0 1 700 1 000

R502 Domaine normal et de la congélation Fluide frigorigène interdit 0,23 4 300 1 000

R22 Domaine climatique et normal Fluide frigorigène de transition 0,05 1 600 1 000

R410a Domaine climatique et normal Mélanges secondaires avec R22 0,03 1 025 800

R401b Domaine de la congélation Mélanges secondaires avec R22 0,035 1 120 840

R409a Domaine normal Mélanges secondaires avec R22 0,05 1 340 0

R134a Domaine climatique et normal Alternative à long terme 0 1 200 1 000

R404a Domaine normal et de la congélation Alternative à long terme; Blends 0 3 520 1 000

R407a Domaine normal et de la congélation Alternative à long terme; Blends 0 1 960 1 000

R407b Domaine normal et de la congélation Alternative à long terme; Blends 0 2 680 1 000

R407c Domaine climatique et normal Alternative à long terme; Blends 0 1 600 1 000

R507 Domaine climatique et normal Alternative à long terme; Blends 0 3 600 1 000

R290 Domaine climatique, normal et de la congélation

Alternative à long terme (fluide frigori-gène naturel)

0 0 1 000

R600a Domaine climatique, normal et de la congélation


0 0 1 000

R717 (NH3)

Domaine climatique, normal et de la congélation


0 0 50

Tableau 48: Fluides frigorigènes (voir également le ta-bleau 17 page 42).

94Froid climatique

]] Tous les autres fluides frigorigènes sans chlore sont également autorisés, mais contribuent au réchauffement de l’atmos-phère (GWP: valeur du potentiel de ré-chauffement ou du potentiel d’effet de serre, ou Global Warming Potential).

Effet de serre et caractéristique TEWI: Le calcul de la caractéristique TEWI (Total Equivalent Warming Impact) permet d’es-timer le réchauffement global. Ce calcul s’effectue en établissant à la fois la contri-bution directe des émissions de fluide fri-gorigène dans l’atmosphère et la contribu-

tion indirecte des émissions de dioxyde de carbone causées par la production de l’énergie nécessaire à l’exploitation de l’installation frigorifique pendant toute sa durée de vie technique.

Utilisation de la caractéristique TEWI:]] Pour une installation donnée, la caracté-

ristique TEWI comprend d’une part la conséquence directe sur l’effet de serre par les pertes de fluide frigorigène dans des conditions données, et d’autre part la conséquence indirecte sur l’effet de serre par le CO2 (le CO2 est dégagé lors de la

Illustration 113: Pro-priétés des fluides

frigorigènes.

Fluor: F Chlore: CI

Hydrogène: H

Fluides frigorigènes (sans chlore) avec fluor et

potentiel d'effet de serre GWP R32

R125

R404a R407c R410a

R11 R12 R22

R123 R502

R717, Eau

R718, Ammoniac

R744, CO2

R290, Propane

Fluides frigorigènes interdits avec potentiel élevé de destruction de

l’ozone (ODP)

Fluides frigorigènes naturels Fluides frigorigènes anorganiques

R134a R143a

Procédé de calcul de la caractéristique TEWI

TEWI = Total Equivalent Warming Impact

TEWI = (GWP · L · n) + ( G W P · m [ 1 – α r e c o v e r y ] + ( n · E a n n u a l · β )

| ←Fuites→ | ←Déperditions de récupération→ | ← Besoin énergétique → |

| ← Effet de serre direct → | ← Effet de serre indirect → |

Effet de serre

GWP100a = Potentiel d’effet de serre sous forme d’équivalents CO2 par kg de fluide frigorigène (kgKM)

L = Taux de fuite par an en kgKM/a

n = Durée d’exploitation de l’installation en années

m = Masse de remplissage de l’installation en kg de fluide frigorigène

α recovery = Sans unité

Eannual = Besoin énergétique par an en kWhél selon le mix électrique [équivalents CO2 /kWhél]

La caractéristique TEWI peut être calculée comme suit:


génération de l’énergie nécessaire à l’ex-ploitation de l’installation).]] La caractéristique TEWI permet d’évaluer

les mesures efficaces qui permettront de réduire l’influence effective d’une installa-tion frigorifique sur l’effet de serre.]] La caractéristique TEWI peut être nette-

ment réduite lorsque la machine frigori-fique fonctionne avec du courant écolo-gique provenant entièrement de sources d’énergie renouvelables.]] La caractéristique TEWI influe sur les

coûts d’exploitation.]] Actuellement, dans les nouvelles installa-

tions de froid climatique, on utilise souvent les fluides frigorigènes suivants, qui four-nissent également une bonne valeur TEWI: R290 (Propane), R717 (Ammoniac), R718 (Eau), R744 (CO2) et R134a (CF3CH2F).

Processus cycliqueLe processus cyclique se déroule en prin-cipe en quatre phases (illustration 114): le trajet 4 – 1 correspond à la puissance de refroidissement et représente la puissance utile de l’installation frigorifique. Le trajet 1 – 2 est la puissance d’entraînement dé-pensée par le compresseur. Le trajet 2 – 3 correspond à la puissance thermique déli-vrée par le condenseur. Il s’agit des rejets thermiques de l’installation frigorifique. Le coefficient de performance COP (Coeffi-cient of Performance) peut être déterminé à partir du rapport entre la puissance utile et la puissance d’entraînement. Le COP est utilisé pour les PAC.

EER (Energy Efficiency Ratio)L’EER est le rapport entre la puissance fri-gorifique générée (QKtot) et l’apport d’éner-gie (Pe). (Souvent, on utilise la valeur COP à la place de l’EER. L’EER et le COP sont équivalents; l’EER est utilisé avec les instal-lations frigorifiques.)

EER = QK tot

Pe

Pe = Puissance absorbée du compresseur, de la pompe de l’évaporateur, de la pompe du condenseur ainsi que des systèmes de régulation, de commande et de sécurité

Illustration 114: Pro-cessus frigorifique cyclique représenté dans un diagramme pression-enthalpie (ou diagramme log p/h).

Prescriptions légales et normes]] Recommandation SIA 382/2: Bâtiments

climatisés – Puissance requise et besoins d’énergie, 2011]] Norme SIA 382/1: Installations de venti-

lation et de climatisation – Bases générales et performances requises, 2011]] Cahier technique SIA 2024: Conditions

d’utilisation standard pour l’énergie et les installations du bâtiment, 2006]] Cahier technique SIA 2044: Bâtiments

climatisés – Méthode de calcul standard pour la puissance requise et les besoins d’énergie, 2011]] SuisseEnergie: Hocheffiziente Kühlsys-

teme für Gebäudesanierungen; Kühlung Serverräume, 2010.]] EnDK, Conférence des directeurs canto-

naux de l’énergie: Modèles de prescrip-tions des cantons dans le domaine de l’énergie (MoPEC); édition 2008.

1‘

log

p

h

τ constant

τ constant

x = 0

x =

1

3

4 1

3‘ 2‘2‘‘ 2

96Froid climatique

Illustration 115: Modèle thermique du local selon SIA 382/2 (description

dans SIA 2044).

Conditions d’utilisation (p. ex. conformément à SIA 2024)

Modèle thermique du local(p. ex. conformément à SIA 2044)

Puissance thermique utile ΦH

Puissance frigorifique ΦC

Température ambiante Θl

Température ressentie Θo

Humidité de l’air ambiant Vl

* Apports thermiques et sources d’humidité par des personnes et des équipements ainsi que sources d’humidité supplémentaires telles que plantes d’intérieur, douches, cuisine

Données climatiques (SIA 2028)

Dimensions du local

Eléments opaques, ponts thermiques

Sources de chaleur et d’humidité internes*

Fenêtres, protection

solaire

Lumière du jour,

éclairage

Ventilation, infiltration

Emission de chaleur/de froid

Somme journalière moyenne de la charge calorifique totale(charges calorifiques solaires et internes) Qtotal en Wh/m2 d

150 250 350 450

Système de ventilation et de climatisation Evaluation des risques en matière de confort thermique et évaluation du choix des systèmes

[0] Aération par les fenêtres uniquement**]] Confort avec aération par les fenêtres le jour]] Choix d’un système technique

évent. suffisantévent. suffisant

insuffisantinsuffisant

inacceptableinsuffisant

inacceptableinsuffisant

[1] Ventilation mécanique et nocturneTaux de renouvellement d’air 2,0/h]] Confort sans aération par les fenêtres le jour]] Confort avec aération par les fenêtres le jour**]] Choix d’un système technique

28 °C à 29 °C

évent. suffisantsuffisantadéquat

29 °C à 31 °C

insuffisantévent. suffisantévent. suffisant

30 °C à 32 °C

inacceptableinsuffisantinsuffisant

31 °C à 34 °C

inacceptableinacceptableinsuffisant

[2] Comme 1 et refroidissement de l’air primaire]] Confort sans aération par les fenêtres le jour]] Confort avec aération par les fenêtres le jour**]] Choix d’un système technique

26 °C à 27 °Cbontrès bonoptimal

27 °C à 29 °Csuffisantbonadéquat

28 °C à 31 °Cinsuffisantévent. suffisantévent. suffisant

29 °C à 33 °Cinacceptableinsuffisantinsuffisant

[3] Comme 2 et refroidissement supplémentaire le jour à 20 W/m2

]] Confort sans aération par les fenêtres le jour]] Confort avec aération par les fenêtres le jour**]] Choix d’un système technique

<< 26°Cbonbonsurdimensionné

< 26°Cbontrès bonoptimal

26°C à 27°Csuffisant*bonadéquat

27° à 28°Cinsuffisant*évent. suffisant*évent. suffisant*

Remarques:* En présence de charges totales élevées, le refroidissement supplémentaire (puissance ou temps de fonctionnement) doit lui aussi être augmenté, afin d’obtenir le confort thermique souhaité.** L’aération complémentaire par les fenêtres toute la journée doit être réalisable sur le site donné (pollution sonore): les condi-tions présupposent une manipulation manuelle adéquate par les utilisateurs. En outre, la surface de fenêtres à ouvrir doit présenter une dimension minimale (c.-à-d. plus de 3 % de la SRE).

Tableau 49: Evalua-tion des risques en matière de confort thermique et éva-

luation du choix des systèmes. (Source: Cahier technique

SIA 2021)


3.3 Charges frigorifiques

Exigences et quantificationEn principe, les bâtiments (avec protection solaire) doivent être conçus de manière à ce qu’il n’y ait aucun besoin de refroidisse-ment mécanique pour une utilisation nor-male. A cet effet, une évaluation des risques en matière de confort thermique en été peut être réalisée conformément au cahier technique SIA 2021 (tableau 49).

On peut par exemple utiliser en tant que somme journalière moyenne de la charge thermique totale les valeurs standard selon SIA 2024. Si une aération par les fenêtres n’est pas possible, par exemple en raison de conditions acoustiques, architecturales ou thermiques défavorables, il convient alors d’étudier, en se basant sur les organi-grammes selon SIA 382/1 et SIA 382/2, les exigences techniques relatives à une instal-lation de climatisation.

Si un refroidissement est requisSi cette estimation fait apparaître qu’un refroidissement mécanique est nécessaire, celui-ci doit s’effectuer de la manière la plus efficace possible sur le plan énergé-tique. En voici quelques exemples:]] Utilisation de l’air extérieur plus froid la

nuit (abaissement de nuit)]] Refroidissement direct à l’aide de sondes

géothermiques, de registres terrestres, d’eaux souterraines ou de surface (free cooling)]] Refroidissement par absorption avec les

rejets thermiques, la chaleur à distance d’UIOM, l’énergie solaire thermique etc. Pour dimensionner correctement un géné-

Apports thermiques internes par jour en Wh/m2d Refroidissement

avec aération par les fenêtres jour et nuit

avec aération par les fenêtres le jour unique-

ment

sans aération par les fenêtres

> 240160 – 240

< 160

> 200120 – 200

< 120

> 16080 – 160

< 80

nécessairesouhaitable*

non nécessaire

* Seul un refroidissement minimal est autorisé: 7 W/m² (surface de plancher nette). Dans les installations existantes ou les rénovations, on autorise même 12 W/m² (Modèle de prescriptions des cantons dans le do-maine de l’énergie (MoPEC), édition 2008).

rateur de froid, il convient tout d’abord de calculer sa puissance frigorifique selon SIA 382/2. La première étape se base sur les utilisations standard selon SIA 2024. Celles-ci fournissent des données de base qui ont été confirmées dans la pratique. Le calcul de la puissance frigorifique requise est très détaillé et doit être effectué par l’ingénieur en technique du bâtiment. Il est donc important que les concepteurs estiment la charge thermique suffisam-ment tôt dans l’élaboration du projet. Exemples: occupation moyenne et maxi-male de personnes, temps de fonctionne-ment et durée d’activation des charges internes, conditions souhaitées ou pres-crites dans le local.

Conclusion: Il est important de lister toutes les hypothèses et de faire ensuite le point avec l’utilisateur, maître d’ouvrage ou exploitant. Ce n’est qu’après accord de toutes les parties que doit être effectué le dimensionnement de l’installation. Un re-froidissement est requis selon SIA 382/2 lorsque les apports de chaleur corres-pondent aux valeurs du tableau 50. Charges thermiques dans le localLes charges thermiques qui interviennent dans un local se divisent en charges ex-ternes et charges internes. Les charges thermiques externes (transmission et rayonnement) dépendent principalement des facteurs suivants:]] Situation géographique du bâtiment:

orientation, site, altitude, rayonnement solaire (rayonnement direct et diffus).]] Ombrage du bâtiment, protection solaire

extérieure et mobile devant les éléments

Tableau 50: Estima-tion de la nécessité ou de l’opportunité d’un refroidisse-ment selon SIA 382/2.

98Froid climatique

Illustration 116: Charges thermiques externes dépendant

de: la situation, la géométrie et le par-

vis de la maison, l’ombrage, la pro-tection solaire, la construction avec

ventilation par l’ar-rière et la masse.

FOUREP

Réfle

xion

sur

le

s st

ores

et

vitr

es

Taux de transmission d´énergie globale: g < 0.15

Echange énergétique entre l’air ambiant et la masse d’accumulation

Chaleur rejetée des personnes

Chaleur rejetée des appareils

Chaleur rejetée de l’éclairage

Chaleur rejetée du ventilateur pour l’arrivée d’air

Conduction de chaleur et convection

Rayonnement diffus

Absorption de chaleur par le plafond refroidissant

Absorption de chaleur par le plancher refroi-dissant et l’activation des éléments

Evacuation de chaleur par l’air extrait

Plafond chauffant en hiver

Charges externes: hypothèse d’env. 10 W/m² dans une zone de 5 mètres de la façade extérieure

Charges internes dans la pièce telles que:- Personnes- Eclairage- Equipements- Ventilation- Autres sources de chaleur

Charges thermiques externes dépendant de: la situation, la géométrie et le parvis de la maison, l’ombrage, la protection solaire, la construction avec ventilation par l’arrière et la masse

Rayo

nnem

ent

sola

ire

dire

ct

translucides, utilisation correcte de la pro-tection solaire, choix du parvis du bâti-ment, garantie d’un refroidissement de nuit efficace sur le plan énergétique. ]] Géométrie du bâtiment (facteur d’enve-

loppe du bâtiment), avec construction opti-male et ventilation par l’arrière de l’enve-loppe du bâtiment (éléments opaques et fenêtres) et du toit. Choix de la part appro-priée de vitrages, selon l’orientation.]] Choix d’une masse thermique optimale

du bâtiment avec activation de l’accumula-tion pour un climat ambiant homogène. En présence d’éléments translucides tels que des fenêtres ou des lanterneaux, la chaleur parvient immédiatement dans le bâtiment. Pour les éléments opaques, le rayonne-ment entre en contact immédiat, mais la chaleur ne parvient dans le local que plu-sieurs heures après en raison de l’inertie.

Dans tous les cas, le taux de transmission d’énergie globale (valeur g) doit être infé-rieur à 15 %. Pour ce faire, on utilise par exemple un double vitrage et des stores à lamelles extérieurs clairs. Pour les locaux refroidis, on peut considérer que les charges externes s’élèvent à env. 10 W/m² en bandes de 5 mètres à partir de la façade extérieure (illustration 116).

Les charges thermiques internes dépendent principalement des facteurs suivants:]] Personnes: occupation, activité, habille-

ment et heures à pleine charge en h/d. Exemple: pour une température ambiante maximale, l’émission de chaleur sensible est comprise entre 61 et 72 W/personne (de la personne assise au repos à la per-sonne effectuant un travail d’atelier facile). ]] Equipements: appareils, pertes de mise

en veille et heures à pleine charge en h/d. Exemples: dans un bureau individuel ou collectif, les rejets thermiques par les outils de travail tels que les ordinateurs, les écrans, les imprimantes, les réfrigérateurs, les appareils de bureau et appareils ména-gers s’élève, selon SIA 2024, à env. 3 à 15 W/m². Pour les centres de calcul modernes dotés d’équipements de pointe ou pour les cuisines de production, l’apport de chaleur peut parfois même s’élever à plus de 2000 W/m².]] Eclairage: puissance électrique spéci-

fique, facteurs de correction pour les dé-tecteurs de présence et les variateurs et heures à pleine charge en h/d. Exemple: dans un bureau individuel ou collectif, les rejets thermiques des éclairages du local s’élèvent, selon SIA 2024, à env. 11,6 à 15,9 W/m².


]] Ventilation: puissance électrique spéci-fique des ventilateurs et heures à pleine charge. Exemple: dans un bureau indivi-duel ou collectif, les rejets thermiques du ventilateur s’élèvent, selon SIA 2024, à env. 0,5 à 1,1 W/m².]] Humidification: si un local doit être hu-

midifié ou déshumidifié pour une raison quelconque, la consommation d’énergie augmente. C’est pourquoi la déshumidifi-cation ne doit s’appliquer qu’à des locaux spéciaux tels que les salles d’opération, les postes de soins intensifs et les salles de ra-diologie.

Conclusion: Le tableau 51 montre claire-ment que les fenêtres dotées de stores à lamelles extérieurs clairs présentent les valeurs les plus basses. Il convient donc de les utiliser chaque fois que possible dans les locaux refroidis et climatisés (valeur g inférieure à 0,15). Source: SIA 380/1, EN 13363-1/2

Le taux de transmission d’énergie globale du vitrage avec protection solaire (valeur g) désigne le rapport entre l’énergie de rayonnement qui parvient dans le local et l’énergie de rayonnement qui arrive per-pendiculairement à l’extérieur.

Tableau 51: Exemples des taux de transmission énergétique totale de vitrages (valeur g). Voir également l’illustration 180 page 167.

Rayonnement diffus

Rayonnement diffus

Rayonnement direct

Rayonnement directElément opaque

Elément translucide

Illustration 117: Rayonnement so-laire sur le bâti-ment.

Type de vitrage

Description de la combinaison: vitrage + dispositif de protection solaire

Taux de transmission énergétique totale g

2-IV Verre non teintéVerre non teinté + stores à lamelles extérieurs clairsVerre non teinté + stores à lamelles intérieurs clairs

0,750,150,45

2-IV-IR Verre d’isolation thermiqueVerre d’isolation thermique + stores à lamelles extérieurs clairsVerre d’isolation thermique + stores à lamelles intérieurs clairs

0,550,120,47

2-IV Verre réfléchissant 0,26

3-IV Verre non teintéVerre non teinté + stores à lamelles extérieurs clairsVerre non teinté + stores à lamelles intérieurs clairs

0,700,130,43

3-IV-IR Verre d’isolation thermique avec 2 revêtementsVerre d’isolation thermique + stores à lamelles extérieurs clairsVerre d’isolation thermique + stores à lamelles intérieurs clairs

0,450,110,42

3-IV Verre réfléchissant 0,23

100Froid climatique

Les stores à lamelles extérieurs permettent ainsi de réduire le rayonnement solaire par les fenêtres à tel point que ce sont les charges internes qui sont déterminantes pour le calcul de la puissance frigorifique requise. C’est pourquoi les principes sui-vants s’appliquent aux locaux ayant des charges thermiques internes élevées:]] Avec une protection solaire optimale, la

lumière du jour qui parvient dans les locaux est suffisante. C’est pourquoi l’éclairage ne doit être allumé que dans les zones situées à plus de 5 m des fenêtres.]] Les charges externes sont prises en

compte comme suit: dans cette zone de bordure de 5 m non éclairée artificielle-ment, on calcule une charge du local de 10 W/m².

Charges thermiques internesLes charges thermiques internes dé-pendent principalement des sources de rejets thermiques suivantes, dont les va-leurs sont indiquées dans l’utilisation stan-dard selon SIA 2024:1. Personnes: occupation, activité, habille-ment et heures à pleine charge en h/d.2. Equipements: appareils, pertes de mise en veille et heures à pleine charge en h/d. Exemples: rejets thermiques des outils de travail tels que ordinateurs, écrans, impri-mantes, réfrigérateurs, appareils de bu-reau et appareils ménagers, appareils mé-dicaux etc.3. Eclairage: puissance électrique spéci-fique, facteurs de correction pour les dé-tecteurs de présence, les variateurs et heures à pleine charge en h/d.4. Ventilation: puissance électrique spéci-fique des ventilateurs et heures à pleine charge.Ces quatre sources de rejets thermiques sont décrites ci-après de façon détaillée.

Emission de chaleur des personnesLe tableau 52 représente l’émission de chaleur des personnes pour différentes températures ambiantes (humidité am-biante relative: 30 à 70 %).

Emission de chaleur des équipementsL’émission de chaleur des équipements est plutôt modérée selon SIA 2024. Cela n’est cependant pas le cas des locaux dotés d’un haut niveau de technicité. Ces locaux sont par exemple:]] les centres de calcul, les salles de serveurs]] les salles de communication ICT, les cen-

trales de gestion informatiques]] les cuisines, les cuisines de production

Centres de calcul: Dans les centres de calcul dotés d’installations de pointe, l’ap-port de chaleur interne peut atteindre 2000 W/m², avec une tendance à la hausse. Il faut donc utiliser de puissants refroidisseurs à circulation d’air ou des appareils à refroidissement direct.

Cuisines: Dans les cuisines de production, les valeurs de raccordement électrique sont généralement très élevées, et peuvent dépasser les 2000 W/m². Dans de tels cas, il est très important de déterminer les si-multanéités avec des spécialistes et de pré-voir des dispositifs d’aspiration tels que des hottes aspirantes à proximité immé-diate des appareils.

Emission de chaleur des éclairages: Le tableau 53 répertorie une sélection de va-leurs limites et cibles typiques relatives au besoin annuel en énergie de l’éclairage E’Li. Ces valeurs sont basées sur les utilisa-tions standard selon SIA 2024.


Cat. Activité Domaine d’applica-tion

Emission de chaleur sensible (qs) et latent (qi) en watts par personne, en fonction de la tempéra-ture ambiante

26 °C 24 °C 22 °C 20 °C

qs qi qs qi qs qi qs qi

1 assis au reposthéâtre, école pri-maire

61 41 68 34 74 28 79 23

1 assis, travail très facile

école secondaire 62 54 70 46 77 39 80 36

1 travail de bureau bureau, hôtel, université

63 68 71 60 80 51 86 45

2 debout, déplace-ment lent

grand magasin, bou-tique, banque (comp-toir)

64 83 75 72 82 65 87 60

2 assis restaurant 71 91 83 79 91 71 96 66

2 travail d’atelier facile

usine, travail facile 72 148 86 134 100 120 115 105

3 danse salle de danse 80 169 95 154 109 140 124 125

3 marche usine, travail assez difficile

97 196 112 181 127 166 143 150

3 travail difficilepiste de bowling, usine

142 284 154 272 167 259 184 242

Tableau 52: Emis-sion de chaleur des personnes en watts (voir également le tableau 8 page 13).

Tableau 53: Valeurs limites et cibles pour le besoin an-nuel en énergie de l’éclairage.

N° Utilisation des locaux

Intensité lu-mineuse lx

Puissance spécifiquePLi en W/m²

Heures à pleine chargetLi en h/a

Besoin spécifique en élec-tricité E’Li en kWh/m²

Valeur limite Valeur cible Valeur limite Valeur cible Valeur limite Valeur cible

2.1 Chambre d’hôtel 200 (50) 3,0 2,0 1 270 1 170 4 2

3.1 Bureau indivi-duel, collectif

500 16,0 11,5 1 500 580 24 7

6.1 Restaurant 200 7,0 4,5 2 410 1 600 17 7

6.3 Cuisine de restaurant

500 16,0 11,5 2 400 1 810 38 21

8.1Chambre d’hôpi-tal et analogue

200 (100) 4,5 3,0 3 800 2 640 17 8

102Froid climatique

Tableau 54: Techno-logies de produc-

tion de froid.

3.4 Production de froid

Après le calcul de la charge frigorifique maximale, suit le dimensionnement de la machine frigorifique avec le refroidisse-ment de la machine frigorifique corres-pondant. Les points suivants doivent alors être pris en compte:]] Evaporateur: Les températures de l’eau

froide au niveau de l’évaporateur doivent être aussi élevées que possible. Pour le froid climatique, il convient de ne pas des-cendre en dessous de températures de ser-vice de 8/16 °C. Avec un plancher refroidis-sant, des plafonds refroidissants et des éléments refroidissants (dalles actives), la température peut être augmentée à au moins 16/19 °C.]] Condenseur: Les températures de re-

froidissement de la machine frigorifique au niveau du condenseur ou du désurchauf-feur doivent être aussi basses que possible (env. 28/34 °C). Dans le cas d’une éven-tuelle exploitation de la récupération de chaleur, les températures de service (env. 44/50 °C) ne doivent être augmentées que brièvement.]] Récupération de chaleur: La rentabi-

lité d’un système de récupération de cha-leur à partir d’un processus frigorifique

doit toujours être vérifiée. La première possibilité consiste à intégrer un conden-seur-désurchauffeur pour l’utilisation de max. 15 % des rejets thermiques à un ni-veau de température plus élevé (refroidis-sement de gaz chauds, env. 60 °C). L’avan-tage de cette solution réside dans le fait que la machine frigorifique ne doit pas atteindre une pression de condensation très élevée. Il en résulte des indices de per-formance plus élevés (EER) et une durée de vie technique plus longue de la machine frigorifique. La seconde possibilité consiste à utiliser l’ensemble de la chaleur du condenseur pour les consommateurs basse température tels que le plancher

Vue d’ensemble des différentes technologies d’installations frigorifiques

Installation frigori-fique à compression

Installation frigori-fique à absorption

Installation frigori-fique à adsorption

Installation DEC1

Effet de refroidisse-ment physique

Evaporation du fluide frigorigène (processus d’évaporation à froid) Condensation du fluide frigorigène

Principe de compres-sion

Compression mécanique Thermique, circuit de solution d’absorption

Thermique, adsorption de vapeur d’eau

Déshumidification par sorption

Energie d’entraîne-ment

Energie électrique Energie thermique 85 °C à 180 °C

Energie thermique 55 °C à 95 °C

Energie thermique 50 °C à 100 °C

Fluide frigorigène Hydrocarbures chlorés ou sans chlore

Eau avec LiBr ou NH3 comme moyen d’ab-sorption

Eau avec solide comme moyen d’adsorption (gel de silice)

Eau

Consommation spéci-fique d’énergie pri-maire²

1,3 à 1,65 0,6 à 1,0 0,4 à 0,6 0,3

1 Dessicative and Evaporative Cooling2 La consommation spécifique d’énergie primaire résulte du rapport entre la quantité de froid produite et l’énergie électrique ou thermique utilisée. Un chiffre de 0,6 à 1,0 (installation frigorifique à absorption) signifie que pour chaque kilowattheure de chaleur utilisé, on a produit 0,6 à 1,0 kilowattheure de froid.

Illustration 118: Comparaison des COP de différents types de compres-seurs avec une puis-sance d’évaporateur d’env. 400 kW.

EER

Plage de puissance du compresseur en %

Turbocor

Vis

Piston

25,0

11,5

4,8

7,56,8 6,0

6,2

3,63,2

2,8

2,1

10,6

8,1

0

2

4

6

8

10

12

37,5 50,0 62,5 75,0 87,5 100,0


Tableau 55: Types de compresseurs. (Source: Pompes à chaleur)

chauffant ou les dalles actives. Si des tem-pératures de service plus élevées (supé-rieures à env. 50 °C) sont requises, la tem-pérature de condensation et donc la pres-sion côté fluide frigorigène doivent être augmentées. Cette solution présente l’avantage de permettre l’utilisation d’une grande partie des rejets thermiques. ]] Perte de charge: Pour éviter les défail-

lances, les débits au niveau du condenseur et de l’évaporateur doivent être les plus constants possibles, avec une perte de charge minimale de 0,3 bar au maximum.]] Accumulateur de froid: Pour garantir

un temps de fonctionnement minimal, il convient de prévoir un accumulateur afin que le climatiseur puisse présenter à son allure la plus basse un temps de fonction-nement minimum de 20 minutes.]] Aérorefroidisseur: Une exploitation

maximale en free cooling de l’aérorefroidis-seur doit être garantie notamment en hi-ver, dans l’entre-saison ainsi que les nuits d’été.

Pour la production de froid, on dispose au choix de trois technologies (tableau 54). L’EER désigne dans ce cas la consomma-tion spécifique d’énergie primaire résul-tant du rapport entre la quantité de froid

produite et l’énergie électrique ou ther-mique utilisée.

Machines frigorifiques à compressionPour produire du froid climatique, on uti-lise le plus souvent des machines frigori-fiques à compression fonctionnant à l’électricité. Pour les faibles puissances, on utilise plutôt des compresseurs à pistons et des compresseurs scroll, pour les puis-sances moyennes à élevées plutôt des machines à vis et des turbomachines.

Au cours de ces dernières années, de nou-velles machines frigorifiques appelées «Turbocor» on fait leur apparition sur le marché dans la plage de puissance de 300 à 800 kW. Ces modules sans huile d’un nouveau genre basés sur des compresseurs avec paliers magnétiques avec régulation de fréquence (vanne de commutation), permettent d’atteindre un régime extrême-ment élevé (jusqu’à 40 000 tr/min) et ainsi des valeurs énergétiques inégalées notam-ment dans la plage de charge partielle. Le démarreur progressif intégré permet au compresseur de démarrer progressivement avec des courants de démarrage extrême-ment faibles. Etant donné que le module fonctionne sans huile, une exploitation

Type de compresseur Pistons Pistons en spirale (scroll) Vis Turbo

Principe de fonctionnement Déplaceur Déplaceur Déplaceur Turbomachine

Compression Statique Statique Statique Dynamique

Volume de déplacement Géométrique Géométrique Géométrique Dépendant de la contre-pression

Refoulement Par impulsions Constant Constant Constant

Débit volumique (plage) jusqu’à 1000 m3/h jusqu’à 500 m3/h 100 à 10000 m3/h 100 à 50000 m3/h

Puissance de chauffe (plage pour B0/W35)

jusqu’à 800 kW jusqu’à 400 kW 80 à 8000 kW 80 à 40000 kW

Rapport de pression en général (un étage)

jusqu’à 10 jusqu’à 10 jusqu’à 30 jusqu’à 5

Possibilité de régulation à régime constant

Etages Difficile Continu Continu

Régulation du régime Possible Possible Possible Possible

Sensibilité aux chocs hydrauliques Elevée Faible Faible Faible

Provoque des vibrations Oui Non Non Non

104Froid climatique

tandem de plusieurs compresseurs en pa-rallèle est envisageable, ce qui est égale-ment optimal en termes d’efficacité éner-gétique et fournit des valeurs de charge partielle excellentes avec un très bon COP. L’utilisation d’un «évaporateur noyé» aug-mente encore l’efficacité énergétique sans poser aucun problème de réacheminement de l’huile car le circuit frigorifique en est exempt.

Comportement en charge partielle: Une machine frigorifique pour le froid cli-matique fonctionne la plupart du temps en charge partielle (env. 25 à 60 %), pour alimenter le refroidisseur à circulation d’air (illustration 118). Ce n’est qu’au plus haut

de l’été, au cours des mois de juillet et août, que la puissance totale du compres-seur est requise pour les installations d’«aération douce». C’est pourquoi il est important, dans le calcul de rentabilité, de prendre en compte le comportement en charge partielle. Conformément au gra-phique, les machines frigorifiques à turbo présentent en charge partielle, par rapport aux compresseurs à pistons et aux com-presseurs à vis, un COP nettement plus élevé (courbe bleue).

Conclusion: Lorsque l’on utilise des com-presseurs Turbocor, il est important de tou-jours les faire fonctionner dans la plage de puissance inférieure, entre 25 et 60 %.

Illustration 119: Principe de la géné-

ration de froid au moyen de l’absorp-

tion.

Illustration 120: Production de froid

industriel avec meuble réfrigérant.

Solution faible

Bouilleur

Vapeur d’eau

Arrivée de chaleur

Condenseur

Evaporateur

Vapeur d’eau

Vide

Eau de refroidissement

Echangeur de chaleur à solution

Bromure de lithium

Pompe Pompe

Solution forte

32°C

27°C

6°C

12°C

Tour de refroi-dissement

Eau froide pour la climatisation

M

Meuble réfrigérant

CompresseurSéparateur d’huile

Fluide frigorigèneVapeur

Collecteur

Fluide frigorigèneLiquide, parfois vapeur

Condenseur

Chauffe-eau

Chauffeur d’air

Fluide frigorigène Liquide


Ce n’est que comme cela que l’on pourra atteindre un COP élevé et par là même une faible consommation électrique. En outre, il est à noter que l’on utilisera dans l’idéal un aérorefroidisseur hybride avec une basse température de service côté conden-seur.

Machines frigorifiques à absorptionLe principe de fonctionnement de l’absor-beur repose sur le fait que l’eau, à une pres-sion d’air proche du vide, s’évapore même à basse température (autour de 5 °C). Pour maintenir le processus d’évaporation, la vapeur d’eau est aspirée en continu à l’aide d’une solution de bromure de lithium ou de zéolithe. La solution saline diluée par ce processus doit être épaissie par l’évapora-tion de l’eau. Cela s’effectue dans le bouil-leur, à l’aide d’une forte chaleur. La vapeur d’eau ainsi formée se condense dans l’aé-rorefroidisseur et l’eau de condensation est réacheminée jusqu’à l’évaporateur. Le cir-cuit de l’absorbeur est ainsi bouclé. Etant donné que les modules frigorifiques à ab-

sorption fonctionnent sans aucune pièce mécanique mobile, ils sont quasiment sans entretien. Tandis que la durée d’utilisation indiquée d’une machine frigorifique à compression est d’au moins 15 ans, les ins-tallations frigorifiques à absorption at-teignent au minimum 20 ans. A l’inverse d’une machine frigorifique à compression, l’absorbeur ne nécessite quasiment au-cune énergie électrique et ne contient au-cun hydrocarbure nocif pour l’environne-ment en tant que fluide frigorigène. L’en-combrement d’une installation frigorifique à absorption et du refroidissement de la machine frigorifique est cependant nette-ment supérieur à celui d’une machine fri-gorifique à compression.

Les machines frigorifiques à absorption sont intéressantes lorsque la chaleur ache-tée est très bon marché ou provient d’énergies renouvelables.

Froid industrielLe froid industriel sert à refroidir les chambres froides et les meubles frigori-fiques de la cuisine à la température sou-haitée. Dans tous les processus frigori-fiques, la chaleur absorbée doit être à nou-veau évacuée. Une grande partie de celle-ci peut alors être utilisée pour le préchauf-fage de l’eau chaude, avec des durées d’amortissement relativement courtes (moins de 5 ans). La chaleur résiduelle doit obligatoirement être évacuée au moyen d’aérorefroidisseurs ou de condenseurs.

Refroidissement par évaporationLe refroidissement par évaporation consti-tue une alternative aux machines frigori-fiques. Ce procédé est connu depuis bien longtemps dans l’industrie. Dans le do-maine de l’«aération douce», ce système n’a pu s’imposer qu’au cours de ces 15 dernières années sous l’appellation de re-froidissement adiabatique ou d’humidifica-tion adiabatique. Une autre possibilité est le refroidissement par sorption. L’humidifi-cation adiabatique est souvent utilisée pour l’«aération douce» et se déroule se-lon le principe représenté dans l’illustration 121.

Illustration 121: Hu-midification adiaba-tique de l’air rejeté.

Filtre

Récupération de chaleur

Ventilateur d’extraction d’air

Humidificateur

Refroidisseur d’air

Ventilateur d’arrivée d’air

Local

-

Illustration 122: Principe du refroi-dissement par sorp-tion.

Filtre

Récupération de chaleur

Roue à sorption

Ventilateur d’extraction d’air

Humidificateur

Réchauffeur (hiver)

Ventilateur d’arrivée d’air

Local

+

+

106Froid climatique

Le refroidissement direct par humidifica-tion dans le flux d’air neuf ou d’air fourni est généralement source de mécontente-ments en raison de l’augmentation de l’humidité relative de l’air fourni. En pré-sence d’une humidité de l’air plus élevée, l’évacuation de chaleur du corps humain par évapotranspiration est plus difficile. La sueur reste sur la peau sous forme de film aqueux, ce qui entraîne une sensation d’in-confort. Ce procédé n’est donc utilisable que dans des applications limitées. Le re-froidissement par sorption est un perfec-tionnement du refroidissement par évapo-ration, afin d’atteindre des puissances fri-gorifiques supérieures (illustration 122). Refroidissement par sorption: dans ce pro-cédé physique, on déshumidifie tout d’abord l’air à refroidir. Pour ce faire, l’hu-

midité est retirée de l’air à l’aide d’un maté-riau à sorption tel que par exemple un sili-cagel, ce qui chauffe l’air. Dans une se-conde phase, l’air peut être refroidi en plusieurs étapes par récupération de l’éner-gie, par un refroidisseur d’air ou une humi-dification adiabatique. Le liquide collecté dans le gel de silice doit être extrait à l’aide de chaleur (désorption).

Aérorefroidisseur et free coolingPour évacuer la chaleur de condensation d’un générateur de froid, on utilise des aérorefroidisseurs. Ceux-ci se divisent en deux groupes principaux:]] Les aérorefroidisseurs ouverts ou hu-

mides: dans ces installations, l’eau de re-froidissement chauffée dans le condenseur de la machine frigorifique est amenée en

Illustration 123: Plages de tempéra-ture des aérorefroi-

disseurs.

Condenseur direct, refroidi par air

Refroidisseur sec; exemple: 38/44˚C

Refroidisseur d’air/condenseur: 32/34˚C

Refroidisseur sec fermé: 31/37˚C

Refroidisseur sec mouillé: 28/34˚C

Refroidisseur par évapora-tion ouvert: 27/33˚C

Températures traditionnelles de refroidissement en cycle fermé

Température de condensation possible de la

machine frigorifique

Refroidisseur par évaporation

Hybride

˚C24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52

Dif

fére

nts

typ

es d

´aér

oré

frig

éran

ts

Illustration 124: Sources d’énergie

pour l’utilisation di-recte ou indirecte

pour le refroidisse-ment.

Eau souterraine Eaux uséesEau de surface

Sondes géothermiques

Registres terrestres avec capteur non couvert pour la

décharge

Registres terrestres


Illustration 125: Utilisation de la chaleur terrestre (aperçu).

contact direct avec l’air neuf. Avantages: faible encombrement, coefficient de per-formance plus élevé de la machine frigori-fique. Inconvénients: coûts d’exploitation et d’entretien élevés, production d’eau et pertes par évaporation et purge, risque de gel, formation de nappes de brouillard, salissure de l’eau de refroidissement avec corrosion possible, formation d’algues et de légionelles.]] Aérorefroidisseurs fermés ou secs: dans

ces installations, l’eau de refroidissement est séparée de l’air neuf et est isolée à l’aide d’un vase d’expansion. Avantages: aucune consommation d’eau, investisse-ment, coûts d’entretien et de maintenance plus faibles. Inconvénients: encombrement important et coefficient de performance plus faible de la machine frigorifique.]] Les aérorefroidisseurs hybrides repré-

sentent également un compromis.

Ces aérorefroidisseurs hybrides fonc-tionnent la plupart du temps comme des refroidisseurs secs conventionnels en pré-sence de températures extérieures relative-ment basses. En présence de températures extérieures plus élevées, une quantité bien dosée d’eau déminéralisée est pulvérisée sur la surface de refroidissement, et s’éva-

pore en majeure partie à la surface (entre 70 et 100 %). La puissance du refroidissement de la machine frigorifique s’en trouve ainsi considérablement augmentée. Avantages: faible encombrement, meilleur coefficient de performance de la machine frigorifique, coûts d’énergie et d’eau minimums, aucune nappe de brouillard, pas d’eau en circula-tion et ainsi aucune prolifération d’algues ni de légionelles. Les principaux inconvénients de ce système sont les suivants: investisse-ment plus élevé et production d’eau requise, souvent avec osmose inverse.

Les aérorefroidisseurs hybrides dotés de températures de refroidissement de la ma-chine frigorifique de 28/34 °C représentent une solution optimale, notamment sur le plan des besoins en énergie et de l’encom-brement. Si les coûts d’investissement sont une priorité, il est recommandé d’utiliser des refroidisseurs secs, fiables et irrépro-chables sur le plan hygiénique.

Free cooling: Le système du refroidisse-ment libre utilise, dans la période hiver-nale, les basses températures extérieures pour produire de l’eau froide. A cet effet, un échangeur de chaleur supplémentaire doit être installé. Avec des systèmes

Géothermie peu profonde (env. 8 –25 ºC)

Sonde géothermique

Quelques dizaines à 400 m de profondeur

Quelques centaines de m à > 5000 m de profondeur

Singlet/Doublette hydrogéothermique

Extraction d’eaux thermales

Quelques dizaines de m profondeur

La plupart < 50 m de profondeur

Jusqu’à 5000 m de profondeur

Système fermé Système ouvert Système ouvert

CapteursCorbeille

Pieux énergétiques

Puits d’eau souterraine avec

réinfiltration

Hydrogéothermie Enhanced Geothermal Systems (EGS)

Géothermie profonde (env. 20 –200 ºC)

Utilisation directe de l’eau chaude

Production d’électricité et utilisation de la

chaleur rejetée

Utilisation avec échangeur de chaleur et utilisation directe de l’eau chaude

Production d’électricité à l’aide d’installations ORC ou Kalina

Utilisation de la chaleur et utilisation des eaux thermales

Utilisation via des pompes à chaleur

Production de chaleur, refroidissement

108Froid climatique

d’émission de chaleur fonctionnant avec des températures d’eau élevées notam-ment (plafonds refroidissants, dalles ac-tives, planchers refroidissants), le free coo-ling est une solution recommandée. En Suisse, les températures extérieures moyennes généralement inférieures à 8 °C, sont favorables à l’utilisation de cette énergie bon marché. Elle permet d’écono-miser chaque année jusqu’à 35 % des coûts d’exploitation.

Récupération de chaleurIl existe plusieurs possibilités pour récupé-rer la chaleur du condenseur,:l’une d’elles consiste à intégrer un conden-seur-désurchauffeur pour réutiliser les re-jets thermiques à un niveau plus élevé (re-froidissement de gaz chauds). Cette solu-tion est avantageuse dans le sens où la machine frigorifique ne doit pas atteindre une pression de condensation très élevée, ce qui lui garantit une longue durée de vie technique. Malheureusement, cette tech-nique ne permet de réutiliser qu’env. 10 % de la totalité de la chaleur du condenseur à un niveau de température plus élevé.

Pour récupérer entièrement la chaleur du condenseur, la température de service des consommateurs doit être basse (plancher chauffant, dalles actives, corps de chauffe basse température, préchauffage de l’ECS etc.). Si des températures de service plus élevées (supérieures à env. 55 °C) sont re-quises, la température de condensation doit être augmentée. Cette solution pré-sente l’avantage de permettre l’utilisation d’une grande partie des rejets thermiques. L’inconvénient réside dans la pression de service plus élevée et dans le coefficient de performance moins bon de la machine fri-gorifique.

Sources d’énergieLes sources d’énergie naturelles per-mettent de refroidir directement les locaux et les installations. Il est toutefois égale-ment possible d’utiliser de telles sources de façon indirecte, par exemple pour le refroidissement de la machine frigorifique. Les sources d’énergie représentées dans

l’illustration 124 peuvent être divisées en deux groupes:]] Les systèmes ouverts avec des eaux sou-

terraines et de surface issues de la géother-mie peu profonde. Les températures de service sont alors de l’ordre de 8 à 25 °C. En cas d’utilisation des eaux usées, les tempé-ratures sont parfois même plus élevées.]] Les systèmes fermés avec un mélange

eau-antigel, qui peuvent être combinés avec une installation solaire. Les tempéra-tures de service sont alors de l’ordre de 0 à 18 °C.

Conformément à SIA 384/6, les utilisations suivantes sont dans ce cas intéressantes (illustration 125). Les trois sources d’éner-gie peu profondes que sont les sondes géothermiques, les pieux énergétiques et les puits d’eaux souterraines peuvent éga-lement être utilisées à des fins de refroidis-sement.


3.5 Refroidissement du local

Des systèmes très différents existent pour le refroidissement des locaux (tableau 56). Les bâtiments peuvent être refroidis par des installations de ventilation et de clima-tisation centrales. Pour les locaux indivi-duels ayant des charges internes élevées, deux méthodes sont envisageables:

]] Grâce à des dalles actives et des plafonds refroidissants ou des surfaces refroidis-santes statiques en dessous du plafond, il est possible de prélever au local de la cha-leur sans bruit, sans courant d’air et de fa-çon avantageuse sur le plan énergétique. C’est ce que l’on appelle également le re-froidissement statique.]] Les refroidisseurs à circulation d’air sont

utilisés dans les locaux ayant des charges thermiques internes élevées. Exemples: centres de calcul, salles de serveurs, salles d’opération, stérilisation, radiologie, grands bureaux etc. Les refroidisseurs à circulation d’air servent uniquement à évacuer la cha-leur interne. Le renouvellement hygiénique de l’air doit être garanti par l’installation de ventilation.Si possible, aucun refroidisseur à circula-tion d’air ne doit être installé dans des lo-caux fréquentés par un grand nombre de

personnes. Ils sont en effet bruyants, né-cessitent un séparateur de condensat ainsi que du courant d’entraînement pour le ventilateur (maintenance supplémentaire). Sur le plan hygiénique, ils ne sont pas non plus sans poser problème.

Les refroidissements à l’eau de ville sont en principe interdits. Dans certains cas exceptionnels, par exemple pour le refroi-dissement des groupes diesel de secours et le refroidissement des serveurs IRM, de tels refroidissements de secours sont au-torisés.

Les éléments de construction refroidis-sants (p. ex. dalles actives) tout comme les plafonds refroidissants peuvent être utili-sés pour évacuer de la chaleur sensible et perceptible. Ces deux systèmes utilisent la masse thermique du local et sont ainsi très efficaces sur le plan énergétique.

Dalles activesLes dalles actives utilisent la masse ther-mique du bâtiment pour refroidir les lo-caux. De cette manière, les charges ther-miques des personnes, des appareils et du soleil arrivant dans le local n’ont pas be-soin d’être immédiatement évacuées, car elles peuvent être stockées dans la masse

Tableau 56: Sys-tèmes de refroidis-sement et leurs températures de fonctionnement et limites de puis-sance. (Source SIA 382/2) SPN: surface de plancher nette

Système Puissance de chauffe maximale

Température maximale de départ ou d’ar-rivée d’air °C

Puissance de refroidissement maximale

Température minimale de départ ou d’arrivée d’air °C

Fluide Remarques

W/m2

SPNW/P W/m2

SPNW/P

Corps de chauffe 50 50 Eau

Plafond chauffant 40 30 Eau

Plancher chauffant 40 35 20 19 Eau

Dalles actives 40 30 40 19 Eau

Plafond refroidissant 80 17 Eau

Aérotherme 360 50 Air env. 36 m3/h P

Ventilation par mélange 120 16 Air env. 36 m3/h P

Ventilation à déplacement d’air

70 20 Air env. 36 m3/h P

Refroidisseur à circulation d’air ≥100 16 Air

110Froid climatique

Illustration 126: Principe d’un refroi-dissement au moyen d’un pla-fond refroidissant, pouvant également prendre en charge des fonctions de chauffage.

Le tableau 56 montre clairement que le refroidissement par les éléments de construction permet d’évacuer efficace-ment les rejets thermiques impliquant une grande part de rayonnement, par exemple de l’éclairage, des personnes et des charges externes. Pour les locaux ayant une grande proportion d’appareils de bu-reau, il convient de trouver une autre solu-tion. Exemples: centres de calcul, postes de travail des négociants dans les banques etc. Le concept global du refroidissement par les éléments de construction se base sur les cinq éléments principaux suivants:1. Enveloppe du bâtiment à haute isola-tion thermique, qui maintient les charges thermiques externes faibles et garantit également une bonne protection solaire (valeur g en dessous de 0,15, exemple: stores à lamelles extérieurs clairs).2. Charges thermiques internes maximales jusqu’à 150 Wh/m²d3. Aération physiologique contrôlée avec récupération de chaleur4. Plafond de béton sans habillage (acous-tique!) avec tuyaux de refroidissement et de chauffage intégrés5. Possibilité de refroidissement au moyen d’aérorefroidisseurs, de sondes géother-miques, de machines frigorifiques etc.

Plafonds refroidissantsLes plafonds refroidissants ou surfaces re-froidissantes statiques en dessous du pla-

des éléments de construction. Au cours des heures plus froides de la nuit, cette chaleur peut être à nouveau prélevée au bâtiment. Les variantes avantageuses de générateurs de froid sont les suivantes:]] Refroidissement direct à l’aide de sondes

géothermiques]] Free cooling à l’aide d’aérorefroidisseurs

hybrides]] Refroidissement à l’aide d’une machine

frigorifique, y c. utilisation des rejets ther-miques pour l’eau chaude, avec l’électricité bas tarif plus avantageuse et des puis-sances de refroidissement en cycle fermé plus faibles.Les dalles actives sont plus efficaces lorsque la part de rayonnement des sources de chaleur dans le local est élevée. Le tableau 57 montre les parts de rayonne-ment et de convection.

2 x vannes à 2 voies chauffage/refroidissement, par zone

Module de plafond hydraulique 500 x 800 mmFonctions: chauffage, refroidissement, activation de la masse du plafond en béton, absorption phonique, air fourni et éclairage. Pertes de pression: côté eau env. 10000 Pa; côté ventilation env. 20 Pa

Air rejeté21−28°C

Air fourni 20 −24 °C

Régulateur d’ambiance

Température ambiante

Humidité

Distributeur de chauffage

Distributeur de froid

Air rejeté Air fourni

T

F

Tableau 57: Sources de chaleur.

Sources Part de rayonnement

Part de convection

Appareils de bureau et ser-veurs, avec ventilateur

10 % 90 %

Appareils de bureau et ser-veurs, sans ventilateur

20 % 80 %

Eclairage 50 % 50 %

Personnes 70 % 30 %

Rayonnement solaire 90 % 10 %


miques les plus importantes. Cela accroît le confort ambiant et l’efficacité énergé-tique, car il n’est pas nécessaire de chauf-fer toute la masse du plafond. Dans tous les cas, il est important que l’enveloppe du bâtiment soit étanche et très bien isolée, afin d’éviter tout phénomène de courant d’air.

Le dimensionnement d’un plafond refroi-dissant fait appel à des connaissances spé-cifiques, qui prennent en compte les points suivants:]] La température de surface du plafond

refroidissant ne doit jamais descendre en deçà du point de rosée dans le local. Sécu-rité assurée par une sonde de condensat.]] Les plafonds refroidissants doivent être

100 % étanches à la diffusion (oxygène), dans le cas contraire une séparation du réseau est requise.]] La régulation doit s’effectuer conjointe-

ment avec la ventilation. Lorsque la valeur de consigne du local est atteinte, le débit à travers les éléments concernés du pla-fond refroidissant doit être arrêté.]] Certains éléments du plafond refroidis-

sant doivent être conçus de manière à pouvoir être arrêtés et vidangés séparé-ment.]] Il est recommandé, notamment dans les

locaux critiques, de vérifier chaque élé-ment du plafond refroidissant par thermo-graphie lors de la mise en service.]] Pour l’activation du plafond en béton, la

section transversale libre du plafond double doit être d’au moins 50 %. Pour

fond permettent de prélever au local de la chaleur sans bruit, sans courant d’air et de façon efficace sur le plan énergétique. C’est ce que l’on appelle également le re-froidissement statique. Les plafonds refroidissants correspondent, en termes de fonction, aux parois chauf-fantes, mais doivent être montés au pla-fond pour des raisons physiques. L’air chaud du local monte jusqu’au plafond et est refroidi en dessous de celui-ci. L’air re-froidi retombe ensuite dans la zone de sé-jour quasiment sans courant d’air. Les pla-fonds refroidissants ne présentent que deux inconvénients: investissement élevé et sensibilité aux taux d’humidité ambiante élevés (formation de condensation).

L’illustration 126 représente un plafond refroidissant avec un raccordement à 4 conducteurs et la possibilité de chauffer et de refroidir simultanément la même zone.

L’illustration 126 montre que les plafonds refroidissants actuels peuvent également être combinés avec d’autres applications telles que la ventilation, l’éclairage et l’ab-sorption phonique. Cela permet de réduire le nombre d’interfaces.

Les plafonds refroidissants permettent également de chauffer les locaux. L’avan-tage de cette solution, conformément à l’illustration 126, réside dans le fait que seule la zone de façade est chauffée, c’est-à-dire uniquement la partie du local dans laquelle surviennent les déperditions ther-

Tableau 58: Typolo-gie des plafonds re-froidissants ainsi que des valeurs de puissance associées.

Brève description Refroidissement Chauffage

Puissance spécifique]] Plafonds rayonnants avec surveillance du point de rosée]] Plafonds à convection avec vitesses de l’air inférieures à 0,15 m/s

]] 70 W/m² – 100 W/m²

]] 100 W/m² – 50 W/m²

]] jusqu’à 200 W/m²

]] jusqu’à 300 W/m²

Fourniture de puissance pour mainte-nir la température ambiante

Possible avec une grande précision Problématique en raison de la stratifica-tion de la température

Critères de confort ]] Stratification de température]] Asymétrie de rayonnement]] Vitesses de l’air intérieur

]] Quasiment aucune]] sensation]] en dessous de 0,15 m/s

]] En fonction de la charge, env. 2 K/m]] Confortable jusqu’à 54 W/m²]] Eventuellement retombée d’air froid

Exigences relatives à la façade vitrée Aucune influence Valeur U inférieure à 1,3 W/m²K

112Froid climatique

Tableau 59: Les principaux systèmes de refroidissement utilisés pour le froid climatique. On présuppose ici que l’humidité ne doit

pas être conservée dans le local.

N° Indication frigori-fique avec eau froide

Fonction Schéma Avantages Inconvénients

1 Dalles actives Refroidissement par éléments de construction avec ac-tivation de la masse

Bon marché, refroidisse-ment statique vers le haut et vers le bas jusqu’à 40 W/m²

Refroidissement parfois incontrôlé; intégration dans l’élément de construction en béton

2 Plafond refroidis-sant, relié au pla-fond

Fermé, activation mi-nimale de la masse

Bon marché, refroidisse-ment statique; peu en-combrant, à peine visible dans le local

Pas d’activation directe de la masse possible

3 Module de refroidis-sement

Intégration de la masse de plafond

Refroidissement bon mar-ché et statique; activation de la masse thermique

Montage difficile avec des plafonds doubles suspen-dus

4 Plafond refroidissant en dessous du pla-fond

Ouvert, avec activa-tion des éléments de construction; plafond à convection

Refroidissement statique; parfois activation de la masse thermique selon la section transversale libre

Nettoyage difficile; hau-teur intérieure réduite

5 Voile refroidissant en dessous du pla-fond

Ecoulement libre dans le local avec ac-tivation des éléments de construction

Refroidissement statique, solution thermiquement active haute à perfor-mance

Nettoyage difficile; hau-teur intérieure partielle-ment réduite

6 Plancher refroidis-sant

Interchangeabilité avec le plancher chauffant

Bon marché, refroidisse-ment statique, avec acti-vation de la masse

Puissance frigorifique à 18/21 °C max. 15 W/m²

7 Poutres froides Panneaux de refroi-dissement avec air primaire

Puissance plus élevée dans un espace minimal; occupation partielle du plafond uniquement

Hauteur intérieure partiel-lement réduite; possibilité d’apparition de courants d’air; coûts de service

8 Appareil d’allège Appareil à induction avec air primaire

Puissance plus élevée dans un espace minimal; un seul élément pour le chauffage, le refroidisse-ment et la ventilation

Parfois phénomènes de courant d’air, émissions sonores, gourmand en énergie, l’allège doit être planifiée, coûts de service

9 Refroidisseur à circu-lation d’air

Ventilateur-convec-teur avec ou sans sé-parateur de conden-sat

Avec évacuation du condensat, puissance éle-vée; solution bon marché

Emissions sonores dans le local; refroidissement sec avec puissance limitée; coûts de service

cette raison, il est recommandé de confi-gurer les plafonds refroidissants sous forme de «voiles» dans le local.


ment faire baisser le besoin en énergie, uti-liser davantage de sources d’énergie re-nouvelables et de rejets thermiques, et dé-lester durablement l’environnement. C’est ainsi que certaines tendances se dessinent aujourd’hui déjà. L’avenir sera placé sous le signe d’une utilisation croissante des éner-gies renouvelables, aussi bien pour la pro-duction de chaleur que pour la production d’électricité. En outre, les rendements de tous les convertisseurs d’énergie seront fortement améliorés et l’accumulation de l’énergie sera garantie sur une plus longue période. Il pourrait en résulter une utilisa-tion optimale de la récupération de chaleur de tous les processus et ainsi une économie d’énergie à plus long terme, malgré des exigences de confort plus élevées!

Illustration 127: Tendances dans le domaine de la tech-nique frigorifique.

3.6 Tendances dans le do-maine de la technique frigori-fique

Dans quelle direction la technique frigori-fique se développe-t-elle? D’un côté, les constructions deviennent de plus en plus denses. Les exigences de confort des habi-tants augmentent, tout comme le degré de technicité. En outre, les températures moyennes de l’air extérieur augmentent également. Cette évolution implique obli-gatoirement des puissances de refroidisse-ment plus élevées, et ainsi une consomma-tion électrique accrue pour les compres-seurs, les ventilateurs et les circulateurs. D’un autre côté, on souhaiterait sérieuse-

++

BouilleurCon-

denseur

Eva-porateur

Ab-sorbeur

Gain d’énergie

Transformation de l’énergie

Accumulation d’énergie

Consommation d’énergie

Froid industriel

Froid climatique

Refroidissement par les éléments de construction et refroidisseur à circulation d’air

Utilisation de la récupération de chaleur pour le chauffage des éléments de construction

Utilisation de la récupération de chaleur pour le chauffage ambiant et la ventilation

Utilisation de la récupération de chaleur pour- le préchauffage de l’ECS

Chaleur industrielle

Utilisation de la récupérationde chaleur pour - le chauffage de l’ECS

Réseau de chauffage de proximité; conduites à distance

Accumulateur à effet durable Terre comme accumulateur d’énergie

Pompe à chaleur

Machine frigorifique

Chaudière à biomasse

Machine frigorifique à absorption

Smart -Grid

Combustion des déchets

Energie éolienne

Capteurs solaires

Bio-masse

PV

--

~ 100°C

~ 90°C

~ 70°C

~ 60°C

~ 50°C

~ 40°C

~ 30°C

~ 20°C

~ 10°C

~ 80°C

> 110°C

4.1 Typologie des installations de ventilation

Renouvellement de l’air

Chapitre 4

Kurt Hildebrand

Types d’installations de ventilation et de climatisation selon leurs fonctions

Type d’installation Alim

enta

tio

n e

n a

ir

fou

rni

Evac

uat

ion

de

l’air

ex

trai

t

Réc

up

érat

ion

de

cha-

leu

r et

uti

lisat

ion

des

re

jets

th

erm

iqu

es

Filt

rati

on

de

l’air

fo

urn

i

Ch

auff

age

Ref

roid

isse

men

t

Hu

mid

ific

atio

n

Dés

hu

mid

ific

atio

n

Co

de

de

cou

leu

r d

e l’a

ir f

ou

rni

Installation d’air fourni simple x – – x – – – – vert

Installation d’amenée d’air avec chauffage de l’air

x – – x x – – – rouge

Installation d’extraction d’air simple

– x – – – – – – –

Installation d’extraction d’air avec utilisation des rejets ther-miques

– x x – – – – – –

Inst

alla

tio

n d

e ve

nti

lati

on

Installation de ventilation simple x x x x – – – – vert*

Installation de ventilation avec chauffage de l’air

x x x x x – – – rouge

Installation de ventilation avec chauffage et humidification de l’air

x x x x x – x – bleu

Inst

alla

tio

n d

e cl

imat

isat

ion

Installation de climatisation simple

x x x x x x – (x) bleu

Installation de climatisation avec humidification de l’air

x x x x x x x (x) bleu

Installation de climatisation avec humidification et déshumidifica-tion de l’air

x x x x x x x x violet

* Si la récupération de chaleur permet de maintenir la température de l’air fourni à plus de 17 °C, le code de couleur rouge peut être utilisé.

– Non influencé par le système ou impossible ou non disponible.x Contrôlé par le système et respectant les valeurs de garantie correspondantes dans le local.(x) Influencé par le système, mais sans valeurs garanties dans le local.

Tableau 60: Types d’installations de ventilation et de climatisation selon leurs fonctions (SIA 382/1). Dans les installations de ventilation et de climatisation, cette typologie dépend de la possibilité de contrôle de la température et du taux d’humidité de l’air intérieur.

116Renouvellement de l’air

Descriptions de fonctionnementRemarques sur les fonctions des installa-tions représentées.

Surveillance du ventilateur: Le fonc-tionnement du ventilateur est surveillé, la plupart du temps, au moyen d’une surveil-lance du régime au niveau de l’axe de la roue mobile ou d’une surveillance de la vitesse de l’air au niveau de la tubulure d’admission du ventilateur. Elle est compa-rée à une valeur de consigne prédétermi-née.

Surveillance des filtres: Les filtres sont surveillés manuellement à l’aide d’un affi-chage de la pression sur l’appareil de conditionnement d’air. Une surveillance électronique automatique est possible, mais n’est pas habituelle sur les petites ins-tallations.

Clapets: Les clapets d’air neuf et d’air re-jeté doivent se fermer en cas d’arrêt de l’installation et de panne de courant. Les moteurs des clapets doivent les refermer automatiquement en l’absence de cou-rant. Les clapets se ferment avec un cer-tain retard par rapport à la désactivation des ventilateurs et s’ouvrent avant le dé-marrage des installations.

Illustration 128: Composants des ins-

tallations de venti-lation.

Les principaux composants

Captage de l’air neuf et sortie de l’air rejeté: Le captage de l’air neuf doit s’effec-tuer sur une face du bâtiment la plus om-bragée possible et être conçu de manière à ce qu’aucune substance étrangère telle que des feuilles, des branches, de la pous-sière etc. ne puisse s’infiltrer. Attention aux éventuels actes de vandalisme. La norme (SIA 382/1) prescrit de capter l’air extérieur au minimum à trois mètres au-dessus du sol. Les installations de ventilation desti-nées aux immeubles d’habitation peuvent déroger à cette règle. L’air rejeté doit être acheminé au-dessus de la toiture, afin de ne provoquer aucune irritation due à de l’air contaminé et enrichi en composés odorants.

En cas d’incendie: En général, les instal-lations techniques de ventilation et de cli-matisation sont désactivées en cas d’in-cendie. Aucun circuit de désenfumage n’est prévu et les clapets sont amenés en position fermée.

Autorisation d’utiliser du courant de secours: En général, les installations tech-niques de ventilation et de climatisation ne sont pas autorisées à recourir au courant de secours.

− −LT

REPRJT

M6

M6

F9ANF FOU

+

M

+

−

M

LT

LT

LT

LT

−

+ +

M

Manchette

Humidificateur d’airVentilateur avec pièce d’expansionAmortisseur de bruitSystème de circuit mixte, récupération de chaleur

Partie videFiltre (à particules fines)

Refroidisseur d’air avec séparateur de gouttes

Réchauffeur d’air

Clapet motorisé


Automatisme du bâtiment: Bien en-tendu, les installations peuvent être déve-loppées et automatisées autant que sou-haité, sur le plan de leurs fonctions de ré-gulation, de surveillance et de sécurité, dans la mesure où l’automatisme du bâti-ment leur permet de maintenir leur fonc-tionnement. La nécessité et la pertinence d’un tel processus d’automatisme doivent être déterminées.

Installation d’amenée d’air simple et installation d’amenée d’air avec ré-chauffage de l’air Tâche: L’installation fournit aux locaux l’amenée d’air requise. Souvent, il s’agit de locaux qui ne sont pas souvent utilisés ou sont rapidement exposés à une charge éle-vée de personnes ou de processus. L’air extrait s’échappe par des ouvertures contrôlées. L’air fourni est réchauffé selon la nécessité.

Allures de fonctionnement: Ce type d’installation fonctionne généralement avec une seule vitesse (allure 0-I)

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation est activée ou désactivée ma-nuellement ou par un programmateur.Dans le type d’installation 2, l’amenée d’air peut être régulée, généralement sur la base d’une température constante de l’air fourni.

Eléments importants]] Prévoir des parties vides pour la mainte-

nance et le nettoyage.]] Eventuellement acheminer un dégivreur

via l’échangeur de chaleur terrestre.]] Automatisme du bâtiment: générale-

ment aucun]] En présence d’une très bonne récupéra-

tion de chaleur, le réchauffeur d’air est sou-vent inutile.]] L’acheminement de l’air extrait hors du

bâtiment doit être réalisé avec soin. Les ins-tallations d’extraction d’air doivent soit être planifiées avec des débits volumiques d’air équivalents et des temps de fonc-tionnent équivalents, soit il convient d’uti-liser des passages d’air extrait adaptés.

Illustration 129: Installation d’ame-

née d’air simple, au choix avec réchauf-fage de l’air fourni.

ANF F7

M

FOU

+

LT LT

Débit volumique de l’air fourni (qV, SUP)

Température de l’air neuf (˚C)θe

Température de départ et température requise (˚C)

Température de l’air neuf (˚C)

Température requise θa,i

Température de départ Chauffeur d’air θH,SU

θe

Illustration 130: Température de dé-part et température

ambiante selon la température de l’air

neuf.

Illustration 131: Dé-bit volumique de

l’air fourni en fonc-tion de la tempéra-

ture de l’air neuf.

Utilisation]] Petits bâtiments administratifs ]] Petits bâtiments artisanaux


Illustration 132: Ap-pareil de ventilation

compact avec échangeur de cha-leur à flux croisés y

c. chauffage de l’air. (Photo: Seven Air)

Classement selon SIA 382/1

Source Air extérieur Air neuf

Transformation Installation de ventilation avec:]] Ventilateur d’amenée d’air]] Filtration de l’air fourniChauffage

Stockage ]] Selon les conditions de la physique du bâtiment et des constructions, dans le corps de construction lui-même

Distribution Conduits d’air:]] Système à simple flux avec débit volu-mique constant ou variable

Local Introduction de l’air:]] Zone de confort souvent selon le prin-cipe du déplacement d’air]] Ventilation par mélange

Air intérieur ou air fourni

Remarques ]] Le système à simple flux correspond à un canal d’amenée d’air et à un canal d’ex-traction d’air.]] Dans une simple installation d’amenée d’air, les rapports de pression dans le bâ-timent doivent être précisément définis (bilans de débits équilibrés).

Tableau 61: Spécifications sur

les installations d’amenée d’air

simples et les instal-lations d’amenée

d’air avec chauffage de l’air.


Installation d’extraction d’air simpleTâche: L’installation purge l’air des locaux chargés d’odeurs telles que par exemple les installations sanitaires ou les petites exploitations artisanales dotées de sys-tèmes de fabrication. Souvent, il s’agit de locaux qui ne sont pas utilisés en perma-nence ou sont rapidement exposés à une charge élevée de personnes ou de proces-sus. Il convient de s’assurer que de l’air de remplacement puisse parvenir dans le local par des ouvertures contrôlées.

Allures de fonctionnement: Ce type d’installation fonctionne généralement à une seule vitesse (allure 0-I).

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation est activée ou désactivée ma-nuellement ou par un programmateur.

Eléments importants]] Généralement, pas d’automatisme du

bâtiment ]] L’amenée d’air extérieur doit être mise en

œuvre avec soin. Les installations d’ame-née d’air doivent soit être configurées avec des débits volumiques d’air équivalents et des temps de fonctionnement équivalents, soit il convient de réaliser des passages d’air extérieur contrôlables.]] Des fuites dans l’enveloppe du bâtiment

peuvent provoquer une pénétration d’air extérieur par des chemins non souhaités ou problématiques sur le plan sanitaire. Les installations d’extraction d’air simples ne doivent ainsi être utilisées que dans des bâtiments ayant une bonne étanchéité à l’air et dotés d’ouvertures d’entrée d’air définies.]] Il convient de veiller à éviter toute dé-

pression dans le bâtiment. Aucune installa-tion d’extraction d’air simple ne doit être utilisée dans les pièces dotées de foyers tels que des cheminées, des poêles, des chau-dières à gaz etc. ]] En présence d’un risque moyen et élevé

de radon, l’utilisation d’installations d’ex-traction d’air simples doit être étudiée avec soin.

Illustration 133: Installation d’ex-

traction d’air simple.

Classement se-lon SIA 382/1

Source Air extrait Air repris

Transforma-tion

Installations avec:]] Ventilateur d’extraction d’air

Stockage ]] Aucun

Distribution Conduits d’air:]] Système à simple flux

Local ]] Evacuation de l’air ex-trait


Remarques ]] Dans le cas des installa-tions d’extraction d’air, l’entrée d’air de rempla-cement doit toujours être garantie et définie. ]] Avec une simple instal-lation d’extraction d’air, les rapports de pression dans le bâtiment doivent être précisé-ment définis (bilans de débits équilibrés).

REP

M

RJT

Débit volumique de l’air (qV, ETA)

Température de l’air neuf (˚C)θe


l’air extrait en fonc-tion de la tempéra-

ture de l’air exté-rieur.

Tableau 62: Spécifications rela-

tives aux installa-tions d’extraction

d’air simples.

Utilisation]] Petits bâtiments administratifs ]] Immeubles d’habitation


née d’air doivent soit être configurées avec des débits volumiques d’air équivalents et des temps de fonctionnement équivalents, soit il convient de réaliser des passages d’air extérieur.]] Des fuites dans l’enveloppe du bâtiment

peuvent provoquer une pénétration d’air extérieur par des chemins non souhaités ou problématiques sur le plan sanitaire. Les installations d’extraction d’air simples ne doivent ainsi être utilisées que dans des bâtiments ayant une bonne étanchéité à l’air et dotés d’ouvertures d’entrée d’air définies.]] Il convient de veiller à éviter toute dé-

pression dans le bâtiment. Aucune installa-tion de ventilation simple ne doit être utili-sée dans des pièces dotées de foyers tels que des cheminées, des poêles, des chau-dières à gaz etc. ]] En présence d’un risque moyen et élevé

de radon, l’utilisation d’installations d’ex-traction d’air simples doit être étudiée avec soin.

Installation d’extraction d’air avec uti-lisation des rejets thermiquesVariantesAir rejeté comme source d’une pompe à chaleur air-eau ou échangeur de chaleur à air rejeté comme source d’une pompe à chaleur à eau glycolée-eau

Tâche: L’installation purge l’air des locaux chargés d’odeurs telles que par exemple les installations sanitaires ou les exploitations artisanales dotées de systèmes de fabrica-tion. Souvent, ces locaux sont très utilisés et nécessitent donc un débit d’air impor-tant. L’utilisation des rejets thermiques au moyen d’une pompe à chaleur est donc rentable. L’application dans le domaine des petites installations, c’est-à-dire des sys-tèmes de ventilation dans les bâtiments d’habitation, va à l’encontre de cette affir-mation. Dans ce cas, il est possible d’utiliser l’air rejeté pour permettre un chauffage de l’ECS au moyen d’une petite PAC (systèmes «tout-en-un»). Ce type d’installation est également utilisé dans les zones dotées d’unités d’amenée d’air décentralisées telles que des boîtes à air.Il convient de s’assurer que de l’air de rem-placement peut parvenir dans le local par des ouvertures contrôlées.

Allures de fonctionnement: Ce type d’installation peut fonctionner avec une ou plusieurs vitesses (allure 0 – I – II, éven-tuellement à vitesse variable en fonction de la PAC).

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation est exploitée manuellement ou conformément à des paramètres de régulation définis en fonction du besoin d’air ou du besoin de la PAC.

Eléments importants]] Prévoir des parties vides pour la mainte-

nance et le nettoyage.]] Les pompes à chaleur pour la récupéra-

tion de chaleur peuvent être utilisées qua-siment partout.]] Pas d’automatisme du bâtiment ]] L’amenée d’air extérieur doit être mise en

œuvre avec soin. Les installations d’ame-

REP RJT V KM5

M

REP RJT V KM5

M

LT

+

− LT

Température de départ et de retour, PAC (˚C)

Température requise θa,iθH,ret,HP

Température de l’air neuf (˚C) θe

Illustration 135: Air rejeté comme source d’une

pompe à chaleur air-eau.

Illustration 136: Echangeur de cha-

leur à air rejeté comme source

d’une pompe à cha-leur à eau glycolée-

eau.


l’air rejeté en fonc-tion de la puissance

thermique de la PAC ou de la tem-

pérature extérieure.

Utilisation]] Bâtiments admi-

nistratifs ]] Immeubles d’ha-

bitation]] Ateliers de pro-

duction



Source Air extrait Air rejeté

Transformation Installation avec:]] Ventilateur d’extraction d’air]] Récupération de chaleur ou utilisa-tion des rejets thermiques

Stockage ]] Aucun

Distribution Conduits d’air:]] Système à simple flux

Local ]] Evacuation de l’air extrait Air intérieur ou air fourni

Remarques Air rejeté comme source d’une pompe à chaleur air-eau]] L’air rejeté sert de source d’énergie et est directement acheminé dans la pompe à chaleur air-eau, où sa chaleur lui est soutirée.

Echangeur de chaleur à air rejeté comme source de la pompe à cha-leur à eau glycolée-eau]] L’air rejeté transfère sa chaleur à un échangeur de chaleur. La chaleur de l’air rejeté est cédée à la pompe à chaleur à eau glycolée-eau à l’aide d’un système à eau.]] Dans le cas des installations d’ex-traction d’air, l’entrée d’air de rem-placement doit toujours être garantie et définie. ]] Avec une simple installation d’ex-traction d’air, les rapports de pres-sion dans le bâtiment doivent être précisément définis (bilans de dé-bits équilibrés).

REP Air reprisANF Air neufRJT Air rejetéFOU Air fourniINT Air intérieurURC Utilisation des rejets thermiquesRC Récupération de chaleurPAC Pompe à chaleurECS Eau chaude sanitaireAdB Automatisation du bâtiment

Tableau 63: Spécifications rela-tives aux installa-tions d’extraction d’air avec utilisation des rejets ther-miques.


rapport à la récupération de chaleur. La régulation s’effectue via la vanne de régu-lation de la batterie de chauffage.

Eléments importants]] Pourvoir le siphon d’eau de condensa-

tion d’un couvercle de remplissage (contrôle de l’assèchement du siphon) ]] Circuit hydraulique avec circuit d’injec-

tion avec vanne à 2 voies ou circuit mélan-geur au niveau du chauffage de l’air]] Choisir les niveaux de filtration dans l’air

neuf et l’air rejeté de manière à permettre un entretien cohérent, c.-à-d. choisir des filtres identiques si possible.]] Prévoir des parties vides pour la mainte-

nance et le nettoyage.]] Dégivreur via l’admission d’air]] Définir l’étanchéité de l’échangeur de

chaleur à plaques.]] Etudier soigneusement l’automatisme

du bâtiment.

Installation de ventilation simpleInstallation de ventilation avec ré-chauffage de l’air (avec récupération de chaleur via un échangeur de cha-leur à plaques)

Tâche: Les bâtiments dans lesquels le re-nouvellement de l’air peut s’effectuer sans refroidissement mécanique supplémen-taire et sans contrôle de l’humidité sont équipés d’installations de ventilation simples.Qu’il s’agisse de bâtiments d’habitation, administratifs ou artisanaux, l’installation de ventilation simple avec ou sans chauf-fage supplémentaire de l’air après la récu-pération de chaleur est le type d’installa-tion de ventilation que l’on rencontre le plus fréquemment. L’amenée d’air dans les pièces s’effectue au plus simplement à l’aide de ce que l’on appelle une ventila-tion à déplacement d’air.

Allures de fonctionnement: Ce type d’installation peut fonctionner avec une ou plusieurs vitesses, en fonction du be-soin effectif (allure 0 – I – II – III, également à vitesse variable).

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation fonctionne conformément aux paramètres de régulation définis. Il peut s’agir de temps de fonctionnement définis, de critères de présence (détecteur de mouvements etc.) ou de critères tels qu’une concentration trop élevée en CO2 (COV) ou des valeurs d’humidité ambiante trop élevées («purge» de la pièce).L’air extérieur est acheminé à travers le ni-veau de filtration via la récupération de chaleur puis est conduit dans la pièce sans autre traitement au moyen du ventilateur. Les très bons systèmes actuels de récupé-ration de chaleur permettent d’atteindre un taux de récupération de chaleur de 80 à 88 %, ce qui rend souvent superflu un chauffage supplémentaire de l’air. L’ame-née d’air est régulée autant que possible via la commande de clapet de déviation. Si un chauffage de l’air s’avère nécessaire après la récupération de chaleur, celui-ci est activé ou désactivé en séquence par

Illustration 138: Ins-tallation de ventila-

tion simple.

ANF REPF7

FOURJT

+

M5

M

M M

LTLT

Puissance (Position de vanne ou de clapet (y))

Température requise


Chauf-feur d’air

RC

θa,i

θe0%

100%

−10˚C 30 ˚C

Illustration 139: Po-sition de vanne ou

de clapet du chauf-feur d’air et de la

récupération de chaleur selon la

température exté-rieure.



Source Air extérieur Air neuf, air re-jeté et air repris

Transformation Installation de ventilation avec:]] Ventilateur d’amenée et d’extraction d’air]] Récupération de chaleur ou utilisation des rejets thermiques]] Filtration de l’air fourni]] Chauffage (pour les installations avec chauffage de l’air)

Stockage ]] Selon les conditions de la physique du bâtiment et des constructions, dans le corps de construction lui-même


Local Introduction de l’air:]] Zone de confort souvent selon le principe du déplacement d’air]] Entreprises de production: Souvent venti-lation par mélange afin de conditionner tout l’espace de façon homogène


Remarques Installation de ventilation traditionnelle pour les bâtiments d’habitation ou autres bâtiments

Tableau 64: Spécifications rela-tives aux installa-tions de ventilation simples.

Utilisation]] Bâtiments administratifs et de services ]] Hôpitaux (chambres, salles de soin etc.) ]] Zones de production avec les produits

correspondants]] Immeubles d’habitation


Illustration 140: Ins-tallation de ventila-tion avec chauffage

et humidification de l’air.

Illustration 141: Po-sition de vanne ou

de clapet du chauf-feur d’air et de la

récupération de chaleur selon la

température exté-rieure.

peut s’agir de temps de fonctionnement définis, de critères de présence (détecteur de mouvements etc.) ou de critères tels qu’une concentration trop élevée en CO2 (COV) ou des valeurs d’humidité ambiante trop basses («purge» de la pièce).L’air neuf est acheminé dans la pièce par le niveau de filtration via la récupération de chaleur, puis au moyen du ventilateur. Les très bons systèmes actuels de récupération de chaleur permettent d’atteindre un taux de récupération de chaleur supérieur à 80 %. L’air neuf est régulé par la commande du clapet de déviation de la récupération de chaleur. Le chauffage de l’air est activé ou désactivé en séquence par rapport à la ré-cupération de chaleur. La régulation s’ef-fectue via la vanne de régulation de la bat-terie de chauffage. L’humidification de l’air est dimensionnée en hiver à 5 grammes d’eau par kilogramme d’air au maximum. L’énergie d’évaporation est prélevée à l’air selon le principe de l’humidificateur (sys-tèmes adiabatiques) ou on utilise directe-ment un humidificateur à vapeur.

Installation de ventilation avec chauf-fage de l’air et humidification de l’air (avec récupération de chaleur via un échangeur de chaleur à plaques)

Tâche: Les bâtiments dans lesquels le re-nouvellement de l’air doit s’effectuer sans refroidissement mécanique supplémen-taire mais avec une humidification de l’air sont équipés d’une installation de ventila-tion avec chauffage et humidification de l’air. L’amenée d’air dans les pièces s’effec-tue souvent à l’aide de grilles de diffusion ou à l’aide d’une ventilation à déplace-ment d’air.

Etages de fonctionnement: Ce type d’installation peut fonctionner avec une ou plusieurs vitesses, selon le besoin effec-tif (allure 0 – I – II – III, également à vitesse variable).

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation fonctionne conformément aux paramètres de régulation définis. Il

ANF REPF7

FOURJT

+

M6

M

M M

LT

Position de vanne (y)

Teneur en eau de l’air (gW/kgL)

Humidificateur

xTempérature de l’air neuf (˚C)

Température requise θa,i

θe


Chauf-feur d’air

RC

0%

100%

−10˚C 30 ˚C


Eléments importants]] Pourvoir le siphon d’eau de condensa-


tion ou avec vanne à 2 voies ou circuit mélangeur au niveau de la batterie de chauffage]] Choisir les niveaux de filtration pour l’air

extérieur et l’air rejeté de manière à per-mettre un entretien cohérent, c.-à-d. choi-sir des filtres identiques si possible.]] Prévoir des parties vides pour la mainte-

nance et le nettoyage.]] Vérifier la nécessité d’un dégivrage selon

les données météorologiques ou prévoir une admission d’air.]] Définir l’étanchéité de l’échangeur de

chaleur à plaques.]] Eventuellement, automatisme du bâti-

ment approprié.

Utilisation]] Bâtiments administratifs et de services ]] Hôpitaux (chambres, salles de soin etc.) ]] Zones de production avec des produits

correspondants


Source Air extérieur Air neuf, air rejeté et air repris

Transformation Installation de ventilation avec:]] Ventilateur d’amenée et d’extraction d’air]] Récupération de chaleur ou utilisation des rejets thermiques]] Filtration de l’air fourni]] Chauffage]] Humidification

Stockage ]] Selon les conditions de la physique du bâ-timent et des constructions, dans le corps de construction lui-même.


Local Introduction de l’air:]] Zone de confort souvent selon le principe du déplacement d’air]] Entreprises de production: souvent venti-lation par mélange, afin de conditionner tout l’espace de façon homogène.


Tableau 65: Spécifications rela-tives aux installa-tions de ventilation avec chauffage et humidification de l’air.


mensionnée en hiver à 5 grammes d’eau par kilogramme d’air au maximum. Une déshumidification ciblée n’est pas prévue. Les températures de l’eau froide doivent être supérieures à 14 °C (efficacité énergé-tique, voir à ce sujet SIA 382/1).

L’énergie d’évaporation est prélevée à l’air selon le principe de l’humidificateur (sys-tèmes adiabatiques) ou l’humidification s’effectue directement à l’aide d’un humi-dificateur à vapeur.

Eléments importants]] Qualité de l’eau pour l’humidification de

l’air]] Pourvoir le siphon d’eau de condensa-


tion avec vanne à 2 voies au niveau du re-froidisseur d’air]] Circuit hydraulique avec circuit d’injec-

tion avec vanne à 2 voies au niveau du chauffeur d’air]] Choisir les niveaux de filtration pour l’air


nance et le nettoyage.]] Vérifier la nécessité d’un dégivreur en

fonction des données météorologiques.]] Choisir les températures de l’eau froide

de la pompe en accord avec la déshumidi-fication (p. ex. 10/16 °C).]] Veiller à l’agencement des ventilateurs

vis-à-vis des rapports de pression au niveau de la récupération de chaleur et en fonc-tion de leur taux de fuite d’air (défauts d’étanchéité du système).]] Automatisme du bâtiment pertinent et

adéquat

Utilisation]] Bâtiments administratifs et de services ]] Hôpitaux ]] Entreprises de production avec des pro-

duits sensibles correspondants

Installation de climatisation simpleInstallation de climatisation avec hu-midification de l’air (avec échangeur de chaleur rotatif)

Tâche: Les bâtiments dans lesquels le re-nouvellement de l’air doit s’effectuer avec un refroidissement ciblé supplémentaire et avec une humidification de l’air sont équi-pés d’une installation de climatisation simple avec chauffage, refroidissement et humidification de l’air.L’amenée d’air dans les pièces s’effectue souvent à l’aide de grilles de diffusion ou de préférence à l’aide d’une ventilation à déplacement d’air. Souvent, de telles ins-tallations sont également conçues en com-binaison avec des systèmes de plafonds refroidissants.

Allures de fonctionnement: Ce type d’installation fonctionne en général à vi-tesse variable, en fonction du besoin effec-tif (vitesse variable ou également allure 0 – I – II – III).

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation fonctionne conformément aux paramètres de régulation définis. Il peut s’agir de températures ambiantes définies, de temps de fonctionnement, de critères de présence (détecteur de mouve-ments etc.) ou de critères tels qu’une concentration trop élevée en CO2 (COV) ou des valeurs d’humidité ambiante trop basses («purge» de la pièce).L’air neuf est acheminé à travers le premier niveau de filtration via la récupération de chaleur. Après traitement de l’air, celui-ci est acheminé jusque dans la pièce via le second niveau de filtration, au moyen du ventilateur. Les très bons systèmes actuels de récupération de chaleur permettent d’atteindre un taux de récupération de chaleur normalement supérieur à 80 %. L’air neuf est régulé via la vitesse du rotor de la récupération de chaleur. Le post-chauffage de l’air est activé ou désactivé en séquence par rapport à la récupération de chaleur. La régulation s’effectue via la vanne de régulation de la batterie de chauffage. L’humidification de l’air est di-


Illustration 142: Installation de climatisa-tion avec humidification et déshumidifica-tion de l’air.

Illustration 143: Position des vannes ou vi-tesse de l’échangeur de chaleur rotatif en fonction du chauffage, du refroidissement de l’air et de l’humidificateur (ci-dessus) et température de l’amenée d’air en fonction de la température extérieure ou de la tem-pérature ambiante.

LT

LT

REPRJT

M6

M6

F9ANF FOU

+

M

−

M

LT

LT

LT

LT

M

Position de vanne (y) de l‘humidificateur selon le taux d‘humidité de l‘air extérieur


Humidificateur

x


Refroidisseur d’air

θa,i

Température max. de l’air fourni

θe

Température de l’air fourni θsup (˚C)

Valeur de consigne de la température ambiante

min

max

θe

θa,i,set

θsup, max

qv sup Débit volumique min. de l’air fourni


Température requise


Chauf-feur d’air

RC

0%

100%

−10˚C 30 ˚C




Transformation Installation de climatisation avec:]] Ventilateur d’amenée et d’extraction d’air]] Récupération de chaleur ou utilisation des rejets thermiques]] Filtration de l’air fourni]] Chauffage]] Refroidissement]] Humidification (pour les installations avec humidification de l’air)]] Déshumidification, en fonction de la température de l’eau froide de la pompe

Stockage ]] Selon les conditions de la physique du bâtiment et des construc-tions, dans le corps de construction lui-même.

Distribution Conduits d’air:]] Système simple flux avec débit volumique constant ou variable]] Installations à double canal avec débit volumique constant ou variable (généralement installations existantes) différenciées se-lon qu’elles soient haute ou basse pression.]] Installations existantes plus anciennes avec systèmes air-eau, parfois âgées de plus de 30 ans

Local Introduction de l’air: ]] Zone de confort souvent selon le principe du déplacement d’air]] Entreprises de production: Souvent ventilation par mélange, afin de conditionner tout l’espace de façon homogène ]] Salles blanches souvent selon le principe volumétrique à faible turbulence (Laminar-Flow)]] Appareils à induction avec ou sans débit volumique d’air va-riable, adaptés aux systèmes air-eau


Remarques ]] La climatisation implique toujours de vérifier soigneusement si la puissance de refroidissement peut être apportée avec des sys-tèmes à eau – optimisation énergétique avec par exemple re-froidissement des éléments de construction, systèmes de pla-fonds refroidissants etc.]] Installation à double canal: l’amenée d’air est acheminée à l’aide de deux canaux: un canal d’air chaud (env. 28 °C) et un canal d’air froid (env. 16 °C). En amont de chaque zone ou bu-reau, on règle via un caisson de mélange la température indivi-duelle souhaitée dans le local. Ces installations gourmandes en énergies et complexes sur le plan technique ne sont aujourd’hui plus réalisées pour les zones de confort.]] L’agencement des vannes possède une influence déterminante sur les fuites (transfert de l’air repris sur l’air fourni) et doit être planifié avec soin en fonction de la finalité d’utilisation.

Tableau 66: Spécifications rela-

tives aux installa-tions de climatisa-

tion simples.


ver à 5 grammes, la déshumidification en été à 13,5 grammes d’eau par kilogramme d’air. au maximum Pour obtenir une dés-humidification ciblée, la température de l’eau froide doit être environ égale à 6 °C (SIA 382/1). Il est indispensable de post-chauffer l’air après la déshumidification ciblée. Cela peut souvent être réalisé à l’aide des rejets thermiques de la machine frigorifique.L’énergie d’évaporation est prélevée à l’air selon le principe de l’humidificateur (sys-tèmes adiabatiques) ou l’humidification s’effectue directement à l’aide d’un humi-dificateur à vapeur.

Eléments importants]] Qualité de l’eau pour l’humidification de

l’air]] Pourvoir le siphon d’eau de condensa-

tion d’un couvercle de remplissage (contrôle de l’assèchement du siphon)]] Circuit hydraulique avec circuit d’injec-

tion avec vanne à 2 voies au niveau du re-froidisseur d’air]] Circuit hydraulique avec circuit d’injec-

tion avec vanne à 2 voies au niveau du chauffeur d’air]] Choisir les niveaux de filtration pour l’air


nance et le nettoyage.]] Vérifier la nécessité d’un dégivreur en

fonction des données météorologiques.]] Veiller au choix de la pompe. Toutes les

pompes ne sont pas appropriées au mé-lange de glycol et d’eau.]] Choisir les températures de l’eau froide

de la pompe en accord avec la déshumidi-fication (p. ex. 6/12 °C).]] Automatisme du bâtiment pertinent et

adéquat

Utilisation]] Bâtiments administratifs et de services ]] Hôpitaux ]] Entreprises de production avec des pro-

duits sensibles correspondants

Installation de climatisation avec hu-midification et déshumidification de l’air (avec circuit de récupération de chaleur)

Tâche: Les bâtiments dans lesquels le re-nouvellement de l’air doit s’effectuer avec un refroidissement supplémentaire et un contrôle de l’humidité de l’air intérieur sont équipés d’une installation de climati-sation avec humidification et déshumidifi-cation de l’air.L’amenée d’air dans les locaux s’effectue souvent à l’aide de grilles de diffusion ou de préférence à l’aide d’une ventilation à déplacement d’air. Souvent, de telles ins-tallations sont également conçues en com-binaison avec des systèmes de plafonds refroidissants.

Allures de fonctionnement: Ce type d’installation est en général à vitesse va-riable, selon le besoin effectif.

Régulation selon la valeur de consigne: L’installation fonctionne conformément aux paramètres de régulation définis. Il peut s’agir de températures ambiantes définies, de taux d’humidité de l’air inté-rieur, de temps de fonctionnement, de cri-tères de présence (détecteur de mouve-ments etc.) ou de critères tels qu’une concentration trop élevée en CO2 (COV).L’air neuf est acheminé à travers le post-chauffeur d’air de la récupération de cha-leur («dégivreur») et le premier niveau de filtration via la récupération de chaleur. Après traitement de l’air, l’air fourni est acheminé jusque dans la pièce au moyen du ventilateur, via le second niveau de fil-tration et un post-traitement de l’air. Les très bons systèmes actuels de récupération de chaleur permettent d’atteindre un taux de récupération de chaleur supérieur à 80 %. L’air fourni est régulé via la vanne de régulation de la récupération de chaleur à débit constant. Le post-chauffage de l’air est activé ou désactivé en séquence par rapport à la récupération de chaleur. La régulation s’effectue via la vanne de régu-lation de la batterie de chauffage. L’humi-dification de l’air est dimensionnée en hi-




Transformation Installation de climatisation avec:]] Ventilateur d’amenée et d’extraction d’air]] Récupération de chaleur ou utilisation des rejets thermiques]] Filtration de l’air fourni]] Chauffage]] Refroidissement]] Humidification]] Déshumidification

Stockage ]] Selon les conditions de la physique du bâtiment et des construc-tions, dans le corps de construction lui-même

Distribution Conduits d’air:]] Système à simple flux avec débit volumique constant ou variable]] Installations à double canal avec débit volumique constant ou variable (généralement installations existantes) différenciées se-lon qu’elles soient haute ou basse pression]] Installations existantes plus anciennes avec systèmes air-eau, parfois âgées de plus de 30 ans

Local Introduction de l’air: ]] Zone de confort souvent selon le principe du déplacement d’air]] Entreprises de production: Souvent ventilation par mélange, afin de conditionner tout l’espace de façon homogène ]] Salles blanches souvent selon le principe volumétrique à faible turbulence (Laminar-Flow)]] Appareils à induction avec ou sans débit volumique d’air va-riable, adaptés aux systèmes air-eau


Remarques ]] La climatisation implique toujours de vérifier soigneusement si la puissance de refroidissement peut être apportée avec des sys-tèmes à eau – optimisation énergétique avec par exemple re-froidissement des éléments de construction, systèmes de pla-fonds froids etc.]] Installation à double canal: l’amenée d’air est acheminée à l’aide de deux canaux: un canal d’air chaud (env. 28 °C) et un canal d’air froid (env. 16 °C). En amont de chaque zone ou bu-reau, on règle via un caisson de mélange la température indivi-duelle souhaitée dans le local. Ces installations gourmandes en énergies et complexes sur le plan technique ne sont aujourd’hui plus réalisées pour les zones de confort.

Tableau 67: Spécifi-cations relatives aux

installations de cli-matisation avec hu-midification et dés-

humidification de l’air.


− −LT

REPRJT

M6

M6

F9ANF FOU

+

M

+

−

M

LT

LT

LT

LT

−

+ +

M

x

RC

θe

Température de l’air fourni θsup

θe

θa,i,set

θsup, max

Position de vanne (y) de l‘humidificateur selon le taux d‘humidité de l‘air extérieur


Humidificateur

Puissance(Position de vanne ou de clapet (y))



Chauf-feur d’air

Post-chauffeurd’air (URC)

Refroi-disseur d’air

Température requiseθa,i

Température max de l’air fourni

Valeur de consigne de la température ambiante

min

max

qv sup Débit volumique min. de l’air fourni

Illustration 144: Installation de climatisa-tion avec humidification et déshumidifica-tion de l’air.

Illustration 145: Position des vannes en fonction du chauffage, du refroidissement de l’air et de l’humidificateur (ci-dessus) et température de l’amenée d’air en fonction de la température extérieure ou de la tem-pérature ambiante.


]] Dépendance fonctionnelle]] Climat intérieur identique]] Utilisation identique]] Charge frigorifique extérieure identique]] Exigences identiques en matière de pu-

reté de l’air]] Exigences identiques en matière de sécu-

rité

♦ Flexibilité et développement futurLes modifications d’utilisation concernent souvent:]] Les rejets thermiques à l’intérieur par les

machines et appareils]] L’occupation par les personnes]] Les exigences en matière de pureté de

l’air]] D’autres restrictions d’utilisation

Le choix de la stratégie de flexibilité s’ef-fectue après concertation entre l’équipe de planification et le maître d’ouvrage.

♦ Choix de l’introduction d’air]] Prendre garde aux limites en rapport

avec la charge frigorifique à évacuer.]] Exigences en matière de pureté de l’air]] Flexibilité d’utilisation]] Confort

♦ Choix du système de ventilation/cli-matisation y c. régulation]] Critères fonctionnels (p. ex. variations de

charge)]] Critères techniques (p. ex. encombre-

ment)]] Critères financiers (p. ex. coûts d’investis-

sement, coûts de l’énergie, coûts d’entre-tien)

♦ Choix du système de récupération de chaleur

♦ Choix du concept de mesure

4.2 Choix du système

Le choix du système s’effectue en définis-sant précisément les besoins et en les ré-duisant ensuite au minimum. Les installa-tions de ventilation et de climatisation sont automatisées de manière adéquate et sont régulées en fonction du besoin effectif. Il est très important de considérer les choses dans leur intégralité. La récupération de chaleur, l’utilisation des rejets thermiques, les quantités d’air minimales, les régula-tions avec des fonctions Et/Ou basées sur des critères tels que le CO2, l’humidité, les valeurs MAK des substances, peuvent par-ticiper à l’optimisation de l’exploitation.

♦ ProgrammeConcept architectural avec programme d’ambiance

♦ Déterminer les exigences pour les différents espaces Utilisation]] Temps d’occupation]] Nombre de personnes]] Charges internes]] Sources de polluants]] Niveau sonore

Climat intérieur]] Conditions d’air intérieur avec valeurs

extrêmes et limites de tolérance]] Fréquence de dépassement de la tempé-

rature de l’air intérieur en été ]] Débit volumique minimum de l’air neuf]] Vitesse maximale de l’air dans la pièce]] Exigences en matière de qualité de l’air

(valeur MAK, poussière, germes)]] Exigences de sécurité (p. ex. débit d’air

défini pour les salles d’opération)Autres critères]] Eclairage]] Utilisation de l’éclairage naturel]] Protection solaire]] Bruit extérieur]] Restrictions d’utilisation (mur, sol, pla-

fond, appareils)]] Comportement dynamique du bâtiment

♦ Formation des zonesLes pièces peuvent être regroupées en zones.


4.3 Récupération de chaleur

La récupération de chaleur soutire l’énergie thermique de l’air rejeté et l’ache-mine jusqu’à l’air neuf (froid) à chauffer. Ce processus se déroule dans le cadre d’une installation de ventilation. La cha-leur qui arrive peut être immédiatement réutilisée.

L’utilisation des rejets thermiques achemine jusqu’à l’air neuf l’énergie ther-mique ou frigorifique, ce qui englobe plu-sieurs processus. Souvent, l’utilisation des rejets thermiques requiert la création d’ac-cumulateurs techniques car elle ne s’effec-tue pas immédiatement. Les rejets ther-miques d’une machine frigorifique indus-trielle en sont un exemple classique. Cette chaleur est stockée dans un accumulateur technique afin de pouvoir être réutilisée.

Remarque: La pompe à chaleur peut être utilisée aussi bien pour des fonctions de récupération de chaleur que pour des fonctions d’utilisation des rejets ther-

miques. L’air recyclé n’est pas considéré comme de la récupération de chaleur.

Les systèmes de récupération de cha-leur avec surface d’échange sont égale-ment appelés systèmes de récupération de chaleur récupératifs. Ils transfèrent principalement la chaleur sensible.]] Echangeurs de chaleur à plaques ou à

tubes]] Systèmes de circuits mixtes (systèmes

eau-glycol)]] Heat Pipe (caloduc)]] Pompe à chaleur

Les systèmes de récupération de cha-leur avec masse thermique sont égale-ment appelés systèmes de récupération de chaleur régénératifs. Ils transfèrent la chaleur sensible et latente. Afin de pouvoir transférer la chaleur latente, la masse ther-mique doit être configurée en conséquence]] Echangeurs de chaleur régénératifs

(échangeurs de chaleurs rotatifs)

Tableau 68: Les sys-tèmes de récupéra-tion de chaleur les plus courants dans les zones de confort.


Echangeur de chaleur régé-nératif (échangeur de chaleur rotatif)

Système de circuit mixte Pompe à chaleur

Utilisation courante jusqu’à env. 5 000 m3/h

Utilisation courante jusqu’à env. 10 000 m3/h

Utilisation courante illimitée

Utilisation courante illimitée

Possible avec ou sans récupéra-tion de l’humidité

Possible avec ou sans récupéra-tion de l’humidité

Sans récupération de l’humi-dité

Sans récupération de l’humi-dité

Protection par filtre avec récupé-ration de la chaleur non directe-ment possible; envisager un échangeur de chaleur terre-air

Protection par filtre avec récupé-ration de la chaleur non directe-ment possible; envisager un échangeur de chaleur terre-air

Protection par filtre non di-rectement possible;circuit de dégivreur

Protection par filtre directe-ment possible; échangeur de chaleur en amont du premier filtre

Défaut d’étanchéité vis-à-vis de l’air neuf et de l’air fourni si l’échangeur de chaleur n’est pas commandé «étanche»

Défaut d’étanchéité vis-à-vis de l’air neuf et de l’air fourni

Etanche vis-à-vis de l’air neuf et de l’air fourni

Etanche vis-à-vis de l’air neuf et de l’air fourni

Veiller au placement des ventila-teurs, en raison du taux de fuite dû au défaut d’étanchéité

Veiller au placement des ventila-teurs, en raison du taux de fuite dû au défaut d’étanchéité

Le placement des ventila-teurs n’a aucune influence sur le taux de fuite de la ré-cupération de chaleur

Le placement des ventila-teurs n’a aucune influence sur le taux de fuite de la ré-cupération de chaleur

Emplacement fixe: les appareils d’air fourni et d’air repris sont placés l’un au-dessus de l’autre

Emplacement fixe: les appareils d’air fourni et d’air repris sont placés l’un au-dessus de l’autre

Indépendance d’emplace-ment: les appareils d’amenée et d’extraction d’air sont re-groupés avec le circuit mixte

Indépendance d’emplace-ment: les appareils d’air fourni et d’air repris sont re-groupés avec le circuit mixte


plissent les exigences d’efficacité en vi-gueur à partir de 2015 (second tiers). L’uti-lisation de ventilateurs à flux transversal (crossflow fans) est autorisée uniquement sur justification spéciale, dans le respect des exigences citées.]] Il convient de prêter une attention toute

particulière aux conditions d’intégration et au mode de charge partielle des ventila-teurs. Le dimensionnement doit s’effectuer de manière à obtenir le meilleur rendement possible dans toute la plage d’utilisation.]] Pour des considérations énergétiques, le

rendement moyen pondéré en énergie est déterminant dans les conditions d’exploita-

Etanchéité des systèmesUn système doit contenir au maximum 3 % d’air recyclé afin d’être considéré comme étanche. Néanmoins, cette limite peut éga-lement être insuffisante s’il s’agit d’installa-tions de conditionnement d’air fonction-nant avec de l’air fortement contaminé.

Classification de l’air fourniCatégorie selon EN 13779, description. Catégorie 1: l’air fourni contient au moins 97 % d’air neuf. Catégorie 2: l’air fourni-contient de l’air neuf et une part d’air recy-clé supérieure à 3 %.

4.4 Acheminement et traite-ment de l’air

Rendement des ventilateurs]] L’évaluation des rendements globaux des

ventilateurs s’appuie sur les prescriptions européennes édictées par l’UE sur la base de la Directive 2009/125/CE du 21 octobre 2009 sur les ventilateurs présentant une puissance électrique absorbée des moteurs de 125 W à 500 kW.]] Pour les installations appartenant au do-

maine d’application de cette directive, seuls doivent être utilisés les ventilateurs axiaux ou les ventilateurs radiaux qui rem-

Catégorie PSFP

W/m3/sPSFP

W/m3/h

SFP 1 +

SFP 1

SFP 2

SFP 3

SFP 4

SFP 5 *

SFP 6 *

SFP 7 *

< 300

300 – 500

500 – 750

750 – 1 250

1 250 – 2 000

2 000 – 3 000

3 000 – 4 500

> 4 500

< 0,083

0,083 – 0,14

0,14 – 0,20

0,20 – 0,35

0,35 – 0,56

0,56 – 0,83

0,83 – 1,25

> 1,25

* Les catégories SFP 5, SFP 6 et SFP 7 ne sont pas utilisées dans la norme SIA 382/1.

SPF: puissance spécifique du ventilateur

Type d’installation Catégorie SFP

Ventilateur d’air fourni Ventilateur d’air repris

Valeur limite Valeur cible Valeur limite Valeur cible

Installation d’air fourni simple Installation d’air avec chauffage de l’air, appareil frigorifique à air recyclé

SFP 1 SFP 1

SFP 1+SFP 1+

——

——

Installation d’extraction d’air simple Installation d’extraction d’air avec utilisation de la chaleur rejetée

——

——

SFP 1 SFP 1

SFP 1+SFP 1+

Installation de ventilation simple Installation de ventilation avec chauffage de l’air Installation de ventilation avec chauffage et humidification de l’air

SFP 1 SFP 2 SFP 2

SFP 1+SFP 1SFP 1

SFP 1 SFP 1 SFP 1

SFP 1+ SFP 1+SFP 1+

Installation de climatisation simple Installation de climatisation avec humidification de l’air Installation de climatisation avec humidification et déshumidi-fication de l’air

SFP 3 SFP 3 SFP 3

SFP 2 SFP 2 SFP 2

SFP 2 SFP 2 SFP 2

SFP 1 SFP 1 SFP 1

SFP: puissance spécifique du ventilateur

Tableau 69: Exi-gences d’efficacité

des ventilateurs, par catégories. (Source:

SIA 382/1)

Tableau 70: Affectation des ca-tégories de la puis-sance spécifique du ventilateur aux dif-férentes typologies

d’installation. (Source: SIA 382/1)


et les bureaux, on recommande, selon la catégorie de l’air extérieur et la qualité de l’air intérieur souhaitée, différents niveaux de filtration.

Filtration de l’air neuf ou de l’air fourni]] Toutes les installations d’amenée d’air,

installations de ventilation et installations de climatisation doivent être équipées d’une filtration de l’air neuf. La filtration doit permettre de réduire la charge de poussières et de polluants de l’air fourni et de l’air intérieur jusqu’à la valeur souhai-tée. Dans le même temps, elle protège le réseau de conduits d’air et les composants contre les impuretés.]] Dans les installations de ventilation et de

climatisation, on recommande, selon la catégorie de l’air neuf et la qualité de l’air intérieur souhaitée, d’utiliser les classes de filtre conformes au tableau 72 et au ta-bleau 74 pour chaque niveau de filtration.]] En l’absence d’accord particulier, ce sont

les exigences de la catégorie RAL 3 qui s’appliquent à toutes les installations de ventilation et de climatisation.]] Pour les installations dotées d’un seul

niveau de filtration, les filtres doivent être disposés en amont de la récupération de

tion effectives. Il ne faut pas oublier qu’en mode de charge partielle, les rendements sont nettement plus bas.

Puissance spécifique du ventilateur (SFP)]] La puissance spécifique des ventilateurs

d’air fourni et d’air repris doit répondre aux exigences du tableau 69. Pour les éventuels ventilateurs d’air recyclé séparés, les caté-gories SFP1 à SFP2 s’appliquent.SFP signifie Puissance spécifique du venti-lateur (specific fan power).

Filtration de l’air]] La filtration de l’air neuf doit permettre

de réduire la charge de poussières et de polluants de l’air fourni et de l’air intérieur jusqu’à la valeur souhaitée. Dans le même temps, elle protège le réseau de gaines et les composants contre les impuretés.]] Le choix de la filtration doit être adapté à

la situation respective et doit prendre en compte les temps de fonctionnement de l’installation, la charge de l’air neuf en poussières et autres impuretés ainsi que les exigences en matière de qualité de l’air dans le local.]] Dans les installations de ventilation et de

climatisation pour les locaux d’habitation

Tableau 71: Puissance spécifique des ventilateurs pour les installa-tions normales en W/m3/h. (Source: SIA 382/1)

Type d’installation Puissance spécifique du ventilateur en W par m3/h

Ventilateur d’air fourni Ventilateur d’air repris

Toutes les valeurs en W/m3/h Valeur limite Valeur cible Valeur limite Valeur cible

Installation d’air fourni simple Installation d’air avec chauffage de l’air, appareil frigorifique à air recyclé

0,140,14

0,0830,083

——

——

Installation d’extraction d’air simple Installation d’extraction d’air avec utilisation des rejets ther-miques

——

——

0,140,14

0,0830,083

Installation de ventilation simple Installation de ventilation avec chauffage de l’air Installation de ventilation avec chauffage et humidification de l’air

0,140,200,20

0,0830,140,14

0,140,140,14

0,0830,0830,083

Installation de climatisation simple Installation de climatisation avec humidification de l’air Installation de climatisation avec humidification et déshumidifi-cation de l’air

0,35 0,350,35

0,200,200,20

0,200,200,20

0,140,140,14

SFP: puissance spécifique du ventilateur


gique, on recherchera une solution natio-nale plus proche de la pratique. En prin-cipe, les installations de conditionnement d’air dans le domaine du confort doivent respecter les règles suivantes:]] Chaque installation possède dans l’ame-

née d’air neuf au moins un filtre F7. Il convient de veiller tout particulièrement à maintenir les filtres au sec et à éviter tout encrassement de l’air neuf par l’usure des courroies trapézoïdales.]] En cas de filtration à deux niveaux, le

filtre principal doit ainsi au minimum cor-respondre à la classe F7 et le préfiltre asso-cié à la classe de filtration M5.]] Dans les installations qui s’accom-

pagnent d’exigences particulières vis-à-vis des personnes ou des produits, la filtration de l’air doit être déterminée de manière ciblée. Ainsi, des impuretés gazeuses peuvent par exemple être présentes dans toutes les catégories d’air neuf, c’est pour-quoi il convient d’utiliser un filtre molécu-laire de manière ciblée lorsque cela est né-

chaleur. Il convient alors d’utiliser un en-traînement de ventilateur sans usure (en-traînement direct ou courroies plates) et il de veiller tout particulièrement à ce que les filtres restent secs. Pour les installations dotées de deux ou plusieurs niveaux de fil-tration, le premier niveau de filtration doit être disposé en amont et les autres en aval du traitement de l’air.]] Des mesures appropriées telles que des

préchauffeurs, une longueur de canal suf-fisante, des registres air-terre etc. per-mettent de garantir que l’humidité relative de l’air extérieur en amont du premier ni-veau de filtration reste généralement en dessous de 80 %.

Recommandations relatives au ta-bleau 72Le tableau 72 (SIA 382/1) correspond à la solution consensuelle de la commission européenne EN 13779. Etant donné que ce tableau ne correspond pas à la pratique suisse et est en partie conçu de façon illo-

Tableau 72: Classes de filtration recom-

mandées en fonc-tion de la qualité de

l’air intérieur re-quise. (Source SIA

382/1)

Catégorie de l’air neuf Classes de filtre pour chaque niveau de filtrationselon la catégorie de l’air intérieur

INT 1 INT 2 INT 3 INT 4

Air neuf ANF 1 (propre) F9 F8 F7 M5

Air neuf ANF 2 (hautes concentrations) F7 + F9 M5 + F8 M5 + F7 M5 + M6

Air neuf ANF 3 (très hautes concentrations) F7 + GF* + F9 F7 + GF* + F9 M5 + F7 M5 + M6

*GF = Filtre à gaz (filtre moléculaire, charbons actifs) ou filtre chimique

Les catégories FOU 1 à FOU 4 sont définies conformément à VDI 6022 feuille 3; 2011, tableau 6, Qualités de l’air fourni:

Air fourni FOU 1 Elevé Locaux utilisés par des personnes présentant un risque sanitaire élevé

Salles de soins et de soins intensifs avec des exigences accrues

Air fourni FOU 2 Moyen Locaux destinés au séjour durable de per-sonnes

Locaux dans les maisons de retraite ou les crèches, salles de classe, bureaux, salles de sé-jour, salles à manger, vestiaires et salles de ré-union, piscines, saunas

Air fourni FOU 3 Modéré Salles destinées à des temps de séjour réduits Couloirs, salles de bain, salles de photocopie, salles de serveurs et de stockage

Air fourni FOU 4 Faible Salles destinées à des temps de séjour très ré-duits

Cages d’escalier, salles de stockage, toilettes

(FOU 5 n’est pas défini)

Tableau 73: Définitions des ca-

tégories d’air fourni selon VDI 6022

feuille 3.


lité que les filtres disposés dans le flux prin-cipal correspondant.]] En cas d’émissions dérangeantes ou no-

cives, l’air repris ou l’air rejeté doit être purifié jusqu’à ce qu’un rejet dans l’atmos-phère soit autorisé. Les exigences sont défi-nies dans l’OPair (OPair: Ordonnance sur la protection de l’air).]] L’air repris contenant des graisses doit

être purifié à l’aide de filtres à graisse faci-lement accessibles et facilement net-toyables.

Humidification de l’air: dimensionne-ment et systèmesLa norme SIA 382/1 définit comme suit les valeurs d’humidité de l’air dans des locaux ventilés mécaniquement à l’aide d’installa-

cessaire. Le filtre moléculaire possède éga-lement toujours un préfiltre.

Filtration de l’air repris ou de l’air re-jeté]] Une filtration de l’air repris permet de

protéger le réseau de conduits d’air et les composants de l’extraction d’air contre les impuretés. La nécessité d’une telle filtra-tion doit être évaluée en fonction de l’ob-jet. Si une filtration de l’air repris est réali-sée, celle-ci doit s’effectuer au minimum à l’aide d’un filtre de la classe M5.]] Dans le cas d’un système de mélange

d’air recyclé, celui-ci doit être pourvu d’au moins un filtre de la classe M5 pour la pro-tection du système. L’objectif est que les filtres de l’air recyclé soient de même qua-

Catégorie Description Exemples

INT 1 Air intérieur de qualité élevée

Air dans des locaux ayant des exigences élevées en ma-tière de teneur en substances étrangères et odorantes dans l’air intérieur.

Salles de laboratoire et de production pour des travaux ou des marchandises sensibles.

INT 2 Air intérieur de qualité moyenne

Air dans des locaux destinés au séjour de personnes et soumises à des exigences accrues; niveau de CO2 < 950 ppm*, débit d’air > 36 m3/h·personne.

Locaux soumis à des exigences particulières en termes d’odeurs, notamment pour les personnes qui y pé-nètrent.

INT 3 Air intérieur de qualité médiocre

Air dans des locaux servant au séjour de personnes; ni-veau de CO2 950 à 1300 ppm*, débit d’air 22 à 36 m3/h·personne.

Locaux d’habitation et de bureau typiques

INT 4 Air intérieur de basse qualité

Air dans des locaux dans lesquels des personnes ne sé-journent que rarement voire pas du tout, et air dans des locaux dédiés aux fumeurs.

Locaux de stockage, couloirs; tous les locaux dans les-quels séjournent des fumeurs.

* Les niveaux de CO2 indiqués sont valables pour une teneur en CO2 de l’air neuf de 440 ppm et une émission de CO2 par per-sonne de 20 L/h.

Type de bâtiment ou de local CatégorieValeur de dimensionnement de l’humidité relative pour la

déshumidification %

Valeur de dimensionnement de l’humidité relative pour

l’humidification %

Locaux dans lesquels les critères d’hu-midité sont déterminés par l’occupation par des personnes. Les locaux particu-liers (musées, églises etc.) peuvent re-quérir d’autres limites.

I 50 30

II 60 25

III 80 20

IV > 70 < 20

Tableau 74: Catégo-ries de qualité de l’air intérieur (INT). (Source: SIA 382/1)

Tableau 75: Valeurs de dimensionne-ment des installa-tions pour la déshu-midification ou l’humidification.


Critères recommandés pour le dimen-sionnement de l’humidification et de la déshumidification selon SN-EN 15251: En cas d’utilisation d’installations d’humi-dification ou de déshumidification, on re-commande les valeurs documentées dans le tableau 75 comme valeurs de dimen-sionnement. Généralement, une humidifi-cation ou une déshumidification n’est re-quise que dans des bâtiments particuliers tels que des musées, des centres sanitaires et des industries de traitement du papier. En outre, il est recommandé de limiter l’hu-midité relative à 12 g/kg.Attention: L’humidification implique une grande dépense d’énergie.

Systèmes d’humidificationL’humidificateur à vapeur est jusqu’à pré-sent le système d’humidification le plus souvent utilisé dans le domaine des instal-lations exigeantes sur le plan sanitaire (p. ex. hôpitaux). On utilise de l’eau pure qui est pulvérisée en général à une pres-sion comprise entre 0,5 et 4,0 bar. L’apport d’énergie s’effectue par le système de va-peur lui-même.

tions de climatisation: à l’intérieur de la plage typique de température de l’air inté-rieur comprise entre 21 et 26,5 °C, l’éva-potranspiration joue un rôle secondaire dans le contrôle de la température du corps humain. De la même manière, la plage de confort pour l’humidité absolue de l’air intérieur, pour des utilisations d’ha-bitation et de bureau, s’étend de 5 g/kg (limite inférieure en mode hiver; pour une température ambiante de 21 °C, cela cor-respond à une humidité ambiante relative de 30 %) à 13,5 g/kg (limite supérieure en mode été; pour une température ambiante de 26,5 °C, cela correspond à une humi-dité ambiante relative de 60 %).

Valeurs de dimensionnement de l’hu-midification pour des zones de confort traditionnelles les valeurs limites de l’hu-midité relative de l’air (HR en %) dans la pièce sont:Eté70 % d’humidité relative pour 22 à 28 °CHiver30 % d’humidité relative pour 19 à 24 °C

Diamètre des particules en micromètres

Smog/Fumée/Brume Brouillard/Particules

Brouillard d’huile Cendre volante

Fumée de tabac Cendre

Fumées métalliques Suie métallique

Suie Poussière de ciment

Particules inhalables Spores de plantes

Molécules de gaz Pigments Pollen

Virus

Effi

caci

té d

es

clas

ses

de

filt

res

Bactéries Poils

G1…G4

M5…F9

H10…H14

U15…U17

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

Particules en suspension Particules fines à sédimentation/Particules grossières industrielles

Pluie

Typ

es d

e p

ollu

ants

de

l’air

Illustration 146: Di-mension des parti-

cules et efficacité des filtres. (Source:

directive SICC VA 101-01, classifica-

tion, méthodes de test et utilisation de

filtres à air)


dans la branche affichant la perte de pres-sion maximale. Dans les branches secon-daires, des vitesses d’écoulement plus éle-vées sont autorisées. Néanmoins, des conséquences sur le plan acoustique sont à envisager.

L’étanchéité des gaines d’air doit faire l’objet d’une attention particulière. Selon les niveaux de qualité, les défauts d’étan-chéité peuvent représenter plus de 20 % du débit volumique nominal.

Protection contre l’incendie et aérau-lique]] En général, les installations aérauliques

sont désactivées en cas d’incendie.]] Le concept de protection des personnes

et des objets contre l’incendie doit être défini avec le corps des pompiers compé-tent.]] Conformément à la Directive sur la pro-

tection contre l’incendie de l’AEAI 26-03f, les installations aérauliques doivent être nettoyées et entretenues suffisamment souvent pour garantir à tout moment leur opérationnalité et ne présenter aucun risque d’incendie. Les clapets coupe-feu et les commandes en cas d’incendie doivent être contrôlés périodiquement.]] Le propriétaire ou l’exploitant de l’instal-

lation est responsable de l’entretien conforme et de l’opérationnalité perma-nente des installations aérauliques.]] L’Association des établissements canto-

naux d’assurance incendie (AEAI) a émis des directives à ce sujet.

Hygiène]] Les directives en matière d’hygiène de la

SICC doivent être respectées. ]] Sur le plan sanitaire, l’objectif est de faire

en sorte que l’air passant à travers l’appa-reil ou l’installation de conditionnement d’air ne subisse au minimum aucune dé-gradation.Directive SICC VA 140-02: Exigences hy-giéniques pour les installations et appareils aérauliques – Méthodes de mesure et ana-lyses lors des contrôles et des inspections sanitaires

Le pulvérisateur de vapeur introduit l’eau pure très finement, sous 80 à 120 bar de pression, dans le flux d’air. Ces sys-tèmes atteignent aujourd’hui un standard sanitaire similaire à celui des humidifica-teurs à vapeur.

Humidificateur à ultrasonsL’humidificateur à ultrasons pulvérise de l’eau pure sur une membrane dans la plage de fréquences d’ultrasons supé-rieure à 20 kHz. Ces systèmes sont validés sur le plan sanitaire et ont bénéficié de retours satisfaisants.

Les épurateurs d’air, qui constituent l’un des systèmes adiabatiques les plus anciens, sont rarement utilisés car susceptibles de poser des problèmes sanitaires. Des études récentes montrent que cela n’est toutefois pas le cas si l’on en fait une utilisation cor-recte.

Vitesses d’écoulement dans les appa-reils de ventilation et les systèmes de distribution d’airSi l’on respecte les valeurs indicatives pour les vitesses d’écoulement maximales, les différences de pression qui en résultent sont en général conformes aux exigences. Les valeurs correspondantes sont égale-ment fournies dans les prescriptions des cantons et doivent être respectées dans tous les cas. Valeur indicative pour la vi-tesse d’écoulement maximale effective dans les appareils (rapportée aux surfaces nettes): 2 m/s. Valeurs indicatives pour les vitesses d’écou-lement maximales dans les canaux en fonction du débit volumique d’air:]] Dans l’appareil de ventilation: 2 m/s,

rapporté à la surface nette d’échangeur de chaleur]] jusqu’à 40 m3/h: 2.5 m/s]] jusqu’à 1 000 m3/h: 3 m/s]] jusqu’à 2 000 m3/h: 4 m/s]] jusqu’à 4 000 m3/h: 5 m/s]] jusqu’à 10 000 m3/h: 6 m/s]] plus de 10 000 m3/h: 7 m/s

Dans les systèmes de canaux ramifiés, ces valeurs indicatives doivent être respectées


Symbole Dénomination Utilisation et remarque

Installation à simple flux

Système à simple flux système doté d’une gaine d’air (tuyau ou canal) au niveau des points d’alimentation

Installation à simple flux avec débit volu-mique constant – une seule allure

Installation à débit volumique constant [CAV: constant air volume]: système avec débit volumique non régulé ou maintenu constant par régulation au niveau des points d’alimentation (local). Le débit volumique global fourni par le ventilateur peut être variable. Pour une régulation de la puissance, les installations à débit volumique constant doivent fonctionner avec une température variable de l’air neuf.

Installation à simple flux avec débit volu-mique constant – plu-sieurs allures

Installation à débit volumique constant [CAV: constant air volume]: système avec débit volumique non régulé ou maintenu contant par régulation au niveau des points d’alimentation (local). Le débit volumique global fourni par le ventilateur peut être variable. Pour une régulation de la puissance, les installations à débit volumique constant doivent fonctionner avec une température variable de l’air neuf.

Installation à simple flux avec débit volu-mique variable

Installation à débit volumique variable [VAV: variable air volume]: système avec débit volumique régulé en fonction de la charge au niveau des points d’alimen-tation (local). Dans les installations à débit volumique variable, le débit d’air fourni est variable et la température constante.

Installation à double canal

Système à double canal: système comprenant des conduits d’amenée d’air (tuyaux ou canaux) de types d’air différents ou d’états d’air différents (p. ex. température de l’air) au niveau des points d’alimentation (local). Après un traite-ment de base de l’air neuf, l’air fourni est acheminé dans deux canaux, le canal chaud et le canal froid. Dans ces deux canaux, l’air fourni est régulé à différentes températures via une batterie de chaud ou un refroidisseur disposé à cet endroit. Chaque passage d’air individuel est raccordé aux deux canaux via des caissons de mélange. Dans ces caissons de mélange, l’air chaud et l’air froid sont mélan-gés à la température requise de l’air fourni.

Installations à double canal avec débit volu-mique constant

Installation à débit volumique constant [CAV: constant air volume]: système avec débit volumique non régulé ou maintenu contant par régulation au niveau des points d’alimentation (local). Le débit volumique global fourni par le ventilateur peut être variable. Pour une régulation de la puissance, les installations à débit volumique constant doivent fonctionner avec une température variable de l’air fourni. Les locaux ayant une charge frigorifique maximale reçoivent uniquement de l’air froid, les locaux ayant une charge thermique minimale, uniquement de l’air chaud, les locaux avec une charge partielle un mélange d’air froid et chaud.

Installations à double canal avec débit volu-mique variable

Installation à débit volumique variable [VAV: variable air volume]: système avec débit volumique régulé en fonction de la charge au niveau des points d’alimen-tation (local). Les installations à double canal peuvent également fonctionner avec un débit volumique variable en mode de refroidissement. Le canal d’air froid fonctionne toute l’année avec de l’air neuf de température constante, mais avec une quantité d’air correspondant à la charge frigorifique nécessaire. Lorsque l’on descend en dessous du débit d’air neuf minimal, une quantité d’air chaud correspondante est ajoutée.

Tableau 76: Définitions des systèmes de distribution d’air. (Source SIA 410; consultation 2011)

5.1 Structure et composants

Types d’alimentations en eau chaudeUne alimentation en eau chaude comprend l’installation de production et de distribu-tion d’eau chaude jusqu’aux points de sou-tirage, y compris les éventuelles conduites de circulation.

Alimentation individuelleUne alimentation individuelle alimente un seul point de soutirage d’eau chaude à par-tir d’une installation de production d’eau chaude. Il s’agit de points de soutirage d’eau chaude associés à un faible besoin en eau chaude (lavabos et éviers) dans des bâtiments industriels et artisanaux. Ceux-ci peuvent être alimentés à l’aide de petits chauffe-eau à accumulation (jusqu’à une contenance d’env. 30 l) ou par des chauffe-eau instantanés. Etant donné que dans ce type de grands bâtiments, les points de soutirage de l’eau chaude peuvent être ré-partis de façon isolée dans tout le bâtiment, cela permet d’éviter les déperditions ther-miques dues à de longs chemins de conduites.

Alimentation de groupeL’alimentation de groupe (ou production d’eau chaude décentralisée) alimente un groupe d’eau chaude constitué de deux ou plusieurs points de soutirage, à partir d’une installation de production d’eau chaude. Etant donné que les points de soutirage sont proches les uns des autres, il n’est pas nécessaire de prévoir une conduite de circu-lation ou un ruban de maintien en tempéra-ture. La nouvelle législation n’autorise plus que dans des cas exceptionnels l’alimenta-tion de groupe avec un chauffage électrique direct dans des bâtiments d’habitation. Le chauffage électrique direct de l’eau chaude n’est autorisé que si pendant la période de chauffe, l’eau chaude est chauffée ou pré-chauffée à l’aide du générateur de chaleur pour le chauffage ambiant, ou lorsque l’eau chaude est produite en premier lieu au moyen d’une énergie renouvelable ou à l’aide de rejets thermiques.

Alimentation centraleL’alimentation centrale alimente tous les points de soutirage d’eau chaude d’un bâti-ment ou d’un groupe de bâtiments via un système de conduites commun, depuis une installation centrale. Le chauffage élec-trique direct de l’eau n’est plus autorisé dans les habitations (Modèles de prescrip-tions des cantons MoPEC). En outre, dans les constructions nouvelles, au maximum 80% du besoin admissible en chaleur pour le chauffage et la production d’eau chaude peuvent être couverts par des énergies non renouvelables. Ces règles strictes visent à encourager les capteurs solaires pour la production d’eau chaude.

Alimentation en eau chaude

Chapitre 5

Reto von Euw

Installation de production d’eau chaude

Installation de distribution d’eau

Illustration 147: Re-présentation sché-matique d’une ali-mentation en eau

chaude.

Illustration 148: Re-présentation sché-matique d’une ali-mentation indivi-

duelle en eau chaude. Illustration 149: Re-

présentation sché-matique d’une ali-mentation de groupe en eau chaude.

Illustration 150: Re-présentation sché-matique d’une ali-mentation centrale en eau chaude.

142Alimentation en eau chaude

Composants d’une alimentation en eau chaude

CEA11

ECS

EF

CECS

Dép Ret

1

2

3

4

5

8

10

12

6

7

9

1 Détendeur (DRV)

Dès que des pressions d’eau trop élevées sont constatées dans le réseau d’alimentation, la pression doit être ré-duite. Le détendeur réduit la pression d’eau du réseau d’alimentation (pression d’alimentation) à une pression de maintien plus basse.

2 Vanne d’arrêt Cette vanne sépare les différentes parties de réseau les unes des autres.

3 Dispositif anti- retour (RV)

Le dispositif anti-retour empêche la propagation de la pression dans tout le réseau d’eau froide, qui se produit lors du chauffage de l’eau.

4 Soupape de sécu-rité (SS)

Lorsque de l’eau froide est chauffée, l’augmentation de volume entraîne une augmentation de la pression dans le système de conduites. Par conséquent, la soupape de sé-curité s’ouvre et évacue de l’eau. Les vannes de sécurité doivent être réglées à une pression au maximum supé-rieure de 1 bar à la pression au repos. La plupart du temps, les vannes de sécurité sont réglées en usine à une pression de 6 bar.

5 Echangeur de chaleur (WT)

Les échangeurs de chaleur transfèrent la chaleur d’un fluide à un autre. On différencie les échangeurs de cha-leur internes et externes.

6 Sonde Les sondes enregistrent la valeur réelle et la transmettent à l’appareil de régulation. Dans le cas des sondes d’accu-mulateurs, on différencie les sondes et les thermostats d’accumulateurs. Pour ce qui est des sondes d’accumula-teurs, la valeur de consigne est réglée au niveau de l’ap-pareil de régulation. A l’inverse, dans le cas des thermos-tats d’accumulateur, la valeur de consigne est réglée di-rectement au niveau de l’accumulateur

7 Circulateur d’eau chaude (ou pompe de circulation)

Le circulateur achemine l’eau chaude à travers le circuit de circulation. On différencie les circulateurs non régulés et les circulateurs régulés

Illustration 151: Les principaux compo-

sants d’une installa-tion de production

d’eau chaude.


8 Organe d’équili-brage

L’organe d’équilibrage permet d’atteindre le point de fonctionnement effectif sur la caractéristique de la pompe.

9 Organe de régula-tion

Les organes de régulation (p. ex. vannes, clapets) se com-posent du servomoteur et de l’actionneur. L’organe de régulation règle, sur la base du signal d’entrée, une gran-deur dans l’actionneur.

10 Régulateur Les régulateurs garantissent le respect des valeurs de consigne prédéterminées.

11 Chauffe-eau à ac-cumulation (CEA)

Accumulateur d’eau chaude sani-taire (AEC)

Un chauffe-eau à accumulation (CEA) est un système de production d’eau chaude sous la forme d’un réservoir contenant des surfaces de chauffe intégrées dans les-quelles l’eau froide est chauffée et stockée.

Un accumulateur d’eau chaude sanitaire (AEC) est un ré-servoir de stockage d’eau chaude sanitaire sans surfaces de chauffe intégrées.

12 Vidange Vidange de l’accumulateur


5.2 Intégration hydraulique d’installations ECS

Indications générales pour la produc-tion d’eau chaudeSi l’on opte pour une solution standard du Modèle de prescriptions des cantons dans le domaine de l’énergie (MoPEC 2008), une production de chaleur combinée pour le chauffage et l’eau chaude est requise (excepté pour la solution standard n° 4: chauffage au bois pour le chauffage et ins-tallation solaire pour la production d’eau chaude). Un supplément de puissance pour la charge de l’eau chaude permet de réaliser une production de chaleur simultanée pour le mode de chauffage et la charge de l’eau chaude. Il faut alors veiller à ce que:]] pour la charge, on puisse différencier le

mode hiver et le mode été.]] l’on utilise un brûleur modulant ou l’on

envisage des modes de fonctionnement bivalents dans le cas de plusieurs généra-teurs de chaleur.]] l’on mette en œuvre des mesures hy-

drauliques dans le groupe de chauffage pour se prémunir de températures de dé-part trop élevées (p. ex. limiteur de tempé-rature de sécurité pour les systèmes de dis-tribution de chaleur).

Si aucun supplément n’est prévu, les groupes de chauffage doivent être arrêtés pendant la charge de l’eau chaude. Dans ce cas, il faut veiller à ce que:]] aucun problème de confort ne survienne.]] en cas de phase de charge longue et en

présence d’une possibilité d’abaissement de nuit, la charge s’effectue pendant la nuit.]] en cas de phases de charge multiples, on

réalise des charges forcées ciblées.

En mode de chauffage, la génération de chaleur peut s’effectuer en fonction de la régulation selon les conditions climatiques. Dans ce cas, la température de départ du générateur de chaleur peut être augmen-tée pendant la charge de l’eau chaude (p. ex. 65 °C).

Apport d’énergie

Eau chaude

Système à accumulation ou instantané

Source

Transformation/Stockage

Distribution

Eau froide

CEA

PAC

Em

EN/HORS

ECS

EF

Illustration 152: Schéma de principe

du chauffage direct.

Apport d’énergieChauffage

WE

Eau chaude

Système à accumulation ou instantané

Source TransformationStockage

Distribution

Eau froide

CEAPAC

EN/HORS

EN

HORS

EmxEF

Illustration 153: Exemple d’une

pompe à chaleur avec condensation

directe dans le chauffe-eau à accu-

mulation.

Illustration 154: Schéma de principe du chauffage indi-

rect.

Illustration 155 : Exemple de pompe

à chaleur avec chauffage indirect

du chauffe-eau à accumulation.


Tableau 77: Pré-di-mensionnement d’un échangeur de chaleur à tube lisse interne. (Source: Circuits standards pour petites instal-lations de pompe à chaleur (Stasch), OFEN 2002)

de température s’effectue selon une diffé-rence de température déterminée. Etant donné que cette charge de l’accumulateur s’effectue en différentes étapes, on parle de charge par étapes.

Avantages des échangeurs de chaleur internes]] Basses températures de retour; ce qui

permet d’avoir de basses températures d’entrée dans le condenseur de la PAC.]] Bons coefficients de performance an-

nuels dans le cas des pompes à chaleur, car]] Structure avantageuse]] Pas de complexité particulière au niveau

des techniques de régulation]] Température de charge contrôlée en cas

de régulation de la température de départ]] Risque d’encrassement ou d’entartrage

moins élevé que dans un échangeur de chaleur à plaques externe.

Inconvénients des échangeurs de cha-leur internes]] Transfert de chaleur par convection:

mauvais coefficient de transmission ther-mique]] Utilisation totale de l’accumulateur im-

possible (zone d’eau mitigée et d’eau froide)]] La température de charge varie selon la

température de sortie de la chaudière en l’absence d’une régulation de la tempéra-ture de départ.]] Augmentation de la température de re-

tour vers la fin de la charge.]] La température d’eau chaude de

consigne n’est disponible que vers la fin du processus de charge.]] La puissance de transfert thermique di-

minue vers la fin de la charge.

Différents types de productions d’eau chaudeProduction d’eau chaude directeLa transformation de l’énergie s’effectue directement dans le chauffe-eau à accu-mulation ou dans le chauffe-eau instan-tané. La transformation (génération de chaleur) est alors installée dans l’accumu-lateur.

Domaine d’application]] Avec corps de chauffe électrique (chauf-

fage électrique direct); en cas d’alimenta-tion individuelle]] Possible avec les installations de pompe à

chaleur]] Possible en cas d’utilisation des rejets

thermiques (p. ex. machines frigorifiques) pour le préchauffage]] En cas d’utilisation de la chaleur des eaux

usées (p. ex. énergie issue des eaux usées)

Production d’eau chaude indirecteLa production d’eau chaude s’effectue in-directement via un agent énergétique, qui amène l’énergie dans un générateur de chaleur (chaudière) en dehors du chauffe-eau à accumulation.

Domaine d’application]] Dans les alimentations de groupe et les

alimentations centrales]] En combinaison avec des installations de

chauffage et de production d’eau chaude

Production d’eau chaude avec échan-geur de chaleur interneLes échangeurs de chaleur internes repré-sentent la solution la plus fréquemment utilisée avec des chauffe-eau à accumula-tion standardisés. La charge du chauffe-eau s’effectue à l’aide d’une convection induite par l’échangeur de chaleur interne. Le débit massique est constant à travers l’échangeur de chaleur et l’augmentation

Type d’échangeur de chaleur

Coefficient de trans-mission thermique

W/m2 K

Surface d’échangeur de chaleur

m2/kW

Différence de tempéra-ture entre le départ et

le retour K

Echangeur de chaleur à tube lisse

400 à 600 0,30 6


Avec pompe de charge et sans régula-tion de la température de départMode de fonctionnement: Les tempé-ratures sont saisies via un thermostat. Si la température de l’eau dans le chauffe-eau à accumulation descend en dessous de la température de consigne, la pompe de charge s’active et charge l’accumula-teur jusqu’à ce que la température de consigne soit à nouveau atteinte. Souvent on utilise pour cette charge une vanne à 2 voies. Celle-ci n’a aucune fonction de régulation mais possède uniquement une fonction d’ouverture/fermeture. La vanne à 2 voies peut également être remplacée par un clapet anti-retour.

Propriétés]] Hydraulique simple; faibles coûts d’in-

vestissement]] Pas de protection contre l’entartrage, car

des températures de charge constantes du chauffe-eau à accumulation ne sont pas garanties.]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion s’effectue au moyen d’une charge par stratification (courants de convection in-duits dans le chauffe-eau à accumulation).]] Débits massiques constants via le géné-

rateur de chaleur et via l’échangeur de cha-leur interne.]] L’intégration de l’échangeur de chaleur

crée dans l’accumulateur un volume non chauffé (zone d’eau froide et d’eau mitigée).]] La température de retour augmente vers

la fin de la charge (la PAC peut connaître une défaillance de haute pression et la chaudière ne peut plus utiliser la chaleur de condensation).]] Le générateur de chaleur doit atteindre

une température de départ supérieure d’au moins 2 à 5 K à la valeur de consigne de la température d’accumulateur.]] La puissance du transfert thermique di-

minue vers la fin de la charge.]] Dans le cas d’un circuit prioritaire, l’émis-

sion de chaleur dans les locaux est inter-rompue; veiller aux exigences en termes de confort (les chauffeurs d’air ne devraient pas être interrompus).]] Afin que, lors de la génération de chaleur

de la pompe à chaleur, il ne se produise

EN/HORS

CEA

Ret Dép

ECS

EF

65

50

30

35

60

100% Etat de charge



θECS

θRet.

θDép.

EN

50

HORS

60

Etat de charge

(˚C)θECS

3540

10

30

50

6065

100% Etat de charge



θECS

θRet.

θDép.

Illustration 156: Raccordement de

l’échangeur de cha-leur interne avec la

pompe de charge sans régulation du

départ.

Illustration 157: Etat de charge en fonc-

tion de la tempéra-ture de l’eau

chaude.



accumulation avec élévation de tempé-

rature constante ( θVL = variable), p. ex. en cas de

charge d’une pompe à chaleur.



accumulation avec température de dé-

part constante (θVL = constante), p. ex. en présence d’une chaudière à

gaz à condensation.


bute. Si la température de départ en aval du générateur de chaleur est supérieure à la température de charge du chauffe-eau à accumulation (θ2), la vanne à 3 voies effec-tue la régulation à une température de dé-part constante (θ2). par l’ajout d’eau de chauffage du retour. Cela permet d’éviter d’avoir une température de charge trop éle-vée et ainsi de réduire le dépôt de calcaire au niveau de l’échangeur de chaleur interne. Lorsque la température de l’accumulateur (θ1) est atteinte, le circulateur (P1) qui fonc-tionne en continu se désactive à nouveau.

PropriétésEn présence de températures de départ de la chaudière non constantes, on atteint des températures constantes (θ2) dans le circuit de charge du chauffe-eau à accu-mulation.]] Il en résulte une protection contre l’en-

tartrage, car on obtient des températures de charge constantes du chauffe-eau à accumulation.]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion s’effectue par stratification (courants de convection induits dans le chauffe-eau à accumulation).]] Débit massique variable possible à tra-

vers le générateur de chaleur.]] Débit massique constant via l’échangeur

de chaleur interne.]] L’intégration de l’échangeur de chaleur

crée dans l’accumulateur un volume non chauffé (zone d’eau froide et d’eau miti-gée).]] La température de retour augmente vers

la fin de la charge (la chaudière à conden-sation ne peut plus utiliser la chaleur de condensation).]] La température de départ en aval de

l’échangeur de chaleur doit être supérieure d’au moins 2 à 5 K à la valeur de consigne de la température de l’accumulateur.]] La puissance du transfert thermique di-


sion de chaleur dans les locaux est inter-rompue; veiller aux exigences en termes de confort (les chauffeurs d’air ne devraient pas être interrompus).

aucune défaillance de haute pression, une sonde doit être utilisée dans le départ du circuit de charge du chauffe-eau à accu-mulation. Celle-ci désactive la PAC dès que la température de sortie du condenseur est atteinte.

Domaine d’application]] Installations de pompes à chaleur et gé-

nérateurs de chaleur avec une température de charge constante du chauffe-eau à ac-cumulation.]] Installations dans lesquelles des temps

de charge de l’eau chaude sanitaire relati-vement longs sont possibles.]] Maisons familiales et immeubles d’habi-

tation (production d’eau chaude pendant les heures nocturnes)

Avec pompe de charge et avec régu-lation de la température de départMode de fonctionnement: Lorsque la température de l’accumulateur (θ1) descend en dessous de la valeur de consigne, la charge du chauffe-eau à accumulation dé-

θ2 θ1

P1

Ret Dép

CEA

ECS

EF

80

60

50

65

10


Etat de charge (%)


100

θECS

θRet.

θDép.

Illustration 160: Raccordement de l’échangeur de cha-leur interne à la pompe de charge et régulation de la température de dé-part (θ2).

Illustration 161. Exemple de fonc-tion de régulation: tracé de la charge du chauffe-eau à ac-cumulation avec ré-gulation de la tem-pérature de départ (θVL = constante), p. ex. en cas de charge d’une chau-dière à bois.


stratifiée. Il en résulte un saut de tempéra-ture entre la température de l’eau froide et la température de l’eau chaude, sur seule-ment quelques centimètres.La plupart du temps, on utilise des échan-geurs de chaleur à plaques externes. Etant donné que le transfert de chaleur s’effec-tue dans de fins conduits d’eau, ces der-niers peuvent se trouver obstrués en pré-sence d’une eau dure. C’est pourquoi la température de l’eau chaude doit être limi-tée à 65 °C au maximum ou l’eau froide doit être adoucie.

Avantages des échangeurs de chaleur externes]] Les échangeurs de chaleur externes pos-

sèdent un bon coefficient de transfert ther-mique.]] Possibilité d’utilisation de la totalité de

l’accumulateur (aucune zone d’eau miti-gée et d’eau froide)]] Basses températures de retour (optimal

en cas de chaudière à condensation).]] Température de charge contrôlée en cas

de maintien de la température dans le cir-cuit primaire et le circuit secondaire

Inconvénients des échangeurs de cha-leur externes]] Combinaison difficile avec l’exploitation

de l’énergie solaire (le mélange de tempé-rature peut être dégradé).]] Vers la fin de la charge, la température

de retour augmente.]] Risque d’encrassement ou d’entartrage

sur les échangeurs de chaleur à plaques.]] Coûts d’investissement plus élevés.]] Une hydraulique et une technique de

régulation plus complexes.]] Déperditions thermiques supplémen-

taires de l’échangeur de chaleur externe (l’échangeur de chaleur doit être bien isolé).

Domaine d’application]] Installations avec des températures de

départ fortement variables dans la généra-tion de chaleur]] Installations dans lesquelles des temps

de charge de l’eau chaude sanitaire relati-vement longs sont possibles.]] Maisons familiales et immeubles d’habi-

tation (production d’eau chaude pendant les heures nocturnes)

Production d’eau chaude avec échan-geur de chaleur externeDans le circuit secondaire (circuit de pro-duction d’eau chaude), l’eau froide est acheminée à travers l’échangeur de cha-leur externe au moyen du circulateur (P2). L’eau chauffée est réintroduite dans la zone supérieure de l’accumulateur, ce qui engendre une charge de l’accumulateur du haut vers le bas; on parle de charge

θ1

θ4

P2

Ret

Dép

A1

θ3

P1

AECθ2

ECS

EF

3540

10

30

ECS

ECS6065

(θ4)

(θ2)

(θ3)

Ret

Dép

100% Etat de charge




l’échangeur de cha-leur externe.


tion de régulation: la charge de l’accu-

mulateur génère une charge par stra-

tification.


Tableau 78: Pré-di-mensionnement d’un échangeur de chaleur à plaques externe. (Source: Circuits standards pour petites instal-lations de pompe à chaleur (Stasch), OFEN 2002)

Production d’eau chaude avec échan-geur de chaleur externe sans main-tien de la température côté primaire et secondaire

Mode de fonctionnement: Si l’on des-cend en dessous de la valeur de consigne de la température d’accumulateur (θ1) le circuit primaire (circuit de chauffage) s’ac-tive. La sonde de température (θ3) dé-clenche le circuit secondaire (circuit de charge de l’accumulateur) dès que la tem-pérature de départ souhaitée est atteinte. Cela empêche ainsi, dans la phase de dé-marrage, un refroidissement ou un bras-sage dans l’accumulateur. Afin que la température de charge de l’ac-cumulateur puisse être maintenue constante, le débit massique côté secon-daire est régulé en fonction de la sonde de température (θ4) au moyen de la vanne à 2 voies (A1). Un débit massique variable per-met une transmission de chaleur régulée au niveau du circuit secondaire. La charge de l’accumulateur s’effectue du haut vers le bas avec un débit massique constant, une température d’entrée à peu près constante et une faible vitesse d’entrée. Une entrée sans à-coups dans l’accumula-teur d’eau chaude empêche le brassage de la température. Cela peut s’effectuer à l’aide d’un tube de pulvérisation (tube per-foré horizontal).

Propriétés]] Pas de «protection contre l’entartrage»,

car des températures de charge constantes du chauffe-eau à accumulation ne sont pas garanties.]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion s’effectue au moyen d’une charge par stratification (système Magro).]] Débit massique variable via le circuit pri-

maire.

Type d’échangeur de chaleur

Coefficient de trans-mission thermique

W/m2K

Surface d’échangeur de chaleur

m2/kW

Différence de tempéra-ture entre le départ et

le retour K


800 à 1 200 0,15Côté primaire: 6

Côté secondaire: 6

]] Débit massique constant via l’échangeur de chaleur du chauffe-eau à accumulation (circuit secondaire).]] La totalité de l’accumulateur d’eau

chaude peut être exploitée (pas de zone d’eau froide ou d’eau mitigée).]] La température de retour augmente vers

la fin de la charge.]] La puissance du transfert thermique di-


sion de chaleur dans les locaux est inter-rompue; veiller aux exigences en termes de confort (les chauffeurs d’air ne devraient pas être interrompus).]] Basses températures de retour, parfaite-

ment appropriées à des chaudières à condensation

Domaine d’application]] Pour des besoins en eau chaude moyens

à élevés, et en cas de pointes importantes de la demande d’eau chaude]] Immeubles d’habitation, hôpitaux,

centres sportifs, piscines, hôtels etc.


]] La totalité de l’accumulateur d’eau chaude peut être exploitée (pas de zone d’eau froide ou d’eau mitigée).]] La température de retour augmente vers

la fin de la charge.]] La puissance du transfert thermique di-

minue vers la fin de la charge.]] Approprié pour les chaudières à conden-

sation en raison des basses températures de retour.]] Pas d’enclenchement/déclenchement du

brûleur vers la fin de la charge de l’eau chaude.]] Dans le cas d’un circuit prioritaire, l’émis-

sion de chaleur dans les locaux est inter-rompue; veiller aux exigences en termes de confort.

Domaine d’application]] Installations avec des températures de

départ fortement variables dans la généra-tion de chaleur

Production d’eau chaude avec échan-geur de chaleur externe avec régula-tion de la température de départ côté primaire et secondaire

Mode de fonctionnement: Lorsque l’on descend en dessous de la température d’accumulateur (θ1) le circuit primaire (cir-cuit de chauffage) s’active. La sonde de température (θ3) déclenche le circuit secon-daire (circuit de charge de l’accumulateur) dès que la température de départ souhai-tée (θ3) est atteinte. La température (θ4) augmente car l’acheminement via la dévia-tion (vanne à 3 voies) s’effectue jusqu’à ce que la sonde (θ4) atteigne la température de consigne. Lorsque celle-ci est atteinte, la vanne à 3 voies s’ouvre en position de pas-sage droit et l’accumulateur est chargé. La température d’entrée constante dans l’ac-cumulateur permet d’empêcher un refroi-dissement ou un brassage. Les débits mas-siques coté primaire et secondaire sont maintenus constants à l’aide d’un circula-teur non régulé (P1 et P2). Afin que l’eau ne tourbillonne pas lors de son entrée dans l’accumulateur, celle-ci doit s’effectuer à l’aide d’un tube de pulvérisation (tube per-foré horizontal).Si la température de départ en aval du gé-nérateur de chaleur est inférieure à la valeur de consigne de la température de charge (θ3), elle doit alors être augmentée (p. ex. au moyen d’un maintien de la température de départ).

Propriétés]] Transmission de chaleur contrôlée entre

le côté primaire et le côté secondaire au moyen de la régulation de températureEn présence de températures de départ élevées de la chaudière, on peut atteindre des températures relativement basses (θ3) dans le circuit primaire, ce qui favorise la protection contre l’entartrage.]] La charge du chauffe-eau à accumula-

tion s’effectue au moyen d’une charge par stratification (système Magro).]] Débit massique variable via le circuit pri-

maire.]] Débit massique constant via l’échangeur

de chaleur externe (circuit secondaire).

θ1

θ4

P2

θ3

P1

Dép

Ret

AECθ2

ECS

EF

303540

10ECS

ECS

(θ3)

6065

(θ4)

(θ2)

Dép

Ret

100% Etat de charge




l’échangeur de cha-leur externe avec régulation de la

température de dé-part côté primaire

et secondaire.



accumulation avec température de dé-

part constante et débit massique

constant (θ3 et θ4 = constants;

mP1 et mP2 = constants).


Avantages]] Basses températures d’eau chaude; les

systèmes de pompes à chaleur sont ainsi plus efficaces.]] Le stockage de l’eau chaude s’effectue

dans l’accumulateur côté chauffage et non côté eau potable; il n’y a ainsi pas d’eau stagnante.]] Toute offre de chaleur (rejets thermiques,

énergie solaire etc.) peut être utilisée dans l’accumulateur.]] Pas de risque de brûlure.]] Si aucun réseau de circulation n’est pré-

sent, il n’y a aucun développement de lé-gionelles même en présence de basses températures.

Inconvénients]] Régulation hydraulique complexe dans le

module d’eau fraîche]] Des niveaux de température différents

doivent être post-chauffés à l’aide de chauffages auxiliaires.]] Circuit anti-légionelles requis en pré-

sence d’un système de circulation

Domaine d’application]] Maisons familiales et immeubles d’habi-

tation]] Douches dans les centres sportifs et les

piscines

]] Pour des besoins en eau chaude moyens à élevés, et en cas de pointes importantes de la demande d’eau chaude]] Immeubles d’habitation, hôpitaux,

centres sportifs, piscines, hôtels etc.

Système de production d’eau chaude instantanée «Module d’eau fraîche»

Mode de fonctionnement: Le module d’eau fraîche comprend la sonde de débit volumique et la sonde de température (régulation par microprocesseur). Lorsque celles-ci réagissent, la pompe de charge d’eau chaude sanitaire à puissance régulée achemine de l’eau de chauffage chaude issue de la zone supérieure de l’accumula-teur à travers l’échangeur de chaleur à plaques du module d’eau fraîche. Le re-tour revient dans la zone inférieure de l’accumulateur.La régulation par microprocesseur mesure les débits volumiques et les températures côté eau de chauffage et côté eau potable et calcule le débit volumique instantané requis de la pompe de charge d’eau fraîche. Celle-ci fait en sorte que même en présence de faibles demandes d’eau chaude et de températures différentes de l’accumulateur, le chauffage de l’eau po-table soit homogène.

Capteur solaire

Entrée d’eau froide

Accumulateur d’énergie

En option: désinfection thermique en cas de système de circulation

Module d’eau chaude sanitaire

Réseau de distributionChauffage ambiant

KWT-Frischwassersystem

Eau chaude45˚C

Circ

ulat

ion

Illustration 166: Intégration d’un module d’eau chaude sanitaire. (Source: KWT)


5.3 Production d’eau chaude au moyen de rejets ther-miques

Production d’eau chaude au moyen de l’utilisation des rejets thermiques des eaux usées (système Feka)

Mode de fonctionnement: Toutes les eaux usées domestiques s’écoulent via des filtres dans un puits destiné aux eaux usées et aux matières fécales. Les matières fé-cales et les salissures sont retenues dans le filtre des eaux usées. Ces solides sont acheminés quotidiennement directement dans la canalisation à l’aide de la pompe de vidange. En présence d’un besoin de chaleur, on soutire à l’eau grise collectée dans le puits d’eaux usées et de matières fécales autant de chaleur que nécessaire pour l’évaporateur de la PAC. Les eaux grises refroidies s’écoulent naturellement (conduits communicants) dans la canalisa-tion. Les eaux grises peuvent être refroi-dies jusqu’à une température de 5 °C. Il convient de respecter les prescriptions communales relatives à la température minimale des eaux usées.

Avantages]] Toutes les eaux usées peuvent être utili-

sées (eaux usées domestiques générales y c. WC, piscines, hôtels, hôpitaux, etc.)]] Offre de température importante pour

les eaux usées domestiques, avec 20 à 25 °C]] Soutirage de chaleur journalier de 10 h à

18 h]] Des températures d’eau chaude de 60 °C

peuvent être atteintes sans problème]] Charge stratifiée propre possible]] Chauffage auxiliaire nécessaire unique-

ment lors de la mise en service et lors des travaux de révision

Inconvénients]] Système pertinent uniquement en cas de

besoin important en eau chaude]] Energie auxiliaire électrique supplémen-

taire pour la pompe de vidange dans le puits d’eaux usées et de matières fécales]] Maintenance régulière requise

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1112

Illustration 167: Mo-dule Feka avec filtre

intégré et échan-geur de chaleur

dans le puits d’eaux usées. (Source: Feka

Energiesysteme AG)

1. Poire de niveau

d’eau minimal

2. Poire de niveau

d’eau trop élevé

3. Pompe de vi-

dange

4. Colonne mon-

tante isolée

5. Conduite de dé-

bordement

6. Sonde de tempé-

rature

7. Puits d’eaux usées

(isolé en cas de gise-

ments d’eaux sou-

terraines)

8. Aération et purge

d’air

9. Echangeur de

chaleur

10. Conduite d’eau

glycolée vers l’éva-

porateur de la PAC

et en provenance

de celui-ci

11. Arrivée d’eaux

usées

12. Rejet des eaux

usées dans la canali-

sation

Chauffage auxiliaire en option

HAEC

PACRéservoir Feka

ECS

EF


θ4

θ6

θ5

ECS

EF

+

+

AEC pré-chauffage

Installations de refroidis-sement

Condenseur de secours

θ1

θ3

θ2

AECchauffage

+

Illustration 168: Utilisation des rejets

thermiques (instal-lation Feka) pour la production directe

d’eau chaude.

Illustration 169: Uti-lisation des rejets

thermiques (issues du froid industriel) pour la production

directe d’eau chaude.


Domaine d’application]] Besoin en eau chaude (Φecs) ≥ 70 kW,

immeubles d’habitation, piscines etc.

Production d’eau chaude au moyen de l’utilisation de rejets thermiques de machines frigorifiques indus-trielles

Mode de fonctionnement: Les rejets thermiques de machines frigorifiques in-dustrielles permet de préchauffer l’eau chaude à env. 40 °C. La charge de l’eau chaude utilise alors les rejets thermiques en excès provenant du condenseur de la machine frigorifique. Dès que les rejets thermiques sont mis à disposition par la machine frigorifique industrielle, le sys-tème d’utilisation de ces rejets se dé-clenche. Le post-chauffage à l’aide du sys-tème de chauffage s’active lorsque l’on descend en dessous de la température de consigne (θ4) dans le post-chauffeur de l’accumulateur d’ECS.

Eléments critiques]] Nécessité d’un condenseur de secours

dans le circuit des machines frigorifiques]] Gestion de la charge]] Volume de préchauffage nécessaire dans

l’accumulateur d’ECS]] Post-chauffage nécessaire]] Le niveau de température dans le pré-

chauffeur favorise le développement des légionnelles: prévoir des circuits anti-légio-nelles

Utilisation]] Bâtiments artisanaux et industriels (in-

dustrie gastronomique et alimentaire)

5.4 Légionelles

Les légionelles sont des bactéries en forme de bâtonnets dont on dénombre plus de 40 espèces différentes. 18 d’entre elles peuvent déclencher chez l’humain une maladie et sont donc appelées des patho-gènes humains. L’espèce la plus connue de légionelles est la Legionella pneumo-phile, qui est également la principale res-ponsable de la plupart des maladies à lé-gionelles. Néanmoins, ces bactéries ne sont dangereuses que si l’on respire des aérosols contaminés par des légionelles et que celles-ci parviennent ainsi dans les poumons. Les aérosols sont des gouttes d’eau extrêmement fines d’un diamètre d’environ 5 µm, dispersées dans l’air. Par contre, il n’y a aucun risque à boire de l’eau contaminée par des légionelles.

La multiplication des légionelles s’effectue principalement à une température de 25 à 45 °C. A partir d’une température de 55 °C, les légionelles commencent à mou-rir et ce d’autant plus rapidement que la température augmente. En présence de températures d’eau inférieures à 20 °C, elles sont capables de survivre mais pas de se multiplier (Dieter Kreysig: Legionellen – Mode-Bakterium oder tödliche Gefahr? Wärme und Versorgungstechnik, 6/2001 et 11/2001).

Les principales sources d’infection dans le domaine de l’eau potable sont les suivantes:]] Points de soutirage de systèmes de distri-

bution d’eau chaude, notamment avec la formation d’aérosols, comme pour les douches]] Tours de refroidissement]] Installations de piscines]] Appareils d’humidification directe de l’air

intérieur

Principes de prévention de la multipli-cation des légionelles]] Un système de distribution d’eau ne doit

compter aucune conduite inutilisée et rem-plie d’eau. Cela s’applique notamment lorsqu’un point de soutirage est mis hors service après-coup.


Tableau 79: Durée de survie des légio-

nelles. Valeur D: pa-ramètre microbiolo-

gique désignant le temps de réduction décimal ou valeur D

est une mesure ca-ractérisant le com-portement de des-

truction de microor-ganismes. La valeur

D indique quel temps est nécessaire

pour tuer 90 % des microorganismes

d’une population à une température

donnée, afin de ré-duire la population à 10 % de la popu-

lation initiale.

Récupération de chaleur ou préchauf-fage à l’aide d’un accumulateur tech-niqueLa température de l’eau dans un accumu-lateur destiné au préchauffage, selon le système, n’atteint pas plus de 45 °C et se trouve ainsi dans la plage idéale de multi-plication des légionelles. L’eau sanitaire chauffée doit se trouver le moins possible dans cette plage de température. C’est pourquoi le volume disponible dans l’accu-mulateur, dans le domaine du post-chauf-fage de l’eau potable, ne doit jamais bais-ser en deçà de 60 °C. Le volume disponible est le volume de pointe attendu (habituel-lement, ce volume correspond à la plus grande pointe horaire) et représente un volume suffisant jusqu’au point d’enclen-chement de la charge de l’accumulateur. Le post-chauffage de l’eau potable doit s’effectuer à l’aide d’une source d’énergie secondaire qui peut toujours atteindre au minimum 60 °C.

Temps de fonctionnement du circula-teur et des rubans chauffantsPour empêcher le refroidissement du sys-tème de conduites d’eau chaude lors des temps d’arrêt, le circulateur ou le ruban chauffant doit fonctionner en continu.

Installations centrales d’eau mitigéeEn cas d’utilisation d’organes mitigeurs centraux, les conduites d’alimentation et d’évacuation fonctionnent à des tempéra-tures d’eau potable situées dans la plage idéale de multiplication des légionelles (25 à 45 °C). C’est pourquoi ces installations, sans mesures spéciales (p. ex. ionisation ou ozonisation), ne sont pas adaptées aux groupes de risque 1 et 2. Pour le groupe de risque 3, il est recommandé de chauffer l’eau chaude dans l’installation une fois par jour pendant au moins une heure à 60 °C.

]] L’eau potable qui, à une température de 25 à 50 °C, n’est pas utilisée pendant plus de 24 heures, doit être désinfectée thermi-quement, c’est-à-dire chauffée à 60 °C pendant une heure. Dans les bâtiments présentant un risque faible, cette mesure est uniquement recommandée.]] L’alimentation en eau chaude sanitaire

doit être conçue de telle sorte que la tem-pérature de l’eau à la sortie du chauffe-eau s’élève à 60 °C, 55 °C dans les conduites maintenues au chaud et que l’on puisse atteindre 50 °C au niveau des points de soutirage.]] Pour les chauffe-eau instantanés, les

températures minimales ne s’appliquent pas si l’eau chaude ne reste pas plus de 24 heures à une température de 25 à 50 °C dans le système de distribution d’eau chaude jusqu’à son soutirage.]] La quantité d’eau chaude à stocker doit

être dimensionnée au plus juste (pas de chauffe-eau à accumulation surdimen-sionné). ]] Les récipients contenant de l’eau chaude

doivent être régulièrement nettoyés, no-tamment détartrés (les dépôts de rouille, de calcaire et autres favorisent la formation de biofilms qui servent de substrat à la mul-tiplication de légionelles et autres bacté-ries).]] Les conduites d’eau froide doivent être

installées de manière à éviter tout chauf-fage par des conduites d’eau chaude ou de chauffage parallèles, et de manière à at-teindre une température d’eau froide de 20 °C au maximum.]] Les points de soutirage rarement utilisés

doivent être régulièrement purgés.

Température(°C)

Temps(minutes)

Effet

55,0 19 Réduction du nombre de légio-nellesd’une puissance 10 à chaque fois (va-leur D)

57,5 6

60,0 2

70,0 Quelques secondes


Groupe de risque 1 – Risque élevé]] Bâtiments dans lesquels sé-journent des personnes au sys-tème immunitaire affaibli.]] Bâtiments comprenant de vastes systèmes de conduites ainsi que des installations avec un souti-rage d’eau irrégulier (longues phases de stagnation).

Catégories de bâtiments]] Hôpitaux avec postes de soins intensifs, service de transplantation ou services spéciaux (oncologie, néona-tologie).

Mesures recommandées(selon la SSIGE)]] Respect des instructions élabo-rées par les responsables de l’hy-giène.]] Contrôle de la température d’eau chaude et analyses bacté-riologiques réguliers

Groupe de risque 2 – Risque moyenDans ces bâtiments, les risques ré-sultent principalement d’installa-tions vastes parfois avec de lon-gues phases de stagnation.

Catégories de bâtimentsImmeubles d’habitation avec alimentation centrale en eau chaude, écoles avec douches, hôtels, casernes, prisons, hôpi-taux sans les services susmen-tionnés, maisons de retraite et centres de soins, bâtiments sportifs, piscines couvertes et de plein air

Mesures recommandées (selon la SSIGE)]] Contrôle régulier de la tempéra-ture de l’eau chaude (au moins tous les 2 mois)]] Respect de la température de l’eau chaude: dans toute l’instal-lation de production, au mini-mum 60 °C pendant une heure par jour, au niveau du point de soutirage au minimum 50 °C.]] Si, pour des raisons techniques ou en raison d’une économie d’énergie, les températures de sécurité ne peuvent pas être res-pectées, des contrôles bactério-logiques ou des systèmes alter-natifs (ionisation, ozonisation ou autres) sont à prévoir.]] Les analyses d’eau recherchant des légionelles ne sont néces-saires qu’en cas d’apparition de cas de maladie ou pour les rai-sons mentionnées.]] En présence de cas de maladie et d’un résultat positif de l’analyse d’eau, des mesures supplémen-taires doivent être mises en œuvre.

Groupe de risque 3 – Risque faibleBâtiments avec principalement de longues phases de stagnation.

Catégories de bâtimentsMaisons individuelles, im-meubles d’habitation sans ali-mentation centrale en eau chaude, écoles sans douches, magasins, restaurants, locaux de réunion, entrepôts

Mesures recommandées (selon la SSIGE)]] En cas de doute sur l’hygiène des installations d’eau sanitaire, des analyses adéquates peuvent être effectuées.]] Des mesures doivent être mises en œuvre en cas d’apparition de cas de maladie et de résultat po-sitif de l’analyse d’eau.

Tableau 80: Groupes de risque pour les bâtiments et les ins-tallations et me-sures recomman-dées. Plus d’infor-mations: selon SIA 385/1 «Installations d’eau chaude sani-taire dans les bâti-ments – Bases géné-rales et perfor-mances requises»; selon la notice tech-nique de la SSIGE «Legionella et eau potable – à quoi faut-il faire atten-tion?»

6.1 Alimentation en électricité

Selon le besoin de raccordement du bâti-ment ou du quartier, l’alimentation en électricité à partir du réseau public peut s’effectuer sous différentes tensions, d’où des coûts spécifiques variables de l’éner-gie. En règle générale, plus la tension est élevée, plus le coût total de l’énergie par kWh est faible. Le coût total de l’énergie se compose du coût effectif de l’énergie, des coûts du réseau et des taxes par kWh. Un raccordement à un niveau de tension plus élevé (moyenne ou haute tension) implique néanmoins la nécessité d’une transformation à la tension des consom-mateurs de 230 ou 400 V, qui doit s’effec-tuer chez l’utilisateur. Cela requiert l’instal-lation de transformateurs (convertisseurs de tension) et la mise à disposition des lo-caux correspondants. Autre conséquence à cela: les comptages supplémentaires, par exemple pour des utilisations de tiers, doivent être gérées par le propriétaire ou l’exploitant lui-même. La limite de presta-tion entre l’entreprise d’approvisionne-ment en électricité et le propriétaire cor-respond au côté sortie de la mesure, qui appartient en général à l’entreprise d’ap-provisionnement. Le local pour le tableau

Autres installations

Chapitre 6

Volker Wouters électrique nécessaire à la commande et à la protection des transformateurs, ainsi que pour les transformateurs eux-mêmes, doit être placé à proximité immédiate de l’entrée de la ligne électrique, c’est-à-dire généralement à proximité de la route. Etant donné qu’aujourd’hui, les lignes électriques sont en majorité enfouies dans le sol (1,3 à 0,7 m), il est également envi-sageable de disposer le raccordement électrique au premier sous-sol, pour une insertion directe des lignes électriques. Quant aux locaux contenant des transfor-mateurs, il convient de veiller à ce que ceux-ci ne jouxtent pas directement des locaux hébergeant des postes de travail occupés en permanence. Sur ce point, il est impératif de respecter les exigences de la directive sur le rayonnement non ioni-sant. Le recours à l’électricité à moyenne ou haute tension est en général réservé uniquement aux gros acheteurs (à partir d’env. 1000 kVA de puissance raccorde-ment).Si l’injection s’effectue à basse tension, c’est le boîtier de raccordement domes-tique ou le champ d’injection qui repré-sente la limite de prestation vis-à-vis du fournisseur d’électricité. Pour déterminer leur emplacement, les mêmes principes s’appliquent que pour le raccordement à

Illustration 170: Principe de l’ali-

mentation réseau via la basse tension Raccordement do-

mestique.

Illustration 171: Principe de l’ali-mentation réseau via la moyenne ten-sion.

Compteur

Limite de prestation du fournisseur d’électricité

Source: Atlas Gebäudetechnik

Réseau à moyenne

tension du fournisseur d’électricité

Réseau à basse tension du fournisseur

d’électricitéRaccordement domestique

HA

Wh~

Tableau électrique basse tension

Tableau électrique moyenne tension

Com

pteu

r

Réseau à moyenne

tension du fournisseur d’électricité

Limite de prestation du fournisseur d’électricitéSource: Atlas Gebäudetechnik

158Autres installations

moyenne tension (de préférence au sous-sol, à proximité de la ligne électrique). Dans les maisons individuelles, le boîtier de rac-cordement domestique est également sou-vent directement intégré dans la façade.

Le côté sortie (basse tension 230/400 V) d’un transformateur ou la sortie d’un boî-tier de raccordement domestique est intro-duit dans la distribution principale du bâti-ment par un tableau électrique basse ten-sion. Les boîtiers de raccordement domes-tiques peuvent également être directe-ment intégrés dans la distribution princi-pale du bâtiment. Ceux-ci doivent, pour des raisons d’optimisation des pertes et des coûts, être placées à proximité immé-diate des transformateurs. Etant donné que le tableau électrique basse tension présente un important risque d’incendie, il ne doit pas être placé directement dans les issues de secours. Si cela est inévitable, il doit être pourvu d’un habillage anti-incen-die. Pour les grands tableaux électriques basse tension de haute puissance, il convient de prévoir un local séparé avec des droits d’accès restreints. Les distribu-tions principales du bâtiment doivent être installées, outre les critères de placement susmentionnés, à proximité des centres d’application des charges afin d’optimiser les liaisons haute puissance sur le plan des déperditions et des coûts. Les charges principales sont typiquement constituées par des centrales de ventilation et les cen-

trales frigorifiques. Un placement optimal doit avoir pour objectif de minimiser les tracés de câbles et ainsi, de réaliser des économies de place et de coûts. Pour des raisons d’exploitation et d’entretien, il convient également de placer les autres locaux destinés à des installations élec-triques à proximité de la distribution prin-cipale du bâtiment.

Par ailleurs, d’autres exigences possibles sont les suivantes:]] Installation de substitution au réseau

(groupe diesel de secours)]] Locaux pour l’alimentation électrique sans

coupure (ASC), installations de batteries]] Locaux à courant faible pour les installa-

tions d’alarme incendie, les installations de haut-parleurs, les installations de lumières de secours etc.]] Locaux de communication pour les instal-

lations téléphoniques, informatiques etc.]] Installations de sécurité telles que la sé-

curité anti-intrusion, la protection des ob-jets de valeur, la surveillance vidéo etc.

A partir de la distribution principale du bâtiment, l’électricité est amenée jusqu’aux distributions secondaires à l’intérieur du bâtiment. Cette distribution peut soit s’ef-fectuer au moyen d’une alimentation indi-viduelle ou d’une distribution en étoile, soit au moyen d’une alimentation de groupe, soit sous une forme mixte des deux possi-bilités. Pour les alimentations de groupe de forte puissance, on peut également envisa-ger comme alternative aux câbles de trans-port de l’électricité des rails d’électrifica-tion.

Distribution en étoileLa distribution en étoile est le type le plus courant de circuit électrique de consom-mateurs. Propriétés:]] Surveillance aisée du réseau]] Localisation aisée des erreurs]] Gestion aisée de l’exploitation

Ces propriétés résultent notamment du fait que les consommateurs et distributeurs raccordés aux «rayons» sont affectés de façon unique. Par contre, par rapport à une alimentation de groupe, l’encombrement

Illustration 172: Formes de réseau.

Réseau groupé, réseau en dérivationRéseau à structure radiale


est plus important dans les distributeurs d’alimentation et, pour les bâtiments à plu-sieurs étages, on obtient un encombre-ment irrégulier dans les gaines techniques.

Réseau groupéPour les circuits électriques de consomma-teurs, l’alimentation de groupe est moins répandue que l’alimentation en étoile. Les alimentations de groupe peuvent s’effec-tuer à l’aide de câbles à ruban plats ou de rails d’électrification, qui permettent de raccorder les consommateurs directement au niveau du chemin d’alimentation. Pro-priétés:]] Besoin de place réduit dans la distribu-

tion d’alimentation]] Dimensionnement selon la charge

moyenne de la branche d’alimentation]] Sécurité de fonctionnement réduite]] Encombrement homogène dans les

gaines techniques

Ces propriétés résultent notamment du fait que tous les consommateurs raccordés au groupe sont soumis aux mêmes effets. Une erreur dans le groupe se répercute sur tous les composants raccordés.

Types de réseauLes différents types de réseau que sont l’ali-mentation électrique générale, l’alimenta-tion électrique de secours et l’alimentation électrique sans coupure permettent de remplir des exigences différentes vis-à-vis

de la sécurité d’alimentation et de l’autono-mie. A l’alimentation électrique générale sont raccordés tous les consommateurs qui, en cas d’incident (coupure de courant, va-riation de tension), ne doivent pas impéra-tivement continuer de fonctionner. Les consommateurs typiques raccordés au réseau d’alimentation électrique de secours sont les consommateurs puissants, qui sup-portent une brève coupure de courant mais requièrent en général une durée d’au-tonomie relativement longue, comme par exemple: les ascenseurs pour sapeurs-pompiers, les installations Sprinkler de gi-cleurs d’incendie et les systèmes de refroi-dissement.

Généralement, on prévoit pour l’alimenta-tion électrique de secours un groupe élec-trogène de secours au diesel. Une seconde injection du réseau indépendante, par l’entreprise d’approvisionnement en élec-tricité, conformément à l’illustration 174, peut également être prévue comme alter-native.

Les consommateurs typiques raccordés au réseau d’alimentation électrique sans cou-pure sont des consommateurs sensibles ayant des exigences élevées en termes de disponibilité, qui ne supportent aucune coupure de courant ni aucune variation de tension ou de fréquence. La durée d’auto-nomie peut être très variable selon les consommateurs. Il est toutefois en prin-cipe recommandé, pour garantir une auto-nomie relativement longue à des puis-sances relativement élevées, de soutenir l’alimentation électrique sans coupure, comme évoqué, par une installation de substitution au réseau. Cela permet de réduire la capacité de batterie requise, et les coûts élevés associés. Les consomma-teurs qui requièrent typiquement une ali-mentation électrique sans coupure sont: les appareils informatiques, les dispositifs de communication, les systèmes de sécu-rité et les installations industrielles sen-sibles. Une alimentation sur batterie ou un accumulateur dynamique sont des sources d’alimentation électrique sans coupure appropriées.

Illustration 173: Dif-férents types de ré-seau pour l’alimen-

tation électrique.(Source: Siemens

Applikationshand-buch – Grundlagen-

ermittlung und Vorplanung

(Source: Klaus Da-niels, Gebäudetech-

nik, ein Leitfaden für Architekten und

Ingenieure)

Réseau de substitutionRéseau AG

Consommateurs ASCConsommateurs ASConsommateurs AG

USVT1

GT3T2


Illustration 174: Alimentation avec deux injections in-

dépendantes. (Source: Directive

de protection incen-die de l’AEAI 17-

03d)

Ligne d’alimentation de secoursséparée des lignes traditionnelles et protégée contre l’incendie

uniquement pour l’alimentation de systèmes de protection incendie

F4

F2

F1

F3

Z

Ligne d’alimentation basse tension du fournisseur d’électricité

Anneau de ligne d’alimentation haute tension du fournisseur d’élec.

T T

Légendes:F1 Coupe-surintensité généralF2 Coupe-surintensité d’abonnéF3 Coupe-surintensité du réseau de secours (plombé)F4 Coupe-surintensité du réseauT Poste de transformateurs du fournisseur d’élec.Z Compteur / Dispositif de mesure


6.2 Ascenseurs et escaliers roulants

Les ascenseurs et escaliers roulants repré-sentent conjointement environ 1 % de la consommation d’électricité suisse. Dans les bâtiments ayant un grand besoin de trans-port, leur part de consommation électrique peut s’élever jusqu’à env. 10 %. Il servent en premier lieu au transport de personnes. Les ascenseurs destinés au transport de marchandises pèsent bien moins lourd dans la consommation d’électricité.

Composition de la consommation d’énergie et grandeurs d’influenceL’analyse métrologique de nombreux as-censeurs de toutes sortes a notamment montré que la consommation en veille (il-

Illustration 175: Ré-partition de la

consommation de veille des ascen-

seurs. (Source: Nip-kow)

lustration 175) représentait, en particulier pour les ascenseurs accueillant un faible nombre de personnes (p. ex. immeubles d’habitation), jusqu’à 80 % de la consom-mation électrique totale. L’industrie euro-péenne des ascenseurs a élaboré la direc-tive VDI 4707, pour une étiquette énergé-tique destinée aux ascenseurs. L’associa-tion VFA Interlift e.V. propose pour sa part un outil de calcul pour l’étiquette énergé-tique des ascenseurs (logiciel VFA Energy-Label et EnergyCertificate VFA).Les trajets consomment également de l’énergie, et sur ce plan, on constate éga-lement d’importantes différentes en ma-tière d’efficacité. Les principales grandeurs d’influence sur l’efficacité de l’entraîne-ment d’un ascenseur sont les suivantes:]] Traction ou hydraulique: les entraîne-

ments hydrauliques économiques occa-sionnent des déperditions importantes, en raison des pertes par transformation du moteur hydraulique et de l’absence de ré-cupération lors du trajet de descente. Les concepts modernes parviennent à contour-ner quasi-totalement cet inconvénient et peuvent fonctionner avec une efficacité presque similaire à celle des ascenseurs à traction.]] Vitesse de déplacement: plus elle est éle-

vée, plus les déperditions dues à l’accéléra-tion et au freinage sont élevées, même avec des entraînements régulés. Pour les

Nombre d’ascen-seurs et charge nominale

Local des machines

Entraînement à traction

Entraînement hydraulique

Entraînement avec réinjection dans le réseau

Commande d’ascenseur

Analyse précise re-quise si la capacité d’un ascenseur semble trop juste. Coûts d’investisse-ment plus élevés pour deux petits as-censeurs à la place d’un grand, mais meilleur confort (temps d’attente).

Les ascenseurs sans local des machines sont plus exigeants sur le plan tech-nique, plus com-plexes et nécessitent plus d’espace dans la cage d’ascenseur.

La traction à l’aide de câbles ou de courroies et généra-lement plus efficace que l’hydraulique, mais plus complexe sur le plan tech-nique.

Ascenseurs robustes et techniquement simples pour de faibles hauteurs (avec local des ma-chines en dessous). Consommation d’énergie plus éle-vée, qui peut être réduite avec de nou-veaux concepts (plus chers). Utilisation ty-pique: monte-charges et ascen-seurs panoramiques.

Pour les installations puissantes, une op-tion pour une meil-leure efficacité éner-gétique. Investisse-ment plus élevé; calcul de rentabilité avec degré de récu-pération nécessaire.

Doit être adapté aux besoins des passa-gers et doit empê-cher des trajets inu-tiles.

51%

7%

9%

7%

1%

25%

Commande

Affichage d’étage

Bouton-poussoir du tableau d’étage

Tableau de cabine

Rideau lumineux au niveau des portes de la cabine

Convertisseur de fréquence

Répartition de la consommation d’énergie en mode veille des ascenseurs (valeurs typiques)

Tableau 81: Caracté-ristiques de construction et d’exécution.

Jürg Nipkow


Jürg Nipkow

immeubles d’habitation, la plage de vitesse recommandée s’étend de 0,25 à 0,4 m/s, tandis que pour les bâtiments non destinés à l’habitation de 10 étages et plus, elle peut aller jusqu’à 1 m/s. ]] Technique de motorisation et régulation:

les concepts modernes dotés de moteurs efficaces (p. ex. entraînements sans frotte-ment, moteurs à aimants permanents) offrent un bon rendement. Avec des trans-formateurs à 4 quadrants, une récupéra-tion (réinjection dans le réseau) est pos-sible; un taux de récupération de 40 % nécessite déjà une très bonne technique. ]] Architecture de système à faible frotte-

ment (faible excentricité, faibles forces transversales). La traction à l’aide de cour-roies plutôt que de câbles est avantageuse. ]] Commande optimisée (commande d’as-

censeur et système lui-même, p. ex. mode veille).

A prendre en compte lors de la plani-fication et de la commandeDès la planification du raccordement du bâtiment, il est important de prendre en compte la consommation d’énergie des installations d’ascenseur. L’utilisation du bâtiment, les fréquences de visite atten-dues et leur répartition dans le temps, les exigences en termes de temps de mainte-nance et de transport, sont des éléments déterminants. Une considération globale doit également prendre en compte les res-sources et l’énergie grise pour la cage d’ascenseur et le local des machines, ainsi que les mesures constructives et aérau-liques qui permettront d’éviter les déperdi-tions thermiques inutiles dues aux installa-tions d’ascenseurs.

Lors de la commande d’installations d’as-censeurs, il convient de viser la classe éner-gétique A. Des variantes d’offre avec des indications correspondantes de coûts d’ex-ploitation et de consommation d’énergie peuvent élargir les possibilités d’action. Pour les escaliers roulants, l’idéal est de pouvoir disposer d’une commande selon le besoin, en plus, bien entendu, de com-posants efficaces. La norme SIA 380/4 «L’énergie électrique dans le bâtiment»

fournit une méthode de calcul détaillée pour la consommation électrique des ins-tallations d’ascenseurs. Deux procédures y sont indiquées, une première approxima-tion destinée à un stade précoce du projet et une méthode destinée à un ascenseur déjà dimensionné.

Rénovation et rééquipement d’ascen-seurs existantsLes déclencheurs de mesures de rénova-tion ou de rééquipement sont souvent une précision d’arrêt insuffisante des vieux as-censeurs (dangereux, trébuchement) ou des pièces de rechange qui ne sont plus disponibles. Là encore, il faut veiller à l’ef-ficacité énergétique lors de la planification et de la commande. Lorsque l’installation technique est rénovée dans une large me-sure, l’efficacité énergétique peut être ajustée à l’état de la technique.

EclairageLes commandes d’ascenseur modernes désactivent certes l’éclairage d’un ascen-seur à l’arrêt (éventuellement avec un cer-tain retard); malgré tout, un éclairage effi-cace doit être installé avec des lampes fluorescentes, des lampes à économie d’énergie ou des LED. En cas d’utilisation de LED, le temps de post-fonctionnement est superflu car elles sont résistantes à la commutation et fournissent en outre im-médiatement une puissance lumineuse maximale. Les lampes halogènes très ap-préciées sont gourmandes en énergie et chauffent souvent de manière inconfor-table.

6.3 Appareils et équipements

Signification, parts de consommation électriqueLes appareils ménagers représentent envi-ron 11 % de la consommation suisse d’électricité. Au cours des 15 dernières années, l’efficience des appareils neufs s’est certes largement améliorée; malgré tout, la proportion des meilleurs appareils sur les ventes n’augmente que lentement. Au contraire, l’augmentation du nombre de ménages, du niveau d’équipement


Illustration 177: Consommation électrique des équi-pements d’un poste de travail, env. 250 kWh.

Illustration 176: Consommation

électrique dans un ménage (2 per-

sonnes, typique) 3500 kWh.

(p. ex. plus d’un réfrigérateur, congélateurs supplémentaires) et de la taille des appa-reils compense les économies réalisées grâce à l’augmentation de l’efficience.

Dans un ménage de deux personnes bien équipé, les appareils ménagers représentent environ 60 % de la consommation annuelle d’électricité de 3 500 kWh (chiffres de 2007), soit 2 150 kWh. La répartition de la consommation électrique (illustration 176) montre que l’éclairage et le séchage du linge à la machine à l’aide de sèche-linge traditionnels (classe d’efficacité B/C) peuvent être les éléments les plus critiques.

La consommation électrique et l’impor-tance des équipements dans les bâtiments de services ont été analysées pour la norme SIA 380/4 «L’énergie électrique dans le bâtiment» ainsi que dans diverses études. Globalement, leur part sur la consomma-tion d’électricité suisse est estimée à envi-ron 10 % (y c. les serveurs et centres de calcul). La consommation électrique des équipements d’un poste de travail nouvel-lement équipé (sans installations centrales) peut être approximativement estimée à 250 kWh (illustration 177). On peut diffé-rencier les catégories suivantes: ]] Electronique de bureau sur le poste de

travail (PC, imprimante etc., autres appa-reils de communication tels que téléphone, routeur, fax). ]] Serveurs et centres de calculs comme

services centraux. Etant donné que la puis-sance de calcul et la consommation élec-trique associée sont de plus en plus dépor-

tées des postes de travail vers des calcula-teurs centraux, les parts de consommation électrique correspondantes se modifient. ]] Appareils ménagers utilisés au bureau

(machines à café, réfrigérateurs, aspira-teurs etc.). Leur part de consommation électrique est globalement faible; les cri-tères d’efficience sont les mêmes que dans les ménages. ]] Equipements spéciaux tels que restau-

rants d’entreprise. Lors de la planification, il convient de s’assurer que les concepteurs spécialisés respectifs prennent en compte de manière appropriée les critères d’effi-cience.

Conséquences des équipements sur le bâ-timent et les installations du bâtimentLes équipements ne peuvent pas être utili-sés sans considérer le bâtiment ou ses ins-tallations. Il convient notamment de veiller aux éléments suivants:]] La consommation électrique des équipe-

ments se dégage en majeure partie dans les locaux sous forme de rejets thermiques. Ceux-ci contribuent au chauffage du local dans la période de chauffage, mais im-plique également un éventuel refroidisse-ment supplémentaire pendant la saison chaude. Il en résulte souvent un besoin de refroidissement du local et une consom-mation électrique accrue associée. Lors du calcul du besoin thermique ou frigorifique, il convient d’étudier plusieurs variantes avec plus ou moins de rejets thermiques par les équipements. ]] Pour ce qui est des appareils ménagers et

des appareils de bureau, il est important de

Consommation électrique dans un ménage (2 personnes, typique) 3500 kWh

Eclairage (habitation)

Divertissement et bureau domestique

Généralités pour les immeubles d’habitation

Congélateur séparé

Lave-vaisselle

Réfrigérateur

Sèche-linge

Appareils d’entretien et petits appareils divers

Cuisson y c. appareils spéciaux

Lave-linge

Aut

res

Ap

par

eils

mén

ager

s

Veilles diverses, y c. téléphone

Réfrigérateur A++Machine à café (label A), part 10%

Imprimante réseau/app.multifonction

Imprimante de poste de travail

PC avec écran plat

Consommation électrique des équipements d’un poste de travail, env. 250 kWh


prendre en compte les interactions avec le bâtiment.]] Le séchage du linge nécessite plus ou

moins de place selon le type d’appareil. Les sèche-linge (à pompe à chaleur) nécessitent peu de place, tandis que les sèche-linge à air soufflé nécessitent d’étendre le linge, en général dans un local de séchage. Dans ces locaux sans appareils de séchage, la puis-sance de séchage est souvent insuffisante. Avec une ventilation Minergie, elle n’est suf-fisante, dans de bonnes conditions, que dans le cas des maisons individuelles (1 jour de séchage). Lorsque c’est possible, il convient de proposer une possibilité d’étendre le linge à l’air libre (ou même sous un toit), ce qui représente le mode de sé-chage le plus efficace sur le plan énergé-tique. Dans les immeubles d’habitation do-tés d’installations de lavage du linge com-munes, il faut toujours prévoir une possibi-lité minimale pour étendre le linge, car tout le linge n’est pas mis au sèche-linge.]] Une hotte aspirante nécessite en général

des adaptations de l’«aération douce». Les appareils de cuisson au gaz nécessitent eux aussi une ventilation adaptée.]] Les locaux comprenant de nombreux ap-

pareils de bureau (salles de serveurs ou d’im-primantes) requièrent souvent une ventila-tion ou un refroidissement pour maintenir la température ambiante dans certaines li-mites. Une ventilation est également recom-mandée en raison des émissions polluantes possibles des grandes imprimantes.]] Le mobilier et l’éclairage des postes de

travail de bureau doivent être adaptés sur le plan de l’ergonomie à un travail sur ordina-teur.Acquisition, projets de planificationL’achat d’appareils ménagers efficaces sur le plan énergétique est de plus en plus simple, car pour presque tous les appareils, des étiquettes énergétiques existent ou sont en cours d’élaboration (directives Ecodesign de l’UE). Dans le cas de bon nombre d’appareils, les classifications sont néanmoins trop obscures pour permettre le choix d’une efficacité énergétique maxi-male. Comme recommandation ou pres-cription de planification, ou comme «valeur limite» pour une haute efficacité énergé-

tique, on utilisera les indications du site www.topten.ch.Pour l’acquisition d’appareils de bureau, il n’est pas conseillé de se reposer unique-ment sur le label «Energy Star»; pour la plupart des appareils, le site www.topten.ch donne des listes contenant des infor-mations détaillées sur la consommation électrique ainsi que des recommandations. Pour la configuration des postes de travail avec ordinateur de bureau, ainsi que pour les réseaux informatiques efficaces en énergie, les guides de www.topten.ch/standby (faire défiler vers le bas) donnent des indications et des outils précieux

De même, pour l’achat professionnel d’ap-pareils ménagers et de bureau, les dé-pliants de Topten ont regroupé des indica-tions pertinentes: www.topten.ch, Top-Themen. Les indications de la norme SIA 380/4 sur les équipements sont pour cer-taines déjà dépassées.

Pour garantir par la suite une exploitation efficace des équipements sur le plan éner-gétique, il est important de réaliser un décompte selon la consommation indivi-duelle ou effective, qui incite à un compor-tement plus économique. Pour ce faire, les mesures de planification suivantes doivent être mises en œuvre:]] Ménage: planifier et installer un système

de décompte de la consommation pour le lavage et le séchage du linge dans le cas des installations communautaires. Cela s’applique également à l’eau chaude et est également recommandé pour l’eau froide.]] Bâtiments non destinés à l’habitation:

pour chaque alimentation en énergie et en eau (chaude et froide), planifier et installer des systèmes de mesure ou de comptage de manière à ce que les consommations effectives puissent être associées et impu-tées aux responsables respectifs.


6.4 Protection solaire

Lorsque le rayonnement solaire parvient sur un élément de construction transpa-rent, par exemple un vitrage avec ou sans protection solaire, une partie de l’énergie incidente est réfléchie, c’est-à-dire déviée en retour vers l’extérieur, une partie est absorbée dans l’élément de construction et une partie est transmise par l’élément dans l’espace intérieur situé derrière celui-ci (illustration 178). Le rayonnement so-laire absorbé provoque le chauffage de l’élément de construction. Une partie de cette chaleur parvient à l’intérieur. Le taux de transmission d’énergie globale corres-pond à la part de l’énergie de rayonne-ment incidente qui parvient à l’intérieur sous forme de chaleur, et se compose du taux de transmission du rayonnement et du taux d’émission d’énergie secondaire.

Le taux de transmission du rayonnement dépend notamment de l’angle d’incidence

du rayonnement, des propriétés du maté-riau et de la structure géométrique de l’élément de construction transparent. Le taux d’émission d’énergie secondaire dé-pend également de ces grandeurs et est finalement déterminé par les températures de surface de la face intérieure ainsi que par le transfert thermique.

Les dispositifs de protection solaire peuvent soit être fixes, c’est-à-dire non modifiables, soit variables. La protection solaire peut être placée en différents endroits: à l’exté-rieur, intégrée dans la fenêtre ou à l’inté-rieur (tableau 82).

Les dispositifs d’ombrage disposés en de-hors du plan du vitrage présentent un grand avantage: l’énergie solaire absorbée peut être directement réémise vers l’envi-ronnement (espace extérieur) (illustration 179). Dans le cas des dispositifs d’ombrage intérieurs, l’absorption du rayonnement solaire s’effectue à l’intérieur de l’isolation

Illustration 178: Dé-finition du taux de transmission du rayonnement, du taux d’émission d’énergie secon-daire et du taux de transmission d’éner-gie globale.

Illustration 179: Flux énergétiques et profils de tempéra-ture dans le cas d’une protection so-laire extérieure et intérieure.

ie qg += τ

Taux de transmissiond´énergie globale

Degré de transmission lumineuse τe

Rayonnement solaire incident

Réflexion du rayonnement ρe

Degré d’émission de chaleur secondaire qi

Elément de construction transparent

Degré d’absorption du rayonnement αe

Tem

péra

ture

g

Protection solaire extérieure

g

Tem

péra

ture

Protection solaire intérieure

Heinrich Manz


thermique. L’inconvénient majeur de cette solution est la surchauffe de l’espace inté-rieur. Les systèmes de protection solaire extérieurs permettent ainsi d’obtenir des taux de transmission d’énergie globale nettement plus bas que les dispositifs inté-rieurs.

Les dispositifs d’ombrage fixes tels que les auvents utilisent les variations saisonnières de la position du soleil: la hauteur du soleil est faible en hiver et importante en été. Ces dispositifs d’ombrage sont toutefois surtout appropriés à la protection contre le rayonnement solaire direct sur les façades sud. Leur action est limitée vis-à-vis du rayonnement diffus sur les façades est et ouest. Les dispositifs d’ombrage fixes masquent en outre souvent une partie importante de la lumière naturelle (lumière zénithale), et ce également pendant les heures où l’offre de rayonnement solaire est faible. Sur le plan de l’utilisation de l’éclairage naturel, il s’agit d’un inconvé-nient majeur.

Outre le taux de transmission lumineuse, le taux de transmission d’énergie globale est la caractéristique la plus importante d’une protection solaire. Le taux de trans-mission d’énergie globale est indiqué pour l’ensemble des différentes couches, par exemple pour un triple vitrage avec store à lamelles extérieur. Les propriétés optiques de toutes les couches, mais également par exemple la résistance thermique du vitrage

(valeur U), influencent la valeur g résul-tante. Le taux de transmission d’énergie globale indique quelle proportion de l’énergie solaire incidente parvient à l’inté-rieur du local sous forme de chaleur lorsque la protection solaire est fermée. Des taux de transmission d’énergie globale g inférieurs à 0,15 sont optimums. Ils sont faciles à atteindre avec des dispositifs de protection solaire intégrés, (éventuelle-ment mécaniques), bien ventilés.

En raison de la multitude de combinaisons possibles, il est intéressant dans des cas critiques (p. ex. dans des bâtiments admi-nistratifs à grandes surfaces vitrées) de déterminer la valeur g d’un élément trans-parent soit mathématiquement, soit expé-rimentalement (calorimètre solaire). Etant donné que les propriétés optiques des dis-positifs de protection solaire et des vitrages dépendent parfois fortement de la lon-gueur d’onde, le calcul du taux de trans-mission d’énergie globale (et du taux de transmission lumineuse) doit s’effectuer en général en fonction de la longueur d’onde. Ainsi, un vitrage de protection solaire peut bien transmettre le rayonne-ment visible, mais être pratiquement opaque dans l’infrarouge proche. La pro-tection solaire peut également réfléchir ou transmettre le rayonnement solaire de fa-çon sélective. Pour le calcul spectral du taux de transmission lumineuse et du taux de transmission d’énergie globale, on peut utiliser des programmes qui contiennent

Tableau 82: Classifi-cation des disposi-tifs de protection

solaire.

Localisation Variable Fixe

Extérieur ]] Stores en tissu ]] Auvents

]] Stores à lamelles

Intégré dans la fenêtre ]] Stores roulés]] Vitrages de protection so-laire

]] Stores en tissu


]] Couches électrochroma-tiques

Intérieur ]] Rideaux



également des bases de données de vi-trages et de dispositifs de protection so-laire disponibles dans le commerce. Dans le cas de façades doubles vitrées, les mo-dèles de flux sont souvent importants pour le taux de transmission d’énergie globale résultant.

Lors du choix d’une structure appropriée parmi la multitude de possibilités de com-binaison existantes entre des vitrages et des dispositifs de protection solaire dans différents agencements (extérieur, intégré ou intérieur) et différentes variantes de ventilation (naturelle ou mécanique), il faut garder à l’esprit que:]] Une protection solaire variable exté-

rieure est en principe la meilleure solution, si les coûts, les conditions et l’aspect archi-tectural le permettent.]] Plus la protection solaire est disposée

loin à l’intérieur, moins son effet sera im-portant. L’énergie absorbée sur la protec-tion solaire peut d’autant plus facilement parvenir à l’intérieur que la résistance ther-mique est faible entre la protection solaire et l’intérieur par rapport à la résistance thermique entre la protection solaire et l’extérieur ( valeur U du vitrage). ]] Les dispositifs de protection solaire

constitués d’une matière totalement ou partiellement opaque peuvent servir de protection anti-éblouissement. Les exi-gences peuvent cependant être contradic-toires.]] Les stores à lamelles (extérieurs, intégrés

ou intérieurs) permettent également, dans

Illustration 180: Exigences en termes

de valeur g des fe-nêtres de façade (vi-trage et protection

solaire) selon la part de vitrage et l’orientation.

(Source: SIA 382/1, voir également le

tableau 51 page 99)

Tau

x d

e tr

ansm

issi

on

d

´én

erg

ie g

lob

ale

g

Part de vitrage sur la façade fg

N

NE, NW

E, SE, SW, W

0

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%0.2 0.4 0.6 0.8 1

certaines limites, de modifier la distribu-tion de l’éclairage naturel (effet de dévia-tion de la lumière par les lamelles).]] Le choix de la protection thermique et

du vitrage est également important vis-à-vis de la température de surface intérieure et du confort thermique. Les couches très absorbantes, notamment si elles sont dis-posées à l’intérieur, sont défavorables en été.]] Dans des situations d’exposition au vent,

par exemple dans des bâtiments hauts, des bâtiments de montagne etc., il faut quasiment toujours réduire la pression du vent sur la protection solaire à l’aide d’une vitre extérieure (p. ex. protection solaire intégrée, vitrage de protection solaire, ventilé naturellement vers l’extérieur ou mécaniquement à l’aide d’une installation de ventilation).


Lors de la planification d’installations exi-geantes, il est essentiel d’intégrer suffisam-ment tôt un concepteur en automatisme du bâtiment. Son rôle et la collaboration avec les autres concepteurs, maîtres d’ou-vrage et entrepreneurs sont décrits dans le document SICC BA 101-01. Lors de la pla-nification, il convient de définir quelles-fonctions devront remplir le système d’au-tomatisme du bâtiment. Les schémas d’au-tomatisme, les listes de fonctions d’auto-matisme du bâtiment, les descriptions de fonctions sont des outils d’aide précieux. Le matériel requis suit ces exigences fonction-nelles.

Automatisme du bâtiment et effica-cité énergétiqueLes installations techniques du bâtiment doivent être commandées et régulées de manière à ce que les exigences convenues en termes de confort puissent être respec-tées avec une consommation d’énergie minimale. La contribution de l’automa-tisme du bâtiment à une bonne efficacité énergétique du bâtiment est souvent sous-estimée. La norme européenne EN 15232 (SIA 386.110) met à disposition des outils, premièrement pour la planification d’un système d’automatisme contribuant à une très bonne efficacité énergétique du bâti-ment, deuxièmement pour l’estimation de l’importance de cette contribution.

La norme EN mentionnée contient une liste de fonctions d’automatisme du bâtiment et de gestion de ses installations qui amé-liorent l’efficacité énergétique du bâtiment. Le tableau 84 résume cette liste. Pour cha-cune des fonctions listées, différentes va-riantes (ou «Types» dans la norme) sont à la disposition du concepteur. Le tableau 83 il-lustre cela à titre d’exemple, pour la fonc-tion de «Régulation du débit d’air au niveau du local». Dans la dernière variante, «Régu-lation en fonction du besoin», il peut par exemple s’agir d’une ventilation régulée en fonction du besoin avec une sonde de CO2, comme représenté dans l’illustration 182. Voici comment une telle variante de fonc-tion peut réduire le besoin en énergie du bâtiment: lorsque le nombre de personnes

6.5 Automatismes du bâti-ment

Un système d’automatisme du bâtiment permet de commander, de réguler et de surveiller automatiquement des installa-tions techniques du bâtiment (installations CVC, d’éclairage et d’ombrage). En outre, il soutient l’homme dans ces tâches, dans la mesure où elles ne sont pas encore au-tomatisées, par des éléments de com-mande, des affichages et des visualisa-tions. Aujourd’hui, même les petits sys-tèmes, par exemple un régulateur de chauffage avec ses entraînements, sondes et conduites de liaison, est appelé système d’automatisme du bâtiment. La notion d’«automatisme du bâtiment» remplace la précédente notion utilisée en technique bâtiment «MCR».

L’illustration 181 montre un modèle géné-ral du matériel (vue technique) d’un sys-tème d’automatisme du bâtiment. Les grandes installations disposent même de postes d’automatisme (contrôleurs, sous-stations administrées) reliés directement (via deux ou trois fils) aux entraînements et sondes des installations techniques du bâti-ment, afin de les commander, de les réguler et de les surveiller. Ces postes d’automa-tisme communiquent via un réseau avec une station de commande sur laquelle l’ex-ploitant, à un emplacement central, obtient une vue des installations et peut réaliser des interventions, par exemple lire des va-leurs réelles de températures, régler des valeurs de consigne de températures, en-trer des programmes horaires, accuser ré-ception des messages d’alarme.

Régulation de la ventilation et du climat

Régulation du débit d’air au niveau du local

0 Aucune régulation

1 Régulation manuelle

2 Régulation horaire

3 Régulation en fonction de la présence

4 Régulation en fonction du besoin

Tableau 83: De la liste de fonctions

d’automatisation et de gestion tech-

nique du bâtiment: variantes à la fonc-

tion de «Régulation du débit d’air au ni-

veau du local». (Source: EN 15232)

Jürg Tödtli


dans le local baisse, le débit volumique de CO2 dégagé dans le local par la respiration baisse également, ce qui entraîne au moins temporairement une diminution de la concentration en CO2 dans le local. Le régu-lateur réagit à cela en réduisant la valeur de consigne du débit volumique de l’air fourni. Le débit volumique de l’air fourni ainsi ré-duit, le ventilateur central a besoin d’ache-miner moins d’air. Cela permet ainsi d’éco-nomiser de l’électricité pour l’entraînement du ventilateur, sans que la concentration de CO2 dans le local augmente, c’est-à-dire sans diminution de la qualité de l’air.

Plutôt que d’opter individuellement pour une variante pour chaque fonction de la liste, la norme offre au concepteur en auto-matisme du bâtiment une procédure simpli-fiée dans laquelle celui-ci doit tout d’abord choisir l’une de quatre classes d’efficacité d’automatisme du bâtiment (tableau 85). La norme détermine ensuite, en distinguant les bâtiments d’habitation et les bâtiments non destinés à l’habitation, pour chaque classe d’efficacité d’automatisme du bâti-ment, quelle variante de fonction indivi-duelle doit être choisie dans la liste des fonctions. Ces classes correspondent à quatre degrés d’équipement avec fonctions d’automatisme du bâtiment et de gestion de ses installations.

Illustration 181: Modèle général du matériel (vue tech-nique) d’un système d’automatisme du bâtiment. (Source: EN-ISO 16484-2)

M

M MMM

Poste de commande, unité de commande

Poste de commande, appareil de commande

Appareil de commande

Appareil de commande de la pièce

Unité de programmation

Unité de programmation

Unité d´interface de données



Système pour des applications

particulières


particulières

Système de traitement de données, poste

de serveurs

Unité de communication, contrôleur, ASR

Unité de commande et de régulation spécifique

à l’application (ASR)

Contrôleur, poste d’automatisation, ASR

Unités de commande prioritaires

locales

Liaisons au sein des niveaux fonctionnels

Liaisons entre les niveaux fonctionnels

Volets, protection solaire

Lumière, variateur

Réseau

Réseau

Réseau

Rése

au

Ges

tion

Aut

omat

isat

ion

Cha

mp


particulières


En outre, la norme offre, avec sa méthode des facteurs d’efficacité de l’automatisme du bâtiment, une méthode permettant d’estimer approximativement l’améliora-tion relative du besoin en énergie du bâti-ment lors du passage d’une classe d’effica-cité d’automatisme du bâtiment à une autre. Ce procédé donne à moindre coût un aperçu approximatif des économies d’énergie possibles. Dans le cas d’un inves-tissement dans lequel on aménage l’auto-matisme du bâtiment de la classe d’effica-cité C à la classe A, on atteint par exemple pour des bureaux une économie de 30 % pour l’énergie thermique (chauffage et re-froidissement) et de 13 % pour l’électricité (éclairage et appareils auxiliaires). Ces va-leurs sont valables pour un immeuble admi-nistratif typique sous un climat semblable à celui de Würzburg.Les fonctions de gestion technique du bâti-ment, notamment pour les installations re-lativement exigeantes, sont particulière-ment importantes. Ces fonctions sou-tiennent les exploitants de ces installations dans la gestion technique du bâtiment, par des affichages, des procès-verbaux, des rapports et des visualisations générés auto-matiquement par le système d’automa-tisme du bâtiment. La gestion des installa-tions du bâtiment comprend l’adaptation du système d’automatisme au bâtiment, à l’installation et au comportement de l’utili-sateur pendant la première phase d’exploi-tation, et la détection et la résolution de réglages erronés et de défauts lors de l’ex-ploitation ultérieure. Bien entendu, les éco-

nomies mentionnées ne peuvent être réali-sées que si le personnel d’exploitation met effectivement en œuvre la gestion des ins-tallations du bâtiment.

De bonnes connaissances du processus sont très importantes pour la planification de l’automatismedu bâtiment:]] Les fonctions d’automatisme du bâti-

ment ne doivent être utilisées que là où elles sont réellement utiles. Par exemple, la régulation mentionnée de la ventilation ne doit être utilisée que là où l’occupation des locaux varie fortement et n’est pas prévi-sible. En cas de variation prévisible des oc-cupations, une régulation horaire est suffi-sante, le flux d’air frais étant alors modifié selon un horaire préprogrammé.

Il est en outre pertinent de confronter les économies de consommation d’énergie ré-alisées grâce à l’automatisme du bâtiment et la gestion des installations avec le besoin en énergie du système d’automatisme du bâtiment. L’objectif est notamment d’éviter que l’augmentation du besoin en énergie pour certaines fonctions (p. ex. variantes de fonction) soit supérieure à l’économie ainsi réalisée. Il ne faut pas oublier que pour l’évaluation du besoin en énergie de l’auto-matisme du bâtiment, le matériel du sys-tème d’automatisme du bâtiment, y c. les entraînements et sondes, est important, tandis que pour l’évaluation des économies réalisées à l’aide de l’automatisme du bâti-ment, les fonctions de celle-ci sont détermi-nantes.

Normes]] EN ISO 16484-2:2004 (SIA 386.152),

Systèmes de gestion technique du bâti-ment – Partie 2: Equipement]] EN ISO 16484-3:2005 (SIA 386.153),

Systèmes de gestion technique du bâti-ment – Partie 3: Fonctions]] SICC BA 101-01, Leistungen der Fachin-

genieure für Gebäudeautomation, 2010]] EN 15232:2007 (SIA 386.110), Perfor-

mance énergétique des bâtiments. Impact de l’automatisation de la régulation et de la gestion technique du bâtiment

Illustration 182: Ventilation régulée selon le besoin avec

sonde de CO2.

γa

n

1 Local2 Régulateur de débit volumique avec sonde et clapet de régulation

n = Nombre de personnes dans le localvZL = Débit volumique de l’air fourni (m3/h)γi = Concentration de CO2 dans l’air intérieurγa = Concentration de CO2 dans l’air neufγi soll = Valeur de consigne pour la concentration de CO2 dans l’air intérieurvZL soll = Valeur de consigne pour le débit volumique d’air fourni

�

�

γiγi soll vZLsoll

12

.

.

vZL�.

.


Commande et régulation automatiques

Régulation du mode de chauffage

Régulation du transfert

Régulation de la température d’eau chaude dans le réseau de distribution (départ ou retour)

Régulation des circulateurs

Régulation du transfert ou de la distribution pour un mode intermittent

Régulation des générateurs

Séquence d’exploitation des différents générateurs

Régulation du mode de refroidissement

Régulation du transfert

Régulation de la température d’eau froide dans le réseau de distribution (départ ou retour)

Régulation des circulateurs

Régulation du transfert ou de la distribution pour un mode intermittent

Verrouillage entre la régulation côté chauffage et la régulation côté refroidissement du transfert et/ou de la distribution

Régulation des générateurs

Séquence d’exploitation des différents générateurs

Régulation de la ventilation et du climat

Régulation du débit d’air au niveau du local

Régulation du débit d’air au niveau de l’installation de conditionnement d’air

Régulation des processus de dégivrage de l’échangeur de chaleur

Régulation de la surchauffe de l’échangeur de chaleur

Refroidissement mécanique libre

Régulation de la température de l’air fourni

Régulation de l’humidité de l’air

Régulation de l’éclairage

Régulation en fonction de l’occupation

Régulation en fonction de l’incidence de la lumière naturelle

Régulation de la protection solaire

Système d’automatisation du bâtiment

Adaptation centrale du système d’automatisation des installations et du bâtiment aux besoins des utilisa-teurs: p. ex. programmateur horaire, valeurs de consigne etc.

Optimisation centrale du système d’automatisation des installations et du bâtiment: p. ex. ajustement des dispositifs de réglage, des valeurs de consigne etc.

Gestion technique des installations et du bâtiment

Détermination d’erreurs des installations techniques et du bâtiment et assistance au diagnostic de ces er-reurs

Indication d’informations sur la consommation d’énergie, sur les conditions intérieures et sur les possibilités d’amélioration

Tableau 84: Liste de fonctions d’automa-tisation et de ges-tion technique du bâtiment contri-buant à améliorer l’efficacité énergé-tique du bâtiment. (Source: EN 15232) AdB: Automatisme du bâtiment.

Tableau 85: Classes d’efficacité de l’au-tomatisme du bâti-ment selon EN 15232.

Classe d’efficacité de l’automatisation du bâtiment D Automatisation du bâtiment non efficace

Classe d’efficacité de l’automatisation du bâtiment C Aut. bât. standard (référence utile)

Classe d’efficacité de l’automatisation du bâtiment B Aut. bât. développée et fonctions spéciales gest. tech.

Classe d’efficacité de l’automatisation du bâtiment A Aut. bât. très efficace et gestion et technique du bât.


Illustration 183: In-jection directe.

6.6 Mesurage des installa-tions photovoltaïques

Injection directe: si l’énergie doit être in-demnisée par la rétribution de l’injection à prix coûtant ou être commercialisée sur une bourse de l’électricité solaire, la me-sure doit impérativement être effectuée selon le principe de l’injection directe: l’électricité produite est injectée directe-ment dans le réseau. Le consommateur réutilise ensuite l’énergie du réseau.Avantages pour les exploitants]] Ce principe offre une grande flexibilité

pour l’avenir, car l’électricité solaire collec-tée peut également être vendue à des tiers.]] Aucune mesure privée à des fins statis-

tiques n’est nécessaire.Inconvénients pour les exploitants]] Un compteur supplémentaire de l’entre-

prise d’approvisionnement en énergie est requis, celui-ci impliquant des coûts d’ac-quisition, de relevé et de traitement.Consommation propre: l’énergie collec-tée couvre en premier lieu la consomma-tion de l’exploitant. Les éventuelles diffé-rences sont compensées avec un achat au réseau ou une injection dans le réseau et sont mesurées à l’aide d’un compteur. Pour ce principe de mesure, il existe deux sortes de compteurs différents. Le compteur avec profil de charge fait le solde entre l’énergie consommée et l’énergie réinjectée et le compteur avec deux registres mesure sépa-rément l’énergie consommée ou l’énergie réinjectée.

Module PV

Onduleur

Consommateur

Compteur de réinjection

Réseau moyenne tension

Compteur de consommation

Transformateur

Module PV

Onduleur

Consommateur

Compteur

Réseau

Onduleur

Consommateur

Compteur

Réseau

Mesure privée

Module PV

Ruben Lüthy

Illustration 184: Consommation

propre.

Illustration 185: Cir-cuit arrière.

Avantages pour les exploitants]] Aucun compteur supplémentaire de

l’entreprise d’approvisionnement en éner-gie n’est nécessaire.]] L’électricité solaire collectée est consom-

mée directement.Inconvénients pour les exploitants]] Ce principe n’offre que peu de flexibilité

pour l’avenir, car l’énergie peut être ven-due uniquement à l’entreprise d’approvi-sionnement en électricité.]] Une éventuelle vente de l’énergie à des

tiers implique des coûts d’installation liés à l’adaptation de l’installation.]] Une mesure privée doit être intégrée à

des fins statistiques. Celle-ci ne doit cepen-dant pas nécessairement être étalonnée.Circuit arrière: le circuit arrière est utilisé en cas de consommation à un niveau de tension plus élevé, dans des installations dans lesquelles le point d’injection de l’ins-tallation photovoltaïque est disposé der-rière la mesure de consommation. Concrè-tement, il s’agit de réseaux de faible enver-gure et de clients moyenne tension. Le compteur de réinjection fournit le profil de charge pour la rétribution de l’énergie fournie. Les courbes de charge du comp-teur de consommation et du compteur de réinjection doivent être comparées pour la détermination de l’énergie consommée. Sur accord de Swissgrid, ce principe de mesure peut également être appliqué aux installations à rétribution de l’injection à prix coûtant.

7.1 Sources]] Principes de base de l’«aération douce»

(chap. 1.5). De Robert Meierhans ()]] Hydraulik in der Gebäudetechnik (L’hy-

draulique dans la technique du bâtiment), Siemens Suisse SA, Zoug (en allemand uni-quement)]] Regeln und Steuern von Heizungsan-

lagen (Régulation et commande d’installa-tions de chauffage), Siemens Suisse SA, Zoug (en allemand uniquement)]] Handbuch Wärmepumpen: Planung,

Optimierung, Betrieb, Wartung. De Peter Kunz, Thomas Afjei, Werner Betschart, Peter Hubacher, Rolf Lohrer, Andreas Mül-ler, Vladimir Prochaska. Faktor Verlag 2008]] Ökologische Bewertung von Gebäude-

technikanlagen pour SIA 2032, rapport fi-nal. Alex Primas, Basler & Hofmann Inge-nieure und Planer AG 2008]] Manuel pratique du génie climatique. De

Recknagel, Sprenger, Schramek, 2011/ 2012]] VDI Heat Atlas. 10e édition. Editions VDI

2006]] Planungsanleitung zu Wärmepumpen.

KWT, Kälte-Wärmetechnik AG, Worb, 2010]] Le classeur solaire: Recommandations

relatives à l’exploitation de l’énergie so-laire. Swissolar, Association suisse des pro-fessionnels de l’énergie solaire]] Schémas standard pour petites installa-

tions de pompe à chaleur (Stasch). Office fédéral de l’énergie, OFEN

7.2 Informations complémen-taires

Bibliographie générale]] Bauphysik, Bau & Energie. De Christoph

Zürcher, Thomas Frank. 3e édition. VDF Hochschulverlag 2010]] Element 29. Protection thermique dans

le bâtiment. De Thomas Frank, Jutta Glanz-mann, Bruno Keller, Andreas Queisser, Marco Ragonesi. Zurich, Faktor Verlag 2010

Normes et textes de loi]] Norme SIA 180, édition 1999. Isolation

thermique et protection contre l’humidité dans les bâtiments]] Norme SIA 380/1, édition 2009. L’éner-

gie thermique dans le bâtiment]] Norme SIA 382/1, édition 2007. Installa-

tions de ventilation et de climatisation –Bases générales et performances requises]] Norme SIA 382/2, édition 2011. Bâti-

ments climatisés – Puissance requise et besoins d’énergie]] Norme SIA 384/1, édition 2009. Installa-

tions de chauffage dans les bâtiments –Bases générales et performances requises]] Norme SIA 410, version février 2011

(ébauche). Klassierungsmethodik für die Systeme der Gebäudetechnik]] Norme SIA 416/1, édition 2007. Indices

de calcul pour les installations du bâtiment – Dimensions des éléments de construc-tion, grandeurs de référence, indices pour la physique du bâtiment, l’énergie et les installations du bâtiment]] Cahier technique SIA 2021, édition

2002. Bâtiments vitrés – Confort et effi-cience énergétique]] Cahier technique SIA 2024, édition

2006. Conditions d’utilisation standard pour l’énergie et les installations du bâti-ment]] Cahier technique SIA 2028, édition

2010. Données climatiques pour la phy-sique du bâtiment, l’énergie et les installa-tions du bâtiment]] Cahier technique SIA 2031, édition

2009. Certificat énergétique des bâtiments]] Cahier technique SIA 2032, édition

2010. L’énergie grise des bâtiments]] Directive SICC VA 101-01, édition 2007.

Classification, méthodes de test et utilisa-tion de filtres à air]] Norme européenne (EN) 15232, édition

2007. Performance énergétique des bâti-ments – Impact de l’automatisation de la régulation et de la gestion technique du bâtiment

Annexe

Chapitre 7

174Annexe

]] Norme européenne (EN) ISO 16484-2, édition 2004. Systèmes de gestion tech-nique du bâtiment – Partie 2: Équipement

Internet]] www.faktor.ch]] www.sia.ch]] www.solarenergy.ch]] www.vdf.ethz.ch]] www.holzenergie.ch]] www.ehpa.org]] www.swissolar.ch

7.3 Bibliographie des auteurs

Reto von Euw, ing. dipl. CVC FH, techni-cien en installations sanitaires dipl. ET2001 à 2003: collaborateur scientifique à la haute-école de Lucerne – Technik & Ar-chitektur au Zentrum für Integrale Gebäu-detechnik (ZIG); 2003 à 2008: chef de pro-jet chez Reuss Engineering AG à Gisikon et chez Harald Kannewischer et Team à Zoug; 2008 à 2009: formation pratique à HVAC aux Etats-Unis; depuis 2009: maître de conférences à la haute-école de Lucerne – Technik & Architektur, département Ge-bäudetechnik

Zoran Alimpic, ing. CVC dipl. FH; MBA; conseiller en énergie fédéral dipl.1986 à 1992: chef de projet principal chez Hälg-Engineering à St-Gall; 1993 à 2000: chef de division et partenaire chez Ams-tein + Walthert AG à Zurich; 2000 à 2009: directeur technique chez Hirslanden AG Head Office à Zurich; 2009 à 2012: chef de division et le membre de la direction de l’entreprise chez Alpiq EcoServices à Zurich; depuis septembre 2012: maître de confé-rences à la haute-école de Lucerne – Tech-nik & Architektur, département Gebäude-technik et ZIG (Zentrum für Integrale Ge-bäudetechnik).

Hildebrand Kurt, ing. dipl. FH/SIA, prof. en technique du bâtiment1982: diplôme de la haute-école de Lu-cerne – Technik & Architektur. 1982 à 1986: à l’étranger, à Vienne; 1986 à 2000: chef de projet et partenaire chez Meier-hans & Partner AG, Fällanden; 2000 à

2003: élaboration et directeur du Zentrum für interdisziplinäre Gebäudetechnik (ZIG) à la haute-école de Lucerne; depuis 2003: maître de conférences en technique du bâtiment (cursus Gebäudetechnik und Ar-chitektur) à la haute-école de Lucerne. Actif dans l’élaboration de normes natio-nales et internationales (SIA KGE, SWKI, VDI, CEN, ISO).

Les auteurs ont été assistés par Prof. Werner Betschart, chargé de cours à la haute-école de Lucerne – Technik & Architektur, et par Urban Frei, directeur commercial chez Alpiq Eco-Services AG.

Autres auteursRuben Lüthy, concepteur électricien, Nussbaumer Elektro AG, Zoug

Heinrich Manz, Prof. Dr, maître de confé-rences à la haute-école de Lucerne – Tech-nik & Architektur, Horw

Jürg Nipkow, ing. électricien dipl. EPF/SIA, S.A.F.E. Agence suisse pour l’efficacité énergétique, Zurich

Jürg Tödtli, Dr ès sc. techn. EPF, Zurich (jusqu’en 2009 Directeur de la recherche Europe dans le service «HVAC Products», Siemens; aujourd’hui Consulting Jürg Tödtli)

Volker Wouters, Prof., ing. électricien dipl. ETS/SIA, chargé de cours en ingénierie élec-trique du bâtiment à la haute-école de Lu-cerne – Technik & Architektur, Horw; direc-teur commercial chez Herzog Kull Group, ingénieur conseil en électricité pour SIA


7.4 Répertoire des mots-clés

AAbsorption 104Accumulateur combiné 56, 86Accumulateur d’eau chaude sanitaire 34, 143Accumulateur d’énergie 33Acheminement de l’air 134Activation de l’accumulateur 98Aéroréfrigérants 106Aéroréfrigérants hybrides 107Aérotherme 88, 109Aezotrope 93Agents énergétiques fossiles 18Air extérieur 44Alimentation centrale 141Alimentation de groupe 141Alimentation individuelle 141Alimentation réseau 157Alimentations en eau chaude 141Allumage 64Aménagement du territoire 3Aménagement intérieur 10Ammoniac 95Appareil à induction 112Appareil d’allège 112Appareils 162Appareils de bureau 163Appareils de cuisson au gaz 164Appareils ménagers 162Application commerciale 77Ascenseurs 161Aspirateurs 163Asymétrie 87Asymétrie de rayonnement 87Asymétrie de température 16Automatisation 169Automatisme du bâtiment 117

BBesoin en énergie pour l’eau chaude 26Bien-être 12Blends 93Bois déchiqueté 62Bois en bûches 62Briquettes 63Briquettes de bois 63

CCaptage de l’air neuf 116Capteurs apposés 74

Capteurs à tubes sous vide 75Capteurs intégrés 74Capteurs plans 74Capteurs plans non vitrés 75Caractéristique TEWI 94Cas d’incendie 116Centrale 10Centrales d’eau mitigée 154Centrales de cogénération 71Centres de calcul 100Chaleur industrielle 77Champ 169Charges calorifiques 96Charges frigorifiques 97Charges thermiques internes 100Chaudière à biomasse 58Chaudière à gaz 60Chauffage au sol 88, 109Chauffage auxiliaire 58Chauffage de l’air 124Chauffage de l’air fourni 117Chauffages au bois automatiques 64Chauffe-eau à accumulation 34, 53, 143Chauffeurs d’air 87Circuit arrière 172Circuit de déviation 35Circuit d’étranglement 35Circuit d’injection 35, 36, 122Circuit direct 35Circuit mélangeur 35, 122Circulateur 33, 154Circulateurs régulés 39Clapets 116Classes d’efficacité d’automatisation du bâtiment 169Climat ambiant 16Combustibles solides 62Compresseur 102Concentration de CO2 169Condenseur 102Conditions d’utilisation 96Confort 12Confort thermique 97Congélateurs supplémentaires 163Consommation en veille 161Consommation propre 172Convertisseur de fréquence 91Corps de chauffe 88, 109Couches électrochromatiques 166Couplage chaleur-force 71

176Annexe

Courbe de chauffe 40Crossflow fans 134Cuisines 100Cuisinière à bois 65

DDalles actives 88Débit volumique constant 140Défaillance de basse pression 47Défaillance de haute pression 46Dégagement de chaleur 14, 33Dégivrage 44Déperditions thermiques par transmission 26Déperditions thermiques par ventilation 26Dépôt de calcaire 81Détendeur 142Déviation interne 36Diagramme de la position du soleil 5Directives en matière d’hygiène 139Dispositif anti-retour 142Durée d’utilisation 10

EEau souterraine 45Echangeur de chaleur 142Echangeur de chaleur à flux croisés 118Echangeur de chaleur externe 148Echangeur de chaleur régénératif 133Echangeurs de chaleur internes 145Eclairage 99EER (Energy Efficiency Ratio) 95Emissions de gaz à effet de serre spéci-fiques 22Energie auxiliaire 23Energie d’usage 19Energie finale 19Energie grise 6, 20Energie primaire 18Energie secondaire 19Energie utile 19Enhanced Geothermal 107Entraînement à traction 161Entraînement hydraulique 161Epurateur d’air 139Equipements 162Escaliers roulants 161Evaporateur 102Exploitation de l’énergie solaire 74Extraction d’air 120

FFacteur d’énergie primaire 22Facteur de pondération énergétique 23FCKW/CFC 92Filtration 135FKW/HFC 92Flexibilité 11Fluide frigorigène 42, 92Fonctions d’automatisation du bâtiment 168Free Cooling 106Froid industriel 91, 105

GGaines 10Générateur de chaleur 33Gestion 169Granulés de bois 62Gros oeuvre 10Groupe de locaux 23Groupe de risque 155GWP 92

HHalogéné 92Heat Pipe (caloduc) 133H-FCKW/HCFC 92HFKW 92Hotte aspirante 164Humidificateur à ultrasons 139Humidification de l’air 124, 126Humidité de l’air 12Hydraulique 35Hydrogéothermie 107

IInjection directe 172Installation de chauffage 33Installation de climatisation 126Installations CCF 71Installation solaire à bas débit 80Installation solaire à haut débit 80Installations photovoltaïques 172Intégration hydraulique 64Interchangeabilité 112Interfaces 92

LLabel de qualité 64Laminar-Flow 128Légionelles 153Limiteur de température de sécurité 36


Longueur de la sonde géothermique 26

MMachines à café 163Machines frigorifiques à compression 103Maintien de la température de retour 58Maintien de la température de retour de chaudière 37Masse d’accumulation 98Mélanges secondaires 93Mètres-cubes 63Mode bivalent alternatif 48Mode bivalent parallèle 49Mode bivalent partiellement parallèle 49Modèle thermique 96Mode monovalent 48, 51Module d’eau chaude sanitaire 151Module GT 3Moyenne tension 157

NNiveau automatisation 4Niveau gestion 4Niveau terrain 4

OODP: Ozon Depletion Potential 92Organe d’équilibrage 36, 143Organe de régulation 34, 143Orientation du bâtiment 5

PPAC air-eau 44PAC eau-eau 45PAC saumure-eau 46Panneaux de refroidissement 112Partiellement halogéné 92Périmètre de bilan 23Phase de combustion 64Piscine 77Piscine couverte 77Piscines extérieures 75Placement des sondes extérieures 40Plafond à convection 111, 112Plafond chauffant 109Plafond double 111Plafond rayonnant 111Plafond refroidissant 88, 109, 110Planificateur financier 3Poêle à accumulation 65Poêle-cheminée 65

Pompe à chaleur 25, 42Pompe de charge 146Pompe de circulation 142Poste de travail 163Pouvoir calorifique 20Problématique de surchauffe 80Production d’eau chaude directe 145Production d’eau chaude indirecte 145Production d’eau chaude instantanée 151Production de froid 102Production d’énergie individuelle 20Propane 95Protection contre le calcaire 149Protection contre l’incendie 139Protection solaire 99, 165Puissance de soutirage 46Puissance du ventilateur 135

RRAL 1 137Rayonnement 14Rayonnement diffus 74Rayonnement solaire 74Récupération 162Récupération de chaleur 23, 102Récupération de l’humidité 133Réfrigérateurs 163Refroidissement direct 97Refroidissement nocturne 17Refroidissement par évaporation 105Refroidissement par sorption 105, 106Refroidisseur à circulation d’air 88, 109Registre géothermique 46Régulateur 34, 143Régulation de la température 39Réinjection dans le réseau 162Rejets thermiques 20Rendement 14Réseau groupé 159Rideaux 166Rubans chauffants 154

SSéchage du linge 164Second oeuvre 10Sensation de chaleur 12Serveurs 163Siphon d’eau de condensation 122Sonde 34, 142Sonde de température extérieure 34Sonde géothermique 25, 46

178Annexe

Sortie de l’air rejeté 116Soupape de sécurité 33, 142Sources d’énergie 43Sources d’énergie renouvelables: 18Stores à lamelles extérieurs 100Stores roulés 166Surveillance des filtres 116Surveillance du ventilateur 116Système à double canal 140Système d’automatisation du bâtiment 169Système de récupération de chaleur régé-nératif 133Système monocanal 121, 140Systèmes de chauffage au bois 64Systèmes de circuits mixtes 133Systèmes d’éléments de construction thermoactifs (dalles actives) 109Systèmes d’humidification 138

TTaux de transmission d’énergie globale 98Température opérative 87Total Equivalent Warming Impact 94Traitement de l’air 134Turbocor 103Turbomachines 103Type d’habillement 13

UUtilisation de la chaleur des eaux usées 152Utilisation des locaux 23Utilisation standard 23

VValeur g 99, 167Vanne d’arrêt 142Vase d’expansion 34Ventilateurs 134Ventilateurs axiaux 134Ventilateurs radiaux 134Ventilation mixte 88, 109Ventilation par les fenêtres 97Ventilation source 88, 109Vidange 143Vitesses d’écoulement 139VME aux substances 132Voile refroidissant 112

ZZones d’installation 10

Série de publications spécialisées

L’éclairage intérieurEfficacité énergétique de l’éclairage: Des locaux bien éclairés sont

d’une grande importance pour le confort d’habitation et de travail.

La lumière naturelle ou une bonne lumière artificielle augmentent le

confort et la capacité de concentration. Les qualités d’architecture

peuvent être alliées à une faible consommation d’électricité, c’est le

sujet abordé dans cet ouvrage.

Editeur: Fachhochschule Nordwestschweiz – Institut Energie am Bau.

Auteurs: Stefan Gasser, Daniel Tschudy.

Faktor Verlag, Zurich décembre 2011, 180 pages, 38 francs.

Prix spécial pour étudiants: 25 francs.

ISBN: 978-3-905711-16 -5

L’éclairage intérieurEfficacité énergétique de l’éclairage

Stefan Gasser | Daniel Tschudy

Rénovation – La construction complémentaire durableLa construction complémentaire au 21e siècle: Pour les auteurs, la

construction complémentaire ne réside pas simplement en un ajuste-

ment sommaire et sans exigences d’un bâtiment mais il s’agit d’un

défi impliquant la compréhension intégrale de l’existant, la maîtrise

des techniques et des exigences actuelles relatives à la durabilité

ainsi qu’un grand esprit novateur.

Editeur: Fachhochschule Nordwestschweiz – Institut Energie am Bau.

Auteurs: Peter Schürch, Dieter Schnell.

Faktor Verlag, Zurich octobre 2011, 150 pages, 38 francs.

Prix spécial pour étudiants: 25 francs.

ISBN: 978-3-905711-17-2

Rénovation La construction complémentaire durable

Peter Schürch | Dieter Schnell

] Faktor Verlag AG ] Hardstrasse 322a ] 8005 Zurich ] Tél. 044 316 10 60 ] Fax 044 316 10 61 ] [email protected] ] www.faktor.ch

La série de publications spécialisées «Construction durable et rénovation» se base sur les cours du cursus Master

visant à l’obtention d’un certificat «Energie et construction durable» (www.enbau.ch), une offre de formation continue

de 5 hautes-écoles spécialisées suisses.

ISBN: 978-3-905711-29-5

von euw | alimpic | hildebrand installations du bâtiment

Documents