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Problématique L a consommation énergétique des bâtiments publics et privés du s

Problématique L a consommation énergétique des bâtiments publics et privés du secteur tertiaire en Afrique subsaharienne s’élève entre 250 et 450 kWh/m2climatisé/an selon le nombre d’étages.Dépendamment des bâtiments,les systèmes de climatisation, de ventilation et de conditionnement d’air (CVCA) représentent 50 à 70% de la consommation d’élec- tricité des bâtiments. Principes de base Les systèmes de CVCA visent à contrôler,en fonction du type d’utilisation du local concerné et des paramètres de confort et d’hygiène,les différentes grandeurs caractéristiques de l’air ambiant: température, humidité, pureté et mouvement. Le contrôle de ces paramètres influence aussi directement la consommation énergétique du bâtiment. Les éléments d’un système de CVCA se définissent comme suit: – Les installations de ventilation seulement assurent le renouvellement d’air du local et éventuellement une des fonctions thermodynamiques suivantes: chauffage, refroi- dissement, humidification ou déshumidification. – Les installations de climatisation assurent au moins deux des fonctions de chauffage,refroidissement,humidification, déshumidification. – Les installations de conditionnement d’air industriel créent,en plus de la climatisation,des conditions optimales Les systèmes de ventilation et climatisation Figure 1: Diagramme de l’air à l’intérieur des bâtiments industriels pour la réalisation de certains procédés de fabrication ou pour la conserva- tion de produits entreposés. L’évolution des grandeurs représentatives de l’air peut être représentée dans le diagramme dit de l’air humide ou diagramme psychrométrique,illustrant la saturation en humidité de l’air en fonction de la température (voir figure 1). Le confort thermique représente la satisfaction exprimée au sujet d’une ambiance locale.Il est défini par des normes inter- nationales et nationales (ISO,AFNOR,ASHRAE – tableau 1). Des études expérimentales ont permis d’adapter ces normes aux pays d’Afrique subsaharienne. A Courbe de saturation ZA = humidification ZB = chauffage et humidification ZC = chauffage ZD = déshumidification chimique ZE = déshumidification ZF = refroidissement et déshumidification ZG = refroidissement sans condensation ZH = refroidissement par évaporation Température en ºC Humidité absolue en kg d'humidité/kg d’air sec B C D E F G H Tableau 1: Confort thermique optimal et zone de confort thermique CONDITIONS INTÉRIEURES ZONE DE CONFORT DE CONFORT OPTIMAL THERMIQUE T empérature Humidité T empérature Humidité Pays sèche °C relative % sèche °C relative % Norme ISO 7730 – 25 (air calme) – – Normes AFNOR NFX 35-203 70 > Hr > 60% et ASHRAE 55-81 – – – 23<To<26 Air < 0,1 m/s Climat tropical humide Cameroun 26 51,3 23,9<To<28,3 70 > Hr > 60% Côte d’Ivoire 24,5 65 24,2<To<28 71 > Hr > 58% Nigeria 26 50 – – Climat tropical sec Cameroun 28,5 51,9 – – Côte d’Ivoire 26,5 50 26<To<27 55> Hr> 50 agence intergouvernementale de la f r a n c o p h o n i e F i c h e t e c h n i q u e P R I S M E nº 2 Le fonctionnement d’un système de CVCA se définit comme suit. Le caisson de climatisation, élément principal des sys- tèmes de CVCA, est un tronçon de conduit en tôle d’acier galvanisé isolé comportant, selon le traitement d’air désiré, les équipements suivants: – Filtre: retenir les impuretés solides, liquides ou gazeuses contenues dans l’air. – Ventilateur: mettre en mouvement l’air. – Batterie chaude (tubes d’acier ou de cuivre alimentés soit en vapeur ou eau chaude, soit par des résistances élec- triques blindées): chauffer l’air. – Batterie froide (tubes de cuivre dans lesquels circule le fluide de refroidissement – fluide frigorigène ou eau gla- cée): refroidir et/ou déshumidifier l’air. – Système d’humidification (rampes équipées de pulvérisa- teurs d’eau): augmenter l’hygrométrie de l’air. – Système de communication avec l’extérieur: aspirer l’air neuf, extraire l’air vicié. – Système de récupération de chaleur ou de froid contenu dans le flux d’air sortant des installations de climatisation. – Piège à son: empêcher la propagation des bruits générés par les ventilateurs et la circulation de l’air. – Système de régulation (sur les conduits entrant ou sortant du caisson): contrôler le système de CVCA en fonction des données de température, hygrométrie, vitesse, indica- tions horaires. Tout système de CVCA peut être classé dans l’une des quatre catégories suivantes: – Système tout air:l’air est traité dans les caissons et apporté dans les pièces climatisées par l’intermédiaire d’un réseau de gaine. On distingue: les systèmes à double gaine stan- dard et débit constant, à double gaine à air primaire et débit variable, à simple gaine à réchauffage ou refroidisse- ment terminal et les systèmes multizones. – Système air/eau: utilisation de l’eau pour le refroidisse- ment. Les batteries peuvent être installées dans le local. On distingue:le système à induction,à ventilo-convecteur avec distribution d’air primaire et panneaux rayonnants avec distribution d’air primaire. – Système tout eau:ventilo-convecteurs installés dans chaque local et alimentés par l’eau glacée ou saumure.On distingue: les circuits hydrauliques à deux,trois ou quatre tuyaux. – Système à réfrigération directe:unité de climatisation placée à l’intérieur du local à climatiser. Ce sont les climatiseurs individuels,les splits systèmes,les armoires de climatisation. Problèmes observés et solutions techniques Le tableau 2 présente les problèmes couramment rencontrés sur les systèmes de CVCA et les solutions techniques per- mettant d’améliorer la performance et l’exploitation énergé- tiques de ces installations. F i c h e t e c h n i q u e P R I S M E nº 2 2 Les systèmes de ventilation et climatisation Tableau 2: Problèmes habituels rencontrés N° Problèmes Solutions techniques 1. Surdimensionnement des systèmes – Adapter les méthodes de calcul de bilans thermiques aux conditions climatiques locales. de CVCA – Respecter les consignes définies dans le cahier de charge; choisir la puissance du climatiseur égale ou légèrement supérieure à celle obtenue par le dimensionnement. 2. Normes de confort thermiques et – Utiliser le tableau 1 (normes de confort thermique). équipements inadaptés aux conditions – En plus de la température extérieure et intérieure, tenir compte des critères suivants climatiques locales pour sélectionner un système: • en climat tropical humide: puissance frigorifique (charge calorifique totale) et puissance de déshumidification (chaleur latente totale);utiliser des condenseurs à air; • en climat tropical sec: puissance calorifique totale; utiliser des tours de refroidissement. 3. Méconnaissance des critères de sélection – Se reférer aux catalogues du constructeur pour sélectionner les systèmes de CVCA. – Préférer les installations de climatisation avec option «production d’eau chaude sanitaire» (hôtels, restaurants). 4. Systèmes inadaptés aux applications – Système tout air (le plus fonctionnel): bâtiments à faible charge frigorifique; – Système air/eau (le plus économique): immeubles à bureaux, hôtels, appartements, hôpitaux et supermarchés; – Système tout eau: hôtels, appartements, hôpitaux, écoles et boutiques; – Système à réfrigération directe: salons de beauté, restaurants, boutiques, résidences. 5. Absence de code d’efficacité énergétique – Adapter et utiliser les codes d’efficacité énergétique existants en zone tropicale (code Jamaïcain, Ivoirien et ASHRAE). F i c h e t e c h n i q u e P R I S M E nº 2 3 Les systèmes de ventilation et climatisation Tableau 2: Problèmes habituels rencontrés (suite) N° Problèmes Solutions techniques 6. Condenseurs des climatiseurs exposés – Installer les systèmes de climatisation à l’ombre, sur des surfaces gazonnées, ou les à un rayonnement solaire direct placer en hauteur; les protéger par un auvent de l’impact direct du soleil sans gêner l’évacuation de la chaleur. 7. Inadaptation des besoins de renouvellement – Dans les halls d’entrée climatisés: supprimer les apports d’air neuf; créer une légère d’air aux besoins réels / surpression qui s’opposera à l’entrée d’air extérieur ou installer un vestibule. Taux de renouvellement d’air élevé – Dans les locaux publics d’un immeuble: moduler la quantité d’air neuf par l’intermédiaire d’un vérin commandé par une minuterie. – Optimiser l’admission d’air neuf en fonction du profil d’occupation: 18 m3/h/personne pour les bureaux sans fumeurs et 25 m3/h/ personne pour les bureaux avec fumeurs. 8. Isolation insuffisante des tuyauteries – Isoler les conduites frigorifiques d’aspiration avec une épaisseur d’armaflex de transport des fluides et des conduits d’air normalisée. Isoler les tuyauteries d’eau glacée par des coquilles de polystyrène ou par la mousse de polyuréthanne (injecté in situ) revêtue de bitume comme écran pare-vapeur et protégé par une tôle en aluminium. – En climat tropical humide, le réseau de gaine sera en tôle d’acier galvanisée, calorifugé en laine de verre simple (épaisseur optimale de 50 mm) et protégé sur sa face extérieure par un pare-vapeur. La gaine de reprise sera identique mais d’une épaisseur 25 mm. – En climat tropical sahélien, le réseau de gaine de soufflage peut être de fabrication identique au précédent, ou monté avec des panneaux de fibre de verre (fiber) d’épaisseur 50 mm. 9. Dispositifs de chauffage dans les caissons – Inutiles en climatisation de confort en climat tropical moyennant quelques aménagements. de climatisation (consommateurs d’énergie) 10. Système de régulation médiocre – Choisir un système de régulation à deux étages: étage 1) contrôle du fonctionnement des équipements centraux de production de froid; étage 2) contrôle de la température de la pièce climatisée. – Vérifier périodiquement le système de régulation, calibrer les appareils, vérifier le degré d’autorité. – Placer le thermostat dans un endroit représentatif de la température moyenne (éloigné des sources chaudes ou froides). 11. Absence d’une programmation uploads/Geographie/ climatisation 2 .pdf