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DÉPARTEMENT TRANSPORTS ET MOBILITÉ La climatisation des La climatisation des La

DÉPARTEMENT TRANSPORTS ET MOBILITÉ La climatisation des La climatisation des La climatisation des La climatisation des auto auto auto autobus bus bus bus Impacts Impacts Impacts Impacts consommation consommation consommation consommation et pollution et pollution et pollution et pollution Laurent GAGNEPAIN DONNÉES ET RÉFÉRENCES Octobre 2007 Introduction La climatisation des autobus est un plus pour l'attractivité des transports en commun, en répondant à une demande de confort des usagers. Néanmoins, les groupes de climatisation installés dans les autobus ne sont malheureusement que très peu optimisés, car le plus souvent, ce sont des systèmes prévus pour les autocars qui fonctionnent en interurbain, qui sont alors adaptés aux autobus. La diffusion de l'air est par ailleurs peu performante d'où une température intérieure pas toujours très homogène et par conséquent, un confort des passagers quelquefois très relatif. L'impact sur la consommation, le confort et les émissions de gaz à effet de serre, de trois types de climatisation, seront présentés. Des solutions permettant de réduire les effets négatifs sur l'environnement des systèmes de climatisation des autobus seront ensuite proposées. Enfin, quelques conseils seront donnés aux réseaux de bus afin d'une part, de les guider dans leur choix de type de climatisation et de matériel, et d'autre part, de leur permettre d'optimiser l'exploitation de leurs bus climatisés. Impact sur la consommation et le confort Consommation au banc à rouleaux Des mesures réalisées à l'UTAC sur banc à rouleaux, avec le concours de la RATP et de l'Ecole des Mines de Paris, ont permis d'évaluer la surconsommation due au fonctionnement de la climatisation1,2,3. Les essais ont été réalisés avec une température extérieure de 32° C ± 2° C, sans ensoleillement artificiel, suivant le cycle de roulage ADEME/RATP (Fig.1). Afin de simuler les charges solaires et l'apport thermique des passagers, dix convecteurs électriques ont été répartis à l'intérieur du bus. Dans le cadre de ces essais, deux charges thermiques internes ont été appliquées : 7,5 et 3,75 kW, simulant respectivement la présence de 50 et 20 personnes avec un fort ensoleillement. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 500 1000 1500 2000 Temps (s) Vitesse (km/h) Figure 1 - cycle de roulage ADEME/RATP Trois types de climatisation actuellement sur le marché ont été testés : • Clim A : ce système, fonctionnant en air neuf et recyclé, est une adaptation des groupes de climatisation équipant les autocars de tourisme. C'est le système actuellement le plus vendu. L'air chaud du bus est aspiré au niveau du toit. L'air rafraîchi est soufflé à travers les voussoirs métalliques, contre les vitres. La régulation de la température interne est effectuée par une sonde de température située à l'aspiration d'air au niveau de l'évaporateur • Clim B : ce dispositif fonctionne en tout air recyclé. L'air à l'intérieur du bus est aspiré au niveau des voussoirs, rafraîchi puis soufflé le long du vitrage. • Clim C : ce système est une modification du système de ventilation mécanique forcée placé en partie haute de l'habitacle, suivant l'axe du bus. Un évaporateur a été placé dans chacune des cinq unités de toit. Le fonctionnement s'effectue en tout air neuf. Les résultats des mesures de surconsommation sont présentés Figure 2. 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 3750 7500 Charge thermique (W) Surconsommation Clim A Clim B Clim C Figure 2 – Comparaison des surconsommations des trois systèmes de climatisation La Clim A entraîne une surconsommation de 25 et 30 %, respectivement pour les charges thermiques modérée et forte. Pour la Clim B, la surconsommation en carburant est de l'ordre de 17 % et pour la Clim C de 11 %, quelle que soit la charge thermique appliquée. Les deux derniers systèmes de climatisation délivraient leur puissance maximale dans les deux configurations, ce qui explique la stabilité de la surconsommation. Confort Pour évaluer les performances d'un système de climatisation, il est nécessaire de regarder en plus de la surconsommation, le confort apporté, et notamment les températures obtenues à l'intérieur du bus1,2,3. Figures 3 et 4 sont présentés, pour les deux charges thermiques, les écarts de température entre l'intérieur et l'extérieur du bus, à différentes positions dans le bus : arrière, milieu et devant. Dans le cas de la charge thermique modérée, les Clim A et Clim B permettent de maintenir la température intérieure moyenne du bus respectivement 8 et 5° C en dessous de la température de l'air ambiant. À charge thermique forte, l'écart de température est ramené autour de 5° C, pour les deux systèmes, avec une moins grande homogénéité des températures. Par ailleurs, il apparaît clairement que si, dans le cas de la charge thermique modérée, la Clim C parvient à maintenir la température à l'intérieur du bus au niveau de la température ambiante, avec la forte charge thermique, cela n'est plus le cas. -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Clim A Clim B Clim C Ecart absolu température intérieure / extérieure Moyenne Arrière Milieu Avant Charge thermique = 3750 W -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Clim A Clim B Clim C Ecart absolu température intérieure / extérieure Moyenne Arrière Milieu Avant Charge thermique = 7500 W Figure 3 – Écart de température entre l'intérieur et l'extérieur du bus avec une charge thermique de 3750 W Figure 4 – Écart de température entre l'intérieur et l'extérieur du bus avec une charge thermique de 7500 W Notons qu'à forte charge thermique, pour arriver à des niveaux de températures à l'intérieur du bus tout à fait comparable, la Clim B présente une surconsommation quasiment deux fois moins importante que la Clim A. Deux explications peuvent être apportées. Premièrement, les pertes thermiques sont beaucoup plus importantes dans le fonctionnement de la Clim A par rapport à la Clim B, notamment dans les voussoirs. Deuxièmement, la Clim B travaille en tout air recyclé alors que la Clim A admet une proportion variable d'air neuf chaud. Surconsommation annuelle L'évaluation de la surconsommation annuelle d'un bus climatisé par rapport au même modèle qui ne l'est pas, est relativement compliquée car elle nécessite de connaître : • les données météorologiques : température et ensoleillement tout au long de l'année en fonction des heures de la journée • les taux moyens d'utilisation et de remplissage du bus en fonction des heures de la journée • la distance annuelle parcourue et la consommation annuelle sans la climatisation À partir des mesures de consommation obtenues avec les Clim A et Clim C et en prenant des hypothèses qui restent à consolider avec des exploitants de réseaux, sur les taux moyens d'utilisation et de remplissage, une estimation de la surconsommation annuelle a été réalisée pour deux villes ayant des conditions climatiques différentes : Paris et Nice. Ce premier calcul donne une surconsommation annuelle avec la Clim C de l'ordre de 1% à Paris et 1,5% à Nice, et avec la Clim A de 3% à Paris et 4,5% à Nice. Impact sur les émissions de gaz à effet de serre L'effet de serre est un phénomène naturel qui permet d'avoir sur Terre une température permettant d'y vivre. Il est dû à la présence de gaz dits "à effet des serre" dans l'atmosphère, dont les quantités sont augmentées par les activités humaines, ce qui perturbe très gravement le climat de la planète. La climatisation intervient à double titre dans les émissions de gaz à effet de serre. Premièrement, quand elle fonctionne, elle provoque une surconsommation de carburant et donc des émissions accrues de CO2. Deuxièmement, qu'elle fonctionne ou pas, elle rejette une partie du fluide frigorigène (HFC- 134a) présent dans le circuit de la climatisation. Ce fluide est un gaz à fort potentiel d'effet de serre, 1 300 fois plus important que le CO2. Le tableau 1 présente la surémission totale de CO2 due à la climatisation pour les Clim A et Clim C. Les cas de Paris et Nice ont été considérés pour l'impact de la surconsommation de carburant à partir des données du paragraphe précédent. Par ailleurs, il a été pris comme hypothèse un kilométrage annuel moyen de 50 000 km et une consommation moyenne de carburant, sans climatisation, de 50 l/100 km. Enfin, concernant les émissions de fluides frigorigène, les boucles de climatisation des autobus ne sont pas particulièrement étanches, les fuites sont de l'ordre de 1 à 2 kg par an. La prise en compte des émissions dans l'atmosphère de réfrigérant lors d'accident du véhicule, de défaillance du matériel ou de fausse manœuvre lors d'une opération de maintenance, porte les rejets de R-134a à environ 3 kg par an et par bus4. Ainsi, suivant les conditions climatiques et les systèmes de climatisation utilisés, la surémission de CO2 due à la climatisation varie entre 7 et 10,5 %. Motorisation Type de climatisation Clim A Clim C Clim A Clim C Lieu de roulage Kilométrage annuel (km) 50 000,00 50 000,00 50 000,00 50 000,00 Conso moyenne sans climatisation (l/100 km) 50,00 50,00 50,00 50,00 Emission CO2 sans climatisation (g/km) 1 332,50 1 332,50 1 332,50 uploads/Geographie/ la-climatisation-des-autobus.pdf