Brasseur d’air et climatisation : un mariage de raison ?

Brasseur d’air et climatisation : un mariage de raison ?

C’est l’été, et en cette saison, un peu de confort thermique est bienvenu.
A cette occasion, la question du couplage entre brasseur d’air et climatisation est à l’ordre du jour.
Certes, il y a une réelle différence physique entre ces systèmes. Au plan énergétique, le brassage d’air est peu impactant, là où la climatisation affiche une consommation importante.
Examinons ensemble cette association de la climatisation et de la ventilation en saison chaude.

Une conception passive et bioclimatique pour éviter le recours à la climatisation ?

Une conception optimisée du bâtiment, recourant aux principes de la conception passive [1]et du bioclimatisme [2] a souvent pour objet de limiter, voire d’éviter complètement le recours à la climatisation.

De plus en plus fréquemment réalisée par les bureaux d’études thermiques, la simulation thermique dynamique (STD) intègre les caractéristiques du bâtiment et de son environnement. Les apports de chaleur interne y sont aussi pris en compte, qu’ils proviennent du fonctionnement des systèmes (éclairage, informatique..) ou de la chaleur corporelle des humains eux-mêmes (entre 80 et 100 W par personne). La STD permet dès lors d’estimer a priori les heures d’inconfort estival, pièce par pièce.

Pour les logements neufs ou les établissements d’enseignements, la réglementation pousse d’ailleurs très clairement depuis plusieurs années à éviter la climatisation.

Dans une conception passive et bioclimatique, faire face aux périodes de températures élevées est alors souvent associé à la pose de brasseurs d’air qui, à eux seuls, amènent un confort suffisant aux occupants.

Il existe toutefois de nombreux cas où ce schéma idéal trouve ses limites.

[1] consommation énergétique hivernale et estivale proche de zéro

[2] prise en compte du lieu d’implantation

Bâtiments existants : comment traiter l’inconfort estival ?

Certains bâtiments anciens, aux murs très épais et par conséquent avec une inertie élevée, résistent assez bien aux épisodes de forte chaleur sans recourir à la climatisation, pour peu que les occupants mettent en œuvre des pratiques simples. Limiter les entrées de chaleur solaire en fermant les volets en est un exemple.

Malheureusement, dans de nombreux cas, notamment pour les constructions de la période 1948-1974, l’inconfort devient souvent insupportable en raison d’une faible inertie ou de grandes surfaces vitrées. Dès lors, en l’absence d’une rénovation globale intégrant le confort d’été, les climatiseurs se mettent à fleurir sur les façades.

Le fonctionnement de ces unités de refroidissement aggrave les fameux « ilots de chaleur urbains », zones de surchauffe cumulant tous les défauts possibles. Les sols bitumés sombres accumulent l’énergie solaire, l’absence de végétation empêche l’évapo-transpiration… et les compresseurs de climatisation envoient de la chaleur à l’extérieur, créant une boucle de rétroaction, un cercle vicieux dont il faudrait pouvoir sortir.

Bâtiments neufs : les bonnes intentions et la réalité

Au détour d’une rue, une verrue : un compresseur de climatisation sur un bâtiment éco-conçu. Ou un nouvel éco-quartier dans lequel les climatisations ont été posées a posteriori. Ou encore, le grand classique : la fausse installation de climatisation « en mode chaud seul », théoriquement dédiée au seul chauffage, conformément à la réglementation thermique. Après la réception du bâtiment et l’attestation de conformité à la réglementation, un technicien complaisant vient la débrider pour qu’elle fonctionne en mode refroidissement. Avec l’aimable coopération des fabricants de climatisation qui savent parfaitement à quoi s’en tenir.

Changement climatique : climatiser pour se préparer à un inéluctable réchauffement ?

Les discours angoissants sur le réchauffement climatique, et la montée des attentes de confort thermique débouchent sur une triste réalité. La climatisation se généralise[3].

[3] Voir étude Observ’ER, Suivi du marché 2019 des pompes à chaleur individuelles: , page 20

France d’Outre-Mer : la climatisation incontournable en été ?

Dans les DOM situés en zone intertropicale, les étés sont souvent très chauds (et humides, ce qui renforce l’inconfort thermique).

Sur ces territoires, le fonctionnement mixte climatisation-brasseurs d’air est déjà très présent, et peut être riche d’enseignements pour les zones tempérées.

Ventilateurs de plafond et vitesse d’air : quel impact sur la température ressentie ?

La présence de brasseurs d’air permet un gain de température ressentie en fonction de la vitesse d’air.

Comme le montre le guide de ventilation Woods, une vitesse d’air de 0,7 m/s permet un gain de 2°C de température ressentie.

Figure 1 – Valeurs extraites du Guide Pratique de ventilation – Woods, valables pour des conditions moyennes d’humidité et d’habillement

Hausser la consigne de climatisation pour gagner en consommation d’énergie

Prenons une pièce de 20 m² avec 2,50 m² de hauteur sous plafond, soit 50 m3 de volume.

Dans cette pièce, un simple brasseur d’air suffit généralement pour obtenir le confort voulu. Pour des brasseurs d’air de bonne performance, la puissance en vitesse maximale est proche de 50 W.

Côté climatisation, selon la nature du bâti, les besoins sont généralement compris entre 25 et 50 W par m3. Cela équivaut à une puissance minimale de 1250 W et maximale de 2500 W.

Ainsi, un ventilateur plafonnier représente entre 1/20^e et 1/50^e de la puissance d’un système de climatisation pour un même volume.

Il est clair que tout degré gagné grâce au brasseur d’air va permettre des économies de climatisation.

Une étude américaine, confortée par de nombreux apports de terrain, évalue ainsi entre 7 et 10% le gain de consommation énergétique par degré de consigne de climatisation.

Le site du CBE (Center For the Built Environment) de l’Université de Berkeley en Californie présente en ligne un outil qui vise à mesurer l’impact de la modification des consignes de climatisation sur les systèmes VRV (Volume Réfrigérant Variable).

L’outil disponible ici permet de paramétrer les consignes de chauffage et de refroidissement.

Figure 2 : vue du calculateur du point de consigne du CBE, sous navigateur Chrome

Il apparaît donc qu’en haussant la consigne de refroidissement de 2°C, les économies se montent à 22,3%. A noter que le ventilateur mentionné dans le graphique correspond a priori aux auxiliaires de la VRV, pas aux brasseurs d’air.

Pour faire des simulations sur d’autres villes de France, il est possible d’utiliser un comparateur météo.

L’exemple présenté ici montre que dans la mesure où une vitesse d’air à 0,7 m/s permet de gagner 2°C de consigne de climatisation, et que la consommation des brasseurs d’air représente une part négligeable des consommations de climatisation, un gain compris entre 7 et 10% par hausse d’un degré de climatisation semble tout à fait cohérent.

Déstratifier pour mieux homogénéiser la fraîcheur

Le froid émis par les unités d’air conditionné a naturellement tendance à descendre. La présence d’un brasseur d’air va permettre de mieux répartir l’air froid dans toute la pièce, et va donc faciliter l’augmentation de la consigne.

Casser les flux directionnels d’air froid

Certains systèmes de climatisation ont tendance à envoyer des flux d’air qui créent un inconfort pour les personnes situées dans le courant froid.

Or, les taux de brassage (rapport entre le débit d’air et le volume de la pièce) se situent au maximum à 5 volumes par heure en climatisation, là où un brasseur d’air va présenter un taux de brassage de 138 volumes par heure en vitesse maximale[4]. Le jet froid est ainsi cassé et mieux réparti dans la pièce.

[4] Sur la base d’un débit d’air de 6900 m3/h rapporté à un volume de pièce de 50 m3

Le mariage réussi de la climatisation et du brasseur d’air

Il convient naturellement de rappeler qu’une bonne conception du bâti, en neuf ou en rénovation, permet de limiter ou de supprimer totalement l’usage de la climatisation.

Cela étant posé, dans les cas où cette conception ne peut être réalisée, il apparaît donc  possible d’économiser de l’énergie tout en amenant un meilleur confort thermique, en favorisant un fonctionnement couplé entre la production de froid et le brassage d’air.