Le Théâtre Royal danois : un bâtiment performant grâce à une approche globale

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Le théâtre royal danois, à Copenhague, est un bâtiment extrêmement performant. Grâce à une approche globale du bâtiment (au travers de pompes à chaleur, de refroidissement à l’eau marine, de plaques thermoactives et de l’utilisation de béton à faible empreinte écologique) la consommation d’énergie liée au refroidissement de l’air et les émissions de CO2 ont pu être réduites de 71%, alors que l’objectif fixé était de 75%. D’autres réductions sont à noter : 42% pour la consommation de chauffage et 67% d’émissions en moins, qui sont en grande partie dues au fait que le théâtre est relié à un réseau de chaleur !

Les nouvelles technologies, la collaboration entre plaques thermoactives et pompes à chaleur utilisant l’eau de mer comme réservoir notamment, ont été adoptées pour la construction de nouveaux bâtiments. Des variations de ce concept, en utilisant l’eau du sol comme réservoir, ont aussi été adoptées pour des projets plus récents. Mais on peut encore attendre une amélioration, même si les résultats atteints sont déjà impressionnants ; amélioration qui sera facilitée par le nombre important d’équipements de mesure installés dans le système.

L’utilisation d’une approche globale (integrated design), qui fait intervenir des spécialistes de disciplines souvent considérées comme cloisonnées (architecture, HVAC, ingénierie) montre donc qu’il est possible de construire des bâtiments en vue, avec une architecture intéressante, tout en respectant les demandes exigeantes des utilisateurs et en limitant la consommation énergétique. On voit aussi qu’avec l’approche globale, on peut atteindre les objectifs fixés sur plusieurs bâtiments (trois dans notre cas), et qu’ils peuvent être atteints en implémentant des changements dans l’organisation du bâtiment. Il s’agit donc d’une approche prometteuse pour les économies d’énergie et la performance énergétique des bâtiments, notamment en ce qui concerne la qualité de l’air intérieur (chauffage, climatisation).

Source : Swegon Air Academy, un forum d’échange et de partage de connaissances basées sur les Enjeux Energétiques dans les Bâtiments Tertiaires

Lien fort entre traitement d’air et économies d’énergie à l’hôpital dans le projet NKS

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Avec des ambitions vertes remarquablement fortes comme au projet Nya Karolinska Solna (NKS), Suède, la liaison optimisée entre traitement d’air et économies d’énergie à l’hôpital fait partie intégrante du concept. NKS est le projet hospitalier d’envergure inégalée, qui va porter l’activité des soins de la Suède vers de nouvelles hauteurs. Le signal de départ du projet de construction du groupe hospitalier a été donné en 2010. La mise en service des premiers bâtiments est prévue pour 2016. L’hôpital est censé être entièrement opérationnel d’ici 2017.

Au total seront construits 330 000 mètres carrés d’espace hospitalier, avec entre autres 2 hélisurfaces, 36 blocs opératoires, 8 salles de radiologie et des places pour 730 internés avec chambre et salle de bains individuelles. Le budget de construction équivaut environ 1,7 milliards d’euros. NKS fait partie du projet hospitalier le plus grand jamais réalisé en région de la capitale de Suède. Le projet ambitionne de croître l’activité de santé en vue de l’évolution démographique et réaliser de meilleurs soins dans de meilleurs locaux, tout en optimisant le traitement d’air et les économies d’énergie dans l’hôpital. NKS sera un hôpital hautement spécialisé destiné aux patients ayant les pathologies et blessures les plus compliqués.

En effet, si le projet de construction représente un investissement monumental, l’objectif est d’atteindre un état opérationnel à coût et consommation énergétique minimal. L’impact sur l’environnement du groupe hospitalier doit être le moindre possible car il est censé prendre le rôle de précurseur en développement durable. Ceci sera possible grâce à une enveloppe climatique de haute volée (choix et conception de fenêtres, murs et isolation pour donner au bâtiment une enveloppe énergétiquement optimisé), un recyclage à la pointe, des installations et équipements énergétiquement très efficaces et notamment des équipements de traitement d’air qui permettront des économies d’énergie à l’hôpital. Au total 115 centrales de traitement d’air à la pointe de la technologie au niveau de la récupération énergétique seront installées dans les locaux du groupe hospitalier. En effet, les calories récupérées de l’air de la ventilation constitueront une des ressources utilisées afin de couvrir la consommation énergétique de l’établissement de santé. La ventilation dans l’hôpital sera déclenchée à l’aide des détecteurs de présence, ce qui permettra de réaliser d’importantes économies sur le traitement d’air à l’hôpital car le gaspillage d’énergie dû à un état de marche constant et inutile sera évité.

Par rapport à la consommation d’énergie des établissements de santé conventionnels, il est prévu que NKS n’en consommera que la moitié.

Le projet hospitalier NKS vise deux certifications prestigieuses :

La classe supérieure de Miljöbyggnad, un système de certification suédois évaluant la performance environnementale des bâtiments au sujet de leurs espaces intérieurs, les matériaux intégrés dans la construction et l’énergie.

Le niveau Gold (soit niveau 2) du classement international Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), qui évalue de manière globale les qualités environnementales d’un bâtiment, si bien au niveau de la gestion de l’énergie qu’au niveau de l’impact sur l’environnement.

Un premier bilan par rapport à l’efficacité des équipements de traitement d’air et les économies d’énergie réalisées dans l’hôpital sera consultable quelques années après la mise en service de l’ensemble hospitalier Nya Karolinska Solna.

L’inauguration – la conception du système de traitement d’air de l’hôpital NKS mise à l’épreuve

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Un cap important du projet hospitalier NKS (Nya Karolinska Solna), Suède, a été franchi avec l’inauguration du bâtiment technique – le choix de conception du système de traitement d’air pour l’hôpital est maintenant concrètement mise à l’épreuve ainsi que les autres fonctions regroupées dans ce bâtiment de taille.

Fidèle au caractère emblématique du projet hospitalier NKS, son bâtiment technique abrite des équipements et technologies de pointe qui vont permettre à l’hôpital universitaire de devenir le plus fiable quant à son fonctionnement continu et le plus respectueux de l’environnement avec la consommation énergétique la plus basse – une position de Leader qui est valable sur le plan mondial.

Le bâtiment technique est censé fournir l’hôpital avec les quantités nécessaires d’électricité, chauffage, refroidissement, eau et gaz médicaux. Avec ses 14 000 mètres carrés repartis sur huit étages, le bâtiment intègre les équipements centraux de la conception du système de traitement d’air de l’hôpital, les installations de production thermique (chaud – froid), les pompes à chaleur, mais également le poste électrique central avec sa station de contrôle et les bureaux du personnel de maintenance.

Le contrôle et le pilotage de la totalité des fonctions techniques et des installations sur l’ensemble hospitalier, sera rassemblé et organisé dans un système de contrôle extrêmement avancé et puissant. La conception et la programmation du système de contrôle pour la totalité des fonctions techniques de l’hôpital est une tâche d’envergure qui a été confiée aux informaticiens compétents.

Un ensemble impressionnant d’environ 170 puits thermiques forés dans le sous-terrain de la zone hospitalière constitue le véritable socle de stockage pour les ressources énergétiques et thermiques de l’hôpital. La plupart des puits descendent jusqu’à 220 m de profondeur et ils sont tous liés au bâtiment technique par un système canalisation. L’idée du stockage par puits souterrains est de pouvoir les utiliser comme sources de refroidissement en été et sources de chauffage en hiver. Il est possible de profiter des températures extrêmes, estivales ou hivernales, pour charger les puits thermiquement.

L’unité pour le traitement des apports de chauffage et de refroidissement située au dernier sous-sol du bâtiment technique, reçoit, traite et redistribue le chauffage selon les besoins à l’hôpital. Elle contient les équipements essentiels à la conception du système de traitement d’air pour l’hôpital : détendeurs thermostatiques, échangeurs de chaleur et de gaines et conduits recouvrant les murs et plafonds. Toutes les sources chaudes et froides sont bonnes à prendre pour le transfert thermique : l’air froid de l’extérieur, l’air intérieur, les puits forés, la chaleur produite par l’utilisation et l’activité des équipements médicaux…

Les pompes réversibles à chaleur et à refroidissement sont installées dans un local quelques étages plus haut dans le bâtiment technique. Des engins d’une ampleur comme ceux-ci sont rares et les fabricants capables à les livrer sont peu nombreux au niveau mondial.

L’objectif avec la préparation de sources thermiques et énergétiques locales à l’hôpital, est d’arriver à répondre à 90% du besoin de chauffage et 80% du besoin de refroidissement par ses propres ressources.

Le système de traitement d’air de l’hôpital a été conçu pour s’intégrer dans l’ambition de recyclage d’énergie. Le sous-système de ventilation a été conçu de manière à ce que la chaleur de l’air sortant soit utilisée pour chauffer l’air entrant. Le taux de récupération de chaleur est estimé à près de 80 %.

Principes de conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital

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De procéder à la conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital requière impérativement de disposer d’une expertise dans la matière. L’hôpital est un milieu à haute concentration de polluants de l’air intérieur, et en même temps un lieu abritant des individus fragiles. Le risque de transmission croisée des agents infectieux véhiculés par les particules aériennes est particulièrement élevé en milieu hospitalier. La conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital, à forte puissance et ayant une ventilation à haute capacité, permet de fournir une protection élevée aux patients et collaborateurs de l’hôpital. Cependant, la centrale de traitement d’air est généralement associée à une consommation énergétique importante. Une régulation inadaptée de la centrale de traitement d’air a tendance à générer le dessèchement de l’air, qui cause, à son tour, de l’inconfort et une hausse des risques sanitaires. Enfin, pour l’installation et la conception d’une centrale de traitement d’air pour l’hôpital il faut disposer d’une importante surface, car les équipements et le système de gaines et de conduits sont encombrants. Autant d’éléments à prendre en compte pour la conception de la centrale de traitement d’air pour l’hôpital, afin que l’investissement donne en retour un résultat viable et rentable.

Une centrale de traitement d’air intégrant un système de ventilation avancé à flux d’air dirigés pour hôpitaux est une solution bénéfique pour un grand nombre d’espaces dans l’hôpital car ce système permet d’approvisionner l’air neuf de manière ciblée vers les zones en ayant besoin, telles que le bloc opératoire ou le lit de l’hôpital.

Afin d’avoir une idée plus précise de cette variante de conception de centrale de traitement d’air pour l’hôpital, étudions de plus près sa forme concrète adaptée au lit de l’hôpital :

Une centrale de traitement d’air avec système de ventilation avancé à flux d’air dirigés adapté au lit de l’hôpital se compose de trois pièces : deux caisses à fixer sur les côtés du lit et un panneau avec bouche d’évacuation d’air à situer en hauteur dans la chambre hospitalière. Les caisses sur chaque côté du lit comportent des capteurs de mouvement, qui, en fonction de l’orientation de la tête du patient, déduiront sur quelle caisse activer l’évacuation de l’air vicié et sur quelle caisse activer la diffusion de l’air neuf. Le fonctionnement entre les deux caisses se reverse quand le patient tourne la tête dans le sens inverse. Ces caisses contiennent des systèmes de traitement d’air intégrés, format miniature. L’air vicié est renvoyé à la bouche d’extraction sur la caisse qui se trouve face au visage du patient. L’air passe ensuite par un ventilateur de reprise et un filtre HEPA/ULPA, qui retient les polluants y incluses les bactéries et microparticules. Les éventuels germes subsistant dans l’air après la filtration sont exterminés par l’exposition à la lumière UV-C, amplifiée à l’aide du matériel réfléchissant revêtant les parois intérieures de la caisse. Le flux d’air purifié est ensuite corrigé et aligné à l’aide des canaux, et l’air est redistribué dans la direction souhaitée – soit vers le patient, soit vers le haut de la chambre pour en créer les rideaux d’air purifié protégeant le patient et le personnel soignant des émanations d’air pollué. La bouche d’extraction située en haut de la chambre hospitalière permet de créer les flux d’air orientés du bas vers le haut, qui emportent également les émanations d’air pollué (personnes dans l’entourage qui éternuent ou toussent, etc). La conception de cette centrale de traitement d’air pour l’hôpital avec système de ventilation avancé sera certainement très demandée dans les établissements de santé français dans les années à venir.

Source : Arsen K. Melikov: Kan indeklimaet fobedres og risikoen for smittespredning sænkes uden forøget energiforbrug?