Refroidissement au sol et condensation

Le refroidissement au sol fait circuler de l’eau fraîche dans les mêmes tuyaux que ceux qui chauffent la maison en hiver. Le plancher absorbe la chaleur de la pièce, sans bruit ni équipement dans les pièces. La limite est la condensation. Vous l’avez déjà vue : par une journée d’été, un verre d’eau froide se couvre d’humidité, car l’air au contact du verre refroidit jusqu’à ne plus pouvoir retenir toute sa vapeur d’eau. Un sol assez froid ferait la même chose et deviendrait humide. La température seuil dépend de l’air de la pièce et s’appelle le point de rosée.

Fonctionnement du refroidissement au sol

Une pompe à chaleur réversible, qui peut fonctionner en sens inverse pour extraire la chaleur de la maison, refroidit l’eau des circuits du sol. La surface froide absorbe la chaleur de la pièce par rayonnement et par contact avec l’air. Sa grande surface permet d’utiliser une eau qui n’est pas très froide. C’est pourquoi le refroidissement au sol atteint un meilleur EER que les ventilo-convecteurs. L’EER, ratio d’efficacité énergétique, est la chaleur retirée par unité d’électricité, l’équivalent du COP pour le refroidissement. Un ventilo-convecteur est une petite unité de pièce dotée d’un ventilateur qui souffle l’air sur une batterie froide. Il a besoin d’eau plus froide.

L’assistant propose le refroidissement au sol uniquement avec un chauffage au sol, car il utilise le même circuit, et avec une pompe à chaleur. Une unité air-eau fonctionne en sens inverse. Un système géothermique assure un refroidissement passif : le compresseur reste à l’arrêt et l’eau du sol transmet sa chaleur à la boucle enterrée à travers un échangeur. Deux variantes existent : le refroidissement au sol seul, ou le refroidissement au sol avec une climatisation d’appoint pour les heures où le sol ne peut pas couvrir la demande.

Le refroidissement au sol est doux par nature. L’écart entre la surface du sol et l’air de la pièce est faible, donc il extrait la chaleur plus lentement qu’une climatisation. Le modèle utilise les mêmes longueurs de tuyau et le même débit d’eau maximal en refroidissement qu’en chauffage. La puissance est limitée en plus par la température de l’eau et le point de rosée.

Température de départ

Dans le modèle, l’eau refroidie est fournie à 18 °C. C’est la température de départ, celle de l’eau envoyée par la pompe dans le sol. Ce n’est pas un réglage de l’assistant. EN 14511, la norme d’évaluation des pompes à chaleur et des climatiseurs, et les règles européennes d’écoconception évaluent les machines destinées au refroidissement au sol avec une eau en sortie à 18 °C. Les données d’efficacité utilisées par le modèle correspondent à cette condition. Une eau plus froide fournirait plus de puissance de refroidissement, mais rapprocherait le sol du point de rosée et réduirait le rendement.

Pourquoi le point de rosée compte

Toute surface plus froide que le point de rosée de l’air alentour devient humide. Le point de rosée augmente avec l’humidité, c’est-à-dire la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air. À titre d’exemple, l’approximation de Magnus, une formule standard pour calculer le point de rosée, donne environ 14 °C pour un air à 24 °C et 55 % d’humidité relative (la proportion de vapeur d’eau que l’air peut contenir à cette température). Un sol maintenu au-dessus de cette température reste sec. Par temps humide, le point de rosée monte de plusieurs degrés et la marge de sécurité diminue.

La condensation sur le sol est un problème concret. La surface devient glissante, le bois peut être endommagé et les moisissures peuvent se développer. Les installations réelles la préviennent au moyen d’un capteur ou d’un calcul du point de rosée, qui augmente la température de départ ou ferme le circuit de refroidissement.

Protection contre la condensation dans le modèle

Les circuits du sol utilisent la protection contre la condensation intégrée au modèle de plancher radiant d’EnergyPlus, le logiciel de simulation des bâtiments. Le modèle avance par pas de 15 minutes, ou de 5 minutes avec une pompe à chaleur géothermique. À chaque pas, EnergyPlus compare la température de la surface du sol au point de rosée de l’air de la zone (un étage de la maison), augmenté d’une marge fixe de 1 K, soit un degré. Si la surface risque de descendre sous cette limite, le circuit du sol est arrêté pour ce pas. Nous appelons cela la protection contre le point de rosée. La marge est fixe et ne peut pas être réglée dans l’assistant.

Le point de rosée est calculé à partir de l’humidité intérieure de chaque zone par EnergyPlus. Cette humidité dépend de l’air extérieur qui entre par la ventilation et l’infiltration (l’air qui fuit par les interstices du bâtiment), ainsi que du nombre de personnes dans la maison.

Quand la protection arrête le sol, la pièce se réchauffe jusqu’à ce que la température de surface ou le point de rosée change et que le circuit puisse redémarrer. Si une climatisation sert d’appoint, elle prend la charge entre-temps. Avec le seul refroidissement au sol, la température intérieure peut dépasser la consigne de refroidissement, soit la température maximale que vous demandez. Les résultats déclenchent une alerte de surchauffe si le pic intérieur dépasse 28 °C et suggèrent un ombrage ou une climatisation d’appoint.

Limites du modèle

Le modèle arrête le plancher. Beaucoup de régulateurs réels augmentent plutôt la température de départ ou ferment une vanne. Ces comportements donnent des résultats différents de confort et de rendement lors des journées humides.
La cuisson, les douches et le séchage du linge ne sont pas représentés comme sources d’humidité. Aucun déshumidificateur n’est modélisé dans les pièces à vivre. Une piscine intérieure constitue une zone à part avec sa propre régulation de l’humidité.
La marge de 1 K et la température de départ de 18 °C sont fixes.
Les résultats n’indiquent pas pendant combien d’heures la protection est active.
Une simulation thermique ne prouve pas qu’une installation de refroidissement au sol est à l’abri de la condensation. L’installateur doit prévoir un capteur de point de rosée ou une protection équivalente. Cette décision lui revient.