Ventilateurs de plafond : 4 saisons pour économiser l’énergie ?

Nous sommes en Allemagne en avril 2024. Le coût du kWh électrique dépasse les 45 centimes d’euros pour un particulier.

En France, le kWh est facturé à environ 25 centimes, contre 15 il y a dix ans.

Les perspectives prolongent cette tendance, avec une hausse récente et brutale du coût de l’électricité.

Les économies d’énergie, et plus particulièrement d’électricité, deviennent donc une vraie préoccupation, tant dans l’habitat que dans le tertiaire.

Dans ce contexte, en quoi les brasseurs d’air peuvent-ils changer la donne de manière significative, avec des impacts réels sur la consommation mesurée au compteur ?

Saison estivale : en quoi l’association des brasseurs d’air avec la climatisation peut-elle faire baisser la facture ?

L’idéal est bien entendu de se dispenser de la climatisation. Mais quand la climatisation présente une utilité, les brasseurs d’air vont jouer un rôle extrêmement bénéfique dans le cadre du rafraîchissement hybride.

Rappelons d’abord que les brasseurs d’air amènent un gain de température ressentie qui va dépendre de la vitesse d’air, comme le montre le tableau ci-dessous.

Figure 1 : Données pour des conditions moyennes d’humidité et d’habillement, valeurs extraites du Guide de Ventilation Woods

Dans une configuration courante avec des brasseurs d’air (vitesse d’air = 0,7 m/s), le gain de température ressentie est de 2°C

Or, ce gain de 2°C (par exemple en portant la consigne de 26 à 28°C) débouche sur des économies d’énergie comprises entre 14 et 20%, comme le montré une étude publiée dans la revue australienne des architectes (voir chap. 5.1 en p.8).

Venant appuyer ces données, une étude d’octobre 2023 de l’Université de Californie à Berkeley menée à Singapour sur 10 locaux de bureaux et d’enseignement montre une réduction de consommation de 27% en passant la consigne de climatisation de 24°C à 26,5°C, soit 10,8% par degré.

De son côté, l’Association Française Professionnelle des Ventilateurs de Plafond (AFPVP) a montré dans un article[i] l’impact du rafraîchissement hybride (couplage brasseurs d’air et climatisation) sur la consommation des Tours de la Défense. A l’échelle du quartier, la consommation annuelle de climatisation passerait de 93 M€ à 72M€ (pour 105 GWh d’économies). Quant au temps de retour sur investissement, il est estimé à moins de 8 ans.

Comment simuler simplement les économies de climatisation ?

Le site du CBE (Center For the Built Environment) de l’Université de Berkeley en Californie présente en ligne un outil qui vise à mesurer l’impact de la modification des consignes de climatisation sur les systèmes VRV (Volume Réfrigérant Variable).

L’outil disponible ici permet de paramétrer les consignes de chauffage et de refroidissement.

Figure 2 : vue du calculateur du point de consigne du CBE, sous navigateur Chrome

Il apparaît donc qu’en haussant la consigne de refroidissement de 2°C, les économies se montent à 22,3%. A noter que le ventilateur mentionné en-dessous du graphique correspond aux auxiliaires de la climatisation.

Cette simulation n’intègre pas la consommation liée aux brasseurs d’air.

Pour faire des simulations sur d’autres villes de France, il est possible d’utiliser un comparateur météo.

L’exemple présenté ici montre qu’un gain compris entre 7 et 10% par hausse d’un degré de climatisation apparaît tout à fait cohérent dans la mesure où :

• une vitesse d’air à 0,7 m/s permet de gagner 2°C de consigne de climatisation,
• la consommation des brasseurs d’air représente une part faible des consommations de climatisation.

Quel est l’impact de la « climatisation évitée » ?

Le concept de « climatisation évitée » devient de plus en plus porteur dans les zones tropicales, et il s’étend désormais aux zones tempérées.

Il s’agit de faire face à l’un des grands défis de notre temps : éviter l’expansion de la climatisation.

Une étude de l’ADEME réalisée en 2020[ii] fait un état de la situation : 25% des particuliers de France métropolitaine sont équipés de climatiseurs en 2020 contre 14% en 2016/2017. Le développement du parc est donc rapide, et des solutions doivent être mises en œuvre pour éviter un accroissement excessif des consommations énergétiques correspondantes.

Figure 3 : un mur de climatiseurs à Singapour. Stop ou encore ?

Figure 4 : Estimation de la consommation de climatisation d’un logement standard

Naturellement, ces valeurs sont variables selon les régions et les climats correspondants, mais elles donnent un ordre d’idée intéressant : un peu plus de 1000 kWh sont consommés par logement équipé de climatisation.

Pour mémoire, la consommation d’électricité en France en 2023 se chiffre à 445,4 TWh (pour mémoire, un TWh = un milliard de kWh).

Avec 31 millions de résidences principales en France, et un taux d’équipement à 25%, on peut à partir de là estimer la consommation de climatisation estivale à 8,3 TWh.

Ce chiffre, quoique supérieur, apparaît cohérent avec l’estimation que l’ADEME a publié en 2020, qui considère que la consommation résidentielle approche les 4,9 TWhⁱ.

Cependant, ces données ne concernent que les logements ! Dans le tertiaire, la climatisation est estimée en 2020 à 10,6 TWh, dont les ¾ provenant des bureaux et commerces.

Les économies envisageables dans l’enseignement et les bureaux dans le cadre de l’évitement de la climatisation apparaissent dans le rapport Ventilation naturelle pour le confort thermique d’été dans des bâtiments de bureaux « performants ».[vi]

Dans ce dossier, les gains se situent entre 5 kWh/m²/an (Alpes-Auvergne) et 35 kWh/m²/an (Méditerranée).

Rappelons une nouvelle fois que, pour qu’elle soit pleinement satisfaisante, une suppression totale de la climatisation impose un ensemble d’actions sur le bâti et les comportements :

• protection solaires,
• fermetures manuelles ou automatiques des ouvrants,
• ventilation nocturne,
• isolation des toitures,
• végétalisation,
• couleur des menuiseries et des parois…

Dans une période où les enjeux énergétiques sont considérables, il va de soi que l’intérêt collectif consiste à freiner l’expansion de la climatisation. Toute solution allant dans ce sens est donc bonne à prendre.

Mi-saison : retarder le démarrage de la climatisation, anticiper son arrêt ?

En mi-saison, dans les locaux non climatisés, la présence de brasseurs d’air permet d’éviter l’équipement en climatisation.

Quant aux locaux déjà climatisés, les brasseurs d’air permettent de démarrer plus tardivement la climatisation, et d’arrêter précocement la climatisation en période chaude.

Dans l’hexagone, on observe que les chaleurs précoces arrivent généralement en mai, et que l’été se prolonge fréquemment en octobre.

L’évaluation précise de la durée de la période de climatisation est bien entendu liée à la conception du bâtiment d’une part, et au comportement des usagers d’autre part.

Une modélisation en simulation thermique dynamique, désormais courante, est en mesure de préciser le nombre d’heures d’inconfort supérieures à différents seuils de température. Sur ces bases, il est aisé de voir le nombre d’heures pouvant être effacées par les brasseurs d’air en se reportant à la figure 1.

Figure 5 : parc de climatiseurs en toiture

Nous pouvons néanmoins estimer à 30 jours par an la période pendant laquelle la simple présence de brasseurs d’air permet de différer le démarrage de la climatisation. En se référant à l’étude précédente, le gain en kWh avoisinerait les 300 kWh annuels.

En hiver, des économies considérables avec la déstratification ?

En hiver, la déstratification amenée par les brasseurs d’air amène jusqu’à 3% d’économie d’énergie par mètre de hauteur sous plafond.

Cela fonctionne aussi bien dans des logements que dans des locaux professionnels.

Figure 6 : Illustration de la notion de déstratification

Dans les locaux de grande hauteur[vii] (hypermarchés, entrepôts chauffés…), les gains énergétiques dépassent les 30%.[viii]

Dans le domaine des bâtiments industriels, il existe d’ailleurs un certificat d’économie d’énergie[ix] qui valorise la pose de brasseurs d’air pour la déstratification.

Les brasseurs d’air GVFR (Grand Volume à Faible Régime) ou HVLS (High Volume Low Speed) sont les modèles conseillés pour ce type de configuration. Il s’agit d’appareils de plus de 2,13 m de diamètre[x].

Calculer le retour sur investissement des brasseurs d’air

Un calcul de retour sur investissement dépend du contexte, et nous recommandons au lecteur de le faire réaliser par un bureau d’études spécialisé.

Toutefois, nous proposons ci-dessous un calcul qui permet de déboucher sur une analyse de rentabilité sommaire. Il se base sur un logement-type d’une hauteur sous plafond de 2,50 m, tout électrique.

Le raisonnement tient compte du fonctionnement pendant les deux saisons, estivale et hivernale.

Les tarifs des brasseurs d’air sont estimés pose incluse.

Notre tableau additionne les bénéfices estivaux et hivernaux des ventilateurs de plafond.

Dans notre approche de rafraîchissement hybride en été (en combinant la climatisation et les brasseurs d’air), nous prévoyons de régler la température à 29°C au lieu de 26°C. Le fonctionnement du ventilateur de plafond permettant d’obtenir un gain de température ressentie de 2°C, la résultante sera de 27°C, ce qui est satisfaisant. Habituellement, on considère que l’inconfort thermique commence au-delà de 28°C.

En ce qui concerne la déstratification hivernale, l’économie d’énergie se base sur 7,5%. Cela équivaut à une réduction de 3% pour chaque mètre de hauteur sous plafond.

La suppression de la climatisation débouche sur un temps de retour de 4 ans ; le couplage des brasseurs d’air avec la climatisation et le chauffage amène un temps de 13 ans. Dans ce second cas, le bénéfice de la climatisation est maintenu pour les épisodes de chaleurs extrêmes.

Voici les hypothèses de calcul.

Données générales et estivales

• Surface : 90 m²
• Nb de brasseurs d’air : 2 (équipement zone d’1/3 de la surface du logement, cf. figure 4)
• Coût brasseur d’air : 500 € TTC posé
• Consommation annuelle de climatisation : 1069 kWh (cf. figure 4)
• Economie de climatisation : 30% (10% par degré de consigne avec 3°C ; on passe la consigne à 29°C, en couplage, cela donne un ressenti à 27°C)
• Puissance estivale moyenne brasseur d’air : 36 W (vitesse 5, modèle Samarat)
• Durée de fonctionnement brasseur d’air été : 4 h/jour
• Durée fonctionnement climatisation été : 90 jours
• Coût kWh TTC : 0,25 €

Données hivernales

• Consommation annuelle de chauffage : 9 000 kWh (base 100 kWh/m²)
• Economie d’énergie en déstratification (sur zone d’1/3 de la surface, cf. figure 4) : 7,5%, basé sur un gain de 3% par mètre de hauteur sous plafond, en vitesse minimale
• Puissance hivernale moyenne brasseur d’air : 6 W (vitesse 1, modèle Samarat)
• Durée de fonctionnement brasseur d’air hiver : 12 h/jour
• Durée fonctionnement chauffage hiver : 210 jours

Figure 7 : Simulation de temps de retour

Au-delà des économies d’énergie ?

L’économie d’énergie et la rentabilité sont des arguments classiques et efficaces qui amènent le passage à l’action.

En cela, les données présentées dans cet article ont vocation à encourager des changements qui associent la pensée rationnelle et les bonnes intentions environnementales.

Pour autant, l’installation des ventilateurs de plafond à grande échelle peut s’appuyer sur de nombreux autres arguments.

Parmi ceux-ci, citons la lutte contre les ilots de chaleur. Dans les villes, l’installation de climatiseurs génère un cercle vicieux : pour faire du froid à l’intérieur, on engendre de l’air chaud à l’extérieur, ce qui renforce les ilots de chaleur. La présence de la climatisation en Région Parisienne augmente ainsi de deux degrés la température extérieure moyenne mesurée[xv].

En somme, au-delà des questions monétaires, sachons aussi manifester notre bon sens.

[i] https://www.afpvp.fr/tours-de-la-defense-comment-faire-100-000-mwh-deconomies-par-an/

[ii] Référence : https://presse.ademe.fr/2021/06/la-climatisation-vers-une-utilisation-raisonnee-pour-limiter-limpact-sur-lenvironnement.html

[iii] Site Engie : https://particuliers.engie.fr/depannages-services/conseils-equipements-chauffage/conseils-installation-climatisation/calcul-puissance-clim.html

[iv] Voir INSEE : https://www.insee.fr/fr/statistiques/3303460?sommaire=3353488

[v] Source : https://www.cairn.info/revue-responsabilite-et-environnement-2018-2-page-5.htm?contenu=resume

[vi] Rapport Ventilation naturelle pour le confort thermique d’été dans des bâtiments de bureaux « performants » – 2022 – Robert Célaire, Loïc Frayssinet, Khedidja Mamou, Thierry Rieser et Benoit Ramos – p.57

[vii] Source : étude publiée dans la revue australienne des architectes (voir p.9).

[viii] Etude EDF R&D : https://www.edf.fr/entreprises/le-mag/le-mag-entreprises/conseils-energie-competitivite/pourquoi-s-equiper-d-un-destratificateur-d-air

[ix] Sur le site du Ministère de l’Ecologie : https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/IND-BA-110%20v%20A20-2.pdf

[x] Selon la définition du Département de l’Energie des Etats-Unis d’Amérique, voir p.19 : https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/09/f18/ceiling_fans_nopr.pdf

[xi] Ce calcul donne la consommation de chauffage sur la zone concernée par la déstratification pendant la durée de fonctionnement des brasseurs d’air

[xii] Temps de retour si suppression clim = [Coût total des BA] / [consommations totales de clim – consommations spécifiques des BA estivales + économies liées à la déstratification hivernale – consommations spécifiques des BA hivernales]

[xiii] Temps de retour en couplage clim et chauffage = [Coût total des BA] / [économies réalisées par la hausse de consigne de clim + économies liées à la déstratification hivernale + consommations spécifiques des BA en été et en hiver]

[xiv] Retour d’expérience Enerpos, St-Pierre de la Réunion – https://cdn.s-pass.org/SPASSDATA/attachments/2020_04/17/5f7f4e34a5fe6-d78852.pdf

[xv] Source : https://www.wedemain.fr/dechiffrer/a-paris-la-climatisation-risque-daggraver-les-canicules/

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