FORMATION BATIMENT DURABLE : PASSIF ET (TRES) BASSE ENERGIE

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1 FORMATION BATIMENT DURABLE : PASSIF ET (TRES) BASSE ENERGIE Journée 3.4 Systèmes - Notions théoriques Refroidissement Piotr Wierusz-Kowalski PRINTEMPS 2013 p.kowalski@mkengineering.be

2 2 OBJECTIF(S) DE LA PRESENTATION Identifier les besoins en froid et penser préalablement à les minimiser Comprendre les paramètres du système de production de froid Estimer l impact sur les critères de certification (c-à-d l Energie Primaire) du choix du système de production et d émission du froid

3 3 TABLE DES MATIERES RAPPEL DES CRITÈRES DE CONCEPTION SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT

4 4 CRITÈRES DE CONCEPTION CRITÈRES DE CERTIFICATION Certification Passive (non-résidentiel permis déposé après le 30/06/2009) Critères à respecter: Prime en RBC - Bâtiment TERTAIRE - Standard Passif Besoins net en énergie de chauffage 15 kwh/m².an (1) Besoins net en énergie de refroidissement 15 kwh/m².an (1) Test d'étanchéité à l'air n 50 0,6 h-1 Probabilité du risque de surchauffe 0,05 ou 5% Simulation dynamique requise Critère en énergie primaire - Ep 90-2,5 x compacité (2) N N Source : PMP Le refroidissement actif intervient dans la lutte contre la surchauffe après les moyens passifs. But : être sous le seuil des 5 % des risques de surchauffe, pour des besoins en refroidissement inférieurs à 15 kwh/m².an en minimisant les consommations en Ep. Ensemble des données et résultats présentés sont spécifiques au tertiaire La simulation dynamique est requise pour le tertiaire passif > 1000 m²

5 5 CRITÈRES DE CONCEPTION CRITÈRE DE CERTIFICATION Dans le résidentiel, le refroidissement n est pas considéré! Objectif : se passer de refroidissement actif! Besoins net en énergie de chauffage 15 kwh/m².an Besoins net en énergie de refroidissement - Test d'étanchéité à l'air n 50 0,6 h-1 Probabilité du risque de surchauffe 0,05 ou 5% Critère en énergie primaire - Ep 45 kwh/m².an (comprenant le chauffage, ECS et les auxiliaires)

6 6 CRITÈRES DE CONCEPTION STRATEGIE DE CONCEPTION Stratégies passives : N N N N Limiter les gains internes Limiter les gains externes (protections solaires) Evacuer la surchauffe par l air Utiliser l inertie pour absorber la chaleur pendant la journée et l évacuer la nuit. Source : MK Engineering Ces mesures sont ensuite validées par simulation dynamique Le solde de la surchauffe peut être traité par des moyens actifs

7 7 CRITÈRES DE CONCEPTION CONFORT ESTIVAL Notion de confort développé lors de la 1 ère journée de formation La certification impose un maximum de 5% de surchauffe N 5 % correspond à un nombre d heures au-dessus de 25 C pendant l occupation du bâtiment. Le confort est subjectif, il est fonction : N De l habillement N Du métabolisme N Des paramètres physiques suivants Paramètres : température (air/parois/opérative), humidité, vitesse de l air Source : Energie +

8 8 CRITÈRES DE CONCEPTION OCCURRENCE DES BESOINS Exemple de besoins de chaud et de froid pour un bâtiment tertiaire [kwh] Besoins chaud Besoins froid [mois] -750 N Occurrence des besoins de froid réduits N Besoins de chaud et de froid peuvent être simultanés

9 9 CRITÈRES DE CONCEPTION PUISSANCES RELATIVES Fonction de l affectation, de la conception et des moyens passifs 2 exemples avec des comportements et stratégies différentes : N Bâtiment de bureaux Puissance frigorifique nécessaire de 5 W/m² pour des besoins frigorifiques de 1,6 kwh/m².an Source : MK Engineering N Maison de repos et de soins Puissance frigorifique nécessaire de 25 W/m² pour des besoins frigorifiques de 4,7 kwh/m².an Source : 3E

10 kwh p /m².an kwh/m².an CRITÈRES DE CONCEPTION ENERGIE RELATIVE Projets Non-Résidentiels Besoins énergétiques nets PEB TBE PASSIF Electricité auxilaires Eclairage Refroidissement Chauffage Energie primaire E E R C PEB TBE PASSIF

11 11 CRITÈRES DE CONCEPTION DIMENSIONNEMENT Puissance de froid N Sur base d un bilan des apports (méthode Carrier) Apports externes Apports internes Eclairage Occupants Postes de travail Cuisines N Sur base d une simulation dynamique Permet de tenir compte des moyens passifs de refroidissement CAS 1 : 2,5 vol/h + 42W/m² sans daylight control + night-cooling Heures d'utilisation par an Heures supérieure à 25 pourcentage Heures supérieure à 28 pourcentage CAS % % Source : MK Engineering CAS 2 : 2,5 vol/h + 42W/m² avec daylight control + top-cooling (16 C) Heures d'utilisation par an Heures supérieure à 25 pourcentage Heures supérieure à 28 pourcentage CAS % % Source : MK Engineering N En fonction de la puissance chaud si machine réversible

12 12 RAPPEL DES CRITERES DE CONCEPTION SYNTHESE Le traitement en froid actif a pour objectif de contrôler les confort N en période estivale N mais aussi sur de plus longues périodes dans les zones à fortes charges internes Il peut exister des périodes de simultanéité avec les besoins en chaud Favoriser préalablement les stratégies passives Traitement actif en froid impact les besoins en Energie primaire Les besoins en froid (actifs) sont très variables en fonction notamment de l affectation et de la physique du bâtiment

13 13 TABLE DES MATIERES CRITÈRES DE CONCEPTION SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT

14 14 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

15 15 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE Free-cooling N Valorisation de l air frais extérieur N By-pass récupérateur de chaleur sur la ventilation N pulsion de l air frais extérieur Top-cooling N Rafraichissement contrôlé de l air pulsé N Moyen actif nécessaire N Ex : pulsion à 18 C par 30 C extérieur Night-cooling N Valorisation de la fraîcheur nocturne N Ventilation intensive du bâtiment pour décharge de l inertie N Ventilation : Mécanique Naturelle Hybride

16 16 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

17 17 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT PRODUCTION Le but est de transférer l énergie d un milieu froid vers un milieu chaud. Compresseur = consommation de force motrice Evaporateur = Absorption de la chaleur Condenseur = rejet de la chaleur Vanne de détente Peut être réversible PAC Source : MK Engineering

18 18 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

19 19 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT DISTRIBUTION Fluide frigorifiques : N CFC interdits N HFC R-134a, R-407, R-410, Fluide de distribution: N Fluide frigorigène N Par eau et/ou par air Mêmes critères que pour la distribution de chauffage : N Pertes thermiques Source : Grundfoss N Zonage N Electricité des auxiliaires Source : MK Engineering

20 20 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT DISTRIBUTION Pas de fluide intermédiaire, la machine travaille en direct Source : Energie + N Avantages : Prix réduit, régulation limitée N Inconvénients : Distribution du fluide froid dans le bâtiment, fonctionne pour un nombre limité de locaux Esthétique N Application : Salles informatiques,

21 21 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT DISTRIBUTION L amenée d air neuf est dissociée du froid avec fluide intermédiaire (eau glacée) Source : Energie + N Avantages : Régulation plus fine pièce par pièce N Inconvénients : Distribution du fluide froid dans le bâtiment N Application : Zones où les besoins de climatisation sont élevés (salles de réunions)

22 22 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT DISTRIBUTION La production de froid est distribuée par l air Source : Energie + N Avantages : Permet de jouer sur l humidité de l air (préchauffage, humidification, ) Pas d équipement nécessaire dans les pièces N Inconvénients : Nécessite de gros débits d air Du coup, les ventilateurs consomment et dégagent de la chaleur N Application : Zones où les besoins de climatisation sont faibles et les débits élevés

23 23 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

24 24 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT EMISSION Système autonome N Puissance élevée pour faible brassage d air inconfort Batterie froide (ou réversible) N Casse goutte à prévoir Ventilo-convecteur Source : Daikin N 2 ou 4 tubes N Génère du bruit Source : Daikin

25 25 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT EMISSION Plafonds froids N Puissance limitée ( W/m²) N Régime de T élevé (15 C) pas de condensation Poutres rafraichissantes N Statiques ou dynamiques (réseau d air HP) N Régime de T élevé Slab cooling N Inertie élevée N Pour rafraichissement nocturne N Puissance limitée N Régime de T élevé Sources : Energie +

26 26 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

27 27 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT REGULATION Objectif : N Assurer le contrôle du confort N Optimiser les consommations du système Moyens : N Par ajustement de la T ambiante (aux horaire, besoins, ) N Via ajustement des conditions de fonctionnement du système Techniques : N Grande diversité de techniques, fonction des systèmes (production, distribution, émission) N Créativité et originalité N MAIS attention à l exploitation et la compréhension de l utilisateur final

28 28 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT REGULATION Points d attention : N Plage neutre Puissances chaud/froid T chaud T froid 100% 80% 60% 40% 20% 0% T ext ( C) Plage neutre Source : MK ENgineering Attention, dans certains cas, besoins simultanés de chaud et froid N Chaque façade, chaque affectation a des besoins différents Zonage Commande localisée N Identification claire des commandes, écolage, manuel d explication,

29 29 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

30 30 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT RENDEMENTS Les machines frigorifiques fonctionnent par transfert d énergie, et non par combustion. le rendement est toujours supérieur à 100% Source : Eurovent

31 31 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT RENDEMENTS NBN EN Rendements N EER : rendement de l appareil à pleine charge : Source : Energie + N ESEER : rendement saisonnier N Certification Eurovent = garantie Source : Eurovent

32 32 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT RENDEMENTS Ordre de grandeur (condenseur à air) N Machine traditionnelle Source : DAIKIN N Machine optimisée Source : UNICO

33 33 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

34 34 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT OPTIMISATION Comme spécifié dans la formation «chauffage» il existe des groupes : air/air, air/eau, eau/eau, Condenseur à air N Faible investissement N Rendement faible N Maintenance aisée Condenseur à eau N Investissements plus élevés N Meilleur rendement N Maintenance complexe N Source d eau: Tour (attention légionellose) Sol (géothermie) Captage d eau Source : Energie +

35 35 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT OPTIMISATION Free-chilling N Quand T «source» basses, arrêt du compresseur et refroidissement gratuit par échange avec air extérieur Source : Energie + Stockage N Permet d absorber les pointes de démarrage

36 36 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT OPTIMISATION Récupération sur eau glacée N Permet de préchauffer l air neuf Récupération de chaleur sur condenseur N Pour préchauffage d ECS Source : Energie + Source : Energie +

37 37 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT OPTIMISATION Température de fonctionnement N Intérêt à travailler à haute température, favorise : La diminution des pertes de distribution vers l ambiance La non-condensation de l air (12 C) L augmentation du rendement N Travailler à un régime supérieur : C et non (6-11 C) Nécessite un échangeur à haute température Plafond froid Ventilo-convecteur

38 38 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT OPTIMISATION Alternatives : N Refroidissement adiabatique : L énergie pour l évaporation de l eau est extraite dans l air Source : Menerga N Machines à ad/bsorption Le compresseur est remplacé par un procédé thermochimique Sources : Energie +

39 39 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

40 40 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT EXERCICE PRATIQUE Présélection d un appareil de production de froid sur base d une fiche technique de fabricant. N Sélection d une machine à analyser suivant : Régime de température Conditions extérieures Rendement

41 41 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT TERMINOLOGIE PRODUCTION DISTRIBUTION EMISSION REGULATION RENDEMENTS OPTIMISATION EXERCICE PRATIQUE ENERGIE PRIMAIRE

42 42 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT ENERGIE PRIMAIRE A partir des BNEF, avec les apports internes défavorables N Besoins nets en refroidissement introduits (ex : 10 kwh/m².an) N COP (ESEER) à introduire Refroidissement avec PAC électrique Valeur en énergie primaire Facteur d'émission CO 2 (équivalent CO 2 ) Taux de couverture du besoin de refroidissement (Projet) 100% kwh/kwh g/kwh Source de chaleur Electricité Coefficient de performance (COP) de refroidissement annuel 3.3 Besoin en énergie de refroidissement Attention! Energie finale N BNEF / ESEER Energie Finale (besoins ) N EF * Coef. EP Consommation en énergie primaire Paramètre principal : ESEER

43 43 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT ENERGIE PRIMAIRE Tableau de conversion en énergie primaire : Vecteur énergétique Fp Electricité 2,50 Comparaison d une optimisation des performances Besoins Net : 15 kwh/an.m² et 5 kwh/an.m² Pertes de distribution du réseau de chauffage : 1,0 kwh Besoins nets Besoins bruts ESSER Energie finale Energie primaire [kwh] [kwh] [kwh] [kwh p ] pertes = 16, / 3 = 5,33 5,33 x 2,5 = 13, pertes = 16,0 5 16/ 5 = 3,20 3,20 x 2,5 = 8, pertes = 6,0 3 6 / 3 = 2,00 2,00 x 2,5 = 5, pertes = 6,0 5 6 / 5 = 1,20 1,20 x 2,5 = 3,0

44 44 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT SYNTHESE Free-cooling, Top-cooling, Night-cooling une terminologie adaptée Une machine frigo n est qu une pompe à chaleur inversée ou l inverse! Distribuer le froid par le fréon, l air ou l eau glacée, il existe une panoplie de solutions. Des rendements de fonctionnement variables et optimisables

45 45 CE QU IL FAUT RETENIR DE L EXPOSE Mettre en œuvre un maximum de stratégies de conception passive pour éviter et minimiser les besoins en froid Un appoint en refroidissement actif peut être envisagé, celui-ci doit être adapté à la fonction du bâtiment Il existe des certificats renseignant les performances de l appareil. L ensemble du système doit être conçu dans l idée d une rationalisation de l énergie

46 46 OUTILS ET REFERENCES Outils, sites internet, etc intéressants : N Vademecum PMP N N alter-clim (IBGE) Références Guide Pratique pour la construction durable et autres sources : N Guide pratique pour la construction et la rénovation durables de petits bâtiments : Fiche : confort : CSS13 stratégie passive : ENE07, ENE08, ENE13, ENE22 stratégie active :?

47 47 CONTACT Piotr Wierusz-Kowalski Ingénieur Responsable de Projets Coordonnées : : 02/ : p.kowalski@mkengineering.be

48 48 SYSTÈMES DE REFROIDISSEMENT QUESTIONS / RÉPONSES?

49 49 MERCI POUR VOTRE ATTENTION

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