Ventilation et bâtiment BBC

julien.boxberger@allieair.fr

Réunion d'échanges techniques : Ventilation et qualité de l'air intérieur

Amiens – 23 février 2012

Sommaire

ContexteLe double fluxSurventilation nocturne et free-coolingPuits climatiquesModulation des débitsMise en œuvreConclusion

POURQUOI ON VENTILE ?

POURQUOI ON VENTILE ?

QUALITE DE L'AIR ==> HYGIENE, SANTE

APPORT AIR NEUFEVACUATION DES POLLUANTS (CO2, H2O, fumées, odeurs...)

CONSERVATION DU BATI

PLUS UN BATIMENT EST ISOLE ET ETANCHE

Condensations

Odeurs

air neuf

air extrait

PLUS IL FAUT VENTILER CORRECTEMENT

PLUS UN BATIMENT EST ISOLE ET ETANCHE

Contexte règlementaire

Arrêté du 24 Mars 1982 - Aération des logements, modifié par arrêté du 28 Octobre 1983 (modulation)Réglementation ThermiqueRéglementation Acoustiqueréglementation Protection incendieDTU 68.1 : conception (révision)DTU 68.2 : installation (révision)

Energie et ventilation

Maison passive

70%

30%

70% ventilation

30% bâti

Maison passive

70%

30%

70% ventilation

30% bâti

Maison passive

70%

30%

70% ventilation

30% bâti

Maison passive

70%

30%

70% ventilation

30% bâti

Parc actuel RT2000 / RT2005

BBC Effinergie - RT2012

L’approche énergétique

La Qualité de l’Air Intérieur (QAI) est de plus en plus une affaire de santé Le confort est une demande constante des occupantsLa performance énergétique sera de plus en plus importante étant donné les objectifs de la France en ce domaine (facteur 4 = division par 4 des consommations énergétiques d’ici 2050)

Le Double Flux est il la solution à ces objectifs ?

Un point des arguments pour et contre

CETE

Double Flux et QAIPour :

Maîtrise de l’air neuf soufflé dans les pièces de vie, indépendamment des actions dans les autres pièces ou des défauts d’étanchéité du bâtiFiltration de cet air neuf :

Type G4 minimum pour les pollensType F5 pour les pollutions urbaines plus fines

ContreNécessité de mise en œuvre et d’entretien correctsRemplacement des filtres réguliers (1 à 2 fois par an selon les zones considérées)

Double Flux et confort

Pour :Pré-traitement de l’air (chauffage, rafraîchissement – confort d’été)Meilleur isolement de façade

Contre :Risque de niveau sonore dû à l’équipementdans les pièces de vie

Double flux et énergie

Pour :Une bonne efficacité de récupération (70 à 90%)Des centrales isolées et étanches

Contre :Une consommation des ventilateurs réduite (0,2 à 0,25 W/(m3/h)) est nécessaire du fait du ventilateur supplémentairePlus la récupération est importante, plus l’étanchéité et l’isolation des systèmes est prépondérante, plus l’entretien et le maintien en état de propreté de l’échangeur sont nécessaires

Double flux et étanchéité

Source CETE

Installation en volume chauffé

90%

60%

75%

CSTB

Double flux et bâtiment basse consommation

Étanchéité du bâti est bonne Suivi de chantier et qualité d’installationConduits et centrale en Volume chaufféVentilateurs basse consommationBypass été et surventilation à envisagerNiveau sonore à maîtriser

Une évolution récente vers le multifonctions

Fonctions :VentilationChauffageClimatisationECS

Optimisation Des

modes

Puissance >

besoin sur l’air

PAC Air extr. Pas de givrage

Débit d’air suffisant

Génération réduite

Multi –fonctions

Rejet

ExtractionAir neuf

Insufflation

Recyclage

Exemple de centrale double flux avec PAC sur l’air extrait

18

Multifonctions –quelques chiffres

PAC sur air extrait : puissance en chaud de 1 à 3 kW.Puissance plus importante en utilisant une PAC eau/eau.COP entre 3 et 4.Débits de 200 à 300 m3/h selon machine.Echangeurs courants croisés.Ballon intégré de 200 litres pour l’ECS.Possibilité de raccorder à du solaire thermique.

Surventilation et Free cooling

Définitions

Surventilation « nocturne » : augmentation de la ventilation la nuit pour rafraichir les locaux

TraversanteNaturelle à conduitsMécanique

Free-cooling : augmentation des débits d’air neuf en mi saison

Tertiaire : associé à fortes charges internes

Surventilation – exemple :centre commercial au Portugalen zone montagneuse

Surventilation nocturne d’été naturelle -7,4% de la consommation de climSurventilation par soufflage mécanique (Text<Tint-4 et Text>24°) : - 10,6% de la conso clim

Bâtiment de 17000 m², 2 étages (et 2 étages de parking)

Total – 20% sur ce poste représentant la moitié de toute la conso du bâtiment

Les règles de conception

1. Avoir une bonne inertie2. Prévoir un cheminement de l’air pour 4 à 8

vol/h en moyenne (entrée, transfert, sortie)3. Zoner pour tenir compte des usages,

occupations et apports internes différents4. Déclenchement enthalpique et non en

température5. Bypass des deux flux si double flux (perte

de charge de l’échangeur)

Puits climatiques

Puits climatiques

• Échangeur Terre/air pour• Préchauffer l’air neuf en hiver• Rafraichir et surventiler en été

• L’efficacité est basée sur :• L’oscillation de température (amortissement par

stockage dans le sol)• Le déphasage• Capacité thermique et conductivité thermique (sol,

tube…)

Puits climatiques –gain moyen en hiver

• Couplage double flux / puits canadien :

Rendement annuel double flux ≈ 75 %

Rendement annuel puits canadien ≈ 40 %

Rendement annuel double flux + puits canadien ≈ 80 %

Gain uniquement sur le dégivrage

Puits climatiques –gain moyen en été

• Rafraichissement selon le débit mis en œuvre• Gain de 2 à 4°C

• Penser au bypass• Si la température de sortie du puits est

inférieure à la température intérieure• Si le débit > réglementaire (arrêté de mars

82) dans l’échangeur (Pertes de charges)• Permet de surventiler en journée

Mise en œuvre

• Eléments clés :• Insufflation mécanique• Pente• Évacuation des condensats et

accès nettoyage• Contrôler l’étanchéité• Attention au remblayage (pas de

sable) : utiliser un remblaye avec une bonne conductivité thermique afin de favoriser l’échange

Eléments clés

• A savoir :• Pas encore d’exigence sur les matériaux• Thermique d’hiver discutable par rapport à d’autres options• Gain sur le dégivrage• Gain sur l’été en rafraichissement : surventilation et bypass• Attention aux défauts d’isolation en sortie de puits et aux fuites des

registres (sur une maison perte de 25% sur l’efficacité du puits)• A éviter dans les zones à radon• Evacuation des condensats : eau et humidité• Etanchéité des conduits

La modulation des débits de ventilation

Modulation

Tertiaire : Variations d’occupationVariations d’usage (ex : cuisines prof., parking)

Résidentiel50% des VMC sont hygroréglablesaujourd’hui

2 amphithéâtres universitaires jumeaux en architecture, en équipement et en occupation, St-Etiennecapacité d’accueil de 300 personnes, occupation variable CTA double flux assurant seule le chauffage avec recyclage (25% d’air neuf)

Amphi 202 Amphi 201

Un exemple instrumenté

Étude CETIAT ELYO

6 bouches de soufflage circulaires, 4 au-dessus des gradins, 2 au-dessus de l'estrade

dimensions : 14 × 17m, hauteur 5,2 m en bas et 2,65 m en haut

Caractéristiques techniques :CTA : 9 000 m3/h DFréseau de gaines identique pour les 2 CTA

2 amphithéâtres strictement identiques :2 X 2 bouches de reprise rectangulaires en haut

Un exemple instrumenté

Choix technologique :régulation par sonde CO2 en gaine de reprise2 variateurs de fréquence Leroy Sommer (extraction - soufflage)instrumentation pour la régulation + le suivi en continu : en salle et dans les centrales (t°C, HR%, CO2, comptage énergétique, comptage électrique)

Un exemple…

Gains en confort et en QAI : vitesse d’air plus faiblediminution perceptible du bruitniveaux de CO2 en permanence < 1300 ppm : une QAI garantie qq soit l’occupationeffet indirect : l’amphi 202 équipé est choisi de préférence au détriment du 201

Un exemple…

Un exemplegains par rapport à une CTA double flux chauffée avec 25% d’air neuf :

thermique = 3697 kWh / 13082 conso totale référenceélectrique = 5026 kWh / 8328 conso totale référence

Temps de Retour moins intéressants que ceux couramment décrits (ici plutôt 5 à 10 ans) car confrontés à une exploitation déjà rationnelle de l’énergie (25% d’air neuf). Néanmoins des gains importants en terme de QAI

Les systèmes

Monozone (ventilo) / Multizone (volet)Capteurs :

Asservissement : CO2, agitation, présence (tout ou peu) : optique

Action :proportionnelle ou séquentielle, tout ou peu (rien)

Systèmes sous Avis Techniques (crdbnr = coefficient multiplicateur du débit pour calculer les gainsAttention aux gains sur la consommation du ventilateur selon la variation choisie

Les règles de conception

Zoner : occupation (temps et nombre), Usages

Définir les débits par zonesDébit hors occupationMin-Max en occupation« boost » par l’occupant (confort)Surventilation ou free cooling

Les règles de conception

Choisir le système :Simple ou double fluxAsservissementCapteur, nombre et position

Bonne diffusion du CO2, recommandé en reprise (mélange uniquement) ou à H<3,5mCapteurs optiques généralement < 5m, dimensionner selon la zone de couverture

Vérifier le confort aux débits min et max :

AcoustiqueDiffusion d’air

Mise en œuvre

Conduits flexibles et souples : faibles longueurs -Toujours bien tendus – Attention à l’écrasement.Limiter le nombre de coudes.Etanchéité réseau : accessoire à joint à privilégier.Isoler les conduits hors volume chauffé en double flux (50 mm).Mortaise pour les entrées d’air en simple flux.Attention à l’acoustique.…

Eléments clés

Source CETE de LyonSource CETE de Lyon

Source guide double flux CSTB

En résumé

Deux grandes stratégies en hiver :RécupérerModuler

Free-cooling et surventilationVentilateurs basse consommationAttention à la mise en œuvre :

Étanchéité des réseauxMinimiser les pertes de charge

Prévoir l’entretien

Merci de votre attention