Pourquoi et comment récupérer la chaleur de l’air avant de le rejeter à l’extérieur ?

Par Stéphane Bourras, chef de produits ventilation tertiaire chez Atlantic

L’énergie produite par les bâtiments est, la plupart du temps, rejetée en pure perte, notamment l’air extrait des systèmes de ventilation. Réduction de la facture énergétique, décarbonation de nos activités, mise en place de la RE2020 et du Décret Tertiaire (dispositif éco énergie tertiaire) : ces impératifs vont sans nul doute nous inciter à valoriser cette énergie fatale. Si la ventilation assure d’abord le renouvellement d’air indispensable à la santé des occupants, elle va de plus en plus contribuer à la performance énergétique des bâtiments.

Le contexte : récupérer l’énergie fatale !

Ce n’est pas une découverte : l’air contient de l’énergie et il a plusieurs vertus, dont celle de transmettre de l’énergie calorifique susceptible d’être récupérée pour réchauffer ou rafraîchir les bâtiments. D’où un triple intérêt : diminuer la facture énergétique, réduire l’empreinte carbone en phase exploitation du bâtiment et apporter un bon niveau de confort aux occupants.

Cette énergie, dite « fatale », provient du fonctionnement du bâtiment et des activités de ses occupants. « Fatale signifie perdue en temps normal. L’idée, si l’on veut démocratiser le concept de la récupération d’énergie sur l’air – valable aussi sur les fluides comme les eaux grises – est d’éviter de gâcher de l’énergie, car rejeter revient à gaspiller. »

Le principe de la récupération n’est certes pas récent. Mais c’est l’avancée des technologies qui a rendu de plus en plus évident l’intérêt d’utiliser cette énergie fatale contenue dans l’air pour réduire la facture énergétique et limiter l’empreinte carbone des équipements dont le rôle est d’apporter un confort thermique à l’occupant. « Et au-delà de la dimension écologique et sociétale, le nerf de la guerre reste le coût du bâtiment. On va donc isoler ce levier qu’est la récupération de l’énergie sur l’air pour abaisser la facture sur chauffage. Depuis vingt ans, on en parle comme moyen de compenser en calories la puissance amenée par un système de chauffage principal ».

L’avènement de la technologie des moteurs EC (commutateur électronique) a permis de rendre les ventilateurs moins énergivores. Par rapport à un moto ventilateur à moteur AC (courant alternatif), la réduction de consommation peut dépasser 50% !

Les échangeurs de chaleur de leur côté ont subi une montée en puissance très importante depuis le début des années 2000. Géométrie améliorée, taille augmentée, intégration de dispositif de régulation tel que le by-pass à commande proportionnelle sont autant de variables qui permettent d’offrir au marché des équipements capables de capter entre 80 et 95% de l’énergie contenu dans l’air repris de l’intérieur des bâtiments.

La problématique des bâtiments tertiaires à rénover

« Les bâtiments tertiaires existants doivent être passés au tamis des exigences de rénovation énergétique pour évaluer leur potentiel à valoriser de la récupération d’énergie. » Ceci implique nécessairement un bilan thermique.

En fonction des résultats, de la valeur des déperditions et des apports thermiques à réaliser pour respecter des exigences de confort en été et en hiver, il sera possible de déterminer les solutions techniques pour ces bâtiments.

« L’objectif sera de satisfaire à la réglementation, aux attentes du maître d’ouvrage qui, lui, veut valoriser son bâtiment, réduire au minimum le coût total de possession de son bâtiment, et donc sa consommation. »

Historiquement, les bâtiments existants sont dotés de ventilo-convecteurs ou d’autres systèmes de type convecteurs électriques ou chauffage central. « Pour réduire la facture associée au chauffage, il faut travailler sur un apport de chaleur par le vecteur air en valorisant la récupération de l’énergie sur le flux d’air vicié. A ce moment-là, on va pouvoir amener 20, 30, voire 40 % des besoins – si l’isolation du bâtiment a été retravaillée, ce qui est le cas en général. D’où l’intérêt de réaliser un bilan thermique au préalable pour évaluer les déperditions et les amoindrir. » 

La centrale à récupération d’énergie Serencio P, nouvellement sortie par Atlantic, est l’exemple type de la centrale d’air dédiée à la récupération d’énergie et à la compensation de température pour les bâtiments tertiaires.

Plus d’info sur les centrales Serencio P
 

La problématique des bâtiments neufs récents

Avec les constructions, récentes ou à venir (RE2020), l’objectif est de réduire au minimum la facture énergétique en rendant les bâtiments passifs et/ou producteurs d’énergie. La récupération d’énergie de l’air est ici une évidence pour rendre le bâtiment totalement vertueux sur le plan des consommations d’énergie et de l’impact carbone.

Vertus au nombre desquelles Stéphane Bourras ajoute la fonction de confort hygiénique et d’ambiance saine, « avec les effets collatéraux que sont une meilleure productivité, une humeur à l’avenant et une satisfaction des usagers de ces bâtiments tertiaires. Dans le génie climatique, on parle de qualité d’air – intérieur, extérieur – et on va bientôt pouvoir parler de qualité d’air au travail. »

Dans ce contexte, la ventilation double flux s’impose naturellement : « Nous sommes à un carrefour entre notre volonté de verdir nos bâtiments pour les rendre plus efficients en termes de consommations d’énergie, et l’existence de technologies éprouvées par les maîtrises d’ouvrage dans le tertiaire. Sans faire de greenwashing, c’est le moment d’aller plus loin que le petit coup de projecteur sur la récupération d’énergie de l’air. On peut vraiment compter sur cette technologie pour contribuer à atteindre les objectifs. »

Quelle technologie pour la ventilation double-flux ?

La technologie est assez simple, elle repose sur un échangeur enthalpique qui piège de la chaleur sensible, élément physique permettant d’augmenter ou de réduire la température ressentie. Ces échangeurs existent depuis longtemps. Dans le tertiaire, ils sont systématiquement en métal, plus précisément en aluminium en raison des contraintes relatives au feu (classe au feu exigée dans les ERP) et de deux catégories : soit à roues, soit à plaques. C’est ce cœur qui intègre la fonction de transfert d’énergie entre le flux d’air insufflé et le flux d’air vicié. L’échangeur a besoin que l’air circule dans ses entrailles, d’où la nécessité, pour mouvoir l’air, d’un groupe moto-propulseur. En France, il s’agit de systèmes qui embarquent deux ventilateurs.

Aujourd’hui, il est possible de réguler les rythmes de fonctionnement de ces appareils, la vitesse des ventilateurs, les quantités de flux d’air passant à travers l’échangeur : en y intégrant notamment des by-pass, systèmes de contournement de l’échangeur pour éviter les surchauffes. « Grâce à ces technologies, on atteint 90 à 95%, sur le papier ou lors de périodes de crêtes, de maximisation de la récupération d’énergie. Les capacités de ces appareils ont véritablement explosé, aussi bien en améliorant les composants qu’en intégrant de l’intelligence, du pilotage dans les produits. »

Chez Atlantic, Serencio P, Serencio P UP et Serencio P SW sont autant de centrales de récupération compactes qui proposent d’excellents rendements - du fait, notamment, de l’échangeur contre-flux certifié Eurovent qu’elles intègrent.

Plus d’info sur les centrales Serencio P UP et P SW
 

Serencio R UP, Serencio R et la centrale de traitement d’air Ultimio XL2 sont des unités munies d’échangeur à roue régulées en permanence au niveau de la vitesse de rotation pour assurer une gestion précise de la quantité d’énergie requise à la tenue des consignes.

Un atout pour le confort d’été

Dans le neuf, la nouvelle RE2020 nous impose de prendre en compte le confort thermique aussi bien en hiver qu’en été. Elle pose donc aussi des exigences sur la consommation d’énergie corrélée au rafraîchissement des bâtiments. « C’est là où la récupération d’énergie sur l’air dévoile sa deuxième facette : celle de jouer aussi le rôle de système compensatoire des générateurs de froid. »

Concrètement, le système de récupération d’énergie va avoir un intérêt la nuit et durant les périodes de baisses d’ensoleillement pour surventiler – une fois les locaux vides de leurs occupants bien sûr, afin de leur épargner l’inconfort généré par l’augmentation des volumes d’air envoyés dans le bâtiment. « La récupération de l’air a donc cette double vocation, tandis qu’elle contribue à réduire la facture énergétique liée aux deux postes – chauffage et rafraîchissement des locaux. »

Pour Thierry Reiser, gérant du BE Fluide Enertech : « Quel que soit le bâtiment, la charge thermique de la ventilation est un enjeu très important. » D’ailleurs, le bureau d’étude a pu la quantifier lors de la conception du collège Samuel Paty, à Valenton (94), premier collège certifié passif en France (Archipente architecte) et livré à la rentrée 2021 : « Entre simple et double flux, le gain avec l’installation d’une ventilation double flux est de 10 à 15 Kwh/m2 ». Soit un niveau équivalant aux besoins d’un bâtiment passif comme celui-ci.