Refroidissement passif dans un établissement de soins résidentiel
Les PCM dans un établissement de soins
Le projet a concerné la rénovation d’une aile de l’établissement de soins résidentiel Hoogstraete à Sittard (Pays-Bas), où le confort thermique était insuffisant. Le bâtiment disposait de quelques unités de climatisation mais celles-ci fonctionnaient de manière autonome et ne desservaient que les espaces communs. Les chambres ne bénéficiaient d’aucun système de rafraîchissement; elles étaient uniquement équipées d’une ventilation mécanique par extraction et de stores à commande centralisée. Dans l’aile rénovée, l’enveloppe du bâtiment a été améliorée, et un système de ventilation équilibrée a été installé pour assurer le rafraîchissement des chambres. Une protection solaire automatique a été mise en place pour prévenir la surchauffe.
Ce projet a fait appel à une technologie de refroidissement inhabituelle. Au lieu de recourir à une installation traditionnelle à compression, le système associe des matériaux à changement de phase (PCM) à un refroidissement adiabatique. L’air insufflé est refroidi pour obtenir une température agréable dans les chambres.
Refroidissement durable
L’installation PCM a été fournie par Orange Climate, un spécialiste en la matière. Le principe de fonctionnement est relativement simple : la centrale de traitement d’air est équipée d’une batterie d’éléments PCM à travers lesquels circule l’air neuf. Au contact des éléments, l’air est refroidi. Les éléments sont remplis d’une solution saline dont la température de fusion est de 20°C et la température de régénération de 17°C. L’air extérieur, plus chaud, fait fondre les éléments, extrayant ainsi sa chaleur. L’air est refroidi jusqu’à environ 18-19°C puis insufflé dans les chambres. Ce procédé se poursuit jusqu’à ce que le PCM soit entièrement fondu.
Lorsque les températures diminuent pendant la nuit, l’air extérieur, plus frais, est dirigé vers la batterie PCM afin de la recharger par la solidification des sels. Ce système se passe ainsi du cycle de compression traditionnel, ce qui permet d’éviter les contraintes liées à la consommation d’électricité et à l’utilisation des fluides frigorigènes.
Soutien adiabatique
La centrale de traitement d’air s’adapte aux conditions ambiantes. Le système intègre un échangeur thermique qui récupère l’énergie de l’air extrait dans le cadre de la ventilation équilibrée. Selon la température extérieure, l’air neuf peut être insufflé directement via un by-pass ou dirigé vers la batterie PCM. Lorsque la capacité de refroidissement de la batterie PCM s’avère insuffisante, l’échangeur thermique est sollicité pour assurer un refroidissement complémentaire par voie adiabatique. De l’eau est pulvérisée dans le flux d’air extrait, ce qui abaisse sa température jusqu’à environ 18°C. Cet air refroidi traverse ensuite le flux d’air neuf via l’échangeur thermique. Comme l’ensemble du processus fonctionne à des températures relativement basses et qu’il n’y a aucune pulvérisation dans l’air insufflé, le risque de prolifération de légionelles est pratiquement exclu.
L’utilisation de matériaux à changement de phase comporte toutefois certaines limites. La principale concerne leur régénération, qui ne peut s’effectuer que lorsque les températures nocturnes sont suffisamment basses et persistent assez longtemps. Ce paramètre constitue le principal critère de dimensionnement de l’installation : la capacité du système à se régénérer détermine la puissance de refroidissement qu’il pourra fournir durant les périodes les plus chaudes. Plusieurs mesures permettent d’optimiser le processus. L’une d’elle consiste à sélectionner un matériau PCM présentant des températures de fusion et de solidification plus élevées. Une telle solution facilite la régénération lorsque les températures extérieures restent relativement élevées, mais elle entraîne une augmentation de la température minimale de l’air insufflé. Une deuxième contrainte concerne l’encombrement et le poids. La batterie PCM occupe un espace important, ce qui rend la centrale de traitement d’air plus volumineuse qu’une version classique équipée d’une batterie de chauffage et de refroidissement. C’est un point à prendre en compte lors d’une rénovation, car une nouvelle centrale de traitement d’air intégrant une batterie PCM pourrait ne pas trouver sa place dans un local technique existant.
Et dans la pratique?
La réalisation a été un véritable tour de force. Il a fallu installer les conduits de ventilation desservant les espaces de vie alors que l’aile du bâtiment était occupée. Des consultations ont été menées tout au long du chantier, tant auprès des résidents que du personnel soignant, afin que chacun soit bien informé des travaux et des éventuelles nuisances. Le maître d’œuvre a fait preuve d’une grande souplesse en adaptant le planning en fonction de l’état de santé des résidents.
Les performances du système ont été mesurées par la TU Eindhoven, qui a également mené une enquête auprès des résidents et du personnel soignant pour recueillir leur ressenti. Les résultats montrent que les objectifs sont globalement atteints. Lors du dernier été caniculaire, une température supérieure à 28°C n’a été enregistrée que dans l’une des dix chambres équipées de capteurs. En termes de ressenti, ce système nécessite une période d’adaptation par rapport au refroidissement actif. Les utilisateurs s’attendent à ce qu’il suffise de tourner un bouton pour que de l’air froid soit insufflé en abondance, mais le fonctionnement est différent : son principal atout est d’empêcher l’air extérieur chaud de pénétrer dans le bâtiment. Une sensibilisation des utilisateurs est donc nécessaire. Les résultats pratiques démontrent qu’il est parfaitement possible d’atteindre un niveau de confort acceptable sans recourir à un système de refroidissement actif à cycle de compression.
Équipe de construction
L’installation a été réalisée par une équipe de construction composée des partenaires suivants :
- Zuyderland Zorgcentra: Donneur d’ordre et utilisateur final.
- Exeades Bouwrealisten: Gestion de projet et coordination de l’équipe de construction.
- Sweco (business unit Volantis) : Conseiller en techniques d’installation.
- Equans: Installateur d’infrastructures mécaniques, électrotechniques et de régulation.
- Orange Climate: Spécialiste et fournisseur des solutions PCM.
- Université technique d’Eindhoven: la TU Eindhoven (TU/e) participe au projet Interreg Confort estival durable en tant que partenaire scientifique.
Projet Interreg Confort estival durable
Le projet a réuni les partenaires suivants:
- Thomas More Kempen vzw
- Embuild Vlaanderen
- EXTRAQT
- Katholieke Universiteit Leuven
- Technische Universiteit Delft
- Technische Universiteit Eindhoven
- TVVL
- Zuyderland Zorgcentra BV
- Kamp C
- Stemo - Safe Group
Par Alex Baumans - illustrations: Interreg Project Duurzaam Zomercomfort
