Brasseurs d’air en gestion automatique avec thermostat en RE2020 : quels avantages ?

Rappelons tout d’abord que trois modes sont possibles pour la régulation des brasseurs d’air :

• Manuel
• Gestion automatique avec thermostat
• Gestion tout automatique

Ces trois modes vont avoir un impact sur le calcul des degrés-heures (DH), mais aussi sur les valeurs Cep et Cep_n,r.

Quel est le bénéfice de ces modes de régulation dans le cadre du calcul RE2020 ? C’est ce que nous vous proposons de préciser dans la suite de cet article.

Clarifier la théorie et présenter des calculs

Cette publication présente tout d’abord le cadre théorique des calculs, dans une volonté de clarification.

Elle est complétée à la fin par un ensemble de simulations particulièrement utiles pour les bureaux d’études. Pour la partie dédiée aux calculs, nous nous sommes appuyés sur les travaux de Maxime Jaymond, dirigeant des bureaux d’études New Energie Concept & Carbone.

Les simulations permettent de mesurer l’impact de la justification et des modes de régulation dans les calculs réglementaires pour un bâtiment-type de la zone méditerranéenne.

Trois modes, trois performances

Dans le mode manuel, c’est l’utilisateur qui déclenche le brasseur d’air et en ajuste la vitesse selon son ressenti. Le calcul thermique va alors être basé sur des valeurs conventionnelles.

En mode gestion automatique avec thermostat, le thermostat va tout d’abord déclencher le brasseur d’air en débit intermédiaire (le moteur de calcul prend une base de 60% de la valeur du débit maximal).

En mode gestion tout automatique, l’utilisateur n’a pas la main sur le déclenchement et la vitesse maximale du brasseur d’air. Pour autant, dans certaines configurations, le gain par rapport au mode manuel est très significatif.

Pour mémoire, en RE2020 le débit d’air sert à déterminer la valeur de la vitesse d’air, avec la formule : [Vitesse d’air]=0,0032 x [Débit d’air en m³/h / Volume de l’espace brassé en m³].

Qu’est-ce que l’hystérésis ?

L’hystérésis est un phénomène physique dans lequel un système ne revient pas immédiatement à son état initial après un changement, même si la cause du changement a été supprimée.

Il se traduit par un retard, une traînée ou une différence entre le changement opéré et la réaction du système. C’est comme si le système avait une “mémoire” de ce qui s’est passé auparavant.

Prenons par exemple un aimant et une épingle à cheveux. Lorsque l’on rapproche l’aimant de l’épingle à cheveux, celle-ci est attirée par l’aimant. Cependant, même après avoir éloigné l’aimant, l’épingle à cheveux reste magnétisée pendant un certain temps avant de revenir à son état non magnétisé.

Dans le cas des régulations de chauffage avec thermostat, on introduit délibérément de l’hystérésis dans la commande pour que la température de consigne de démarrage soit différente de celle de l’arrêt. Cela permet d’éviter des activations et des désactivations fréquentes du système de chauffage. Par exemple, le chauffage peut être activé lorsque la température chute en dessous de 19,0 °C et désactivé lorsqu’elle dépasse 20 °C, créant ainsi une hystérésis de 1 °C. La température est dite régulée à 19,5 degrés (à 0,5 degré près).

Dans le contexte des brasseurs d’air, l’hystérésis illustre l’écart entre la température mesurée et l’activation d’une réaction de l’utilisateur (comme une action manuelle) ou d’un processus automatique (comme un thermostat ou un mode entièrement automatique), en relation avec l’inconfort thermique.

N’ayez pas peur des paramètres de base de l’hystérésis !

Le tableau ci-dessous, qui explique le calcul de l’impact des brasseurs d’air en RE2020 peut pourtant impressionner à première vue, mais il reste accessible moyennant quelques explications simples.

Voici les principales notions utiles pour la compréhension de ce tableau.

• QVair : débit d’air. max correspond à la valeur maximale ; int correspond à la valeur intermédiaire (60% du maximum)
• θ_op: température opérative. Elle se base sur la température intérieure d’une part, sur la température radiante (rayonnement des parois) d’autre part
• θ_{op_arr} : température opérative d’arrêt
• θ_adap: température adaptative (pour tenir compte du confort adaptatif[i])
• θ_v1 : température opérative de déclenchement en vitesse intermédiaire
• θ_v2 : température opérative de déclenchement en vitesse maximale
• Δθ_op1 : écart entre la température d’arrêt et la température de déclenchement du débit intermédiaire, sans tenir compte du confort adaptatif
• Δθ_op2 : écart entre la température de déclenchement du débit intermédiaire et la température de déclenchement du débit maximal, sans tenir compte du confort adaptatif
• Δθ_op3 : écart entre la température d’arrêt et la température de déclenchement du débit intermédiaire, tenant compte du confort adaptatif

Les paramètres de base de l’hystérésis sont les 3 dernières valeurs mentionnées ci-dessus : elles expriment les valeurs permettant de déclencher le brasseur d’air en vitesse intermédiaire et en vitesse maximale en partant de la température de consigne (et pour la 3^e, en ajustant la température de consigne pour tenir compte du confort adaptatif).

Il faut noter que le thermostat ne se base pas sur une température opérative, mais bien sur la seule température de l’air ambiant (il n’intègre pas la température radiante).

Les valeurs à saisir sont celles communiquées par le fabricant, et qui tiennent compte des caractéristiques du capteur propre au thermostat qui équipe le brasseur d’air.

Pour avoir un ordre d’idée des valeurs attendues, dans le calcul du mode manuel, ces 3 paramètres de base prennent pour valeur respectivement 2°C, 4°C et 1°C.

Quelles valeurs saisir pour le Samarat en version thermostat ?

Les trois valeurs à saisir dans le calcul sont les suivantes :

• Δθ_op1 : 0°C
• Δθ_op2 : 2°C
• Δθ_op3 : 0°C

Les gains seront différents d’un projet à l’autre, mais la gestion automatique avec thermostat permet généralement un meilleur résultat en DH que la gestion manuelle.

Simulations de calcul pour un bâtiment de logements collectifs en zone H3

Nous avons retenu pour les simulations les mêmes hypothèses que dans notre article « Logements collectifs en bordure méditerranéenne : comment respecter les contraintes RE2020 ? »

Le bâtiment de référence est caractérisé par une surface de 2233 m², comprend 36 logements en R+2 et 2 niveaux de sous-sol. 1 local commercial vient compléter le tout.

Nos actions n’ayant pas d’impact sur le Bbio, nous nous concentrons sur les indicateurs suivants : DH (en zone traversante et non traversante) Cep et Cep_n,r.

A noter que nous n’avons pas relevé de différence notable entre les résultats de Cep et de Cep_n,r. C’est pourquoi nous regroupons les deux résultats dans une seule colonne.

Le scénario de départ est basé sur une zone bruyante (BR2/3) sans climatisation.

1) Impact de la justification des valeurs par rapport à une simple déclaration

Rappelons que pour pouvoir saisir une valeur justifiée, il faut pouvoir présenter une mesure issue d’un essai en laboratoire indépendant et accrédité selon la norme NF EN ISO/CEI 17025 par le COFRAC ou équivalent. La norme faisant l’objet de l’essai est la norme NF EN IEC 60879 (mesure du débit d’air et de la puissance).

Cet essai en laboratoire a été réalisé pour le Samarat, et il est à la disposition des bureaux d’études.

Configuration	Cep (max 71,7) & Cepn,r (max 71,6)	DH zone traversante (max 1250)	DH zone non traversante (max 1250)
Initiale : Base avec complément brasseurs d’air Samarat toutes chambres (nuit) + tous séjours (jour) et isolation renforcée (murs R=4,1 ; toit R=7,3 ; RDC R=4,65 et Coffres Uc = 0,8) Brasseurs de débit 11882 m3/h déclaré, et puissance 42,4W déclarée	58,3	669,6	1130,3
Initiale avec brasseurs de débit 11882 m3/h justifié, et puissance 42,4W déclarée[ii]	57 (-2%)	616,7 (-8%)	1005,7 (-11%)
Initiale avec brasseurs de débit 11882 m3/h déclaré, et puissance 42,4W justifiée	58,1 (0%)	666,6 (0%)	1119,4 (-1%)
Initiale avec brasseurs de débit 11882 m3/h justifié, et puissance 42,4W justifiée	56,7 (-3%)	613,9 (-8%)	995,5 (-12%)

 

Les résultats montrent plusieurs points très importants :

• la justification a un impact considérable sur les DH, et particulièrement dans les zones non traversantes,
• le fait de justifier la puissance a peu de conséquences sur la valeur Cep. En effet, les brasseurs d’air plafonniers sont sobres en énergie, et leur influence sur les indicateurs de consommation énergétique reste à la marge.

2) Impact du mode de régulation des brasseurs d’air

Les simulations sont basées sur les valeurs d’hystérésis à saisir mentionnées plus haut (Δθ_op1 : 0°C ; Δθ_op2 : 2°C et Δθ_op3 : 0°C) pour les modes de régulation gestion automatique avec thermostat d’une part, gestion tout automatique d’autre part.

Pour le mode de gestion tout automatique, la température à retenir est de 26°C.

Les valeurs correspondant toujours au Samarat.

Configuration	Cep (max 71,7) & Cepn,r (max 71,6)	DH zone traversante (max 1250)	DH zone non traversante (max 1250)
Initiale : Base avec complément brasseurs d’air Samarat toutes chambres (nuit) + tous séjours (jour) et isolation renforcée (murs R=4,1 ; toit R=7,3 ; RDC R=4,65 et Coffres Uc = 0,8) Brasseurs de débit 11882 m3/h déclaré, et puissance 42,4W déclarée	58,3	669,6	1130,3
Initiale avec gestion automatique avec thermostat	57,3 (-2%)	584,6 (-13%)	1006,6 (-11%)
Initiale avec gestion tout automatique	57,3 (-2%)	584,6 (-13%)	1006,6 (-11%)
Initiale avec gestion automatique avec thermostat + débit et puissance justifiés	55,8 (-4%)	533,2 (-20%)	886,5 (-22%)
Initiale avec gestion tout automatique + débit et puissance justifiés	55,8 (-4%)	533,2 (-20%)	886,5 (-22%)

 

Il ressort une nouvelle fois que les ventilateurs de plafond, dès lors qu’on leur permet de bénéficier d’un mode de gestion amélioré, vont permettre une baisse très significative des DH.

Il faut aussi noter que dès que l’on associe des performances justifiées avec un mode de gestion avancé, les gains sont considérables, y compris en termes d’amélioration de Cep et de Cep_n,r.

Nous pouvons enfin noter qu’à configuration équivalente d’hystérésis, et avec une température de 26°C, les deux modes débouchent sur les mêmes valeurs.

Ainsi, sur le projet que nous avions présenté dans un précédent article, le gain dépasse les  20% sur les DH et les 4% sur les coefficients d’énergie primaire.

Les thermiciens rivalisent régulièrement d’ingéniosité pour obtenir dixièmes de points de Cep. Avec ce type de configuration, ils disposent désormais d’une nouvelle corde à leur arc.

[i] Voir notre article sur le sujet : « Confort thermique estival et brasseurs d’air : peut-on quantifier notre ressenti ? » : https://www.brasseurs-air-re2020.com/confort-thermique-estival-et-brasseurs-dair-peut-on-quantifier-notre-ressenti/

[ii] Dans le tableau, nous faisons apparaître des configurations dans lesquelles le débit d’air est justifié, et la puissance est simplement déclarée. L’intérêt de cette démarche est centrée sur le calcul, afin de pouvoir mesurer l’impact de chacune des deux grandeurs. Dans la pratique, l’essai en laboratoire suivant la norme  NF EN IEC 60879 permet d’obtenir les deux valeurs. Ainsi, dès lors qu’il y a essai, les valeurs de débit et de puissance sont toutes deux justifiées.