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Le journal du chauffage
et du sanitaire
(n°100 - Juillet 2002)

Aérothermes gaz modulants : un choix dûment réfléchi

Pour éviter d'énormes pertes d'énergie tout en conservant le confort nécessaire
aux occupants, on a soigneusement étudié la configuration
des locaux et les besoins spécifiques du client.

A Saleux, dans la Somme, le fabricant de matelas Sapsa Bedding vient  de rénover entièrement ses locaux de stockage et ateliers, car la consommation d'énergie était jugés beaucoup trop importante tout en n'apportant pas la régularité de température nécessaire à ce type de produits, ni le confort pour les travailleurs. Le process de fabrication impliquant de la vapeur, les locaux avaient  été assez logiquement chauffés avec cette énergie disponible sur place, par une simple extension du réseau. Mais ce réseau étai t tellement vaste qu'il occasionnait, de la chaufferie jusqu'au aérothermes vapeur, d'énormes partes d'énergie. Une isolation, même conséquente, aurait laissé subsister des pertes de chaleur démesurées par rapport aux besoins, d'autant plus qu'une bonne partie des canalisations empruntait un parcours extérieur.

Grande surface, faibles déperditions : un tandem difficile à gérer

Sur les dizaines de milliers de mètres carrés que comporte cette unité de production, 2 100 m² parmi les plus sensibles ont été réhabilités par une isolation en bardage intérieur, par une occultation partielle des sheds afin de limiter les évasions de chaleur en toiture et par une nouvelle installation de chauffage au moyen d'aérothermes à ventouse à brûleurs modulants (Generfeu).
Effectivement, des aérothermes à eau chaude auraient posé le même problème de pertes par les canalisations, sans compter l'obligation d'installer un échangeur vapeur/eau. Le rayonnement gaz a aussi été envisagé. Mais, comme l'explique l'installateur Jacky SELLIER, "quand on a relativement peu de puissance à installer sur une grande surface pour couvrir les déperditions, le rayonnement gaz provoquerait des zones d'ombre en raison du flux directif de l'émission, et donc des défauts d'homogénéité aux endroits où le sol n'est pas "éclairé". Il faut alors tabler sur une homogénéisation progressive et lente de la température, ce qui n'est pas très satisfaisant. Par ailleurs, si l'on veut couvrir toute la surface au sol par le rayonnement, n se situe alors en surpuissance par rapport aux déperditions, d'où une consommation excessive et des problèmes plus ardus de régulation. Le tandem grandes surfaces / faibles déperditions est donc délicat à gérer avec cette technique, à moins de mettre en oeuvre des panneaux radiants à eau chaude en plafonds. C'est une technologie très séduisante, qui permet en outre le rafraîchissement, mais on aurait retrouvé alors les problèmes liés au réseau de distribution que l'on a évoqué précédemment. Quant à la solution  par rayonnement électrique, certes très performante au plan confort, elle avait le handicap d'un coût de l'énergie beaucoup plus élevé qu'en gaz. Si encore le bâtiment avait été de plus grande hauteur et mal isolé, on aurait pu envisager le rayonnement lumineux gaz. On en arrive donc par élimination à la solution des aérothermes à gaz, qui ne présentait en outre aucune difficulté au plan de la sécurité dès lors que les appareils utilisaient le principe de la ventouse (pas de flamme directe dans l'ambiance et rejet des produits de combustion à l'extérieur).

340 KW en 8 appareils pour 2 100 m²

Huit aérothermes Génerfeu, d'un rendement de 94.5% sur PCI, ont donc été installés pour chauffer ce local de 2 100 m² en 5 mètres de hauteur : six de 45 KW et deux de 35 KW dans un décrochement de la surface.
Ils sont donc à ventouse, mais aussi à brûleur à pré-mélange modulant, c'est-à-dire qu'ils adaptent leur puissance en fonction des besoins sur l'ordre de la régulation. Ces brûleurs modulants sont courants sur des générateurs d'air chaud de grande puissance ou sur des chaudières, mais peu usités voire inexistants sur des aérothermes. Cette modulation de puissance permet de gérer au mieux les phénomènes de stratification, bien caractéristiques du chauffage à air chaud. Généralement, on accentue le brassage de l'air par des déstratificateurs situés en plafond afin d'homogénéiser la température de bas en haut et surtout pour utiliser la chaleur perdue qui se stocke naturellement en hauteur.
Avec des aérothermes classiques, le taux de brassage est calculé pour des appareils en fonctionnement. Mais, en demi-saison, quand le temps de fonctionnement devient très faible, le taux de brassage chute en même temps de manière très importante avec les arrêts, du fait qu'ils fonctionnement en tout ou rien avec de longues périodes d'inactivité. L'air chaud remonte alors sans contrainte au plafond.
Il n'en est pas de même avec la technologie du brûleur modulant : la puissance baisse en s'ajustant aux besoins ce qui réduit le phénomène ascensionnel de l'air, tandis que le ventilateur de l'appareil continue à fonctionner en même temps que le brûleur à bas régime, ce qui assure un brassage continu. Le taux de brassage se trouve ainsi augmenté de 30 à 40%par rapport à un aérotherme traditionnel. L'échangeur étant dimensionné pour transmettre 100% de sa puissance à tous les régimes, le rendement à bas régime est donc optimal car cet échangeur se trouve surdimensionné pendant ces phases de fonctionnement.

Une régulation astucieuse

Il faut considérer aussi que le fonctionnement en recyclage total génère d'importantes économies en évitant d'accroître la température de soufflage, du fait que l'air repris est déjà chaud, ce qui a encore pour conséquence de réduire la stratification. La régulation est encore un point important qui conditionne largement le confort sur la hauteur d'évolution du personnel par rapport au sol. Un boîtier électronique de contrôle de la température ambiante a été installé à une hauteur de 1.50 m environ du sol. Ce boîtier ou sonde d'ambiance, qui possède une thermistance, est destiné à indiquer le point de consigne, à 18°C par exemple. Une deuxième thermistance est incorporée dans chaque aérotherme au niveau de son aspiration d'air repris, c'est-à-dire un mètre plus haut environ. En fonction de la hauteur d'accrochage de l'appareil et du point de consigne affiché sur la sonde d'ambiance, on peut alors contrôler le gradient de température et le ramener à une valeur optimale par la modulation du brûleur. Dans la documentation du constructeur, un tableau indique d'ailleurs, en fonction de la hauteur d'accrochage de l'appareil, la consigne que l'on doit afficher sur la sonde de reprise pour faire démarrer la modulation. Le "jeu" est d'arriver à une modulation maxi, ce qui suppose une mise au point sur site afin d'obtenir la meilleure performance possible des appareils. Il faut consacrer environ dix minutes par aérotherme pour cette approche fine du réglage. Les aérothermes sont en outre équipés d'un dispositif de réarmement automatique associé directement au thermostat.

Le soufflage vertical : une alternative performante

L'installateur apporte encore une précision : les aérothermes ont été installés verticalement conte le murs donnant sur l'extérieur. Mais ils auraient pu également être suspendus en plafond, ce qui aurait théoriquement amélioré la déstratification en raison du soufflage vertical de haut en bas, jouant ainsi en même temps le rôle de déstratificateurs. Cette disposition était délicate à adopter sur ce site car il aurait alors fallu mettre en oeuvre des ventouses verticales en traversée de sheds, ce qui aurait posé des problèmes d'étanchéité. Elle n'aurait apporté d'ailleurs qu'un intérêt tout relatif en raison de la hauteur moyenne sous plafond qui a permis ici d'assurer un taux de brassage correct. Cette alternative de soufflage vertical avec les aérothermes est cependant très intéressante dans certains cas de figure (très grande hauteur, de l'ordre de huit mètres par exemple) et rarement possible avec d'autres appareils du marché, du moins en spécifiques gaz.
L'économie prévue pour le chauffage de ce vaste local sera de l'ordre de 40%, estime Jacky SELLIER. Pour les huit aérothermes de ce grand local, trois aérothermes dans deux ateliers voisins et le réseau gaz (300 mbars détendu à 27 mbars sur chaque appareil), la facture d'ensemble s'est élevée à 50 152 Euros H.T. (329 000 F H.T.). Au réglage final près, le temps d'installation a été strictement identique à celui d'aérothermes classique. Jacky SELLIER insiste sur le vaste choix de solutions de chauffage à la disposition de l'installateur. Malgré cette vaste panoplie, il est rare que plus de deux solutions correspondent idéalement à un chantier après une analyse fine de tous les paramètres intervenant dans ce choix. Généralement, il ne reste qu'une solution optimale et une seule technologie à appliquer. Il ne faut donc pas se tromper dans cette appréciation des besoins. Et conclure : "s'il existait une technologie universelle, toutes les autres auraient purement et simplement disparu ! Notre métier est de trouver la solution la mieux appropriée pour régler chaque problème, au cas par cas".

Détail d'une ventouse à tubes concentriques en traversée de mur avec un angle de 45°. 
L'air comburant prélevé à l'extérieur et le rejet des produits de combustion, également à l'extérieur, contribuent à préserver la qualité de l'air ambiant. La sécurité est parfaitement assurée par ce dispositif étanche, sans flamme directe dans la local.