Eléments de choix durable

Synthèse des éléments de choix durable

Le tableau ci-dessous synthétise les différents éléments du choix durable au regard des dispositifs. Pour chacun de ceux-ci, un symbole indique la pertinence relative de chacun des arguments. Dans la mesure où les éléments du choix durable alimentent la réflexion quant à la durabilité du projet, il s'agit bien d'une simple indication, qui de plus doit être interprétée dans chaque situation particulière.

Aspects techniques

Rénovation ou nouvelle construction

Dans le cas d'une nouvelle construction, la liberté de choix est nettement plus large que lors d'une rénovation. Afin de pouvoir évaluer les répercussions en la matière pour les techniques de refroidissement renouvelable, il est facile de scinder les techniques de refroidissement en trois composants (la machine frigorifique proprement dite, les éléments d'émission et la source). Chacun de ces éléments doit recevoir sa place dans le bâtiment ou sur le site. Il est recommandé d'effectuer cet exercice de réflexion pendant la conception.

Machine frigorifique proprement dite :

• Il convient de prévoir un espace suffisant pour placer la machine frigorifique ainsi que l'espace nécessaire pour pouvoir raccorder rapidement le collecteur aux éléments d'émission et à la source. En cas de rénovation (et de nouvelle construction), il arrive que l'on place parfois la machine frigorifique sur le toit. Dans ce cas, le toit doit présenter une portance suffisante pour pouvoir la supporter.
• La machine frigorifique doit pouvoir être entrée dans le bâtiment. Si les passages sont limités, l'on peut alors si possible diviser la machine frigorifique en éléments plus petits ou pratiquer une ouverture temporaire.

Émissions :

• Les éléments d'émission (batteries, ventilo-convecteurs, plafonds froids, activation du noyau en béton, etc.) doivent se voir assigner une place dans le bâtiment. Dans des bâtiments existants, il est possible que certains éléments ne puissent pas être placés en raison d'un manque de place. Par ailleurs, des éléments d'émission tels que l'activation du noyau en béton sont intégrés à la structure du bâtiment et ne peuvent par conséquent pas être appliqués en cas de rénovation où la structure portante n'est pas remplacée.
• Par ailleurs, il convient également de pouvoir placer les conduites entre la machine frigorifique et les éléments d'émission.

Source :

• L'utilisation de l'air comme source est généralement plus facile à intégrer que l'utilisation du sol comme source. Dans le cas de l'air, il convient de disposer de la place nécessaire sur le toit ou sur le terrain pour pouvoir placer le condenseur (par exemple la tour de refroidissement). Dans le cas du sol, il convient de disposer de l'espace nécessaire pour pouvoir effectuer des forages verticaux dans le sol (y compris la place pour les machines qui effectuent les forages). En cas de rénovation, en particulier dans un environnement densément construit, il peut s'avérer difficile de trouver suffisamment de place pour les forages verticaux.
• Par ailleurs, il faut aussi pouvoir placer les conduites entre la machine frigorifique et la source.

Type de bâtiment

Un refroidissement utilisant l'air comme source, avec ou sans mode free-chilling, peut être placé sur presque tout type de bâtiment. Il convient seulement de disposer de place (sur le toit) pour placer le condenseur. En fonction des dispositions urbanistiques, ce dernier devra être ou non placé dans un coffre afin de satisfaire aux exigences esthétiques. En cas d'utilisation de condenseurs plus lourds, le toit doit avoir une force portante suffisante pour pouvoir l'accueillir.

Un refroidissement utilisant le sol comme source est parfaitement adapté à des bâtiments qui présentent un équilibre entre la demande de chaleur et de froid ou et où les demandes de froid et de chaleur ne sont pas simultanées.

Dans le cas d'un refroidissement utilisant l'eau comme source, il convient de pouvoir facilement acheminer l'eau environnante vers le bâtiment en veillant à ce que la distance ne soit pas trop grande (à examiner en fonction de la puissance).

Le refroidissement par absorption n'est possible que dans des bâtiments présentant de la chaleur résiduelle ou qui en ont à proximité, le cas échéant, au départ d'un réseau de chauffage urbain. La demande de froid sera de préférence la plus constante possible. Cette technique s'avère onéreuse et est souvent non rentable dans des bâtiments qui ne nécessitent que quelques mois de refroidissement. En cas ce nécessité, l'on peut y placer des collecteurs solaires spécialement prévus pour le refroidissement par absorption, mais il importe de surveiller de très près la rentabilité.

La trigénération s'applique à la fois (a) aux bâtiments qui ont des demandes en chaleur et en froids simultanées (par exemple abattoirs, entreprises pharmaceutiques, industrie alimentaire, qui utilisent le froid pour le stockage et la chaleur pour les espaces de travail) et (b) aux bâtiments qui présentent à certains moments (par exemple, l'hiver) une grande demande de chaleur et à d'autres moments (par exemple, l'été) une grande demande de froid.

À la fois le refroidissement par absorption, la trigénération et le free-chilling ne peuvent être utilisés que pour le refroidissement de locaux et non pas, par exemple, pour des chambres froides. Les températures de l'eau dans les éléments d'émission de free-chilling sont supérieures à celles de la source (eau, sol). Dans le cas du refroidissement par absorption et de la trigénération, la température d'évaporation minimale est de 4,5 °C.

Possibilités éléments d'émission

Le free-chilling est seulement recommandé en cas de refroidissement à haute température. Il s'agit d'un refroidissement avec une haute température d'émission (la température de l'agent réfrigérant du côté bâtiment). Cela limite la puissance des éléments d'émission – il s'agit généralement de plafonds froids ou d'activation du noyau béton. Cependant, il est aussi possible de placer une batterie froide dans le groupe de ventilation pour obtenir un léger refroidissement.

Dans d'autres modes de production, la température d'émission joue dans une moindre mesure un rôle limitatif. Cependant, le rendement sera plus élevé si la température d'émission est plus élevée. Pour tout complément d'information sur les éléments d'émission, veuillez consulter le dossier | Garantir l'efficience des installations de chauffage et ECS (distribution et émission).

Puissance disponible

Le refroidissement utilisant l'air comme source existe en des puissances très réduites, à partir de 3 kW. Si l'on souhaite intégrer un fonctionnement adiabatique (par exemple par l'intermédiaire d'une tour de refroidissement), c'est possible à partir de 20 kW. Des réfrigérants hybrides sont possibles à partir de 200 kW.

Des groupes frigorifiques utilisant le sol ou l'eau comme source sont possibles à partir de 35 kW.

Des machines frigorifiques par absorption sont disponibles à partir de 35 kW. Il en va logiquement de même pour la trigénération.

Aspects environnementaux

Agent réfrigérant

La couche d'ozone

Les fluides réfrigérants composés hydrocarbures chlorofluorés (CFC) ainsi que les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) à R22 ou en mélanges avec R22 sont interdits en raison de leur effet de serre direct.

L'utilisation d'eau ou d'hydrocarbures (butane, propane, etc.) se trouve encore en phase de développement.

Pour plus d'information voir Bruxelles Environnement.

Les gaz à effets de serre

La contribution des agents réfrigérants s'exprime généralement par le Global Warming Potential (GWP) ou potentiel de réchauffement planétaire. Le tableau ci-dessous donne un aperçu du GWP par agent réfrigérant. Cependant, le GWP ne peut pas être utilisé comme seul facteur de décision. Le fluide réfrigérant choisi exerce aussi un impact sur le rendement de l'installation.

Tableau de synthèse avec le GWP de différents agents réfrigérants

Source : Daikin, 2011

La pollution du sol

Un fluide réfrigérant est aussi utilisé dans le cadre du free-chilling. Ce fluide réfrigérant assure la liaison entre la machine frigorifique et la source. Lorsque la source est le sol, le fluide réfrigérant circule dans le sol via des conduites. Lorsque l'eau est la source, il y a un contact entre l'échangeur thermique qui contient le fluide réfrigérant et l'eau environnante. En cas de rupture de conduites ou de l'échangeur thermique, du glycol (si utilisé) peut s'échapper dans le sol ou au niveau de l'environnement. Dans le cas d'une machine frigorifique utilisant le sol (ou l'eau) comme source, il est inadmissible de faire circuler l'agent réfrigérant du circuit de compression du froid dans le sol. En effet, la toxicité de l'agent réfrigérant représente une grave nuisance pour l'environnement (pas d'expansion directe dans le sol).

La consommation énergétique

Il existe une étroite relation entre les prestations énergétiques d'un système de refroidissement et l'agent réfrigérant utilisé. Par ailleurs, un agent réfrigérant qui peut être considéré en soi comme respectueux de l'environnement peut induire une augmentation de la consommation en énergie de l'installation. Il convient toujours d'examiner ces deux éléments ensemble.

Pour ce qui est des agents réfrigérants avec un grand impact environnemental potentiel, l'étanchéité de l'installation de réfrigération revêt une grande importance. La quantité d'agent réfrigérant qui s'échappe chaque année d'un système de refroidissement est éminemment variable d'une installation à l'autre, et risque d'atteindre 10 % par an dans certaines installations. L'étanchéité est fonction du nombre de conduites, des pratiques d'entretien, de la complexité, des circonstances opérationnelles, du taux de compression de l'installation, etc. Il va de soi qu'il est préférable de choisir le système qui présente le moins de fuites.

En attendant leur interdiction définitive en 2015, les installations de réfrigération classées sont soumises à des conditions sévères afin d'éviter des émissions résultant des fuites. Une exploitation inconsidérée et imprudente des installations de réfrigérations débouche en effet sur l'émission de substances qui appauvrissent la couche d'ozone ou de gaz à effet de serre.

Après 2015, la solution la plus radicale est d'interdire toutes les substances appauvrissant la couche d'ozone et tous les gaz fluorés à effet de serre comme fluide réfrigérant. Une autre solution consiste à autoriser certaines substances, mais de mieux les contrôler et d'en gérer les émissions.

Afin de limiter le plus possible les émissions, la Région de Bruxelles-Capitale (RBC) adopte, en application des règlements européens, une surveillance et des contrôles plus sévères des installations de réfrigération. Les entreprises en technique de refroidissement doivent ainsi se faire enregistrer et les techniciens frigoristes doivent satisfaire à certaines exigences de formation minimales avant de pouvoir travailler sur des installations avec des risques d'émissions.

Voir dispositif Agents réfrigérants

Eau

Les machines frigorifiques utilisant l'eau comme source ne sont pas les seules à consommer de l'eau. En effet, les « machines frigorifiques à air » avec une tour de refroidissement ou avec un refroidisseur hybride génèrent des rendements plus élevés en utilisant des plus grandes quantités d'eau. De même, les refroidisseurs par absorption et trigénération, éliminent souvent la chaleur accumulée avec un dry-cooler, une tour de refroidissement ou un refroidisseur hybride.

Bruit

Toute machine frigorifique émet du bruit. Il convient de toujours examiner comment ce bruit peut être pris en charge à la source. Un monobloc et, a fortiori, une unité de cogénération émettront plus de bruit que les autres installations de réfrigération. Lors du placement d'une machine frigorifique, il convient donc de toujours contrôler la législation environnementale.

Voir dossiers Assurer le confort acoustique des bâtiments et Minimiser la contribution acoustique du bâtiment au quartier.

et dispositif Réduire bruit des installations techniques.

Température du sol

Dans le cas d'un groupe frigorifique utilisant le sol comme source, il y a toujours une interaction avec les éléments déjà présents dans le sol. A fortiori dans un contexte urbain où un conflit peut naître avec les travaux sur les canalisations, les tunnels, etc. Il convient de prendre ce point en considération en particulier dans le cas de forages profonds.

Une machine frigorifique utilisant le sol comme source, chauffe le sol. Lorsque cette chaleur n'est pas utilisée en hiver, le sol se réchauffera progressivement, à plus forte raison si de nombreux autres bâtiments à proximité utilisent le même principe. La chaleur peut alors difficilement être éliminée dans l'environnement plus large. En raison de cet état de fait, il faut assurer un bilan énergétique en équilibre (équilibre entre la chaleur absorbée et la chaleur émise) afin de ne pas perturber le bilan thermique du sous-sol. Ce point est examiné sur une période de cinq ans en raison des fluctuations annuelles de la demande de chaleur et de froid en fonction des conditions météorologiques.

Aspects économiques

Investissement et entretien

Deux éléments sont déterminants en matière de prix : le groupe frigorifique proprement dit et la manière dont la chaleur du condenseur est émise. 

• Le groupe frigorifique est plus cher dans le cas d'un refroidissement par absorption et trigénération, en raison du remplacement du compresseur par un mécanisme d'absorption du froid.
• L'évacuation de la chaleur du condenseur est la moins chère dans le cas d'un monobloc (dry-cooler intégré à l'appareil), environ deux fois plus chère pour un dry-cooler séparé ou une tour de refroidissement et environ trois fois plus chère dans le cas d'une tour de refroidissement hybride ou fermée, d'un condenseur hybride ou adiabatique.
• Lors de l'évacuation de chaleur vers le sol ou l'eau de rivière, il convient de consentir des investissements supplémentaires pour transporter la chaleur jusque dans le sol (conduites, collecteur, pompes, etc.) ou dans l'eau environnante (conduites, pompes, filtres, etc.).

Des appareils qui utilisent de l'eau dans le condenseur exigent plus d'entretien ainsi qu'un investissement initial dans un kit de traitement de l'eau.

Tous les investissements supplémentaires doivent toujours être envisagés par rapport à un rendement plus élevé.

Le coefficient d'efficacité frigorifique visé

Le coefficient d'efficacité frigorifique (Energy Efficiency Ratio ou EER) augmentera pour les appareils frigorifiques utilisant l'air, le sol ou l'eau comme source en cas de :

• température plus basse de la source (température du condenseur) ;
• température d'émission plus élevée (température des émissions dans le bâtiment) ;
• quand il faut travailler en mode adiabatique.

Les appareils frigorifiques utilisant l'air comme source ont dès lors en moyenne l'EER le plus faible. Dans ce groupe, un monobloc a un EER inférieur à un dry-cooler. L'EER de ces appareils frigorifiques fluctuera fortement au cours de l'année en raison des fortes fluctuations de la température extérieure. S'il n'est pas nécessaire de refroidir en hiver, l'EER moyen sera inférieur. L'on refroidit en effet avec de hautes températures extérieures et l'EER est alors le plus faible. L'EER en conditions test (hautes températures extérieures) sera d'environ 3. Lorsque la puissance de ces appareils frigorifiques est augmentée par l'intégration du refroidissement adiabatique, par exemple via une tour de refroidissement ou un refroidisseur hybride, l'EER sera presque doublé pour tendre vers 6.

Pour les machines frigorifiques utilisant le sol comme source, l'EER sera plus élevé parce que la température du sol est généralement plus faible. Cependant, la température du sol peut elle aussi fortement fluctuer. De +5 °C au début de l'été (saison de refroidissement) jusqu'à +15 °C à la fin de l'été. La distribution peut même être facilement plus large. Il s'agit donc bien en l'occurrence d'une fluctuation annuelle et non journalière. En mode froid actif, l'EER sera inférieur à 4 à 5 dans une bonne installation. En mode free-chilling, il peut être supérieur à un facteur 5. Compte tenu des fluctuations annuelles, le free-chilling pourra être appliqué beaucoup plus fréquemment au début de la saison de chauffe. Plus l'utilisation du free-chilling est élevée sur une base annuelle, plus le rendement annuel moyen est élevé.

À titre complémentaire, les bâtiments qui sont mis en œuvre dans le cadre du groupe de projet Bâtiments exemplaires (Batex) ont également des exigences spécifiques en matière de refroidissement. Les « EER » minima pour le refroidissement actif doivent être de 5.

Dans le cas d'un refroidissement par absorption, l'EER se situe généralement entre 0,5 et 1,2.