Principe |
L'éjecto-convecteur est le frère du ventilo-convecteur !
Comme lui, il suppose deux réseaux distincts
- un réseau d'eau pour apporter chaleur et froid au local,
- un réseau d'air pour assurer la pulsion minimale d'air neuf hygiénique.
Ces deux apports se combinent astucieusement dans l'éjecto : l'air neuf pulsé à haute vitesse va induire le passage d'air secondaire dans les batteries d'eau chaude et d'eau glacée.
Et c'est là qu'une différence apparaît : le ventilo prévoit que l'air du local qui traverse les batteries soit pulsé par un ventilateur, alors que dans l'éjecto, c'est l'effet d'induction qui sera le moteur. L'air neuf pulsé entraîne de 2 à 5,5 fois son débit d'air ambiant au travers des batteries de chaud et de froid...
Si ce système a eu son heure de gloire dans les années 70 pour la climatisation des grands bureaux, il s'installe rarement aujourd'hui en allège. Par contre, il revient à la mode actuellement sous la forme de poutres froides insérées dans le faux plafond.
Les mauvaises langues disent d'ailleurs qu'avec cette nouvelle mode, on a de la puissance en moins (l'eau glacée ne peut descendre sous les 15°C pour éviter la condensation) et des ennuis en plus (assurer la maintenance d'un équipement au plafond, ce n'est pas évident !)
Aspects technologique |
Préparation de l'air primaire
En centrale, de l'air primaire est préparé. C'est à ce moment que l'on peut agir globalement sur le taux d'humidité de l'ambiance (humidification en hiver et déshumidification en été). Le débit d'air primaire est constant puisqu'il correspond généralement au débit d'air neuf hygiénique calculé sur base du nombre d'occupants prévus dans le bâtiment (30 m³/h/personne).
Le caisson de préparation est équipé d'une filtration de classe 7. A défaut, les buses d'induction se colmatent rapidement (d'où baisse du taux d'induction, augmentation de la vitesse et donc du bruit, ...).
Distribution
Traditionnellement, l'air primaire est pulsé par des ventilateurs centrifuges, à grande vitesse (de 15 à 25 m/s) et sous forte pression (de 150 à 500 Pa) jusqu'aux éjecto-convecteurs. Mais d'une part cette haute vitesse génère du bruit et d'autre part les effets d'induction ont été améliorés, si bien que les constructeurs proposent aujourd'hui des éjectos fonctionnant à vitesse normale.
Chaque appareil doit être raccordé au réseau de distribution d'air primaire, contrainte surtout gênante pour un projet de rénovation. Comme généralement les éjectos sont placés en allège, il faut prévoir des trémies verticales (gaines techniques) puis une distribution horizontale des gaines en allège. La présence de clapets coupe-feu dans chaque trémie augmente le coût global. Et l'obligation de l'allège réduit la liberté de l'architecte.
Émission dans les éjecto-convecteurs
Cet air passe dans des buses d'injection. A la sortie de ces injecteurs, une dépression est créée (effet Venturi) et l'air du local est aspiré par induction.
Et là, un choix crucial apparaît : plus la pression de l'air primaire est forte, plus l'induction est forte,... mais aussi plus un bruit de sifflement peut apparaître aux injecteurs ! Il faudra donc limiter le niveau de pression et faire en sorte que l'air secondaire du local n'ait pas à vaincre une trop forte perte de charge ! Les échangeurs seront de grande surface, les ailettes seront espacées,...
Autrement dit, le matériel sera plus encombrant et plus cher que celui des ventilos... !
Généralement, il n'y a pas de filtres sur les éjectos pour réduire la perte de charge. Mais si un filtre est placé sur le passage de l'air induit, son nettoyage fréquent s'impose.
Si la température de l'eau glacée est inférieure au point de rosée de l'ambiance (de l'ordre de 12°C), un réseau d'évacuation des condensats sera prévu.
 | Ci-contre, on reconnaît la buse d'amenée de l'air neuf, surmonté des batteries d'échanges. Généralement, l'éjecto est non carrossé et intégré dans le mobilier du local. Le placement d'absorbants acoustiques collés sur les parois internes de ce mobilier sera bien utile. |
Les réseaux d'alimentation des échangeurs
Comme pour les ventilo-convecteurs, il existe quatre grandes familles
- Les éjectos "à 2 tubes réversibles" : ils ne disposent que d'un seul échangeur, alimenté alternativement en eau chaude en hiver et en eau glacée en été.
- Les éjectos "à 4 tubes" : ils disposent de deux échangeurs, pouvant être connectés en permanence soit au réseau d'eau chaude, soit à celui d'eau glacée. La taille (le nombre de rangs) de l'échangeur de froid est plus élevé que celui de la batterie chaude, suite au delta T° plus faible sous lequel travaille la batterie froide. On dit que "le pincement" est plus faible entre T°eau et T°air dans l'échangeur.
- Les éjectos"à 2 tubes - 2 fils" : pour diminuer les coûts d'installation, on ne prévoit que le réseau d'alimentation en eau glacée. Pour assurer le chauffage d'hiver, une résistance électrique d'appoint est prévue. Mais le prix du kWh électrique étant nettement plus élevé que le kWh thermique, les coûts d'exploitation seront importants... Ce système ne se rencontre que rarement dans les éjectos.
- Les éjectos à "trois tubes" : deux tubes apportent séparément l'eau chaude et l'eau froide, le troisième assure un retour commun. Ce système est catastrophique au niveau énergétique par suite du mélange eau chaude/eau froide. Il est totalement abandonné aujourd'hui.
La régulation des systèmes à 2 tubes |
De l'eau chaude ou de l'eau froide sont, suivant les saisons, préparées en centrale. Il est décidé globalement pour le bâtiment du moment de changer la température d'alimentation du réseau. Mais un besoin de découpage de l'installation en zones homogènes va apparaître si les façades sont diversement exposées.
En été, une seule température d'eau glacée est préparée en centrale; elle alimente le caisson de traitement d'air neuf et la boucle des éjectos. Au besoin, la température de distribution de l'eau glacée pourrait varier en fonction de la température extérieure ou de l'intensité du rayonnement solaire, via une régulation hydraulique. Cela réduit les pertes en ligne et diminue la consommation liée à la chaleur latente contenue dans l'air.
La température de l'air pulsé est généralement basse.
On pourra s'inspirer de la régulation des ventilo-convecteurs à 2 tubes.
La régulation des systèmes à 4 tubes |
De l'eau chaude et de l'eau froide sont préparées simultanément en centrale; la température de l'eau chaude peut varier en fonction de la température extérieure. La température de l'eau glacée est généralement fixe au niveau du groupe frigorifique mais au besoin elle pourrait varier en fonction de la température extérieure ou de l'intensité du rayonnement solaire, via une régulation hydraulique. Cela réduit les pertes en ligne et diminue la consommation liée à la chaleur latente contenue dans l'air.
On pourra s'inspirer de la régulation des ventilo-convecteurs à 4 tubes.
Avantages |
- Les systèmes à éjecto-convecteurs font partie des installations où l'apport d'air neuf (réseau d'air) est séparé de l'apport thermique (réseaux d'eau). Il n'y a dès lors pas lieu de prévoir un recyclage de l'air et donc aucun risque de contamination d'un local vers l'autre.
- L'installation est très souple localement, réagit facilement aux variations de charges (surtout si 4 tubes) et permet un contrôle individualisé de la température dans le local.
- Les éjecto sont peu bruyants, si l'installation a été correctement dimensionnée par le bureau d'études... et que le client a bien voulu financer la qualité de l'installation : large dimensionnement des échangeurs ! (le bureau d'études fait souvent pour un mieux avec l'argent qu'on veut bien mettre dans l'installation...). A noter qu'il est important de procéder systématiquement au nettoyage des éjecteurs et au contrôle de l'équilibrage du réseau d'air primaire. Un éjecteur sale ou suralimenté en air émet, en effet, un son aigu particulièrement désagréable.
- L'absence de ventilateur rend la maintenance très aisée : seul un nettoyage périodique des batteries et des buses est nécessaire.
- L'encombrement peut être limité lorsque l'air primaire est acheminé vers les locaux sous haute vitesse, ce qui réduit les sections des gaines.
Inconvénients |
- La consommation électrique du ventilateur du caisson de préparation est élevée lorsque l'air primaire est distribué sous haute pression (pour assurer l'induction).
- Le coût d'installation est élevé : une taille minimale de l'ordre de 100 éjectos est nécessaire pour amortir le coût d'un tel système, ce qui limite l'application aux grands immeubles.
- La régulation, qui peut permettre de multiples combinaisons (sur l'air, sur l'eau) peut devenir trop sophistiquée.
- Une sensibilité importante à l'équilibrage aéraulique du réseau d'air. De plus, toute ouverture des fenêtres est interdite sous peine de déséquilibrer totalement la distribution de l'air et de là, la distribution de chaleur induite !
- La contrainte de devoir raccorder chaque appareil au réseau de distribution d'air primaire est très gênante, surtout pour un projet de rénovation. C'est également un défaut de souplesse en cas de modification du nombre et de la puissance des équipements, si bien que dans une architecture modulaire l'on est parfois obligé de sélectionner un appareil par module (pour prévoir tout déplacement futur de cloisons), solution qui s'avère très coûteuse...
- Globalement, l'efficacité énergétique de l'installation est bonne, mais n'est pas optimale car :
- Des pertes apparaissent dans l'éjecto au niveau des batteries, lorsque la régulation est faite par clapets d'air.
- L'air primaire alimente simultanément tous les locaux, même ceux qui sont inoccupés.
- Les débits sont constants et il est donc impossible de réaliser du free-cooling sur l'installation, c'est-à-dire de profiter de l'air frais et gratuit extérieur.
Domaine |
Si la pression du réseau d'air primaire est limitée, l'éjecto-convecteur est plutôt silencieux et à ce titre, il sera apprécié dans les immeubles de bureaux.
Tout particulièrement s'il y a de nombreux bureaux individuels, puisqu'une adaptation souple aux besoins de chaque local est possible.
Si les charges sont très variables d'un local à l'autre, d'un moment à l'autre (présence d'un masque solaire qui provoque des ombres sur la façade, par exemple), une installation 4 tubes sera adaptée.
Mais la concurrence du ventilo-convecteur est forte : actuellement, on réalise des ventilo-convecteurs à basse vitesse, très silencieux, dont les débits d'air sont sûrs. L'éjecto reste lui toujours très sensible à un défaut d'équilibrage de l'installation aéraulique...
Ainsi, les éjectos ne sont pas adaptés aux hôtels puisque les chambres ont une occupation discontinue, alors que la pulsion d'air primaire est constante.
Le souhait d'augmenter l'espace au sol, la présence d'un faux plafond technique, la diminution des besoins surtout en hiver, ... font que le marché de l'éjecto-convecteur est actuellement déplacé vers celui des poutres froides.
Prédimensionnement |
Les éjecto-convecteurs ont une gamme de puissances calorifiques variant de 150 à 1 200 Watts, et des puissances frigorifiques de 120 à 900 Watts.
Le débit d'air primaire aux injecteurs est compris entre 8 et 50 l/s.
Réglementation
Il existe une norme qui traite des éjecto-convecteurs :
NBN D 16-002 (1975) : Chauffage central, ventilation et conditionnement d'air - Ejecto-convecteurs (1e éd.)
La norme donne la définition et la classification des ejecto-convecteurs, les spécifications des éléments constituants, les exigences de sécurité, les caractéristiques à fournir, et les conditions de vérification de ces caractéristiques.