Le refroidissement

Même si ce n’est généralement pas sur ce poste de consommation que l’on concentrera les premiers efforts en efficacité énergétique, il convient néanmoins de mentionner certaines possibilités.

Ces mesures sont possibles au niveau du refroidissement :

– Sélection d’unité de ventilation intégrant un refroidissement à haute performance

De façon généralement malheureuse pour l’efficacité énergétique, une part très importante des besoins de ventilation et climatisation des bâtiments est souvent effectuée par des unités de ventilation monobloc installées en toiture, communément appelées «unité rooftop ». Ces unités sont souvent peu efficaces pour les raisons suivantes :

• Construction de qualité souvent médiocre (étanchéité) et faible isolation
• Possibilités de modulation souvent faibles dues aux caractéristiques inhérentes du refroidissement à expansion directe ou des serpentins de chauffage
• Souvent contrôlées par des contrôles autonomes qui offrent peu de flexibilité pour des séquences évoluées
• Leur positionnement en toiture signifie souvent un entretien plus ou moins régulier

Au niveau du refroidissement, ces unités de ventilation intègrent normalement directement un serpentin de refroidissement à expansion directe, un ou des compresseurs, de même qu’un condenseur, le tout construit à même l’unité. Pour les unités plus anciennes, l’efficacité de refroidissement « rendement énergétique » (EER ou Energy Efficiency Ratio) était souvent inférieure à dix. Le coefficient EER est obtenu en divisant la quantité de froid générée (en btu/h) par la puissance électrique requise pour ce faire (en W).

Malheureusement, les unités existantes ne peuvent être que très peu améliorées. Par contre, lors du remplacement des unités, il devient intéressant d’en sélectionner d’autres offrant de meilleures performances en climatisation. Lors de ces remplacements, la municipalité devrait s’assurer qu’une optimisation soit faite au niveau de :

• La qualité de construction et d’isolation de ces unités de toit.
• La sélection d’une unité présentant une meilleure efficacité de refroidissement. Au-delà du coefficient EER, la sélection de la machine devrait surtout être faite en fonction du rendement énergétique saisonnier (SEER ou  Seasonal Energy Efficiency Ratio) ou d’un facteur intégré (IEER ou Integrated Energy Efficiency Ratio) qui prenne en compte un profil de charge plus représentatif du fonctionnement saisonnier de l’unité. Le respect des performances spécifiées par la norme ASHRAE 90.1 la plus récente serait aussi une bonne pratique.
• Lorsque des taux d’air neuf importants sont requis et quand la configuration le rend possible, l’intégration de roues thermiques directement dans les unités monoblocs devrait être envisagée.

Bien que l’installation d’unité monobloc en toiture soit très rarement appréciée par les ingénieur(e)s en efficacité énergétique, ces unités demeurent très populaires, principalement en raison de leur faible coût d’acquisition. Il est donc important à tout le moins d’essayer d’en optimiser la performance.

– Production d’eau refroidie à haute performance

Pour les bâtiments possédant un réseau d’eau refroidie, cette dernière est généralement produite par une installation quelque peu complexe pouvant comprendre plusieurs éléments :

• Un refroidisseur d’eau, comprenant principalement un évaporateur, un condenseur et un ou des compresseurs
• Des pompes de circulation de l’eau refroidie vers les unités de ventilation
• Des pompes de circulation de l’eau de rejet de chaleur
• Une ou des tours d’eau permettant de rejeter la chaleur à l’extérieur

Il existe une foule de variantes de ces systèmes : systèmes avec condenseur à air (en remplacement de la tour d’eau), refroidisseur monobloc en toiture, variantes sur les compresseurs (réciproques, à vis, à volutes, centrifuges), etc. Cette section ne décrira pas ces variantes plus spécifiquement afin de ne pas se perdre dans les détails techniques. Par contre, il faut  retenir que plusieurs possibilités d’économie d’énergie peuvent être réalisées sur ces systèmes, dont entre autres :

• Sélection d’un refroidisseur à haute performance : la performance d’un refroidisseur dépend de plusieurs facteurs, les principaux étant les températures à maintenir, le type de réfrigérant utilisé, le type de compresseur et le pourcentage de charge (l’efficacité d’un refroidisseur varie beaucoup en fonction de la modulation de l’unité). La sélection d’un nouveau refroidisseur peut donc être fortement optimisée. Par exemple, les mesures suivantes devraient faire l’objet d’une analyse :
  • Sélection de refroidisseurs à compresseurs centrifuges lorsque possible. En général, les refroidisseurs à compresseurs sont applicables dès que la charge globale excède 150 tonnes de refroidissement. Les refroidisseurs centrifuges sont généralement plus efficaces que les refroidisseurs à vis ou les refroidisseurs à compresseurs réciproques. Un refroidisseur centrifuge classique présente donc un Integrated Part Load Value (IPLV) de l’ordre de 0,6 kW/TR, alors que l’IPLV des refroidisseurs à compresseurs réciproques varie entre 0,8 à 1,2 kW/TR.
  • Intégration d’entraînement à fréquence variable sur le moteur du compresseur. L’entraînement à fréquence variable permet des économies importantes au niveau de la puissance motrice, principalement au niveau de la modulation de capacité du refroidisseur. Un  refroidisseur centrifuge présentant cette technologie peut atteindre une performance IPLV de l’ordre de 0,4 kW/TR.
  • Choisir des refroidisseurs centrifuges à paliers magnétiques au lieu d’utiliser des roulements baignant dans l’huile, cette technologie utilise des paliers magnétiques, ce qui élimine une bonne partie du frottement avec le compresseur. Cette technologie peut permettre d’atteindre une performance IPLV inférieure à 0,4 kW/TR.

• La tour de refroidissement est une autre composante dont la performance peut être optimisée :
  • Premièrement, lorsque possible, des tours de refroidissement à ventilateurs axiaux devraient être utilisées. En effet, ces dernières nécessitent généralement près de trois fois moins de puissance motrice qu’une tour de refroidissement à ventilateurs centrifuges.
  • En deuxième lieu, l’utilisation d’entraînements à fréquence variable pour contrôler la vitesse du ventilateur permet aussi de réduire la puissance motrice consommée à la tour d’eau.

• Le réseau de distribution d’eau refroidie peut lui aussi être optimisé. Souvent, ces réseaux sont conçus pour fonctionner à débit constant, alors que les charges de climatisation sont fortement variables. Il est parfois possible de transformer le réseau d’eau refroidie à débit constant en réseau à débit variable, ce qui permet des économies très importantes au niveau de la puissance motrice. Cette transformation a cependant certaines implications :
  • Les robinets de contrôle des serpentins de refroidissement doivent être de type « deux voies » et non de type « trois voies ».
  • Des entraînements à fréquence variable doivent être installés pour moduler le débit d’eau selon la charge.
  • Des vérifications doivent être faites au niveau de la faisabilité puisqu’il n’est pas nécessairement possible de moduler le débit d’eau au refroidisseur. Dans certains cas, il peut être nécessaire de créer un réseau primaire à débit constant et secondaire à débit variable pour implanter la mesure.