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Génie climatique : la performance des bâtiments suscite de nouvelles solutions

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Génie climatique : la performance des bâtiments suscite de nouvelles solutions

1. La régulation en cascade de ces chaudières Buderus à condensation de 60 kW est prévue pour démarrer plusieurs chaudières à charge partielle au lieu d’une seule à charge nominale.

Nouveaux émetteurs multifonctions, cogénération individuelle et amélioration des rendements annuels des chaudières à condensation, pompes à chaleur… sont les grandes tendances du dernier salon ISH de Francfort.

La réduction drastique des besoins de chauffage et de climatisation grâce à une architecture attentive conduit l’Allemagne vers de nouvelles solutions telles que le « convecteur de façade ». Il s’agit de convecteurs encastrés dans le sol, en bordure des façades des immeubles de bureaux, des hôtels, des showrooms neufs. Ils possèdent deux raccordements vers l’extérieur – prise d’air neuf et rejet d’air extrait – un échangeur double flux avec récupération de chaleur, deux ventilateurs, une batterie chaude, une batterie froide et une régulation, connectables le plus souvent par bus LonWorks ou KNX. À raison d’un ou deux appareils par bureau ou par chambre, ils assurent le chauffage, le rafraîchissement et la ventilation. Une bonne douzaine de marques (Kampmann, Trox, GEA, Frantz Komponenten, Emco…) en proposaient dans différentes dimensions et puissances. Leur caractéristique commune est néanmoins leur faible épaisseur : 180 mm maximum et leur protection par des grilles enroulables ou rigides.

Ces émetteurs multifonctions peuvent donc gérer une pièce, un bureau, une chambre, en toute autonomie. Les ouvrages centralisés de traitement d’air (centrales (CTA), groupes froids, chaudières, filtration, gaines de distribution et de reprise d’air) sont considérablement réduits. Dans un immeuble de bureaux, par exemple, le système centralisé ne traite plus que les circulations et les pièces qui ne donnent pas sur une façade. Il est globalement réduit des 2/3. Cela limite les contraintes d’emplacement des groupes en toiture et des descentes de gaines, réduit les coûts, simplifie la maintenance des gaines, etc. Avec à la clé une diminution des consommations d’énergie, puisqu’un bureau non-occupé n’est traité qu’au minimum. La plupart des ces émetteurs sont raccordés à des bus de terrain. Un bâtiment construit à Dusseldorf et équipé de convecteurs de façade FSL (Fassaden System Lüftung, une nouvelle filiale de Trox) a reçu sur le salon le prix « Architecture et Technique » (Architektur und Technik 2005).

Exploiter l’inertie des dalles béton en rafraîchissement

D’une manière générale, la diminution des besoins multiplie les solutions de chauffage et de rafraîchissement, encastrées dans le gros œuvre. Les Allemands les intitulent « activation du béton » et les utilisent en chauffage, comme en rafraîchissement. Les dalles de béton ne doivent pas être isolées entre niveaux. Kiefer Luft und Klimatechnik propose une solution de rafraîchissement à partir de canalisations d’apport d’air neuf, noyées dans le béton au moment de la construction du bâtiment. Le débit d’air nécessaire à la ventilation hygiénique étant, en Allemagne, de 7,5 à 10 m3/h par m2, les tubes d’introduction de l’air neuf ont un diamètre de 60 à 80 mm. Leur surface intérieure n’est pas lisse, mais parcourue d’ailettes multipliant par trois la surface d’échange. En parcourant les tubes, la température de l’air approche de manière asymptotique celle des plafonds. Avec un plafond à 22°C, un air neuf introduit à 12°C, l’air soufflé est à 21°C, 10 m plus loin. Selon le débit, le coefficient d’échange dans la dalle atteint 25 à 30 W/m2.K. Grâce aux ailettes, la surface développée des tubes correspond de 1,5 à 1,8 fois la surface du plafond, ce qui double l’effet. Les simulations, avec la méthode Trnsys du Cstb, ont montré une puissance absorbée de 45 à 50 W/m2 avec des surfaces à 22°C et une température ambiante à 24°C. La seule consommation d’énergie est celle des ventilateurs.

La solution « d’activation » la plus fréquente consiste à noyer des tubes, le plus souvent du multicouche, dans les dalles au moment de la construction. Les constructeurs de tubes et de systèmes de planchers chauffants (Rehau, Roth, Unipipe du groupe Uponor…) proposent même des solutions préfabriquées sur mesure, livrées sur chantier. Il s’agit de châssis de ferraillage à béton sur lesquels les tubes sont prémontés. Les châssis sont posés sur des cales à fond de banche ou sur les prédalles, et le béton est directement coulé dessus. Rehau a fait du développement de ces solutions un de ses axes prioritaires pour les deux années à venir. Ainsi, la Post-Tower de Bonn a été traitée de cette manière. Elle est rafraîchie par une simple circulation d’eau puisée dans des sources souterraines sous la tour. D’autres immeubles le sont par la simple circulation dans l’immeuble de l’eau issue de capteurs enterrés, sans compresseurs. Stiebel-Eltron présentait même à ISH 2005 une nouvelle pompe à chaleur (Pac) pour maisons individuelles ou petit tertiaire, conçue pour fonctionner de cette manière.

Les murs chauffants et rafraîchissants, les plafonds encastrés ou apparents sont devenus en Allemagne des solutions normales. Tous les fabricants de tubes en proposent. Les industriels du radiateur y viennent également. À côté des solutions « humides » qui ressemblent à un plancher chauffant collé au mur ou au plafond, l’essentiel du développement concerne les solutions sèches. Initialement destinées à la réhabilitation, elles reposent sur l’utilisation d’isolants plus performants, plus minces et de tubes de diamètres réduits disposés selon un pas restreint (moins de 10 cm) sur des réflecteurs de chaleur (en général, une tôle en aluminium). Le tout étant clos par des plaques de plâtre croisées, spécialement résistantes au poinçonnement.

Amélioration des rendements

Du côté des matériels plus classiques, l’accent est mis sur une amélioration des rendements. Par exemple, les chaudières classiques ne condensent pas en mode production d’ECS, la température de retour du primaire étant supérieure à la température du point de rosée. Hors, plus les logements sont performants, plus la part de consommation annuelle d’énergie consacrée à la production d’ECS est importante. Elle peut atteindre les 2/3 de la consommation annuelle de gaz dans une maison très performante. Il était urgent de parvenir à des chaudières capables de condenser en mode préparation d’ECS. Plusieurs constructeurs, dont ACV, Junkers, Viessmann, Vaillant, Weishaupt et Wolf, présentaient de nouveaux générateurs dotés de cette nouvelle capacité. Elle repose sur un ballon de stockage d’ECS à stratification, alimenté par une pompe de charge et un échangeur à plaques surdimensionné, capable d’absorber toute la puissance du générateur. La pompe de charge prend l’eau en fond de ballon (zone la plus froide )et, en sortie de l’échangeur, recharge le ballon en partie haute. Le ballon est alimenté en eau froide en partie basse et l’eau chaude est extraite en partie haute. De cette manière, le retour du primaire d’ECS dans la chaudière est inférieur au point de rosée et la chaudière peut condenser. La chaudière Vitodens 343 (13 kW) de Viessmann combine même un ballon mixte à stratification pour condenser en production d’ECS, un préraccordement de capteurs solaires et une régulation capable d’optimiser le fonctionnement de l’ensemble pour tirer le meilleur parti possible des capteurs solaires.

La cogénération individuelle perce enfin

Depuis 6 ans environ, l’Allemagne développe des appareils de cogénération individuelle, (Senertec, et maintenant Hoval, Baxi et Vaillant). Deux technologies sont en présence. La première – le moteur Stirling qui fonctionne à partir des gaz de combustion chauds – n’en est qu’au stade des expérimentations. Mais Buderus, Junkers ou Hoval présentaient des prototypes avec une commercialisation pour 2006 ou 2007. Hoval, en particulier, a monté un moteur Stirling, sur les fumées d’une chaudière bois et en teste plusieurs dizaines depuis quelques mois.

L’autre technologie est le moteur à explosion au gaz naturel – Vaillant et Baxi-Senertec – qui entraîne un alternateur pour la production d’électricité et dont on récupère la chaleur et celle des fumées pour le chauffage et l’ECS. Vaillant a acheté l’an dernier une entreprise spécialisée et proposait ecoPower : puissance électrique de 1,3 à 4,7 kW et production de chaleur de 4 à 12,5 kW (départ à 75°C). Le rendement global sur PCS atteint 93 % : 25 % de rendement de production d’électricité et de 65 à 68 % de rendement de production de chaleur. Les deux groupes Baxi (Ideal-Standard et Chappée) et Vaillant (Saunier-Duval) étudient leur introduction sur le marché français fin 2006, pour bénéficier de la libéralisation du marché de la distribution d’électricité à compter du 1er Juillet 2007.

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