Climatiser les écoles, collèges, lycées très bas carbone avec le géocooling
- Produire une grande quantité de froid momentanément en fonction de l'occupation des salles et de l'exposition au soleil
- Utiliser un système sans maintenance
- Eviter de consommer de l'énergie
- Savoir produire 50 à 200 kw sur un terrain restreint
- Offrir une solution matérielle beaucoup moins cher que les forages géothermiques
C'est le défi du géocooling avec les nouveaux murs géothermiques haute capacité
Sommaire
Climatiser les écoles, collèges, lycées
Climatiser les écoles, collèges, lycées très bas carbone avec le géocooling
- Produire une grande quantité de froid momentanément en fonction de l'occupation des salles et de l'exposition au soleil
- Utiliser un système sans maintenance
- Eviter de consommer de l'énergie
- Savoir produire 50 à 200 kw sur un terrain restreint
- Offrir une solution matérielle beaucoup moins cher que les forages géothermiques
C'est le défi du géocooling avec les nouveaux murs géothermiques haute capacité
Sommaire
Dérèglement climatique: écoles, collèges, lycées, climatiser devient un besoin
Face aux dérèglements climatiques, les écoles, collèges et lycées vont devoir s’adapter face aux vagues de chaleurs qui vont être de plus en plus fréquentes (Source FCPE : plan canicule pour les enfants). Aujourd’hui dans les écoles, collèges et lycées les enseignants et les élèves se plaignent de plus en plus des températures très élevées à l'intérieur des bâtiments qui peuvent attendre jusqu’à 38 degrés à partir du mois de juin et qui crée des conditions d’enseignement pénibles et quasi insupportables. Le besoin de climatiser est primordial pour permettre aux élèves des écoles, collèges et lycées de suivre les cours.
La façon la plus connue consiste à climatiser avec une pompe à chaleur ou "clim" qui présente de nombreux inconvénients.
La nouvelle façon consiste à climatiser les écoles, collèges et lycées avec un géocooling passif BAS CARBONE sans consommation d'énergie.
Le confort thermique dans les écoles, collèges, lycées
Le confort thermique dans les écoles, collèges, lycées se sera impacté par
- Le nombre d'étudiants dans une salle qui fera varier brutalement les besoins en chaud ou froid
- Les apports solaires pour les salles situées au Sud mais surtout à l'Ouest
- L'utilisation grandissant de l'informatique
- La performance du bâtiment
Ces 4 facteurs font que pour climatiser ce genre de bâtiment, il faut savoir apporter rapidement un quantité de froid importante mais de façon agile.
Climatiser avec une Clim les écoles, collèges et lycées: le problème
Quand on veut rafraîchir une pièce, on pense tout de suite à climatiser avec une pompe à chaleur ou une "clim" car c'est la solution que l'on connait le mieux et que tout le monde utilise. Climatiser représente des inconvénients nombreux:
- un problème de santé
- Une production de CO2 et gaz à effet de serre importante
- Participation aux îlots de chaleur
- Un coût d'entretien qui croit chaque année
Un problème de santé
- Climatiser peut provoquer des chocs thermiques à cause de la grande différence de température entre les différentes salles d’une même école ou de la différence entre la température intérieure et extérieure.
- L'air sec n'est en général pas très adapté aux sinus surtout si on arrive d'une ambiance plus humide
Climatiser avec une Clim produit du CO2 et gaz à effet de serre
- Les dispositifs frigorigènes utilisés par les clims utilisent des gaz à effet de serre comme le HFC qui a un pouvoir en terme d’effet de serre de 2000 fois plus fort que celui de CO2 et qui s’échappe inévitablement dans l’atmosphère.
- Malgré un COP (rendement) intéressant, la consommation d'électricité devient comparable à la dépense de chauffage
- Le mode de fonctionnement en eau glacée augmente la consommation du au fort pouvoir de déshumidification à température basse.
Utiliser une Clim pour climatiser participe aux îlots de chaleur
La chaleur étant rejetée à l'extérieur en plus de la chaleur dégagée par la pompe à chaleur elle-même contribue à augmenter la chaleur extérieur .... et donc le besoin en climatisation
Climatiser avec une Clim augmente le coût d'entretien croissant
- Les entretiens réguliers obligatoires sont de plus en plus fréquents
- Le matériel se change tous les 10 à 15 ans
- Les pannes augmentent au cours du temps
Climatiser les écoles, collèges, lycées: Le Géocooling BAS CARBONE
Climatiser par géocooling consiste à prendre de la fraîcheur venant de la terre pour rafraîchir à l'aide d'une circulation d'eau sans utiliser de pompe à chaleur.
Le géocooling permet de bénéficier d'une température de la terre de l'ordre de 10 à 16°C en France métropolitaine suivant les régions du nord au sud. Cette température est toujours inférieure à 18°C qui est la température rêvée pour rafraîchir par le géocooling.
Ceci est dû au fait que dès que l'on descend à -3 mètres sous la surface de la terre, la température de celle-ci avoisine la température moyenne annuelle de l'air. Par exemple 11° à Paris.
Pour climatiser avec du géocooling BAS CARBONE les écoles, collèges et lycées, c’est très simple, il suffit de
- installer des sondes géothermiques au sol (corbeilles ou murs géothermiques) pour capter la fraîcheur du sol
- Installer des émetteurs à eau froid compatibles géocooling comme les boîtes à eau VMC, les gainables, les radiateurs réversibles et les planchers rafraîchissants, les consoles, les cassettes...
La climatisation par géocooling: la solution idéale adaptée aux écoles, collèges et lycées
Les bienfaits de Climatiser par géocooling
- Bon pour la santé : Climatiser par géocooling permet d'avoir une climatisation douce et sans grande variations de températures. Le géocooling a aussi un avantage indéniable sur la santé en supprimant l’air trop sec, l’air glacé qui vous tombe sur la nuque et le bruit intérieur et extérieur. L'hygrométrie reste à un bon niveau
- Le gécooling peut climatiser tout au long de la saison estivale mais aussi quand il faut en intersaison.
- Le géocooling est passif, donc sans consommation d'énergie et est conforme à la RT2012 et RE2020 avec le Titre V
Le mur géothermique pour climatiser écoles, collèges, lycées
Le géocooling utilise des murs géothermiques et des corbeilles géothermiques très bas carbone car 50% de leurs poids est en bois recyclé.
Avec 1400 w délivrés par mur géothermiques, on peut facilement monter la puissance pour climatiser un collège de 300 m² à 50-150 kw en équipant le sous sol des cours.
Puissance par m² de terrain
- En simple hauteur, le mur géothermique développe une puissance instantanée de 45 w/m² de terrain
- En double hauteur, c'est à dire en enfouissant 2 murs l'un au dessus de l'autre, le mur géothermique développe 90 w/m² de terrain
Caractéristiques du mur géothermique pour climatiser une école
- Longueur 7,7 m
- Hauteur 180 cm
- Diamètre tube : 25 mm
- Profondeur d'enfouissement : 1,8 m
- Engin pour mise en terre : mini-pelle 3,5T ou 8 T pour simple hauteur, pelle de 12T pour la double hauteur
- Emprise au sol d'un mur géothermique: 7,7m x 4 m en simple hauteur, 7,7 m x 5 m en double hauteur
Installation facile de géocooling dans les cours des écoles, collèges et lycées
L’installation des murs géothermiques se fait très facilement avec une minipelle 3,5 T.
La tranchée est en général la plus étroite possible (godet de 20 à 25 cm ) . Aucune besoin d'intervenir manuellement en bas de fouille.
Climatiser par géocooling: étude de cas sur un collège en région parisienne
Voici un exemple d’application pour climatiser par géocooling un collège en région parisienne avec des ambitions:
- Pas de maintenance
- Pas de consommation d'énergie pour climatiser
- Utiliser du réseau de chaleur l'hiver pour chauffer
Informations collège:
- 3000 m² à climatiser
- Apports thermiques: 90-100 kW (solaires, personnes, parois, toitures, appareils électroniques)
- Moyenne de 33 w/m² avec une variation importante d'une salle à l'autre
- Nombre d’étudiants: 700
- Besoin de rafraîchissement par géocooling écologique:
- Période du 01/05 au 30/06 et du 01/09 au 31/09 (période estivale non prise en compte car pas besoin de rafraîchir le collège)
- Température maximale demandée dans les salles de cours 28°c en fin d'année scolaire
Logiciel de Simulation pour climatiser avec du géocooling
Le logiciel de simulation de géocooling développé par le BRGM (Bureau de Recherche Géologiques et Minières) permet de calculer le nombre de murs géothermiques nécessaires pour climatiser à des températures souhaitées.
Ce logiciel prend en compte différents paramètres et réalise un calcul en se basant sur la performance thermique du bâtiment, un fichier météo avec un pas de 1 heure (par défaut RT2012, mais on peut rejouer 2003) , un nombre de personnes dans le bâtiment, ou bien entrer un fichier horaire des besoins;
Résultats des Simulation pour climatiser avec du géocooling dans un collège en région parisienne: Mai-Juin
On a réalisé le calcul pour la période du 15/05 au 30/06 avec une température de confort demandé de 28°C et une tolérance d’heures d’inconfort de 0% et 10%.
En global, le besoin est de
- 50 murs géothermiques
- 45 000 kwh de froid soit 15 w / m² (environ 50% des besoins en chauffage en RT2012)
Résultats de la simulation avec 28°c de confort à 100% et 90% de service avant la fin d'année scolaire
- entre 47 et 67 murs géothermiques pour une puissance instantanée de 70 kw pour climatiser durant une pérode de 757 heures et une énergie au système de 25 000 kwh (soit 8 kwh/m²/an)
- La puissance apportée est d'environ 50 kW/m2
Le graphe suivant montre
- A gauche, et en noir, la température dans une salle sans climatisation, en orange, la courbe de température à 100% de service, en bleu la température à 90% de confort à 28°c
- A droite, la température d'eau en sortie de géocooling pour satisfaire la demande.
Résultats de la simulation pour la rentrée scolaire à 100% et 90% de service
On a fait également le calcul pour la période du 01/09 au 30/09 avec une température de confort demandé de 26°C et une tolérance d’heures d’inconfort de 0% et 10% mais avec une température d'entrée à 16°c plutôt que 18°c
- entre 48 et 58 murs géothermiques pour une puissance instantanée de 70 kw pour climatiser durant une période de 570 heures et une énergie au système de 20 000 kwh (soit 7 kwh/m²/an)
- La puissance apportée est d'environ 50 kW/m2
Ces simulations ont permis de déterminer le bon nombre de sondes géothermiques à installer.
Dans notre cas, 50 murs géothermiques sont suffisants soit 70 kW de puissance instantanée pour satisfaire le besoin énergétique des bâtiments du collège et ainsi rafraîchir le collège de mai à septembre de façon optimale.
Le géocooling actif vs "clim"
Dans certains cas, le géocooling passif pourrait risquer de manquer de puissance par rapport à la taille des échangeurs de chaleur à ajouter et l'humidité environnante. Le géocooling pourrait apporter une boost de puissance, mais à quel prix ?
Par exemple, en ce mois d'Aout 2023, les températures sont élevées mais en plus, le vent du Sud Ouest dans de nombreuses régions amène un climat "tropical" avec une taux d'humidité record.
Que vaut le géocooling actif vs la "Clim" traditionnelle dans ce cas
Voici la calculette qui permet de calculer le rendement de chaque technologie dans des conditions identiques.
Dans les 2 cas, géocooling et clim, le compresseur est de même type avec les mêmes performances intrinsèques, mais son utilisation est différent donc la performance réelle différente.
Tout reside dans le Delta T et l'hygrométrie:
- Delta T : La Clim suppose une unité extérieure à 35°c et une unité intérieure fonctionnant à 7/12° alors que le géocooling actif utilisera en équivalent unité extérieure une température dans une fourchette de 12- 18°c et en unité intérieure 17°c environ soit un écart beaucoup moins important très favorable au rendement
- Hygrométrie: Dans le calcul de l'EER d'une clim, la norme précise que la clim est utilisée à une température de la pièce de 27°c et une hygrométrie relative de 50%. Dans ce contexte, l'EER intègre une part de déshumidification que ne prend pas la PAC géothermique car elle n'est pas considérée comm un émetteur
L'EER étant défini, dans les 2 cas (Clim et géocooling), le principal paramètre qui pourra faire varier la performance est l'hygrométrie et comment elle sera traitée par ces 2 technologies.
- La clim et l'hydrométrie: la clim va refroidir l'air passant dans l'unité intérieure à une moyenne de 9°c. Se faisant, l'hydrométrie absolue maximale qui baisse avec la température va entrainer de la condensation. Cette condensation est très consommatrice d'énergie. Le traitement de l'hygrométrie est dicté par la technologie
- Le géocooling et l'hygrométrie: dans ce cas, on planifie une température ambiante cible de 24 ou 25°c avec une bonne hygrométrie, pour ce faire, il suffit de déshumidifier à une température de 17°c, on va condenser à 17°c qui consomme beaucoup moins d'énergie que la condensation à 9°c.
Pour utiliser le géocooling dans ce cas: il peut y avoir un mix de plancher / plafond rafraîchissant avec des ventilo, gainables, cassettes, consoles fonctionnant à 17°c (et pas en eau glacée). Ce sont ces derniers qui permettront d'araser l'humidité au bon niveau pour être bien à 14-25°c . Le traitement de l'hygrométrie est dicté par l'utilisation du local.
La calculette du géocooling vs clim: explication des informations
La partie supérieure de la feuille de calcul permet de calculer les taux d'humidité absolue, paramètre principal à la baisse de performance des appareils:
- 1ere colonne : les conditions de la pièce à rafraîchir pour laquelle il faut entrer température et hygrométrie relative. Le calcul donne la température de point de rosée (température de condensation) et le taux d'humidité absolu
- 2eme colonne: les conditions normées de calcul de l'EER d'une clim
- 3eme colonne: les conditions de l'air passant au travers d'une clim
- 4eme colonne: les conditions de l'air passant dans un ventilo-convecteur, cassette, console, gainable avec l'eau à 17°c dans l'échangeur
- 5eme colonne: les conditions à 24°c avec l'air passé dans un ventilo soit une hygrométrie absolue à 14,5°c maxi.
La partie inférieure de la feuille donne les résultats de performance suivant les conditions du haut de la page pour le même compresseur de 1 kW R32:
- L'EER théorique d'une Clim au R32, ici la clim délivre 3,83 kW pour 1 kW de compresseur
- L'impact de l'hygrométrie de la Clim sur la consommation d'énergie
- L'ERR réel de la Clim après impact de l'hygrométrie
- L'EER théorique du PAC géothermique réversible
- L'impact de l'hygrométrie avec le passage de l'air dans un ventilo-convecteur ayant le même débit que la clim
- L'ERR réel du géocooling passif
In fine: le % de performance supplémentaire apporté par le géocooling actif par rapport à la clim
En gros, le géocooling actif livre X2 plus de puissance que la clim pour une même consommation électrique
Contactez nous pour une étude de géocooling personnalisée gratuite
Si vous avez un projet de géocooling, vous pouvez nous demander une étude gratuite de la faisabilité de votre projet.
Nos outils de simulations géocooling ont été développé par le BRGM et sont compatibles RT 2003, RT 2012, RE 2020.
Contact pour étudier comment climatiser votre projet
Tél: 02 34 36 00 00
Email: contact@caleosol.fr
