Génie climatique et énergies renouvelables
LES PRINCIPES DE LA CLIM

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POUTRE FROIDE

  

Ils en existent deux grandes familles :
  • les poutres « convectives » ou statiques sans amenée mécanique d’air neuf ;
  • les poutres « inductives » ou dynamiques avec amenée mécanique d’air neuf.

 

 
 
Poutre froide (document Farex) 
 
Un système de chauffage tel que le Plafond Rayonnant Modulaire est nécessaire, car ces poutres ne sont, généralement, que des émetteurs de rafraîchissement. Toutefois, certaines poutres peuvent être, également, raccordées à un système de chauffage à eau chaude alimenté par une pompe à chaleur réversible.

Le domaine d’application le plus courant est :
  • les immeubles de bureaux haut de gamme ;
  • les salles de réunions ;
  • les locaux spécifiques tels que les espaces d’exposition.
Cependant, il faut que les apports de chaleur à combattre soient relativement limités (70 W/m²), car la puissance d’émission frigorifique de ces poutres est limitée.

  Poutres convectives

Les poutres convectives sont réalisées en tôle d’acier peinte. Elles sont équipées d’une batterie de refroidissement composée de tubes en cuivre et d’ailettes en aluminium serties. La sous face est démontable et un dispositif permet la fixation à la structure du bâtiment.Ces appareils ont, généralement, pour dimensions :

  • longueur : de 1 200 mm à 3 900 mm par pas de 300 mm ;
  • largeur : de 200 mm à 600 mm ;
  • hauteur : de 200 mm à 300 mm ;
  • puissance froid : environ 150 W/m de poutre (en fonction de la température de l’eau alimentant la batterie).

La batterie est alimentée en eau froide à une température comprise entre 15°C et 17°C pour éviter la condensation. La différence de température de l’eau entre l’entrée et la sortie est comprise entre 3°C et 5°C. L’air chaud situé en partie haute du local atteint la batterie, se refroidit à son contact, puis est diffusé par les fentes longitudinales de l’appareil. Le fonctionnement est basé exclusivement sur le phénomène de la convection naturelle.

 

 

Schéma de principe d’une poutre froide convective

   Poutres inductives

Les poutres inductives sont réalisées en tôle d’acier peinte. Elles sont équipées : 
  • d’une batterie de refroidissement composée de tubes en cuivre et d’ailettes en aluminium serties ;
  • dans la partie centrale, d’un conduit d’air neuf comportant latéralement des buses de diffusion.
La sous face est démontable et un dispositif permet la fixation à la structure du bâtiment.
On distingue deux types de poutres inductives :
  • la poutre avec circulation de l’air dans le plénum du plafond suspendu ;
  • la poutre dont l’air est directement repris dans le local. 
Ces appareils ont, généralement, pour dimensions :
  • longueur : de 1 200 mm à 3 900 mm par pas de 300 mm ;
  • largeur : de 200 mm à 600 mm ;
  • hauteur : de 200 mm à 300 mm ;
  • puissance froid :environ 300 W/m de poutre, non compris la puissance apportée par l’air primaire (en fonction de la température de l’eau alimentant la batterie).
La batterie est alimentée en eau froide à une température variant de 15°C à 17°C pour éviter la condensation. La différence de température de l’eau entre l’entrée et la sortie est comprise entre 3°C et 6°C. L’air neuf est diffusé par des buses à une température comprise entre de 17°C et 20°C et créé un effet d’induction. Le débit d’air traversant la batterie étant plus important, la puissance de refroidissement est sensiblement supérieure à celle de la poutre convective.

 

 

 

 

Schéma de principe d’une poutre froide inductive avec reprise d’air directement dans le local
 

 Régulation locale

Chaque local est équipé d’un thermostat à 2 contacts avec une plage neutre préréglée agissant sur :

  • l’alimentation en eau rafraîchie de la batterie avec le contact « haut » ;
  • l’émetteur de chauffage avec le contact « bas ».

Ces thermostats sont généralement raccordées à un système de gestion.

Gestion
 
Le système de gestion doit assurer, au minimum :
  • la programmation en fonction des périodes d’occupation et d’inoccupation ;
  • la régulation en fonction de la température extérieure.

Le dimensionnement et les caractéristiques des poutres froides sont déterminés à partir des apports de chaleur internes et externes du local.
 
D’une façon générale, les poutres statiques ne permettent pas d’assurer un rafraîchissement suffisant. Seules les poutres inductives sont aptes à assurer le confort d’été dans les locaux « standards » sachant qu’elles ne peuvent pas combattre de très fort apports de chaleur.

L’implantation des poutres dans chaque local doit tenir compte :
  • des caractéristiques du plafond suspendu et de son calepinage ;
  • de la position des luminaires ;
  • des éventuelles zones d’occupation afin de permettre une bonne diffusion de l’air ;
  • des éventuels émetteurs de chauffage au plafond (en particulier, le Plafond Rayonnant Modulaire).

 

 

 

Exemple de plan de principe d’implantation des matériels situés dans le plafond suspendu

Les poutres froides doivent être raccordées à :
  • un système de ventilation double flux rafraîchi avec de l’air déshumidifié ;
  • un système de production d’eau rafraîchie (attention, pas d’eau glacée pour éviter tout risque de condensation sur les poutres).

L'entretien du système de rafraîchissement par des poutres froides est très limité. Il consiste, généralement, en une intervention annuelle en contrôlant :
  • qu’aucun obstacle ne gène la diffusion de l’air ;
  • la bonne fixation des poutres ;
  • le système de régulation.

En complément, il faut prévoir, tous les 3 ans environ, le démontage de la grille de diffusion et le passage de l’aspirateur pour nettoyer les batteries de refroidissement.

 Vus par l’usager

Les avantages vus par l’usager sont :

  • le rafraîchissement des locaux sans désagrément lié à des mouvements d’air froid ;
  • la filtration et le traitement de l’air neuf pour les poutres inductives ;
  • un fonctionnement silencieux ;
  • la suppression quasi totale de la stratification de l'air ;
  • le maintien des conditions d’hygiène par un renouvellement d’air adapté ;
  • la possibilité de réglage de la température en été comme en hiver ;
  • l’esthétique des équipements.

 Vus par le gestionnaire

Les avantages vus par le gestionnaire sont :

  • le faible entretien ;
  • la prise en compte des apports de chaleur dans chaque local ;
  • la simplicité de régulation, de programmation et de gestion ;
  • l’indépendance des systèmes de chauffage et de rafraîchissement.

 Vus par l’investisseur

Les avantages vus par l’investisseur sont :

  • la possibilité de construire un bâtiment dans des zones où l’environnement est bruyant ou pollué ;
  • l'intégration et l’esthétique du matériel dans les locaux ;
  • la surface au sol totalement disponible.

 Ventilation

Pour les poutres inductives, le système de ventilation associé ne peut être qu’un système de type double flux rafraîchi avec de l’air déshumidifié.

 Chauffage

Tous les systèmes de chauffage électrique direct sont associables aux poutres froides, en particulier, le Plafond Rayonnant Modulaire.

 Dispositions constructives

  • Les poutres froides s’intègrent-elles bien dans les plafonds suspendus ?

Oui, il faut cependant prévoir une coordination très sérieuse entre les différents intervenants pour que le calepinage permette de réaliser une image harmonieuse du plafond suspendu en intégrant les poutres froides, les grilles de reprise d’air, les luminaires ainsi que le chauffage électrique comme le Plafond Rayonnant Modulaire. Les poutres froides sont esthétiques et discrètes dans leur partie visible. Elles ne sont pas plus difficiles à mettre en œuvre que des grilles linéaires de soufflage, par exemple. Il faut néanmoins prévoir, entre le plafond suspendu et la dalle, une hauteur comprise entre 300 mm et 400 mm suivant le modèle retenu.

 Système de climatisation

  • Y-a-t-il des risques de condensation avec ces appareils ?

Non, car les batteries sont alimentées non pas en eau glacée mais en eau refroidie à une température comprise entre 15°C et 18°C. De plus, l’air insufflé est déshumidifié.

  • Quel type de poutre froide faut-il, de préférence, installer ?

Il vaut mieux installer des poutres froides inductives, car les poutres froides convectives n’ont généralement pas une puissance suffisante de froid.

  • La déshumidification est-elle obligatoire ?

Oui. En été l’air neuf dont le débit est supérieur au débit d’air hygiénique pour répondre aux critères de fonctionnement des poutres froides, est refroidi et déshumidifié avec de l’eau glacée. La déshumidification est effectuée par le refroidissement de l’air jusqu’à environ 11°C, puis l’air est réchauffé à environ 16°C par la chaleur produite par le condenseur du groupe frigorifique.

 Système de gestion

  • Le système de gestion est-il nécessaire ?

Oui, afin de piloter tous les équipements thermiques liés, en particulier, le chauffage électrique direct et la ventilation.

  • Le système de gestion peut-il être jumelé avec d’autres fonctions (contrôle d’accès, alarmes techniques, etc.) ?

Oui, seul le système d’alarme incendie ne peut être incorporé au système de gestion.