Quel système de distribution choisir pour le refroidissement?

Il est important d'examiner l'origine de la charge thermique

Le refroidissement du sol peut-il offrir un confort suffisant? C'est une question que se posent souvent les installateurs aujourd'hui. Pour y répondre, le Centre de connaissances sur l'énergie (KCE) de la haute école Thomas More a lancé un projet de recherche dans le cadre du projet TETRA Refroidissement 2.0. Dans ce projet, on a comparé le refroidissement par le sol et les ventilo-convecteurs.

LA DEMANDE DE REFROIDISSEMENT AUGMENTE

Les exigences toujours plus strictes en matière d'isolation des bâtiments entraînent une augmentation de la demande de refroidissement. Cette demande de refroidissement peut être satisfaite par la climatisation. Mais lorsqu'on choisit une pompe à chaleur sol/eau ou air/eau pour le chauffage, on peut également l'utiliser pour le refroidissement.

Pour obtenir un ensemble durable, il est important de choisir le bon système de distribution. Pour le chauffage, on utilise souvent le chauffage par le sol. Avec une température d'alimentation basse, le chauffage par le sol offre un grand confort pour un coût d'investissement limité. Si, en plus du chauffage, on souhaite également refroidir avec le même appareil, le plus simple techniquement est d'utiliser le même système de distribution pour le refroidissement. La question que l'on peut alors se poser est de savoir si le chauffage par le sol reste le système le plus approprié. Ou serait-il préférable de choisir un autre système?

TYPES DE SYSTÈMES DE DISTRIBUTION

Il existe trois principaux systèmes de distribution qui peuvent être utilisés pour le refroidissement et le chauffage.

• Le chauffage par le sol: il s'agit d'une solution relativement bon marché. Elle a de bonnes performances pour le chauffage, mais pour le refroidissement, la puissance de sortie est faible (±25 W/m²). La puissance totale maximale installée est limitée par la superficie de la pièce. La répartition de la température dans la pièce est moins optimale car l'air froid ne monte pas. De plus, avec une mauvaise régulation, il y a un risque de condensation sur le sol.
• Systèmes montés au plafond: l'installation est plus difficile que pour les systèmes de distribution par le sol. Par conséquent, le prix est généralement plus élevé. Cependant, il est possible de délivrer une puissance plus importante en mode refroidissement qu'avec un refroidissement par le sol (65 W/m²). Là encore, la puissance maximale installée reste dépendante de la superficie de la pièce.
• Ventilo-convecteurs: Comme on utilise des ventilateurs pour augmenter le flux d'air sur l'échangeur de chaleur, ce système peut fonctionner à basse température tout comme les unités de sol et de plafond. La puissance peut également être choisie 'librement', car elle n'est pas tellement liée à la surface disponible. Les inconvénients des ventilo-convecteurs sont l'espace requis contre le mur pour les modèles les plus courants et l'investissement, qui peut être élevé, selon le modèle choisi. En outre, le bruit peut également être un problème. Pour éviter cela, il est important de doter le ventilo-convecteur d'une puissance suffisante pour que le ventilateur doive fonctionner le moins possible à son niveau le plus élevé. Un grand avantage des ventilo-convecteurs est qu'ils peuvent également refroidir en dessous du point de rosée. Cela permet d'abaisser non seulement la température mais aussi l'humidité dans la pièce, ce qui peut augmenter considérablement la sensation de confort.

LES CONDITIONS DE TEST

Pour évaluer les capacités et les performances des unités de refroidissement par le sol et des ventilo-convecteurs, des mesures ont été effectuées dans le laboratoire Jaga Experience de Thomas More. Le laboratoire Jaga Experience consiste en une grande pièce dont la température peut être réglée. Pendant les tests, celle-ci a été fixée à 26 °C. Dans ce grand espace, deux 'maisons' ont été recréées. Il s'agit de pièces construites comme une maison traditionnelle. Dans les deux maisons, le climat a été surveillé pendant le test. Des mesures de température ont été effectuées à 3 hauteurs différentes. Un compteur de confort Testo a également été utilisé, mesurant la température, l'humidité relative, la température radiative moyenne et les turbulences. 3 tests de 24 heures ont été effectués. Lors du premier test, le refroidissement s'est fait par le sol. Au cours du deuxième test, le refroidissement était assuré par des ventilo-convecteurs et au cours du dernier test, le refroidissement était désactivé.

Le système de refroidissement pendant le premier test (refroidissement par le sol) était réglé sur un régime de 17/18,5 °C. La puissance mesurée du chauffage par le sol était en moyenne de 0,45 kW ou ±28 W/m². Autrement dit, 10,82 kWh de refroidissement ont été apportés dans les pièces. Lors de l'essai avec des ventilo-convecteurs pour le refroidissement, un JAGA BRIZA a été installé dans chaque maison. Il a été spécifié qu'il devait émettre 450 W, comme un chauffage par le sol, à un régime de 16/18/27 °C. Pendant le test, un régime de 11/18 °C a été obtenu pour refroidir en dessous du point de rosée. La puissance mesurée était de 680 W, ce qui signifie que 16,3 kWh de refroidissement ont été fournis en 24 heures.

Charge de rayonnement et d'humidité

La création d'une charge facilite la comparaison des performances des systèmes de refroidissement. Une partie de cette charge provenait de la température ambiante de 26 °C.

En outre, une charge de rayonnement a été appliquée dans la maison 1. On y a installé des panneaux radiants d'une puissance totale de 1,7 kW. En contrôlant ces panneaux toutes les heures, on a simulé une charge solaire à travers la fenêtre. Ce profil correspond approximativement au rayonnement solaire qui entrerait dans la maison lors d'une journée d'été ensoleillée en présence d'une fenêtre de 5 m² orientée au sud. Un total de 9 kWh de chaleur par jour est alors apporté.

Dans la seconde maison, on a simulé pendant les tests une charge de chaleur via de l'air humide. Pour ce faire, une quantité d'eau a été évaporée et de la chaleur a été apportée par un serpentin de chauffage avec un ventilateur. Au total, environ 4 kg d'eau ont été évaporés et une puissance de 375 W de chaleur a été apportée en continu. Au total, l'apport énergétique par 24 heures correspond à peu près aux 9 kWh de la maison 1.

RÉSULTATS DE L'ÉVALUATION

L'évaluation du confort peut se faire de plusieurs manières. Afin de ne pas trop entrer dans les détails, seuls le PMV (predicted mean vote) et la température mesurée ont été évalués. Avec un PMV de -3, une personne moyenne aura l'impression qu'il fait beaucoup trop froid, avec un PMV de 0, une personne moyenne se sentira bien et avec un PMV de 3, une personne moyenne aura l'impression d'avoir beaucoup trop chaud. Le PMV tient compte non seulement de la température, mais aussi des turbulences et de l'humidité relative. En général, un PMV compris entre -0,5 et 0,5 est acceptable.

Pour décider quel système est le meilleur, il faut prendre en compte de manière plus détaillée la conception et les capacités installées. En outre, d'autres facteurs tels que l'inertie d'un système peuvent également présenter des avantages ou des inconvénients dans certaines situations.

Refroidissement par le sol avec une charge de rayonnement

Avec une charge de rayonnement, il est important de prévoir un refroidissement, car sinon la température et le PMV deviennent rapidement trop élevés. Si l'on considère la charge de rayonnement par quart d'heure, on constate que le PMV s'élève à ±1,1 malgré le refroidissement, alors que dans une situation idéale, il ne devrait pas dépasser 0,5. En termes de PMV ou de température, il n'y a pas de différences majeures entre le refroidissement par le sol ou le refroidissement par ventilo-convecteur. La seule chose qui ressort de la comparaison des méthodes de refroidissement dans cette situation est que le refroidissement par le sol semble toujours mieux refroidir que le ventilo-convecteur aux moments où il n'y a pas de charge importante.

En l'absence de charge de rayonnement, il est clair qu'avec une différence de température plus faible entre l'eau de refroidissement et la pièce, la puissance du ventilo-convecteur est fortement réduite. Le refroidissement par le sol est plus performant dans cette situation et permet d'obtenir un PMV et une température ambiante plus faibles pendant cette période.

Ventilo-convecteurs avec une charge d'humidité

Lorsque l'on considère les mesures effectuées avec une charge d'air humide, on remarque que le ventilo-convecteur est nettement plus performant que le refroidissement par le sol. La valeur ajoutée du refroidissement par le sol avec une charge d'humidité semble être très limitée. Ici, la puissance de sortie du refroidissement par le sol est de 450 W, comme dans la pièce avec la charge de rayonnement, mais pour l'indice PMV, il n'y a presque aucune différence avec la situation sans refroidissement. Le ventilo-convecteur avec une puissance de 680 W est performant dans cette situation et peut contrôler à la fois le PMV et la température.

Dans ces résultats, il est important de noter que le refroidissement par le sol fonctionne au-dessus du point de rosée (Tin 17 °C), ce qui correspond à une situation pratique. Le ventilo-convecteur est alimenté avec de l'eau à 10 °C. Cela signifie qu'il se situe en dessous du point de rosée et peut donc déshumidifier l'air. Dans la pratique, cependant, il faudra utiliser un refroidissement actif pour cela et prévoir une évacuation de la condensation.

Il est important de choisir un ventilo-convecteur au bon régime et à la bonne température ambiante. Il faut noter que la puissance de sortie du ventilo-convecteur était plus élevée que celle du système de refroidissement par le sol (680 contre 450 W). Ceci est dû à une sélection à un régime de température différent de la réalité. Par conséquent, pour obtenir les mêmes performances, il est préférable de surdimensionner un peu le ventilo-convecteur par rapport au chauffage par le sol.

CONCLUSION

Si un installateur ou un client final doit choisir entre différents systèmes, il est important d'élaborer un concept global pour le chauffage et le refroidissement. Il est également nécessaire de considérer d'où provient la charge de refroidissement. Dans la plupart des cas, la charge de refroidissement proviendra principalement du rayonnement solaire. Nous constatons alors que le refroidissement par le sol fonctionne aussi bien qu'un ventilo-convecteur à condition que l'espace au sol soit suffisant. Si dans certains cas, la charge d'air humide est importante, par exemple en raison d'une occupation élevée et/ou de débits d'infiltration importants, il est plus probable que le refroidissement par le sol ne soit pas suffisant et qu'il soit préférable de passer à un refroidissement par ventilo-convecteurs. Il est important de noter ici que l'on doit alors commencer à refroidir activement avec des températures d'eau de 7 °C à 10 °C.

Plus d'informations: www.duurzamekoeling.be