Mixer brasseurs d’air de plafond et climatiseurs permet de réduire la consommation d’énergie de 30% tout en améliorant le confort thermique des occupants. Cet article nous détaille l’étude menée à Singapour sur ce sujet.
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Une collaboration entre des chercheurs de l’UC Berkeley et des partenaires universitaires et industriels de Singapour a démontré qu’une combinaison innovante de ventilateurs de plafond et de climatiseurs réglés à une température plus élevée peut réduire la consommation d’énergie d’un tiers sans compromettre le confort des occupants. Cette avancée prometteuse pourrait avoir des implications significatives pour les bâtiments commerciaux et résidentiels, particulièrement en France où les épisodes de chaleur s’accélèrent.
Le contexte singapourien
Singapour, une cité-État insulaire située à seulement un degré au nord de l’équateur en Asie du Sud-Est, connaît un climat chaud et humide toute l’année. La climatisation y est devenue indispensable, mais elle représente également une part significative de la consommation énergétique. Selon Kavickumar Muruganathan, spécialiste des politiques et du développement durable, l’utilisation de la climatisation dans les ménages et les bâtiments représente près de 20 % des émissions de carbone du pays. Compte tenu du statut de Singapour comme l’un des pays les plus urbanisés et densément peuplés au monde, une grande partie de ces systèmes de climatisation se trouve dans des propriétés commerciales, telles que des immeubles de bureaux.
La solution de rafraichissement hybride
Les chercheurs de la Berkeley Education Alliance for Research à Singapour (BEARS), une société à but non lucratif établie à Singapour par l’Université de Californie à Berkeley, ont travaillé avec des partenaires industriels pour tester avec succès une solution de rafraichissement pour les immeubles de bureaux dans des climats tropicaux. Cette technique associe des climatiseurs, réglés à une température légèrement supérieure à la norme, et des ventilateurs de plafond, qui nécessitent beaucoup moins d’énergie pour fonctionner, selon une méthode connue sous le nom de rafraichissement hybride.
Leur expérience, telle que décrite dans une étude publiée par Building and Environment, a été dirigée par le chercheur Michael Kent. Les auteurs principaux de l’étude incluent Stefano Schiavon, chercheur au Centre de recherche sur les technologies de l’information dans l’intérêt de la société et à l’Institut Banatao (CITRIS) et professeur d’architecture et de génie civil et environnemental à l’UC Berkeley, et Costas Spanos, directeur du CITRIS, professeur Andrew S. Grove de génie électrique et d’informatique à l’UC Berkeley et PDG de BEARS.
Les résultats de l’étude sur le mix brasseurs d’air x climatiseurs
Pendant 11 semaines, les chercheurs ont interrogé deux fois par jour les occupants des bureaux sur leur confort thermique tout en alternant entre deux conditions de rafraichissement dans l’espace ouvert :
– Dans la première condition, la climatisation était réglée à 24 °C, soit proche de la température ambiante moyenne des bureaux de Singapour, avec tous les ventilateurs éteints.
– Dans la seconde condition, la climatisation a été augmentée à 26,5 °C, avec les ventilateurs de plafond allumés pour fournir un flux d’air fixe. Des ventilateurs de bureau individuels étaient également disponibles à chaque station pour que les occupants du bureau puissent les utiliser à volonté.
Les participants à l’étude ont été invités à évaluer leur niveau de confort concernant la température ambiante du bâtiment, y compris tout air vicié perçu, leur sentiment de vigilance ou de somnolence et leur capacité à se concentrer. Le système robuste de surveillance environnementale du « laboratoire vivant » du bâtiment Zero Energy Plus de la Building and Construction Authority Academy de Singapour a permis aux chercheurs de SinBerBEST de contrôler les climatiseurs et les ventilateurs de plafond.
Même si le principe peut paraître simple, les résultats ont été significatifs. « Nous avons réalisé une réduction remarquable de 32 % de la consommation d’énergie sans compromettre le confort thermique », a déclaré Schiavon. « En ajustant simplement le point de consigne de la température du thermostat de 24 °C à 26,5 °C et en incorporant des ventilateurs, nous avons obtenu une réduction d’un tiers de la consommation d’énergie, dépassant ainsi mes attentes. » Non seulement le confort thermique a été conservé grâce à la méthode de rafraichissement hybride, mais les conditions ont même été améliorées pour certains occupants. Le refroidissement excessif, dû à un réglage trop bas de la climatisation, est un problème courant à Singapour et dans d’autres régions chaudes et humides, et l’étude SinBerBEST a constaté que les rapports de refroidissement excessif (overcooling) perçu tombaient de 33 % à 9 % lorsque le point de consigne du climatiseur était augmenté.
Surmonter les obstacles culturels
Réintroduire des technologies plus anciennes comme les ventilateurs dans les bâtiments modernes a rencontré une certaine résistance culturelle. Cependant, la récente flambée des prix de l’électricité a contribué à surmonter certaines de ces objections. « Singapour possède un secteur de la construction écologique très dynamique, qui pourrait tirer profit des résultats de cette recherche », a déclaré Chuan Seng Lee, président fondateur du Singapore Green Building Council.
Schiavon note que l’un des principaux obstacles à la mise à l’échelle de leur solution est le manque de procédures complètes de conception et d’exploitation. Son équipe du Center for the Built Environment et ses collègues de SinBerBEST ont créé un guide destiné aux architectes et aux ingénieurs du bâtiment pour concevoir des systèmes de rafraichissement avec ventilateurs, comprenant des options pour les modèles de plafond, de mur, de bureau et de socle. « Avec un guide de conception approprié, nous devrions être en mesure d’obtenir une plus grande adoption par l’industrie », a déclaré Chuan Seng Lee.
Vous pouvez également consulter nos ressources pour Architectes et Ingénieurs :
https://turbobrise.com/ressources-brasseurs-d-air/
Vers une adoption plus large des brasseurs d’air de plafond
Le travail trouve déjà une certaine utilité. Plus de 10 bâtiments universitaires et commerciaux à Singapour ont bénéficié de démonstrations de rénovation légère avec le kit d’évaluation sur le terrain de l’équipe, faisant état d’économies d’énergie de 27 % et d’une augmentation de 10 % de la satisfaction des occupants. « Nous espérons sincèrement que cela pourra réellement faire une différence dans notre lutte pour atténuer les effets du changement climatique », a déclaré Costas Spanos, directeur du CITRIS et de l’Institut Banatao.
L’équipe SinBerBEST cherche également à étendre ses recherches aux bâtiments résidentiels, car Schiavon note que le confort thermique est un facteur clé pour obtenir un sommeil de qualité. Spanos a hâte de voir où le projet évoluera ensuite, peut-être en développant des moyens de simuler les avantages de ce type de modernisation avant un déploiement physique, ou en évaluant comment il pourrait être utilisé dans des climats au-delà des tropiques. « Nous passons la plupart de notre temps à l’intérieur et, sans surprise, les bâtiments résidentiels et commerciaux sont responsables d’environ 40 % des émissions de gaz à effet de serre dans le monde », a déclaré Spanos. « Il est difficile de trouver des solutions pour réduire ces émissions sans sacrifier le confort, mais cette approche est extrêmement prometteuse, notamment pour les climats tropicaux. »
L’approche hybride de rafraichissement combinant des ventilateurs de plafond et des climatiseurs réglés à une température plus élevée représente une solution prometteuse pour réduire la consommation d’énergie et les émissions de carbone dans les climats tropicaux. Avec un potentiel d’adoption large et des bénéfices significatifs pour le confort des occupants, cette méthode pourrait jouer un rôle crucial dans la lutte contre le changement climatique. Les recherches futures se concentreront sur l’extension de ces pratiques aux bâtiments résidentiels et sur l’adaptation de ces technologies à d’autres climats.
En intégrant ces solutions innovantes, nous pouvons espérer une amélioration significative de l’efficacité énergétique dans les environnements bâtis, contribuant ainsi à un avenir plus durable. L’Université de Californie à Berkeley, en partenariat avec les chercheurs de Singapour, montre que des solutions simples peuvent avoir des impacts significatifs et durables.
