Centrale de traitement d’air : comment la faire fonctionner et comment l'optimiser ?
- il y a 5 jours
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La centrale de traitement d’air, affiliée à la ventilation, est un équipement important du système CVC “chauffage, ventilation et climatisation
” d’un bâtiment tertiaire.
Son premier rôle est de permettre le renouvellement de l’air intérieur vicié d’un bâtiment, généralement en injectant de l’air neuf depuis l’extérieur. La CTA contribue donc à la qualité de l’air intérieur, au contrôle de l’humidité et d’une certaine manière au réglage de la température intérieure.
La CTA est particulièrement importante dans les ERP (établissements recevant du public) comme les hôpitaux, les commerces ou les bureaux où la forte fréquentation dégrade rapidement la qualité de l’air si elle n’est pas régulièrement renouvelée.
Sommaire
Quels sont les composants d’une centrale de traitement d’air ?
Comment fonctionne une centrale de traitement d’air ?
Quelle est la consommation moyenne d’une CTA dans un bâtiment ?
Comment optimiser la consommation énergétique d'une centrale de traitement d'air ?
Comment la GTB permet-elle de garder le contrôle sur la CTA de votre bâtiment ?
Quels sont les composants d’une centrale de traitement d’air ?
Une CTA se construit dans un caisson isolé. Elle contient :
Le caisson de filtration qui retient les particules fines, poussières, pollen, etc.
Les ventilateurs qui mettent l’air en circulation, à l’extraction comme à l’injection d’air
Le moteur qui met en rotation les ventilateurs
L’échangeur thermique qui permet de récupérer les calories de l’air extrait pour le transférer à l’air injecté
Les batteries thermiques qui permettent d’ajuster la température de l’air injecté via une boucle d’eau chaude/froide
Les registres, qui sont des volets/clapets mobiles permettant d’adapter le flux d’air éjecté et injecté par la CTA.
Les capteurs (température, hygrométrie, pression) pour réguler au mieux la CTA via la GTB (gestion technique du bâtiment)
Comment fonctionne une centrale de traitement d’air ?
Différencions ici le fonctionnement de la CTA “simple flux” de la CTA “double flux”.
CTA simple flux :
Le principe : La centrale ne gère qu'un seul trajet d'air, le plus souvent le soufflage d'air neuf (ou plus rarement la seule extraction d'air vicié).
Le fonctionnement : Elle aspire l'air extérieur, le filtre (poussières, pollens, particules fines), le conditionne en température (chauffage ou refroidissement via des batteries thermiques), puis l'injecte dans le bâtiment. L'air vicié est ensuite chassé vers l'extérieur soit naturellement par surpression, soit par des ventilateurs d'extraction séparés.
CTA double flux :
Le principe : La centrale gère deux flux d'air indépendants et simultanés au sein d’un même caisson : l'introduction d'air neuf et l'extraction de l'air vicié.
Le fonctionnement : Deux ventilateurs travaillent en parallèle. L'air neuf est filtré et soufflé à l’intérieur du bâtiment, pendant que l'air vicié est aspiré pour être rejeté dehors.
→ La principale différence entre la CTA simple flux et la CTA double flux est que la CTA double flux permet de récupérer les calories de l’air intérieur rejeté (ou les frigories en été, quand l’air extérieur est plus chaud) pour le transférer vers l’air injecté dans le bâtiment. Ainsi, la ventilation double flux est un gage d’économies d’énergies face à la ventilation simple flux. Elle est d’ailleurs le standard dans les bâtiments tertiaires actuels.
Quelle est la consommation moyenne d’une CTA dans un bâtiment ?
D’après les observations réalisées sur les centaines d’audits énergétiques réalisés par Alter Watt, la consommation électrique liée à la ventilation représente en moyenne 20% à 35% de la consommation électrique totale.
Dans des cas extrêmes observés, elle peut représenter jusqu’à 50% de cette consommation lorsque le débit de ventilation n’est pas du tout contrôlé, ou que le différentiel entre la consigne de température de l’air soufflé dans le bâtiment et la température de l’air extérieur injecté est très large. Cela peut notamment arriver lorsque la ventilation sert de système de chauffage au bâtiment.
Comment optimiser la consommation énergétique d'une centrale de traitement d'air ?
L’optimisation du fonctionnement de la CTA passe par deux chemins :
l’optimisation de la consommation électrique (fonctionnement des ventilateurs)
l’optimisation de la consommation thermique (batteries chaud/froid)
L’optimisation de la consommation des deux postes passe principalement par l’asservissement (la réduction ciblée en quelque sorte) des débits de ventilation. Ces réglages peuvent être manuels, automatisés par une horloge ou précisément suivis par le raccordement de la CTA à un système de GTB (Gestion Technique du Bâtiment).
Voici 4 leviers d’optimisation concrets de votre centrale de traitement d’air :
Moduler le débit de la CTA en fonction de la qualité de l’air intérieur (ventilateurs)
Comment ça marche : On installe des sondes de CO2 dans les zones occupées ou dans la gaine de reprise d'air vicié. Un registre à débit variable va alors diminuer / augmenter le débit et faire varier la pression dans le réseau. La GTB pilote alors le Variateur Électronique de Vitesse (VEV) de la CTA :
Salle vide CO2 < 800ppm → La CTA tourne au débit minimum d'hygiène (ex: 20-30 %).
Salle pleine CO2 > 800ppm → Le débit augmente progressivement jusqu'à 100 %.
Gains potentiels : jusqu’à 60 % de gain sur l'électricité du ventilateur et 20 à 40 % sur le thermique (car on ne chauffe plus l'air d'une pièce vide).
Amélioration de la récupération de chaleur dans la CTA double flux
Comment ça marche :
Remplacement d'un ancien échangeur à plaques (rendement 50-60 %) par un échangeur à contre-courant ou à roue rotative (> 80-88 %). L’objectif étant d’améliorer la récupération de calories ou de “frigories” de l’air intérieur éjecté pour adapter la température de l’air extérieur injecté dans le bâtiment.
Gains potentiels : difficiles à chiffrer, dépend du différentiel de température entre l’air intérieur, l’air extérieur et la consigne de température de l’air soufflé par la CTA
→ Alter Watt a pu travailler sur un bâtiment avec une consigne de réduit en été de -3 degrés par rapport à la consigne hivernale. En diminuant le réduit hivernal de 21 degrés à 17 degrés sur la CTA, près de 20 000€ d’économies/an on pu être dégagées.
Free-Cooling et surventilation nocturne
Comment ça marche :
Free-Cooling : Quand l'air extérieur est plus frais que l'air intérieur (ex: 18 °C ext. pour 24 °C int.), la CTA bypasse l'échangeur thermique et souffle cet air direct sans faire tourner le groupe froid. Le free-cooling” peut aussi être appelé “night-cooling”, qui consiste à faire tourner la CTA à vitesse modérée la CTA pour “laver” le bâtiment de sa chaleur accumulée pendant la journée et donc en décharger l’inertie thermique avant l’arrivée des occupants le matin.
Gains potentiels : nul en hiver et très déconseillé, nul en été si le bâtiment n’a pas de climatisation. En revanche, gains conséquents sur le confort des occupants.Gains de plus en plus importants en mesure de la différence entre la température extérieure et la température du bâtiment si une climatisation est installée, estimables à près de 25% de la consommation énergétique de la climatisation pendant la journée.
Modernisation/remplacement des moteurs et des filtres à forte perte de charge
La courroie qui fait le lien entre le moteur et le ventilateur peut s’user. Il est possible d’optimiser la consommation énergétique en la remplaçant ou en changeant complètement le système moteur/ventilateur.
De même, à débit constant, les filtres à forte perte de charge forcent le moteur à dépenser plus d’énergie par rapport à un filtre à faible charge. Là aussi, il est possible de procéder à des optimisations.
Comment ça marche :
Remplacement des ventilateurs par des moteurs synchro-réluctants ou EC (Plug Fans) à entraînement direct (rendement IE4 / IE5).
Sélection de filtres plissés à faible perte de charge initiale (ePM1 55-60 %) et suivi dynamique de l'encrassement par pressostat différentiel (plutôt qu'un remplacement fixe au calendrier).
Gains potentiels : gains sur la consommation électrique, estimée de l’ordre de 10% à 30%.
Comment la GTB permet-elle de garder le contrôle sur la CTA de votre bâtiment ?
D’importants gains d’optimisations peuvent être réalisés sur la CTA en la reliant à la supervision GTB (gestion technique du bâtiment) en mettant en place des consignes de réduits automatisées en période d’absence/de creux et en fonction de la température intérieure du bâtiment et du niveau de CO2 dans les salles. Évitez de sur ou sous-ventiler pour garder le contrôle sur les consommations de la CTA, ainsi que sur les dépenses de chauffage et de climatisation.
La gestion technique du bâtiment reprend en bonne partie les préconisations d’économies d’énergie présentées dans l’article :
L’asservissement des débits de ventilation en fonction du niveau de CO2 dans les pièces
→ En installant des sondes de relevé de CO2 (en communication LoRaWAN) qui communiquent avec l’automate de la GTB, il est possible de moduler le débit de ventilation de la CTA pour maintenir une qualité de l’air constante tout en évitant de sur ventiler la pièce lorsque la qualité est déjà bonne, lorsque les registres de la CTA sont reliés à la GTB.
La mise en place de réduits de température pour économiser l’énergie de la batterie thermique
→ En installant des sondes de température dans les salles et en programmant l’automate pour instaurer une consigne de température de consigne hivernale basse (17°C), la batterie thermique de la CTA évitera une partie de sa dépense énergétique pour réchauffer l’air injecté de plusieurs degrés (consigne à 20°C par exemple). De même en été, une consigne de température fixée à 26°C permet de réduire le travail de refroidissement de la batterie thermique par rapport à une température de défaut de 22°C.
Les équipes d’Alter BACS s’inscrivent dans cette démarche et vous accompagnent dans la mise en place d’un système de gestion technique du bâtiment pour contrôler et réguler vos consommations énergétiques. dont la CTA, qui joue un rôle important sur la consommation du bâtiment et sur le confort de ses usagers.
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