Où en est l’activation du noyau de béton en 2021 ? La route vers les solutions hybrides est ouverte !

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L’activation du noyau de béton a fait sa percée au cours de la première décennie du XXIe siècle. Le système a été chaleureusement accueilli comme la solution ultime d’efficacité énergétique pour le chauffage et la climatisation. Depuis lors, notre conscience énergétique s’est considérablement développée. Cependant, l’application de l’activation du noyau de béton ne semble pas avoir augmenté proportionnellement. En raison de la forte évolution du secteur du CVC (pour chauffage, ventilation et climatisation) et de l’utilisation de systèmes de contrôle intelligents, cette situation semble désormais changer rapidement. Dans cet article, deux experts dans le domaine de l’activation du noyau de béton font le point sur la situation. Il s’agit de Raf Poppe, chef de produit chez Echo nv, et du professeur-ingénieur Wim Boydens, impliqué dans le projet de recherche européen “hybrid-GEOTABS”* dans lequel, outre Boydens engineering, la KU Leuven et l’UGent ont également joué le rôle de partenaires et d’initiateurs flamands.

L’activation du noyau de béton est parfaite, en combinaison avec des systèmes complémentaires

Raf Poppe : « Il est aujourd’hui généralement admis que l’activation du noyau de béton n’est pas un système que l’on peut simplement activer et désactiver. Parce qu’il est basé sur l’accumulation d’énergie, c’est un système qui nivelle les différences de température sur 24 heures. C’est un système lent, puisqu’il faut 4 heures pour que la température dans la masse du bâtiment diminue ou augmente d’un degré. Cela ne correspond pas toujours aux attentes de l’utilisateur, qui aime avoir un impact direct sur son climat intérieur. Aujourd’hui, on s’accorde à dire qu’il est préférable d’activer le noyau de béton pour fournir une base structurelle de 70 à 85 % de la capacité énergétique totale. Pour le reste des besoins (chauffage et refroidissement), on fait appel à un système supplémentaire qui réagit plus rapidement. Ces dernières années, de plus en plus de systèmes supplémentaires sont apparus sur le marché. »

Wim Boydens: « Nous aussi, nous sommes passés du projet GEOTABS au projet ‘hybrid GEOTABS’. Cela signifie que nous avons commencé à considérer la recherche sur le chauffage et le refroidissement au moyen de l’énergie géothermique et des éléments de construction activés thermiquement dans un contexte plus large. Pure GEOTABS, où l’activation du noyau de béton (TABS) complète le rôle du système de distribution, par exemple, est un concept très performant. Mais cela peut atteindre une limite dans les bâtiments qui d’un point de vue architectural ne sont pas conçus comme des bâtiments purement GEOTABS. C’est pourquoi les dalles de plancher à activation thermique sont utilisées comme le plus efficace de deux systèmes complémentaires. C’est aujourd’hui encore plus possible que jamais grâce à un système de ventilation bien adapté qui surveille la température de manière complémentaire et au « model predictive control (MPC) qui permet de piloter le processus. Grâce à la collecte et au suivi des données, le système peut s’adapter ou anticiper la demande (prévue). Un système secondaire rapide devrait alors être capable d’ajouter de la puissance thermique lorsque les limites du TABS ou de son contrôle sont atteintes. Dans la plupart des bâtiments, cette fonction peut être facilement réalisée en intégrant des batteries de chauffage ou de refroidissement au système de ventilation. Tout cela semble simple, mais ces MPC nécessitent une bonne configuration lors de la phase de développement, deviennent de plus en plus automatisés et sont désormais prêts pour un large déploiement. Il s’agit d’un grand pas en avant, car il garantit l’utilisation du système le plus confortable et le plus respectueux du climat, qui ne complète l’autre qu’en cas de nécessité absolue. »

Raf Poppe: « L’activation du noyau de béton est particulièrement adaptée aux concepts de construction où les capacités thermiques de chauffage et de refroidissement restent limitées. L’activation du noyau de béton dans les bâtiments résidentiels est possible, mais ces derniers ne disposent pas toujours d’un système de gestion des bâtiments et d’un système supplémentaire permettant d’ajuster les exigences variables de chaque “pièce”. Dans les grands bâtiments, tels que les maisons de retraite ou les bureaux, où l’on utilise de moins en moins de chauffage mais de plus en plus de refroidissement, l’activation du noyau de béton en combinaison avec ces systèmes prédictifs peut être une solution écologique, économique et confortable parfaite. L’utilisation de la BIM dans la gestion des installations jouera certainement un rôle à cet égard. En utilisant la BIM, un “jumeau numérique” du bâtiment peut être tenu à jour. Les gestionnaires d’installations peuvent utiliser ces informations pour contrôler le climat en fonction du nombre d’heures de soleil, par exemple. »

Le forage géothermique ne doit plus être un obstacle

Raf Poppe: « L’activation du noyau de béton fonctionne idéalement en combinaison avec l’énergie géothermique, en raison du faible ΔT entre les systèmes primaire et secondaire (voir encadré). Le forage pour l’énergie géothermique est de plus en plus accessible. Cela permet également d’abaisser le seuil d’activation du noyau de béton lui-même. Par exemple, il existe une base de données qui indique les endroits où le forage géothermique est possible. Vous savez donc à l’avance si votre site est approprié et vous économisez le coût du forage d’essai. »

Wim Boydens: « Aucun risque ne peut être pris en termes de confort et donc de puissance disponible et, d’autre part, nous voulons réaliser la production d’énergie la plus durable possible avec un investissement minimal. Par conséquent, la surface du champ de forage est dimensionnée de manière optimale. L’outil de dimensionnement et la méthodologie sous-jacente que nous avons développés tournent également en partie autour de la collecte de données, à la fois simulées et basées sur l’expérience. Plus nous avons de connaissances, plus nous pouvons les appliquer au dimensionnement du champ de forage pour mieux l’adapter. De ce fait, nous pourrons utiliser des champs de forage plus réduits (et donc moins chers) sans sacrifier la durabilité à long terme. »

Le concept de ” temps de retour sur investissement ” joue un rôle de plus en plus important dans le choix d’un produit

Raf Poppe: « Depuis les premières applications, l’activation du noyau de béton est un système particulièrement intéressant. Cependant, vous devez toujours prendre en compte l’ensemble du cycle de vie. Le système, lié à l’énergie géothermique, est légèrement plus cher à l’achat qu’un système classique, mais une fois installé, le coût énergétique est négligeable. Le concept de “délai de récupération” et « TCO » a mis du temps à se développer, mais aujourd’hui il est systématiquement pris en compte lors des choix. Un prix d’achat plus élevé est aujourd’hui moins souvent une pierre d’achoppement qu’aux débuts de la géothermie. »

Wim Boydens: « Entre-temps, nous savons aussi que l’utilisation de GEOTABS pour l’ensemble de la demande peut conduire à des systèmes surdimensionnés et à un délai de récupération trop long. C’est une autre raison pour laquelle la logique hybride a du sens, tant d’un point de vue financier qu’écologique et technique. »

L’activation du noyau de béton est le bon choix dans un bâtiment ayant des besoins de chauffage et de refroidissement

Raf Poppe: « En raison de l’énergie géothermique, l’activation du noyau de béton est plus efficace dans les bâtiments où le chauffage et le refroidissement sont tous deux nécessaires. C’est le cas lorsque de nombreuses personnes ou beaucoup d’équipements sont réunis, des centres de soins résidentiels ou d’autres institutions publiques ou résidentielles, mais aussi des immeubles de bureaux. En raison de l’amélioration constante des concepts et des normes de construction, nous constatons une nette tendance à la réduction de la capacité de chauffage installée et à l’augmentation des besoins de refroidissement. Cela permet également “d’activer” le plafond et l’ensemble de la masse du bâtiment pour une meilleure atténuation des pics et rend les systèmes à basse température très intéressants. »

Wim Boydens: « Le système peut bénéficier du refroidissement géothermique passif pendant de longues périodes de l’année, ce qui le rend beaucoup plus efficace que tout autre système de refroidissement. La chaleur extraite du bâtiment en été est utilisée pour un chauffage plus efficace, écologique et renouvelable en hiver, et vice versa. »

Les plafonds acoustiques, les fenêtres ouvertes et les autres choix de conception ne doivent pas être un problème

Raf Poppe: « Il y a aussi d’autres dogmes qui ont été abandonnés entre-temps. Je pense à la question des plafonds suspendus, qui a suscité une certaine résistance. Avec l’activation du noyau de béton, il a été recommandé de garder le plafond dégagé. Cela peut causer des problèmes acoustiques. Ne soyons pas trop dogmatiques à ce sujet. S’il est nécessaire d’adopter une approche acoustique, il existe des solutions suffisantes et assez créatives. »

Wim Boydens: « Des études en laboratoire et des études empiriques ont montré que même avec certains panneaux ou plafonds acoustiques, il y a toujours un échange thermique important entre la surface TABS et la pièce. Une couverture de surface acoustiquement absorbante suspendue de 70 % ne permet de réduire les émissions que d’environ 30 %. »

Raf Poppe: « Dans les premiers projets concrets d’activation du noyau central, les bâtiments étaient systématiquement équipés de fenêtres fermées, afin de contrôler totalement le climat intérieur. L’utilisateur individuel aime avoir un impact sur la contrôlabilité et aspire à une interaction avec l’environnement. Ouvrir une fenêtre en fait partie. La conception est maintenant beaucoup plus adaptée à cela. »

Wim Boydens : « Il s’agit d’une stratégie visant à concevoir le bâtiment de manière à ce que le profil de la demande corresponde parfaitement à GEOTABS en optimisant les niveaux d’isolation, le vitrage et l’ombrage. Cette approche était courante dans les décennies précédentes et reste intéressante pour certains bâtiments. Aujourd’hui, la question de conception est plutôt : quelle partie de la demande de chauffage et de refroidissement est-il approprié d’attribuer à GEOTABS et qu’est-ce que nous résolvons par des systèmes de contrôle prédictifs et d’autres solutions ? Et le système est également à l’épreuve du temps. Après tout, si dans les années à venir les prix de l’électricité deviennent moins élevés aux moments où le soleil ou le vent augmentent la part des énergies renouvelables, le béton pourra être chargé, alors qu’il ne libérera sa chaleur ou son froid qu’une demi-journée plus tard, lorsque la demande se fera réellement sentir. Cela illustre la puissance de la régulation prédictive d’un point de vue financier. De tels développements et déploiements sont au menu d’enerCORE, le centre de connaissances ouvert, que nous lançons actuellement avec les partenaires du projet hybridGEOTABS. Chez enerCORE, tous les acteurs de la pratique et de la recherche dans les domaines concernés sont les bienvenus pour contribuer au déploiement qualitatif. »

« La géothermie, associée à des éléments de construction activés thermiquement, est un bon deal entre architecture, bien-être et écologie. Ce n’est pas un concept simple, mais du simple fait qu’il est si écologique, il mérite une comparaison équitable avec les concepts concurrents dans les modèles de décision. »

* « hybrids-GEOTABS » est le nom du projet de recherche quinquennal récemment achevé dans lequel boydens engineering, le groupe de recherche sur la simulation des systèmes thermiques de la KU Leuven et le groupe de physique du bâtiment du département d’architecture et d’urbanisme de l’UGent se renforcent mutuellement. GEOTABS désigne la combinaison d’une pompe à chaleur géothermique avec des systèmes de construction activés thermiquement. Parmi les informations présentées succinctement dans l’entretien, vous trouverez un manuel plus complet en surfant sur www.hybridgeotabs.eu.

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