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Une solution ancienne qui répond à un besoin nouveau

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Une solution ancienne qui répond à un besoin nouveau

Sans évacuationLes radiants lumineux à gaz sans raccordement des produits de combustion sont extrêmement efficaces, même à grande hauteur. Mais ils doivent être installés soit à l’extérieur (quais de chargement, etc.), soit dans des locaux bien ventilés. (Doc. S Plus.)

La réduction des consommations d’énergie dans le tertiaire impose le plafond rayonnant comme la solution la mieux adaptée. Ou comment une technique déjà ancienne retrouve une seconde jeunesse.

Des panneaux rayonnants sont disponibles sur le marché français depuis une bonne cinquantaine d’années sous diverses formes.

Il existe des panneaux radiants produisant seulement du chauffage, ou bien capables de chauffer et de rafraîchir, voire même de chauffer, rafraîchir et ventiler. Ils produisent différentes températures, depuis la chaleur douce, à partir de 25 °C, jusqu’à de hautes températures, grâce à un rayonnement infrarouge. Ils utilisent également différentes énergies : l’eau chaude dans des régimes proches de ceux des radiateurs, soit 80-60°C, de l’eau surchauffée jusqu’à 120 °C, de la vapeur, de l’eau glacée pour le rafraîchissement avec une loi classique 14-17 °C ou 15-18 °C, de l’électricité, du gaz naturel ou du propane avec des brûleurs surfaciques sous forme de plaques céramiques.
Ces techniques sont exploitables dans différents types de bâtiments, avec deux grands segments sur lesquels se focalise cette enquête : les locaux de grande hauteur d’une part, les bureaux, locaux scolaires, hôpitaux, d’autre part. Notre enquête ne traite pas du plafond électrique rayonnant, ni de toutes les solutions de plancher, murs ou plafonds chauffants ou chauffants-rafraîchissants que l’on peut déployer en logement. Elle ne traite pas davantage du béton activé, une technique de rayonnement basse température venue d’Allemagne, dans laquelle la totalité des masses de béton d’un bâtiment sont « activées » par une circulation d’eau à basse température dans des nappes de tubes, pour le chauffage, comme pour le rafraîchissement.

Traitement des locaux de grands volumes

Dans un bâtiment de grande hauteur sous plafonds, le chauffage traditionnel ne convient pas : l’air chaud monte, s’accumule en un matelas au plafond. Pour obtenir une température confortable en bas, là où séjournent les occupants, avec une solution de chauffage par aérotherme, générateur d’air chaud ou unité de ventilation, il faut surchauffer le haut en pure perte. Ce qui occasionne une surconsommation d’énergie.
En utilisant des panneaux rayonnants, ce phénomène de gradient thermique élevé est très fortement réduit. La norme européenne EN 12831 (Méthode de calcul de la charge thermique du projet) ne prévoit pas de coefficient de surpuissance pour les bâtiments jusqu’à 10 m de hauteur sous plafond, si le système de chauffage est principalement radiant. En revanche, un coefficient de surpuissance de 1,15 à 1,30 est nécessaire, si le système de chauffage est principalement convectif ou à air pulsé. Une solution de chauffage par rayonnement ne chauffe pas l’air, mais les masses présentes dans le local : murs, sols, corps, etc. Avec des systèmes rayonnants, on obtient donc une température de confort ambiante inférieure de 3 °C environ à celle que produiraient des solutions à air pulsé. Dans un bâtiment de grand volume, 1 °C de température ambiante en moins signifie environ 5 % d’économie d’énergie. Un système rayonnant n’entraîne aucun mouvement d’air et ne produit donc aucun bruit. Il est possible de moduler la température du local en densifiant les surfaces rayonnantes à certains endroits : au-dessus des caisses d’une surface commerciale, par exemple.
Les rayonnants à eau chaude sont des sortes de radiateurs acier disposés par éléments de plusieurs mètres de longueur. Ils se composent de tubes acier et d’une surface secondaire en tôle acier, en contact étroit avec les tubes et destinée à accroître la surface rayonnante. Le premier et le dernier élément de la série sont alimentés par des collecteurs.
Selon la hauteur sous plafond du bâtiment, les collecteurs sont alimentés en vapeur, en eau surchauffée (> 100 °C) ou en eau chaude avec des régimes proches de ceux des radiateurs classiques (70-50, 80-60 ou 90-70 °C). La hauteur d’installation peut atteindre plusieurs dizaines de mètres. Les panneaux radiants Duck Strip de Sabiana équipent par exemple les trois halls d’assemblage des Airbus A380 à Toulouse (31). Quelque 17 839 m² de panneaux Dusck Strip DS2 Sabiana sont ainsi suspendus jusqu’à une hauteur de 47 m sous plafond. Les concepteurs ont estimé que les panneaux radiants à haute température constituaient la solution à la fois efficace et saine pour chauffer un tel volume. Théoriquement, il aurait été également possible de faire appel à des rayonnants électriques infrarouges, mais le coût de l’électricité les cantonne plutôt dans des locaux à occupation très intermittente, comme les églises, ou à l’aide de panneaux rayonnants gaz à brûleurs surfaciques apparents. Dans cette configuration, les produits de combustion sont rejetés directement dans le local ce qui nécessite donc une ventilation importante pour maintenir une qualité de l’air suffisante.

Chauffage et rafraîchissement des bureaux

En tertiaire neuf ou subissant une rénovation lourde, les bureaux d’études sont à la recherche de solutions pour améliorer le confort, notamment en réduisant significativement le niveau sonore par rapport aux ventilo- convecteurs, sans créer de mouvements d’air, comme avec les poutres froides. Et ce, tout en réduisant les consommations énergétiques et les coûts de maintenance.
Les éléments terminaux des plafonds rayonnants chauffants-rafraîchissants correspondent parfaitement à ces attentes. Ils ne requièrent aucun entretien : pas de filtre à changer, pas de condensats à évacuer, ni de bacs de condensats à nettoyer, pas de ventilateurs, etc. Ces éléments rayonnants se rencontrent sous deux formes. Premièrement, des sortes de radiateurs horizontaux en acier, suspendus ou encastrables en faux plafonds. Deuxièmement, des panneaux, dont les dimensions sont calquées sur la trame 600 x 600 des faux plafonds. Ces panneaux comportent un serpentin en tube cuivre collé sur leur face supérieure, complété par des ailettes facilitant la diffusion. Au-dessus de l’élément chauffant prend place une isolation en laine de roche ou laine de verre, à but avant tout acoustique. Zehnder, un des grands spécialistes du plafond rayonnant, propose une autre solution avec son système Carboline. Les tubes de cuivre sont emprisonnés dans une couche de carbone qui facilite la diffusion du rayonnement. La puissance des plafonds rayonnants est plus faible que celle des classiques ventilo-convecteurs et il faut en tenir compte au moment de la conception. En été, un plafond à circulation d’eau glacée est capable d’absorber 120 W/m², en moyenne, avec une loi d’eau à 14-17 °C. Il faut le compléter par un refroidissement de l’air neuf hygiénique. En hiver, les éléments de plafond sont alimentés par des lois d’eau très basses : une loi de 33 °C (départ) - 30 °C (retour) fournit une puissance de 80 W/m². Si le plafond assure le chauffage seulement, il est alimenté par deux tubes. S’il fournit également le rafraîchissement, il est alimenté par quatre tubes.

Régulation : vanne 6 voies ou 6 organes par trame

La régulation d’un plafond rayonnant à eau chaude en tertiaire est assurée par des vannes motorisées. Il faut également des organes d’isolation pour pouvoir démonter chaque trame si nécessaire. L’entreprise Lefort Francheteau/Vinci Énergies a acquis une expérience intéressante dans ce domaine. Elle a réalisé en 2009 une première opération de manière traditionnelle. Des trames de plafonds réversibles étaient équipées, pour leur pilotage, de vannes de régulation classiques à soupapes thermiques pour le basculement entre chauffage et rafraîchissement, ainsi que pour la régulation en température des locaux traités : quatre vannes thermiques, plus deux tés de réglage par trame de plafonds chauffants- rafraîchissants, un té sur le réseau d’eau glacée, un autre sur le réseau de chauffage, soit six organes par trame. Dès la mise en service de cette installation, l’entreprise s’est heurtée à de nombreuses difficultés : défaut dans l’alimentation électrique de certaines vannes, fuites à la mise en route, etc. Il est également apparu que les vannes thermiques deux voies à siège perdent leur étanchéité dans le temps. Certaines trames sont donc alimentées en chaud et en froid en même temps, entraînant inconfort et surconsommation d’énergie. L’entreprise a appris, à ses dépens, que lorsque la performance des bâtiments augmente, une dérive des consommations d’énergie s’observe plus vite, plus nettement et entraîne des litiges avec les occupants des locaux.
Par conséquent, lorsqu’elle a remporté le marché du traitement thermique de la tour Eqho (ex-tour Descartes) à la Défense, avec 6 000 trames de plafonds, elle s’est tout de suite mise en quête d’une autre solution technique pour la régulation et l’isolement des trames. La solution classique aurait entraîné la pose de 36 000 organes au total. Avec l’aide du BE Barbanel, l’entreprise a opté pour les vannes 6 voies de Belimo. Elles combinent technologie de boisseaux sphériques et simplification de l’installation : une seule vanne et son moteur remplacent 4 vannes thermiques, 4 moteurs thermiques et 2 tés de réglage. Par construction, une vanne à boisseau sphérique ne peut pas fuir.
Tandis que l’étanchéité d’une vanne à sphère vieillit mal, en raison de l’usure du clapet. Pour le chantier de la tour Eqho, le surcoût fourniture et pose, attribuable aux vannes 6 voies est de 100 000 € pour 6 000 trames, soit moins de 17 € par trame.
L’entreprise estime avoir pris un risque mesuré : le matériel est plus coûteux, mais la technologie est plus sûre, la pose plus simple et les risques de mauvais fonctionnement dans le temps largement gommés.

Tableau des fabricants

N°319

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