Mostra Convegno : l’efficacité énergétique avant tout

La recherche de l’efficacité énergétique a dépassé le phénomène de mode. Tous les industriels du génie climatique développent de nouveaux produits et systèmes en incorporant les technologies les plus avancées pour réduire les consommations d’énergie. Cette tendance était en évidence lors du dernier ­salon Mostra Convegno, à ­Milan du 11 au 15 mars 2008. Les fabricants de chaudières privilégient la modularité qui permet d’ajuster au mieux la puissance fournie aux besoins, tandis que les constructeurs de climatisation soulignaient la haute efficacité de leurs solutions à charge partielle. Plusieurs transformations sont discernables au travers de ces évolutions. Tout d’abord, une généralisation des chaudières gaz et fioul à condensation avec brûleurs modulants, dont le mélange air/gaz ou air/fioul est piloté avec soin. Le fort développement des solutions multiénergie est également sensible. En chauffage, cela se traduit par une introduction presque systématique du solaire thermique, en installations collectives comme en tertiaire. L’emploi du solaire photovoltaïque devient un réflexe alors que se développent des solutions de cogénération. Les pouvoirs publics italiens ont décidé de subventionner les solutions dans lesquelles au moins 20 % de la consommation annuelle d’énergie d’un bâtiment provient d’énergies renouvelables.

Privilégier le rendement à charge partielle

Cela explique l’explosion des offres en tuiles solaires thermiques et photovoltaïques, panneaux solaires et combinaisons gaz/solaire ou pompes à chaleur/solaire sur les stands du salon milanais. Enfin, en climatisation, l’heure est au pilotage fin des machines toujours dans le but d’ajuster la puissance fournie au plus près des ­besoins. L’inverter se généralise en régulation des compresseurs et des ventilateurs de grande puissance, tandis que les ventilateurs plus petits font appel systématiquement à la technologie de commutation électronique ou brushless.

Toute installation de génie climatique est dimensionnée pour couvrir les besoins de pointe. Des conditions dites « nominales » qui ne se produisent que quelques jours ou quelques heures par an. Le reste du temps, l’installation est surpuissante et fonctionne à charge partielle. Depuis cinq ans environ, études et enquêtes ont montré que les équipements fonctionnaient en réalité à charge partielle pendant plus de 90 % de leur saison d’exploitation. Tandis que les habitudes de dimensionnement et de choix des appareils mettaient l’accent sur la performance des systèmes dans les conditions de pointe. En réalité, pour réduire les consommations d’énergie, il ne suffit plus de viser d’excellents rendements en conditions de pointe : il faut plutôt optimiser le fonctionnement à charge partielle. Si la technique ne peut pas assurer les deux à la fois et impose des compromis, il est plus logique de viser le rendement le plus élevé à charge partielle au détriment du fonctionnement à charge nominale. Clivet, l’un des premiers fabricants de groupes d’eaux glacées et d’équipements de climatisation italiens, a ainsi défini à force d’enquêtes sur plusieurs centaines de ses groupes froids installés dans diverses configurations de bâtiments, qu’en moyenne durant 60 % de la saison de chauffe ou de rafraîchissement, la charge est inférieure à 30 % de la puissance nominale des machines. Elle est encore inférieure à 60 % de la puissance nominale pendant 90 % de la saison d’utilisation, même s’il s’agit de l’année entière, dans le cas de groupes réversibles. Climaveneta estime que ses groupes froids sont utilisés à charge nominale pendant environ 3 % de leur temps de fonctionnement annuel. Depuis deux ans, ces découvertes transforment la conception des appareils. En chaufferie, le meilleur fonctionnement à charge partielle, générateur d’économies d’énergie, est assuré par le couple condensation à puissance variable/conception modulaire. Une chaudière à condensation consomme moins qu’une chaudière classique ou à haut rendement.

Équipée d’un brûleur modulant à prémélange, c’est-à-dire avec pilotage du mélange air/gaz avant son introduction dans le brûleur, son rendement est au plus haut à charge partielle et la chaudière sait moduler sa puissance de 20 à 100 % dans le meilleur des cas, de 40 à 100 % le plus souvent. Imaginons une chaufferie composée d’une série de modules à condensation modulants avec brûleurs à prémélange. Cet ensemble, dont on pouvait voir une centaine de déclinaisons sur le salon, sera capable de moduler sa puissance dans des proportions inouïes, tout en conservant un excellent rendement. Pour ses clients intégrateurs fabricants de chaudières, ­Giannoni France montrait ainsi un concept de chaufferie modulaire de 4 MW, construit autour de 8 corps de chauffe Trio de 500 kW chacun.

Chaufferies : condensation et conception modulaire

Chaque Trio comporte deux brûleurs modulants de 250 kW. Cet ensemble est donc en ­mesure de moduler sa puissance entre 100 kW (40 % de 250 kW) et 4 MW : un rapport de modulation de 1 à 40.

Avec les mêmes corps de chauffe Trio, il est possible de composer une chaufferie modulaire à condensation de 10 MW sur 7 m² au sol, pour moins de 2 m en hauteur et un ratio de modulation de puissance 1 à 100 ! Pour parfaire le rendement de ce genre d’équipements, il faut que le constructeur associe à l’ensemble une régulation intelligente. Puisque le rendement de chaque module est meilleur à charge partielle, la régulation doit s’attacher à en faire fonctionner le plus grand nombre possible en dessous de

leur puissance ­nominale.

Par exemple, avec une chaufferie composée de 4 modules de 100 kW, si les besoins à couvrir sont de 200 kW à un moment donné, il est plus rentable du point de vue des économies d’énergie, de mettre en route les 4 modules à 50 % de leur puissance, plutôt que deux modules à 100 % de charge. Plusieurs fabricants de régulation, (Carel, Honeywell, ­Kromschröder et Siemens) fournissent les régulateurs adéquats. Les constructeurs italiens, de Baltur à Riello, en passant par Berretta, Ferroli, Sime et MTS conçoivent de telles chaufferies en incorporant plusieurs modules dans une même carrosserie en acier inoxydable que l’on vient gruter directement sur la terrasse, ou poser à côté du bâtiment à chauffer. Ces chaufferies peuvent également être réalisées en juxtaposant plusieurs chaudières, généralement murales, ­pilotées par une même régulation de cascade. Dans les deux cas, l’avantage principal est l’excellent rendement à charge partielle. La seconde configuration facilite en plus la rénovation des chaufferies : on introduit les générateurs muraux de grande puissance – Ferroli en proposait un atteignant 125 kW – un par un. Ce qui permet de passer par des couloirs relativement étroits si nécessaire, sans avoir besoin de démonter les chaudières élément par élément pour les réassembler sur site.

Inverter, brushless et vanne électronique

L’optimisation des machines à charge partielle se traduit en climatisation par la généralisation de trois technologies : ­l’inverter et les moteurs brushless à permutation électronique pour le pilotage des parties tournantes (compresseurs et ventilateurs), la vanne électronique pour la régulation du circuit frigorifique. Depuis plusieurs années, les constructeurs de pac travaillent avec les compressoristes pour mettre au point des inverter fiables à un coût raisonnable. Ciat et Rhoss ont dévoilé des pompes à chaleur réversibles de moyenne puissance – Aquaciat « Grand Inverter » de 40, 60 et 80 kW pour Ciat, Y-MICH de 27,3 kW et de 52,9 kW pour Rhoss – associant un compresseur scroll et un module de pilotage par inverter. Ciat estime que cette nouvelle pac air/eau, destinée au tertiaire et au collectif, réduit de 26 % environ les consommations annuelles. L’inverter se retrouve dans sa pac air/eau Aqualis, destinée au marché domestique. Par – 20 °C à l’extérieur, son COP est ­encore supérieur à 2.

Les pac de Climaveneta i-SACS sont pilotées par une régulation Full Floating qui gère à la fois le compresseur et les ventilateurs. De son côté, la première pac domestique « géothermique » d’Aermec, la VXT, fonctionne au R410A. Comprenant un préparateur d’ECS de 180 l, elle est prête au raccordement d’un circuit de panneaux solaires avec pompe de circulation. Côté grosses puissances, la série réversible eau/eau 30XW de Carrier présente des EER de l’ordre de 6,1 et des Eseer (performance à charge partielle) supérieures à 5. Ces machines sont en cours de certification auprès de l’association Eurovent. En fait, tous les constructeurs de ces machines se spécialisent sur deux fluides : le R410A avec des compresseurs scroll jusqu’à 500 kW environ et le R134a avec des compresseurs à vis au-delà.