La gestion énergétique naturelle

Livre Blanc //15 • les coefficients de performance des systèmes les plus pointus, tel l’adiabatique, peuvent at- teindre des niveaux très élevés, généralement au-delà de 10 kW de rafraîchissement pour 1 kW absorbé, et jusqu’à 50/1 ; • les besoins énergétiques faibles permettent de ieux maîtriser les postes de coût d’abonnement et d’achat d’électricité ; • les débits d’air peuvent être contrôlés à l’aide de régulations et de moteurs à vitesse variable ; • les exploitants se libèrent des problématiques de gaz réfrigérants en choisissant des fluides courants : de l’air, et, dans les solutions adiaba- tiques, de l’eau, parfois même de l’eau de pluie. Ces techniques de ventilation conviennent aussi pour maintenir la qualité d’air intérieur. La maî- trise du renouvellement d’air par le balayage des volumes traités assurent l’élimination des pollu- tions « basiques » (humidité, CO2) mais aussi des particules, des composés organiques volatiles… Une souplesse et des précautions impératives… Comment calculer les systèmes de ventilation naturelle en synergie avec l’enveloppe ? Ce sujet anime la communauté des ingénieurs depuis près de 20 ans. Déjà en 2003, le CSTB (Centre scientifique et technique du bâtiment) a produit un guide tech- nique sur es « Systèmes de climatisation à faible consommation d’énergie » (Cahier du CSTB n° 3454). Le chapitre « Solutions techniques » du guide Bio-tech « Ventilation naturelle et mécanique » de l’Arene IdF et de l’ICEB (2016) rassemble des élé- ments de conception technique pour les construc- tions résidentielles ou tertiaires. Récemment, le programme Pacte – ex Rage (Règle de l’art Grenelle de l’Environnement) – a permis de revisiter de nombreux sujets pour tenir compte des impératifs réglementaires et de savoir-faire (www. programmepacte.fr/catalogue ) (Voir détails dans la rubrique « Pour en savoir plus »). > Concevoir des bâtiments adaptés à la ventila- tion naturelle Selon le guide Bio-Tech de l’Arene IdF et de l’ICEB (voir « Pour en savoir plus »), la ventilation naturelle est contrainte : • par la géométrie des pièces : - pour une ventilation mono exposée : > avec une ouverture unique en façade, la pro- fondeur doit se limiter à 2 fois la hauteur sous plafond ; > avec deux ouvertures placées à des hauteurs différentes, la profondeur doit se limiter à 2,5 fois a hauteur sous plafond, avec une différence de hauteur entre l’entrée et la sortie de 1,5 m ; (NB : Les auteurs du guide Bio-Tech « Ventila- tion naturelle et mécanique » proposent des for- mules d’estimation des débits.) - pour une ventilation traversante : avec une ouverture sur une façade et une ouverture sur autre façade, la profondeur de la pièce doit être inférieure ou égale à 5 fois la hauteur sous pla- fond ; • par l’orientation des façades et le potentiel de vent ; • par l’environnement du bâtiment (rugosité du terrain, effets de masque…). Pour limiter les pertes thermiques, les concep- teurs prennent aussi en compte le fonctionne- ment en période hivernale. > Apprécier l’inertie du bâtiment Les effets de la ventilation naturelle et la stra- tégie de régulation diffèrent selon les carac- téristiques d’inertie thermique des parois des ouvrages. Ce comportement s’apprécie selon plusieurs critères : les températures extérieures et intérieures, la consigne intérieure et les ap- ports internes et gratuits. Une inertie forte, liée à l’usage de matériaux lourds et avec une isolation thermique épaisse, se traduit par une régularité de température in- térieure au regard des variations durant le jour ou la nuit ; ce type de construction évite les sur- chauffes en été, et permet de bénéficier des ap- ports gratuits en demi-saison et en hiver. Une inertie faible tient essentiellement à l’em- ploi de matériaux à faible capacité d’absorption du flux d’énergie (bois, matériaux isolants) et par une variation forte en fonction de ces flux ; elle exige une régulation fine pour maintenir une température intérieure plus régulière. > Choisir les solutions de ventilation naturelle adaptées Les concepteurs doivent en permanence tenir compte d’exigences contradictoires. À savoir : assurer le confort thermique, la qualité d’air intérieur tout en maîtrisant les consommations d’énergie… Et toujours selon des préoccupations technico-économiques… Menuiseries de façade adaptées, double façade, lanterneau, brassage d’air, cheminées, atrium, extracteur pour fonctionnement hybride, rafraî- chissement adiabatique… Les choix techniques seront calculés et simulés informatiquement sur la base des débits à atteindre et des critères de confort. Les ingénieurs se préoccupent d’une prise en compte globale de l’ouvrage – l’enve- loppe, les équipements et ses occupants – afin de proposer une garantie de résultat. Il est courant de dire que « l’air est paresseux », qu’il s’échappe par les infiltrations parasites qui perturbent les débits… Les concepteurs et constructeurs doivent donc respecter les règles d’étanchéité à l’air, d’équilibrage et de débit. L’accent est mis sur une simulation rigoureuse de l’installation de manière à traiter les cas possibles d’inconfort : condensation en été, inertie de l’en- veloppe, difficulté de déchargement de la chaleur lors de longues périodes de canicule, possibilité de freecooling en demi-saison, de night-cooling – dite aussi ventilation intensive provisoire – en été pour décharger la chaleur stockée durant la journée et bénéficier du déphasage de la fraî- cheur accumulée durant la nuit 8 à 12 heures plus tard, préchauffage de l’air en hiver… L’une des réponses concrètes à ce besoin de qualité est la définition d’un schéma de régulation. Température (°C) Humidité relative (%) 21 25 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 20 40 41 43 44 46 47 30 31 33 34 36 37 38 40 42 43 45 47 48 50 51 40 26 34 35 37 39 40 42 44 45 47 49 51 53 54 56 50 22 28 36 38 40 41 43 45 47 49 51 53 55 57 60 24 30 38 40 42 44 46 48 50 52 54 57 70 25 32 41 43 45 47 49 51 53 56 58 80 26 33 43 45 47 50 52 54 57 59 90 28 35 45 48 50 52 55 57 60 100 29 37 48 50 53 55 58 Aucun inconfort Inconfort Grand inconfort Danger - coup de chaleur imminent Figure 3.7 - Le calcul de l'indice "Humidex" permet d'anticiper le confort au regard des événements météorologiques : température, humidité.