Table des matières
Le free-cooling fera l'objet d'une régulation particulière pour assurer son efficacité :
- Si le free-cooling est mécanique , la centrale de traitement d'air devra être équipée d'une régulation automatisée qui permettra de mettre en fonctionnement le free-cooling lorsque les conditions climatiques et horaire (dans le cas d'une ventilation nocturne) sont rencontrées. La centrale de traitement d'air devra être en mesure d'augmenter les débits d'air (free-cooling en journée et/ou la nuit).
- Si le free-cooling est hybride ou naturel , la gestion des ouvertures d'amenées d'air et/ou d'extraction d'air peut être soit manuelles soit automatisées . Dans le cas d'une gestion manuelle, un indicateur visuel pourrait renseigner l'utilisateur à ouvrir sa fenêtre lorsque les conditions sont rencontrées pour mettre en place le free-cooling.
La ventilation nocturne (et le free-cooling en général) basée sur la ventilation naturelle est un principe qu'appliquaient déjà nos ancêtres : se protéger du soleil en été, emmagasiner la chaleur dans la masse du bâtiment et l'évacuer en ouvrant le bâtiment la nuit. Ce principe « low tech » peut cependant se transformer en une gestion « high tech » lorsque les ouvertures sont motorisées.
Amenées/extractions manuelles ou automatisées
Il est possible de choisir entre deux méthodes de gestion :
- Motorisée (et automatisée) : les ouvertures sont motorisées et un système de régulation gère les ouvertures en fonction de la température extérieure et intérieure. Les ouvertures, y compris les ouvertures de toiture éventuelles, sont ouvertes lorsque le système de régulation juge que le bâtiment doit être refroidi. En plus, ou uniquement si le débit est insuffisant, des ventilateurs (souvent des extracteurs de toiture) peuvent être mis en marche en même temps. Si les conditions climatiques sont défavorables (pluie et vitesse excessive du vent), on peut décider de fermer les ouvertures et d'arrêter le free-cooling pour éviter les dommages dus à la pluie et au vent. La régulation est également indiquée pour assurer que le système ne refroidit pas plus que ce qui est demandé. En mi-saison ou au début de l'été, il est en effet possible qu'une ventilation permanente la nuit refroidisse le bâtiment dans une mesure trop importante, ce qui nuit au confort et peut entraîner une activation du chauffage. L'automatisation permet enfin d'associer la fermeture des ouvertures à une alarme électronique, ce qui permet de restreindre le risque d'intrusion dans les locaux inoccupés. L'automatisation a un coût, mais elle est indiquée dans de nombreux cas, en particulier pour les grands bâtiments qui ne sont pas occupés la nuit.
- Manuelle : les utilisateurs du bâtiment gèrent les ouvertures manuellement (lorsqu'ils quittent les lieux). C'est par exemple le cas de petits bâtiments ou d'habitations où la ventilation nocturne est assurée de manière unilatérale ou éventuellement transversale. Dans les grands bâtiments pour lesquels le free-cooling est automatisé et l'ouverture de transfert n'est pas permanente, il est fréquent que les ouvertures de transfert soient commandées manuellement (un volet est ouvert ou une porte est laissée ouverte). Dans ce cas, il est indispensable de sensibiliser les occupants et de leur expliquer le principe du free-cooling via des fenêtres ouvrantes, en précisant qu'ils ont eux-mêmes une influence sur le confort d'été dans les locaux dans lesquels ils travaillent ou vivent, et comment.
Modulation
L'ouverture/fermeture des amenées/extractions d'air peut être soit de type ouvert/fermé soit de type réglable par position soit complètement modulante. Bien évidemment plus la régulation est modulante et plus la régulation sera fine dans le bâtiment. Néanmoins, une régulation complètement modulante deviendra complexe et l'on préfèrera une modulation par 3 positions (100% ouvert, intermédiaire et 100% fermé) lorsqu'il est mis en place un free-cooling diurne et nocturne. Si le free-cooling est uniquement nocturne une régulation on/off est suffisante.
Gaspillage d'énergie
Pour un free-cooling diurne naturel ou hybride, l'on portera une attention particulière au risque de destruction d'énergie lorsque les fenêtres sont ouvertes manuellement ou automatiquement. Pour cela, des capteurs de détection d'ouverture des amenées d'air naturelles seront connectées aux bouches de pulsion d'air et aux émetteurs de chaleur/refroidissement du bâtiment. En fonction de la flexibilité souhaitée et des espaces dans le bâtiment (paysager, bureau individuel, ...), des zones seront définies pour rendre l'installation de régulation le plus simple possible et éviter des surcoûts en équipements de régulation (capteurs d'ouverture, clapets motorisés, ...).
Par ailleurs, si le free-cooling est associé à une autre forme de refroidissement passif ou actif, une gestion adéquate constitue un élément essentiel pour éviter le gaspillage d'énergie. Les systèmes ne peuvent pas fonctionner simultanément : d'abord le free-cooling, le refroidissement actif ensuite si la puissance n'est pas suffisante. Si des techniques de refroidissement passif sont utilisées ensemble, la situation est différente et le fonctionnement simultané de deux techniques est parfois conseillé. Comme nous le mentionnions plus haut, le gaspillage d'énergie par rapport au chauffage est un point à prendre en compte. Le free-cooling ne peut pas refroidir trop, afin d'éviter que le bâtiment refroidisse à tel point (par exemple, 14 °C) qu'il faille le chauffer à nouveau le jour suivant. Une régulation performante s'impose pour cela également.
L'on recommandera l'usage d'une régulation par GTC afin de visualiser l'ensemble des paramètres:
- Les conditions climatiques intérieures et extérieures (température, humidité, vitesse et direction du vent, pluie) ;
- La position des ouvertures/fermetures (dans le cas de free-cooling naturel et hybride) ;
- La mise en route des ventilateurs, les registres, les débits d'air, ...
Spécifiquement au free-cooling naturel ou hybride, la régulation sera déterminée par la stratégie développée et par les paramètres de conception définis. Par exemple pour un free-cooling hybride avec amenées d'air naturelles et évacuation assistée par un atrium, la modulation des ouvertures d'extraction de l'atrium et/ou d'un ventilateur d'extraction sera gérée par un automate qui a pour données d'entrée les conditions climatiques extérieures (vitesse du vent, pluie) et intérieures (températures des zones à rafraîchir, températures dans l'atrium - en haut et en bas pour déterminer l'efficacité de l'effet de cheminée). La programmation déterminera le degré d'assistance à mettre en œuvre afin d'extraire les débits désirés. Lorsque les conditions de tirage naturel sont suffisantes, l'assistance est nulle et le système correspond à un free-cooling naturel.
Exemple d'une régulation avec free-cooling hybride avec effet cheminée
Que la gestion soit manuelle ou automatisée, on impliquera toujours les utilisateurs dans un processus d'appropriation de leur bâtiment. Lorsque les amenées d'air sont automatisées, on devra laisser la possibilité à l'utilisateur de déroger la commande. En effet, si l'utilisateur ne souhaite pas que la fenêtre s'ouvre, il doit alors être capable d'y déroger. Aussi l'utilisateur pourra être en mesure d'ouvrir sa fenêtre. En effet, plusieurs études ont permis de reconnaitre l'effet positif de l'ouverture volontaire des fenêtres en vue d'améliorer le confort des utilisateurs. Cependant, l'ouverture des fenêtres sera alors contrôlée afin d'éviter la destruction d'énergie.
