Analyse de la pertinence de ces indices pour la suite de l’étude

L’objectif de ce travail de développement d’indices de performances saisonnières était de permettre une comparaison des appareils mis en vente en Europe. Dans le cadre de cette thèse, il est nécessaire de vérifier que les résultats obtenus permettent d’approcher la consommation d’électricité des climatiseurs directement à partir des besoins de refroidissement et de chauffage de nos bâtiments de référence (chapitre 3). Dans un premier temps, nous comparerons les consommations d’énergie obtenues à l’aide d’un modèle de climatiseur, à celles directement calculées en divisant les besoins de ces pièces par les indices de performances saisonnières (SEER et SCOP) estimés sur la base de notre travail. Nous vérifierons ensuite qu’il est acceptable de tenir compte uniquement des besoins de refroidissement sensibles.

Confrontation entre modélisation d’un climatiseur et utilisation des indices de performances Les simulations présentées au chapitre 3 permettent d’obtenir les besoins de refroidissement et de chauffage, heure par heure et sur une année, pour les pièces et les climats de référence. A l’aide du modèle de climatiseur réversible présenté en Annexe 3, la consommation d’électricité annuelle pour le chauffage et le refroidissement est évaluée pour deux types de pièces (bureaux et appartements). Les consommations directement obtenues à partir des simulations sont ensuite comparées à celles obtenues avec les indices de performances saisonnières.

Afin de calculer les consommations d’électricité à partir du modèle de climatiseur (Annexe 3), il est nécessaire de se reposer sur une hypothèse de dimensionnement. Le dimensionnement des installations de climatisation dépend de la pièce à climatiser (climat, apports de chaleur…) mais aussi des pratiques d’installation qui tendent généralement à sur-dimensionner les appareils, et ce, pour trois raisons principales :

- l’utilisateur recherche une solution assurant un confort total même en cas d’événement extrême (canicule),

- l’installateur à intérêt à vendre une puissance importante pour augmenter son bénéfice,

- les climatiseurs individuels sont fabriqués en série et seules quelques puissances sont disponibles (effets de gamme).

Pour estimer la puissance frigorifique installée, nous n’avons pas considéré les périodes de relance pour les bureaux (première heure le lundi matin – voir chapitre 3) qui donnaient un surdimensionnement extrêmement élevé pendant les heures restantes (de l’ordre de 100 %).

L’hypothèse d’évolution de la puissance frigorifique en fonction de la température (Annexe 3) permet alors d’évaluer la puissance frigorifique nominale (35 °C) nécessaire pour un dimensionnement parfait de l’installation (Tableau 4.10).

Tableau 4.10. Puissances de dimensionnement retenues en mode refroidissement [W/m²]

Résidence Bureaux

Trappes 130 140

Nice 140 155

La connaissance des puissances de dimensionnement permet de calculer la surface couverte par l’appareil. Les consommations directement obtenues à partir des simulations sont ensuite comparées aux consommations calculées en divisant les besoins de refroidissement par les indices de performances saisonnières (SEER et SCOP). Le Tableau 4.11 présente les écarts observés. Ceux-ci sont ici très faibles malgré les différences qui existent entre l’exercice de définition du SEER et celui d’évaluation des consommations à partir du modèle simplifié (pièces de référence, climats de référence…).

Tableau 4.11. Comparaison entre l’électricité consommée par l’appareil calculée à partir de l’indice SEER et celle calculée à partir des simulations (dimensionnement parfait)

Electricité consommée [kWh]

Bâtiment Climats Besoins de refroidissement

Etant donne l’incertitude qui pèse sur les pratiques de dimensionnement, nous effectuons les calculs précédents en supposant que l’appareil est surdimensionné de 30 % (Tableau 4.12). Avec le modèle de climatiseur utilisé ici, le surdimensionnement de 30 % implique une détérioration de l’efficacité saisonnière de l’ordre de 5 % (cependant, notre indice SEER reste lui inchangé). Le Tableau 4.12 présente la différence entre la consommation électrique du climatiseur obtenue à partir de l’indice SEER et celle calculée à partir des simulations. Selon les climats et les bâtiments, la différence se situe entre 2,2 % et 8,4 %, ce qui reste tout à fait acceptable au regard des incertitudes qui pèsent sur la simulation des bâtiments¹⁰⁹.

Tableau 4.12. Comparaison entre l’électricité consommée par l’appareil calculée à partir de l’indice SEER et celle calculée à partir des simulations (surdimensionnement de 30 %)

Electricité consommée [kWh]

Bâtiment Climats Besoins de refroidissement

Un travail similaire a été réalisé en mode chauffage en supposant que l’appareil permettait, sans appoint, de pourvoir à tous les besoins. Selon les climats et les bâtiments, la différence entre la consommation électrique du climatiseur calculée à partir de l’indice SCOP, et celle obtenue à partir des simulations, se situe entre - 6 % et 8 %, ce qui reste acceptable au regard des incertitudes qui pèsent sur la simulation des bâtiments.

109 Comportement des usagers, variance des modèles, différences très importantes entre les bâtiments du parc…

L’utilisation des indices de performances saisonnières permet donc d’approcher convenablement la consommation d’électricité des climatiseurs directement à partir des besoins de refroidissement et de chauffage des pièces de référence définies au chapitre 3.

Est-il acceptable de ne pas tenir compte des besoins latents ?

Nous discutons ici du bien-fondé de l’approche consistant à calculer la consommation des climatiseurs à partir des besoins de refroidissement sensibles, sans tenir compte des charges latentes.

Lors de l’étude EERAC (Adnot et al., 1999), le calcul des besoins sensibles a été complété par le calcul de la puissance de déshumidification nécessaire pour maintenir l’humidité relative intérieure inférieure à 60 % en été. Les calculs, réalisés pour différents climats européens et bâtiments types, ont montré que la différence d’enthalpie était négligeable au regard des charges sensibles : au plus 10 % pour les climats chauds et humides européens, environ 5 % pour le climat de Madrid et quasiment nul pour Paris.

Cependant, même pour des humidités relatives inférieures à 60 %, lorsqu’un climatiseur refroidit l’air d’une pièce, la température de surface de l’échangeur intérieur peut être inférieure à la température de rosée de l’air intérieur. Dès lors, le climatiseur extrait de la chaleur latente¹¹⁰ en plus de la chaleur sensible¹¹¹.

Dans les conditions normatives (Tableau 4.1), qui correspondent à une humidité relative intérieure de l’ordre de 50 %, le ratio entre la puissance sensible extraite et la puissance totale est d’environ 75 %.

Comme le montre la Figure 4.11 (modèle de climatiseur retenu par Rivière et al. (2009)), ce ratio varie en fonction des conditions de température sèche et d’humidité intérieure. Dans notre cas, la consigne de température opérative est de 26 °C, ce qui correspond généralement à une température de l’air de l’ordre de 24 °C – 25 °C. Ainsi, pour une humidité relative de 50 %, le climatiseur extrait environ 10 - 15 % de la chaleur totale sous forme latente.

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

15 20 25 30 35 40

Température extérieure [°C]

Ratio puissance sensible/puissance totale

Temp intérieure : 21 °C Temp intérieure : 24 °C Temp intérieure : 27 °C Temp intérieure : 30 °C

Figure 4.11. Ratio entre la puissance sensible et la puissance totale pour différents jeux de températures intérieures et extérieures

Cependant, la part de puissance latente est fortement réduite lorsque le climatiseur fonctionne à charge partielle (l’essentiel de la saison). Ceci s’explique notamment par :

- le fonctionnement du ventilateur de l’unité intérieure pendant les phase d’arrêt pour les appareils contrôlés en mode tout-ou-rien (Henderson et al., 2007),

- l’augmentation de la température d’évaporation pour les climatiseurs fonctionnant à vitesse variable (Rivière et al., 2009).

Selon ces sources et pour les deux types de contrôle, la charge latente extraite peut être estimée à quelques pourcents de la charge totale de refroidissement dans nos climats tempérés. Nous avons alors considéré que les charges latentes pouvaient être négligées.

110 De la vapeur d’eau se condense sur la batterie en cédant ses calories à l’échangeur intérieur.

111 Différence de température entre l’air repris par l’unité intérieure et l’air soufflé.