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Dossier | Appliquer une stratégie de refroidissement passif

Appliquer une stratégie de refroidissement passif

© Bethany Legg / Unsplash.com

Opter pour une stratégie de refroidissement passif comme alternative à un système de refroidissement actif (climatisation) permet de répondre au problème de la surchauffe dans les bâtiments bien isolés, tout en diminuant fortement les consommations énergétiques et en excluant l'usage de réfrigérants polluants. Le principe repose sur l'utilisation des sources de « froid gratuit » que sont le sol et l'air.

En fonction du type de projet et des normes et réglementations qui s'y appliquent, trois niveaux d'objectifs peuvent être visés par le concepteur d'un système de refroidissement passif, allant du respect de la réglementation et d‘un confort minimum à un projet durablement ambitieux et exemplaire.

Trois types de refroidissement passif (ou dispositifs) sont proposés:

  • le free-cooling , qui fait appel à une ventilation intensive (free-cooling diurne et ventilation nocturne); cette ventilation pouvant être naturelle, mécanique ou hybride;
  • le puits canadien , composé d'un conduit enterré par lequel l'air amené dans le bâtiment est refroidi;
  • le refroidissement adiabatique , qui consiste à refroidir l'air en y faisant évaporer de l'eau.

Parmi ces trois systèmes, le free-cooling est à étudier en priorité.

La méthodologie de conception d'un système de refroidissement passif se présente en plusieurs étapes:

  • Réduire les besoins en refroidissement (limiter gains internes, solaires et améliorer l'inertie thermique);
  • Evaluer la part des besoins qui pourront être couverts par un système de refroidissement passif
  • Si ce système ne peut couvrir tous les besoins de refroidissement, identifier un système supplémentaire : système passif (puits canadien, refroidissement adiabatique) ou système renouvelable.

Enjeux

Le refroidissement actif des bâtiments représente près de 10 % de la consommation totale d'électricité en Région de Bruxelles-Capitale et génère l'utilisation de liquides de refroidissement polluants. Le phénomène risque par ailleurs de prendre de l'ampleur car, très bien isolés, les bâtiments neufs ou intensément rénovés sont plus sensibles au risque de surchauffe, tout comme les immeubles commerciaux, les bureaux ou les ateliers. Plutôt que d'opter pour un refroidissement actif, de type climatisation, le refroidissement passif propose de valoriser le froid disponible dans l'air et le sol, qui en plus est gratuit. Le seul coût de consommation qui peut se présenter est celui du coût de l'énergie nécessaire au transport de ce froid gratuit (ventilateur et/ou pompes).

Différence entre des ouvertures latérales et zénithales

Les besoins de froid

Les nouvelles constructions ou les bâtiments rénovés en profondeur sont à l'heure actuelle de mieux en mieux isolés. Ils deviennent dès lors plus sensibles au risque de surchauffe. On observe un problème similaire dans les bâtiments soumis à une charge interne importante (chaleur des occupants, des appareils et de l'éclairage) tels que les immeubles commerciaux, les bureaux ou les ateliers.

Pour répondre à ce problème de surchauffe, il est fréquent de recourir au refroidissement actif (climatisation, etc.). La production active du refroidissement demande toutefois une très grande quantité d'énergie (près de 10 % de la consommation totale d'électricité en Région de Bruxelles-Capitale sont consacrés au refroidissement). Le refroidissement actif présente par ailleurs l'inconvénient d'utiliser des liquides de refroidissement polluants.

Il existe cependant une alternative à cette solution: le refroidissement passif . Ce type de refroidissement consomme moins d'énergie en utilisant des sources naturelles: non pas des sources classiques telles que le soleil, le vent, l'eau ou la biomasse, mais bien les éléments souvent oubliés que sont l'air qui nous entoure et le sol, et qui constituent également des sources naturelles de chaleur et de froid.

Le refroidissement passif consiste à valoriser ce froid « gratuit » qu'offrent l'air et le sol. Le seul coût de consommation qui peut se présenter est celui du coût de l'énergie nécessaire au transport du froid gratuit (ventilateur et/ou pompes).

De plus, le refroidissement passif convient particulièrement bien aux bâtiments passifs parce que ceux-ci se caractérisent par un besoin de froid maximum (et parce que le concept du refroidissement passif s'inscrit dans le concept général de la construction passive).

L'augmentation du besoin de froid due à une meilleure isolation et à des gains internes élevés se traduit se traduit principalement par un allongement de la saison de refroidissement, plutôt que par une augmentation de la puissance nécessaire. Cela signifie que le besoin de froid supplémentaire apparaît alors que l'air extérieur présente une température suffisamment basse. Cet air extérieur qui a une température suffisamment basse permet de combler le besoin de froid sans recourir à la climatisation classique. Il s'agit de conditions idéales pour la mise en œuvre d'un refroidissement passif.

Le refroidissement passif convient ainsi particulièrement bien aux bâtiments passifs, caractérisés par un besoin de froid maximum et parce que le concept du refroidissement passif s'inscrit dans le concept général de la construction passive.”

Évolution de la demande de chaleur et de refroidissement en fonction de la température extérieure pour deux niveaux d'isolation différents

Si le refroidissement actif reste cependant nécessaire, il convient de limiter autant que possible son utilisation (en limitant les charges et en l'associant le cas échéant au refroidissement passif), de l'installer de manière rationnelle (uniquement lorsqu'il est indispensable), de produire le froid de manière aussi efficace que possible, en employant de préférence des sources renouvelables , et de fonctionner aussi souvent que possible en mode de free-chilling.

Voir dossier Choisir les meilleurs modes de production de refroidissement renouvelable

Démarche

Réduire les besoins de refroidissement par réduction des gains internes et des gains solaires

Voir dossier Limiter les charges thermiques

Optimiser l'inertie thermique

Voir dossier Assurer une grande inertie thermique

Sur base de la méthodologie de conception d'un système de refroidissement, simuler d'abord l'intégration du free-cooling ;

Simuler ensuite l'intégration d'autres techniques de refroidissement passif ou renouvelables

Voir dossier Choisir les meilleurs modes de production de refroidissement renouvelable.

mis à jour le 01/03/2017

N° de Code : G_ENE07 - Thématiques : Energie - Thématiques secondaires : Inertie thermique - Composants du projet liés : Ossature bois | Protections solaires | Energies renouvelables | Free-cooling | Refroidissement | Ventilation