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Climatisation : la réglementation façonne les solutions

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Climatisation : la réglementation façonne les solutions

5. Les tours de refroidissement sont les grandes perdantes des évolutions en climatisation. La crainte de développement des légionelles pousse les maîtres d’ouvrage à les remplacer par des aéroréfrigérants fermés. (Doc. DR.)

Depuis le 1er janvier 2008, la prise en compte de la climatisation dans la RT 2005 a changé. Plus complexe et plus sévère, elle pèse lourdement sur les solutions que l’on pourra mettre en œuvre.

Le but de la RT 2005 était de ­réduire fortement les consommations d’énergie dans la construction neuve. Elle s’insère ainsi naturellement dans un mouvement que le Grenelle de l’environnement amplifie, accélère et étend aux bâtiments existants : les consommations d’énergie dues à la climatisation seront désormais prises en compte dans les bilans globaux. Mais le texte fondateur de la RT 2005, le décret du 24 mai 2006, introduisait un délai de grâce pour la climatisation en tertiaire, invalide depuis le 31 décembre à minuit. Les consommations de climatisation sont désormais prises en compte pour toutes les opérations dont le permis de construire a été déposé depuis le 1er janvier. Cependant, les règles sont complexes et sans doute difficilement applicables dans la réalité.

De nouvelles règles du jeu

Pour commencer, le décret du 24 mai 2006 distingue deux types de locaux en matière de confort d’été et de refroidissement. Par local, il faut comprendre le sens que lui donne la RT 2005, qui évoque locaux, groupes et zones dans un bâtiment, selon leur destination et leur équipement. Les locaux de ­catégorie CE1 sont traités sévèrement : « Les consommations de ­référence liées au refroidissement sont nulles et ils doivent respecter les exigences de l’article 9-1 alinéa 3 ». Cet alinéa définit Ticréf, la température maximale à ne pas dépasser l’été sans climatisation des locaux, et la fixe à 26 °C. Plus clairement : la catégorie CE1 rassemble les bâtiments dont les consommations de climatisation ne sont pas prises en compte dans le Cref, mais figurent malgré tout dans le coefficient C calculé. La climatisation n’est pas interdite, mais les consommations de refroidissement doivent être compensées par une ­diminution égale des consommations de chauffage, d’éclairage, etc., ce qui s’annonce difficile. CE2, la ­seconde catégorie de locaux, est mieux traitée : les consommations de référence incluent la climatisation et ils ne sont pas soumis au respect des exigences de confort d’été, c’est-à-dire Ticréf inférieur à 26 °C.

Mais comment sait-on si un local se trouve en catégorie CE1 ou CE2 ? L’annexe III du décret du 24 mai ­explique que tout local non-CE2 est classé en CE1 par définition et précise qu’un « local est de catégorie CE2, s’il est muni d’un système de refroidissement et si l’une des conditions suivantes est respectée :

- simultanément, le local est situé dans une zone à usage d’habitation ou d’hébergement, ses baies sont exposées au bruit BR2 ou BR3 et le bâtiment est construit en zone ­climatique H2d ou H3, à une altitude inférieure à 400 m ;

- simultanément, le local est situé dans une zone à usage d’enseignement, ses baies sont exposées au bruit BR2 ou BR3 et le bâtiment est construit en zone climatique H2d ou H3, à une altitude inférieure à 400 m ;

- le local est situé dans une zone à usage de bureaux et ses baies sont exposées au bruit BR2 ou BR3 ou ne sont pas ouvrables en application d’autres réglementations ;

- le local est situé dans une zone à usage de bureaux et le bâtiment est construit soit en zones climatiques H1c ou H2c à une altitude inférieure à 400 m, soit en zones climatiques H2d ou H3 à une altitude inférieure à 800 m ;

- le local est situé dans une zone à usage de commerce ;

- le local est situé dans une zone à usage de spectacle ou de conférence ou de salle polyvalente ;

- le local est situé dans une zone à usage d’établissement sanitaire. »

Lorsque l’on décante tout cela, il est désormais possible de climatiser ce que l’on veut, dans toutes les zones climatiques, s’il s’agit de commerces, de salles de spectacles, de salles poly­valentes, de salles de confé­rences ou d’un établissement sanitaire (hôpitaux, maisons de retraite, etc.). Dans toutes les zones climatiques et sans restriction d’altitude, s’il s’agit de bureaux, si le bâtiment est exposé au bruit BR2 ou BR3 et si, pour respecter d’autres réglementations, les fenêtres ne s’ouvrent pas.

En ­zones H2 ou H3, au-dessous de 400 m d’altitude, on peut climatiser si le bâtiment est exposé au bruit BR2 ou BR3. Enfin, on peut encore climatiser dans les zones H1c et H2c au-dessous de 400 m d’altitude, en zones H2d et H3 au-dessous de 800 m, s’il s’agit de bureaux. La ­détermination des classes BR1, BR2 et BR3 s’effectue à partir du classement en catégorie des ­infrastructures de transports terrestres au voisinage de la construction. Ce classement des voies est donné par un arrêté préfectoral (décret n°95-21 du 9 janvier 1995).

Une RT 2005 inadaptée face aux nouvelles techniques

On range donc dans la catégorie CE1 (la plus sévère) tous les logements, les bureaux, les hôtels dont les ­fenêtres s’ouvrent, situés dans des zones de bruit BR1 et projetés dans les zones clima­tiques H1a, H1b, H2a et H2b. Cela englobe environ 50 % du territoire national, dont l’Ile-de-France. Pour passer sous ces nouvelles fourches caudines, ­il suffira de mettre en œuvre les systèmes de chauffage, de production d’eau chaude sanitaire, d’éclairage, et de ventilation les plus économes en énergie, de manière à dégager des économies qui compenseraient les consommations de climatisation, ce qui peut s’avérer difficile. Premièrement, la méthode de calcul RT 2005 n’a pas évolué avec le reste des textes. Deuxièmement, elle favorise notoirement certaines solutions au détriment d’autres. Tout d’abord, les retards : les solutions qui permettraient de réduire les besoins de climatisation (puits canadien et puits canadien dopé par un échangeur) ne sont pas reconnues par la RT 2005. Mis en œuvre et, dans la réalité de la vie du bâtiment et du point de vue des réelles consommations d’énergie, ils seront efficaces. Mais la méthode de calcul RT 2005 ne permet pas d’en tenir compte dans le bilan réglementaire. Ensuite, les solutions de chauffage et de climatisation réversibles à détente directe les plus efficaces, c’est-à-dire les grands DRV (débit de réfrigérant variable) en tertiaire, dont le COP (coefficient de performance) d’exploitation annuelle peut atteindre 4 pour le chauffage et la climatisation, ne sont pas davantage pris en compte par la méthode de calcul. Pourtant, cette solution devient un classique en bureaux neufs et progresse rapidement, au détriment de l’eau glacée, en raison de ses performances, de ses possibilités de transfert de chaleur, de sa facilité de mise en œuvre, etc. En climatisation, la RT 2005, à travers les règles Th CE, ne connaît que le groupe d’eau glacée, les pac sur boucle d’eau et les thermofrigopompes pour la génération (p. 78 et 79 des règles TH CE), le ventilo­convecteur ou le plancher pour l’émission. Il existe bien une entrée du moteur « DRV à air extérieur », mais elle ne semble pas aboutir à la prise en compte des performances réelles des DRV. Pour l’instant, il n’est pas possible de calculer un coefficient C avec un DRV. Côté émission, la RT 2005 vise à limiter l’emploi des émetteurs dynamiques : tous ceux qui sont équipés d’un ventilateur. La méthode de calcul pénalise fortement tous les « ventilateurs locaux » en limitant la puissance de référence par ­ventilateur à 2 W/m² (arrêté du 24 mai, article 25). La seule solution possible revient donc à adopter une solution eau glacée pour la génération, au détriment de la détente directe, et retenir du plancher, du plafond froid ou des poutres non-dynamiques pour l’émission.

La génération devra d’ailleurs être plutôt du type air/eau monobloc que du type groupe eau/eau associé à des aéroréfrigérants de manière à ­gagner la consommation des pompes du réseau aéroréfrigérant. ­Plafonds et poutres froides ne sont pas expressément prévus par les règles TH CE. Mais, à propos de la régulation des émetteurs (p. 59), ces règles creusent une brèche dans le rempart anticlimatisation en reconnaissant une classe « C : autres émetteurs » à propos de la variation spatiale en froid, aux côtés du plancher froid (classe A), des ventiloconvecteurs et consoles (classe B). Comme la classe C n’est pas définie, cela ouvre la voie au plafond et aux poutres.

Interclima marque l’éclosion d’une offre importante en poutres froides non-dynamiques, chez Carrier, ­Halton, Swegon et autres.

L’accent est mis sur l’efficacité énergétique

Carrier a ainsi conclu un partenariat avec le suédois FläktWoods pour concevoir et fabriquer des poutres froides. Baptisées Carrier 36CB, elles sont destinées aux bâtiments performants dont les besoins de froid ne dépassent pas 50 W/m². Elles offrent des jets d’air orientables à l’installation, un niveau sonore réduit, seulement 25 dB(A) à 1 m, une maintenance simplifiée et une installation facilitée en raison de l’absence de bacs de condensats et de filtres. Elles se contentent d’une température d’alimentation en eau glacée de 14 °C. Ce qui favorise le rendement des groupes. Elles sont dépourvues de ventilateur et l’aspect dynamique est obtenu par l’arrivée d’air primaire (50 à 150 m3/h), ­directement issu des CTA (centrales de traitement d’air). Il est possible de leur incorporer en usine les luminaires et les sprinklers.

Parmi les solutions techniques qui pourraient participer à la réduction des consommations d’énergie et faciliter le passage de la climatisation, la production d’eau chaude par pompe à chaleur est aussi ­totalement ignorée. Deux ans après son entrée en vigueur, la méthode de calcul RT 2005 n’en tient toujours pas compte. Pourtant, avec un ­régime stable de fonctionnement, une bonne pac peut voir son COP annuel dépasser 3,5. La méthode de calcul RT 2005 cantonne la pompe à chaleur au chauffage, elle ne la retient ni pour l’ECS, ni pour la climatisation, à l’exception de la pac sur boucle d’eau. Bref, les concepteurs sont limités dans leurs choix - groupes d’eau glacée et émetteurs non-dynamiques - pour la climatisation des bâtiments neufs contenant des locaux de catégorie CE1.

Des matériels plus légers et performants

Depuis le dernier Interclima en 2005, les constructeurs ont pourtant largement amélioré leurs matériels. La popularité croissante de la ­démarche HQE, plus ouverte à l’innovation que la méthode RT 2005, a beaucoup aidé, forçant les concepteurs de bâtiments à prendre en compte la performance réelle des solutions. Dans les groupes de production d’eau glacée, les fabricants ont modifié les architectures pour augmenter le rendement, tout en ­réduisant les volumes de réfrigérant. Chez Carrier, par exemple, les nouveaux groupes froids non-réversibles équipés d’un échangeur MCHX en aluminium extrudé, à puissance égale, requièrent 30 à 40 % de fluide en moins que les modèles antérieurs. À surface égale, cet échangeur offre 10 % d’efficacité d’échange en plus et contribue à une réduction du poids du chiller de 8 à 10 %. Un groupe de 500 kW froid est passé de 110 kg de R22 en 1994 (batteries Cu/Al), à 90 kg environ de R407C 1994 (batteries Cu/Al) en 2000 et à moins de 60 kg de R410A en 2007 avec des batteries MCHX en aluminium. Carrier a également mis au point une nouvelle conception du free-cooling. Appliqué à une machine air/eau, le free-cooling consiste à couper le compresseur d’un groupe froid pour fonctionner simplement sur un échange sur l’air, lorsque la température extérieure est suffisamment basse. Jusqu’à présent, cette technologie supposait l’existence d’une double batterie froide avec la présence, en avant du condenseur fluide/air, d’un échangeur spécial air/eau glycolée et d’une vanne trois voies régulée sur le retour en eau glacée à l’entrée de l’évaporateur fluide/eau : un double circuit eau glycolée et fluide. Cette architecture complexe dégrade les performances du chiller à pleine charge, puisqu’on installe deux échangeurs sur l’air en série. Ce qui implique des ventilateurs plus puissants pour vaincre la perte de charge supplémentaire. Carrier a inventé le free-cooling à détente directe, en ayant l’idée d’un circuit qui bypasse le compresseur. Il ne reste qu’un seul échangeur sur l’air. Le seul composant supplémentaire est une petite pompe, dont la puissance est inférieure à 1 kW, pour faire circuler le fluide en phase liquide. Avec un ?t de 10 K entre la sortie d’eau et la température d’air, 50 % de la puissance frigorifique nominale du groupe est atteinte et, dans ces conditions spécifiques, l’EER est de 13. Les courbes d’efficacité EER montrent d’ailleurs un point d’inflexion vers le haut, au moment où le ?t atteignant 16 K environ, les ventilateurs s’arrêtent et l’échange se poursuit par convection simple.

L’efficacité du free-­cooling DX à détente directe est un peu moins bonne en hiver que celle du système hydraulique classique. Mais son coût de construction varie du simple au double en terme de ­retour sur investissement, sa fiabilité est nettement meilleure. Carrier ­propose d’ailleurs un logiciel de simulation spécifique pour que les bureaux d’études puissent juger de l’intérêt de cette solution. Ciat, de son côté, a considérablement amélioré le rendement de ses unités intérieures à eau. Baptisée HEE pour haute efficacité énergétique, cette technologie s’applique à la fois au moteur et à la turbine des unités intérieures. Elle permet de réduire de 70 à 85 %, les consommations d’électricité des nouvelles générations de cassettes et de ventiloconvecteurs Ciat. Par exemple, le moteur actuel de la ­cassette COADIS 235/33 requiert une puissance de 48 W en petite ­vitesse et de 66 W en vitesse moyenne. La nouvelle version de moteur HEE réduira ces puissances à 7 et 14 W respectivement.

Combiné avec la nouvelle turbine HEE, ce moteur entraînera une ­réduction de puissance de 85 %, à efficacité égale, dans la cassette COADIS 235/33. Moteurs et ­turbines HEE sont présentés à ­Interclima et seront commercialisés à la fin du 1er trimestre 2008. Au même moment, la nouvelle régulation communicante V 3000 de Ciat permettra de piloter les émetteurs HEE en vitesse variable, à travers un bus KNX. Ce qui devrait entraîner des économies supplémentaires.

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