VENTILATION ET CLIMATISATION
Install Magazine 965 – novembre 2019
Des températures agréables en été
La réfrigération par rayonnement comme alternative à la climatisation
Le chauffage par le sol n’est pas uniquement une manière confortable de se chauffer. Combiné à une pompe à chaleur, le système peut aussi rafraîchir en été.
Le plafond est particulièrement bien adapté à un rafraîchissement supplémentaire.
Les conduites d’eau sont posées sur une plaque à plots et recouvertes d’une couche de finition.
Un système basé sur des panneaux de plafond en gypse est largement déployable.
L’évolution de l’isolation des bâtiments, sous l’influence des exigences en performance énergétique, détourne l’attention de la technologie de chauffage. Le rafraîchissement prend, lui, de plus en plus d’importance. Si on pense de prime abord à la climatisation, d’autres manières permettent d’obtenir des températures agréables en été. La réfrigération par rayonnement est un système intéressant aux nombreux avantages.
Un adulte émet en moyenne 120 W de chaleur et la production de chaleur est d’environ 2,9 kWh par 24 heures. Mais cette émission n’est pas constante : une personne qui dort n’émet que 60 W. Cet exemple simple montre que la présence de personnes peut déjà représenter un besoin de refroidissement. Il ne faut pas donc se focaliser sur le chauffage mais s’intéresser aussi aux options d’un rafraîchissement passif. Outre l’émission de chaleur par les résidents, d’autres sources comme les appareils électriques influencent la température ambiante et le climat intérieur. Il faut ajouter à cela la chaleur provenant de l’ensoleillement, même si les fenêtres sont bien isolées.
La réfrigération passive par rayonnement
Dans les habitations équipées d’une pompe à chaleur géothermique, les espaces de vie peuvent être maintenus à température par une réfrigération passive. L’eau souterraine est utilisée comme source froide. Les sondes de terre des pompes à chaleur géothermiques sont mieux adaptées que les collecteurs qui sont enterrés en surface. La différence de température entre le sol et l’espace de vie génère un rafraîchissement naturel, via en principe un échangeur thermique. La seule consommation d’énergie provient de la pompe de circulation et éventuellement de la commande du système de rafraîchissement.
Outre la réfrigération passive, il y a une variante active. Le froid n’est pas extrait de l’environnement mais généré activement par une machine de réfrigération comme un chiller ou une pompe à chaleur réversible. Il est alors possible de couvrir des charges de froid plus importantes et de maintenir une température intérieure agréable, même pendant les périodes les plus chaudes.
Une installation par rayonnement peut constituer une solution d’émission optimale. Comme le froid est libéré par une grande surface, on obtient un climat intérieur agréable, sans phénomènes de courant d’air. Le plancher, les murs et le plafond peuvent être utilisés comme surface de rafraîchissement. Le transfert de chaleur et la capacité de rafraîchissement peuvent cependant fortement varier. Le plafond est le plus adapté au rafraîchissement, suivi des murs et du plancher.
Le revêtement de sol et le revêtement mural ont une grande influence sur les performances de rafraîchissement et de chauffage. Lors de la conception, il est préférable de choisir un revêtement dont la conduction thermique est la plus élevée possible. La réfrigération par rayonnement diminuera moins fortement la température ambiante qu’une climatisation conventionnelle. Un système par rayonnement pour le chauffage et le rafraîchissement peut être calculé avec la norme EN 1264.
Les avantages du plafond
Le plafond présente un certain nombre d’avantages inhérents à la réfrigération passive, comme une surface plus grande et homogène. Contrairement à la climatisation traditionnelle où la chaleur est évacuée par convection via des flux d’air, le rafraîchissement par le plafond a lieu principalement par rayonnement. Les phénomènes de courant d’air ou les problèmes d’hygiène sont exclus et le sentiment de confort est plus grand.
Une régulation adaptée est cruciale au bon fonctionnement du plafond froid. Elle doit veiller à ce que la température de la surface de rafraîchissement soit supérieure au point de rosée. Dans le cas d’une humidité relative de 60% et d’une température de l’air de 26°C, le point de rosée doit par exemple être de 18°C. Ceci constitue la limite inférieure de la température de sortie de l’eau de rafraîchissement qui, à son tour, détermine la puissance de rafraîchissement maximale. Les systèmes actuels permettent de régler la puissance de plusieurs manières. Soit la température de départ de l’eau est définie selon le point de rosée de la surface du plafond, soit le débit à travers le plafond est interrompu si la température de surface se rapproche du point de rosée.
Diverses variantes
De nombreux systèmes sont disponibles sur le marché, qu’il s’agisse de construction neuve ou de rénovation, de construction à sec ou de système de plâtrage. Des conduites en plastique, type multicouche, ou en cuivre sont travaillées dans le plafond ou les murs.
Le rafraîchissement mural est possible sur les murs maçonnés, les cloisons préfabriquées, les murs en béton ou en panneaux de gypse avec une structure portante métallique. On distingue trois variantes :
- Conduites dans une couche de plâtre: les conduites sont fixées sur un support sous la couche de plâtre.
- Conduites sur une structure portante et panneaux de gypse. Il s’agit du mode de conception B de la EN 1264. Les conduites se trouvent entre la structure portante et sont placées dans les plaques isolantes. Les plaques de guidage métalliques et les panneaux de gypse servent au recouvrement.
- Conduites dans les panneaux de gypse. Ceci correspond au mode de conception A de la EN 1264. Les plaques du système sont constituées de panneaux de gypse dans lesquels les conduites d’eau sont intégrées. Ces plaques sont montées dans la structure portante.
Le plafond est souvent utilisé comme surface de rafraîchissement, en particulier dans les bâtiments commerciaux. C’est aussi une solution pour le patrimoine protégé. Dans les bâtiments historiques, il n’est généralement pas possible d’ouvrir le plancher original ou de le remplacer pour installer un chauffage au sol. Le rafraîchissement par le plafond se décline en quatre variantes.
- Conduites d’eau dans le plâtrage du plafond. Ceci correspond au type A de la EN 1264. Les conduites sont fixées à une structure portante dans la couche de finition.
- Les conduites d’eau dans ou sur les panneaux de gypse. Ceci correspond au type A de la EN 1264. Des panneaux de gypse contenant les conduites sont fixés à une structure portante au plafond.
- La troisième variante sont les conduites sur un faux plafond dans des plaques métalliques, lesquelles sont suspendues au plafond. Le grand avantage est une bonne conductivité thermique du matériau. La chaleur ou le froid est immédiatement transféré. Les panneaux de rayonnement suspendus au plafond sont souvent mis en œuvre dans les magasins ou les espaces dont les hauteurs de plafond dépassent les 4 m, où ils ont déjà fait leurs preuves.
Le plancher est de loin l’élément le plus utilisé pour la régulation de la température. Pour le rafraîchissement, il ne convient que dans une certaine mesure. Ici aussi, il y a trois variantes.
- Systèmes classiques enfouis selon EN 1264, avec les conduites dans la chape ou les plaques d’isolation. Les conduites peuvent aussi être intégrées aux couches d’isolation.
- Systèmes de construction à sec où les conduites sont intégrées à la plaque d’isolation. Généralement, on utilise des plaques de recouvrement pour un rayonnement meilleur. Une couche d’isolation supplémentaire peut éventuellement être posée. Une variante : des tubes de cuivre dans une couche de finition en asphalte coulé.
- Fixations spéciales des conduites sur le support existant, et finition avec une couche d’égaline.
Adapter les débits
L’eau choisit toujours le chemin de la moindre résistance. Ceci vaut aussi pour l’eau de refroidissement dans les circuits hydrauliques. Sans un ajustement hydraulique du système de rayonnement, les circuits courts vont subir un sur-débit et les circuits longs, un sous-débit. Ceci conduit à des fluctuations de températures indésirables. Par ailleurs, le risque de pollution sonore augmente via les vannes ou autres accessoires.
Un débit trop élevé signifie une plus grande consommation de la pompe de circulation. Exemple : si le débit augmente de 50%, la puissance hydraulique de la pompe augmente d’environ 240%.
Collaboration
Divers métiers sont impliqués dans la pose d’un système par rayonnement. La conception et la réalisation relèvent notamment de l’architecte, du concepteur, du menuisier, du maçon, du poseur de revêtement de sol et du chauffagiste. Une bonne collaboration entre toutes les parties est essentielle pour obtenir un résultat de qualité.
Par: Axel Grimm
Photos: BVF
