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Le Théâtre Royal danois : un bâtiment performant grâce à une approche globale

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Le théâtre royal danois, à Copenhague, est un bâtiment extrêmement performant. Grâce à une approche globale du bâtiment (au travers de pompes à chaleur, de refroidissement à l’eau marine, de plaques thermoactives et de l’utilisation de béton à faible empreinte écologique) la consommation d’énergie liée au refroidissement de l’air et les émissions de CO2 ont pu être réduites de 71%, alors que l’objectif fixé était de 75%. D’autres réductions sont à noter : 42% pour la consommation de chauffage et 67% d’émissions en moins, qui sont en grande partie dues au fait que le théâtre est relié à un réseau de chaleur !

Les nouvelles technologies, la collaboration entre plaques thermoactives et pompes à chaleur utilisant l’eau de mer comme réservoir notamment, ont été adoptées pour la construction de nouveaux bâtiments. Des variations de ce concept, en utilisant l’eau du sol comme réservoir, ont aussi été adoptées pour des projets plus récents. Mais on peut encore attendre une amélioration, même si les résultats atteints sont déjà impressionnants ; amélioration qui sera facilitée par le nombre important d’équipements de mesure installés dans le système.

L’utilisation d’une approche globale (integrated design), qui fait intervenir des spécialistes de disciplines souvent considérées comme cloisonnées (architecture, HVAC, ingénierie) montre donc qu’il est possible de construire des bâtiments en vue, avec une architecture intéressante, tout en respectant les demandes exigeantes des utilisateurs et en limitant la consommation énergétique. On voit aussi qu’avec l’approche globale, on peut atteindre les objectifs fixés sur plusieurs bâtiments (trois dans notre cas), et qu’ils peuvent être atteints en implémentant des changements dans l’organisation du bâtiment. Il s’agit donc d’une approche prometteuse pour les économies d’énergie et la performance énergétique des bâtiments, notamment en ce qui concerne la qualité de l’air intérieur (chauffage, climatisation).

Source : Swegon Air Academy, un forum d’échange et de partage de connaissances basées sur les Enjeux Energétiques dans les Bâtiments Tertiaires

L’inauguration – la conception du système de traitement d’air de l’hôpital NKS mise à l’épreuve

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Un cap important du projet hospitalier NKS (Nya Karolinska Solna), Suède, a été franchi avec l’inauguration du bâtiment technique – le choix de conception du système de traitement d’air pour l’hôpital est maintenant concrètement mise à l’épreuve ainsi que les autres fonctions regroupées dans ce bâtiment de taille.

Fidèle au caractère emblématique du projet hospitalier NKS, son bâtiment technique abrite des équipements et technologies de pointe qui vont permettre à l’hôpital universitaire de devenir le plus fiable quant à son fonctionnement continu et le plus respectueux de l’environnement avec la consommation énergétique la plus basse – une position de Leader qui est valable sur le plan mondial.

Le bâtiment technique est censé fournir l’hôpital avec les quantités nécessaires d’électricité, chauffage, refroidissement, eau et gaz médicaux. Avec ses 14 000 mètres carrés repartis sur huit étages, le bâtiment intègre les équipements centraux de la conception du système de traitement d’air de l’hôpital, les installations de production thermique (chaud – froid), les pompes à chaleur, mais également le poste électrique central avec sa station de contrôle et les bureaux du personnel de maintenance.

Le contrôle et le pilotage de la totalité des fonctions techniques et des installations sur l’ensemble hospitalier, sera rassemblé et organisé dans un système de contrôle extrêmement avancé et puissant. La conception et la programmation du système de contrôle pour la totalité des fonctions techniques de l’hôpital est une tâche d’envergure qui a été confiée aux informaticiens compétents.

Un ensemble impressionnant d’environ 170 puits thermiques forés dans le sous-terrain de la zone hospitalière constitue le véritable socle de stockage pour les ressources énergétiques et thermiques de l’hôpital. La plupart des puits descendent jusqu’à 220 m de profondeur et ils sont tous liés au bâtiment technique par un système canalisation. L’idée du stockage par puits souterrains est de pouvoir les utiliser comme sources de refroidissement en été et sources de chauffage en hiver. Il est possible de profiter des températures extrêmes, estivales ou hivernales, pour charger les puits thermiquement.

L’unité pour le traitement des apports de chauffage et de refroidissement située au dernier sous-sol du bâtiment technique, reçoit, traite et redistribue le chauffage selon les besoins à l’hôpital. Elle contient les équipements essentiels à la conception du système de traitement d’air pour l’hôpital : détendeurs thermostatiques, échangeurs de chaleur et de gaines et conduits recouvrant les murs et plafonds. Toutes les sources chaudes et froides sont bonnes à prendre pour le transfert thermique : l’air froid de l’extérieur, l’air intérieur, les puits forés, la chaleur produite par l’utilisation et l’activité des équipements médicaux…

Les pompes réversibles à chaleur et à refroidissement sont installées dans un local quelques étages plus haut dans le bâtiment technique. Des engins d’une ampleur comme ceux-ci sont rares et les fabricants capables à les livrer sont peu nombreux au niveau mondial.

L’objectif avec la préparation de sources thermiques et énergétiques locales à l’hôpital, est d’arriver à répondre à 90% du besoin de chauffage et 80% du besoin de refroidissement par ses propres ressources.

Le système de traitement d’air de l’hôpital a été conçu pour s’intégrer dans l’ambition de recyclage d’énergie. Le sous-système de ventilation a été conçu de manière à ce que la chaleur de l’air sortant soit utilisée pour chauffer l’air entrant. Le taux de récupération de chaleur est estimé à près de 80 %.

Principes de conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital

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De procéder à la conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital requière impérativement de disposer d’une expertise dans la matière. L’hôpital est un milieu à haute concentration de polluants de l’air intérieur, et en même temps un lieu abritant des individus fragiles. Le risque de transmission croisée des agents infectieux véhiculés par les particules aériennes est particulièrement élevé en milieu hospitalier. La conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital, à forte puissance et ayant une ventilation à haute capacité, permet de fournir une protection élevée aux patients et collaborateurs de l’hôpital. Cependant, la centrale de traitement d’air est généralement associée à une consommation énergétique importante. Une régulation inadaptée de la centrale de traitement d’air a tendance à générer le dessèchement de l’air, qui cause, à son tour, de l’inconfort et une hausse des risques sanitaires. Enfin, pour l’installation et la conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital il faut disposer d’une importante surface, car les équipements et le système de gaines et de conduits sont encombrants. Autant d’éléments à prendre en compte pour la conception de la centrale de traitement d’air pour l’hôpital, afin que l’investissement donne en retour un résultat viable et rentable.

Une centrale de traitement d’air intégrant un système de ventilation avancé à flux d’air dirigés pour hôpitaux est une solution bénéfique pour un grand nombre d’espaces dans l’hôpital car ce système permet d’approvisionner l’air neuf de manière ciblée vers les zones en ayant besoin, telles que le bloc opératoire ou le lit de l’hôpital.

Afin d’avoir une idée plus précise de cette variante de conception de centrale de traitement d’air pour l’hôpital, étudions de plus près sa forme concrète adaptée au lit de l’hôpital :

Une centrale de traitement d’air avec système de ventilation avancé à flux d’air dirigés adapté au lit de l’hôpital se compose de trois pièces : deux caisses à fixer sur les côtés du lit et un panneau avec bouche d’évacuation d’air à situer en hauteur dans la chambre hospitalière. Les caisses sur chaque côté du lit comportent des capteurs de mouvement, qui, en fonction de l’orientation de la tête du patient, déduiront sur quelle caisse activer l’évacuation de l’air vicié et sur quelle caisse activer la diffusion de l’air neuf. Le fonctionnement entre les deux caisses se reverse quand le patient tourne la tête dans le sens inverse. Ces caisses contiennent des systèmes de traitement d’air intégrés, format miniature. L’air vicié est renvoyé à la bouche d’extraction sur la caisse qui se trouve face au visage du patient. L’air passe ensuite par un ventilateur de reprise et un filtre HEPA/ULPA, qui retient les polluants y incluses les bactéries et microparticules. Les éventuels germes subsistant dans l’air après la filtration sont exterminés par l’exposition à la lumière UV-C, amplifiée à l’aide du matériel réfléchissant revêtant les parois intérieures de la caisse. Le flux d’air purifié est ensuite corrigé et aligné à l’aide des canaux, et l’air est redistribué dans la direction souhaitée – soit vers le patient, soit vers le haut de la chambre pour en créer les rideaux d’air purifié protégeant le patient et le personnel soignant des émanations d’air pollué. La bouche d’extraction située en haut de la chambre hospitalière permet de créer les flux d’air orientés du bas vers le haut, qui emportent également les émanations d’air pollué (personnes dans l’entourage qui éternuent ou toussent, etc). La conception de cette centrale de traitement d’air pour l’hôpital avec système de ventilation avancé sera certainement très demandée dans les établissements de santé français dans les années à venir.

Source : Arsen K. Melikov: Kan indeklimaet fobedres og risikoen for smittespredning sænkes uden forøget energiforbrug?

 

Les plus pointus des équipements pour améliorer la qualité de l’air intérieur dans l’hôpital

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De multiples précautions et équipements sont nécessaires afin de lutter contre les risques de contamination aérienne et améliorer la qualité de l’air intérieur dans l’hôpital : une hygiène stricte, la désinfection régulière des objets et surfaces, l’isolation des patients atteints de certaines contaminations ou particulièrement sensibles et surtout, un traitement de l’air avec une ventilation respectant la réglementation relative aux établissements de santé.

Certains équipements pour améliorer la qualité de l’air dans l’hôpital sont dédiés aux zones particulièrement sensibles, comme les centres de soin des brûlures ou les unités assurant des greffes.

La protection par pression d’air positive ou négative est une méthode efficace pour éviter le risque de contamination généré par des agents infectieux véhiculés à cause des particules aéroportées. Dans les chambres appartenant à la zone protégée de l’hôpital, le débit d’air est régulé en sorte de créer une différence de pression, à la hausse ou à la baisse, par rapport aux zones avoisinantes. Dans le cas d’une chambre en surpression, un débit d’air plus élevé, compté en Litres d’Air par Seconde et Personne, assurera la haute pression et empêchera l’air à l’extérieur de la chambre d’entrer. Un plafond filtrant à flux laminaire unidirectionnel permet de renouveler l’air dans les zones protégées de manière ciblée et efficace, sans créer de turbulences d’air et en préservant une très bonne qualité sanitaire de l’air. Le taux de renouvellement d’air (TRA) doit rester très élevé. La France fait partie des pays où le brassage et le recyclage de l’air dans les zones protégées de l’hôpital est une procédé déconseillée. Pour éviter tout risque de présence de polluant aéroporté, il est préconisé de n’utiliser que l’air neuf pour renouveler l’air dans les zones les plus sensibles. L’ajout des rideaux d’air avec des flux montants vers le plafond filtrant, permet de renforcer la protection de la zone.

Ces méthodes et équipements pour améliorer la qualité de l’air dans l’hôpital ont été testés et prouvés quant à leur efficacité pour protéger et améliorer la qualité de l’air dans des établissements hospitaliers. Un exemple édifiant constitue les résultats observés lors de l’exposition, sous différentes conditions, d’une population sensible, à un seul et cas d’infection de grippe. Dans une pièce protégée par forte surpression correspondant à un débit d’air de 40 litres par seconde et personne, le risque de contamination suite à l’exposition était de 1,25%. La même exposition mais dans une pièce non-protégée ayant un débit d’air de 10 litres par seconde et personne a donné des résultats extrêmement différents, avec un risque flagrant de contamination de 77,5%.

Les études prouvent qu’afin d’arriver à améliorer la qualité de l’air intérieur dans l’hôpital et restreindre la concentration de particules aériennes et gouttelettes susceptibles de véhiculer des agents infectieux à laquelle s’expose le personnel soignant devant un patient qui tousse, il faut avoir recours à un système de traitement d’air à taux de renouvellement d’air de minimum 12 volumes par heure.

Source : Arsen K. Melikov: Kan indeklimaet fobedres og risikoen for smittespredning sænkes uden forøget energiforbrug?

Guide d’utilisation des poutres design actives et passives

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L’idée d’un projet de coopération entre l’ASHRAE et REHVA est venue lors de la conférence CLIMA 2010. Quelques mois plus tard, une équipe conjointe a été assemblée et nous avons assisté à Stockholm pour la première fois, à de nombreuses réunions. Comme avec la plupart des choses dans la vie, c’est le voyage, pas la destination qui compte, et je pense que je parle pour tout le groupe en disant que c’était un soulagement de finalement obtenir le guide publié.

Le sentiment général était que le livre existant de REHVA était plein de bonnes informations, mais il avait juste besoin d’être mis à jour et de donner une application un peu plus mise au point. Personnellement, j’ai toujours trouvé l’existence du guide utile pour y puiser dedans si j’avais une question ou si j’avais besoin d’un aperçu, mais j’ai trouvé qu’il était difficile de le comprendre. Je sentais qu’il était important, d’autant plus que l’Amérique du Nord se réveillait, curieuse, face au potentiel sur la technologie des poutres froides.

Alors, quels sont les points forts du guide ? Pour moi, le véritable point fort est la réunion des études de cas et la façon dont elles sont disposées. Nous prenons différentes villes du monde entier. La conclusion du groupe était que « le souci n’était pas de savoir où étaient les poutres dans le monde ni quel était le climat extérieur, parce que les bâtiments modernes devraient être assez étanches à l’air pour assurer cela, c’est le travail de l’usine centrale de fournir les bonnes conditions pour les poutres ». Parce qu’il y aura toujours quelqu’un qui pense qu’elles ne fonctionnent pas avec leur climat, c’est pourquoi nous avons multiplié les exemples à travers le monde.

Nous avons également choisi différentes applications ; si vous voulez faire un bureau commercial, un laboratoire, un hôtel ou une chambre pour un patient, pour n’en nommer que quelques-uns, pas de problème, les exemples ont été fournis. Nous offrons notre sélection et des commentaires sur la conception, juste pour vous accompagner à vos débuts. N’hésitez pas à tirer vos propres conclusions.

Les exemples sont basés sur une feuille de calcul qui est disponible en téléchargement à la fois SI et IP, donc il n’y a pas d’excuses. Cette idée de fournir des exemples est venue à mi-chemin du projet, de sorte que le livre n’aurait pas été aussi bon si nous l’avions terminé plus tôt.

En bref, l’accent a été mis sur une bonne introduction donnée aux ingénieurs de conception curieux qui veulent en savoir plus sur la technologie de faisceau. Il faut du talent et de la compréhension pour concevoir un système climatique de faisceau, mais les avantages en termes de confort et de coûts de cycle de vie (énergie et entretien) sont conséquents.

Je recommande cette publication à tous ceux qui sont curieux ou qui ont un intérêt relatif aux poutres. Le livre n’est peut -être pas parfait, mais je crois qu’il a relevé le défi en termes de conseils. Si vous avez des idées sur la façon d’améliorer la livre pour la prochaine révision, n’hésitez pas à faire du bénévolat !

Enfin, je dois remercier toutes les personnes impliquées, ASHRAE et le personnel REHVA, ainsi que le groupe de travail dans son ensemble, en particulier JULIAN RIMMER d’être mon co-président, mais surtout PETER SIMMONDS et CARLOS LISBOA sans qui le guide aurait été inachevé.

John Woollett CEng, Fellow REHVA, ASHRAE MEMBRE, Fellow CIBSE

Source: Swegon Air Academy. Un forum d’échange et de partage de connaissances basées sur les Enjeux Energétiques dans les Bâtiments Tertiaires.

 

Pourquoi les poutres froides permettent de diminuer les investissements ?

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Les systèmes de poutres climatiques sèches réduisent le montant des investissements en permettant une réduction des coûts traditionnellement impliqués dans l’installation d’un système de ventilation.

En effet, les poutres froides apportent :

o une hauteur de boîtier réduite qui induit une hauteur réduite pour les bâtiments verticaux,

o de plus petites tailles de conduits contribuant à une hauteur verticale minimale de construction et à des coûts structurels inférieurs. Ces plus petits conduits peuvent entraîner une petite zone de l’arbre vertical permettant une plus grande superficie nette de la surface louée ou occupée,

o une bobine de taille réduite,

o l’élimination du bac de récupération,

o l’élimination des pompes à condensat.

o l’élimination de la pompe à condensation

Source: Swegon Air Academy. Un forum d’échange et de partage de connaissances basées sur les Enjeux Energétiques dans les Bâtiments Tertiaires.