WEBINAIRE  
Cool and Comfort 90 – septembre 2021

Systèmes de refroidissement durables dans la pratique

Résultats du projet SCoolS

Le problème est connu : la combinaison d’une isolation de bâtiment plus efficace d’une part et d’été plus chauds d’autre part signifie que la demande énergétique d’un bâtiment glisse lentement du chauffage en hiver vers le refroidissement en été, y compris dans nos régions. Mais si on ne veut pas impacter le gain de déperditions thermiques plus faibles par une consommation plus élevée en été, nous devons alors passer des méthodes de refroidissement plus durables. Afin d’étudier la faisabilité pratique de celles-ci, le projet SCoolS a été mis sur pied, avec comme partenaires clés KCE Thomas More et le CSTC. Les résultats ont récemment été présentés au cours de deux webinaires, en collaboration avec l’Atic.

De la théorie à la pratique

L’étude s’est concentrée sur des applications pratiques du refroidissement, comme les échangeurs de chaleur verticaux et horizontaux dans le sol, le stockage de chaleur/froid dans les eaux souterraines, le free-cooling à l’aide de ventilation et le refroidissement adiabatique de l’air de ventilation. En termes de systèmes d’émission, on a examiné le refroidissement par rayonnement, les ventilo-convecteurs et les batteries de refroidissement dans l’amenée d’air. En principe, le fonctionnement de ces techniques est bien connu, mais dans l’application pratique, cela ne se passe pas toujours comme prévu. Ce sont surtout le dimensionnement et la régulation qui se révèlent très critiques. Ce projet avait pour objectif de collecter des données afin de combler le fossé entre la théorie et la pratique. On s’est à cet égard limité à des habitations et des petits immeubles commerciaux.

L’étude a principalement été réalisée par KCE, le centre de connaissances pour l’énergie de la Haute École Thomas More, avec le soutien du CSTC et d’un comité de fabricants et d’organisations professionnelles. Il s’agissait d’un projet européen Cornet, ce qui se traduisait par la présence de partenaires étrangers, à savoir l’université de Bayreuth et le centre des matières synthétiques SKZ, tous deux situés en Allemagne. L’approche adoptée par les partenaires étrangers était différente, et concernait les techniques de refroidissement passives dans l’industrie, essentiellement dans le cas du moulage par injection des pièces en matière synthétique. Les données du team belge furent le fruit d’une combinaison de mesures prises sur place et de mesures/simulations en laboratoire, validées par des mesures préalables.

Outil de sélection

Le résultat principal du projet est un outil de sélection destiné à évaluer l’impact des différents systèmes de refroidissement. L’étude porta sur cinq types d’habitations : une maison mitoyenne, une maison trois façades, une maison individuelle, un appartement deux façades et un appartement trois façades. Il est par ailleurs possible de sélectionner un petit espace de bureau (deux personnes) et une salle de réunion pour dix personnes. Pour chaque type de local, des plans détaillés sont disponibles, de manière à pouvoir adapter le dispositif de test à la réalité, en termes de mode de construction, d’orientation, de vitrage, etc., en fonction du bâtiment que l’on veut étudier.

Les options techniques vont des mesures purement préventives (pare-soleil, isolation) au refroidissement ventilé et aux systèmes passifs jusqu’au refroidissement actif. En ce qui concerne les systèmes d’émission, il existe diverses options : refroidissement adiabatique indirect de l’air de ventilation, batteries de refroidissement dans l’amenée d’air de ventilation, systèmes par convection, systèmes par rayonnement via le sol ou le plafond, ainsi que les traditionnels ventilo-convecteurs et unités intérieures DX.

Étant donné que l’impact des étés plus chauds était un aspect crucial du concept, les chercheurs ne sont pas partis, pour la simulation, de l’année climatique standard, mais ils ont composé une année spécifique, qui tient compte des vagues de chaleur des dix dernières années. Ce qui a permis d’obtenir une image plus réaliste du comportement du système, y compris dans des conditions difficiles.

En fonction du type de bâtiment et des choix techniques, le software de simulation génère un graphique qui affiche les performances. Le code de couleur détermine ici le niveau de confort (rouge : pas de confort ; orange : confort minimal ; jaune : confort moyen ; vert : bon confort) et la hauteur des barres indique la consommation énergétique. Pour les habitations, deux résultats ont à chaque fois été donnés : un pour la zone diurne et un autre pour la zone nocturne. Dans les chambres à coucher, on désire en général une température plus basse que dans le séjour. Les puissances « crête » sont par ailleurs également affichées.

Bien que la hauteur des barres correspondent à la consommation d’énergie, aucune échelle n’est affichée sur les graphiques. Ceci est un choix conscient de l’équipe. L’outil sert en effet uniquement à comparer l’impact des options architecturales et techniques, afin d’aider le concepteur à aboutir à un concept général qui corresponde aux exigences de confort souhaitées. La réalisation concrète et le dimensionnent détaillé s’effectueront de préférence à l’aide du software de conception spécifique. On peut retrouver l’outil de simulation sur le site web du projet.

Ventilation et hygiène

Un aspect spécifique de l’enquête fut l’impact du système de ventilation sur la qualité microbiologique de l’air intérieur ; cet aspect a bien entendu gagné en importance avec la crise du coronavirus. C’est le CSTC qui s’est occupé de cette partie. L’étude s’est déroulée avant la crise du Covid-19, ce qui explique sans doute pourquoi on a étudié uniquement les moisissures et les bactéries, et pas les virus.

Première remarque : il n’y a pas de valeurs limites pour le taux de moisissures et de bactéries dans l’air intérieur. Ceci est compréhensible : le risque pour la santé dépend du type de bactérie et non du nombre. Une grande concentration de bactéries inoffensives est moins dangereuse qu’une petite concentration de germes pathogènes. Cela signifie toutefois qu’il est impossible d’appliquer des critères déterminés pour évaluer la qualité microbiologique de l’air.

Les chercheurs ont à chaque fois déterminé les concentrations de moisissures et de bactéries dans l’air extérieur, au niveau de l’air pulsé par les unités de ventilation et dans l’air intérieur. En comparant celles-ci entre elles, ils purent alors vérifier si l’unité de ventilation pouvait ou non être une source de contamination. Des mesures supplémentaires ont été réalisées dans deux cas. Dans une installation avec un échangeur de chaleur sol/air indirect installé en aval, on a mesuré la qualité microbiologique après l’échangeur de chaleur. Dans ce système, il y a une batterie de refroidissement supplémentaire dans la gaine de pulsion après l’unité de ventilation, dont l’eau de refroidissement extrait le froid du sol. Dans une deuxième installation avec refroidissement adiabatique de l’air rejeté par l’échangeur de chaleur air-air, on a également mesuré la qualité de l’air au niveau de la sortie d’air. Dans les deux cas, on a voulu déterminer sur le composant supplémentaire jusqu’où la croissance bactérienne pouvait mener.

Les filtres ont un impact

Les résultats des mesures sont encourageants. Le schéma général est le suivant : c’est l’air extérieur qui contient le plus de microbes,  l’air pulsé dans la pièce le moins, et l’air intérieur se situe entre les deux. En d’autres mots, ce sont les filtres dans les unités de ventilation qui extraient le plus de bactéries et de moisissures de l’air. Si la concentration de microbes augmente à nouveau après, c’est la conséquence directe de l’activité à l’intérieur de la maison. L’impact de l’humidification adiabatique sur la croissance bactérienne reste limité, même s’il s’agit dans ce cas-ci d’humidification avec de l’eau de pluie. Avec ce système, la concentration au niveau de la sortie d’air est certes supérieure à celle de l’air intérieur ; l’humidification entraîne donc bien une certaine croissance bactérienne. D’autre part, les concentrations restent encore inférieures à celles de l’air extérieur. Même l’échangeur de chaleur indirect sol/air n’entraîne pas une croissance préoccupante des bactéries.

La condition préalable est que les filtres soient efficaces (donc assez fins) et bien entretenus. On a constaté des valeurs divergentes dans le cas de certaines mesures. Ceci était dû à des filtres qui ne fonctionnaient pas correctement. En conclusion, on peut dire qu’un système de ventilation efficace apporte une contribution positive à la qualité de l’air intérieur.

Par Alex Baumans

Figures: SCoolS

www.cornet-scools.com