Performances des BAP

Sommaire

Contexte et enjeux

Pourtant encouragés et prescrits par la Réglementation Thermique depuis 2010 dans les DOM, l’usage des Brasseurs d’Air Plafonniers (BAP) reste peu développé dans les bâtiments d’Outre-mer, avec, par exemple, un taux d’équipement résidentiel inférieur à 20 % en Guadeloupe.

Le brasseur d’air est supplanté par la climatisation, notamment aux Antilles, avec des taux d’équipement dans le secteur résidentiel estimés en 2020 à environ 70 % pour les chambres des logements.

Ces taux de pénétration sont également très élevés en Guyane et à la Réunion.

En France hexagonale, notamment en zone méditerranéenne mais pas uniquement, la problématique est la même : le taux de pénétration des brasseurs d’air est faible tandis que la climatisation se développe très rapidement dans le secteur résidentiel après une forte pénétration dans le secteur tertiaire. Les brasseurs d’air y demeurent une technologie très peu développée alors qu’elle est encore plus pertinente que dans les DOM car elle permet le remplacement total de la climatisation toujours en complément d’une approche bioclimatique. Une avancée notable en France métropolitaine est le fait que la réglementation environnementale (RE2020) pour les bâtiments neufs prend en compte les brasseurs d’air. Ce développement rapide de la climatisation est largement dû au taux de pénétration en très forte croissance des pompes à chaleur (PAC) pour le chauffage qui permettent de climatiser les espaces en mode réversible. Il est également dû au développement des VMC double flux qui se développent rapidement avec les évolutions règlementaires et permettent de souffler le chaud ou le froid par le réseau de gaines, grâce à une PAC.

Pourtant, le brasseur d’air apporte du confort à moindre coût environnemental et économique, en climat tropical et équatorial, ainsi qu’en saison chaude pour les climats tempérés.

Depuis 2020, l’installation des Brasseurs d’Air Plafonniers est fortement aidée en Outre-Mer par les primes mises en œuvre par EDF et les partenaires des Comités MDE (ADEME, État, Collectivités Régionales). La raison essentielle est leur efficacité énergétique très élevée : nous comparons ici les valeurs de leurs coefficients d’efficacité énergétiques (les EER) avec les climatiseurs.

Brasseurs versus climatisation : le match

Les performances d’une ventilation adaptée par brasseurs d’air se révèlent être très élevées comparées à la climatisation. La consommation d’énergie est bien moindre, point non négligeable dans des régions insulaires et équatoriales où la production électrique est encore largement dominée par les énergies fossiles. Cette électricité pour la climatisation représente un usage et une dépense énergétique dominants et en croissance, aussi bien dans les secteurs résidentiels que tertiaires.

Si le brasseur ne rafraîchit pas stricto sensu en termes d’abaissement de la température mesurée, il procure une amélioration du confort thermique par l’impact physiologique du mouvement de l’air sur les occupants (voir partie 5). Cette vitesse d’air favorise les échanges thermiques superficiels sur la peau : refroidissement par différence de température et surtout par augmentation de l’évaporation de la sueur qui absorbe de la chaleur et génère donc un rafraichissement ressenti de plusieurs degrés, comme l’ont démontré les travaux des scientifiques référents sur la théorisation du confort, B. Givoni et P.O. Fanger.

Efficacités énergétiques comparées : comment le brasseur d’air devance la clim !

C’est un fait scientifiquement incontestable : mettre une masse d’air en mouvement (brasseur d’air) demande beaucoup moins d’énergie que de la rafraîchir (climatisation).

L’Energy Effciency Ratio (EER) ou rapport d’efficacité énergétique caractérise la performance d’une installation de rafraîchissement. C’est le rapport entre la chaleur soustraite à la pièce et l’énergie électrique absorbée par le compresseur du climatiseur pour faire fonctionner ce cycle thermodynamique. Il dépend des conditions intérieures et extérieures qui sont normalisées par les organismes de certification.

Sur les climatiseurs de dernière génération, de classe A+++, l’étiquette énergie européenne mentionne également un SEER (ou EER saisonnier) qui indique donc le rendement énergétique moyen d’une installation sur l’ensemble d’une saison standardisée. Les machines frigorifiques fournissent , même pour les plus performantes (classe A+++), rarement plus de 4 kWh maximum d’énergie frigorifique utile à partir d’un 1 kWh d’énergie électrique absorbée.

Ce SEER nominal reste une valeur théorique et les campagnes de suivi d’installations montrent qu’il faudrait, si on veut caractériser le service énergétique rendu par unité d’énergie absorbée, prendre aussi en considération dans un « SEER réel » :

• non seulement l’énergie absorbée par le compresseur mais aussi par les autres organes consommant de l’électricité : ventilateurs, régulation, etc. ;
• la baisse d’efficacité liée à l’encrassement du compresseur, des filtres et d’autres composants qui peuvent significativement impacter l’énergie frigorifique produite ;
• les pertes énergétiques liées aux imperfections de réalisation (calorifuge, etc.) ;
• les baisses d’efficacité énergétique liées à des températures de consigne dans les locaux à rafraichir qui sont plus basses que les valeurs utilisées pour les mesures standard et qui peuvent également engendrer des dysfonctionnements liés aux phénomènes de condensation, en même temps que des désordres sur les parois des locaux.

Nous avons évalué que ces SEER globaux peuvent varier, pour des installations récentes de bonne qualité de valeurs allant de 3,0 pour des climatiseurs A+, à 3,5 pour les climatiseurs A++ et à 4,5 pour les climatiseurs A+++ .

Les données disponibles montrent que des consommations type pour ces climatiseurs conduisent, aux Antilles, à des consommations électriques correspondantes annuelles allant de 47 kWh/(m²-an) pour les A+++, à 60 kWh/(m²-an) pour les A++ et à 70 kWh/(m²-an) pour les A+, dans diverses typologies climatisées des secteurs résidentiels (chambres des logements) et tertiaires (bureaux) pour des durées de fonctionnement de 7 h par jour dans des espaces correctement protégés de l’ensoleillement et à apports de chaleur internes relativement modérés.

Dans une chambre, pour une surface type de 12 m² à rafraîchir, un brasseur d’air performant soigneusement sélectionné, correctement dimensionné (1,50 m de diamètre) et mis en Å“uvre, peut rendre un service énergétique équivalent en abaissant jusqu’à 4° C la température ressentie par l’occupant avec une consommation maximale correspondante de :

• 10 kWh/(m2.an) pour un brasseur d’air à courant alternatif (puissance absorbée de 50 W) ;
• 4 kWh/(m2.an) pour un brasseur d’air à courant continu (puissance absorbée de 20 W) ;

Les valeurs des SEER globaux comparatifs sont alors données par le tableau suivant qui montrent que les brasseurs (respectivement à courant alternatif (AC) et continu (CC)) sont entre 7 et 16 fois plus efficaces que les climatiseurs de classe A+.

Avantages des motorisations à courant continu

Les nouvelles générations de brasseurs d’air plafonniers utilisent des moteurs à courant continu.

Leurs avantages sont de 3 ordres :

• ils ont des efficacités énergétiques élevées, environ 3 fois meilleures que les motorisations à courant alternatif (moteurs asynchrones) pour des impacts comparables ;
• leur fiabilité et durée de vie est importante : contrairement aux moteurs à courant alternatif, ils n’ont pas de condensateur de démarrage, qui peut être source de panne ;
• les commandes de variation de vitesse sont facilitées par des dispositifs électroniques de variation de tension.

Ces motorisations à courant continu (moteur DC) sont amenées à se généraliser pour l’application des Brasseurs d’Air Plafonniers, avec des commandes généralement à 6 vitesses pour les appareils domestiques.

	Motorisation AC (moteur asynchrone)	Motorisation DC (courant continu)
Puissances absorbées	20 à 80 W	10 à 40 W
Efficacité énergétique à basse vitesse	< 500 m3/Wh	> 1000 m3/Wh
Fiabilité et durée de vie	Condensateur fragile si variation de tension	Pas de condensateur        meilleure fiabilité constatée malgré la présence d’électronique plus importante
Variation de vitesse	Variateur électronique 3 vitesses	Moteur à vitesse variable 6 vitesses
Nuisances sonores	Quasi inexistantes	Quasi inexistantes
Marques de référence (non exhaustif)	Hunter	Fanelite

Exigences de performances

Afin de garantir les performances globales des brasseurs d’air plafonniers (BAP) et la durabilité de celles-ci, leur sélection devrait satisfaire simultanément les exigences courantes pour les petits modèles (diamètre inférieur à 1,80 m) :

• Diamètre de 132 cm minimum ;
• 3 vitesses de fonctionnement minimum (les BAP à DC en ont généralement 5 ou 6) ;
• Puissance maximale des moteurs ≤ 70 W pour les modèles BAP à AC et ≤ 30 W pour les modèles à DC (il faudra privilégier, bien sûr, les moteurs DC) pour les modèles de diamètre ≤ 180 cm. Pour les diamètres supérieurs, seul le critère d’efficacité en Wh/m³ devra être respecté ;
• Puissance appelée à l’arrêt < 0,2 W ;
• Calepinage soigné (voir partie 7 et 9) des BAP tenant compte de contraintes diverses dont nous rappelons ici quelques points essentiels :
  • implantation à une distance du plafond (hauteur libre) correspondant aux recommandations du fabricant. Cette hauteur libre doit permettre aux pales de bénéficier d’un espace permettant une aspiration efficace de l’air au-dessus du plan de rotation, c’est à dire un écoulement avec de faibles pertes de charge et sans turbulences et donc un soufflage descendant important. Cette hauteur libre est généralement de 30 cm pour les BAP de faible ou moyen diamètre (moins de 1,60 m) et elle est plus importante pour les modèles de grands et, a fortiori, de très grands diamètres. Certains modèles de brasseur d’air permettent un fonctionnement satisfaisant avec une hauteur libre de 20 cm. Ils sont alors particulièrement bien adaptés au espaces de 2,50 m de hauteur sous plafond ;
  • les BAP sont implantés verticalement à une hauteur telle qu’ils ne présentent pas de risque pour les occupants, ce qui correspond en général à un plan de rotation à plus de 2,30 m du sol fini ;
  • dans les locaux à très grande hauteur sous plafond mais de dimensions modestes, notamment dans le secteur résidentiel (par exemple double hauteur ou hauteur sous rampant d’une mezzanine), on aura soin d’adapter les tiges de support des brasseurs d’air pour éviter que le plan de rotation soit à plus de 3,0 m du niveau du sol, dans la mesure ou le diamètre des BAP sera de dimension modeste ;
• « Surface de confort » (qui représente la surface pour laquelle le BAP garantit une vitesse d’air sur l’occupant de plus 0,5m/seconde) minimale de 2,27 x (D/132)^2 m². D étant le diamètre du brasseur d’air (surface directement balayée par celui-ci) ;
• Puissance acoustique de 45 dB(A) maximum pour la vitesse maximale et puissance acoustique de 35 dB(A) maximum pour la vitesse la plus faible. ;
• Efficacite du BAP : >500 m³/Wh à vitesse minimale et >140 m_³/Wh à vitesse maximale. Les BAP à courant continu auront des efficacités bien plus élevées ;
• Éclairage: compatible LEDs avec température de couleur < 5400 K ou pas d’éclairage ;
• Fixation : rotule (+tube) de fixation obligatoire entre le support plafond et le groupe moteur/pâles ;
• Système de sécurité (installation en zone sismique 5) : 3^e point de fixation dissocié (harnais de sécurité) ;
• Garantie de 10 ans sur le moteur (certains modèles sont garantis à vie).