Solutions de climatisation saines et hygiéniques

Par Philippe NUNES – Ingénieur ENSAIS – Fondateur et DG d’XPAIR

Compte tenu des crises climatiques à répétition, le confort d'été représente désormais un besoin majeur de qualité de vie dans le tertiaire comme pour l'habitat.
La crise sanitaire du Covid 19 nous amène à étudier différemment les solutions de climatisation eu égard aux nouveaux enjeux de santé et de qualité d'air.
D’autres crises sanitaires pourraient se succéder comme se succèdent les canicules estivales.

Ainsi, au-delà de la réglementation et des objectifs énergie et environnement qui nous contraignent à une neutralité carbone en 2050, de nouveaux paramètres, moins prioritaires hier comme l’hygiène mais majeurs aujourd’hui, sont désormais à prendre en compte pour assurer un confort global et une qualité de vie durable.

Cette chronique a été rédigée à l’attention des concepteurs, bureaux d’études ou architectes, promoteurs ou collectivités publiques: ceux qui ont le choix et la responsabilité de l’investissement d’avenir.

A partager donc sans modération et en vous souhaitant une bonne lecture !

Vers un confort de climatisation « compatible Covid »

Qualité de l’air en premier lieu

En premier lieu, examinons la qualité de l’air dans les bâtiments.  La qualité de l’air est un sujet majeur pour la santé des occupants et utilisateurs de bâtiments, du logement au lieu de travail. La crise du Covid19 nous rappelle que nous baignons dans l’air et que notre santé en dépend autant que notre bien-être.

Il s’avère depuis longtemps que la réglementation sur la ventilation des logements, bureaux et autres est insuffisante et qu’il faut agir au-delà pour le confort et le bien-être des occupants.

Ainsi, l’aération des bâtiments, dès qu’elle est mécanique, permet de contrôler les débits d’air. Mais cela reste quantitatif et ne suffit pas, ne suffit plus à notre sens. Il faut traiter l’aspect qualitatif de l’air, soit la qualité d’air intérieur. C’est ce qui rentre dans nos poumons et qui irrigue notre sang pour ne pas dire notre santé. La ventilation mécanique donc doit satisfaire à de multiples exigences, de confort physiologique, de confort acoustique, de sécurité, d'économie d'énergie et de respect de l'environnement. Et désormais de santé.

Aérer par les fenêtres car l’air extérieur est souvent moins nocif

Les conditions d’aération à l’intérieur d’un espace clos sont parmi les principaux facteurs déterminants de l’hygiène de l’individu, de son confort et de son bien-être, voire de sa productivité.

Elles ont un effet direct sur l’individu par la qualité de l’air respiré et un effet indirect par leur influence sur la température de l’air intérieur et des parois, ainsi que sur le taux d’humidité de l’air intérieur.

L’aération est au service de 3 fonctions :

• Le maintien de la qualité de l’air grâce au remplacement de l’air vicié du fait de l’occupation et de la présence de sources endogènes liées au bâtiment et aux équipements, par de l’air extérieur dit « neuf »
• Le maintien d’un confort thermique d’été en favorisant les échanges thermiques convectifs et évaporatifs. On parle ici d’aération de confort.
• La préservation du bâti et des revêtements intérieurs en évitant la détérioration due à la condensation de la vapeur d’eau et en évitant le développement des moisissures.

La solution idéale pour le confort et la qualité d’air consisterait à pouvoir prendre en compte au moins 4 domaines :

• amélioration de la ventilation (conception, pose) et dans certains cas de la filtration de l’air extérieur (système double flux) et de l’ensemble entretien-maintenance
• utilisation de matériaux de construction et de décoration à faible taux d’émission de COV, par exemple étiquette A+
• application de films « barrière » sur les matériaux (revêtements de surface appropriés).
• purification de l’air pollué (adsorbants, systèmes de destruction des COV, ...).

Quelques vidéos recommandées

Climatisation naturelle

Puits canadien installé pour les bureaux de Géo Bretagne Sud à Vannes
(conception BET Polenn, architecte Yves Brasse)

Avant de penser climatisation et recourir à des dépenses énergétiques, utilisons celles qui sont naturellement à disposition et travaillons sur la structure et la conception du bâtiment.

Une fois optimisées, avec des charges à combattre moindres, la puissance de climatisation sera moins importante, avec des équipements plus petits - moins de poids carbone), avec autant de confort mais moins de dépenses énergétiques.

Les recommandations sont les suivantes et peuvent suffire à mettre le moins de climatisation possible voire pas du tout !

 3 règles de base pour une climatisation naturelle

• Se protéger de la chaleur extérieure. C’est la règle de base : tout simplement empêcher la chaleur de rentrer : minimiser les vitrages exposés et se protéger contre l’ensoleillement direct, ...
• Ensuite, privilégier les ressources naturelles de fraîcheur : inertie, courants d’air, …
• Enfin, et seulement si cela est nécessaire, apporter un complément de rafraîchissement par un système de climatisation le plus économe possible.

 Conseils simples pour obtenir un lieu de vie frais

• Isolation et inertie thermique : privilégiez l’isolation par extérieur, elle évite de chauffer les murs extérieurs en direct et qu’ils rayonnent ensuite. L’inertie étant intérieure, elle peut accumuler la fraîcheur nocturne, avec un intérieur ventilé la nuit. Si vous isolez par l’intérieur, mettez en doublage une planelle en briques pour apporter du poids et de l’inertie. Ne pas oublier de sur-isoler la toiture, car elle représente un capteur solaire en permanence !
• Modérez les surfaces vitrées au sud et dans tous les cas les protéger de l’ensoleillement direct par des protections extérieures : auvent, balcons, brises soleil, stores extérieure, persiennes, végétation, ombres naturelles, …
• Concevez des espaces avec des expositions différentes (pièces dites traversantes). Vous bénéficierez ainsi de courants d’air bien utiles pour évacuer la chaleur et utiliser ainsi la fraîcheur nocturne. Si votre intérieur comporte de l’inertie (murs et planelles intérieures) la fraîcheur sera accumulée la nuit et restituée avec douceur durant la journée.
• Assurez prioritairement une protection de l’ensoleillement direct. Un rayonnement direct peut apporter plus de 600 W/m² de vitrage.  Evitez les stores intérieurs nettement moins efficaces que des protections extérieures de stores, de balcons, d’auvents. Utiliser et faire de l’ombre est une priorité.
• Intégrez la biodiversité, la végétation plantée à cet effet apportera ombre et fraîcheur par évaporation.
• Privilégiez la fraîcheur naturelle : elle peut venir de l’air et une ventilation voire une sur-ventilation nocturne s’avèrera bénéfique, surtout si vous avez apporté de l’inertie (cf. ci-dessus). Elle peut venir du sol : dans ce cas, si vous disposez d’un terrain, pensez à dérouler des tubes d’air ou d’eau pour réaliser un puits provençal pour capter la fraîcheur du sol sous 1,5 m de profondeur.
• Evitez les dégagements internes de chaleur ou du moins réduisez-les. Employez un éclairage basse consommation ou à LED, des appareils ménagers de catégorie A (Etiquette énergétique), éteignez les veilles de TV d’ordinateurs. Attention aux Box des opérateurs (Orange, free, SFR, …), ce sont des consommateurs d’énergie en permanence, soyez vigilants sur leur consommation. Vous risquez quelquefois d’être surpris.
• Climatisez avec des équipements de climatisation performants : étiquette énergétique A, coefficient de performance (EER supérieur à 3), régulation Inverter, fonctionnement en pompe à chaleur si possible également.
• Economisez par des comportements vertueux : modifiez la consigne de température de la climatisation. Nous avons un très bon confort à 26°C par +32°C extérieur. Eteignez les lumières. N’allumez pas votre four en plein été, …

Enfin, concevez « bioclimatique » !

Les espaces extérieurs créent des microclimats localisés, surtout en milieu urbain ou dans les zones d’activités, qui peuvent être défavorables vis-à-vis du confort d'été.

Les revêtements de sol bitumés et sombres accumulent la chaleur et la restituent par rayonnement en fin de journée et la nuit. 

Il est donc intéressant de limiter les surfaces bitumées autour des bâtiments, de créer des espaces végétalisés, ombrés et en relation directe avec le bâtiment.

Variation des paramètres décrivant les facteurs d’ambiances dans un tissu urbain alternant “minéral” et “végétal” source ARENE, d’après Conception thermique de l’habitat

Solutions de climatisation avec critère d’hygiène au premier plan

Les solutions couramment utilisées en climatisation travaillent sur le principe du brassage d’air. Ventilo-convecteurs, unités de traitements d’air et autres CTA sont aujourd’hui confrontés à la qualité de l’air sur le plan de l’hygiène et de la santé des occupants. La notion d’efficacité énergétique ne suffit plus. Elle est du domaine de la normalité.

Les solutions techniques de climatisation présentant des critères avancés d’hygiène sont désormais au premier plan, crise du virus Covid19 oblige. Ainsi, les solutions de climatisation de type radiantes ou à induction proposent une alternative plus hygiénique qui sera sans doute de plus en plus adoptée.

Climatisation saine avec poutres froides

Expliquons le fonctionnement de la poutre froide

• L’air primaire (A) amené de la centrale de traitement d’air via une gaine d’air soufflé alimente la poutre froide disposée en faux-plafond.
• Celle-ci  est conçue pour ne pas produire de condensation. Il n’y a donc besoin ni de système d’évacuation des condensats, ni de filtre.
• En principe, la température en entrée de l’eau de refroidissement se situe entre 14 et 16°C (régime de température lié à des rendements supérieurs).

Poutre climatique - Source Swegon
1 = Air primaire - 2 = Air ambiant - 3 = Air primaire mélangé à l’air ambiant refroidi

La solution poutre froide est de qualité supérieure sur le plan de l’hygiène.

• Pas de nettoyage de filtres et poussières dans les espaces de travail
• Pas de condensation et risques de moisissures dans les espaces de travail
• L’air introduit est un air neuf et filtré à la qualité voulue

Climatisation saine avec dalle active

Lorsque vous concevez un bâtiment de bureaux ou un bâtiment commercial, vous devez inclure la ventilation, le rafraîchissement et le chauffage. Chacun de ces postes importants représente un investissement en soi, prend de la place dans les faux plafonds et ne tire pas partie de l’inertie thermique du bâtiment.

• Le système de dalle active est un système de stockage actif de la chaleur qui exploite la masse thermique de béton du bâtiment pour uniformiser la température ambiante au moyen d’un réseau de tubes installé sur des treillis métalliques et incorporé dans le corps de l’ouvrage.
• L’eau circule dans les tubes noyés dans la dalle qui accumule les charges thermiques de la pièce ainsi que les apports extérieurs. La masse de béton est alors considérée comme réservoir de chaleur ou de fraîcheur.

Source Uponor

Durant la journée, les dalles actives absorbent les charges thermiques de la pièce ainsi que les apports extérieurs. Durant la nuit, les dalles sont chargées en froid par le système de rafraîchissement d’eau.

Source Uponor

Quelques avantages de la dalle active

• Possibilité d’utiliser des sources naturelles d'énergie renouvelable voire de l’eau de nappe en direct.
• Le confort ressenti est agréable et oscille avec des températures en chauffage et  rafraichissement entre 21 et 26°C.
• Les coûts d’installation sont réduits du fait de l'intégration des réseaux dans le treillis métallique des dalles
• Les coûts de maintenance et d’utilisation sont également réduits, pas d’émetteurs à entretenir, pas de filtres à nettoyer, pas de réseaux de chauffage et de  climatisation dans les faux plafonds, …  
• Le bilan carbone est réduit car beaucoup moins d’équipement de CVC
• La solution se présente avec très peu d'entretien. Pas d’entretien dans les lieux de travail, pas de filtres à nettoyer, pas de condensats, …
• La solution dalle active ne crée ni bruit, ni courant d’air, ni poussière.
• Solution fortement appréciée par les architectes car le dispositif de climatisation est intégré dans les dalles de structure.
• Gain de place dans les faux plafonds, plus de hauteur libérée, et gain d’un ou deux niveaux selon les immeubles

Quelques inconvénients de la dalle active

• Solution de climatisation douce qui ne convient qu’aux immeubles ayant très peu de charges (très bien isolés et protégés, et apports internes réduits).
• Cette solution de dalle active est à mettre en place dès le début du projet.
• Les salles de fortes charges comme les salles de réunions, restauration, … seront équipées de solution plus classiques avec CTA ou autre.
• Solution peu répandue en France et à contrario très utilisée dans les pays d’Europe du nord avec des certifications internationales (BREEAM, LEED, …)

Climatisation par plafond rafraîchissant

La solution de plafond rafraîchissant fonctionne avec le principe du rayonnement comme pour le plancher chauffant et rafraîchissant, si ce n’est que l’émetteur se situe en plafond.

Plafond rafraîchissant - Source Zehnder

Le fait de libérer de la place au sol - et d’en occuper en plafond - est particulièrement intéressant :
- Dans le cas de rénovation où les hauteurs sous plafond sont importantes et où l’on a tout intérêt à réduire le volume à traiter, à chauffer ou à refroidir. Exemple :bureaux dans les immeubles Haussmanniens
- Les puissances sont adaptées en neuf et en rénovation : jusqu’à 130 W/m² en rafraîchissement et 145 W/m² en chauffage.
- Pas d’entretien dans les espaces de vie et de travail. Hygiène renforcée.

Climatisation par plancher rafraîchissant

Plancher rafraîchissant - Source Rehau

Le plancher rafraîchissant est une climatisation radiante, sans recirculation d’air, sans courant d’air et avec des qualités d’hygiène supérieures.

Le plancher rafraîchissant convient pour l’habitat et les volumes de grande hauteur difficiles à chauffer et à rafraîchir avec circulation d’air.

C'est le sol qui transmet sa fraîcheur et permet ainsi d'abaisser la température de l'ordre de 3 ou 4°C. Et ce, en prenant toute précaution pour ne pas atteindre le « point de rosée », c'est-à-dire l'apparition de condensation due à l'effet paroi froide avec humidité importante de la pièce.

Le plancher rafraîchissant est le plus souvent un plancher chauffant et rafraîchissant du fait de la réversibilité du générateur utilisé, la pompe à chaleur...

La crise du Covid 19 et les bureaux de demain …

Architecte : Christian de Portzamparc - © Augusto Da Silva/Graphix-Images

La crise sanitaire du COVID 19 aura profondément impacté les habitudes de travail dans les bureaux, renforçant considérablement le travail à distance.
Le télétravail permet des économies de temps de déplacements, d’énergie de déplacements et de fatigue. Il augmente mécaniquement la distanciation sociale.
Il est recommandé pour les tâches répétitives, le travail « en cloche », plus individuel et cadré que collectif et ouvert aux autres.
Son efficacité est moindre pour une activité de projet à valeur ajoutée et participative : brainstorming, échanges dynamiques, travail d’équipe, …
Son avenir demeure dans la flexibilité du télétravail lui-même.

Les bureaux de demain seront-ils plus petits en surface ?

• Pas nécessairement du fait d’une volonté d’accroître la distanciation sociale (moins d’occupant au m²) avec plus de salles communes (réunion, activité sociale, …)
• Ils seront sans doute plus connectés : plus de salles équipées d’écrans pour des visioconférences entre équipes, fibre, …
• Ils seront ouverts et partagés : Flex office, sans bureau fixe ou desk sharin, coworking, partage de lieux communs avec d’autres propriétaires (parc, restaurants, cafétéria, salle de sports, douches pour ceux qui opteront pour la mobilité douce comme le vélo…)

Covid19 et recommandations pour la climatisation

Contamination directe et indirecte du virus Covid 19 par gouttelettes - source REHVA

Ces recommandations concernent l’ensemble des installations de CVC-R, soit de chauffage, ventilation, climatisation, réfrigération.

Dans le cadre du COVID 19, c’est UNICLIMA, syndicat de industriels de la filière, qui les a établies le 11 mai 2020 en s’appuyant sur les informations des Pouvoirs Publics ainsi que les mesures d’ hygiène standard recommandées par l’OMS, et communiquées par REHVA et l’AICVF. 

Elles concernent essentiellement le traitement d’air dans les bâtiments d’habitation ou destinés à accueillir du public (ERP) dans le but de limiter la propagation du Covid-19 par des facteurs qui pourraient être liés aux systèmes CVC-R.
Sans engager la responsabilité d’Uniclima, elles sont fort utiles pour prévenir et contrecarrer le risque de contamination.

D’une manière générale, Il est recommandé de maintenir un taux d’humidité relative entre 40% et 60% et une température intérieure entre 20°C et 25°C ce qui correspond aux conditions normales de confort hiver/été.

Pour la maintenance en fonctionnement des installations CVC, se reporter à ce lien

La RE2020 et la « climatisation fictive »

Tenir compte davantage de l’inconfort d’été dans les construction neuves

Rappelons que la réglementation n’apporte pas de règles de conception pour la climatisation, le chauffage et la ventilation. Elle fixe des garde-fous conventionnels pour construire des bâtiments avec un minimum de performances requis pour tous.

La prochaine réglementation environnementale RE 2020 qui sera applicable au milieu de l'année 2021, prendra davantage en compte le confort été avec une notion de climatisation fictive appliquée dans le calcul réglementaire. Beaucoup de bâtiments neufs calculés selon la RT 2012 sans climatisation au final, souffraient de la chaleur et se voyaient équipés par la suite d’une climatisation plus ou moins bien faite, intégrée et économe.

Pour éviter cela, la méthode de calcul de la RE2020, publiée le 21 avril 2020, cf. le document « Méthode de calcul Th-BCE 2020 » impose une « climatisation fictive » dans les bâtiments dont le calcul laisse entrevoir un risque d’inconfort, en admettant une augmentation des consommations d’énergie.

Dans la prochaine RE 2020, trois types de bâtiments seront concernés par la climatisation fictive : le résidentiel, les bureaux et les locaux d’enseignement. Les autres bâtiments, comme les commerces ou autres ErP, sont non concernés car systématiquement climatisés.

Méthode de calcul de la climatisation fictive selon la RE 2020

La RE2020 mettra en place 2 seuils d’inconfort à partir des valeurs d’un indicateur en degrés-heures, noté DH, unité en °C.h.

Un calcul de degré-heure d’inconfort estival DHmax cumulera les durées et niveaux d’inconfort, en remplacement du Tic de la RT2012.

Un besoin de climatisation fictif sera calculé à partir d’un certain seuil de DHmax.

• Si DH > seuil haut de l’indicateur, le bâtiment est trop inconfortable et n’est pas réglementaire, il faut reprendre sa conception.
• Si DH < seuil bas de l’indicateur, le bâtiment est considéré comme suffisamment confortable et présente peu de risques d’installation de climatisation a posteriori.
• Si seuil bas < DH < seuil haut, le critère de confort est respecté, mais il y a un risque d’installation d’une climatisation a posteriori. Dans ce cas, le calcul des consommation Th-C est effectué en introduisant une climatisation fictive représentative de la climatisation installée a posteriori.

La méthode de calcul paramètre cette climatisation fictive de manière conventionnelle 

 Deux conditions doivent être rassemblées pour lancer le calcul de la climatisation fictive.
1°) Le concepteur aura choisi le mode de calcul Th-C avec l’un des modes de calculs suivant Th-C, Th-BCE, Th-BCDE.
2°)  Au moins l’un des groupes définis dans la zone d’un usage qui fait l’objet du calcul, est non climatisé dans le projet

• Lien :   Méthode de calcul Th-BCE 2020

Le mode de calcul dit Th-C avec climatisation fictive suit la logique de calcul décrite ci-dessous :

Par Philippe NUNES – Ingénieur ENSAIS – Fondateur et DG d’XPAIR
 

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