Innovation

Dans le contexte énergétique actuel, on peut se demander s’il est possible de concevoir et utiliser des bâtiments sans refroidissement actif ou du moins réduire la puissance de froid installée. Le « free cooling » serait-il LA solution ? Explications…

Définition

La ventilation intensive (d’hiver ou d’été), souvent appelée « free cooling » consiste à refroidir un bâtiment par ventilation en utilisant l’énergie gratuite de l’air extérieur lorsque celui-ci présente une température inférieure à la température intérieure.

Selon le moment de la journée on parle de free cooling diurne (de jour) ou de free cooling nocturne (de nuit).

On distingue également une ventilation intensive naturelle ou mécanique. Il est bien entendu possible de combiner les deux afin d’obtenir un système de ventilation hybride.

Ventilation hygiénique ?

Il faut distinguer la ventilation intensive de la ventilation hygiénique (ventilation nécessaire pour assurer la qualité de l’air dans les bâtiments).

En effet, la ventilation hygiénique met en œuvre des débits correspondant à des renouvellements horaires (par exemple dans les bureaux et hors situation exceptionnelle telle que le COVID) de l’ordre de 1 renouvellement par heure (1 vol/h) alors que la ventilation intensive nécessite des taux de renouvellement de l’ordre de 4 vol/h à 8 vol/h.

Ventilation intensive naturelle

La ventilation intensive naturelle fait appel à un « moteur naturel » pour le déplacement d’air par :

♦  Tirage par une cheminée verticale où l’air entre par des ouvertures en façade, parcourt le bâtiment et ressort par une « cheminée verticale » (atrium par exemple) grâce au principe d’Archimède (l’air chaud est plus léger que l’air froid créant ainsi un tirage naturel) ;

♦  Tirage par ventilation transversale d’une façade à l’autre.

Il existe des systèmes plus complexes telles que des cheminées centrales d’amenée et d’extraction d’air ou des systèmes associés à des façades double-peau.

Les ouvertures en façade pour l’amenée de l’air pourront être de différents types :

• Châssis basculants ;
• Grilles fixes placées devant des châssis ouvrants ;
• Grilles fixes intégrées dans la façade opaque.

L’extraction de l’air se fera par :

• Des grilles ou fenêtres (cf. amenée d’air) ;
• Des fenêtres en toiture ;
• Des cheminées (généralement construite en matériau favorisant le tirage c’est-à-dire le réchauffement de l’air).

Ces ouvertures seront à commande manuelle ou (mieux) automatique en fonction de différents critères mesurés (par exemple les températures intérieure et extérieure).

Elles ne peuvent pas augmenter les risques d’effraction ou d’intrusion dans le bâtiment de personnes, d’animaux, de poussières, de pluie,…

Il est à noter que la surface de ces ouvertures est assez importante et représente généralement 2% de la surface au sol des locaux.

Un certain nombre de critères sont à respecter afin d’obtenir une ventilation efficace et conforme :

• Conformité aux critères de protection incendie (notamment concernant l’ouverture des portes et le compartimentage);
• Libre circulation de l’air entre l’entrée (façade) et la sortie (façade opposée ou toiture);
• Accessibilité à la masse thermique du bâtiment : pas de faux-plancher ou de faux-plafond ou circulation de l’air forcée dans ceux-ci.

Ventilation intensive mécanique

La ventilation intensive mécanique fera appel au système de ventilation (hygiénique double flux ou « tout air » dans le cas du chauffage/refroidissement par air) du bâtiment.

Ce dernier devra néanmoins être dimensionné (pertes de charge du réseau limitées) et/ou utilisé (augmentation du débit) en conséquence au risque de voir la surconsommation prendre le dessus sur la diminution des besoins en refroidissement et donc d’obtenir un free cooling qui n’est pas « gratuit ».

Quelle efficacité ?

Une ventilation intensive (nocturne) efficace aura pour conséquence de faire chuter la température intérieure de plusieurs degrés (parfois jusqu’à 5 à 6 °C) mais permettra surtout d’éviter le phénomène d’accumulation lors d’une épisode de chaleur de plusieurs jours consécutifs permettant ainsi de diminuer le nombre d’heures d’inconfort liées à la surchauffe.

Ceci a bien entendu ses limites lorsque la température extérieure nocturne est elle-même trop élevée plusieurs jours de suite.

Conclusion

En associant une architecture bioclimatique (notamment des protections solaires extérieures efficaces) à des charges thermiques internes (apports internes) « maîtrisées » (max 32 W/m²) il devrait être possible de concevoir et d’exploiter des bâtiments sans refroidissement actif ou du moins avec une puissance froid installée réduite. Il est à noter que plusieurs exemples existent dans différents pays.

Plus d’informations ?

Le lecteur intéressé trouvera de nombreuses informations complémentaires sur le site www.inive.org.

Retrouvez des cas d’étude dans le document « Ventilative Cooling Case Studies » édité par l’EBC dans le cadre de l’annexe 62 de l’Agence Internationale de l’Energie (version anglaise uniquement – cliquez ici)