PROJET  
Cool and Comfort 86 – septembre 2020

Le refroidissement adiabatique également de mise dans le bâtiment Herman Teirlinck

Le refroidissement adiabatique a désormais trouvé sa place sur le marché HVAC.

Par Koen Vandepopuliere

Le bâtiment Herman Teirlinck est le plus grand immeuble de bureaux indépendant de Bruxelles et le plus vaste immeuble de bureaux passif de Belgique. Il s’est vu attribuer un niveau de durabilité de quatre étoiles selon le manuel « Evaluation des immeubles de bureaux » des autorités flamandes, soit la note la plus élevée. Quelque 2500 fonctionnaires y travaillent. Le haut niveau de durabilité est dû notamment à la géothermie et à l’activation thermique du béton. De ce fait, le bâtiment ne nécessite quasiment plus de refroidissement ou de chauffage conventionnel. Le chauffage est assuré principalement par des pompes à chaleur à haut rendement. Quant au refroidissement, il est surtout de type passif et soutenu par des centrales de traitement d’air adiabatiques avec pompe à chaleur intégrée.

Une technologie éprouvée

Le refroidissement adiabatique est désormais largement connu. Nous allons tout de même rappeler brièvement de quoi il s’agit. En s’évaporant, l’eau soustrait de la chaleur à son environnement et donc le refroidit. Songez à la sueur qui s’évapore, contribuant ainsi à éviter une trop forte augmentation de notre température corporelle. Ce même principe est aussi à la base des centrales de traitement d’air adiabatiques. Dans ce cas, on utilise généralement un refroidissement adiabatique indirect. Par exemple, l’air repris du bâtiment est humidifié dans l’échangeur de chaleur par nébulisation avec de l’eau. L’eau s’évapore et soustrait ainsi de la chaleur à cet air et, indirectement, à l’air extérieur chaud qui est aspiré de l’autre côté de l’échangeur de chaleur : ainsi, l’air est refroidi à 21 °C par exemple. Dans le cas du bâtiment Herman Teirlinck aussi, l’air repris est humidifié ; dans ce cas, on utilise de l’eau de pluie.

Kurt Corvers, COO chez Boydens Engineering : « L’avantage, c’est que nous ne devons pas utiliser la puissance d’un compresseur pour refroidir l’air, de sorte que nous ne consommons pratiquement pas d’électricité. Le seul élément qui consomme de l’énergie, c’est une petite pompe à eau qui assure la vaporisation de cette eau. Ainsi, la consommation d’électricité est quasiment ramenée à zéro. Nous n’avons pas besoin non plus de réfrigérants : nous utilisons seulement de l’eau que nous vaporisons pour porter l’air à 20 °C. L’inconvénient, c’est que nous ne pouvons pas nous en servir pour déshumidifier. Il faut donc généralement une étape supplémentaire pour déshumidifier cet air ou, mieux encore, le refroidir. Souvent, comme c’est le cas dans le bâtiment Teirlinck, on utilise à cette fin des pompes à chaleur intégrées ; en combinaison avec le refroidissement adiabatique, elles tournent à des rendements très élevés. Seule cette pompe à chaleur intégrée contient un peu de fluide réfrigérant. »

Équilibre

Pour le bâtiment Herman Teirlinck, Boydens Engineering a eu recours à une combinaison de géothermie et de d’activation thermique du béton : « Nous procédons ici à un refroidissement passif : en hiver, nous puisons la chaleur dans le sol et nous stockons le froid, et en été, nous utilisons ce froid pour refroidir le bâtiment.

En Belgique, il règne à partir de 18 mètres de profondeur une température d’équilibre de 10 à 12 °C. Plus bas, la température augmente de 2 à 3 °C tous les 100 mètres. Corvers : « L’inconvénient de la géothermie, c’est qu’il faut atteindre un équilibre quand on extrait beaucoup de froid du sol en été et qu’on puise de la chaleur ou que l’on réintroduit du froid en hiver. Autrement, la température d’équilibre du sol va s’emballer. Les immeubles de bureaux passifs d’aujourd’hui, comme le bâtiment Herman Teirlinck, ont des besoins de refroidissement jusqu’à 50% supérieurs aux besoins de chauffage. Une solution à laquelle nous recourons souvent est le refroidissement adiabatique. Ainsi, nous parvenons à un équilibre entre le chauffage et l’énergie de refroidissement sur une base annuelle. Grâce à ce refroidissement, nous ne devons pas compléter la géothermie avec un module refroidisseur. »

L’eau et le PP

L’optimisation de la consommation d’eau représente un défi : « Le refroidissement adiabatique consomme en moyenne environ deux litres d’eau par jour et par personne. Ici, nous avons choisi de relier ce système à une grande citerne d’eau de pluie. Ils en ont fabriqué une de 600 m³, qui est divisée en deux parties, le refroidissement adiabatique étant toujours prioritaire pour pouvoir profiter d’une quantité suffisante d’eau de pluie. »

Le bâtiment abrite des centrales de traitement d’air de Menerga : « Elles exploitent un échangeur de chaleur à plaques de polypropylène. L’eau est vaporisée directement sur le récupérateur ; comme il est en polypropylène, il n’y a pas de problèmes de corrosion. L’échangeur de chaleur est également moins sensible à l’encrassement car les ouvertures dans les plaques de polypropylène sont un peu plus grandes que ce qu’on observe habituellement sur un récupérateur en aluminium. »

GWP

Aujourd’hui, on trouve sur le marché une centrale de traitement d’air adiabatique avec pompe à chaleur intégrée qui utilise du R718, donc de l’eau, comme fluide frigorigène, indique Corvers. L’eau a un GWP de zéro. Mais les centrales de traitement d’air dans le bâtiment Teirlinck sont encore équipées de compresseurs R410A, car les fluides frigorigènes avec des GWP encore inférieurs ne sont disponibles sur le marché que depuis peu. Le R410A a un GWP de 2088.

Délai de retour sur investissement

Et le délai de retour sur investissement ? « Celui-ci varie d’une solution à l’autre. Imaginons que dans un bâtiment je souhaite uniquement un refroidissement ‘top cooling’, sans refroidisseur ni régulation complexe, etc. : dans ce cas, une centrale de traitement d’air avec refroidissement adiabatique peut assurer une température de soufflage de 20 °C. C’est un investissement qui peut être amorti très rapidement. Si on s’intéresse purement à la question de la limitation de la puissance frigorifique totale, comme pour le bâtiment Teirlinck, on arrive vite à un délai de retour sur investissement de plusieurs années. Entre ce délai très rapide et le délai sur plusieurs années, il y a de nombreux degrés intermédiaires. Imaginons que le délai de retour sur investissement de la géothermie avec activation thermique du béton pour un immeuble de bureaux soit de 6 à 8 ans. C’est un investissement très intéressant sur le plan de l’énergie, de la durabilité et de l’environnement. Le refroidissement adiabatique plus coûteux ne constitue qu’une partie de cette solution intégrée. Si dans ce scénario le délai de retour sur investissement total est toujours de 6 à 8 ans, je pense que c’est tout de même un choix intéressant. »

Photos : Boydens

www.boydens.be