Guide des solutions de rafraîchissement adiabatique pour le tertiaire en rénovation

Par le comité technique de l’AICVF et l’AQC

Le confort d’été est un sujet essentiel lors de la rénovation des bâtiments tertiaires. Les solutions de rafraîchissement alternatif comme le rafraîchissement adiabatique sont déjà mises en avant dans la RE2020 pour le neuf. En rénovation, le décret tertiaire oblige à réaliser des économies d’énergie drastiques pour tous les bâtiments tertiaires existants de plus de 1000m². La maîtrise du confort d’été dans des conditions de sobriété et de moindre impact environnemental est donc au cœur des préoccupations pour les concepteurs, les maîtres d’ouvrage et les installateurs.

Ce guide, à destination des professionnels du bâtiment, a pour ambition de présenter les systèmes de rafraichissements adiabatiques adaptées à la rénovation de bâtiments tertiaires, leurs avantages, inconvénients et les bonnes pratiques associées.

Il a pour ambition de présenter les systèmes de rafraichissement adiabatique en rénovation tertiaire,  leurs avantages, inconvénients et les bonnes pratiques associées. Il est le fruit d’un travail collaboratif des différents acteurs de la filière bâtiment dans le cadre du programme PROFEEL avec la participation active de l’AICVF et de l’AQC.

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• INTRODUCTION
   
• PRINCIPES DU RAFRAICHISSEMENT ADIABATIQUE
   
• TECHNOLOGIES ADIABATIQUES
   
• LES RÉGLEMENTATIONS ET L’ADIABATIQUE
   
• EFFICACITÉ DE L’ADIABATIQUE
   
• LES PRÉCAUTIONS
   
• ÉTUDES DE CAS
   
• TÉMOIGNAGES  SYNTHÈSE

Guide des solutions de rafraîchissement adiabatique dans les bâtiments tertiaires en rénovation

Extrait : rafraîchissement adiabatique direct (RAD)

En période estivale, les locaux de grands volumes sont compliqués à rafraîchir. Les apports solaires qui viennent de la toiture ou des façades, combinés aux apports calorifiques qui viennent du public et de l’activité, sont difficiles à combattre avec efficacité. En raison de l’important besoin en air neuf, la climatisation traditionnelle est coûteuse et mal adaptée. Le rafraîchissement adiabatique direct est donc une réponse adaptée à ce type de bâtiment.

L’opération présentée ici est réalisée sur un grand volume à usage sportif, où le confort intérieur est un point bloquant de l’utilisation du local sur la période estivale. Le bâtiment est situé en zone H2b. Le système est composé de plusieurs rafraichisseurs adiabatiques directs positionnés en toiture ainsi qu’un système de diffusion en gaine textile longue portée.

Grâce au système adiabatique direct, l’introduction de cet air frais dans l’espace du bâtiment permet, par une légère surpression et l’ouverture (en partie haute de préférence) d’ouvrants de façade ou de toiture, de chasser les calories qui sont à l’origine de l’inconfort. Globalement, la température intérieure est de l’ordre de 28 °C quand elle culmine à 35 °C à l’extérieur, dans un bâtiment à structure métallique à très faible inertie.

Extrait : refroidissement adiabatique par roue dessiccante

• L’air extérieur est aspiré au travers d’un filtre, puis traverse la “roue dessiccante” ou “roue à dessiccation”. Cet échangeur rotatif contient un produit de sorption solide. Ce dernier absorbe la vapeur d’eau de l’air extérieur par absorption. L’air extérieur est ainsi déshumidifié et en contrepartie, voit sa température augmenter ;
• L’air extérieur est alors refroidi par échange de chaleur avec l’air extrait. Cet échange se fait au travers d’un échangeur de chaleur rotatif ;
• Pour augmenter l’échange de chaleur et donc le refroidissement de l’air pulsé, on rafraîchit au préalable l’air extrait en l’humidifiant jusqu’à saturation. On abaisse ainsi le plus possible sa température, et on bénéficie au maximum du potentiel de refroidissement dans l’échangeur ;
• En passant au travers de l’échangeur de chaleur, l’air extrait se voit donc réchauffé ;
• Pour pouvoir fonctionner en continu, la roue dessiccante doit être régénérée c’est-à-dire que l’humidité doit être évacuée du matériau adsorbant. Pour cela la portion de roue contenant l’humidité doit croiser le flux d’air extrait qui aura été préalablement réchauffé pour atteindre une température suffisante pour vaporiser les molécules d’eau retenues dans les pores de la roue ;
• Enfin l’air extrait chaud traverse et régénère la roue dessiccante pour lui permettre de poursuivre le processus continu de déshumidification. Finalement, l’air rejeté, à l’aide d’un ventilateur, sort plus haut en température et plus chargé en humidité que l’air extérieur
• Régulation : Pour cette technologie, la régulation devient plus complexe car le nombre de « briques » technologiques différentes augmente. Un ensemble de sondes de température et d’humidité viennent piloter le système, l’arrêter, augmenter les débits si l’ambiance devient trop humide en soufflage et faire la régulation de l’eau.
   

Avantages du refroidissement adiabatique

La technologie adiabatique, qu’elle soit en rafraichissement ou en refroidissement, présente de multiples avantages :

C’est une technologie efficace

Pour l’ensemble des références, la technologie adiabatique présente un résultat satisfaisant. Les objectifs de consignes ou de confort sont atteints. Cette efficacité est à mettre en corrélation avec la qualité de l’ensemble de la rénovation : un système adiabatique devient d’autant plus intéressant quand le bâtiment et ses systèmes sont bien conçus. Les simulations montrent aussi l’efficacité de ce type de système :

• Sur un bâtiment gymnase avec de l’adiabatique direct, réduction de 15 % du nombre d’heures d’inconfort.
• Sur un bâtiment enseignement, réduction de l’inconfort de 30 % à 100 % même en cas de canicule.

C’est une technologie globalement simple

Elle demande de plus un entretien facile et régulier. La technologie adiabatique est sur le volet rafraichissement assez simple : un média humide que traverse de l’air, extrait du local ou neuf. Elle ne demande peu de réseaux supplémentaires : uniquement l’alimentation électrique et l’arrivée et départ de l’eau. L’expertise nécessaire à la maintenance d’un système de rafraichissement adiabatique est donc standard. C’est un réel avantage par rapport à des systèmes à multiples briques technologies comme les PAC, composées d’un compresseur, d’un évaporateur et d’un réseau de fluide frigorigène.

C’est une technologie qui a un coût réduit dans le cadre d’une rénovation tertiaire

Etant donné la simplicité de la technologie, le surcoût lié au choix d’un rafraichissement adiabatique est faible. C’est un montant d’autant plus faible quand il est choisi de la remplacer la CTA : une centrale incluant le rafraichissement adiabatique est sensiblement plus chère qu’une centrale standard, tout en permettant une amélioration nette du confort.

C’est une technologie sans fluide frigorigène

Du point de vue environnemental, l’absence de fluide frigorigène est le gros avantage de la technologie adiabatique sur les PAC. En effet, il n’y a plus aucun risque de pollution de l’environnement par perte de fluide à toute les phases de vie de l’installation : fabrication, usage et recyclage. Par ailleurs, l’absence de fluide frigorigène a aussi un impact positif sur le bilan Carbone de la solution de type adiabatique sur des usages où un système de refroidissement aurait un usage uniquement de confort, et non de refroidissement.

C’est une technologie peu consommatrice d’énergie

Les simulations montrent qu’il y a très peu d’ajout de consommation énergétique par la mise en œuvre d’un système adiabatique. Celui-ci ne comportant uniquement une pompe pour la circulation de l’eau, la consommation énergétique additionnelle est minime.

Il est possible d’utiliser l’eau de pluie pour limiter les consommations d’eau potable.

Inconvénients du refroidissement adiabatique

Quelques points négatifs sont à soulever, afin de bien comprendre les limites de la technologie adiabatique :

• C’est une technologie qui augmente l’hygrométrie en direct
• C’est une technologie avec une machinerie plus volumineuse
• C’est une technologie consommatrice d’eau

La technologie adiabatique utilise de l’eau pour fonctionner. L’eau est une ressource appelée à devenir précieuse : il est donc primordial de bien dimensionner les besoins en froid et le système dans sa mise en œuvre et sa régulation afin de minimiser les consommations d’eau potable. Il peut aussi être envisagé d’utiliser l’eau de pluie. Le refroidissement adiabatique a une efficacité limitée à trois niveaux :

• Limite de vecteur : comme tout système de transfert thermique basé sur l’air, la faible capacité calorifique de l’air bride la puissance disponible.
• Limite physique : la température minimale à laquelle l’air peut être abaissé est la température de bulbe humide, qui correspond à la saturation. Cette température est plus élevée que celle obtenue par une machine frigorifique “classique”.
• Limite climatique : le système ne fonctionne que lorsque l’air que l’on souhaite humidifier est suffisamment sec pour présenter un potentiel de rafraichissement intéressant.

Les précautions à prendre pour le refroidissement adiabatique

Afin de garantir les meilleures performances du système adiabatique mis en œuvre, plusieurs précautions sont à prendre au cours du projet :

C’est une technologie qui nécessite une réduction des besoins de froid en amont

Afin de permettre au système adiabatique d’apporter un réel confort intérieur, la rénovation du bâtiment doit avoir pour objectif la limitation des besoins de froid, ce que soit via les protections solaires ou la régulation des apports internes.

C’est une technologie à intégrer architecturalement

Les unités adiabatiques sont potentiellement en façades ou le plus souvent en toiture. C’est un élément qui peut donc être à intégrer architecturalement au projet de rénovation.

C’est une technologie qui nécessite une bonne régulation de l’eau

En effet, il y a toujours un risque avec l’usage de l’eau : celui concentration en minéraux. Si la régulation de l’eau dans l’unité ne prévoit pas assez de vidange du système, il y a un risque d’entartrage de l’unité et donc de fonctionnement bien moins performant.

C’est une technologie qui nécessite une vigilance concernant les fuites d’eau

Toujours lié à la problématique de l’usage de l’eau, il y a un risque de la fuite de celle-ci. Il est important de bien vérifier régulièrement s’il y a fuite, voir même installer un mécanisme d’alerte.

C’est une technologie qui peut nécessiter un réseau de gaines de ventilation plus important

Le système adiabatique est de type aéraulique. Pour traiter l’ensemble des apports, des débits d’air plus importants peuvent être nécessaires, demandant donc un réseau de gaines plus conséquent. Un traitement acoustique des gaines est aussi à envisager.

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Webinaire organisé par l'AICVF

La réalisation de ce guide s’inscrit dans le cadre du programme PROFEEL piloté par l’AQC. Ce programme financé par le dispositif des CEE vise à accompagner la montée en compétence de la filière à travers le suivi d’expérimentation, la définition de méthodes ou protocoles et l’élaboration d’outils pour la rénovation performante des bâtiments. Coordonné par Nathalie TCHANG (Directrice de TRIBU ENERGIE et membre du comité technique de l’AICVF), ce guide a été réalisé par l’AICVF et le COSTIC. Même si le rafraîchissement adiabatique repose sur une connaissance millénaire, cette solution est encore trop peu déployée. Cet ouvrage permet de décrire les différentes technologies adaptées aux immeubles tertiaires, leur intérêt, les points d’attention liés à la mise en œuvre et les limites d’utilisation. Il est complété par des études de cas et retours d’expérience. Ce guide se veut accessible à tous les acteurs du bâtiment et de la maitrise d’ouvrage et répond à la mission principale de transmission de savoir de l’AICVF.

Mohamed ABDELMOUMENE – Président du Comité Technique
 

Sources et liens