Les lamelles de ces stores incorporés ont deux fonctions distinctes : celles du bas servent à l’occultation, alors que celles du haut renvoient la lumière vers le plafond pour favoriser l’éclairage naturel. (Doc. Warema.)
Tendance lourde au salon BAU 2007 de Munich, le chauffage, la ventilation et le rafraîchissement sont de plus en plus incorporés au gros œuvre et au clos couvert échappant de ce fait à la notion de génie climatique.
Les concepteurs allemands procèdent de manière très rationnelle. Pour consommer moins d’énergie, il faut isoler plus, renforcer l’étanchéité à l’air et mettre en œuvre des protections solaires efficaces. Était ainsi présenté à Bau 2007 tout l’éventail des isolants, du polyuréthanne à la laine de mouton. Peu de nouveautés si ce n’est de nouvelles applications de matières déjà connues, telles que la laine minérale en panneaux semi-rigides que l’on retrouve à l’extérieur et en isolation de toitures-terrasses. Développement du foam-glass en isolation de couvertures métalliques, pour lesquelles sa rigidité contribue à la réalisation de bacs auto-portants pré-isolés de longue portée.
Dans le domaine du pare-soleil, les stores sont systématiquement incorporés aux vitrages en tertiaire et de plus en plus en maison individuelle. Wicona s’est associé à Warema – stores et motorisation de stores – pour proposer des façades avec stores incorporés entre les deux vitrages et plusieurs solutions de pilotage : sous KNX, LonWorks et bientôt sous BACnet. Côté pare-soleil rigides externes, (une trentaine de fabricants en proposaient sur le salon), la plupart étaient dotés de cellules photovoltaïques. C’est l’une des voies privilégiées pour l’incorporation du photovoltaïque au bâti en tertiaire neuf.
Le béton activé ou l’absolue basse température
Une fois que les besoins de chauffage et de rafraîchissement sont efficacement contenus et réduits à des valeurs très faibles, de l’ordre de 15 à 20 kWhep/m2.an pour le chauffage et de 10 kWhep/m2.an pour le rafraîchissement en bureaux neufs, par exemple, l’utilisation de solutions traditionnelles (chaudières-radiateurs, groupes froids ou DRV…) ne se justifient plus. La solution de référence pour les bureaux en Allemagne est devenu le « béton activé », Betonkernaktivierung, Betonkerntempierung ou Beton Aktivierung. L’idée consiste à utiliser la masse de béton et à capitaliser sur son inertie pour produire les températures de confort, été comme hiver. Lors de la construction, des tubes sont placés dans le ferraillage des dalles et des murs porteurs, avant coulage du béton. Ils sont soit montés sur chantier, soit prémontés dans des éléments de ferraillage dans des dimensions adaptées à chaque étape du chantier et livrés au fur et à mesure de l’élévation du bâtiment. Comme la construction allemande utilise beaucoup la préfabrication, les tubes peuvent être incorporés à des prédalles que l’on pose sur chantier. Tous les fabricants allemands de planchers chauffants, (Roth, Rehau, Unipipe, etc.) proposent des solutions de béton activé. CON4, pour sa part, se spécialise dans le béton activé préfabriqué, fourni sous forme d’éléments de murs finis ou de prédalles. Il proposait trois solutions :
– Eco, système de base prédalle avec possibilité sur le chantier de passer tous les fluides dans des alvéoles ménagées pour cela : électricité, ventilation, eau chaude, eau froide et canalisation de chauffage/rafraîchissement pour l’activation du béton ;
– Basic, plancher béton entièrement préfabriqué, dans lequel les tubes ont été incorporés au moment du coulage, en fonction des besoins de puissance indiqués par le bureau d’étude ;
– XXL, variante renforcée du précédent, dont le ferraillage permet des portées de 16 m, tout en incorporant les tubes et des passages pour la ventilation et l’électricité. Les cheminements de l’électricité et des fluides sont déterminés à partir des plans de l’architecte.
CON4 garantit une « précision absolue » des cotes, c’est-à-dire une erreur de 2 mm au maximum.
Lois d’eau à basse température
Si leurs besoins sont faibles, les bâtiments peuvent être dépourvus de générateurs spécifiques tels que chaudières, pompes à chaleur, groupes d’eau glacée ou DRV. Les circuits de béton activé sont d’abord alimentés par des capteurs enterrés verticalement : 40 sondes de 100 m de profondeur et un puits canadien géant se chargent d’apporter la chaleur et le rafraîchissement nécessaires à l’immeuble Energon, par exemple. Ensuite, les bureaux neufs sont systématiquement équipés de capteurs solaires thermiques pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire. Puis, les ingénieurs allemands systématisent la récupération de chaleur sur toutes les sources possibles : ventilation double flux, mais aussi récupération de chaleur sur les groupes de condensation de la réfrigération des chambres froides, sur les extracteurs des cuisines et, nouveauté en fort développement, récupération sur un ou plusieurs groupes de cogénération. Si cela ne suffit pas, avant de songer à une chaudière, les concepteurs privilégient le raccordement à un réseau de chauffage urbain.
S’il n’y a pas de chauffage urbain à proximité, le béton activé est naturellement utilisable avec des générateurs classiques. Grâce à ses lois d’eau à très basse température, les chaudières à condensation sont assurées de condenser toute l’année, même par les jours les plus froids, tandis que les Pac fonctionnent à leur rendement optimal.
Pour bénéficier de l’inertie, l’isolation des murs est extérieure et il n’y a pas nécessairement d’isolation thermique entre niveaux. Dans les tubes, les lois d’eau en chauffage sont de 22-25 °C au départ/ 21-23 °C au retour et de 18-21 °C au départ/20-22 °C en rafraîchissement. Les ?t sont très faibles : 1 à 2 K seulement par rapport à la température ambiante. Ils sont compensés par un débit d’eau élevé et par les énormes surfaces et volumes de béton « activé ». La puissance du béton activé, en chauffage comme en rafraîchissement, varie de 40 à 60 W/m2.
Solution universelle en façade : le ventiloconvecteur
Pour les bureaux dont l’occupation est stable et prévisible, le béton activé, joint à une ventilation double flux avec récupération de chaleur en hiver, bypass de l’échangeur et prise d’air par puits canadien en été, suffit à assurer le confort. L’ultraperformant immeuble Energon construit à Ulm fonctionne de cette manière, ainsi que la tour Post Tower de Bonn. En revanche, en raison de son inertie, le béton activé ne suffit plus pour les salles de réunion à occupation variable, dans les bureaux de petite surface ou bien face à l’augmentation des charges thermiques internes dans les bâtiments de bureaux. Cela est principalement dû à l’adoption massive de l’informatique et de la bureautique. Le complément universellement adopté est le ventiloconvecteur de façade. Cette association devient la solution de base en bureaux neufs en Allemagne. Plusieurs bâtiments de prestige construits depuis deux ou trois ans font appel à la combinaison béton tempéré ventiloconvecteur de façade, dont l’immeuble Capricorn Haus conçu par les architectes Gatermann Schossig, construit à Dusseldorf dans le quartier Medienhafen. Ses concepteurs estiment que grâce à l’activation du béton, la température maximale l’été devrait être supérieure à 26 °C pendant moins de 52 heures par an. La base de béton activé est complétée par des ventiloconvecteurs 4 tubes, spécialement développés pour ce bâtiment par FSL FassadenSystemLüftung, une filiale de Trox Technik. Ils sont intégrés verticalement aux éléments de façade, préfabriqués par Schüco, et se chargent de la ventilation (prise d’air individuelle, échangeur double flux à récupération de chaleur et rendement de récupération de chaleur supérieur à 70 %), du complément de chauffage et de rafraîchissement. Asservis à l’ouverture des fenêtres, ces ventiloconvecteurs décentralisés minimisent les CTA (centrales de traitement d’air) et les gaines de transport d’air : chaque bureau est autonome. Chaque appareil contrôlé individuellement et par une GTB centralisée (1). Selon les calculs prévisionnels, la dépense énergétique pour le chauffage, la ventilation et le rafraîchissement devrait être inférieure à 3 e/m2.an. Elle atteindra 7,80 e/m2.an en ajoutant l’éclairage et les autres usages de l’électricité non liés au poste chauffage-rafraîchissement-ventilation (ascenseurs, bureautique, etc.).
Une douzaine de fabricants allemands produisent ce type d’appareils dont Emco et Kampmann, présents sur le salon.
Les premiers pas vers les bâtiments à énergie positive
À ces systèmes, Schüco ajoute son savoir-faire avec son prototype de façade multifonctions, baptisé E2. Aux ventilation, chauffage et rafraîchissement des ventiloconvecteurs encastrés dans le sol, E2 ajoute des cellules photovoltaïques incorporées à certains vitrages ou des panneaux solaires thermiques. Dans cette façade complètement modulaire, certains panneaux de verre s’ouvrent, les montants d’acier dissimulent tous les câbles de pilotage et de contrôle des unités actives de la façade et ménagent un passage pour les canalisations (4 tubes pour les ventiloconvecteurs encastrés, aller et retour solaire pour les éléments solaires thermiques, etc.). Quelles que soient leurs fonctions, l’apparence de ces divers panneaux vitrés est similaire, vue de l’extérieur. Toute la technologie encombrante – les ventiloconvecteurs périphériques, les câbles et les canalisations – est déplacée soit dans la structure de la façade, soit dans l’espace plein entre deux niveaux. Les protections solaires sont assurées en partie par les perforations des cellules photovoltaïques incorporées et des capteurs solaire thermiques, et complétées par des stores à lamelles montés entre les deux panneaux vitrés et pilotés en deux segments verticaux, en fonction de l’ensoleillement, de la position du soleil, de la consigne d’éclairement intérieure. En cas de fort ensoleillement, le segment du bas occulte la lumière directe du soleil pour éviter l’éblouissement. Tandis que celui du haut oriente la lumière vers le plafond blanc qui la réfléchit et contribue ainsi à l’éclairement naturel et à la réduction de consommation d’électricité. Avec les panneaux solaires thermiques incorporés, Schüco soutient qu’il met au point une solution de climatisation par absorption. Ces panneaux, étant donné leur position et leur forme, produiront un fluide à 120 °C au moment le plus favorable. Ce qui paraît déjà élevé. Une seule machine à absorption en Europe, le Wegracal de l’allemand EAW, est capable d’amorcer une réaction d’absorption à cette température. La commercialisation du système est annoncée pour 2008.
Des éléments de toiture multifonction
En attendant, BAU 2007 était submergé de toitures multifonctions en béton, comme en métal. Conformément à leur tradition de préfabrication du béton, les entreprises allemandes ont imaginé iRoof, le « toit énergétique intelligent ». Il s’agit d’un concept normalisé, développé par l’organisme de promotion du béton et mis à la disposition de tous ses membres. Un douzaine d’entre eux ont déjà annoncé sa mise en production. Les éléments de toitures, préfabriqués aux mesures exactes de chaque chantier, sont des plaques de béton ferraillées, contenant des tubes à circulation d’eau glycolée et comportant des capteurs photovoltaïques à base de silicum « Thin-Film » (fil mince) pour sa facilité de mise en œuvre et sa bonne transmission de chaleur. iRoof fait donc office de toiture étanche, autoportante avec des portées jusqu’à 20 m de longueur, de capteur solaire thermique (30 à 40 °C maximum) et de capteur photovoltaïque.
Côté métal, une bonne douzaine de fabricants présentaient des multifonctions. En partant du plus simple, Rheinzink qui appartient au même groupe que le français Vieille Montagne, montrait son Quick Step Solar : des tubes en Epdm collés sous des panneaux de toiture en alliage Titane-Zinc de 13 kg. Les panneaux de 3 000 x 3 000 x 8 mm sont utilisables pour des toitures de 10 à 75 ° de pente.
Dans un genre proche, Bemo Systems propose des panneaux de toiture préfabriqués Bemo Sol et Bemo Sol Plus. Solartec produit des panneaux de toiture photovoltaïque sur un double bac acier avec isolation entre les deux faces métalliques. Les élements Solartec (www.thyssen-solartec.com) atteignent jusqu’à 20 m de longueur sur 1,2 à 2 m de largeur, pour une puissance de l’ordre de 800 Wc par module. Sans oublier Alwitra qui propose lui-aussi une déclinaison complète de solutions autour de son film photovoltaïque Evalon Solar. Il peut être posé sur toiture horizontale, en pente ou même sur les bardages métalliques des murs extérieurs.
