Rooftop gaz à rafraîchissement adiabatique

Un rooftop adiabatique est une unité de chauffage et de rafraîchissement d’air, composée d’une rampe de brûleurs gaz (chauffage) chez Australair ou d’une ou plusieurs chaudières à condensation (pouvant atteindre la puissance totale de 252kW) pour ETT. Un media humidifié assure la fonction de rafraichissement. Il est généralement installé en toiture d'un local et souffle directement l'air à la bonne température dans le bâtiment.

Le rooftop adiabatique dispose de plusieurs vitesses de soufflage d’air afin de moduler sa puissance en fonction des besoins. Les débits d’air des gammes proposées sur le marché français vont de 8500 à 55000 m3/h.

Le rendement sur PCI de la batterie gaz d’Australair atteint 92 %.

On dépasse les 100% avec la gamme condensation d’ETT.

Chez Australair, le chauffage de l’air (90% d’air recyclé et 10% d’air neuf) est assuré par une rampe gaz avec un rendement de 92% PCI. Deux puissances chaud sont disponibles (35 et 50 kW) pour un débit de 10000m³/h.

Chez ETT, le module peut accueillir de 1 à 4 chaudières condensation de 63kW chacune. Les puissances chaud disponibles sont donc de 63, 126, 189 et 252 kW.

• En été, l’air chaud extérieur traverse un média en permanence humidifié ; l’air entrant dans le rooftop est alors refroidi par le phénomène d’évaporation. L’air rafraîchi et humidifié est soufflé dans l’espace d’exposition. Il met le bâtiment en légère surpression, évacuant ainsi l’air chaud vers l’extérieur.
   
• L’appareil fonctionne principalement avec de l’air neuf, et le taux d’humidité de la pièce est maintenu inférieur à 70 %. La part d’eau non évaporée au contact de l’air neuf à travers le media est récupérée dans un réservoir qui est vidangé régulièrement.
   
• En mode rafraîchissement, la puissance disponible fluctue en fonction des conditions extérieures (température et hygrométrie). Le delta de température entre l’air extérieur et l’ambiance dans le local atteint aisément 6°C à 7°C dans des conditions « courantes » d’hygrométrie et de température (conditions de référence des zones de la RT2012), et des écarts de température de 12°C ont même été mesurés dans certains cas. Les bonnes pratiques édictées par les pouvoirs publics en matière de confort hygrothermique d’été préconisent un delta de température maximum de 5°C avec l’air extérieur. Ainsi, bien qu’on ne puisse garantir à tout moment l’atteinte d’une consigne de température avec le rafraichissement adiabatique, le même niveau de confort qu’avec une climatisation classique (cycle thermodynamique) est atteint l’essentiel du temps.
   
• L’énergie consommée en mode rafraîchissement est fortement réduite par rapport à une climatisation réversible « classique ». En effet, il n’y a pas de compresseur à alimenter en électricité, mais simplement un ventilateur (comme dans le cas d’une climatisation classique) et une pompe à eau. Ainsi, la puissance électrique souscrite, la consommation d’électricité et par conséquent la facture, se trouvent fortement réduites.
   
• Rafraîchissement adiabatique des locaux de grand volume :
  • Puissance froid de 35kW chez Australair (modèle REV®)
  • Puissance froid de 31 à 198 kW chez ETT

Le dimensionnement en mode chauffage est celui d’un équipement de soufflage à air chaud classique : en fonction des déperditions du bâtiment et du taux de brassage nécessaire pour éviter une stratification trop importante, on détermine le nombre de rooftops nécessaires et leur emplacement.

Le rooftop adiabatique doit être dimensionné de façon à ce que la rampe gaz couvre 100 % du besoin de chauffage.

• Dans un premier temps, il faut estimer la puissance requise pour chauffer le bâtiment. En première approche, considérer 20 W/m3 pour un bâtiment RT2005, puis moduler ce ratio en fonction des secteurs et en fonction des apports internes. Un calcul des déperditions du bâtiment permettra un dimensionnement plus fin.
• Pour un dimensionnement précis, il conviendra pour chaque bâtiment de prendre en compte le taux de brassage nécessaire au confort et à la performance (déstratification).

Pour un rafraichissement adiabatique efficace, on évalue en première approche qu’un renouvellement d’air de 8 à 20 volumes par heure est nécessaire, suivant le type de bâtiment et les apports internes (plutôt 8 à 10 dans le tertiaire, jusqu’à 20 dans certaines industries comme une fonderie par exemple). Ainsi, une fois qu’on a déterminé le nombre de rooftops nécessaires en mode chauffage, on évalue leur capacité à rafraichir, c'est-à-dire le taux de renouvellement d’air horaire qu’ils permettent d’atteindre. Dans le cas où ce taux est insuffisant au regard des préconisations précédentes, des unités autonomes de rafraichissement adiabatique sont installées en complément. Ces unités présentent les mêmes caractéristiques de rafraichissement que le rooftop (même principe, mêmes débits d’air, même régulation).

Les rooftops adiabatiques sont conçus pour être installés sur des supports spécialement étudiés à cette fin en toiture.

La mise en place de l’équipement présente peu de particularités par rapport à un rooftop classique et reste par conséquent simple et accessible sans formation particulière à tout professionnel compétent dans le domaine des solutions de chauffage des locaux de grand volume. A noter qu’en terme de poids, le rooftop adiabatique ne pose généralement aucun problème d’implantation en toiture, étant plus léger (450 kg environ) que ses d’autres équipements habituellement installés en toiture (PAC électrique, par exemple, qui est composé  d’un compresseur, d’échangeurs, etc…). 

Un simple raccordement au réseau d’eau de ville est à prévoir. Etant donnés les volumes d’eau réduits utilisés, il n’y a pas d’installation particulière à prévoir pour l’évacuation de l’eau lors des vidanges du réservoir.

Une reprise d’air dans le local est à prévoir pour permettre le recyclage en mode chauffage, comme c’est généralement le cas pour tout rooftop. En terme de diffusion d’air, là encore tous les types de solutions sont possibles selon le souhait du client, depuis l’émission en direct dans le local via des diffuseurs d’air et/ou par l’intermédiaire d’un réseau de gaines, métalliques ou textiles.

L’implantation du rooftop adiabatique ne présente pas de particularité par rapport à un rooftop classique. L’installation doit notamment respecter le règlement de sécurité contre l’incendie dans le cas des établissements recevant du public (ERP), notamment l’article CH40 relatif aux rooftops.

Les  actions de maintenance sont simples : deux visites par an doivent être réalisées (en début de saison de chauffe et de rafraichissement) par du personnel qualifié. L'appareil doit toujours être isolé en eau, en gaz et en électricité avant de réaliser une opération d'entretien ou de dépannage. 

• Entretien de l'ensemble bruleur
• Entretien de l’électrode d'allumage et de l’électrode de contrôle de flamme (ionisation)
• Entretien de l’échangeur

Entretien de l'ensemble évaporatif :

• Nettoyage des médias au jet d’eau (sans pression) des deux côtés afin d’enlever les poussières, le sel, les pollens, etc... Utilisation d’un tuyau branché sur la vanne de service.
• Vérification et nettoyage du réservoir d’eau (la vanne de vidange doit être en position haute). Pour cela, utilisation d’une brosse à poils dures, non métallique et brossage. Vérification et nettoyage (si nécessaire) de tous les éléments tels que pompe de relevage, vanne de vidange, vanne flotteur et sonde de salinité.
• Pour toutes ces opérations, veiller à ne pas projeter de l’eau dans le ventilateur et dans le canal de reprise d’air. 

• Pour 1 REV ® (modèle Australair) : 700 €/an.
• Pour 2 REV ® : 1200 €/an.
• Pour 3 REV ® : 1500 €/an.

Si Australair est l’unique fabricant du rooftop adiabatique en France (modèle REV ®), il existe plusieurs distributeurs.

Les tarifs varient donc en fonction de ceux-ci.

A titre indicatif, le prix catalogue se situe entre 10 et 15 k€ suivant le distributeur.

Ci-dessous quelques exemples de prix donnés par le fournisseur ETT. Ces prix sont net installateur, HTVA, hors négo et hors contrat cadre GMS. Prix de 2024.

Le rendement en mode rafraîchissement est très performant : un SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) de 30 a été mesuré sur l’instrumentation de Chenove. D’un point de vue performance et confort, le rooftop adiabatique est une alternative pertinente à la climatisation électrique. Mais qu’en est-il précisément de la rentabilité du système ?

Le bureau d’études Projex (59), a simulé la rentabilité d’un tel système sur un magasin de type Leroy Merlin d’une surface de 12 000 m² (soit un volume de 72 000 m3). L’étude a ainsi permis de comparer les coûts d’investissement et d’exploitation de 6 rooftops électriques thermodynamiques classiques à ceux de 12 rooftops adiabatiques et de 12 unités de rafraichissement adiabatique autonomes.

Les hypothèses suivantes ont été prises pour la simulation thermique dynamique (STD) :

• Un fonctionnement quasi-continu du mode climatisation des rooftops, de par les apports externes et internes du magasin.
• Une consommation d’eau moyenne journalière des rooftops basée sur les observations de la concession BMW de Chenove, soit 60 litres/jour/machine. Cette consommation a été appliquée pour tous les jours de l’année.
• Un prix de l’énergie gaz de 40 €/MWh hors TVA et de 107 €/MWh pour l’électricité (octobre 2016).
• Un prix de l’eau de 5 €/m3 TTC (octobre 2016).

Les résultats de cette STD montrent une consommation électrique divisée par 10 pour la climatisation en faveur des rooftops adiabatiques et une consommation globale diminuée de 15% en prenant tout en compte : éclairage, ventilation, chauffage et climatisation.

Côté coûts, le graphique suivant montre que l’investissement des rooftops électriques est 49 k€ moins élevé que celui des rooftops adiabatiques alors que ces derniers présentent un gain de 18 k€/an sur l’exploitation.

Un tel écart conduit à un temps de retour sur investissement (TRI) compris entre 3 et 4 ans, en prenant pour hypothèse une évolution de 3% par an du prix des énergies (électricité et du gaz naturel).

L’étude a également été transposée aux zones H2 et H3. Le constat demeure similaire. Le TRI se situe entre 3 et 4 ans, et ce même si les consommations de climatisation augmentent d’autant plus que l’on se dirige vers le sud de la France.

• Australair (modèle REV)
• ETT