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Rafraîchissement solaire

USAGES ET FONCTIONNALITÉSUsages principaux

Usages secondaires

Dimensions standard (L x l x e) :

Epaisseurs (mm), modèles, types standards

Propriété(s) physique(s) caractéristique(s) principale(s)

CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES ET DIMENSIONNELLES

Conditionnement d’air des bâtiments réalisé par une installation solaire thermique.Lors de l’absence en demande de froid, possibilité de valorisation de la production solaire pour d’autres usages énergétiques (ECS…).

Une importante surface de capteurs solaires thermiques à haut rendement en toiture d’un bâtiment ou au sol et un local technique contenant la machinerie de production frigorifique.Exemple : 60 m² de capteurs dits à tubes sous vide pour 35 kWf pour les bureaux du CSTB de Sofia – Antipolis (Alpes-Maritimes), 100m2 de capteurs à tubes sous vide pour 35 kWf pour la DIREN Guadeloupe.

Il existe deux grands types de systèmes de conditionnement d’air des bâtiments assisté par un système solaire thermique :• des systèmes en 100 % solaire de « rafraîchissement so-laire », assurant une diminution de température par rap-port à l’air extérieur • des systèmes avec un appoint à la « climatisation solaire » permettant de contrôler à la fois une ambiance thermique et hygrométrique dans les locaux – cette application est non concernée par la présente fiche. Différentes configurations de rafraîchissement solaire sont possibles • couplage capteurs solaires thermiques et machine de froid à sorption (absorption ou adsorption)• couplage capteurs solaires thermiques à un système de conditionnement d’air par rafraîchissement évaporatif (DEC)• couplage panneaux photovoltaïques et machine de froid à compression)• conversion d’énergie solaire thermique en énergie mécani-que couplée avec une machine de froid à compression).

Systèmes dits fermés :• groupe à absorption ou à adsorption (60 % des installations pour les groupes à absorption),• production d’eau glacée à partir d’une compression thermique• source de chaleur entre 60 et 110°C• coefficient de Performance (COP) ou Efficacité Energétique en Refroidissement (EER pour les système de rafraichissement solaire correspond à : COP = Pf (rafraîchissement) / Pc (chaleur)• COP très faible (0,5 à 0,7 soit <1) donc besoins plus importants qu’un système classique.Systèmes ouverts :• DEC – Dessicative Evaporative Cooling• 10 à 15 % des installations• traitement d’air uniquement• absence de fluide frigorigène nocif (eau)• source de chaleur entre 45 et 95°C• possibilité de réversibilité (chauffage).

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Fiche réalisée par l’ADEME à but informatif et non commercial

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Rafraîchissement solaire

Avis technique

DTU

Classement au feu

CertificationLabel, étiquette UE, classification...

Types de mise en oeuvre, variantes

Risques, limites d’usage, précautions particulières, commentaires

A exiger pour les capteurs solaires ; existant pour les canalisations.43 : étanchéité de toitures60 : plomberie65.12 : réalisation des installations de capteurs solaires thermiques65.20 : isolation des circuits, appareils et accessoiresM1 - Combustible non inflammable (selon les systèmes et matériaux utilisés).--

Des capteurs solaires (capteurs plan ou sous vide) fournissent de la chaleur qui est dirigée vers une machine à absorption, une machine à adsorption ou un système DEC. Pour les systèmes fermés, le froid (7 à 12°C) est ensuite distribué comme pour la climatisation à eau glacée.Il s’agit de techniques au stade de démonstration (il en existait environ 150 dans le monde en 2007), qui présentent néanmoins des intérêts environnementaux certains.Aujourd’hui, ces technologies ne présentent pas de compétiti-vité purement économique par rapport à des solutions de cli-matisation classique (investissement important, concurrence du coût relativement faible des énergies conventionnelles et technologies classiques, peu ou pas d’aides financières, techni-cité et coût de maintenance élevés...). Néanmoins, la réduction des coûts et l’amélioration des performances des composants, conjuguées aux bénéfices environnementaux et à la hausse probable (mais indéterminée) des énergies conventionnelles, en font une alternative technique intéressante.Les différentes solutions techniques sont à considérer en fonction :• du type de bâtiment, caractéristiques et utilisation• de l’existence ou non d’installations techniques• des conditions climatiques• des gammes de puissance existantes.Le dimensionnement technique dépend :• de l’implantation possible pour les capteurs• des charges thermiques (internes et externes) et de l’inertie du bâtiment• de l’orientation des baies vitrées (de la conception du bâtiment d’une façon plus large).Concernant l’adéquation temporelle entre les besoins de froid et la ressource solaire, elle est excellente même s’il subsiste un décalage de quelques heures entre midi solaire et température extérieure maximale.

S’agissant des risques cycloniques, les règles NV 65 définissent le dimensionnement des ouvrages en fonction des charges cli-matiques liées au vent et à la neige. La Réunion est classée avec les autres DOM en zone 5. Les équipements doivent être conformes aux règles NV 65 (notamment concernant la struc-ture porteuse du champ de capteurs solaires).

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MISE EN OEUVRE

DOCUMENTS DE RÉFÉRENCE (NORMES, REF, DTU, AT, ATEX,...)

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Rafraîchissement solaire

Risques pathologiques types au sens large

Nom commercial

Fabricant(s)

Distributeur(s) Installateur(s)Coût indicatif non posé (€ HT/unité)Coût indicatif posé (€ HT/unité)

Cibles et thèmes1 - Relation harmonieuse avec l’environnement

2 - Choix intégré des produits de constructionConsommation d’énergie grise

Consommation de matières premières non énergétiques

Consommation d’eau potable

Concernant le dimensionnement, les étapes suivantes sont à respecter :• La localisation du bâtiment et son usage nécessitent-il la climatisation ?• Réduction des besoins en froid :- apports externes : conception « passive » du bâtiment avec protection solaire de l’enveloppe opaque, notamment la toiture et les ouvrants, isolation thermique, étanchéité et maîtrise des ventilations, optimisation de l’inertie, choix des composants, etc...- apports internes : réduction de la puissance installée et consommation des équipements électriques installés (les apports internes peuvent représenter jusqu’à 60 % des besoins de climatisation) par une approche « MDE » (Maîtrise de la Demande en Electricité).• Réflexion sur les espaces à rafraîchir et leurs contraintes spécifiques.Nécessité du télésuivi des performances, le contrôle du fonctionnement et les alarmes de signalisation de dysfonctionnement.

Non identifié localement (chaque composant pouvant provenir de fournisseurs différents).Capteurs solaires : Schüco, Schott AG, etc...Machine frigorifique : Yazaki, Climatewell, Carrier, YMTEC, Rotartica, Broad, Phönix SonnenWärme AG, Sonnenklima, Trane, YorkNon identifié localementNon identifié localement-3 000 € HT (DEC) à 5 000 € HT (sorption) par kWfSubventions à l’investissement : programme de soutien aux opérations de démonstration (ADEME) – 40 % maximum.

Indicateurs qualitatifs & quantitatifs / Gains & avantages Le rafraîchissement solaire présente plusieurs avantages notoires du point de vue de l’environnement, en comparaison avec une climatisation usuelle centralisée ou par split systèmes. L’intégration des capteurs solaires doit néanmoins se faire selon des critères d’intégration architecturale stricts.

Absence de fiche FDES concernant cet équipement.La consommation en énergie grise va dépendre fortement du matériel et de sa composition (métaux, plastiques…).Attention à l’impact environnemental du transport pour les matériaux non locaux.

Non connu

Non connu (hormis le volume d’eau utilisé comme liquide réfrigérant). Estimation d’environ 30 l/kWf pour les systèmes à absorption suivant les premiers retours d’expérience.

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OFFRE COMMERCIALE ET TECHNIQUE À L’ILE DE LA RÉUNION

POSITIONNEMENT PAR RAPPORT À LA DÉMARCHE PERENE ET À UNE DÉMARCHE DE QUALITÉ ENVIRONNEMENTALE

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Rafraîchissement solaire

Impact sur le changement climatique

Impact sur la couche d’ozone stratosphérique

Impact sur l’acidification atmosphérique

Impact environnemental en fin de vie / recyclabilité

Autres impacts environnementaux

3 - Chantier à faible nuisances

4 - Gestion de l’énergieSatisfaction des exigences de la RT et de PERENE

5 - Gestion de l’eau

6 - Gestion des déchets d’activité

7 - Entretien et maintenanceDurée de vie escomptable

8 - Confort hygrothermique

9 - Confort acoustique

10 - Confort visuel

11 - Confort olfactif

Un système de rafraîchissement solaire permet par kWh froid produit, une consommation en électricité des pompes jusqu’à 20 fois inférieure à celle d’un compresseur de climatisation classique (avec à la Réunion environ 850 g de CO

2 par kWh

économisé).

Les fluides frigorigènes utilisés (eau, solutions salines) n’ont aucun impact sur l’environnement, contrairement aux systèmes de climatisation à compression utilisant des CFC ou HCFC.

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Système à décomposer, à trier et à recycler selon les matériaux :• une partie des déchets est classée dans la catégorie DEEE (Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques). A ce titre, la législation demande aux distributeurs de reprendre les anciens équipements pour les recycler• métaux : déchet banal, il peut être recyclé dans la filière métal• PVC : matériau recyclable, la filière existe à la Réunion avec notamment Bourbon Plastique qui intègre une part de PVC recyclé dans ses produits • incinération dans une unité d’incinération possédant les filtres de fumées adaptés (usine d’incinération des ordures ménagères – inexistant à la Réunion actuellement).

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Le rafraîchissement solaire fait partie des préconisations de l’outil PERENE, car il permet de réduire la consommation élec-trique du site et la puissance appelée et donc souscrite à EDF.Le tableau récapitulatif des préconisations énergétiques indique cependant un EER (Energy Efficiency Ratio), seuil qui n’est pas compatible avec le rafraîchissement solaire (EER minimum de 3 selon PERENE). Les préconisations PERENE ne tiennent pas compte du rafraîchissement solaire.

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25 ans suivant entretien-maintenance

Le rafraîchissement solaire permet d’améliorer le confort hygrothermique du bâtiment par la réduction du taux d’humidité et de la température des pièces considérées.

Nuisance sonore supprimée (par rapport à un système avec compresseurs), hormis celle des circulateurs.

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IDES

Rafraîchissement solaire

12 - Conditions sanitaires

13 - Qualité de l’airImpact en termes de COV, aldéhydes, radon,...

14 - Qualité de l’eau Impact sur l’eau du bâtiment

Informations locales supplémentaires sur le produitSources d’informations autres (sites internet et autres…)

Kristal : 35 kWf, 90 m² de capteur

Le système pouvant contenir une tour de refroidissement humide, la législation impose alors un contrôle étroit du niveau bactériologique (prévention de la légionellose). Des analyses périodiques obligatoires peuvent alourdir le budget maintenance.

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Non identifié

Sites internet : RAEE, Promoting solar air conditioning (ALTENER).

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APPRÉCIATION GLOBALE ET COMMENTAIRESLe principal avantage du rafraîchissement solaire réside dans le fait que cette technologie substitue de l’énergie solaire thermique à de l’électricité, dans une région où l’énergie solaire est abondante et les besoins de clima-tisation sont en forte croissance et en bonne adéquation temporelle avec cette offre d’énergie renouvelable. Cette adéquation possède donc un effet structurant pour le réseau électrique insulaire. D’autres avantages, comme les aspects environnementaux (fluide, acoustique) viennent conforter l’intérêt de cette technologie.Néanmoins, cette filière reste au stade pré-industriel et, à ce titre, présente un coût encore très élevé par kWf, tout en mobilisant de grandes surfaces pour l’implantation des capteurs solaires.Pour des raisons d’exemplarité environnementale véritable, de recherche d’optimisation économique et de pédagogie, cette technologie est à développer exclusivement sur des bâtiments énergétiquement performants et ayant donc fait au préalable l’objet d’une optimisation MDE approfondie de l’enveloppe. Cette technologie est également à accompagner d’une sensibilitation des usagers y compris en ce qui concerne le service rendu en termes de confort d’ambiance (ll s’agit d’un système de rafraichissement et non de climatisation).

EXEMPLE D’UTILISATION À LA RÉUNION

RÉFÉRENCES SUR LE PRODUIT