Quérir le froid là où il se dissimule : à l’extérieur pour éviter la surchauffe…

Quérir le froid là où il se dissimule : à l’extérieur pour éviter la surchauffe…

L'importance de la réalisation d'un audit énergétique permet de détailler une liste de recommandations sur les modalités d'une éventuelle rénovation afin d'améliorer les performances énergétiques d'un édifice d'un parc teriaire.

Isolation de plus en plus performante, multiplication des surfaces vitrées et de l’équipement bureautique, éclairage dispendieux, manque d’inertie... Autant de raisons qui peuvent expliquer la surchauffe des nouveaux bâtiments tertiaires... et imposer leur refroidissement de plus en plus tôt dans l’année. De la lumière à l'ombre...

Dans les années soixante-dix, le recours à la climatisation n’était nécessaire que lorsque la température extérieure dépassait les 20 °C. Aujourd’hui, le refroidissement d’un bâtiment moderne s’impose dès que la température extérieure avoisine les 12 à 15 °C.

Ce constat sans appel renvoie à un étrange paradoxe. Depuis l’avènement des premiers chocs pétroliers, les architectes, poussés par des réglementations thermiques de plus en plus exigeantes, se sont en effet appliqués à améliorer sans relâche l’isolation des bâtiments afin de réduire leur consommation énergétique. Dans le même temps, les dépenses énergétiques occasionnées par le refroidissement des bâtiments ont grimpé en flèche.

Jadis, les bâtiments mal isolés avaient la capacité de se refroidir grâce aux échanges avec l’extérieur. En période de canicule, ces bâtiments avaient la possibilité de décharger durant la nuit la chaleur excédentaire accumulée en journée. Aujourd’hui, l’efficacité de l’isolation des bâtiments entrave les transferts thermiques avec l’extérieur.

Si l’on ajoute à ces facteurs la multiplication des espaces vitrés (charge thermique externe du soleil), l’augmentation de l’éclairage et de l’équipement bureautique (charge thermique interne), l’engouement des promoteurs pour des constructions légères qui n’offrent qu’une faible inertie..., on comprend que les bâtiments tertiaires sont aujourd’hui particulièrement sensibles aux surchauffes.

Au vu des modélisations réalisées en laboratoire, on peut tout naturellement s’interroger sur la validité du message qui prône une meilleure isolation, alors qu’il serait bon de déplacer tout simplement le problème de l’hiver vers l’été. Mais sous nos latitudes, les gains de chauffage générés par l’isolation d’un bâtiment tertiaire dépassent en fait largement les coûts occasionnés par son refroidissement mécanique. L’opération se justifie donc financièrement... Reste à savoir si ce seul argument comptable suffit pour justifier le recours à la climatisation traditionnelle. Notre environnement naturel nous offre, tout au long de l’année, les ressources en froid nécessaires pour refroidir les bâtiments... À nous de nous en servir via la mise en place d’une stratégie volontaire : le free cooling. Par exemple, des fenêtres motorisées pourront s’ouvrir la nuit si la température intérieure excède 24 °C et l’extracteur d’air de ventilation pourra s’enclencher pour renforcer le balayage d’air frais.

Au vu des nouvelles normes de construction et de rénovation qui s’imposent, la balance penche sérieusement pour les solutions durables.

D’autant que pour se démarquer commercialement et anticiper sur les contraintes environnementales à venir, les promoteurs revoient leur copie et n’hésitent plus à recourir aux solutions durables de refroidissement.

La climatisation mécanique d’un bâtiment peut être évitée grâce à la combinaison d’une protection solaire efficace, d’une diminution des charges internes (moins de 25 W/m2 pour l’éclairage et l’équipement bureautique), d’une ventilation intensive via des ouvertures suffisantes et d’une inertie thermique importante. Au-delà de la simple ventilation des bâtiments, d’autres techniques de refroidissement durable sont également disponibles, comme le refroidissement adiabatique (par évaporation). Certes, la gestion naturelle du froid est plus compliquée que la gestion mécanique, car il faut la planifier dès la conception du bâtiment et la piloter de manière subtile tout au long de l’année. Le jeu en vaut cependant la chandelle !

Beaucoup de bâtiments tertiaires possèdent des systèmes de ventilation hygiénique mécanique pour renouveler l’air dans les bâtiments durant la journée. Certains responsables de la maintenance utilisent ce système durant la nuit pour refroidir le bâtiment en dehors des heures d’occupation. Est-ce judicieux ? Malheureusement pas. Le besoin d’air neuf pour assurer le confort respiratoire est d’un peu moins que 1 vol/h (pour env. 36 m3/h/ personne). Un night cooling efficace pour assurer un refroidissement autonome demande un débit d’air de l’ordre de 4 vol/h. Pour bénéficier d’un réel refroidissement et non d’un simple rafraîchissement, il sera nécessaire de « doper » l’installation de ventilation existante. Une alternative consiste à compléter l’apport d’air neuf de la ventilation mécanique hygiénique par des ouvertures d’amenée d’air ou d’extraction naturelle (on parle alors de système « hybride »). L’autre est de prévoir des conduits sur dimensionnés dès la conception du bâtiment.

Free cooling : le moyen le plus simple et le plus naturel de refroidir son bâtiment...

Pour refroidir un bâtiment, l’idéal est d’optimiser la ventilation naturelle la nuit, lorsque la température extérieure est la plus basse. On parle alors de « free cooling» ou de «night cooling».

Lorsque l’on a recours à la ventilation unilatérale sur une seule façade ou à la ventilation par un tirage thermique vertical (effet cheminée) de façade à toiture, c’est la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur qui crée le mouvement d’air. On peut profiter de l’effet de cheminée en ouvrant partiellement les fenêtres dans les pièces à refroidir et dans la partie supérieure du bâtiment (fenêtre de toiture par exemple). Lorsque l’on a par contre recours à la ventilation transversale de façade à façade, c’est la pression du vent sur le bâtiment qui joue ce rôle.

Par des ouvertures sur une des façades : ventilation unilatérale. L'air chaud migrant vers l'extérieur en partie haute des ouvertures et l'air frais pénétrant en partie basse (débits d'air limités par cette méthode).

Par des ouvertures sur des façades opposées : ventilation transversale. L'air se déplace principalement grâce aux pressions et dépressions exercées sur les façades par le vent.

Par des ouvertures en façade et en toiture : l'air se déplace par effet cheminée.

Naturelle ou mécanique, la ventilation ?

Quelques recours :

• Dans les bureaux, les installations de refroidissement sont généralement dimensionnées pour assurer une température d’environ 24 °C. Mais l’expérience montre que lorsqu’un occupant a la possibilité d’ouvrir une fenêtre et de se rafraîchir par un courant d’air, il est disposé à supporter des températures bien plus élevées, surtout en période de canicule.

• En cas de très forte chaleur, il vaut mieux maintenir une différence de température de quelques degrés seulement entre l’intérieur et l’extérieur d’un bâtiment. Une différence trop importante va apporter une sensation d’inconfort (chaud/froid) aux occupants.

• Lorsqu’il est situé à l’est ou à l’ouest, le soleil se trouve assez bas sur l’horizon (surtout en automne). Dans ce cas, seules les protections solaires verticales sont efficaces (stores extérieurs, écrans « screens » en tissu micro-perforé, volets, etc.). Au sud, le soleil est plutôt haut en été et bas en hiver. Un auvent de grande dimension ou une protection solaire architecturale fixe (casquette) peut être efficace. La végétation offre également une protection intéressante.

• En matière d’équipement bureautique, il est indispensable de choisir les appareils qui génèrent le moins de charges thermiques possible (15 W/m2 au maximum pour les bureaux). Il faut également veiller à les positionner dans des endroits stratégiques. Une photocopieuse par exemple, doit être de préférence placée dans un couloir, à côté des toilettes. La chaleur et les émissions polluantes de la machine vont être immédiatement aspirées par l’extraction mécanique de l’installation sanitaire.

Charges thermiques internes usuelles :

• L’éclairage moderne permet aujourd’hui de descendre à 8 W/m2 pour 500 lux, alors qu’il en fallait 20 à 25 W/m2 dans les années 80 (plus le W/m2 est important et plus la charge thermique est élevée). L’essentiel est de choisir des technologies actuelles et des luminaires performants. Le 6 W/m2 est même envisageable si on opte pour du 200 Lux en lumière d’ambiance et du 500 Lux uniquement sur les postes de travail.