Extrait 43815210 [PDF]

Zitiervorschau

CO N S T R U C T I O N E T T R AVAU X P U B L I C S

Ti266 - Techniques du bâtiment : le second oeuvre et les lots techniques

Techniques du bâtiment : La climatisation Réf. Internet : 43815 | 4e édition

Actualisation permanente sur www.techniques-ingenieur.fr

Tec h n ique s de l ’I n gé ni eur La plus impor tante ressource documentaire scientifique et technique en français

Une information fiable, claire et actualisée Validés par un comité scientifique et mis à jour en permanence sur Internet, les articles Techniques de l’Ingénieur s’adressent à tous les ingénieurs et scientifiques, en poste ou en formation. Outil d’accompagnement de la formation et de la carrière des ingénieurs, les ressources documentaires Techniques de l’Ingénieur constituent le socle commun de connaissances des acteurs de la recherche et de l’industrie.

Les meilleurs experts techniques et scientifiques Plus de 200 conseillers scientifiques et 3 500 auteurs, industriels, chercheurs, professeurs collaborent pour faire de Techniques de l’Ingénieur l’éditeur scientifique et technique de référence. Les meilleurs spécialistes sont réunis pour constituer une base de connaissances inégalée, vous former et vous accompagner dans vos projets.

Une collection 100 % en ligne • Accessibles sur www.techniques-ingenieur.fr, les dernières nouveautés et actualisations de votre ressource documentaire • Les articles téléchargeables en version PDF

Des services associés Rendez-vous sur votre espace « Mon compte » en ligne pour retrouver la liste des services associés à vos droits d’accès et les utiliser.



Des services associés Pour toute information, le service clientèle reste à votre disposition : Tél : 01 53 35 20 20 l Fax : 01 53 26 79 18 l Mail : [email protected]

III

Cet ouvrage fait par tie de

Techniques du bâtiment : le second oeuvre et les lots techniques (Réf. Internet ti266) composé de  : Techniques du bâtiment : Isoler et revêtir les façades

Réf. Internet : 43811

Techniques du bâtiment : Revêtir les murs et les sols

Réf. Internet : 43812

Techniques du bâtiment : Les circulations verticales

Réf. Internet : 43817

Techniques du bâtiment : L'eau sanitaire

Réf. Internet : 43813

Techniques du bâtiment : Le chauffage

Réf. Internet : 43814

Techniques du bâtiment : La climatisation

Réf. Internet : 43815

Techniques du bâtiment : L'électricité

Réf. Internet : 43816



Sur www.techniques-ingenieur.fr • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires

IV

Cet ouvrage fait par tie de

Techniques du bâtiment : le second oeuvre et les lots techniques (Réf. Internet ti266) dont les exper ts scientifiques sont  : Williams PAUCHET Ex Maître d'oeuvre de la Défense Nationale, Conseiller technique en construction et génie civil



Sur www.techniques-ingenieur.fr • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires

V

Techniques du bâtiment : La climatisation (Réf. Internet 43815)

SOMMAIRE 1– La climatisation

Réf. Internet

page

Réglementation thermique

TBA2705

11

Données générales sur les calculs de climatisation

TBA2710

15

Les bilans thermiques d'été et d'hiver

TBA2725

19

Dimensionnement des installations de climatisation

TBA2735

25

La production de froid

TBA2760

31

Les réseaux de distribution d'eau glacée

TBA2765

35

Systèmes de climatisation

TBA2770

37

Les appareils de climatisation

TBA2780

41

2– La ventilation

Réf. Internet

page

Ventilation : fonction et enjeux

TBA2785

47

Ventilation des bâtiments d'habitation

TBA2786

51

Ventilation et traitement de l'air dans les bâtiments tertiaires

TBA2787

55

Ventilation et traitement de l'air des bâtiments industriels

TBA2788

59



Sur www.techniques-ingenieur.fr • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires

VII



Sur www.techniques-ingenieur.fr • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires

Techniques du bâtiment : La climatisation (Réf. Internet 43815)

Ｑ 1– La climatisation

Réf. Internet

page

Réglementation thermique

TBA2705

11

Données générales sur les calculs de climatisation

TBA2710

15

Les bilans thermiques d'été et d'hiver

TBA2725

19

Dimensionnement des installations de climatisation

TBA2735

25

La production de froid

TBA2760

31

Les réseaux de distribution d'eau glacée

TBA2765

35

Systèmes de climatisation

TBA2770

37

Les appareils de climatisation

TBA2780

41

2– La ventilation



Sur www.techniques-ingenieur.fr • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires Ｙ

Ｑ

ＱＰ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＰＵ

Réglementation thermique par

Ｑ

André BERGNER Ingénieur ITP, IAE Poitiers

1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Réglementation thermique en 2017 .............................................. TBA 2 705v2 - 2 Textes réglementaires publiés............................................................... — 2 Évolution de la réglementation thermique depuis la publication de la RT 2000 ........................................................................................... — 3 Publics concernés par la réglementation thermique des bâtiments .. — 3 Labels....................................................................................................... — 3 Éxigences de la réglementation thermique.......................................... — 4

2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13

Réglementation thermique en bref ................................................ Prévision d’évolution de la réglementation thermique ....................... Bâtiments concernés par la réglementation thermique ...................... Zones climatiques................................................................................... Classes d’exposition au bruit................................................................. Confort d’été des bâtiments non climatisés ......................................... Étanchéité à l’air des constructions....................................................... Contrôle de l’application de la RT 2012 ................................................ Étapes de la réglementation thermique................................................ Réglementation concernant les maisons individuelles ....................... Évolution des types d’énergies et pertes.............................................. Application de la RT 2012....................................................................... Points clés de la réglementation RT 2012............................................. Limiter les besoins énergétiques du bâtiment par une conception bioclimatique........................................................................................... 2.14 Équipements performants et consommation énergétique réduite .... 2.15 Contrôle de l’application de la RT 2012 ................................................

— — — — — — — — — — — — —

6 6 6 6 6 8 9 10 10 11 13 13 13

— — —

14 14 14

3. 3.1

—

14

3.2

Conclusions .......................................................................................... Informations importantes applicables à la RT 2012 depuis le 1er janvier 2015 ....................................................................... Finalisation d’une opération ..................................................................

— —

15 15

4.

Glossaire ................................................................................................

—

15

a RT 2012 définit des catégories de bâtiments dans lesquels il est possible d’assurer un bon niveau de confort en été sans avoir à recourir à un système actif de refroidissement, la climatisation. L’objectif du Grenelle de l’environnement en 2010 était de généraliser les bâtiments basse consommation avec la RT 2012 et d’envisager en janvier 2020 le bâtiment à énergie positive. En 2010, le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d’énergie en France parmi l’ensemble des secteurs économiques. Il consomme environ 68 millions de tonnes d’équivalent pétrole, soit 42,5 % de l’énergie finale totale. C’est chaque année plus d’une tonne d’équivalent pétrole consommée par chaque Français. Il génère 123 millions de tonnes de CO2 , soit 23 % des émissions nationales. Ces émissions ont augmenté d’environ 15 % depuis 1990. Chaque Français libère ainsi dans l’atmosphère environ deux tonnes de CO2 . La facture annuelle de chauffage représentait en 2010 environ 900 € en moyenne par ménage, avec de grandes disparités, qui tendent à augmenter

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｭ｡ｩ＠ＲＰＱＷ

L

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＱＱ

TBA 2 705v2 – 1

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＰＵ RÉGLEMENTATION THERMIQUE _______________________________________________________________________________________________________

Ｑ

avec la hausse du prix des énergies : les dépenses annuelles peuvent ainsi varier de 250 € pour une maison « basse consommation » à plus de 1 800 € pour une maison mal isolée. La mise en œuvre du programme de réduction des consommations énergétiques des bâtiments prévu par le Grenelle de l’environnement était prévu pour réduire durablement les dépenses énergétiques et contribuera à la réduction des émissions de CO2 . L’objectif de ce programme dans la construction neuve était de généraliser les « bâtiments basse consommation » à l’horizon 2012 (2010 pour les bâtiments publics et tertiaires), et les « bâtiments à énergie positive » à l’horizon 2020. Alors que la réglementation thermique, mise en place en 1975 et progressivement renforcée, a déjà permis de diviser par 2 la consommation énergétique des constructions neuves, le Grenelle de l’environnement prévoyait de diviser par 3 les consommations énergétiques des bâtiments neufs avant 2012 : la consommation moyenne d’énergie primaire des constructions neuves devrait ainsi passer de 150 kWhEP/m2/an en 2010 à 50 kWhEP/m2/an en 2012. Le Grenelle de l’environnement prévoyait donc de réaliser, en seulement 2 ans, une avancée énergétique plus importante que celle réalisée pendant les 30 dernières années. Jusqu’ici, la réglementation thermique prévoyait une amélioration de performance de 15 à 20 % tous les 5 ans. L’objectif de 50 kWhEP/m2/an en 2012 constituait donc un véritable tournant, qui devrait permettre à la France de prendre le chemin de l’énergie positive : en 2020, les bâtiments neufs seront non seulement autosuffisants en énergie, mais ils pourront même produire plus d’énergie qu’ils n’en consomment. Si un projet comporte un système actif de refroidissement, les consommations conventionnelles de ce système devront être compensées par une meilleure maîtrise de la consommation des autres usages réglementés (chauffage, eau chaude sanitaire, éclairage, auxiliaires). Dès lors que les bâtiments sont équipés d’une PAC réversible, il faut comptabiliser la consommation liée au chauffage mais également au refroidissement en vue de respecter les exigences règlementaires.

1. Réglementation thermique en 2017

– l’arrêté du 11 octobre 2011 relatif aux attestations de prise en compte de la réglementation thermique et de réalisation d’une étude de faisabilité relative aux approvisionnements en énergie pour les bâtiments neufs ou les parties nouvelles de bâtiments ; – l’arrêté du 28 décembre 2012 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments autres que ceux concernés par l’article 2 du décret du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des constructions ; – l’arrêté du 30 avril 2013 portant approbation de la méthode de calcul Th-BCE 2012 prévue aux articles 4, 5 et 6 de l’arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments ; – l’arrêté du 11 décembre 2014 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique applicables aux bâtiments nouveaux et aux parties nouvelles de bâtiment de petite surface et diverses simplifications ; – l’arrêté du 3 mai 2007 ; – l’arrêté du 22 mars 2017 modifiant l’arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants ;

1.1 Textes réglementaires publiés Le lecteur pourra consulter les sites Legifrance.gouv.fr, Rt-batiment.fr, cnidep.com et comepos.fr. Les tables rondes du Grenelle de l’environnement à l’automne 2007 ont amorcé la mutation écologique de la France. L’ensemble de ces travaux s’est traduit par : – les lois Grenelle I et Grenelle II qui servent désormais à l’élaboration et à la mise en place de la politique énergétique de la France, et en particulier la RT 2012 présentée le 6 juillet 2010 à la presse par Jean-Louis Borloo et Benoist Apparu ; – l’arrêté du 3 mai 2007 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des bâtiments existants ; – l’arrêté du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments ;

TBA 2 705v2 – 2

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＱＲ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＰＵ ________________________________________________________________________________________________________ RÉGLEMENTATION THERMIQUE

1.3 Publics concernés par la réglementation thermique des bâtiments

– le décret n° 2000-1153 du 29 novembre 2000 relatif aux caractéristiques thermiques des constructions modifiant le Code de la construction et de l’habitation et pris pour l’application de la loi n° 96-1236 du 30 décembre 1996 sur l’air et l’utilisation rationnelle de l’énergie ; – le décret n° 2010-1269 du 26 octobre 2010 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des constructions ; – le décret n° 2011-544 du 18 mai 2011 relatif aux attestations de prise en compte de la réglementation thermique et de réalisation d’une étude de faisabilité relative aux approvisionnements en énergie pour les bâtiments neufs ou les parties nouvelles de bâtiments ; – le décret n° 2011-1728 du 2 décembre 2011 relatif à la surveillance de la qualité de l’air intérieur dans certains établissements recevant du public ; – le décret n° 2012-1530 du 28 décembre 2012 relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétique des constructions de bâtiments.

Il s’agit des maîtres d’ouvrage, maîtres d’œuvre, constructeurs et promoteurs, architectes, bureaux d’études thermiques, contrôleurs techniques, diagnostiqueurs, organismes de certification, entreprises du bâtiment, de matériaux de construction et de systèmes techniques du bâtiment, fournisseurs d’énergie.

1.4 Labels ■ HPE 2005 Il concerne les constructions dont les consommations conventionnelles sont inférieures d’au moins 10 % par rapport à la consommation de référence RT 2005 et l’habitat d’au moins 10 % par rapport à la consommation maximale autorisée.

■ THPE 2005

1.2 Évolution de la réglementation thermique depuis la publication de la RT 2000

Ce label concerne les constructions dont les consommations conventionnelles sont inférieures d’au moins 20 % par rapport à la consommation de référence RT 2005 et l’habitat d’au moins 20 % par rapport à la consommation maximale autorisée.

La RT 2000 visait une réduction de 20 % de la consommation maximale des logements par rapport à la RT 1988 et une baisse de 40 % de la consommation des bâtiments tertiaires, une exigence de performance globale mais aussi de confort d’été.

■ HPE EnR 2005 Il est basé sur les exigences du label HPE 2005 accompagnées d’exigences sur l’installation d’équipements d’énergie renouvelable : – soit le chauffage, et éventuellement la production d’eau chaude sanitaire, sont assurés par une chaudière utilisant la biomasse, et en particulier le bois ; – soit, le bâtiment est raccordé à un réseau de chaleur alimenté par au moins 60 % de bois ou de biomasse, ce qui apporte une réponse aux collectivités territoriales qui font des efforts pour produire de la chaleur avec des combustibles renouvelables.

La RT 2005 visait une nouvelle baisse de 15 % de la consommation énergétique des bâtiments neufs et des extensions, et la prise en compte du bioclimatisme et des énergies renouvelables. La RT 2012 s’applique à tous les projets de construction en France. Très exigeante, elle se base sur l’ancien label BBC (bâtiment basse consommation). Publiée à la suite du Grenelle de l’environnement relatif aux caractéristiques thermiques et à la performance énergétiques des constructions, le plan climat 2004 prévoyait qu’elle soit renforcée tous les 5 ans.

■ THPE EnR 2005

Chaque nouvelle réglementation thermique était censée réduire de 15 % les consommations d’énergie des bâtiments neufs.

Ce label concerne les constructions dont les consommations conventionnelles sont inférieures d’au moins 30 % par rapport à la consommation de référence RT 2005 ainsi que l’habitat, au moins 30 % par rapport à la consommation maximale autorisée, accompagné d’exigences sur l’utilisation d’équipements d’énergie renouvelable (capteurs solaires thermiques, capteurs photovoltaïques ou des éoliennes) ou de pompes à chaleur très performantes.

Le changement de la réglementation thermique tous les 5 ans n’est pas facile à gérer par les entreprises du bâtiment, car chaque nouvelle réglementation demande un travail de mise à jour et de changement des pratiques qui ont un coût important pour les bureaux d’études et les entreprises. L’année 2015 n’aura donc pas eu de réglementation spécifique comme il était prévu initialement, mais seulement une version simplifiée de la RT 2012.

■ BBC 2005 (bâtiment basse consommation énergétique) Ce niveau reprend les résultats de l’étude menée dans le cadre du programme de recherche PREBAT, sur financement de l’ADEME, et réalisée par l’association EFFINERGIE. Il vise les bâtiments ayant une consommation très nettement inférieure à la consommation énergétique réglementaire. Pour effectuer une demande de label BBC, un maître d’ouvrage peut au choix appliquer la RT 2005 ou la RT 2012.

Depuis le 1er janvier 2015, la RT 2012 a subi des modifications suite à des retours d’expériences sur des exigences difficiles, voire impossibles à atteindre. C’est notamment le cas pour les petits logements ou les bâtiments atypiques pour lesquels l’application de la RT 2012 était un vrai casse-tête. L’arrêté du 11 décembre 2014 en particulier permet d’ajuster les exigences de performance énergétique pour les bâtiments neufs de petite surface pour prendre en compte leurs particularités.

■ BBC-Effinergie 2017 Ce label intègre des exigences complémentaires absentes d’E+C– : – la sobriété et l’efficacité énergétique dans le bâtiment avec des exigences renforcées sur la conception bioclimatique et les consommations énergétiques ; – la qualité et le confort : depuis la conception (qualification/certification des bureaux d’étude), jusqu’à la réception (mesure de la perméabilité du bâti, mesure de l’étanchéité des réseaux, commissionnement) ; – l’appropriation du bien et la sensibilisation des futurs habitants aux enjeux de la transition énergétique (bâtiment et écomobilité, guide à destination de la maîtrise d’ouvrage et des habitants, etc.).

Des modifications sont également apportées aux exigences applicables aux autres bâtiments afin de réajuster cette réglementation thermique suite aux retours d’expériences communiqués par les professionnels de l’acte de construire depuis le 1er janvier 2013, notamment sur des bâtiments atypiques. Cet arrêté modifie ainsi : – l’arrêté du 26 octobre 2010 qui concerne les bâtiments d’habitation, les bâtiments d’enseignement et les bureaux ; – l’arrêté du 28 décembre 2012 qui concerne les autres usages ; – l’arrêté du 11 octobre 2011 pour adapter les attestations aux nouvelles exigences ; – l’arrêté du 30 avril 2013 pour améliorer la méthode de calcul.

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＱＳ

TBA 2 705v2 – 3

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＰＵ RÉGLEMENTATION THERMIQUE _______________________________________________________________________________________________________

1.5.1 Exigences de résultats

■ BEPOS Ce label pilote BEPOS-effinergie 2017 servira d’observatoire en capitalisant sur les retours d’expérience pour définir les bases de la future RT 2020.

Ｑ

La RT 2012 comporte trois exigences de résultats relatives à la performance du bâtiment. Les exigences relatives aux indices Bbio et Cep sont désormais exprimées en valeur absolue, et non plus en valeur relative. Elles portent sur la performance globale du bâtiment et non sur les performances des éléments constructifs et systèmes énergétiques pris séparément. Ainsi, une plus grande liberté de conception est laissée aux maîtres d’œuvre.

Maintenant que la RT 2012 est entrée en application, effinergie a mis en place nouveau label pour cette nouvelle réglementation en adoptant une vision plus large de l’impact énergétique d’un bâtiment : le label effinergie +.

■ E + C = (énergie + carbone)

1.5.2 Bbio : besoin bioclimatique

Ce label a pour ambition de mettre en place un standard environnemental unique au monde pour les bâtiments neufs. Il réunit pour la première fois des exigences à la fois en matière d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre dans le bâtiment. Grâce à ce double critère « énergie » et « carbone », il permettra aux maîtres d’ouvrage de choisir la combinaison adéquate en fonction des spécificités du territoire, de la typologie de bâtiments et des coûts induits.

Grande nouveauté de la RT 2012, cet indicateur (qui reprend des paramètres de l’ancien coefficient Ubât en RT 2005) permet d’optimiser la conception du bâtiment dès l’esquisse du projet. Il définit en effet la limite maximale des besoins énergétiques en chauffage, en refroidissement et en éclairage, indépendamment des systèmes ultérieurement mis en œuvre. Ces besoins sont fonction de la forme, de l’orientation, de l’environnement du bâtiment, bref, de sa conception climatique. Exprimé en points, le Bbio du projet doit être inférieur à un niveau Bbiomax (en dessous de 120 m2 Bbiomax > 60 ; au-dessus de 140 m2 Bbiomax < 60).

Pour obtenir le label BBC effinergie, il faut respecter les étapes suivantes : – consulter le référentiel du certificateur qui a été choisi ; – faire réaliser une étude thermique par un bureau d’études ; – déposer un dossier avant les travaux auprès du certificateur accompagné des pièces justificatives ; – en fin de chantier, le certificateur doit vérifier la conformité des travaux à l’étude technique ; un test d’étanchéité à l’air doit être réalisé par un professionnel.

Pour atteindre cette exigence bioclimatique, le concepteur doit ainsi favoriser l’isolation et l’étanchéité de l’enveloppe, l’inertie de la structure, la mitoyenneté, l’orientation, la compacité, les inclinaisons, l’accès à l’éclairage naturel et les apports solaires (favorisés par la mise en place d’un maximum de surfaces vitrées orientées au Sud) et la bonne répartition des pièces. Le besoin bioclimatique conventionnel en énergie d’un bâtiment pour le chauffage, le refroidissement et l’éclairage artificiel, est défini par un coefficient noté Bbio. Il est sans dimension et exprimé en nombre de points.

Alors le bâtiment est certifié BBC effinergie et le label est attribué.

1.5 Exigences de la réglementation thermique

1.5.3 Cep : consommation d’énergie primaire Cette exigence limite les consommations de cinq usages, à savoir le chauffage, le refroidissement, l’éclairage, la production d’eau chaude sanitaire et les auxiliaires (pompes et ventilateurs) à environ 50 kWhEP/(m2 · an) [un dépassement jusqu’à 57,5 kWhep/(m2 · an) est cependant autorisé pour les logements er collectifs, et ce jusqu’au 1 janvier 2018]. Cette exigence est identique aux attentes moyennes du label BBC Effinergie.

Tout bâtiment neuf est considéré comme satisfaisant à la réglementation thermique si le maître d’ouvrage est en mesure de montrer que sont respectées simultanément les conditions suivantes : – 1) le coefficient Cep du bâtiment est inférieur ou égal au coefficient maximal Cepmax, déterminé selon les modalités précisées au titre II de l’arrêté du 26 octobre 2010 ; – 2) le coefficient Bbio du bâtiment est inférieur ou égal au coefficient maximal Bbiomax, déterminé selon des modalités précises ; – 3) pour les zones de catégorie CE1 (voir glossaire) et pour chacune des zones du bâtiment, défini par son usage, l’exigence de confort d’été s’exprime comme suit : la Tic est inférieure ou égale à la température intérieure conventionnelle de référence de la zone. Cette exigence peut également être satisfaite en considérant chacune des parties de zones du bâtiment pour lesquelles sont calculées successivement Tic et Ticréf. Cette exigence ne s’applique pas aux zones ou parties de zones composées uniquement de locaux de catégorie CE2 (voir glossaire).

Pour chaque projet, le Cepmax varie en fonction : – de la localisation géographique ; – de l’altitude [avec une modulation en fonction du climat et de l’altitude entre 40 et 65 kWhep/(m2 · an)] ; – du type du bâtiment (logement, bureau, commerce...) ; – de la surface moyenne ; – des émissions de gaz à effet de serre des énergies utilisées. Concernant ce dernier point, l’utilisation de bois énergie ainsi que de réseaux de chaleur peu émetteurs de CO2 permettent une modulation du Cepmax de 30 % maximum. De plus, l’apport d’énergie électrique produite sur le site peut être déduit (photovoltaïque et cogénération par exemple).

La RT 2012 a pour objectif de limiter la consommation d’énergie primaire des bâtiments neufs à un maximum de 50 kWhep/(m2 · an) en moyenne, tout en suscitant : – une évolution technologique et industrielle significative pour toutes les filières du bâti et des équipements ; – un très bon niveau de qualité énergétique du bâti, indépendamment du choix de système énergétique ; – un équilibre technique et économique entre les énergies utilisées pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire.

L’exigence sur la consommation est exprimée en énergie primaire. L’énergie primaire est le seul indicateur à même d’exprimer l’épuisement des ressources en tenant compte des pertes liées à la production, à la transformation, au transport et au stockage. Le coefficient affecté à l’électricité est de 2,58 et de 1 pour les autres énergies (gaz naturel, GPL, bois-énergie, réseau de chaleur). La consommation conventionnelle d’énergie d’un bâtiment pour le chauffage, le refroidissement, la production d’eau chaude sanitaire, l’éclairage artificiel des locaux, les auxiliaires de chauffage, de refroidissement, d’eau chaude sanitaire et de ventilation, déduction faite de l’électricité produite à demeure, est définie par un coefficient exprimé en kWh/(m2 · an) d’énergie primaire, noté Cep.

À partir du 28 octobre 2011, la RT 2012 est appliquée pour les bâtiments à usage d’habitation construits en zone ANRU (voir glossaire) et pour les bâtiments de bureau, d’enseignement primaire et secondaire et d’accueil de la petite enfance. À partir du 1er janvier 2013, la RT 2012 est appliquée pour l’ensemble des bâtiments à usage d’habitation et des bâtiments tertiaires.

TBA 2 705v2 – 4

La surface prise en compte est égale à la surface de plancher hors œuvre nette de la réglementation thermique, SHONRT.

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＱＴ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＱＰ

Données générales sur les calculs de climatisation 1.

Données sur le confort thermique ..................................................... I – Les éléments d’inconfort ....................................................................... II – L’approche du confort thermique ........................................................ III – Les hypothèses dans la pratique ........................................................

TBA2710 - 2 — 2 — 2 — 3

2.

Le diagramme de l’air humide ............................................................. I – Généralités.............................................................................................. II – Les valeurs lues sur le diagramme ...................................................... A. Autres données de référence ............................................................. B. Les constantes utilisées ...................................................................... C. Les évolutions sur le diagramme de l’air humide ............................

— — — — — —

4 4 4 4 5 5

3.

Données de base nécessaires pour les calculs de dimensionnement de la climatisation ......................................... I – Les bases climatiques extérieures ........................................................ II – Les conditions de base intérieures ...................................................... III – Les conditions minimales intérieures en été .....................................

— — — —

15 15 18 19

oncevoir un système de climatisation est un projet important qui nécessite des connaissances techniques, mais également celles de données admises comme les conditions de base d’un confort thermique. Ces valeurs de référence sont couramment utilisées par les fabricants et les installateurs, notamment les diagrammes de l’air humide. Par lecture directe, ces graphiques psychométriques renseignent sur la composition de l’air, en rapportant les évolutions au cours de différents traitements de climatisation, du mélange air et vapeur d’eau. Température sèche, volume spécifique, courbe de saturation, sont parmi les paramètres y figurant. Quant aux données extérieures, des bases climatiques fournissent, pour les calculs de dimensionnement de climatisation, des valeurs de température sèche, de température humide ou d’humidité relative pour les principales villes de France. Des facteurs de correction sont appliqués pour tenir compte du mois et de l’heure.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｭ｡ｲｳ＠ＲＰＰＸ

C

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＱＵ

TBA2710 - 1

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＱＰ

DONNÉES GÉNÉRALES SUR LES CALCULS DE CLIMATISATION

Ｑ 1

Données sur le confort thermique

I - LES

ÉLÉMENTS D’INCONFORT

• D’une humidité relative trop basse (inférieure à 35 %) ou trop élevée (supérieure à 60 %).

Échanges du corps humain avec son environnement – Ils sont divers et variés. Il s’agit :

Remarque L’humidité relative a peu d’influence sur la perception du confort.

• des échanges visuels ; • des échanges thermiques ; • des échanges avec la fonction respiratoire et cutanée ;

II - L’APPROCHE

DU CONFORT THERMIQUE

• des échanges avec l’ambiance sonore ; La réaction de l’usager – Il est impossible de prescrire une ambiance qui puisse satisfaire chaque usager, compte tenu des différences entre individus.

• des échanges avec les odeurs. Origine des points d’inconfort – Dans le cadre de la thermique, les points de l’inconfort résultent :

Une norme internationale fixe les valeurs de confort thermique dans les locaux de travail ; il s’agit de la norme NF EN ISO 7730 (décembre 1995) - Ambiances thermiques modérées Détermination des indices PMV et PDD et spécifications des conditions de confort thermique. Cette norme prend en considération les facteurs suivants :

• Du gradient vertical de température, différence entre la tête et les chevilles pour un individu assis. Cet écart doit, d’après des études menées, être inférieur ou égal à 3 K. • Des incidences de rayonnement (asymétrie de rayonnement) froid (ou ensoleillé) de parois telles que murs, plafonds, vitrages…

• courant d’air ; • gradient vertical de température ;

Exemple

• température de sol ;

• Une surface vitrée (double vitrage avec U = 3,5 W/m2.K), représentant environ 75 à 80 % de la surface de la paroi extérieure conduit, en période hivernale (au-dessous de 0 °C extérieur), à une distance de 1 mètre à une température opérative (ou résultante sèche) inférieure à 19 °C ; cette dernière sera d’autant plus basse que la température extérieure chutera. L’expérience étant, il apparaît souhaitable que U soit inférieur ou égal à 2 W/m2.K.

• asymétrie de rayonnement. À cet effet, il est fait appel à des indices de confort dits PMV et PPD. L’indice PMV (vote moyen prévisible) donne un avis moyen d’un groupe d’individus qui expriment un vote de sensation thermique sur une échelle de sept niveaux : • + 3 : chaud ; • + 2 : tiède ;

• D’une température de sol trop basse.

• + 1 : légèrement tiède ;

Exemples

• 0 : neutre ;

• C’est le cas de bureaux climatisés en hiver avec plancher sur vide sanitaire ou sur extérieur avec une diffusion d’air depuis le plafond et reprise (ou extraction) également depuis le plafond. Ce cas conduit fréquemment à neutraliser la dalle par un plancher chauffant d’une sensation de courant d’air. Il s’agit de l’un des points qui rend la climatisation bien souvent impopulaire pour l’usager. • Ce phénomène est courant dans des installations où la diffusion d’air est mal étudiée, la présence d’obstacles à proximité de diffuseurs d’air provoque des retombées d’air froid en été avec des vitesses excessives sur l’usager, d’où le mécontentement de ce dernier.

TBA2710 - 2

• 1 : légèrement froid ; • 2 : frais ; • 3 : froid. Il permet d’estimer la sensation thermique du corps humain dans son ensemble. L’indice PPD (pourcentage prévisible d’insatisfaits) indique une prévision quantitative du nombre d’usagers insatisfaits et l’indice PMV précédent permet de déterminer le PPD. La norme recommande de satisfaire un minimum de 90 % de la population, soit un PPD de 10 %.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＱＶ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＱＰ

DONNÉES GÉNÉRALES SUR LES CALCULS DE CLIMATISATION

III - LES

Les recommandations de la norme pour les températures et les vitesses d’air sont indiquées au tableau 1 (activité sédentaire).

Conditions admises dans la pratique – Dans la pratique, les conditions normalement admises dans les projets et pour la climatisation courante du tertiaire (bureaux, hôtels...) sont indiquées au tableau 2.

Tab. 1 – Températures et vitesses d’air normalisées Été

Hiver

Températures

24,5 °C ± 1,5 K)

22 °C ± 2 K)

Vitesses d'air

≤ 0,25 m/s

≤ 0, 15 m/s

HYPOTHÈSES DANS LA PRATIQUE

Tab. 2 – Conditions normalement admises pour la climatisation courante du tertiaire

Températures La gêne thermique localisée résultant de l’environnement conduit selon la norme aux recommandations suivantes :

Humidité relative

1)

Été

Hiver

+ 25 °C (± 1,5 K)

+ 20 °C (+ 1,5 K, – 1 K)

35 à 60 %

35 à 60 %

1) La réglementation thermique impose en hiver une limite de l'humidification de l'air insufflé correspondant à une teneur en eau de 5 g/kg d'air sec, ce qui correspond à une humidité relative de 35 % pour une température de 20 °C.

• la température du sol : elle doit être comprise entre 19 et 26 °C en hiver ; • l’asymétrie de rayonnement : en général et en hiver, l’écart doit être inférieur à 10 K (surfaces verticales) et 5 K (surfaces horizontales) ;

1)La réglementation thermique impose en hiver une limite de l'humidification de l'air insufflé correspondant à une teneur en eau de 5 g/kg d'air sec, ce qui correspond à une humidité relative de 35 % pour une température de 20 °C.

Vitesses d’air dans les zones d’occupation – Les vitesses résiduelles recommandées dans la pratique sont indiquées au tableau 3.

• le gradient vertical de température : l’écart entre chevilles et tête, usager assis, doit être inférieur 3 K.

Tab. 3 – Vitesses d’air recommandées dans les zones d’occupation

L’influence vestimentaire – Les vêtements représentent un facteur important dans l’équilibre thermique ; l’unité utilisée pour caractériser cette influence est le « clo » (1 clo = 0,155 m2.K/W). Sa valeur varie depuis l’individu nu à l’individu recouvert d’habits d’hiver pour l’intérieur (elle va de 0 à 0,155 m2.K/W). L’influence de l’activité – L’activité métabolique des individus se mesure en « met » ; cette chaleur dégagée se traduit sous forme de chaleur sensible et de chaleur latente. Sa valeur varie de l’individu au repos à l’individu soumis à une activité importante (de 46 à 174 W/m2). 1 « met » traduit l’activité d’une personne assise au repos (1 met = 58,2 W/m2).

Types de locaux

Vitesses d’air recommandées

Locaux à activité assise ou faible, locaux à confort assimilés à des bureaux, hôtels, salles de réunion et de conférence…

0,10 à 020 m/s

Locaux de passage, à activité soutenue, locaux assimilés à des halls, atriums, surfaces commerciales…

0,20 à 0,25 m/s

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＱＷ

TBA2710 - 3

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＱＰ

DONNÉES GÉNÉRALES SUR LES CALCULS DE CLIMATISATION

2

Ｑ

Le diagramme de l’air humide

I - GÉNÉRALITÉS

mélange d’air et de vapeur d’eau et de représenter graphiquement les évolutions des mélanges au cours de différents traitements de climatisation ou de conditionnement d’air. Il est établi pour une pression atmosphérique donnée correspondant à une utilisation en site normal (niveau de la mer).

Composants de l’air – L’air qui nous entoure comporte de nombreux composants dont l’air sec et la vapeur d’eau. Rappelons que l’air sec est constitué d’un mélange de gaz divers dont la composition volumétrique habituelle est :

Le diagramme que nous adopterons dans les explications (pression atmosphérique 101 kPa) est celui de la société Trane, fabricant de matériels de réfrigération et d’équipements aérauliques (diagramme reproduit avec son aimable autorisation).

• azote : N2 (environ 78 %) ; • oxygène : O2 (environ 21 %), le reste étant composé de : • argon : A ;

II - LES

• gaz carbonique : CO2 ; • hydrogène : H2.

VALEURS LUES SUR LE DIAGRAMME

Le tableau 1 précise les caractéristiques relevées sur le diagramme.

Diagramme de l’air humide – Appelé également « diagramme psychrométrique », c’est un outil graphique qui permet par lecture directe de définir les caractéristiques de

Tab. 1 – Caractéristiques relevées sur le diagramme Symboles utilisés

Unités courantes usuelles

Facteur de conversion

Unités SI

Anciennes unités du thermicien

Enthalpie

Qt

Wh/kg

3,6

kJ/kg

kcal/h ou fg/h Wh : × 1,16 kJ : × 4,18

Humidité spécifique ou teneur en vapeur d'eau

w

g/kg

kg/kg

Température sèche (température au bulbe sec)

ts

°C

°C

Température humide (température au bulbe humide)

tbh

°C

°C

Température de rosée

tpr

°C

°C

Humidité relative

HR

%

%

v

m3/kg

m3/kg

Volume spécifique

Les frigories/heure (fg/h) sont des anciennes unités exprimées pour les installations de refroidissement.

A. Autres données de référence La chaleur sensible (Qs) – C’est la différence enthalpique entre deux airs humides à température différente, mais de même humidité spécifique.

Exemple • 1 500 fg/h (ou kcal) à transformer :

La chaleur latente (QI) – C’est la différence enthalpique entre deux airs humides à humidités spécifiques différentes, mais de même température.

– en Wh : 1 500 × 1,16 = 1 740 Wh ; – en kJ : 1 500 × 4,18 = 6 270 kJ. • 2 000 Wh à transformer en kJ : 2 000 × 3,6 = 7 200 kJ.

TBA2710 - 4

La chaleur totale (Qt) – C’est la différence enthalpique entre deux airs humides quelconques ; c’est la somme de Qs + Qt.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＱＸ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＲＵ

Les bilans thermiques d’été et d’hiver 1.

Charges extérieures................................................................................ I – Les apports solaires par les surfaces vitrées ....................................... II – Les apports solaires par les parois opaques....................................... III – Les apports par transmissions des vitrages ...................................... IV – Les apports dus aux infiltrations d’air extérieur ............................... V – Les apports dus à l’air neuf de renouvellement d’air ........................

TBA2725 — — — — —

-2 2 7 12 12 13

2.

Charges internes ..................................................................................... I – La température de « non-chauffage » .................................................. II – Les apports par les occupants.............................................................. III – Les apports par l’éclairage des locaux ............................................... IV – Les apports par les équipements de bureautique............................. V – Les apports divers ................................................................................ VI – Fiches d’hypothèses sur les divers types de locaux .........................

— — — — — — —

15 15 15 16 16 17 17

3.

Bilans au niveau d’un local ou d’un groupe de locaux ................. I – Démarche................................................................................................

— —

23 23

4.

Calcul du débit d’air dans un local donné........................................ I – Démarche................................................................................................

— —

29 29

5.

Bilans thermiques d’hiver .....................................................................

—

30

e calcul des bilans thermiques d’une construction permet d’évaluer les besoins en chauffage et en climatisation. Les charges thermiques d’été regroupent les apports solaires et les apports internes. Les apports solaires dépendent des vitrages de la construction, leurs surfaces, natures et hauteurs, et l’exposition à laquelle ils sont soumis. Ainsi, sur la base de l’orientation, de la hauteur et de l’azimut solaires, il est possible de calculer assez précisément l’apport par ensoleillement. La mise en place de protections sur les façades peut s’avérer intéressante. Correctement étudiées, elles permettent de réduire considérablement la contribution solaire. Il faut relever d’autres apports venant s’additionner aux précédents ; les élévations de température des surfaces opaques et les infiltrations d’air par défaut d’étanchéité des menuiseries et des ouvrants. Les apports internes sont plus simples d’approche et correspondent à la chaleur libérée par l’éclairage, les machines et les ordinateurs présents dans les locaux, mais aussi le nombre d’occupants. Pour simplifier l’approche, les charges thermiques d’hiver sont à l’inverse calculées sans tenir compte des apports extérieurs et intérieurs, et uniquement sur la base d’un écart constant entre la température extérieure et la température intérieure.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｭ｡ｲｳ＠ＲＰＰＸ

L

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＱＹ

TBA2725 - 1

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＲＵ

LES BILANS THERMIQUES D’ÉTÉ ET D’HIVER

1

Ｑ

Charges extérieures

I - LES

L’émissivité – C’est une propriété de surface ; quand deux surfaces sont en regard l’une de l’autre à des températures différentes, elles échangent de la chaleur par rayonnement en fonction de l’émissivité. L’émissivité normale du verre classique est égale à 0,89 ; celle des vitrages à « couche peu émissive » est inférieure à 0,20. « Peu émissif » est la propriété de surface permettant de réduire les échanges radiatifs, et d’améliorer ainsi le coefficient U.

APPORTS SOLAIRES PAR LES SURFACES VITRÉES

Processus du rayonnement solaire – Lorsqu’un rayonnement solaire frappe un vitrage, une partie est réfléchie, une autre est absorbée par le verre et une troisième est réfléchie (cf. Fig. 1).

La transmission lumineuse (T) – C’est le pourcentage de la lumière visible, issue du rayonnement solaire, transmise par la paroi vitrée. Le rayonnement solaire perçu par un vitrage comporte : • le rayonnement direct ; • le rayonnement diffus. La répartition de l’ensoleillement est visualisée sur la figure 1. Les tableaux 1 à 4 fixent les apports d’ensoleillement sur une vitre claire, simple vitrage. Ils sont obtenus à partir de valeurs extraites du manuel Carrier 1re partie 1)). Ils prennent en compte les corrections suivantes qui permettent une approche simplifiée des charges d’ensoleillement (cas de la région parisienne) : • coefficient d’encadrement métallique (1,17) ; • défaut de limpidité pris pour 0,90 ; • altitude inférieure à 300 m ; • incidence point de rosée (tpr) de 15 °C pour 30 °C et HR = 40 % ; • latitude nord. Remarque La France se situe sous une latitude nord comprise sensiblement entre 40 et 50°. Les valeurs des tableaux sont les gains nets dans le local. Elles doivent être divisées par 0,88 pour obtenir l’intensité du flux solaire frappant le vitrage.

Fig. 1 : Répartition de l’ensoleillement sur un vitrage (© ETI).

Le facteur solaire (FS) – C’est le rapport entre l’énergie totale entrant dans le local à travers ce vitrage et l’énergie solaire incidente.

1) Reproduction avec l’aimable autorisation de la société Carrier.

Apports par ensoleillement sur des vitrages simples en W/m2 (latitude 50° nord, 23 juillet)

Tab. 1 – Apports par ensoleillement sur des vitrages simples en W/m2 (latitude 50° nord, 23 juillet) Heures solaires

Orientations 6

7

8

9

10

11

N

74

37

41

45

49

49

NE

399

411

303

154

52

49

E

458

563

571

493

336

SE

227

375

469

500

S

21

35

74

174

TBA2725 - 2

12

13

14

15

16

17

18

49

49

45

41

37

74

49

49

49

45

41

35

21

150

49

49

49

45

41

35

21

475

381

244

90

49

45

41

35

24

280

342

370

342

280

174

74

35

21

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＰ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＲＵ

LES BILANS THERMIQUES D’ÉTÉ ET D’HIVER (Suite)

Apports par ensoleillement sur des vitrages simples en W/m2 (latitude 50° nord, 23 juillet)

Heures solaires Orientations 6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

SO

21

35

41

45

49

90

244

381

475

500

469

374

227

O

21

35

41

45

49

49

49

150

336

493

571

537

459

NO

21

35

41

45

49

49

49

49

52

154

304

409

399

Horizontale

115

262

416

557

657

718

739

718

657

557

416

262

115

Heures légales (été)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Tab. 2 – Apports par ensoleillement sur des vitrages simples en W/m2 (latitude 50° nord, 24 août) Heures solaires Orientations 6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

N

27

27

35

41

45

49

49

49

45

41

35

27

27

NE

266

328

244

108

45

49

49

49

45

41

35

27

13

E

328

508

553

493

342

158

49

49

45

41

35

27

13

SE

185

389

504

549

535

462

311

139

45

41

35

27

13

S

13

31

125

256

367

455

483

455

367

265

125

31

13

SO

13

27

35

41

45

139

311

462

535

549

504

389

185

O

13

27

35

41

45

49

49

158

342

493

553

509

328

NO

13

27

35

41

45

49

49

49

45

108

244

328

266

Horizontale

45

160

311

458

559

626

647

626

559

459

311

160

45

Heures légales (été)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Tab. 3 – Apports par ensoleillement sur des vitrages simples en W/m2 (latitude 40° nord, 23 juillet) Heures solaires Orientations 6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

N

84

49

41

45

49

49

49

49

49

45

41

49

84

NE

370

444

367

231

90

49

49

49

49

45

41

35

17

E

413

563

574

504

342

150

49

49

49

45

41

35

17

SE

188

336

416

438

385

287

146

51

49

45

41

35

17

S

17

35

45

90

154

192

241

220

154

90

45

35

17

SO

17

35

41

45

49

52

146

287

385

438

416

336

188

O

17

35

41

45

49

49

49

157

353

508

567

514

293

NO

17

35

41

45

49

49

49

49

90

231

367

444

370

Horizontale

84

256

440

598

710

788

815

788

710

598

440

256

84

Heures légales (été)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＱ

TBA2725 - 3

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＲＵ

LES BILANS THERMIQUES D’ÉTÉ ET D’HIVER Tab. 4 – Apports par ensoleillement sur des vitrages simples en W/m2 (latitude 40° nord, 24 août) Heures solaires Orientations

Ｑ

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

N

24

27

37

45

49

49

49

49

49

45

37

27

24

NE

238

356

287

160

55

49

49

49

49

45

37

27

10

E

293

514

567

508

353

158

49

49

49

45

37

27

10

SE

168

367

483

512

487

375

231

85

49

45

37

27

10

S

10

27

84

178

311

340

356

340

311

178

84

27

10

SO

10

27

37

45

49

86

231

375

487

511

483

367

168

O

10

27

37

45

49

49

49

157

353

508

567

514

293

NO

10

27

37

45

49

49

49

49

55

160

287

356

238

Horizontale

31

164

350

524

647

718

749

718

647

524

350

164

31

Heures légales (été)

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

• assurer une bonne transmission lumineuse vers le local (notion de transmission lumineuse : coefficient T).

Exemple Quel est l’apport par ensoleillement d’un vitrage simple, exposé au sud-ouest, au mois d’août sous une latitude de 50° à 13 heures solaires ?

Il est parfois difficile d’allier simultanément ces trois points pour une optimisation maximale de la protection solaire. Par exemple un facteur solaire du vitrage très bas est souvent incompatible avec une bonne transmission lumineuse ; il ne faut pas compenser une mauvaise transmission de la lumière naturelle par un éclairage artificiel. Par ailleurs, un facteur solaire très bas, s’il est bénéfique en été, réduit en hiver l’effet d’un chauffage gratuit pour les locaux exposés.

Le tableau 2 donne 462 W par mètre carré de vitrage. Fonction des vitrages – Les vitrages ont une triple fonction : • réduire les apports solaires (notion de facteur solaire Fs) ;

Le tableau 5 ci-après donne les caractéristiques de quelques vitrages (simple et double) de Saint-Gobain Glass.

• diminuer au maximum les échanges thermiques entre l’intérieur des locaux et l’extérieur (notion de coefficient de transmission par conduction : coefficient U) ;

Tab. 5 – Quelques caractéristiques des vitrages Saint-Gobain Glass Quelques caractéristiques des vitrages Saint-Gobain Glass

Appellation vitrage1)

Aspect1)

Épaisseur (mm)

Fs1) (%)

C2) (%)

U1) (W/m2,K)

Transmission lumineuse (%)

Glace claire SV

Planilux

2à4

0,88 à 0,85

1

5,9 à 5,8

90

Argent

6

0,67

0,76

5,7

67

Havane

6

0,41 à 0,45

0,47 à 0,51

5,7

24

Argent

6

0,18 à 0,28

0,20 à 0,32

4,4 à 4,8

20 à 8

Bleu pastel

6

0,27 à 0,57

0,30 à 0,65

4,9 à 5,7

50 à 14

Bronze

6

0,61

0,69

5,7

49

Vert

6

0,57

0,65

5,7

73

Argent

6 + 12 + 6

0,59

0,67

2,8

61

Havane

6 + 12 + 6

0,32 à 0,34

0,36 à 0,39

2,8

22

Argent

6 + 12 + 6

0,12 à 0,2

0,14 à 0,23

2,3 à 2,6

18 à 7

Bleu pastel

6 + 12 + 6

0,19 à 0,47

0,21 à 0,53

2,5 à 2,8

45 à 13

Antélio SV

Cool-lite SV

Parsol SV

Planilux + Antélio DV Planilux + Cool Lite DV

TBA2725 - 4

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＲ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＲＵ

LES BILANS THERMIQUES D’ÉTÉ ET D’HIVER (Suite)

Quelques caractéristiques des vitrages Saint-Gobain Glass

Appellation vitrage1)

Aspect1)

Épaisseur (mm)

Fs1) (%)

C2) (%)

U1) (W/m2,K)

Transmission lumineuse (%)

Eko Plus + Antelio DV

Havane

6 + 12 + 6

0,27 à 0,29

0,30 à 0,33

1,9 (air) 1,5 (argon)

19

Eko Plus + Cool Lite DV

Argent

6 + 12 + 6

0,1

0,12

1,9 (air) 1,4 (argon)

6

Planitherm Futur + Cool Lite DV

Bronze

6 + 12 + 6

0,11 à 0,18

0,12 à 0,2

1,6 (air) 1,1 (argon)

15 à 7

Starélio + Planitherm Futur DV

Neutre

6 + 12 + 6

0,33

0,38

1,6 (air) 1,2 (argon)

45

Cool Lite SKN 165 + Planilux

Neutre

6 + 15 + 6

0,32

0,36

1,6 (air) 1,1 (argon)

60

Ｑ

SV : Simple vitrage. DV : Double vitrage. 1) Éléments extraits du Mémento 2000 Saint-Gobain. 2) Coefficient de correction C à appliquer sur les apports vitrage simple des tableaux 1 à 4.

Exemple

Tab. 6 – Protections solaires par stores (quelques exemples)

Quel est l’apport par ensoleillement d’un vitrage Saint-Gobain « Planilux + Antélio » DV, de couleur argent, exposé au SE, au mois de juillet sous une latitude de 40° à 10 heures solaires ?

Intérieur

Extérieur

(Fs)

(Fs)

Gris

0,67

0,16

Blanc

0,37

0,25

Bronze

0,73

0,19

Sable

0,53

0,20

Gris-blanc

0,54

0,16

Anthracite

0,73

0,16

Gris-vert

0,63

0,16

Stores vénitiens à lames minces

0,56

0,14

Protections solaires1)

À 10 h, en juillet, le vitrage simple donne un apport de 385 W/m2 (cf. Tab. 3).

Stores genre Sunscreen

Le facteur solaire corrigé (C) dans le tableau 5 pour un vitrage Saint-Gobain tel que précisé ci-avant indique 0,67. L’apport résultant est de 385 × 0,67 = 258 W/m2 environ. La protection solaire par des éléments mobiles : les stores – Les vitrages sont fréquemment complétés par une protection solaire complémentaire telle que des stores (cf. Tab. 6), soit à fonctionnement manuel par l’usager, soit à fonctionnement automatisé. La position du store sur la paroi vitrée est importante : • un store intérieur absorbe la chaleur et la diffuse dans le local climatisé, une partie est réfléchie et emmagasinée par la vitre ; • un store extérieur est plus efficace que le précédent sachant que la chaleur est réfléchie avant pénétration dans le local et que la chaleur absorbée est dissipée dans l’air extérieur.

1) Protections par rapport à un vitrage ordinaire simple de 3 mm environ.

Exemple

1)Protections par rapport à un vitrage ordinaire simple de 3 mm environ.

Quel est l’apport par ensoleillement d’un vitrage simple équipé d’un store intérieur vénitien à lames, exposition au S, en juillet, sous une latitude nord de 50°, à 14 heures solaires ?

La protection solaire par des éléments fixes : saillies, auvents, bâtiments voisins – Selon l’importance et la situation de ces éléments, les surfaces vitrées correspondant à la façade considérée conduisent à avoir des surfaces de vitrage à l’ombre en fonction de l’heure et du mois (position du soleil définie par sa hauteur et son azimut). Dans ce cas, la surface ombrée ne reçoit plus que du flux diffus (cf. Fig. 2 et 3).

Le tableau 1 donne en juillet 50° N, au sud à 14 h un apport de 280 W/m2. Concernant le facteur solaire du store, le tableau 6 indique : 0,56.

Le tableau 7 donne les valeurs de la hauteur du soleil et son azimut pour les latitudes 40 et 50° nord et pour les mois de juillet et août.

L’apport sera 280 × 0,56 = 157 W/m2 environ.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＳ

TBA2725 - 5

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＲＵ

LES BILANS THERMIQUES D’ÉTÉ ET D’HIVER Tab. 7 – Hauteur et azimut solaire, latitude nord (extrait du « Manuel Carrier 1re partie : bilan thermique », doc. Sté Carrier) Heures solaires

Ｑ

Latitude 40°

Juillet

Latitude 40°

Août

Latitude 50°

Juillet

Latitude 50°

Août

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Hauteur

13

24

35

47

57

66

70

66

57

47

35

24

13

Azimut

74

83

93

104

118

143

180

217

242

256

267

277

286

Hauteur

7

19

30

41

51

58

61

58

51

41

30

19

7

Azimut

81

91

102

113

129

151

180

209

231

247

258

269

272

Hauteur

15

25

34

44

52

58

60

58

52

44

34

25

15

Azimut

77

88

100

114

131

152

180

208

229

246

260

272

283

Hauteur

9

18

28

37

44

49

51

49

44

37

28

18

9

Azimut

81

94

106

120

137

157

180

203

223

240

254

266

277

On peut évaluer la surface ombrée par le dessin (rapporteur) à partir des valeurs d’angle indiquées.

Latitude 50° nord en juillet : déterminer la zone ombrée d’une menuiserie extérieure munie d’un auvent à 15 heures solaires (cf. Fig. 3). À 15 h, la hauteur du soleil est de 44° (cf. Fig. 4).

Fig. 2 : Coordonnées du soleil (© ETI).

TBA2725 - 6

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＴ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＳＵ

Dimensionnement des installations de climatisation TBA2735 - 2

1.

Le calcul des batteries de chauffage et de réfrigération.............

2.

Calcul des réseaux de distribution de gaines d’air........................

—

2.1

Calcul d’une section de gaine ....................................................................

—

7

2.2

Calcul d’un réseau de gaine .......................................................................

—

11

2.3

Échauffements et pertes thermiques ........................................................ I – Gaines d’air............................................................................................. II – Couple moto-ventilateur.......................................................................

— — —

22 22 22

3.

Détermination d’un ventilateur et de ses caractéristiques.........

—

23

4.

Calcul des tuyauteries d’eau chaude et d’eau glacée...................

—

25

4.1

Calcul d’un débit d’eau dans une tuyauterie ............................................

—

25

4.2

Calcul des réseaux de tuyauteries et de la hauteur manométrique de la pompe....................................................................... I – Section des tuyaux................................................................................. II – Caractéristique d’un réseau .................................................................

— — —

26 26 28

6

ans une installation de traitement d’air, la température de chauffage ou celle de climatisation est assurée par une batterie soit à eau chaude, à eau glacée, électrique ou à vapeur. Les paramètres nécessaires à la définition de cette batterie sont multiples et diffèrent selon la fonction attendue, chauffage ou réfrigération. Les volumes d’air neuf de renouvellement réglementaires restent néanmoins le critère commun aux deux installations, pour le calcul de la puissance. Selon la technologie retenue, les éléments à associer à cette batterie sont des réseaux de distribution d’air ou des canalisations d’eau chaude ou froide. Les méthodes pour déterminer caractéristiques techniques et sections de gaine d’air sont de deux types, par le calcul ou par des diagrammes. Les pertes de charge, linéaires et accidentelles, réduites au maximum par l’utilisation de profils aérodynamiques, sont à ajouter à celles en provenance des équipements et des appareils. De même, le calcul des tuyauteries est établi en fonction des vitesses admises dans le réseau, ainsi que les pertes de charge de pression et les pertes de charge linéaires, essentiellement dues ici à la viscosité du fluide et la rugosité des parois.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｭ｡ｲｳ＠ＲＰＰＸ

D

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＵ

TBA2735 - 1

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＳＵ

DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION

1

Ｑ

Le calcul des batteries de chauffage et de réfrigération Calcul d’une batterie de chauffage – L’élément chauffant est soit l’électricité, soit l’eau chaude, soit la vapeur.

• Q1 = puissance de réfrigération en W ; • D = débit d’air massique en kg/h ; • Qext – Qint = différence d’enthalpie en W/kg.

La puissance d’une batterie de chauffage est déterminée en prenant en considération tout ou partie des points suivants :

2/ Les charges thermiques du local Q2 regroupant : apports solaires et internes (cf. TBA 2725).

1/ L’air neuf : air neuf réglementaire, air neuf d’infiltration, air neuf de compensation. Cet air est chauffé depuis la température extérieure de base jusqu’à la température intérieure fixée dans le (ou les) local(aux) à partir de la formule suivante : Q1 = 0,34 . D . ∆t Avec : • Q1 = puissance de chauffage en W ; • 0,34 = chaleur spécifique en W/m3.K ; • D = débit d’air en m3/h ; • ∆t = écart de température entre températures extérieure et intérieure en K. Le chauffage se fait à humidité absolue ou teneur en vapeur d’eau constante (w = cte).

3/ Le réchauffage de l’air dû à la puissance motrice du ventilateur Q3 (ensemble ventilateur/moteur dans le flux d’air). Cette puissance est obtenue à partir de la formule : Pabs =

Hm . D 1 000 η

Avec : • Pabs = puissance absorbée en kW ; • Hm = pression totale en Pa ; • η = rendement ventilateur/moteur ; • D = débit d’air en m3/s. 4/ La puissance totale Q de la batterie de réfrigération est la somme de Q = Q1 + Q2 + Q3 ou Q1 + Q3 ou Q2 + Q3. À cette puissance, on ajoute habituellement une surpuissance de 10 %.

2/ Les déperditions calorifiques Q2 par transmissions du (ou des) local(aux) : elles sont calculées à partir des règles de calcul énoncées dans les chapitres précédents. 3/ La puissance de chauffage Q3 résultant d’un système d’humidification éventuel par eau. La formule est la suivante : Q3 = 0,7 . (w1 – w2) . D Avec : • Q3 = puissance de chauffage due à l’humidification en W ; • 0,7 = chaleur latente de vaporisation en W/g ; • w1 et w2 = humidités absolues, différence sortie/entrée de l’humidificateur en g/h. Entrée correspondant généralement à l’air extérieur, sortie correspondant aux conditions d’ambiance à maintenir dans le local ; • D = débit d’air en kg/h.

Remarque Lorsque la batterie fonctionne « tout en air neuf » et qu’il y a déshumidification, le bilan prend en compte les conditions de sortie d’air de la batterie qui sont proches de la saturation (cf. Fig. 1). La détermination des batteries est réalisée par le fabricant sur les bases fixées par le bureau d’études (ou l’installateur) qui comprennent : • la puissance Q ;

4/ La puissance totale de la batterie est la somme de : Q = Q1 + Q2 + Q3 ou Q1 + Q2 ou Q1 seul. À cette puissance, il est habituel d’ajouter une majoration pour surpuissance de + 10 à + 15 %.

• les conditions d’entrée (t, HR) ;

Calcul d’une batterie de réfrigération – Le fluide primaire est soit de l’eau glacée (généralement une eau de 5 à 15 °C), soit un fluide frigorigène (détente directe).

Le fabricant, à partir de son logiciel, calcule avec précision la surface d’échange. Il inclut notamment les données physiques d’une partie d’air qui, au travers de la batterie, ne subit aucun changement. Il s’agit du « By Pass Factor » qui dépend des caractéristiques de la batterie et des conditions de fonctionnement envisagées.

• les conditions souhaitées de sortie (t, HR) ; • le régime de température d’eau.

La puissance d’une batterie de réfrigération est déterminée en prenant en considération : 1/ L’air neuf de renouvellement réglementaire, les infiltrations éventuelles, l’air neuf de compensation (par exemple pour un process). L’air est refroidi depuis les conditions extérieures de base (Text/ HR) jusqu’aux conditions d’ambiance fixées dans le local (Tint/ HR). La puissance de réfrigération est obtenue par la formule Q1 = D . (Qext – Qint). Avec :

TBA2735 - 2

L’application – Les figures 2 et 3 permettent de visualiser une sélection de caisson de traitement d’air par le fournisseur, en ce qui concerne plus particulièrement la batterie de réchauffage et la batterie de refroidissement (reproduit avec l’aimable autorisation de la société CIAT). La figure 1 permet de suivre l’évolution de l’air sur le diagramme de l’air humide.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＶ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＳＵ

DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION

Ｑ

Fig. 1 : Diagramme de l’air humide TRANE.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＷ

TBA2735 - 3

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＳＵ

DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION

Ｑ

Fig. 2 : Exemple de sélection d’un caisson de traitement d’air.

TBA2735 - 4

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＸ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＳＵ

DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION

Ｑ

Fig. 3 : Exemple de sélection d’un caisson de traitement d’air (suite).

• batterie de refroidissement : sur le diagramme, la différence d’enthalpie entre entrée d’air et sortie est de 57 – 38,5 = 18,5 kJ/kg d’air sec, soit une puissance de la batterie de :

Exemple Prenons un caisson de traitement d’air de débit 4 500 m /h, fonctionnant « tout air neuf » avec les caractéristiques suivantes : • batterie de chauffage, conditions d’entrée : température extérieure : – 7 °C, HR 90 % ; • température ambiante + 20 °C ; • déperditions calorifiques : 5 800 W ; • batterie de refroidissement, conditions d’entrée : température extérieure : + 30 °C, HR : 40 % ; • conditions d’ambiance à obtenir : température : + 25 °C, HR : 50 % ; • puissance de la batterie (apports + refroidissement de l’air neuf) : 27 000 W. Moteur et ventilateur dans le circuit d’air : puissance absorbée de 2 kW environ. Droite de soufflage Qs/Qt = 0,90. 3

18,5 4 500 ✕ = 27 200 W pour les 27 000 W annoncés (cf. Fig. 2). 3,6 0,85 Les conditions de sortie de la batterie sont : 14,3 °C / 96 % HR (fixés par le fabricant, selon la figure 2). En sortie de batterie, il y a lieu de tenir compte du réchauffage dû au moteur et à l’échauffement en gaine : • moteur :

2 000 = 1,36 °C ; 4 500 ✕ 0,34

• échauffement global moteur + gaine estimé à 2 °C, soit une température de soufflage voisine de 16 °C (cf. Fig. 1).

Justification des sélections : • batterie de chauffage : 4 500 × 0,34 × 20 – (– 7) + 5 800 = 47 110 W pour les 46 000 W annoncés ;

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＲＹ

TBA2735 - 5

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＳＵ

DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION

2

Ｑ

Calcul des réseaux de distribution de gaines d’air Critères de calcul – Le calcul des réseaux doit prendre en considération les points suivants :

• les niveaux de bruit vis-à-vis des locaux environnants et de leur destination ;

• les espaces disponibles : vide disponible à l’intérieur des fauxplafonds, trémies pour les liaisons verticales, avec les autres corps d’état (plomberie, électricité, etc.) ;

• la mise en œuvre des gaines : leur étanchéité, leur isolation thermique selon la température de l’air distribué ; • le coût d’investissement de pièces ou accessoires coûteux.

• les pertes de charges qui ont des incidences sur les coûts d’exploitation (consommations électriques) en soignant le profil aéraulique des réseaux (accidents de parcours...) ;

TBA2735 - 6

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＰ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＶＰ

La production de froid

1.

Groupes de réfrigération à compresseurs électriques ................. I – Les bases réglementaires ...................................................................... II – Composition des groupes de réfrigération ......................................... III – Le coefficient d’efficacité frigorifique (Ceff)........................................ IV – Système d’évacuation de la chaleur .................................................. V – Les éléments déterminants pour la réalisation d’une production de froid.........................................................................................................

TBA2760 - 2 — 2 — 2 — 3 — 3 —

10

2.

Groupes refroidisseurs d’eau à absorption......................................

—

12

3.

Production de froid à partir d’un réseau urbain............................. I – Présentation............................................................................................ II – Exemples de réseaux ............................................................................

— — —

14 14 14

4.

Le stockage de froid............................................................................... I – Présentation............................................................................................ II – Technique de stockage ......................................................................... III – Les installations de climatisation........................................................

— — — —

16 16 16 16

a production de froid est obtenue à partir de machines de réfrigération à compresseurs électriques, ou de machines dites à absorption, ou de réseaux urbains de distribution. Cet article est consacré à la présentation des avantages et des inconvénients de ces trois systèmes. Sont détaillés pour chacun d’entre eux les éléments essentiels qui les composent, les propriétés techniques qui déterminent leurs performances. Les groupes de réfrigération d’eau à condensation par air et par eau sont caractérisés par le calcul du coefficient d’efficacité frigorifique. Les groupes refroidisseurs d’eau à absorption utilisent le fait que l’eau à basse pression bout à une température plus basse. Ils utilisent de l’eau comme fluide frigorigène, et du bromure de lithium comme absorbant. Ensuite, stocker le froid ne manque pas d’intérêt : fonctionnement sous conditions tarifaires plus basses, apport de secours en cas de défaillance de machines de production, fonctionnement des systèmes refroidisseurs à charge constante. Les systèmes de stockage par glace possèdent une capacité jusqu’à dix fois plus importante que les systèmes par eau.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｪｵｩｮ＠ＲＰＰＸ

L

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＱ

TBA2760 - 1

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＶＰ

LA PRODUCTION DE FROID

1

Ｑ

Groupes de réfrigération à compresseurs électriques

I - LES

• Loi n° 2004-806 du 9 août 2004 : déclaration des aéroréfrigérants.

BASES RÉGLEMENTAIRES

• Installations soumises à déclaration (n° 361 Installations classées) : lorsque la puissance électrique absorbée est > 50 kW et < 500 kW. Au-delà, les installations sont soumises à autorisation.

Textes de référence – La réglementation concernant les groupes de réfrigération à compresseurs électriques est la suivante : • Décret n° 92-1271 du 7 décembre 1992 modifié relatif à certains fluides frigorigènes utilisés dans les équipements frigorifiques et climatiques.

• Établissements classés, rubrique 2921 (décret n° 2004-1331 du 1er décembre 2004) : installations de tours soumises soit à déclaration, soit à autorisation.

• Norme NF EN 378 de décembre 2000 : Systèmes de réfrigération et pompes à chaleur – Exigences de sécurité d’environnement.

II - COMPOSITION

• Circulaire du 26 juin 2003 : Prévention du risque lié aux légionelles dans les tours aéroréfrigérantes dans les établissements de santé.

DES GROUPES DE RÉFRIGÉRATION

Les éléments essentiels qui composent les groupes de réfrigération sont représentés sur la figure 1.

Fig. 1 : Principe d’une machine thermo-frigorifique (groupe refroidisseur et pompe à chaleur) (© ETI).

TBA2760 - 2

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＲ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＶＰ

LA PRODUCTION DE FROID

III - LE

La technologie des machines sera exposée en TBA 2780. Le compresseur – Les différents types de compresseurs sont les suivants :

COEFFICIENT D’EFFICACITÉ FRIGORIFIQUE

(CEFF)

Calcul du coefficient – Il est déterminé par la relation suivante :

• hermétique à pistons pour les faibles puissances (dès lors peu utilisés) ;

kWh froid fourni par le groupe (évaporateur) kWh électrique absorbé au compresseur

• semi-hermétique à pistons pour les moyennes puissances (< 500 kW froid, peu utilisé) ;

Ceff =

• « scroll » (deux spirales emboîtées l’une dans l’autre) pour les petites puissances (< 400 kW froid) ;

Le Ceff est de l’ordre de 4 pour les groupes à condensation par eau, et de l’ordre de 2,5 pour les groupes à condensation par air.

• à vis pour les moyennes et fortes puissances (200 à 1 500 kW froid) ;

Dans le cas de groupes à condensation par air, les kWh électriques doivent inclure à la fois le (ou les) compresseur(s) et le (ou les) ventilateur(s).

• centrifuge pour les fortes puissances (au-delà de 1 000 kW froid).

Voici quelques ratios d’approche :

Le compresseur assure le transfert du fluide (BP) au condenseur (HP).

• groupes refroidisseurs d’eau à condensation par air : il faut 1 kWh électrique pour 2,5 kWh froid fourni (compris ventilateurs) ;

L’évaporateur – L’évaporateur est l’échangeur qui a pour but de prélever à basse température de la chaleur au fluide (eau ou air) extérieur au circuit frigorifique pour permettre l’évaporation du fluide frigorigène. L’évaporateur produit du « froid ».

• groupes refroidisseurs d’eau à condensation par eau (cas de tours ouvertes, nappe...) : il faut 1 kWh électrique pour 4 kWh froid fournis. La puissance évacuée au condenseur est égale à 1,2 à 1,25 fois la puissance fournie à l’évaporateur.

Le condenseur – Le condenseur a pour rôle d’évacuer la chaleur absorbée à l’évaporateur et au compresseur par le fluide frigorigène. Le fluide secondaire est soit de l’eau soit de l’air. Le condenseur produit du « chaud ».

Remarque Lorsque la température de sortie d’eau glacée augmente de 1 °C, le coefficient Ceff augmente de 2 % environ (intérêt de sélectionner si possible des machines avec des températures de sortie d’eau le plus haut possible). Lorsque la température de condensation augmente, la puissance absorbée augmente : par 1 °C d’élévation de la température de condensation, la puissance absorbée augmente de 1,5 à 1,7 % environ (groupe à condensation par eau, avec une sortie d’eau glacée de + 7 °C).

Le détendeur – Le détendeur a pour rôle de faire chuter la pression du fluide haute pression (HP) à l’état liquide pour l’amener à basse pression (BP) avec vaporisation partielle. Le fluide frigorigène – Les fluides utilisés sont : • le R 22 qui est un HCFC (hydrochlorofluorocarbone) dont l’utilisation sera interdite à compter du 1er janvier 2015 ; • les HFC (hydrofluorocarbones), inoffensifs vis-à-vis de la couche d’ozone mais participent à l’effet de serre (cf. Tab. 1).

IV - SYSTÈME D’ÉVACUATION

Tab. 1 – Fluides frigorigènes Fluides

Composants

Deux principes existent :

Utilisation générale

R134 a

Fluide pur

Groupes de grande puissance Au-delà de 500 kW à 5 300 kW froid (vis et centrifuges)

R404 A

Mélange : R125 + 143 a + 134 a

Agroalimentaire, froid commercial

R407 C

Mélange : R32 + R125 + 134 a

Groupes de 5 à 600 kW froid (scroll, vis, pistons)

R410 A

Mélange : R32 + R125

Climatiseurs résidentiels et tertiaires 35 à 700 kW froid (scroll)

• par air ; • par eau. Groupes de réfrigération d’eau à condensation par air – Généralement, les groupes sont compacts, autonomes, livrés d’usine en ordre de marche ; dans certains cas, les groupes sont scindés en deux parties avec le condenseur à air à distance et tuyauteries de liaison de fluide frigorigène (installations de forte puissance dans certains pays « chauds » où l’eau est rare). L’air de refroidissement est mis en mouvement à l’aide de ventilateurs (hélicoïdes ou centrifuges). Le refroidissement est un « refroidissement sensible » et le choix de la température extérieure de sélection « été » est déterminant. Il est d’usage de retenir une température de sélection de 4 à 5 K au-dessus de la température de base. Par exemple pour l’Île-de-France, la température de base « été » étant de + 30 °C, on retiendra + 35 °C.

D’autres fluides sont rarement utilisés dans la climatisation (cf.Tab. 2). Tab. 2 – Autres fluides Fluides

Composants

Utilisation générale

R717

Fluide pur Ammoniac (NH3)

Réglementation sévère en France : toxicité, inflammabilité Utilisé dans l'industrie

R744

Fluide pur CO2

Utilisé dans l'industrie

DE LA CHALEUR

Il est souhaitable de prévoir deux circuits indépendants avec compresseurs dès les puissances moyennes (à partir d’environ 100 kW froid) afin de garantir en cas de panne d’un circuit un fonctionnement à 50 % de la capacité des groupes. Les températures de sortie d’eau glacée sont de + 5 °C minimum.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＳ

TBA2760 - 3

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＶＰ

LA PRODUCTION DE FROID

Ｑ

Dans le cas d’appareils fonctionnant en hiver et demi-saison il peut être fait appel à des groupes fonctionnant en « free cooling » (froid gratuit) ; jusqu’à une température extérieure donnée, les compresseurs sont à l’arrêt, on utilise exclusivement le refroidissement par air sur une batterie dans laquelle circule l’eau glacée. Les températures extérieures augmentant, les compresseurs sont remis progressivement en service.

• par aéroréfrigérant sec (dry-cooler) ;

Avantages et inconvénients – Les avantages et inconvénients des groupes à condensation par air sont résumés dans le tableau suivant (cf. Tab. 3).

Avantages et inconvénients – Les avantages et inconvénients des groupes de réfrigération de liquide à condensation par eau sont résumés dans le tableau suivant (cf. Tab. 4).

• par aéroréfrigérant humide ; • par tour fermée ; • par tour hybride ouverte ou fermée.

Tab. 3 – Avantages et inconvénients des groupes à condensation par air

Tab. 4 – Avantages et inconvénients des groupes de réfrigération de liquide à condensation par eau

Avantages

Inconvénients

Avantages

Inconvénients

• Appareils compacts livrés en ordre de marche (maintenance simplifiée) • Puissances étendues de 5 à 1 200 kW froid • Incorporation possible de pompes de circulation d'eau glacée, expansion... • Possibilités de fonctionnement (hiver et 1/2 saison) en « free cooling » • Pas de consommation d'eau • Pas de problème de légionelles • Encrassement extérieur limité du circuit de condensation • Réversibilité possible en pompe à chaleur • Coût d'investissement plus réduit qu'un groupe à condensation par eau

• Appareils bruyants, attention vis-à-vis de l'environnement • Ceff moins intéressant que les groupes à condensation par eau (de l'ordre de 2,5 au lieu de 4) • Poids et encombrement importants • Appareils implantés à l'extérieur généralement, donc soumis aux intempéries • Attention à l'implantation pour éviter les incidences de recyclage éventuel d'air (faible pression dynamique au refoulement avec des ventilateurs hélicoïdes)

• Bon Ceff (eau de nappe, aéroréfrigérants humides) • Récupération de chaleur intéressante sur puits, nappe... • Large gamme de puissance de 5 à 5 000 kW froid et au-delà • Groupes situés en local technique, facilite la maintenance • De nombreuses possibilités d'évacuation de chaleur • Coût d'investissement (groupe + évacuation de chaleur) plus élevé qu'un groupe à condensation par air

• Consommation d'eau (aéroréfrigérants humides) • Traitement d'eau • Installations décentralisées entre groupe et système d'évacuation de chaleur • Risque de pollution du circuit condenseur selon le système d'évacuation de chaleur choisi • Risque de légionelle avec aéroréfrigérants humides

Les avantages et les inconvénients des différents systèmes d’évacuation de chaleur sont représentés sur les figures 2 à 12 et le tableau 5.

Groupes de réfrigération de liquides à condensation par eau – Ils comprennent le (ou les) compresseur(s), l’évaporateur, le condenseur et le circuit de fluide frigorigène avec détendeur. La température de sortie d’eau glacée est de + 5 °C minimum et peut être selon la demande du projet de + 6, + 7 °C, etc. Il est souhaitable, comme pour les groupes à condensation par air, de prévoir deux circuits indépendants avec compresseurs dès les puissances moyennes (à partir d’environ 100 kW froid). Les groupes refroidisseurs d’eau nécessitent un système extérieur pour l’évacuation de la chaleur avec tuyauteries de liaisons ; il existe plusieurs solutions de refroidissement des condenseurs : • par puits ou nappe ; • par eau de rivière ou de mer ; Fig. 2 : Systèmes d’évacuation de chaleur de condenseurs de groupe de refroidisseurs d’eau – Autoréfrigérant ouvert ou tour ouverte (© ETI).

• par le sol ;

TBA2760 - 4

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＴ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＶＵ

Les réseaux de distribution d’eau glacée 1.

L’interface entre réseaux ......................................................................

2.

Les organes de régulation au niveau des équipements terminaux...................................................................................................

—

4

Les dispositions particulières sur les réseaux ................................

—

6

3.

TBA2765 - 2

a maîtrise des performances d’un réseau de distribution d’eau glacée impose un minimum d’interférences entre les réseaux primaires et secondaires, il en va du bon fonctionnement des pompes. Dans cet objectif, la solution des boucles de décharge ou de l’échangeur est souvent retenue. Du nombre de vannes de régulation, à deux ou à trois voies, dépend également la bonne tenue des caractéristiques techniques du réseau, à savoir la valeur et la variabilité du débit. Ces réseaux de distribution d’eau glacée doivent bien sûr respecter les dispositions réglementaires en vigueur, elles portent essentiellement sur un calorifugeage adapté des canalisations, la pose de compteurs de consommation, le choix de pompes à débit variable afin d’absorber les pics d’appels de puissance. L’installation d’appareils de mesure (thermomètre, manomètre) permettant le suivi du fonctionnement du réseau est fortement conseillée.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｪｵｩｮ＠ＲＰＰＸ

L

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＵ

TBA2765 - 1

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＶＵ

LES RÉSEAUX DE DISTRIBUTION D'EAU GLACÉE

Ｑ 1

L’interface entre réseaux Dispositif – Sur un circuit donné, il est impératif que les réseaux secondaires avec leurs pompes ne subissent pas l’influence du réseau primaire qui lui-même est muni de ses propres pompes ; à cet effet, on a recours aux dispositions suivantes (cf. Fig. 1) :

• soit par bouteille de découplage (ou bouteille casse-pression), la vitesse dans la bouteille devant être 0,10 m/s (cf. Fig. 1b) ; • soit par boucle de décharge (cf. Fig. 1a), les piquages sont très proches l’un de l’autre (environ 0,30 à 0,50 mètre), le p entre ces deux points étant négligeable ; • soit par l’intermédiaire d’un échangeur (cf. Fig. 1c).

TBA2765 - 2

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I.

ＳＶ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＷＰ

Systèmes de climatisation Ｑ

par André BERGNER Ingénieur ITP, IAE Poitiers

1. 1.1 1.2 1.3 1.4

Généralités ............................................................................................ Conditionnement de l’air et climatisation............................................. Calcul du bilan thermique ...................................................................... Pompes à chaleur mises en œuvre pour la climatisation.................... Centrale de traitement de l’air indispensable pour le conditionnement ........................................................................

2. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3.

TBA 2 770v2 - 2 — 2 — 2 — 3 —

7

Différents systèmes de climatisation............................................ Systèmes à détente directe .................................................................... Systèmes « air-air » ................................................................................ Systèmes « tout-eau » ............................................................................ Systèmes de pompes à chaleur sur boucle d’eau................................ Roof-Top .................................................................................................. Système MTA des établissements Carrier............................................

— — — — — — —

7 7 8 8 8 9 9

3.1 3.2

Pompes à chaleur réversibles avec terminal alimenté en eau froide ou chaude.................................................................... Pompes à chaleur (production).............................................................. Terminaux................................................................................................

— — —

4.

Centrales de traitement de l’air ......................................................

—

11

5. 5.1 5.2

Climatisation solaire .......................................................................... Principes de fonctionnement d’une solution solaire ........................... Exemple de climatisation solaire réversible avec la société Helioclim ........................................................................

— —

11 11

—

13

6. 6.1 6.2

VMC (ventilation mécanique contrôlée) ....................................... VMC simple flux ...................................................................................... VMC double flux......................................................................................

— — —

13 13 14

7.

Puits canadien......................................................................................

—

15

8.

Conclusion.............................................................................................

—

16

9.

Acronymes ............................................................................................

—

16

10. Glossaire ................................................................................................

—

17

10 10 10

Pour en savoir plus ...................................................................................... Doc. TBA 2 770v2

es systèmes de climatisation permettent d’assurer le confort en été et en hiver en modifiant la température de l’air ambiant en fonction des saisons par le chauffage ou le refroidissement des habitations, bureaux, commerces, ateliers, etc. Le confort thermique, c’est la satisfaction d’un individu vis-à-vis des conditions climatiques de son environnement. On parle de confort thermique lorsque la personne ne souhaite avoir ni plus chaud, ni plus froid. Il est important que les locaux traités soient parfaitement étanches et correctement isolés, ce qui imposera de prévoir très souvent une ventilation mécanique contrôlée.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｳ･ｰｴ･ｭ｢ｲ･＠ＲＰＱＷ

L

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＳＷ

TBA 2 770v2 – 1

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＷＰ SYSTÈMES DE CLIMATISATION _______________________________________________________________________________________________________

Dans cet article, c’est essentiellement la climatisation qui sera traitée, et pas le conditionnement de l’air. D’autre part, il ne sera pas donné d’indications sur les crédits d’impôts, car les conditions évoluent et évolueront ; les informations données risqueraient d’être erronées. Il est nécessaire de se renseigner au moment des travaux.

Ｑ 1. Généralités

Résumé de la norme NF EN ISO 7730 de mars 2006

1.1 Conditionnement de l’air et climatisation

Cette norme présente des méthodes de prévision de la sensation thermique générale et du degré d’inconfort (insatisfaction thermique) général des personnes exposées à des ambiances thermiques modérées. Elle permet de déterminer analytiquement et d’interpréter le confort thermique par le calcul des indices PMV et PPD et par des critères de confort thermique local, donnant les conditions des ambiances thermiques considérées acceptables du point de vue du confort thermique général et les conditions représentant les inconforts locaux. Elle est applicable aux hommes et aux femmes en bonne santé, exposés à des ambiances intérieures où le confort thermique est recherché, mais où des écarts modérés dudit confort thermique peuvent se produire, pour concevoir de nouvelles ambiances ou pour évaluer les ambiances existantes. Spécifiquement développée pour les environnements de travail, elle peut cependant être appliquée à d’autres types d’environnement. Elle est censée être utilisée avec une référence à l’ISO/TS 14415:2005, 4.2, eu égard aux personnes ayant des exigences particulières, dont les personnes physiquement handicapées. Il s’avère également nécessaire de prendre en compte les différences ethniques, nationales et géographiques lorsque l’on considère les espaces non climatisés. L’indice PMV (Predicted Mean Vote ) prédit la valeur moyenne des votes d’un grand groupe de personnes sur l’échelle de sensation thermique aux sept points suivants : – + 3 très chaud ; – + 2 chaud ; – + 1 légèrement chaud ; – 0 ni chaud, ni froid ; – – 1 légèrement froid ; – – 2 froid ; – – 3 très froid. L’indice PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied ) prédit quantitativement le pourcentage de personnes insatisfaites, car trouvant l’ambiance thermique trop chaude ou trop froide et qui voteraient – 3, – 2, + 2, + 3.

1.1.1 Conditionnement Le conditionnement est la technique qui consiste à intervenir sur les conditions climatiques d’un local en modifiant la température, l’humidité, le niveau des poussières en fonction des besoins (locaux techniques tels que ceux utilisés dans l’industrie de précision, les laboratoires, les hôpitaux, les salles informatiques, etc.). Dans cet article, le conditionnement de l’air ne sera pas traité.

1.1.2 Climatisation La climatisation assure le confort d’été et d’hiver des habitations, des bureaux, des commerces, des ateliers, en modifiant la température de l’air. Les courants d’air froids ou chauds sont souvent associés à la climatisation ; cela peut être dû à une mauvaise implantation du climatiseur ou à une diffusion trop brutale de l’air soufflé. En général, il est possible de régler sur plusieurs niveaux la puissance de soufflage. L’emplacement de l’unité intérieure est très important pour éviter que les occupants soient agressés par les courants d’air. La température intérieure en été ne doit pas être inférieure de plus de 5 à 6 °C par rapport à la température extérieure. Suivant le type de climatisation, les locaux étant obligatoirement étanches, l’air n’est pas renouvelé ; ces locaux, dans ce cas, doivent être équipés d’une ventilation mécanique contrôlée. Le confort thermique est subjectif et dépend des perceptions individuelles. Il est influencé par l’activité physique, l’habillement et les fluctuations des caractéristiques de l’ambiance thermique (température de l’air, de rayonnement, de contacts, humidité et vitesse de l’air). Il est traité par la norme NF EN ISO 7730 de mars 2006 – Ergonomie des ambiances thermiques – Détermination analytique et interprétation du confort thermique par le calcul des indices PMV et PPD et par des critères de confort thermique local.

d’autant plus important que les techniques de la climatisation risquent d’évoluer rapidement avec la réglementation thermique, et en particulier avec la RT2020.

1.1.3 Assurance décennale

1.2 Calcul du bilan thermique

Dans un arrêt daté du 24 septembre 2014, la cour de cassation (C. cass, civ, 3e, 24 septembre 2014 n° 13-19615) est venue préciser qu’un système de climatisation par pompe à chaleur constitue un ouvrage au sens des articles 1792 et suivants du Code civil, de sorte que la garantie décennale doit pouvoir s’appliquer (voir l’analyse effectuée par Maître Aurélien Boudeweel, avocat : www.green-law-avocat.fr/tag/decennale/). Cette information est importante et l’installateur devra justifier de la validité de son assurance au moment des travaux.

Le calcul du bilan thermique de la climatisation permet de déterminer la puissance de l’installation en été et en hiver en fonction principalement de deux critères : 1) les apports internes (occupants, éclairage, appareils ménagers) qui sont relativement constants suivant les périodes de la journée ; il est important d’en tenir compte en été ; 2) les apports externes (ensoleillement et apports de chaleur ou de froid à travers les murs, les ouvertures comme les vitrages, la toiture, le plafond, les sols et le renouvellement de l’air) qui sont

Pour éviter les surprises, l’entreprise devra demander à son assurance une attestation portant la référence du chantier. C’est

TBA 2 770v2 – 2

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＳＸ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＷＰ ________________________________________________________________________________________________________ SYSTÈMES DE CLIMATISATION

l’état gazeux, le fluide frigorigène va transmettre l’énergie récupérée.

dépendants de l’isolation, de l’orientation des pièces et des variations de la température extérieure.

Une pompe à chaleur peut fonctionner dans les deux sens : elle produit du frais en été et de la chaleur en hiver.

Il devra être réalisé par un bureau d’études spécialisé.

En mode rafraîchissement, elle fonctionne en machine frigorifique.

1.3 Pompes à chaleur mises en œuvre pour la climatisation

Le fonctionnement Inverter (voir glossaire) est le complément indispensable pour améliorer encore les performances et le confort d’utilisation d’une pompe à chaleur en limitant les arrêts et les démarrages souvent sujets de litiges avec les voisins.

1.3.1 Principes de fonctionnement des pompes à chaleur Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique qui capte les calories présentes naturellement dans l’environnement (air, sol, eau) et, grâce à un compresseur, les porte à une température plus élevée qu’elle diffuse vers un autre dispositif.

La pression du fluide varie, ainsi que son état : il passe de l’état liquide à l’état gazeux en modifiant sa température. La pompe à chaleur comprend quatre pièces maîtresses (figures 1 et 2) qui permettent de faire circuler le fluide frigorigène à l’intérieur de la pompe à chaleur :

Cette transformation est rendue possible en utilisant un gaz : le fluide frigorigène. En passant successivement de l’état liquide à

1) l’évaporateur : en amont de l’évaporateur, le fluide a une pression basse et un état liquide, puis, à l’intérieur de celui-ci, il se

Vapeur basse pression

VANNE D’INVERSION DE CYCLE

Vapeur haute pression

CAPTEURS EXTÉRIEURS Source froide

ÉMETTEURS DANS L’HABITAT Source chaude ÉVAPORATEUR

CONDENSEUR

COMPRESSEUR

Liquide basse pression

Liquide haute pression

DÉTENDEUR

Figure 1 – Principe de la pompe à chaleur (© Aivia Energy)

Compresseur CAPTEURS extérieurs

ÉMETTEURS intérieurs

Vapeur haute pression

Vapeur basse pression Condenseur

Évaporateur Liquide haute pression Liquide basse pression

Détendeur

Radiateur

Plancher chauffant

Figure 2 – Système géothermique (© Sofath)

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés.

ＳＹ

TBA 2 770v2 – 3

Ｑ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＷＰ SYSTÈMES DE CLIMATISATION _______________________________________________________________________________________________________

Ｑ

charge en calories captées sur la source froide (air, sol, eau). C’est à ce moment que se produit une élévation de la température du fluide qui passe à l’état gazeux ; 2) le compresseur : le fluide frigorigène est aspiré par le compresseur puis comprimé sous haute pression. Cela se traduit par une augmentation de pression dans la pompe à chaleur qui procure une élévation de la température. À la sortie du compresseur, le fluide frigorigène est à l’état gazeux et à haute pression ; 3) le condenseur : quand le fluide arrive dans le condenseur, il est à l’état gazeux et à haute température. À cet instant, il entre en contact avec le circuit de la source chaude. Le gaz baisse en température et cède les calories transportées par condensation et retourne à l’état liquide ; 4) le détendeur : il crée un environnement sous basse pression. Lors de son retour dans l’évaporateur, le fluide est à nouveau prêt à capter les calories. Le détendeur a aussi pour fonction de réguler le débit du fluide frigorigène dans le circuit de la pompe à chaleur.

1.3.2 Différents types de pompes à chaleur ■ Pompe à chaleur air extérieur/eau (aérothermie) monobloc Elle peut être installée à l’extérieur ou dans un local semi-ouvert. Il faut bien choisir son emplacement car une pompe à chaleur est bruyante et si les voisins sont incommodés, ils peuvent obliger le propriétaire à la déplacer.

Figure 3 – Captage par forage profond avec pompe à chaleur eau glycolée/eau (© Sofath)

■ Pompe à chaleur eau/eau géothermique Elle fonctionne selon trois principaux systèmes de captage. 1) Captage par forage profond avec pompe à chaleur eau glycolée/eau (figure 3) : la pompe est installée dans un local technique avec un circuit de tubes (2 ou 4 tubes) en PEHD (polyéthylène haute intensité) disposés verticalement dans un forage dans lesquels circule de l’eau glycolée. 2) Captage horizontal enterré avec pompe à chaleur eau glycolée/eau ou fluide/eau (figure 4) : la pompe est installée dans un local technique avec un circuit de tubes (2 ou 4 tubes) en PEHD disposés horizontalement dans le sol (géothermie). Les pompes à chaleur sol/sol à détente directe prélèvent la chaleur dans le sol à l’aide de capteurs enterrés et le même fluide (eau glycolée) circule dans un échangeur. Il peut également circuler dans les canalisations du plancher chauffant ; la détente du fluide frigorifique est directement réalisée lors de son passage sous le plancher qui assure l’émission de chaleur. Ce système encore utilisé en rénovation ne l’est plus en installation neuve non pris en compte dans la RT2012. 3) Captage sur la nappe phréatique avec pompe à chaleur eau/eau sur nappe aquifère (figure 5) : cette pompe à chaleur fonctionne en puisant de l’eau dans une nappe souterraine, un puits ou une source (attention le débit de cette dernière doit être suffisant en permanence). Ce dernier système de captage, comme le captage profond, offre comme avantage de n’avoir aucune emprise sur le terrain comme les capteurs horizontaux. Le captage sur nappe présente par ailleurs le meilleur rendement actuel (coefficient de performance : 5,50) sur le marché de la géothermie. Les installations de pompes à chaleur sur nappe continuent à se développer car elles correspondent à des techniques de chauffage et de refroidissement particulièrement bien adaptées aux secteurs tertiaire et résidentiel. Par ailleurs, ces équipements sont susceptibles de devenir une alternative à la tour de refroidissement des installations de climatisation au titre de la prévention des risques sanitaires (légionellose). Le BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières) a été chargé d’une mission d’expertise pour produire des documents synthétiques, check-lists, fiches techniques d’aide à l’élaboration et à l’examen des dossiers. Le lecteur est invité à se renseigner auprès de la préfecture ou du BRGM, car en cas de puisage dans la nappe, le rejet doit se faire à une certaine distance du point de puisage.

TBA 2 770v2 – 4

Figure 4 – Captage horizontal enterré avec pompe à chaleur eau glycolée/eau ou fluide/eau (© Sofath)

■ Pompe à chaleur air/air Il existe plusieurs formes de pompes à chaleur air-air réversibles. La plus connue est le split mural. C’est un module que l’on place au mur ou au plafond qui peut être soit en monosplit ou en multisplit. Pour les logements comportant plusieurs pièces à climatiser, et pour éviter les multisplits, il existe un modèle de pompe à chaleur air-air réversible gainable, dont le module est placé dans les combles ou le faux plafond et raccordé à une pompe à chaleur. Chaque pièce est pourvue d’une grille de soufflage. Il existe également des modèles de climatisation gainable sans module extérieur.

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＴＰ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＰ

Les appareils de climatisation par

Ｑ

André  BERGNER Ingénieur ITP, IAE Poitiers

TBA 2 780 - 2 — 2 — 2 — 2 — 2 — 2 — 3

1. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

La réglementation....................................................................................... Offres de climatisation................................................................................ Fluides frigorigènes en climatisation ........................................................ Installations de climatisation en copropriété............................................ Bruit provoqué par les installations de climatisation .............................. Entretien....................................................................................................... Contrôles......................................................................................................

2. 2.1 2.2 2.3 2.4

Les appareils de climatisation destinés au rafraîchissement ou au chauffage........................................................................................... Appareils à détente directe ........................................................................ Système MTA des entreprises CARRIER................................................... Armoires de climatisation .......................................................................... CTA : centrales de traitement de l’air ........................................................

— — — — —

3 3 7 8 8

3.

Déterminer la puissance de l’installation – Bilan thermique ..................

—

10

4.

Conclusion ...................................................................................................

—

10

5.

Glossaire ......................................................................................................

—

10

Pour en savoir plus .............................................................................................. Doc. TBA 2 780

es appareils de climatisation permettent de créer un air ambiant dont la température, l’humidité et la pureté d’un local, pour des raisons de confort ou des raisons techniques, doivent être maîtrisés. La climatisation modifie : – en fonction des saisons, la température de l’air par le chauffage ou le refroidissement des habitations, bureaux, ateliers, locaux spécifiques, etc. ; – le degré d’hygrométrie de l’air traité par l’humidification ou la déshumidification ; – la pureté de l’air pour des locaux de fabrication de composants électroniques, blocs opératoires, laboratoires, salles informatiques, etc. Il est important que les locaux soient parfaitement étanches et correctement isolés.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠､￩｣･ｭ｢ｲ･＠ＲＰＱＷ

L

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＴＱ

TBA 2 780 – 1

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＰ

LES APPAREILS DE CLIMATISATION ____________________________________________________________________________________________________

Notice : l’arrêté met à jour la référence à la norme européenne EN 378 dont une version modifiée a été adoptée le 31 décembre 2016. Par ailleurs, la référence aux normes est reformulée afin de ne pas imposer le recours à des normes non gratuites. Ainsi, cet arrêté définit des objectifs essentiels et indique que le respect des normes mentionnées vaut présomption de conformité à ces objectifs essentiels.

1. La réglementation 1.1 Offres de climatisation ■ Règlement n° 1516/2007 de la Commission du 19 décembre 2007

Ｑ

■ Arrêté du 19 avril 2017 portant modification de l’arrêté du

Il définit, conformément au règlement (CE) n° 842/2006 du Parlement européen et du Conseil, les exigences types applicables au contrôle d’étanchéité pour les équipements fixes de réfrigération, de climatisation et de pompes à chaleur contenant certains gaz à effet de serre fluorés (texte du 19 décembre 2007, paru au Journal officiel de l’Union européenne le 20 décembre 2007).

29 février 2016 relatif à certains fluides frigorigènes et aux gaz à effet de serre fluorés

Publics concernés : ce sont les détenteurs d’équipements contenant des gaz à effet de serre fluorés. Objet : la limitation de la durée pendant laquelle un équipement peut être utilisé, dès lors qu’une fuite de gaz à effet de serre fluoré a été détectée.

■ Règlement (UE) n° 517/2014 du Parlement européen et du Conseil

du 16 avril 2014

Notice : l’arrêté procède à une mise à jour de référence normative et limite à 4 jours ouvrés la durée pendant laquelle un équipement fuyard qui n’a pas fait l’objet d’une réparation peut être utilisé. Lorsque l’équipement est composé de plusieurs circuits, seul le circuit fuyard ou la partie de circuit fuyarde doit être arrêté.

Il est relatif aux gaz à effet de serre fluorés et abroge le règlement (CE) n° 842/2006 (texte du 16 avril 2014, paru au Journal officiel de l’Union européenne le 20 mai 2014).

1.2 Fluides frigorigènes en climatisation 1.3 Installations de climatisation en copropriété

■ Décret n° 2015-1790 du 28 décembre 2015 relatif à certains fluides frigorigènes et aux gaz à effet de serre fluorés Publics concernés : ce sont les particuliers, les entreprises produisant, distribuant, vendant ou installant des équipements de climatisation, de réfrigération ou des pompes à chaleur utilisant des gaz à effet de serre fluorés comme fluide frigorigène ou manipulant de tels gaz.

La réglementation, lorsque qu’il s’agit de placer un élément à l’extérieur, requiert l’autorisation de l’assemblée générale des copropriétaires à la majorité. Cette procédure peut être longue et parfois aboutir à un refus. Il faut consulter le syndic et le règlement avant toute décision.

Objet : les dispositions relatives à l’utilisation de certains fluides frigorigènes.

Le principe reste celui selon lequel chaque copropriétaire est libre d’intervenir sur ses parties privatives.

Notice : les fluides frigorigènes utilisés dans les équipements de climatisation et de réfrigération ou pompes à chaleur sont de puissants gaz à effet de serre qui peuvent appauvrir la couche d’ozone. Leur usage est encadré par le droit de l’Union européenne, notamment les règlements n° 1005/2009 du 16 septembre 2009 et n° 517/2014 du 16 avril 2014. Le décret adapte le Code de l’environnement à leurs dispositions. Il encadre les conditions de vente des équipements dont la charge en fluide frigorigène est effectuée en usine, mais qui nécessitent de faire appel à une entreprise titulaire d’une certification réglementaire, appelée « attestation de capacité », pour effectuer leur assemblage. Sans modifier les filières de distribution des équipements, il permet d’assurer que seuls les professionnels autorisés prendront livraison de ces équipements ainsi que tout particulier ou entreprise démontrant qu’il respectera les obligations réglementaires applicables à l’assemblage de ces équipements. Il définit un programme progressif d’interdiction d’utilisation des différentes substances objet du règlement n° 1005/2009. Il fixe une obligation de se défaire de fluides frigorigènes de type chlorofluorocarbures faisant l’objet d’interdictions d’utilisation depuis plus de dix ans. Il crée enfin la base réglementaire pour pouvoir simplifier, par arrêté ministériel, les dispositions relatives à la fiche d’intervention, obligatoire pour toute manipulation de fluides frigorigènes.

1.4 Bruit provoqué par les installations de climatisation ■ Décret n° 2006-1099 du 31 août 2006 relatif à la lutte contre les

bruits de voisinage et modifiant le Code de la santé publique (dispositions réglementaires) Les nuisances sonores dues aux appareils de climatisation installés en extérieur entrent dans le champ d’application du décret n° 2006-1099 du 31 août 2006. Lors de l’installation d’une climatisation, en particulier les pompes à chaleur, il est important de choisir l’emplacement pour éviter de gêner le voisinage.

Les pompes à chaleur fonctionnant avec la technologie Inverter ont l’avantage de faire fonctionner les appareils en permanence en faisant varier la vitesse, ainsi que la puissance, ce qui évite les bruits engendrés par des démarrages fréquents. Une des solutions possibles serait de construire une clôture isolante autour des appareils de climatisation placés à l’extérieur tels que les pompes à chaleur.

Voir les articles R. 543-84 et R. 543-85 du Code de l’environnement.

1.5 Entretien Pour un appareil de climatisation utilisant l’air ambiant, les filtres doivent être nettoyés régulièrement afin d’éviter la prolifération de bactéries.

■ Arrêté du 16 mars 2017 modifiant l’arrêté du 29 février 2016 relatif à certains fluides frigorigènes et aux gaz à effet de serre fluorés

■ Décret n° 98-560 du 30 juin 1998 modifiant le décret n° 92-1271

du 7 décembre 1992 relatif à certains fluides frigorigènes utilisés dans les équipements frigorifiques et climatiques

Publics concernés : il s’agit des opérateurs réalisant les contrôles d’étanchéité sur les équipements contenant des gaz à effet de serre fluorés.

Les détenteurs d’équipements de réfrigération ou de climatisation mentionnés sont tenus de s’assurer du bon entretien de leurs équipements.

Objet : la mise à jour des références aux normes techniques.

TBA 2 780 – 2

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＴＲ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＰ

____________________________________________________________________________________________________ LES APPAREILS DE CLIMATISATION

La température intérieure en été ne doit pas être inférieure de plus de 5 à 6 °C par rapport à la température extérieure.

Ils doivent faire procéder par une entreprise remplissant les conditions prévues par ce décret, au moins une fois par an, ainsi que lors de la mise en service et lors de modifications importantes de leurs équipements, à un contrôle d’étanchéité des éléments assurant le confinement des fluides frigorigènes, en prenant toutes les mesures pour mettre fin aux fuites de fluides frigorigènes constatées.

2.1 Appareils à détente directe Le climatiseur à détente directe produit de l’air froid en prélevant de la chaleur dans l’air intérieur ; il le refroidit et peut le rejeter à l’extérieur. Le fluide frigorigène de la machine circule dans les échangeurs en contact avec l’air intérieur (évaporateur) et l’air extérieur (condenseur à air).

Ils tiennent à la disposition de l’Administration les pièces attestant que ce contrôle et les interventions nécessaires ont été réalisés. Ce texte envisage des amendes en cas de non-respect de la réglementation.

Sur l’évaporateur, le refroidissement de l’air amène la formation de condensats. Leur évacuation est nécessaire ; elle peut se faire par gravité lorsque l’évaporateur se trouve au-dessus d’un point d’évacuation. À défaut, certains climatiseurs sont équipés d’une minipompe de relevage permettant l’évacuation des condensats.

1.6 Contrôles Les systèmes de climatisation et les pompes à chaleur réversibles d’une puissance frigorifique nominale supérieure à 12 kilowatts doivent être inspectés.

Cette famille regroupe plusieurs appareils notamment les climatiseurs monoblocs, splits, windows…

■ Décret n° 2010-349 du 31 mars 2010 relatif à l’inspection des

2.1.1 Climatiseurs monoblocs

L’inspection est effectuée à l’initiative du propriétaire ou du syndicat de copropriété de l’immeuble. Elle doit être réalisée au moins une fois tous les cinq ans.

Le monobloc regroupe dans une même unité les équipements pour la détente (détendeur + évaporateur) et la compression (condenseur + compresseur), les calories extraites étant rejetées à l’extérieur (figure 1).

systèmes de climatisation et des pompes à chaleur réversibles

En cas de remplacement d’un système de climatisation ou d’une pompe à chaleur réversible ou d’installation d’un nouveau système de climatisation ou d’une nouvelle pompe à chaleur réversible, la première inspection doit être effectuée au plus tard au cours de l’année civile suivant le remplacement ou l’installation.

Il s’agit d’un simple refroidisseur d’air à détente directe. Ces appareils imposent de passer un tuyau par un orifice ou dans l’entrebâillement d’une fenêtre pour évacuer le flux de chaleur du condenseur. Ce sont des appareils à puissance frigorifique limitée. C’est une solution d’appoint.

L’inspection comporte l’inspection documentaire, l’évaluation, lors de l’inspection sur site, du rendement du système de climatisation et de son dimensionnement par rapport aux exigences en matière de refroidissement du bâtiment, ainsi que la fourniture des recommandations nécessaires portant sur le bon usage du système en place, les améliorations possibles de l’ensemble de l’installation, l’intérêt éventuel du remplacement de celui-ci et les autres solutions envisageables.

2.1.2 Climatiseurs splits ■ Split mobile Il est constitué de deux éléments : une unité placée dans la pièce et une unité placée à l’extérieur. Les deux sont reliées par une tuyauterie de petit diamètre qui peut être passée par un trou dans le mur. Les deux éléments ne sont pas fixes et

Elle donne lieu à la remise, par la personne ayant effectué l’inspection, d’un rapport dans un délai maximum d’un mois suivant sa visite au commanditaire de l’inspection mentionné. La meilleure solution est de souscrire à un contrat de maintenance. Le contrôle se déroule en trois étapes : – analyse documentaire ; – étude de performance énergétique simplifiée (neuf critères) ; – contrôle des équipements. Le contrôle doit être effectué, à l’initiative du propriétaire ou du syndicat de copropriété de l’immeuble, par un inspecteur certifié par un organisme accrédité.

2. Les appareils de climatisation destinés au rafraîchissement ou au chauffage Les courants d’air froids ou chauds sont souvent associés à la climatisation ; ceci peut être dû à une mauvaise implantation du climatiseur, ou à une diffusion trop brutale de l’air soufflé. L’emplacement de l’appareil de climatisation est très important pour éviter que les occupants soient agressés par les courants d’air. Les filtres doivent être nettoyés régulièrement.

Figure 1 – Climatiseur monobloc (source : Archiexpo)

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés.

ＴＳ

TBA 2 780 – 3

Ｑ

Ｑ

ＴＴ

Techniques du bâtiment : La climatisation (Réf. Internet 43815)

Ｒ

1– La climatisation 2– La ventilation

Réf. Internet

page

Ventilation : fonction et enjeux

TBA2785

47

Ventilation des bâtiments d'habitation

TBA2786

51

Ventilation et traitement de l'air dans les bâtiments tertiaires

TBA2787

55

Ventilation et traitement de l'air des bâtiments industriels

TBA2788

59



Sur www.techniques-ingenieur.fr • Saisissez la référence Internet pour accéder directement aux contenus en ligne • Retrouvez la liste complète des ressources documentaires ＴＵ

Ｒ

ＴＶ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＵ

Ventilation : fonction et enjeux

par

André BERGNER

Ｒ

Ingénieur ITP, IAE Poitiers

1. 1.1 1.2 1.3 1.4

Ventilation et qualité de l’air intérieur ....................................... Risques pour la santé ........................................................................... Conserver une bonne qualité de l’air intérieur................................... Surveillance de la qualité de l’air dans les ERP.................................. Les polluants ......................................................................................... 1.4.1 Composés organiques volatils (COV)......................................... 1.4.2 Monoxyde de carbone (CO) ........................................................ 1.4.3 Radon ............................................................................................ 1.4.4 Oxydes d’azote (NOx) .................................................................. 1.4.5 Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ....................

2. 2.1

2.2 2.3 2.4

Réglementations thermiques (RT) ................................................ La RT 2012 (rappel) ............................................................................... 2.1.1 Étanchéité à l’air des constructions............................................ 2.1.2 Généralisation du test de la porte soufflante ............................ 2.1.3 Trois exigences de résultats pour respecter la RT 2012 ........... Modifications importantes apportées en 2015 à la RT 2012 ............. Réglementation thermique de l’existant 2018.................................... Différences entre RT 2012 et RT 2018..................................................

— — — — — — — —

5 5 6 6 6 7 8 8

3.

Norme DTU 68.3 ................................................................................

—

8

4. 4.1 4.2 4.3 4.4

Ventilation des logements.............................................................. Ventilation naturelle.............................................................................. VMC simple flux .................................................................................... VMC double flux.................................................................................... Puits canadien .......................................................................................

— — — — —

9 9 9 9 10

5.

Ventilation et confort d’été............................................................

—

11

6.

Plan Bâtiment Durable.....................................................................

—

11

7.

Conclusion...........................................................................................

—

11

8.

Glossaire ..............................................................................................

—

11

Pour en savoir plus ....................................................................................

TBA 2 785v2 - 2 — 2 — 3 — 3 — 4 — 4 — 4 — 5 — 5 — 5

Doc. TBA 2 785v2

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠｡ｯｴ＠ＲＰＱＸ

L’article 1er de la Charte de l’Environnement française décrète que « chacun a le droit de vivre dans un environnement équilibré et respectueux de la santé ». La majorité des êtres humains passent plus de 80 % de leur temps dans des espaces clos, ce qui fait de la qualité de l’air intérieur une préoccupation légitime de santé publique. Cela devient même un enjeu incontournable dans les bâtiments actuels, neufs ou réhabilités, fortement isolés et étanches à l’air. La principale fonction de la ventilation est de préserver cette qualité de l’air intérieur dans les logements et les bâtiments. Une enquête IPSOS sur la qualité de vie réalisée en 2017 pour l’association Qualitel et comportant 80 questions posées à des personnes au cours d’un

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＴＷ

TBA 2 785v2 – 1

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＵ VENTILATION : FONCTION ET ENJEUX __________________________________________________________________________________________________

Ｒ

sondage sur leur environnement a révélé que 5 critères les affectent tout particulièrement : • 32 % se plaignent de l’inconfort thermique (parmi eux 41 % vivent en appartement et 26 % en maison individuelle) ; • 34 % se disent insatisfaits de la consommation énergétique de leur logement. Un tiers des Français ont un chauffage électrique individuel et c’est celui qui est considéré comme le moins satisfaisant ; • 30 % se plaignent de la mauvaise isolation acoustique ; • 25 % se disent insatisfaits des matériaux de construction ; • seulement 21 % considèrent que l’aération et la ventilation sont mauvaises au sein de leur logement, ce pourcentage évoluant en fonction de la surface : – 20 % pour les logements de 75 m2 – 15 % pour les logements de 75 à 100 m2 – 8 % pour les logements de 100 à 120 m2 – 6 % pour les logements de plus de 120 m2. Cela prouve que l’effort pour améliorer la ventilation des logements, en particulier depuis 2012, a été significatif. La sixième édition du colloque LES DÉFIS BÂTIMENT SANTÉ s’est déroulée à Paris le 15 juin 2017, au Centre des Congrès de la Cité des Sciences et de l’Industrie de la Villette. La prochaine édition est programmée pour juillet 2019. Ce rendez-vous est devenu incontournable pour les acteurs de la construction saine. Outre les innovations techniques et réglementaires concernant la qualité de l’air intérieur, les problématiques autour de l’exposition électromagnétique générée par les compteurs communicants ou l’exposition à différentes fréquences de lumière bleue des LEDs ont été largement discutées. Ainsi, l’impact des innovations relatives à la lumière ou à l’acoustique, les questions autour des compteurs communicants ou plus largement l’intégration de la santé dans les dynamiques d’aménagement urbain et le besoin de formation de toute la chaîne des acteurs (comme les entreprises avec les Ateliers AIRBAT) ont été au centre des débats. En matière de qualité de l’air intérieur – thématique principale qui a fait la renommée de ces colloques – les dernières évolutions ont été présentées, de la modélisation à la ventilation, en passant par les capteurs de polluants, l’épuration par photocatalyse et la filtration des particules fines ou des gaz. Ponctuant les tables rondes, les courtes sessions « Posters » ont quant à elles permis d’aborder des sujets aussi variés que : le nez comme capteur de l’environnement de la qualité de l’air, un Fab Lab dédié à la QAI, la nécessité de renforcer la collaboration franco-suisse pour la gestion du risque radon dans les bâtiments de l’arc jurassien, la possibilité de tester l’impact des polluants de l’air directement sur des tissus humains ou la complémentarité des ventilations mécanique et naturelle pour améliorer la QAI.

1. Ventilation et qualité de l’air intérieur

1.1 Risques pour la santé Vivre dans un logement mal ventilé peut avoir des conséquences graves sur la santé. L’intérêt de la ventilation est d’apporter un air neuf, plus frais mais surtout plus sec que l’air vicié présent dans l’habitation.

L’aération, qu’elle soit réalisée de façon naturelle ou mécanique, est indispensable pour obtenir un air ambiant de bonne qualité. Elle vise à satisfaire les besoins d’hygiène et de confort, en particulier par :

En effet, un logement non ventilé est une habitation humide où stagnent toutes sortes de polluants, tous plus dangereux les uns que les autres. Une mauvaise ventilation entraîne aussi l’apparition de moisissures, champignons et autres nuisibles qui dégradent profondément l’habitat.

– l’apport d’air neuf, afin notamment d’éviter les situations de confinement, de permettre le bon fonctionnement des appareils à combustion et de lutter contre l’humidité et les condensations ;

Ne pas ventiler sa maison équivaut à accélérer sa détérioration, et cela de manière extrêmement rapide.

– l’évacuation de l’air vicié par différents polluants.

TBA 2 785v2 – 2

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＴＸ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＵ ___________________________________________________________________________________________________ VENTILATION : FONCTION ET ENJEUX

– la publication de valeurs guides pour l’air intérieur ; – le soutien au développement du métier de conseiller en environnement intérieur.

La pollution de l’air intérieur est très insidieuse, et provient de multiples sources. Elle est plus nocive que celle de l’air extérieur, car ses composants et ses concentrations sont invisibles, mais ses effets sont comparables.

Le Plan d’actions sur la qualité de l’air intérieur est intégré dans le troisième Plan national santé environnement (PNSE) et sera décliné en région dans les plans régionaux santé environnement.

Une étude du groupe international Aldès, expert en solutions intégrées dédiées à la maîtrise de l’air et à la santé des personnes, menée en France auprès de particuliers sur leur comportement face à cet enjeu de santé publique en termes de préoccupations et d’informations, révèle que : – 32 % des Français estiment que l’air extérieur est de mauvaise qualité, mais seuls 15 % pensent que l’air qu’ils respirent dans leur habitat est mauvais ; – les particules fines et le pollen sont considérés comme les principaux polluants venant de l’extérieur ; – pour la majorité, la qualité de l’air intérieur n’a aucun impact sur leur habitat et leur santé, exception faite des problèmes d’humidité et de condensation ; – seulement 42 % des Français se déclarent être équipés de ventilation centralisée.

La loi portant engagement national pour l’environnement a rendu obligatoire la surveillance de la qualité de l’air intérieur dans certains établissements recevant un public sensible (art. L. 221-8 et R. 221-30 et suivants du Code de l’environnement). Les établissements concernés sont notamment ceux accueillant des enfants : – les établissements d’accueil collectif d’enfants de moins de 6 ans (crèches, halte-garderie) ; – les centres de loisirs ; – les établissements d’enseignement ou de formation professionnelle du premier et du second degrés (écoles maternelles et élémentaires, collèges, lycées…). Les enfants peuvent en effet être exposés dans les écoles et les lieux d’accueil à différents polluants émis par le mobilier, les produits d’entretien et les fournitures scolaires. Les concentrations en polluants mesurées dans l’air des écoles peuvent être parfois plus élevées que dans d’autres lieux de vie, du fait aussi de la densité d’occupation des locaux et d’un renouvellement de l’air souvent insuffisant.

1.2 Conserver une bonne qualité de l’air intérieur Pour conserver une bonne qualité de l’air intérieur, l’aération doit être complétée par un bon système de ventilation.

Le décret n° 2015-1000 du 17 août 2015 a fixé les échéances suivantes : 1er janvier 2018 pour les écoles maternelles, élémentaires et crèches, 1er janvier 2020 pour les accueils de loisirs et les établissements d’enseignement du second degré, et 1er janvier 2023 pour les autres établissements.

La VMC double flux, en particulier, assure un renouvellement permanent de l’air intérieur, via des entrées d’air neuf. De plus, le système de ventilation double flux préchauffe ou rafraîchit l’air entrant selon les besoins et récupère la chaleur de l’air pollué qui lui, est extrait des locaux. Ce dispositif favorise ainsi une température constante dans un intérieur, ce qui contribue à limiter la prolifération d’allergènes et autres bactéries tout en assurant un certain confort aux habitants. L’installation d’une solution de purification d’air centralisée permet aussi de filtrer la quasi-totalité des pollens et particules fines provenant de l’air extérieur.

Le dispositif réglementaire encadrant la surveillance de la qualité de l’air intérieur dans ces établissements comporte : • une évaluation des moyens d’aération, qui peut être effectuée par les services techniques de l’établissement ; • la mise en œuvre, au choix : – d’une campagne de mesures de polluants (formaldéhyde, benzène, CO2 pour évaluer le confinement, et éventuellement perchloréthylène pour les établissements contigus à un pressing) par un organisme accrédité. En cas de dépassement des valeurs limites, il est demandé à l’établissement de réaliser des investigations afin de déterminer les causes de ces dépassements. Pour ce faire, il est proposé aux établissements d’avoir recours à une liste d’organismes qui se sont engagés à respecter une charte permettant de garantir la mise en œuvre des meilleures pratiques. Il est possible de consulter cette liste ou de demander une adhésion au réseau : https://reseau-labos.qai-ecoles-creches.fr/; – d’une autoévaluation de la qualité de l’air au moyen du guide pratique, permettant d’établir un plan d’action pour l’établissement : https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/ sites/default/files/Guide-complet-QAI-web.pdf. Ce guide pratique a pour but de fournir une aide opérationnelle aux différentes catégories d’intervenants dans les établissements qui accueillent des enfants (équipe de gestion, responsable des activités dans la pièce occupée, services techniques et personnel d’entretien) afin d’engager une démarche proactive et coordonnée d’amélioration de la qualité de l’air intérieur. Son utilisation vise à identifier rapidement des actions favorables à la qualité de l’air intérieur via des grilles d’autodiagnostic des pratiques observées et d’identification préliminaire des sources potentielles présentes dans ou autour de l’établissement. Les établissements concernés sont alors invités à apposer une affiche informant les usagers de la démarche engagée par l’établissement. Dans le cadre de la mise en œuvre de ce guide et selon certaines situations, les établissements recevant des enfants

Il existe par ailleurs des systèmes de ventilation spécifiques pour les logements en rénovation, plus faciles à mettre en place dans un bâtiment existant, car ne nécessitant pas l’installation de conduits dans la maison. Le système VMC doit être vérifié tous les trois ans par un spécialiste. L’isolation du logement doit aussi être passée en revue pour que le système de VMC fonctionne correctement.

1.3 Surveillance de la qualité de l’air dans les ERP Les ministères de l’Environnement et de la Santé ont lancé en 2013 le Plan d’actions sur la qualité de l’air intérieur. Ce plan prévoit des actions à court, moyen et long termes afin d’améliorer la qualité de l’air dans les espaces clos, dont : – la création d’une application grand public permettant d’améliorer la qualité de l’air dans son logement ; – la mise en œuvre de la surveillance de la qualité de l’air dans certains établissements recevant du public, dont les écoles et crèches ; – la mise en œuvre d’une surveillance dans des lieux ayant des pollutions spécifiques, tels que les enceintes ferroviaires souterraines ; – la réduction de l’exposition aux principales sources de pollution de l’air intérieur (produits désodorisants, encens, bougies, diffuseurs, produits d’entretien, meubles…), en travaillant en particulier sur l’information et l’étiquetage de ces produits ; – l’interdiction progressive de l’utilisation du perchloréthylène dans les pressings ;

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＴＹ

TBA 2 785v2 – 3

Ｒ

Ｒ

ＵＰ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＶ

Ventilation des bâtiments d’habitation par

André BERGNER Ingénieur ITP, IAE Poitiers

Ｒ

1. 1.1 1.2

Ventilation et qualité de l’air intérieur ........................................... Comment conserver une bonne qualité de l’air intérieur ?................... Risques pour la santé ...............................................................................

2. 2.1 2.2 2.3

Réglementation...................................................................................... Textes réglementaires .............................................................................. Particularités pour les DOM ..................................................................... Réglementation acoustique .....................................................................

— — — —

2 2 3 4

3.

Étanchéité à l’air des constructions ................................................

—

4

4. 4.1 4.2 4.3

Ventilation des logements individuels............................................ Généralités................................................................................................. Ventilation naturelle.................................................................................. Ventilation mécanique..............................................................................

— — — —

4 4 5 7

5. 5.1 5.2 5.3

Ventilation en immeuble collectif .................................................... Ventilation naturelle.................................................................................. VMC............................................................................................................ VMC gaz .....................................................................................................

— — — —

8 8 10 10

6.

Glossaire ..................................................................................................

—

11

7.

Conclusion...............................................................................................

—

12

TBA 2 786v2 - 2 — 2 — 2

Pour en savoir plus ........................................................................................ Doc. TBA 2 786v2

’aération, qu’elle soit réalisée de façon naturelle ou mécanique, est indispensable à l’obtention d’un air ambiant de bonne qualité. Elle a pour priorité de satisfaire les besoins d’hygiène et de confort. Elle vise en particulier à : • apporter de l’air neuf, afin notamment d’éviter les situations de confinement et de permettre le bon fonctionnement des appareils à combustion ; • évacuer l’air vicié par divers polluants ; • lutter contre l’humidité et les condensations. Si l’aération permet également de réduire la concentration de certains polluants spécifiques, par apport d’air extérieur et évacuation de l’air pollué, elle ne doit pas être considérée comme suffisante : seule la réduction des émissions de polluants à la source permet en effet d’agir de façon durable. La ventilation générale et permanente est une obligation légale depuis 1969 pour tous les logements construits à partir de cette date, qu’ils soient collectifs ou individuels. Cette ventilation peut être soit naturelle par conduits à tirage naturel, soit par un dispositif de ventilation mécanique (VMC). L’arrêté du 28 octobre 1983 modifiant l’arrêté du 24 mars 1982 relatif à l’aération des logements, en vigueur pour les nouvelles constructions, a conservé le principe de ventilation générale et permanente de l’arrêté du 22 octobre 1969.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｮｯｶ･ｭ｢ｲ･＠ＲＰＱＸ

L

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＵＱ

TBA 2 786v2 – 1

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＶ VENTILATION DES BÂTIMENTS D’HABITATION ___________________________________________________________________________________________

Ｒ

Il fixe des exigences de débits d’air extrait minimum en pièces de service, et autorise la modulation des débits. Compte-tenu des spécificités des départements d’outre-mer, une réglementation sur l’aération adaptée aux conditions climatiques, aux techniques de constructions et aux pratiques d’aération locales a été élaborée pour les bâtiments d’habitation neufs dans les DOM. L’être humain, en respirant, consomme l’oxygène dans l’air et rejette du CO2. La ventilation permet de renouveler l’air intérieur d’un bâtiment, et ainsi de maintenir le taux d’oxygène et d’évacuer l’humidité, l’excès de CO2, et les nombreux polluants. Un bon système de ventilation est donc indispensable afin de garantir la santé des occupants et la durabilité du bâti. Les exigences de ventilation ont évolué au cours du temps. La moitié du parc de logements a été construite avant 1967, donc avant les règlementations sur l’aération des logements instaurant le principe de la ventilation générale et permanente (arrêtés de 1969, 1982). La ventilation mécanique contrôlée (VMC) et la ventilation naturelle équipent près de 70 % des logements à elles deux. La VMC double flux ne représente que 1,1 % du parc. La ventilation naturelle équipe des logements anciens et/ou réhabilités. Depuis, 1990 la ventilation naturelle a quasiment disparu des constructions neuves de logements. Elle est présente dans 41 % des logements collectifs alors qu’elle n’équipe que 29 % des logements individuels. La VMC est répartie de manière homogène entre les logements individuels (35,7 %) et collectifs (34 %). Environ 8 % des logements du parc sont construits avant 1968 et ont été réhabilités en installant une VMC, ce qui représente 15 % des logements construits avant 1968. Environ 20 % des logements construits après 1975 ne sont pas conformes aux réglementations en vigueur de 1969 et de 1982.

1. Ventilation et qualité de l’air intérieur

autres pour la santé. Mais une mauvaise ventilation, c’est aussi l’apparition de moisissures, champignons et autres nuisibles qui dégradent profondément le logement. Vivre dans un logement mal ventilé peut avoir des conséquences graves sur la santé. En effet, le principal intérêt de la ventilation est d’apporter un air neuf, plus frais mais surtout plus sec que l’air vicié présent dans l’habitation.

1.1 Comment conserver une bonne qualité de l’air intérieur ?

Ne pas ventiler une maison équivaut à accélérer sa détérioration, et cela de manière extrêmement rapide.

Pour conserver une bonne qualité de l’air intérieur, l’aération doit être complétée par un bon système de ventilation.

La pollution de l’air intérieur des logements est très insidieuse ; cette pollution interne est pourtant plus nocive que celle de l’air extérieur, car ses composants et ses concentrations sont invisibles ; pourtant, ses effets sont comparables.

La ventilation mécanique contrôlée assure un renouvellement permanent de l’air intérieur, via des entrées d’air neuf. De plus, le système de ventilation double flux préchauffe ou rafraîchit l’air entrant selon les besoins et récupère la chaleur de l’air pollué qui lui est extrait de la maison. Ce dispositif favorise ainsi une température constante dans un intérieur, ce qui contribue à limiter la prolifération d’allergènes et autres bactéries tout en assurant un confort aux habitants. L’installation d’une solution de purification d’air centralisée permet aussi de filtrer la quasi-totalité des pollens et particules fines provenant de l’air extérieur. À noter qu’il existe par ailleurs des systèmes de ventilation spécifiques pour les logements en rénovation, plus faciles à mettre en place dans un bâtiment existant, car ils ne nécessitent pas d’installation de conduit dans la maison, ni de modifier les ouvertures en créant des entrées d’air.

La pollution de l’air à l’intérieur des maisons provient de multiples sources.

2. Réglementation 2.1 Textes réglementaires La norme NF DTU 68.3 remplace le DTU 68.1 de 1995 et le DTU 68.2 de 1993 ; elle s’applique depuis le 1er septembre 2013 pour les marchés privés, et depuis le 1er octobre 2013 pour les marchés publics.

1.2 Risques pour la santé Une maison non ventilée est une habitation humide où stagne toutes sortes de polluants, tous plus dangereux les uns que les

TBA 2 786v2 – 2

La rédaction de la norme NF DTU 68.3 a été mise en conformité avec les normes européennes ; elle concerne les systèmes autoré-

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＵＲ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＶ ___________________________________________________________________________________________ VENTILATION DES BÂTIMENTS D’HABITATION

glables simple flux et les systèmes de VMC gaz pour les bâtiments d’habitations individuelles et collectives.

24 mars 1982 : « L’aération peut être assurée par un dispositif mécanique qui module automatiquement le renouvellement d’air du logement (par exemple un système de ventilation hygroréglable) ».

Cette norme concerne également les systèmes VMC simple flux hygroréglable.

L’article 4 stipule que des dispositifs individuels de réglage peuvent permettre de réduire les débits, à condition que le débit total extrait et le débit réduit de cuisine soient au moins égaux aux valeurs données dans le tableau 2.

La réglementation relative à l’aération dans les logements est définie dans l’arrêté du 28 octobre 1983 modifiant l’arrêté du 24 mars 1982. Il spécifie que la ventilation doit être générale et permanente sur la période de chauffe (lorsque les fenêtres sont principalement fermées).

Lorsque l’aération est assurée par un dispositif mécanique qui module automatiquement le renouvellement de l’air du logement de telle façon que le taux de pollution de l’air intérieur ne constitue aucun danger pour la santé et que puisse être évitées les condensations sauf de façon passagère, les débits définis dans le tableau 1 peuvent être réduits jusqu’aux valeurs données dans le tableau 3.

Le système doit présenter au minimum : • des entrées d’air non obturables dans toutes les pièces de vie ; • des sorties d’air dans les pièces de service (cuisine, toilettes, salle de bains) réalisées par des conduits verticaux à tirage naturel ou par des dispositifs mécaniques ;

La directive « Étiquetage énergétique » rend obligatoire l’apposition d’une étiquette énergie présentant les caractéristiques de l’équipement, et en particulier sa classe d’efficacité énergétique sur une échelle de A à G. Comme pour l’électroménager, l’objectif de cette étiquette énergie est d’informer les installateurs et les consommateurs, et de les guider dans leurs choix. Ce règlement s’applique uniquement aux équipements de ventilation pouvant être destinés au consommateur final (unités de ventilation allant jusqu’à 250 m3/h).

• une libre circulation d’air des pièces de vie vers les pièces de service ; • des débits d’air minimum doivent être respectés en fonction de la typologie du logement et du type de pièce. L’arrêté du 24 mars 1982 « Dispositions relatives à l’aération des logements » maintient le principe de la ventilation générale et permanente, mais introduit la notion de modulation du débit d’extraction par dispositif manuel. Les exigences sont exprimées en débits d’air extrait dans chaque pièce de service, et les valeurs données pour chacune d’elles sont fonction du nombre de pièces principales du logement. Pour des raisons d’économies d’énergie, les débits exigés sont réduits par rapport à ceux découlant de l’application des exemples de solutions de l’arrêté de 1969. L’article 3 stipule que, dans les conditions climatiques moyennes d’hiver, les débits extraits dans chaque pièce de service doivent pouvoir atteindre, simultanément ou non, les valeurs données dans le tableau 1.

Ces exigences de performances à atteindre pour les équipements de ventilation sont applicables à partir du 1er janvier 2016 et seront renforcées en 2018. Elles auront pour conséquence une généralisation à court terme des ventilateurs dits « basse consommation », et une valorisation des systèmes permettant de moduler le renouvellement d’air selon les besoins ou équipés de récupérateur d’énergie. Pour les unités de ventilation individuelle, la réglementation ne permettra plus de mettre sur le marché de la VMC simple flux autoréglable au profit de la ventilation simple flux modulée ou double flux.

L’arrêté du 28 octobre 1983 « Dispositions relatives à l’aération des logements » modifie les dispositions de l’article 4 de l’arrêté du

Les exigences requises en métropole dans les domaines thermique et acoustique pour les constructions neuves sont inadaptées

2.2 Particularités pour les DOM

Tableau 1 – Débits extraits réglementaires minimaux fixés par l’unité du 24 mars 1982 (en m3/h) Nombre de pièces principales

Cuisine

Salle de bains/ douche

Autre salle d’eau

WC unique

WC multiple

1

75

15

15

15

15

2

90

15

15

15

15

3

105

30

15

15

15

4

120

30

15

30

15

5 et +

135

30

15

30

15

Tableau 2 – Débits réduits réglementaires minimaux fixés par l’arrêté du 28 octobre 1983 (en m3/h) Nombre de pièces principales

1

2

3

4

5

6

7

Débit total minimal

35

60

75

90

105

120

135

Débit réduit minimal en cuisine

20

30

45

45

45

45

45

Tableau 3 – Débits réduits minimaux à respecter en présence d’une VMC hygroréglable minimaux fixés par l’arrêté du 28 octobre 1983 (en m3/h) Nombre de pièces principales

1

2

3

4

5

6

7

Débit total minimal

10

10

15

20

25

30

35

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＵＳ

TBA 2 786v2 – 3

Ｒ

Ｒ

ＵＴ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＷ

Ventilation et traitement de l’air dans les bâtiments tertiaires par

André BERGNER Ingénieur ITP, IAE Poitiers

1. 1.1 1.2 1.3 1.4

Ｒ

Traitement de l’air dans le tertiaire TBA 2 787v2 - 2 Secteur tertiaire......................................................................................... — 2 Gérer la qualité de l’air ............................................................................. — 2 Nouveaux dispositifs réglementaires de surveillance de la qualité de l’air dans les établissements recevant du public .............................. — 2 Risques pour la santé ............................................................................... — 3 —

3

2.2 2.3

Taux de renouvellement de l’air........................................................ Ventilation dédiée aux bâtiments autres que ceux à usage d’habitation et assimilés........................................................................... 2.1.1 Généralités........................................................................................ 2.1.2 Locaux à pollution non spécifique.................................................. 2.1.3 Locaux à pollution spécifique ......................................................... Aération et ventilation des lieux de travail ............................................. Textes applicables du Code du travail ....................................................

— — — — — —

3 3 3 4 6 6

3. 3.1 3.2

Ventilation modulée pour le tertiaire .............................................. Ventilation monozone............................................................................... Ventilation multizone................................................................................

— — —

7 7 7

4. 4.1 4.2

Zonage et critères de confort ............................................................ Confort hygrothermique........................................................................... Confort acoustique....................................................................................

— — —

7 7 8

5. 5.1 5.2 5.3

Systèmes de ventilation ...................................................................... Système simple flux extraction ............................................................... Double flux indépendant .......................................................................... Double flux avec récupération .................................................................

— — — —

8 8 8 8

6.

Conclusion...............................................................................................

—

10

7.

Glossaire ..................................................................................................

—

10

2. 2.1

Pour en savoir plus ........................................................................................ Doc. TBA 2 787v2

a ventilation a pour objectif de répondre à quatre préoccupations majeures : • l’hygiène de l’air que nous respirons dans les lieux de travail et dans les locaux publics ; • le confort des occupants ; • la sécurité des personnes vis-à-vis de concentrations en poussières ou en polluants ; • la conservation du bâti, en particulier en évitant les condensations. La réglementation concernant la ventilation destinée aux bâtiments tertiaires reste très limitée. Seuls le règlement sanitaire départemental type (RSDT), le Code du travail et la loi Évin traitent la question et imposent des débits de renouvellement d’air minimaux afin de préserver la santé et le confort des occupants. Il est important de consulter le Guide pratique pour une meilleure qualité de l’air dans les lieux accueillant des enfants [1]).

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｮｯｶ･ｭ｢ｲ･＠ＲＰＱＸ

L

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＵＵ

TBA 2 787v2 – 1

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＷ VENTILATION ET TRAITEMENT DE L’AIR DANS LES BÂTIMENTS TERTIAIRES ___________________________________________________________________

Ｒ

Aujourd’hui, nous passons en moyenne 80 % de notre temps, et même 90 % pour les enfants, à l’intérieur de bâtiments ; notre journée se déroule alternativement dans notre logement, dans les transports, sur notre lieu de travail, au sein d’un établissement scolaire, ou encore dans les galeries d’un centre commercial. Or, les bâtiments, conçus pour être de moins en moins énergivores, sont de plus en plus hermétiques. La recherche continue d’économies d’énergie entraîne en effet un confinement de notre espace au détriment parfois de l’aération, et donc de la qualité de l’air. Mais une bonne qualité de l’air est essentielle ! Si l’être humain est capable de rester 30 jours sans manger et 3 jours sans boire, il peut difficilement passer plus de 3 minutes sans respirer. C’est ainsi que l’Observatoire de la qualité de l’air (OQAI) mène depuis sa création en 2001 des campagnes de mesure dans différents types de bâtiments pour comprendre la situation et permettre d’identifier les leviers d’action à mettre en œuvre en partenariat avec l’ANSES (Agence nationale de sécurité sanitaire).

• Les sources extérieures : polluants dus au trafic, ozone, pollens et virus, radon.

1. Le traitement de l’air dans le tertiaire

Face à toutes ces pollutions, il convient d’assurer la gestion de la qualité de l’air, c’est-à-dire prévoir une ventilation capable de diluer et d’évacuer les polluants émis dans le local jusqu’à une concentration jugée acceptable pour éviter des problèmes de santé, et garantir le confort et la conservation du bâti.

1.1 Le secteur tertiaire

Des textes réglementaires ont ainsi pour but de quantifier les débits minimums de ventilation (air neuf) à introduire dans les locaux.

Le secteur tertiaire recouvre un vaste champ d’activités qui s’étend du commerce à l’administration, en passant par les transports, les activités financières et immobilières, les services aux entreprises et aux particuliers, l’éducation, la santé et l’action sociale.

Trois textes principaux peuvent être cités : • le règlement sanitaire départemental type (pour les locaux recevant du public) ;

Il est composé du : • tertiaire principalement marchand (commerce, transports, activités financières, services rendus aux entreprises, services rendus aux particuliers, hébergement-restauration, immobilier, information-communication) ;

• le Code du travail (pour les locaux affectés à une activité salariée) ;

• tertiaire principalement non marchand (administration publique, enseignement, santé humaine, action sociale).

Mais surtout, d’après une étude de l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) d’avril 2014 [2], la pollution de l’air intérieur entraînerait la mort de près de 20 000 Français par an par cancer du rein, leucémie, cancer du poumon, intoxication au monoxyde de carbone, maladies cardiovasculaires.

• la loi Évin (pour les locaux spécifiques fumeurs).

Les établissements recevant du public (ERP) sont des bâtiments dans lesquels des personnes extérieures sont admises. Peu importe que l’accès soit payant ou gratuit, libre, restreint ou sur invitation. Une entreprise non ouverte au public, mais seulement au personnel, n’est pas un ERP. Les ERP sont classés en catégories qui définissent les exigences réglementaires applicables.

1.3 Nouveaux dispositifs réglementaires de surveillance de la qualité de l’air dans les établissements recevant du public

1.2 Gérer la qualité de l’air Les principales sources de pollution sont générées par :

La loi portant engagement national pour l’environnement a rendu obligatoire la surveillance de la qualité de l’air intérieur dans certains établissements recevant un public sensible (articles L. 221-8 et R. 221-30 et suivants du Code de l’environnement). Les établissements concernés sont notamment ceux accueillant des enfants :

• les occupants qui dégagent : – de la vapeur d’eau : une personne dégage au minimum 40 g de vapeur d’eau par heure. Si cette vapeur d’eau n’est pas évacuée, le taux d’humidité du local augmente, ce qui crée inconforts et dégradations, – des odeurs corporelles : la stagnation de ces odeurs crée une gêne olfactive, – du dioxyde de carbone : une personne assise dégage en moyenne 18 litres de CO2 par heure. Des taux élevés de CO2 peuvent entraîner migraines, sensations d’étouffement, nausées ;

• les établissements d’accueil collectif d’enfants de moins de 6 ans (crèches, haltes-garderies…) ; • les centres de loisirs ;

• les activités internes au bâtiment : fumée de tabac, monoxyde de carbone, poussières industrielles ;

• les établissements d’enseignement ou de formation professionnelle du premier et du second degré (écoles maternelles, élémentaires, collèges, lycées…).

• les matériaux de construction : formaldéhyde, composés organiques volatiles et certaines particules solides ;

Les enfants peuvent en effet être exposés dans les écoles et les lieux d’accueil à plusieurs polluants émis par le mobilier, les produits

TBA 2 787v2 – 2

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＵＶ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＷ ____________________________________________________________________ VENTILATION ET TRAITEMENT DE L’AIR DANS LES BÂTIMENTS TERTIAIRES

de ventilation selon le type de bâtiment locaux avec ou sans interdiction de fumer (locaux d’enseignement, locaux d’hébergement, bureaux et locaux assimilés, locaux de réunion, locaux de vente, locaux de restauration, locaux à usage sportif…) et selon le type de local.

d’entretien et les fournitures scolaires. Les concentrations en polluants mesurées dans l’air des écoles peuvent être parfois plus élevées que dans d’autres lieux de vie, du fait aussi de la densité d’occupation des locaux et d’un renouvellement de l’air souvent insuffisant. La surveillance de la qualité de l’air intérieur (QAI) est obligatoire dans les écoles maternelles et élémentaires ainsi que dans les crèches depuis le 1er janvier 2018, c’est-à-dire que l’évaluation des moyens d’aération ainsi que des mesures de la qualité de l’air ou un plan d’actions doivent avoir été réalisés pour cette date.

Les dispositions s’appliquent aux constructions neuves et aux constructions subissant des modifications importantes affectant le gros-œuvre ou l’économie de l’immeuble. Seules les prescriptions relatives à l’entretien des installations de ventilation s’appliquent aux constructions existantes, à moins que ne soit démontrée la nécessité de prendre des mesures assurant la salubrité publique.

Le décret n° 2015-1000 du 17 août 2015 a fixé les échéances suivantes : • 1er janvier 2018 pour les écoles maternelles, élémentaires et crèches ;

Les débits et volumes indiqués dans le tableau 1 s’appliquent exclusivement aux personnes qui n’exercent pas d’activité salariée dans les différentes catégories de locaux concernés.

• 1er janvier 2020 pour les accueils de loisirs et les établissements d’enseignement du second degré ; • 1er janvier 2023 pour les autres établissements. Une brochure détaille les modalités de surveillance de la qualité de l’air dans les lieux accueillant des enfants.

Pour les personnes exerçant une telle activité, il convient de se reporter aux dispositions du Code du travail. Pour le calcul des débits ou des volumes, il sera tenu compte de l’ensemble des personnes fréquentant ces locaux.

1.4 Risques pour la santé

2.1.1 Généralités

D’après une étude menée par l’Observatoire de la qualité de l’air intérieur (OQAI) en 2006 (état des connaissances sur la qualité de l’air des bureaux), les polluants détectés dans l’air intérieur des bureaux sont globalement les mêmes que ceux trouvés dans l’habitat. Certains y sont en plus forte concentration : ozone, COV et biocontaminants (microbes, moisissures, allergènes, etc.).

La ventilation des locaux peut être soit mécanique ou naturelle par conduits, soit naturelle pour les locaux donnant sur l’extérieur par ouverture de portes, fenêtres ou autres ouvrants. Dans tous les cas, la ventilation doit être assurée avec de l’air pris à l’extérieur hors des sources de pollution ; cet air est désigné sous le terme « d’air neuf ».

La qualité de l’air intérieur est très spécifique dans les bureaux : les sources de pollution sont multiples (matériel informatique, produits d’entretien, mais aussi matériaux de construction et de décoration, environnement extérieur du bâtiment…) et certains équipements, à l’image des systèmes de ventilation très répandus dans ces lieux, jouent un rôle fondamental dans ces bâtiments.

Ces réglementations imposent des valeurs de débits minimaux d’air neuf entrant pour les locaux principaux et de sortie d’air pour les locaux de service. Une séparation des circuits desservant des locaux dont les conditions d’occupation sont différentes, et une modulation des débits d’air pour les systèmes de ventilation mécanique en fonction des conditions d’occupation ou d’utilisation des locaux, sont obligatoires. Dans les bâtiments climatisés, une humidification de l’air amené doit être assurée, afin de maintenir une humidité relative toujours supérieure à 30 à 35 %.

Outre la qualité de l’air, l’éclairage, l’acoustique, la température sont des composantes incontournables du confort et du bien-être au travail. Directement en lien avec la performance des travailleurs, elles sont pourtant aujourd’hui peu documentées.

Le règlement sanitaire départemental type classe les locaux au point de vue ventilation en deux catégories : les locaux à pollution non spécifique, et ceux à pollution spécifique.

Par ailleurs, aucune donnée nationale n’existe à ce jour sur le symptôme des bâtiments malsains (SickBuilding Syndrom ) qui pourrait toucher 30 % des bâtiments non industriels dans les pays industrialisés d’après l’Organisation mondiale de la santé, souvent à l’origine d’absentéisme des employés. Ces problématiques, associées au temps passé au bureau par un grand nombre de Français, font de la nouvelle campagne bureaux de l’OQAI une étape majeure pour l’évaluation et la prévention des risques pour la santé.

2.1.2 Locaux à pollution non spécifique Ces locaux sont ceux dans lesquels la pollution est liée à la seule présence humaine, à l’exception des cabinets d’aisance et des locaux de toilette. Toutefois, les dispositions qui suivent ne s’appliquent pas aux locaux où cette présence est épisodique (circulations, archives, dépôts) ; on peut admettre que ces locaux sont ventilés par l’intermédiaire des locaux adjacents avec lesquels ils sont en contact.

Elle permettra de dresser un état des lieux des immeubles de bureaux en France, au regard de la qualité de l’environnement intérieur, mais aussi du confort et de la santé des occupants.

2.1 Ventilation dédiée aux bâtiments autres que ceux à usage d’habitation et assimilés

Dans les locaux à pollution non spécifique, le débit normal d’air neuf à introduire est fixé dans le tableau 1 en tenant compte des interdictions de fumer. Les interdictions de fumer découlent de l’application du décret n° 77-1042 du 12 septembre 1977 relatif aux interdictions de fumer dans certains lieux affectés à un usage collectif où cette pratique peut avoir des conséquences dangereuses pour la santé (JO du 17 septembre 1977) et du décret n° 73-1007 du 31 octobre 1973 relatif à la protection contre les risques d’incendie dans les établissements recevant du public (JO du 4 novembre 1973). Ce débit est exprimé en m3 par heure et par occupant en occupation normale.

La partie de la réglementation sanitaire départementale type (RSDT) ventilation dédiée aux bâtiments autres que ceux à usage d’habitation et assimilés (titre III articles 63 à 72) précise les débits

Pour les locaux où la présence humaine est épisodique (dépôts, archives, circulations, halls d’entrée…) et où l’organisation du plan ne permet pas qu’ils soient ventilés par l’intermédiaire des

2. Taux de renouvellement de l’air

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

ＵＷ

TBA 2 787v2 – 3

Ｒ

Ｒ

ＵＸ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＸ

Ventilation et traitement de l’air des bâtiments industriels par

Pascale MAES Journaliste indépendante spécialisée dans l’efficacité et la performance énergétiques des bâtiments

TBA 2 788 - 2 — 2 — 2 — 2

1. 1.1 1.2 1.3

Réglementation...................................................................................... Code du travail .......................................................................................... Locaux à pollution spécifique .................................................................. Code de l’environnement.........................................................................

2. 2.1 2.2

Techniques de ventilation .................................................................. Ventilation locale ...................................................................................... Ventilation générale..................................................................................

— — —

2 2 3

3. 3.1 3.2 3.3

Composants de ventilation ................................................................ Extraction et introduction d’air ................................................................ Gaines et conduits .................................................................................... Filtration.....................................................................................................

— — — —

4 4 5 6

4.

Centrale de traitement d’air...............................................................

—

7

5. 5.1

Récupération d’énergie ....................................................................... Systèmes de récupération d’énergie ......................................................

— —

7 8

6.

Maintenance ...........................................................................................

—

8

Pour en savoir plus ......................................................................................... Doc. TBA 2 788

fin de préserver le confort et la santé des occupants de bâtiments industriels, il est indispensable de mettre en place un système de ventilation ou une centrale de traitement de l’air approprié aux locaux et à leurs usages. Cet équipement doit pouvoir maîtriser les niveaux de température et d’humidité ambiantes, ainsi que la qualité de l’air intérieur, tout en évitant les courants d’air. Le concepteur d’un système de ventilation doit prescrire une solution adaptée et, à cet effet, prendre en compte de nombreux paramètres : environnement extérieur, type de bâtiment, surfaces et volumes à traiter, nombre de postes de travail, procédés de fabrication, pollutions éventuelles... Le système installé doit pouvoir assurer l’extraction de l’air chaud ou vicié (fumées, vapeur, poussières, COV (Composés Organiques Volatils)), l’élimination des odeurs, voire des fumées, le renouvellement d’air (pouvant être chauffé ou rafraîchi), la régulation en température et en hygrométrie, et un mélange homogène du volume traité. La ventilation, combinée à l’épuration et la filtration, a donc aussi pour rôle de réduire, à un niveau le plus faible possible, la quantité des polluants dans les locaux de travail des bâtiments industriels. Il faut alors définir la nature du ou des polluants, leurs modes d’émission, l’étendue de la zone polluée. Après avoir cherché à diminuer les émissions polluantes en amont, l’installation de ventilation doit être conçue de manière à pouvoir les capter, les transporter, les rejeter, puis à compenser les sorties d’air par des entrées d’air correspondantes : le réseau de ventilation est dimensionné de manière à maintenir les locaux en dépression par rapport à l’environnement extérieur. L’air arrivant de l’extérieur doit circuler depuis les locaux présentant les risques de pollution les plus faibles, vers les locaux à risques de pollution les plus élevés, avant d’être filtré puis rejeté dans l’atmosphère ou recyclé.

ｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｦ￩ｶｲｩ･ｲ＠ＲＰＱＵ

A

Copyright © –Techniques de l’Ingénieur –Tous droits réservés

ＵＹ

TBA 2 788 – 1

Ｒ

ｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴ ｔｂａＲＷＸＸ VENTILATION ET TRAITEMENT DE L’AIR DES BÂTIMENTS INDUSTRIELS _______________________________________________________________________

dant difficiles à mettre en place en raison du manque d’inspecteurs et de moyens en termes d’analyses et d’expertises toxicologiques et écotoxicologiques, ainsi qu’en raison du manque de transparence parfois lié au secret industriel ou de fabrication. En outre, les effets cumulés de l’exposition à plusieurs polluants, contaminants, nuisances (odeurs, pollution lumineuse, vibrations, bruit...) ou facteurs de risques sanitaires sont encore mal évalués.

1. Réglementation 1.1 Code du travail

Ｒ

Les règles générales en matière d’aération, d’assainissement et de renouvellement d’air des locaux de travail sont définies dans le Code du travail, section II « Ambiance des lieux de travail » (articles R 235-2-4 à R 235-2-8 et R 232-5 à R 232-5-14). Les deux objectifs de base de la ventilation, fixés par l’article R 232-5, sont de maintenir une atmosphère propre à préserver la santé des travailleurs, et d’éviter les gênes pour ces mêmes travailleurs (élévations de températures, odeurs désagréables, condensations).

2. Techniques de ventilation Pour les bâtiments industriels dont les activités émettent des polluants, on distingue deux techniques de ventilation : la ventilation locale par aspiration à la source et la ventilation générale agissant par dilution.

Ces règles générales indiquent notamment des valeurs minimales de renouvellement d’air, des valeurs maximales d’exposition (en particulier aux poussières) et des obligations concernant l’évacuation des polluants, l’utilisation du recyclage et l’entretien des installations. Leur domaine d’application concerne les locaux fermés où le personnel est appelé à séjourner : bureaux, ateliers, laboratoires, locaux de stockage... Cette réglementation est à prendre en compte par le chef d’établissement et le maître d’ouvrage en charge de la conception de l’installation (articles R 232-5 à R 232-5-14).

2.1 Ventilation locale La ventilation locale est une solution d’ingénierie conçue pour réduire l’exposition des travailleurs aux polluants aéroportés, tels que les poussières, brouillards, fumées, vapeurs ou gaz (figure 1). Elle constitue souvent la principale mesure de prévention de l’exposition employée sur le lieu de travail. Ce type de ventilation consiste à capter les polluants au plus près possible de leur source d’émission, avant qu’ils ne pénètrent dans la zone des voies respiratoires des travailleurs, et ne soient dispersés dans toute l’atmosphère du local. Les polluants ne sont pas dilués mais évacués.

1.2 Locaux à pollution spécifique Le Code du travail classe les locaux autres qu’habitation en deux catégories : locaux dits à « pollution non spécifique » dans lesquels la pollution est liée à la seule présence humaine, à l’exception des locaux sanitaires ; locaux dits à « pollution spécifique », locaux sanitaires, locaux pouvant contenir des sources de micro-organismes potentiellement pathogènes, et tous les autres locaux où existent des émissions de produits nocifs ou gênants, sous forme de gaz, aérosols solides ou liquides, autres que ceux liés à la seule présence humaine.

2.1.1 Captage des polluants Une bonne conception d’un captage localisé (figure 2) nécessite une caractérisation des sources de polluants, ce qui n’est pas toujours aisée. Dans les années à venir, un étiquetage des machines en fonction de la quantité de substances dangereuses émises par unité de temps pourrait voir le jour. Cette information constituerait un critère de choix supplémentaire pour l’employeur lors de l’acquisition d’un nouveau matériel.

Le Réglement Sanitaire Départemental Type (RSDT) stipule que l’air provenant de locaux à pollution non spécifique peut traverser des locaux intermédiaires puis être admis dans un local à pollution spécifique [TBA 2 787].

1.3 Code de l’environnement Le Code de l’environnement (articles L 511 à 517) soumet aux dispositions de la loi du 19 juillet 1976 (no 76-663) relative aux Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE), les usines, ateliers, dépôts, chantiers, carrières et d’une manière générale les installations exploitées ou détenues par toute personne physique ou morale, qui peuvent présenter des dangers pour la commodité du voisinage, la santé, la sécurité, la protection de la nature ou de l’environnement. De plus, la loi sur l’air du 2 août 1961 a été abrogée par celle du 30 décembre 1996 qui considère les odeurs comme une pollution atmosphérique. Un arrêté du 2 juillet 1998 fixe les dispositions relatives aux poussières et aux odeurs en fonction des débits horaires, et des concentrations de poussières ou de composés chimiques. La notion de santé environnementale, associée aux aspects environnementaux généraux, a pris une importance croissante. Ainsi, une ICPE doit respecter la santé de l’environnement et celle de l’homme. Cela implique des compétences élargies pour les inspecteurs des installations classées amenés à évaluer les risques sanitaires d’une typologie assez large d’installations. Les ERS (Évaluations du Risque Sanitaire) sont devenues la principale approche sanitaire dans ce domaine depuis les années 2000.

1) Radiant 2) Captation localisée par bras d’aspiration 3) Table d’aspiration 4) Dépoussiéreur 5) Ventilateur 6) Filtres électrostatiques et mécaniques 7) Diffuseur d’air

L’INERIS (Institut national de l’environnement industriel et des risques) propose de structurer des protocoles d’évaluation différenciant les dangers (étude des dangers), les risques (étude des risques) et l’exposition à ces risques. Ces protocoles sont cepen-

TBA 2 788 – 2

Figure 1 – Ventilation locale (source France Air)

Copyright © –Techniques de l’Ingénieur –Tous droits réservés

ＶＰ

GAGNEZ DU TEMPS ET SÉCURISEZ VOS PROJETS EN UTILISANT UNE SOURCE ACTUALISÉE ET FIABLE Techniques de l’Ingénieur propose la plus importante collection documentaire technique et scientifique en français ! Grâce à vos droits d’accès, retrouvez l’ensemble des articles et fiches pratiques de votre offre, leurs compléments et mises à jour, et bénéficiez des services inclus.









RÉDIGÉE ET VALIDÉE PAR DES EXPERTS

MISE À JOUR PERMANENTE

100 % COMPATIBLE SUR TOUS SUPPORTS NUMÉRIQUES

SERVICES INCLUS DANS CHAQUE OFFRE

   

+ de 350 000 utilisateurs + de 10 000 articles de référence + de 80 offres 15 domaines d’expertise Automatique - Robotique Biomédical - Pharma Construction et travaux publics Électronique - Photonique Énergies Environnement - Sécurité Génie industriel Ingénierie des transports

Innovation Matériaux Mécanique Mesures - Analyses Procédés chimie - Bio - Agro Sciences fondamentales Technologies de l’information

Pour des offres toujours plus adaptées à votre métier, découvrez les offres dédiées à votre secteur d’activité

Depuis plus de 70 ans, Techniques de l’Ingénieur est la source d’informations de référence des bureaux d’études, de la R&D et de l’innovation. www.techniques-ingenieur.fr CONTACT : Tél. : + 33 (0)1 53 35 20 20 - Fax : +33 (0)1 53 26 79 18 - E-mail : [email protected]

SERVICES ET OUTILS PRATIQUES

ACCÈS

LES AVANTAGES ET SERVICES compris dans les offres Techniques de l’Ingénieur 





Accès illimité aux articles en HTML

Téléchargement des articles au format PDF

Consultation sur tous les supports numériques

Enrichis et mis à jour pendant toute la durée de la souscription

Pour un usage en toute liberté

Des contenus optimisés pour ordinateurs, tablettes et mobiles





Questions aux experts*

Articles Découverte

Dictionnaire technique multilingue

Les meilleurs experts techniques et scientifiques vous répondent

La possibilité de consulter des articles en dehors de votre offre

45 000 termes en français, anglais, espagnol et allemand





Archives

Impression à la demande

Alertes actualisations

Technologies anciennes et versions antérieures des articles

Commandez les éditions papier de vos ressources documentaires

Recevez par email toutes les nouveautés de vos ressources documentaires

*Questions aux experts est un service réservé aux entreprises, non proposé dans les offres écoles, universités ou pour tout autre organisme de formation.

ILS NOUS FONT CONFIANCE

www.techniques-ingenieur.fr CONTACT : Tél. : + 33 (0)1 53 35 20 20 - Fax : +33 (0)1 53 26 79 18 - E-mail : [email protected]