Plafonds Hybrides

Plafonds Hybrides
Une solution modulaire à haute performance thermique
www.karosystemes.com
AVANT PROPOS
Nous avons développé un système hybride combinant un plafond
rayonnant sous forme d’îlot rayonnant acoustique et le stockage de
l’énergie dans la dalle. (TABS Thermally Activated Building Systems).
L’inertie thermique est une condition nécessaire au confort, notamment
en été, mais ce n’est pas une condition suffisante. Elle doit en effet
impérativement être associée, en été, à des moyens efficaces de
refroidissement des structures permettant de maintenir l’équilibre
énergétique (éliminer toute la chaleur emmagasinée la journée) qui
assurera la stabilité des températures d’un jour à l’autre et à des îlots
actifs permettant optimiser le confort dans les périodes les plus chaudes
de l’année.
KaRosystemes
la climatisation douce
Plafonds Métalliques KaRo
Sommaire
Avant propos 3
Objectif : des bâtiments ecoperformants 4
L’innovation .Une solution a large rayonnement
4
Confort d’été, confort d’hiver .
5
Rafraîchir sans climatisation 5
Le plafond rayonnant
hybride 8
Notions de thermique 9
Le plafond rayonnant 11
Le plafond rayonnant KaRo systèmes 12
Plafond en Îlot MI 14
Régulation 16
Des performances multiples 19
Performances en phase conception 19
Performances en phase chantier 21
Performance thermique22
Performances de chauffage & refroidissement
24
Performances en phase de réaménagement
29
Performances en phase de déconstruction 29
Performances en phase d’exploitation
30
Comparatif coût33
Service et assistance31
Le meilleur indice de depense
d’energie avec Karo hybride :
32
OBJECTIF : DES BÂTIMENTS ECOPERFORMANTS
Dans les bâtiments à inertie thermique
contrôlée, les charges de la pièce sont
captées dans un premier temps par la dalle
de béton qui emmagasine les apports diurnes.
Les îlots rayonnants viennent en complément
dès que le point de consigne supérieur
est atteint. Les apports sont alors évacués
directement par les activations de ces îlots
chauffants rafraîchissants. Le reste de ces
charges parvient dans le plénum du plafond
et elles continuent à s’accumuler dans la dalle
de béton.
UNE SOLUTION A LARGE RAYONNEMENT
Solution adaptée à tous les types de bâtiments
performants,neufs ou en rénovation,
conformes aux référentiels des Bâtiments
BBC Bâtiments Basse Consommation), et
notamment aux :
•
•
•
•
•
4 |
Bureaux
Hôpitaux, EHPAD
Hôtels
Groupes scolaires
Bâtiments publics
KaRo
Plafonds Métalliques KaRo
CONFORT D’ÉTÉ, CONFORT D’HIVER
Les bâtiments modernes se doivent d’assurer
un confort important, tant en été qu’en hiver,
tout en respectant des contraintes d’efficacité
énergétique. Ces critères sont pris en compte
dans la Réglementation Thermique RT 2012
des bâtiments basse consommation.
Le confort d’hiver est le plus simple à obtenir.
L’efficacité énergétique du bâtiment est alors
essentiellement conditionnée par la qualité de
son isolation. Il est en effet facile de chauffer,
le principal problème étant d’éviter les pertes
de chaleur vers l’extérieur.
Le confort d’été est beaucoup plus critique
à atteindre. Il est plus difficile de « créer du
froid». Les systèmes de climatisation ont souvent un rendement assez faible et sont fortement consommateurs d’énergie.
Dans ce contexte, les systèmes de plafonds
froids sont de plus en plus souvent préconisés. Ils ont l’avantage de ne nécessiter qu’une
eau modérément froide (15°C), ce qui permet
de les coupler facilement avec des productions d’eau froide très économes en énergie.
RAFRAÎCHIR SANS CLIMATISATION
La RT 2012 est très restrictive en ce qui
concerne l’utilisation des systèmes de climatisation à air conditionné.
En effet, ces systèmes ont un très mauvais
rendement énergétique (rapport entre l’énergie consommée et la puissance fournie). Par
exemple, pour une puissance de rafraîchissement de 50 W efficaces, on doit consommer
300 W. En conséquence, la consommation
d’énergie pour climatiser en été est supérieure à celle nécessaire pour le chauffage en
hiver ! De plus, ces installations présentent
d’autres inconvénients :
• Encombrement dans chaque pièce
• Inconfort liés aux courants d’air
• Difficultés de réglage : température
trop basse, occasionnant un choc
thermique et même des problèmes de
santé (maux de gorge, …)
• Bruit
• Risque sanitaire (apparition d’organismes pathogènes ou nécessité
d’utilisation de produits désinfectants
chlorés)
• Bilan carbone défavorable (fréquente
utilisation de gaz à effet de serre type
HFC)
• Nécessité d’entretien important (nettoyage et remplacement des filtres)
• Faible durabilité (10 ans, difficultés à
recycler matériels et gaz frigorigènes)
KaRo
| 5
Après la prédalle thermoactive permettant le
stockage d’énergie dans le béton, nous avons
développer un système hybride combinant un
plafond rayonnant sous forme d’îlot rayonnant
acoustique, le stockage de l’énergie dans la
dalle. (TABS Thermally Activated Building Systems).
L’inertie thermique est une condition nécessaire au confort, notamment en été, mais ce
n’est pas une condition suffisante. Elle doit en
effet impérativement être associée, en été, à
des moyens efficaces de refroidissement des
structures permettant de maintenir l’équilibre
énergétique (éliminer toute la chaleur emmagasinée la journée) qui assurera la stabilité
des températures d’un jour à l’autre et à des
îlots actifs permettant optimiser le confort
dans les périodes les plus chaudes de l’année.
Dans les bâtiments à inertie thermique contrôlée, les charges de la pièce sont captées dans
un premier temps par la dalle de béton qui
emmagasine les apports diurnes. Les îlots
rayonnants viennent en complément dès que
le point de consigne supérieur est atteins. Les
apports sont alors évacués directement par
les activations de ces îlots chauffants rafraîchissants. Le reste de ces charges parvient
dans le plénum du plafond et elles continuent
à s’accumuler dans la dalle de béton.
Fig 1 -La nuit en été
La ventilation nocturne est associée à une circulation d’eau dans les îlots hybrides. La face supérieure des îlots hybrides est équipée soit de nattes capillaires prise dans l’enduit plâtre soit de
serpentins cuivre KaRo parcouru par l’eau de réfrigération qui évacue la chaleur accumulée dans
le béton la journée précédente.
La dalle de béton est refroidie à la température optimale pour la journée suivante. L’avantage de
cette solution est que la dalle peut stocker le froid disponible pendant la nuit. Le refroidissement
diurne a lieu en deux étapes sans aucun mouvement d’air.
6 |
KaRo
Plafonds Métalliques KaRo
Fig 2 - Le matin en été
0.00h La dalle se charge pendant la nuit
12
9
3
6
8.00h La dalle est chargée. On coupe le circuit
12
9
3
6
12.00h La dalle se décharge progressivement
Système passif avec un déphasage qui permet de retarder les effets du rayonnement solaire et
des apports qui permet un amortissement et un décalage du pic de chaleur. La dalle absorbe
l’ensemble des apports matinaux, et elle maintient une température confortable dans le local
jusqu’en début d’après midi.
Fig 3 - Le soir en été
12
9
3
6
14.00h Un pic de chaleur se produit : on active l’ilot
12
9
3
6
19.00h On relance le cycle de chargement
12
9
3
6
En milieu de journée, la dalle s’est chargée thermiquement, elle a emmagasiné les apports, et elle
est à la température de consigne du local, il n’y a plus d’échanges. Le système d’îlot actif prend le
relaie de l’inertie en apportant l’énergie nécessaire au confort en période de canicule.
Cette solution passive et active est idéale pour les bâtiments HQE, car elle offre les meilleures
performances énergétiques, tous en privilégiant le confort thermique et acoustique.
KaRo
| 7
Le plafond rayonnant Hybride
UNE SOLUTION ADAPTÉE À LA CONCEPTION
BIOCLIMATIQUE
béton associé à la flexibilité d’un plafond
acoustique rayonnant.
Parce que les bâtiments, neufs ou en rénovation, doivent devenir la règle, il est impératif de
recourir à des solutions à la fois performantes
et compétitives.
L’usage des systèmes de climatisation traditionnelle était principalement dû à leur puissance, potentiellement supérieure à celle
des plafonds rayonnants et au faible coût de
l’énergie dans les années 80.
Solution reconnue depuis de nombreuses
années pour son efficacités énergétiques, le
plafond rayonnant est très développé dans les
pays d’Europe du Nord, précurseurs dans les
constructions à haute performance énergétique.
En effet, ce système, basé sur un phénomène
spontané, permet de procurer confort d’hiver
et confort d’été en s’affranchissant d’une climatisation fortement consommatrice d’énergie.
Les plafonds rayonnants hybrides ont un rendement nettement supérieur que les climatisations traditionnelles. Ils augmentent l’inertie
du bâtiment, décale et lisse les apports thermiques des locaux.
Ce sont de plus des systèmes réversibles,
fournissant à la fois rafraîchissements, chauffage stockage de l’énergie dans la dalle de
8 |
KaRo
Aujourd’hui, les nouvelles normes d’isolation thermique et les nouvelles techniques
constructives, faisant appel aux principes de
l’architecture bioclimatique avec le stockage
de l’énergie dans le béton lorsque l’énergie
est gratuite « free cooling ».
Ainsi la puissance nominale modérée des plafonds rayonnants hybrides est tout à fait suffisante pour garantir un rafraîchissement efficace et économique même en plein été, dans
toutes les régions françaises et a fortiori en
mode chauffage (moins critique que le mode
rafraîchissement).
La puissance d’un îlot rafraîchissant hybride
est donc aujourd’hui largement suffisante
pour assurer le rafraîchissements d’une pièce
convenablement isolée.
Plafonds Métalliques KaRo
Notions de thermique
RAYONNEMENT, CONVECTION, EFFUSIVITE.
Les échanges thermiques sont dus à une différence de température entre deux éléments.
Ils peuvent avoir lieu selon trois modes :
• Par rayonnement entre deux surfaces
en regard
Plafond chaud: émet plus qu’il
reçoit
• Par convection entre l’air et la surface
d’un corps (corps humain, paroi)
• Par conduction entre deux corps en
contact ou à l’intérieur d’un corps
Les échanges entre une personne et un local
chauffé/climatisé se font essentiellement par
convection et rayonnement. Les échanges
conductifs prédominent quant à eux dans le
stockage de l’énergie et la mise en température de la surface émettrice.
Plafond froid reçoit plus qu’il
émet
Convection:
La convection est l’échange d’énergie par
circulation d’air. Elle peut être naturelle (l’air
chaud monte, il y a donc une circulation d’air
spontanée entre une personne et un mur ou
un plafond froid) ou forcée (ventilation).
Les systèmes de climatisation traditionnels
se basent sur le transfert par convection,
d’où la sensation de courant d’air et une forte
consommation d’énergie. En effet, il faut d’une
part refroidir une masse d’air mais également
la mettre en circulation.
Rayonnement:
Tout corps émet un rayonnement, d’une puissance P=σεST4, où σ est une constante, S la
surface du corps, ε son émissivité (dépend
du matériau) et T sa température absolue (= T
en °C + 273.15). Tout corps absorbe également
les rayonnements émis autour de lui, de telle
sorte que deux corps à température différente
échangent de l’énergie, du corps chaud vers
le corps froid.
Cet échange est spontané, et ne nécessite
aucun support : le rayonnement peut se transmettre dans le vide, c’est d’ailleurs ainsi que
nous vient la chaleur du soleil.
Dans le cas d’un plafond rayonnant, l’échange
se fait directement entre le plafond et les occupants. Il n’y a donc pas lieu de refroidir l’air
ni de le mettre en circulation, ce qui représente une forte économie d’énergie.
L’effusivité thermique
Caractérise la rapidité avec laquelle la température superficielle d’un matériau s’élève. Plus
elle est grande et plus le matériau absorbe
rapidement les apports de chaleur (internes
ou solaires) sans que la température du local
s’élève notablement.
Dans un climat tempéré à froid, les revêtements à effusivité faible sont plus appréciés
(bois par exemple).
C’est l’inverse dans un climat chaud, où les
revêtements à effusivité forte sont préférés
(grès, faïence, béton).
L’inertie thermique
est la capacité d’un matériau à stocker l’énergie, traduite par sa capacité thermique. Plus
l’inertie est élevée et plus le matériau restitue des quantités importantes de chaleur (ou
de fraîcheur), en décalage par rapport aux
variations thermiques extérieures (le matériau
mettant plus de temps à s’échauffer ou à se
refroidir).
En général, plus un matériau est lourd et plus
il a d’inertie.
KaRo
| 9
L’inertie thermique est utilisée en construction
pour atténuer les variations de température
extérieure, et permet de limiter un refroidissement ou une surchauffe trop importante
à l’intérieur. Elle n’est toutefois pas toujours
adaptée aux locaux occupés et chauffés de
manière intermittente.
puissance), de la convection naturelle, et de la
convection liée au système de renouvellement
d’air et de l’inertie du bâtiment.
DIFFUSION DU RAYONNEMENT, HAUTEUR
DE PLAFOND :
Pour bien utiliser l’inertie d’un bâtiment, il faut
considérer la vitesse de réponse des matériaux pour transmettre une variation de température, traduite par la diffusivité thermique.
Le rayonnement s’effectue dans toutes les
directions et est réfléchi ou absorbé par les
parois mais pas par l’air. Ainsi dans une pièce
avec une hauteur de plafond importante, la
sensation de chauffage ou de rafraîchissement est identique à celle perçue dans une
pièce de 2.50 m de haut.
En effet, l’inertie permet de tempérer les
amplitudes journalières de températures intérieures face aux variations de températures
extérieures, ce qui est générateur de confort
et d’économie pour les locaux chauffés en
permanence.
De la même manière, le confort est similaire en
position debout ou assise. Dans le cas d’une
pièce à haut plafond, seules les déperditions
liées aux parois plus hautes (murs et fenêtres)
augmentent, ce qui nécessite une puissance
légèrement supérieure (quelques %).
La diffusivité thermique :
Convection + rayonnement, diffusivité, effusivité+ Inertie :
Concrètement, les cinque phénomènes se
conjuguent.
La performance totale d’une installation
résulte de l’addition du rayonnement du plafond diffusivité effusivité (environ 80% de la
10 |
KaRo
Cette augmentation est cependant bien plus
limitée que dans le cas d’une technique traditionnelle de soufflage, dont le volume d’air
à traiter est directement proportionnel à la
hauteur.
Plafond ou plancher ?
Les 2 systèmes présentent l’avantage
de disposer d’émetteurs intégrés.
Bien que le plancher chauffant soit tout
à fait performant en mode chaud, on lui
préférera le principe du plafond pour les
raisons suivantes :
• Le plafond rayonnant est plus performant
en mode froid (demande moins d’énergie
pour le même résultat). C’est en partie
dû aux mouvements d’air chaud ascendants (convection naturelle).
• Le plancher chauffant/rafraîchissant est
limité dans sa température puisqu’il est
en contact direct avec les occupants : en
été on doit avoir une température de surface T > 18°C (réglementation) ou plutôt
T > 20-21 °C (confort). En comparaison,
la surface d’un plafond peut facilement
descendre à 16°C, ce qui augmente
largement sa puissance. Le même raisonnement est aussi valable en mode
chauffage.
• Le plafond permet d’exploiter toute la
surface du plafond, au contraire d’un
plancher dont les meubles réduisent la
surface efficace.
Plafonds Métalliques KaRo
Le plafond rayonnant
PLAFOND CHAUD / PLAFOND FROID
Principe de fonctionnement en hiver
Circulation d’eau
chaude
Perts de chaleur
vers l’exterieur
Principe de fonctionnement en été
Circulation d’eau
froide
Gain de chaleur
depuis l’exterieur
KaRo
| 11
Le plafond rayonnant KaRosystemes
L’EXPERTISE DE KaRo
STOCKAGE DE L’ENERGIE :
La société KaRo Solar, qui compte parmi les
leaders en France du système de plafond rayonnant, membre actif de Promodul, a développé à
partir d’une technologie franco-allemande une
gamme de systèmes très aboutie. Son action
au long cours contribue au développement en
France du concept de « Climatisation Douce ».
Les éléments de construction thermoactifs
(TABS) sont des éléments de béton plafonds
dans lesquels des tubes pour le chauffage ou
le refroidissement sont placés à même le béton. On met ainsi à profit pour le conditionnement des locaux la grande masse disponible
pour le stockage de la chaleur et la grande
surface pour le transfert de celle-ci, que présentent les dalles de béton.
Cette société dispose d’une solide expertise
dans le plafond rayonnant, reposant sur une
expérience de plusieurs décennies dans le secteur des plafonds chauffants-rafraîchissants. Les
systèmes de plafonds rayonnants KaRo sont déjà
en place dans plus de 500 immeubles.
L’équipe de KaRo, composée d’ingénieurs spécialisés en génie climatique, est capable de
préconiser la solution adaptée aux différentes
configurations de projets : types de bâtiments,
performances requises, sources d’énergies, systèmes constructifs, etc.
PRINCIPE : LA CIRCULATION D’EAU
Les plafonds KaRo contiennent des tubes
dans lesquels on fait circuler de l’eau chaude
ou froide.
L’eau irrigue le bâtiment avec des températures comprises entre 15°C et 35°C et c’est
ainsi que les plafonds sont activés. L’énergie
est ensuite transmise instantanément à la
pièce par rayonnement.
Le débit d’eau (chaude ou froide) est défini de
façon à garantir le maintien d’une température d’eau constante (+/- 2 °C) en tout point
du circuit.
La régulation est contrôlée par des thermostats Tauka spécialement adaptés aux plafonds
KaRo.
Elle peut aussi être reliée à une GTC (Gestion
Technique Centralisée du Bâtiment).
12 |
KaRo
La nuit, les îlots hybrides, pourvus sur leurs
faces supérieures de nattes capillaires ou de
serpentins cuivre KaRo , sont parcourus par
l’eau de réfrigération et évacuent la chaleur
accumulée dans le béton la journée précédente et refroidissent la dalle de béton à la
température optimale pour la journée suivante.
Le stockage d’une énergie gratuite dans la
dalle, est facile grâce à un échange entre un
aérorefroidisseur et l’échangeur supérieur du
plafond hybride. La nuit l’aérorefroidisseur
permet d’obtenir facilement une température
d’eau inférieure à 15°C.
Dans la journée le béton est un échangeur
thermique qui absorbe les apports thermiques
du local. En fin de journée l’îlot rayonnant absorbe les apports trop importants non absorbés par la dalle.
ABSORPTION ACOUSTIQUE DES ÎLOTS:
La grande surface d’absorption acoustique et
la disposition horizontale des îlots garantie un
temps de réverbération approprié et un confort
acoustique optimum dans les bureaux. L’îlot
thermique associe le confort thermique et le
confort acoustique.
Plafond Hybride avec bac à double activation
4
1
3
2
1 Circuit de charge de la dalle
2 Circuit d’activation de l’ilot
4 Dalle Béton
3 Plafond Métallique (Ilot)
Plafond Hybride avec natte capillaire
4
1
3
2
1 Circuit de charge de la dalle
(Natte capilaire)
2 Circuit d’activation de l’ilot
3 Plafond Métallique (Ilot)
4
Dalle Béton
Plafond Hybride avec prédalle thermoactive
4
1
3
2
1 Circuit de charge de la dalle
2 Circuit d’activation de l’ilot
3 Plafond Métallique (Ilot)
4 Dalle Béton
Plafonds Métalliques KaRo
Structure béton
Murs en béton
(isolés par l’extérieur)
Plafond hybride KaRo
Système Ventilo-convecteur
Bâtiment à faible inertie avec une climatisation traditionnelle ventilo-convecteur
: le pic des apports correspond au pic de
consommation.
Local avec
inertie controlée
Plancher
Murs légers
(isolés par l’intérieur)
Local avec
peu d’inertie
Le stockage d’une énergie gratuite « free cooling » la nuit une température de l’eau à 18°C est
facilement obtenue par un aéro-refroidisseur et l’énergie est stockée dans le béton. Dans la journée le béton est un échangeur thermique qui absorbe les apports thermiques du local. En fin de
journée l’ilot rayonnant absorbe les apports trop importants non absorbés par la dalle.
W/m2
Ventilo-convecteur
W/m2
195
La demande d’énergie suit le rayonnement traversant le vitrage. Le pic de
consommation électrique est 5,8 fois
supérieur à un immeuble TABS.
195
100
Apports Instantanés
Plus la masse thermique accessible est
importante, plus le maximum des apports solaires sera faible et plus retardé
par rapport au flux instantané traversant
le vitrage.
Chaleur emmagazinée
50
Charge réelle retardé
Le pic des apports est lissé par l’inertie de la dalle béton qui a été « chargée » en froid pendant la
nuit. Le pic de consommation est différé et réduit des deux tiers.
KaRo
| 13
Plafond en Îlot MI
Ossature et finition
Traitement acoustique
Ces plafonds sont des îlots qui se suspendent
directement à sous-face de la dalle par des
tiges filetées à une ossature intermédiaire
masquée.
la correction acoustique ajoutée au bac peut
être :
• un voile acoustique
• un voile acoustique et un matelas en
laine minérale
Domaine d’utilisation
Ce type de plafond est utilisé pour des tout type
de zones où le besoin esthétique est d’avoir des
modules de plafonds séparés de la sous-face.
Géométrie et aspect
Les îlots ou modules sont disponibles dans
tout un éventail de profils courbes, plats ou
obliques ou sur mesure pour s’adapter aux
exigences du projet. Il peut également être
conçu pour porter les équipements mécaniques et électriques habituels tels que les
câblages ou les dispositifs de détection et de
lutte contre l’incendie.
Deux échangeurs thermiques, l’un est dans l’îlot
métallique et acoustique, et il correspond au
chauffage et rafraîchissement diurnes. L’autre
échangeur est soit fixé contre la dalle (échangeur
aluminium et cuivre), soit intégré dans un enduit
plâtre( natte KaRo).
Pour la finition courbe, le système d’activation
est imposé en natte.
1
3
4
2
1) Tige filetée
2) Barre porteuse
3) Panneau acoustique
4) Ouverture pour luminaire
Dessins en coupe
Style plat
Style courbe
1
2
3
4
Style sur mesure
14 |
KaRo
Plafonds Métalliques KaRo
KaRo
| 15
Régulation
Schéma d’une station hydraulique distribution deux tubes « change over » avec une distribution pieuvre, et une régulation diurne pour les îlots, et nocturne pour les échangeurs thermiques de la dalle.
4
2
7
9
1
Schéma d’une station hydraulique distribution trois tubes avec une distribution pieuvre, une température d’eau froide
de retour égale à la température de retour de l’eau chaude. Il y a une régulation trois tubes diurne pour les îlots, et une
régulation nocturne qui charge la dalle soit en chaud soit en froid suivant les saisons.
4
5
6
3
2
7
8
9
1
Schéma d’une station hydraulique distribution quatre tubes, avec une distribution pieuvre, et une régulation diurne pour
les îlots, et une régulation nocturne qui charge la dalle soit en chaud soit en froid suivant les saisons.
4
4
5
6
2
1
1
16 |
KaRo
7
3
8
9
Plafonds Métalliques KaRo
Circuit Hydraulique
La meilleure alimentation du plafond est
celle qui va de la façade vers l’intérieur du
local. Pour un meilleur équilibrage il est
recommandé de raccorder le même nombre
d’îlots par zone de rafraîchissement.
Dans le cas contraire, il faut prévoir des
vannes d’équilibrage approprié. Pour avoir
une meilleure efficacité dans l’échange thermique, il est nécessaire d’avoir un flux turbulent et donc un débit minimum de 70L/h
pour un tube de 12 mm.
Régulation
Les vannes de régulation ajustent le débit
d’eau de la zone active en fonction des besoins en énergie.
Suivant le besoin, la régulation peut être faite
par trame ou par zone. La régulation par
trame est plus modulable qu’une régulation
par zone en cas de changement de cloisonnement.
Exemple d’une station 3 tubes
Les vannes de charge des dalles sont ouvertes la
nuit « free cooling ». L’énergie froide ou chaude
est chargée la nuit.
Les vannes des îlots sont ouvertes ou fermées
dans la journée, suivant le point de consigne des
thermostats.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Pompe
échangeur froid
échangeur chaud
vanne d’arrêt
vanne de régulation froid
vanne de régulation chaud
raccordement eau chaude
Raccordement eau chaude (primaire)
Emetteur (plafond KaRo)
Exemple d’une station 2 tubes
KaRo
| 17
Flexibles de raccordement
Les installations requièrent deux types de
flexibles : des flexibles symétriques pour des
connexions interbacs, et des flexibles de raccordement au réseau.
Pour les plafonds en cuivre, les raccords pour les
bacs sont des femelles de 12 mm de diamètre
et le raccord au réseau est habituellement du
femelle 15/21.
Pour les plafonds en nattes, les raccords pour les
bacs sont des males de 10 mm de diamètre et le
raccord au réseau est habituellement du femelle
15/21.
Cette solution est recommandée pour 95% des
flexibles de raccordement : elle est sûre, économique et correspond à une utilisation normale
d’un plafond modulaire.
Perte de Charge d’un circuit
1. Cas des plafonds Cuivre
La perte de charge d’un bac correspond à la
perte de charge d’un rail multiplié par le nombre
de rails du bac. Elle est fonction du débit d’eau et
de la longueur du rail.
Le diagramme ci-contre visualise la perte de
charge d’un rail.
Pour déterminer la perte de charge de la totalité
du circuit, la valeur déterminée sur le diagramme
doit être multipliée par le nombre de rails par
bac, et par le nombre de bacs en série augmenté
de la perte de charge des flexibles et des vannes.
Le débit minimum dans le tube de 12mm doit
être de 70L/h.
2. Cas des plafonds à nattes
La perte de charge est proportionnelle au nombre
de panneaux en série.
Elle peut se lire sur le diagramme pour des panneaux de 60 x 60 cm.
Modularité
Les bureaux et les locaux commerciaux font
souvent l’objet de réaménagements intérieurs.
En cas de déplacement des cloisons, les plafonds climatiques doivent pouvoir s’adapter
au nouvel agencement sans frais supplémentaires.
200
180
160
80
140
70
130
120
60
110
50
100
90
40
70
60
20
50
40
10
0
30
1
2
3
Nombre de bacs 60x60
18 |
KaRo
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Débit d'eau l/m²
Perte de chaarge kPa
80
30
Plafonds Métalliques KaRo
Des performances multiples
Choisir la solution Îlots hybride KaRo, c’est bénéficier d’un très grand nombre d’atouts.
Issue d’une réflexion approfondie sur les fonctionnalités attendues d’un plafond actif, la solution
KaRo satisfait pleinement un ensemble très complet de besoins rencontrés à toutes les étapes du
cycle de vie du bâtiment.
• Phase conception
• Phase chantier
• Phase exploitation
• Phase réaménagement
• Phase déconstruction
Performances en phase conception
Préserver la liberté de conception
Le choix du plafond rayonnant en lieu et place des radiateurs et ventilo-convecteurs habituels
procure un gain de place et offre aux concepteurs une extrême latitude dans leurs choix d’aménagements.
Disposant d’une grande surface libre d’ameublement et de circulation, la liberté est totale pour la
distribution des espaces, l’implantation des zones meublées, le choix des revêtements de sol…
Le système est modulaire. Il permet un libre choix des zones à équiper et offre ainsi des pièces
pouvant être régulées indépendamment
Les bacs de plafond métalliques sont tous indépendants et de taille réduite. Ce système permet
donc le maximum de modularité.
2
3
4
5
6
7
8
9
Largeur piéce
= 3 îlots
La vanne 1/4 de tour est
fermée pour séparer la piece
= Go
= Stop Exemple d’un bureau à trois trames
KaRo
| 19
Choisir librement le type de chauffage
Compatible avec presque tous les moyen de
production de froid/chaud, les îlots hybrides
sont un moyen de choisir ainsi librement
entre une solution pompe à chaleur, chaudière, utilisation d’énergie renouvelable...
Circulateur d’eau
Pompe à chaleur
Panneau Solaire
Energie eléctrique
Gaz
Géothermie
20 |
KaRo
Poêle bois
Puits Canadien
Plafonds Métalliques KaRo
Performances en phase chantier
Outre la possibilité de choisir le système production de chaleur, le plafond rayonnant réversible a deux avantages majeurs : sa modularité et son regroupement de techniques.
En effet, basé sur des faux plafonds traditionnels, le système en garde les avantages,
notamment sa fabrication sur mesure.
Ainsi, il permet d’avoir une surface équipée
répondant aux requêtes de chacun :
• Perforation et couleur
• Contraintes acoustique
• Cloisons amovibles
• Type d’ossature
En modulant le plafond, les tailles des zones
à équiper ne sont pas figées. Suivant l’installation, l’utilisateur final peut choisir déplacer
une cloison tout en gardant une régulation
optimale.
En mêlant plusieurs techniques, le système
regroupe plusieurs discipline et corps d’état :
les lots chauffage/ventilation et faux-plafond/
cloison ont une possibilité de n’en faire qu’un,
facilitant ainsi l’entreprise générale, et limitant
le nombre total de lots et simplifiant le pilotage.
En terme d’entretien et de mise en oeuvre,
le système reste quasiment équivalent au
faux plafond inactif du fait du raccordement
hydraulique.
• Module de fenêtre…
A cela, s’ajoute la possibilité d’intégrer des
modules de ventilation traditionnels (grilles de
soufflage/reprise), luminaires, détecteurs. Suivant leur taille, cela limitera ou non l’activation
la plaque.
KaRo
| 21
Performance thermique
Performance de chauffage (mode hiver)
Activation Cuivre, pas de 20 cm entre les tubes
Température ambiante
Dans un immeuble de bureaux, les besoins
en puissance de chauffage ou de rafraichissement sont habituellement de l’ordre de 70
à 100 W/m2.
Cette puissance est aisément atteinte avec
des températures d’eau modérées (15-18 °C
en été, 30-35°C en hiver).
Ces puissances sont données pour des conditions usuelles (hauteur de pièce, type de ventilation, symétrie des apports, etc.).
Température de l’eau
1. Puissance d’Emission
La puissance des plafonds est indiquée par les
graphiques et courbes suivants, en fonction de
la température de l’eau et de celle de la pièce.
Ventilation par déplacement
En ventilation par déplacement, l’air froid est
«versé» avec un ΔT de 16°C dans le local. Il
forme en partie basse un lac d’air frais qui
s’épanche vers le haut, et ce exclusivement
par réchauffement au contact des sources de
chaleur du local. Le plafond rafraîchissant est
tout spécialement adapté à la ventilation par
déplacement et à son confort lié à l’absence
de courants d’air.
22 |
KaRo
20
21
22
23
24
74.3
67.4
60.6
53.7
46.9
40.1
32
95.1
88.1
81.2
74.3
67.4
60.6
53.7
34
108.9
102.0
95.1
88.1
81.2
74.3
67.4
36
128.8
115.9
108.9
102.0
95.1
88.1
81.2
38
136.8
129.8
122.8
115.9
108.9
102.0
95.1
40
150.7
143.7
136.8
129.8
122.8
115.9
108.9
42
164.7
157.7
150.7
143.7
136.8
129.8
122.8
Activation Cuivre, pas de 15 cm entre les tubes
Température ambiante
Température de l’eau
18
19
20
21
22
23
24
30
89.9
82.2
74.6
67.0
59.4
51.9
44.3
32
105.2
97.5
89.9
82.2
74.6
67.0
59.4
34
120.5
112.8
105.2
97.5
89.9
82.2
74.6
36
135.9
128.2
120.5
112.8
105.2
97.5
89.9
38
151.3
143.6
135.9
128.2
120.5
112.8
105.2
40
166.7
159.0
151.3
143.6
135.9
128.2
120.5
42
182.2
174.5
166.7
159.0
151.3
143.6
135.9
Conditions usuelles
Activation Nattes, modèle K.UM10
Température ambiante
Température de l’eau
Les grilles de ventilation doivent répondre
à des règles strictes d’implantation. Il faut
assurer une bonne diffusion pour éviter les
courants d’air et une forte convection pour
augmenter la puissance du plafond en soufflant à des températures bien inférieures aux
températures de surface de celui-ci.
19
81.2
Conditions usuelles
Nous disposons d’un progiciel permettant
d’affiner le calcul en fonction des données
particulières de chaque projet.
2. Ventilation
Ventilation par brassage d’air
Le débit d’air neuf est fonction des normes
d’hygiène en vigueur dans le code du travail
et le règlement sanitaire (Cahier du CSTB
N°2286).
18
30
18
19
20
21
22
23
24
30
84.9
77.2
69.6
62.0
54.5
47.2
39.9
32
100.4
92.6
84.9
77.2
69.6
62.0
54.5
34
116.1
108.2
100.4
92.6
84.9
77.2
69.6
36
132.0
124.1
116.1
118.2
100.4
92.6
84.9
38
148.1
140.0
132.0
124.1
116.1
108.2
100.4
40
164.3
156.2
148.1
140.0
132.0
124.1
116.1
42
180.7
172.5
164.3
156.2
148.1
140.0
132.0
Conditions usuelles
l’air soufflé de façon rasante suit le plafond et en
prends ainsi la température
l’air circule dans la pièce
et échange de la chaleur
Effet Coandä: l’air rasant a tendance à
suivre la surface
Plafonds Métalliques KaRo
3. Augmentation de la puissance par
convection
Activation Cuivre, pas de 20 cm entre les tubes
La puissance prend en compte le phénomène
de convection naturelle et forcée.
L’exploitation de ce phénomène permet
d’améliorer l’efficacité du plafond, et ainsi
d’atteindre la puissance souhaitée tout en
réduisant la dépense énergétique.
Température de l’eau
La convection forcée, liée au renouvellement
d’air, est plus efficace avec un diffuseur d’air
idéalement profilé. Cela permet de bénéficier
de l’effet Coand, un phénomène physique
que l’on peut décrire ainsi: un flux de fluide
(comme un souffle d’air) rasant une surface
a tendance à être attiré par cette surface et à
rester plaqué.
Température ambiante
24
25
26
27
28
29
30
14
79.5
88.1
96.8
105.5
114.3
123.2
132.1
15
70.9
79.5
88.1
96.8
105.5
114.3
123.2
16
62.5
70.9
88.1
82.5
96.8
105.5
114.3
17
54.1
62.5
70.9
79.5
88.1
96.8
105.5
18
45.8
54.1
62.5
70.9
79.5
88.1
96.8
19
37.6
45.8
54.1
62.5
70.9
79.5
88.1
20
29.5
37.6
45.8
54.1
62.5
70.9
79.5
Conditions usuelles
Activation Cuivre, pas de 15 cm entre les tubes
4. Régulation
Température ambiante
5. Autorégulation.
La réactivité naturelle du système est aussi un
gage de confort. En effet, le principe du plafond
froid permet de s’adapter instantanément aux
variations de chaleur générées dans la pièce.
En d’autres termes, si 10 personnes entrent dans
une pièce en même temps, l’absorption de chaleur par le Plafond réversible s’intensifiera d’ellemême, et diminuera à la sortie de ces personnes.
Inutile donc d’enclencher et d’éteindre la clim
quand vous changez de pièce : le plafond « sait »
que vous êtes là !
La réactivité des plafonds métalliques est sur ce
point un atout : la mise en température est effective en quelques minutes.
24
25
26
27
28
29
30
14
87.9
97.5
107.1
116.7
126.5
136.2
146.1
15
78.5
87.9
97.5
107.1
116.7
126.5
136.2
16
69.1
78.5
87.9
97.5
107.1
116.7
126.5
17
59.8
69.1
78.5
87.9
97.5
107.1
116.7
18
50.6
59.8
69.1
78.5
87.9
97.5
107.1
19
41.6
50.6
59.8
69.1
78.5
87.9
97.5
20
32.7
41.6
50.6
59.8
69.1
78.5
87.9
Conditions usuelles
Activation Nattes, modèle K.UM10
Température ambiante
Température de l’eau
Chaque zone est alors régulée indépendamment,
au moyen d’un thermostat. Celui-ci pilote la vanne
correspondant au circuit de la zone (position
ouvert ou fermé). L’ouverture et la fermeture
alternées de la vanne, conjuguées à l’inertie du
plafond, permettent d’obtenir une température
stable.
Température de l’eau
La température d’eau donne la puissance
maximale du système de chauffage/
rafraîchissement.
24
25
26
27
28
29
30
14
92.7
103.8
115.1
126.6
138.3
150.1
162.1
15
81.7
92.7
103.8
115.1
126.6
138.3
150.1
16
71.1
81.7
92.7
103.8
115.1
126.6
138.3
17
60.6
71.1
87.1
92.7
103.8
115.1
126.6
18
50.5
60.6
71.1
81.7
92.7
103.8
115.1
19
40.6
50.5
60.6
71.1
87.7
92.7
103.8
20
31.1
40.6
50.5
60.6
71.1
81.7
92.7
Conditions usuelles
KaRo
| 23
Performances de chauffage & refroidissement
Le graphique donne une indication de la puissance. Il faut noter que la puissance réelle dépend de la configuration de la pièce, des apports/déperditions de chaleur ainsi que du mode de renouvellement d’air.
KaRoSolar a développé un progiciel qui calcule la puissance des prédalles en fonction de ces paramètres et peut
ainsi dimensionner le système conformément aux besoins.
Puissance en Chauffage
500
151.29
450
143.58
135.88
Puissance d’emission W/m2
400
128.18
120.49
350
Nattes K.UM10
112.82
105.15
300
97.50
89.85
250
82.22
74.60
200
150 69.57
100
67.44
77.19
74.33
84.87
81.23
92.60
88.14
100.39
116.12
108.23
124.05
140.04
132.03
148.10
Cuivre pas de 15 cm
95.06
108.93
101.99
115.88
129.80
122.83
136.77
50
Cuivre pas de 20 cm
0
10
11
12
13
14
15
16
17
Puissance
en Rafraîchissement
Différence de Température
- ∆T= Tpièce-Teau
18
19
20
500
450
Activation Cuivre 20 cm
Activation Nattes K.U.10
Activation Cuivre 15 cm
150.13
Puissance d’emission W/m2
400
138.30
126.62
350
115.12
Nattes K.UM10
103.80
300
92.67
250
116.74
107.07
71.06
200
150
136.25
126.46
81.75
97.47
60.62
78.47
50.46
40.62
100 41.59
50 37.60
69.10
59.82
50.65
45.78
Cuivre pas de 15 cm
87.93
54.08
62.47
70.94
79.49
88.11
96.79
114.32
123.17
Cuivre pas de 20 cm
0
10
11
12
Activation Cuivre 20 cm
24 |
105.53
KaRo
13
14
15
16
17
Différence de Température - ∆T= Tpièce-Teau
Activation Nattes K.U.10
18
Activation Cuivre 15 cm
19
20
Plafonds Métalliques KaRo
Plafond Rayonnant hybride Karosystemes
KaRo
| 25
4. Autorégulation.
La réactivité naturelle du système est aussi un
gage de confort. En effet, le principe du plafond
froid permet de s’adapter instantanément aux
variations de chaleur générées dans la pièce.
En d’autres termes, si 10 personnes entrent
dans une pièce en même temps, l’absorption de
chaleur par le Plafond réversible s’intensifiera
d’elle-même, et diminuera à la sortie de ces
personnes.
Inutile donc d’enclencher et d’éteindre la clim
quand vous changez de pièce : le plafond sait
que vous êtes là !
La réactivité des plafonds métalliques est sur
ce point un atout : la mise en température est
effective en quelques minutes
26 |
KaRo
18 °C
25°C
25°C
18 °C
32°C
25°C
25°C
Plafonds Métalliques KaRo
Pas de condensation
Les risques de condensation en surface sont évités par l’emploi systématique d’une sonde de point rosée.
Cette sonde est reliée au thermostat
et à la régulation, de sorte que l’eau
entrant dans le circuit soit toujours au
moins 2°C au-dessus de la température du point de rosée.
Cette sécurité évite la condensation
tout en offrant une température de plafond suffisamment basse pour garantir
les performances. La déshumidification de l’air.
Fiabilité
Les systèmes KaRo sont présents
depuis des décennies dans des plafonds, souvent avec des tuyaux très
fins (nattes capillaires), et sans aucun
bouchage spontané des tuyaux.
La seule maintenance à considérer est
celle des éléments extérieurs permettant la circulation de l’eau (pompes,
vannes, etc.).
Disposer d’un grand confort
Le rafraîchissement par absorption n’implique pas de circulation d’air, autre que
le renouvellement hygiénique nécessaire.
Il n’y a donc aucune sensation de courant
d’air, d’où une plus grande sensation de
confort.
A la différence d’un système de climatisation classique, qui pour assurer sa mission,
envoie parfois de l’air très froid avec un
souffle important, provoquant ainsi inconfort voire maux de gorge, le système assure
une ambiance douce et sereine.
Les systèmes de plafonds rayonnants hybrides ont d’ailleurs connu leur essor dans
des bâtiments de prestige, pour lesquels le
confort était primordial. Aujourd’hui, ce système devient accessible à tous les projets.
Contribuer à améliorer la qualité de l’air
La circulation d’air rafraîchi est souvent une
source de problèmes sanitaires, liés à un air
humide (prolifération de bactéries, moisissures proches du climatiseur), à une eau
mal renouvelée (légionellose), ou simplement à un air trop froid et à une sensation
de courant d’air (mal de gorge, etc.)
Ces problèmes sont totalement évités
avec le plafond réversible. Le seul air
mis en circulation est celui nécessaire au
renouvellement hygiénique (que l’on climatise ou non).
Cette ventilation légère contribue à augmenter les performances du plafond
(convection) mais c’est un air sain et
agréable.
En 2009, deux mille cas de légionellose
ont été recensés en France, la plupart
ayant pour origine un mauvais fonctionnement du système de climatisation. Ce
risque est entièrement évité avec l’utilisation d’un îlot hybride
Garantir la performance acoustique
Les systèmes de plafonds rayonnants
sont silencieux par nature et octroient un
confort acoustique équivalent aux systèmes traditionnels.
Les faux-plafonds présentent également
l’avantage de fournir une isolation acoustique entre les étages.
KaRo
| 27
L’îlot a plusieurs fonctions :
Une fonction acoustique qui est parfaitement
adaptée à une solution hybride prédalle active,
ou à l’échangeur thermique de la dalle. L’îlot est
la solution acoustique des bureaux « open space
». Il permet de résoudre les problèmes acoustiques des très grands espaces.
Une fonction thermique d’économie d’énergie
avec une fonction stockage d’énergie dans la
dalle la nuit.
Une fonction éclairage diffusion de la lumière
et esthétique. L’éclairage peut facilement être
intégré dans une zone thermiquement neutre de
l’îlot.
Une couverture partielle du plafond a en effet les
mêmes propriétés acoustiques qu’une couverture totale, sans bloquer l’émission de chaleur.
28 |
KaRo
Plafonds Métalliques KaRo
ÉCONOMIE D’ÉNERGIE
35% SUR LA CONSOMMATION
Par rapport a une installation
de ventilo-convecteurs
Performances en phase de réaménagement
Un espace de bureaux est souvent amené à
être réaménagé. les îlots hybrides sont tout
à fait adaptés à ces changements
2
3
4
5
6
7
8
9
Largeur piéce
= 2 prédales
En effet, leur modularité permet de changer
la taille d’un local facilement en modifiant
le raccordement des circuits au niveau des
distributeurs.
La vanne 1/4 de tour est
fermée pour séparer la piece
100% Peak Power
Chiller 62.5%
= Go
37.5%
Fan & Motor
18.8%
Load from lights
9.3%
Air Transport load
7.5%
9.4%
1.9%
Other loads
34.4%
34.4%
CONVENTIONAL
HVAC SYSTEM
= Stop Exemple d’un bureau à deux trames
57.7%
2
Pumps 1.5%
3
4
5
6
7
8
9
Largeur piéce
= 3 îlots
La vanne 1/4 de tour est
fermée pour séparer la piece
RADIANT COOLING
HVAC SYSTEM
= Go
= Stop Exemple d’un bureau à trois trames
Performances en phase de déconstruction
Préserver l’environnement
Environnement et Santé
De par la simplicité de la conception du système de chauffage rafraîchissement, et du
peu de composants impliqués (de simples
tubes) non toxiques, la déconstruction est
rendue infiniment plus écologique que les
solutions traditionnelles de convecteurs,
radiateurs ou climatiseurs.
Basée sur la méthode de l’Analyse du Cycle
de Vie (ACV), la Fiche de Déclaration Environnementale et Sanitaire (FDES) des îlots
hybrides fournit aux maîtres d’ouvrage et
maîtres d’œuvre les informations utiles sur
les impacts environnementaux générés par
la fabrication, la mise en oeuvre, la vie en
oeuvre et la fin de vie des produits.
Un autre volet présente les qualités des
îlots hybrides vis-à-vis du confort et de la
santé des usagers du bâtiment. Leur bilan
carbone est de 20 kg de CO2 par m² de prédalle pour une durée de vie de 100 ans. En
comparaison, un kg de fluide frigorifique tel
que le CFC représente entre 1500 et 3000
kg de CO2.
KaRo
| 29
Performances en phase d’exploitation
Réduite les coûts de construction
Les systèmes d’îlot hybride sont habituellement plus chers à la construction que les climatiseurs et radiateurs traditionnels. C’est un investissement rentabilisé par les économies
d’exploitation, mais qui souvent freine les constructeurs.
Le système d’îlot hybride réversibles est évidemment plus coûteux que les systèmes traditionnels. Cependant, c’est un investissement à long terme, rentabilisé par les économies
d’exploitation.
Ces dernières sont faites sur la consommation énergétique amoindrie, et les coûts d’entretien
quasi inexistants: il n’y a pas d’entretien, mis à part éventuellement un entretien de propreté.
Le gain d’energie est lié à l’inertie du bâtiment, dépendant de la qualité de l’isolation et au
free cooling.
Hiver
30 |
KaRo
Eté
13,5
71
Exploitation
Maintenance
0.15
187
Plafond
187
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ventilo-convecteurs
318
248
Coute d’exploitation annuel (k€)
348
Plafond
700
600
500
400
300
200
100
0
Ventilo-convecteurs
Consommation Annuelle (MWH)
La performance est constante sans entretien ni vérification, Le système est en place pour la
durée de vie du bâtiment.
Plafonds Métalliques KaRo
Service et assistance
Conseils techniques
Mise en oeuvre
• Recherche de la meilleure solution adaptée aux contraintes du projet.
• Assistance technique durant toute la
durée de l’opération.
Études
• Établissement d’un plan de préconisation
de pose.
• Fourniture d’un plan de raccordement
hydraulique.
• Gestion informatisée du flux d’informations (plans au format .dwg, .dxf, …).
• Outils de simulations thermiques pour le
calcul de la puissance du plafond.
Planning
Choisir le système de Plafond hybride, c’est
savoir : Anticiper, Maîtriser, Assurer,
• anticiper par la préparation
• maîtriser la mise en oeuvre
• assurer les finitions
• Service logistique à l’écoute du chantier,
avec établissement d’un retroplanning
initial.
• Flexibilité de la production, permettant de
s’adapter aux aléas du chantier.
KaRo
| 31
LE MEILLEUR INDICE DE
DEPENSE D’ENERGIE AVEC
KaRo HYBRIDE :
L’indice de dépense d’énergie indique
l’énergie nette totale fournie au bâtiment
pendant une année, rapportée à la surface
de référence énergétique (MJ/m2). Dans le
cas le plus simple, cette énergie nette totale
est la somme des contributions des différents
agents énergétiques à l’énergie finale.
Cependant, en règle générale, on pondère
ces contributions avant de les ajouter, en
distinguant les énergies fossiles des énergies
renouvelables et de l’électricité. On parle
alors de l’indice pondéré de dépense
d’énergie.
Le plafond hybride KaRo utilise 100%
d’énergie renouvelable ou gratuite « Free
cooling » et stock l’énergie gratuite lorsque
elle est disponible la nuit pour la restituée
pendant les heures chaudes de la journée.
KaRo le moyen simple d’améliorer l’indice
énergétique du bâtiment.
32 |
KaRo
Plafonds Métalliques KaRo
KaRo
| 33