Ventilation Acro4[1]

SOMMAIRE TABLE DES MATIERESPRFACE ENJEUX LECONFORT ET LUTILISATION RATIONNELLE DE LNERGIE VENTILER

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POURQUOI

? : LES

RLES DE LA VENTILATION

LVOLUTION LES LESBESOINS

HISTORIQUE DU RLE DE LA VENTILATION

10 12 15

CONTEXTES

COMMENT LES LE LE

VENTILER

? : LES

MOYENS DE VENTILATION

DIFFRENTS TYPES DINSTALLATION DE VENTILATION

18 20 21 22 26 27

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION NATURELLE PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION MCANIQUE RCAPITULATIF DES DIFFRENTS

LES

TABLEAU LES LES

TYPES DINSTALLATION DE VENTILATION CRITRES GNRAUX DE CHOIX PERFORMANCES DE LA VENTILATION DE LEFFICACIT DE LA VENTILATION DE LA VENTILATION DANS

LVALUATION

35 38 42 44 46 48

LA PARTICIPATION LA VENTILATION LA VENTILATION LES

LE BILAN NERGTIQUE DUN LOGEMENT ET LA FILTRATION RCUPRATION DE CHALEUR

LA VENTILATION AVEC

ET LE REFROIDISSEMENT

DISPOSITIFS CONCURRENTS DE LINSTALLATION DE VENTILATION DE CONCEPTION DU SYSTME DE VENTILATION

LA MTHODOLOGIE LES

CHOIX DE LAUTEUR DE PROJET POURSUIVIS ET MTHODOLOGIES DE CONCEPTION DU DTAIL PAR UN EXEMPLE

52 55 56 68 73 74 76STADE DE LESQUISSE STADE DE LAVANT-PROJET STADE DU PROJET

OBJECTIFS

ILLUSTRATION ILLUSTRATION

: AU : AU : AU

ILLUSTRATION PAR UN EXEMPLE PAR UN EXEMPLE

BIBLIOGRAPHIE TABLESDES MATIRES

ANNEXES ANNEXE 1 : ANNEXE 2 : ANNEXE 3 : ANNEXE 4 : ANNEXE 5 :LES CRITRES CONCEPTUELS DE LEFFICACIT DE LA VENTILATION LES COMPOSANTS DUNE INSTALLATION DE VENTILATION NATURELLE LES COMPOSANTS DUNE INSTALLATION DE VENTILATION MCANIQUE LA NORME

NBN D50-001

ET LA RGLEMENTATION

WALLONNE EN MATIRE DE VENTILATION LES VENTS

La ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes

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Ce guide pratique a t labor sous la direction de : - Francy SIMON, Professeur lUniversit Catholique de Louvain (Unit Architecture) ; - Jean-Marie HAUGLUSTAINE, ir. architecte, doctorant lUniversit de Lige (Laboratoire dtudes Mthodologiques Architecturales, Directeur : Prof. A. DUPAGNE). avec la collaboration de : - Catherine BALTUS, ir. architecte ; - Sophie LIESSE, architecte et DES en Urbanisme et Architecture Urbaine. Tout au long de son laboration et de sa rdaction, ce guide pratique a t suivi par un comit compos de : - Monsieur Th. LAUREYS, Cabinet du Ministre J. DARAS ; - Madame M. GLINEUR, Premire Attache, Direction Gnrale des Technologies, de la Recherche et de lnergie - Division de lnergie ; - Monsieur M. de BONHOME, Architecte, Prsident de la Fdration des Socits dArchitectes Francophones de Belgique (S.A.F.) ; - Monsieur C. DUBOIS, Architecte, Vice-prsident de la Fdration des Socits dArchitectes Francophones de Belgique (S.A.F.) ; - Madame A-M. GALLER, ir. architecte, membre de la Fdration des Socits dArchitectes Francophones de Belgique (S.A.F.) ; - Monsieur M. WAGNEUR, Directeur de lInformation au Centre Scientifique et Technique de la Construction (CSTC) ; - Monsieur M. PROCS, Architecte, Chef de Travaux lInstitut Suprieur dArchitecture St-Luc Bruxelles ; - Monsieur J-M. GUILLEMEAU, Centre Interdisciplinaire de Formation de Formateurs de lUniversit de Lige (CIFFUL). 2La ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes

PRFACEQuelques faits et quelques chiffres, tout d'abord. La Wallonie doit importer 98 % de ses ressources nergtiques. Les rserves de combustibles fossiles sont limites : on parle de 200 ans pour le charbon, de 60 ans pour le gaz et l'uranium, de 40 ans pour le ptrole. Et pourtant, notre demande d'nergie s'accrot irrmdiablement. De plus, elle participe, pour 85 %, nos missions de CO2, missions qui sont largement responsables du rchauffement climatique de la plante. Que ce soit pour diminuer la dpendance de la Wallonie, pour conomiser nos prcieuses ressources naturelles d'nergie ou pour limiter autant que possible le rchauffement climatique, nous sommes dans l'obligation de rduire fortement nos consommations d'nergie. En 10 ans, nous devons relever la gageure d'obtenir au moins 20 % de rduction dans l'industrie, 10 % dans le tertiaire, et 10 % dans le rsidentiel. Face ces dfis, il nous faut, ds prsent, enclencher de profonds changements et amorcer une vritable rvolution technologique dans tous les secteurs d'activits consommatrices d'nergie : dans la production industrielle et les transports, dans le tertiaire, mais aussi et surtout dans le rsidentiel. ce titre, la conception de nos btiments a un rle considrable jouer. Changer d'habitudes dans et pour sa maison amplifiera la prise de conscience du plus grand nombre de citoyens. La brochure que vous avez entre les mains s'adresse tout particulirement aux architectes, aux entrepreneurs, aux artisans du btiment, aux enseignants des coles d'architecture et des techniques du btiment, tous ceux qui sont les concepteurs et les ralisateurs des crations et des restaurations de btiments privs et publics. Rduire la consommation d'nergie pour le chauffage d'un btiment requiert des outils et des techniques, spcifiques et en constante amlioration. Aussi, mon administration a confi la ralisation de cet ouvrage quelques spcialistes, pour aider les concepteurs intgrer ces impratifs nergtiques dans la conception de leurs btiments et les citoyens mieux les utiliser. J'espre que la lecture de cet ouvrage contribuera ce qu'un maximum de btiments wallons consomment moins d'nergie.

Jos DARAS, Ministre de la Mobilit, des Transports, et de l'nergie de la Rgion wallonne


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ENJEUXLECONFORT ET LUTILISATION RATIONNELLE DE LNERGIE

LE

BILAN THERMIQUE DE LHOMME ET SON ENVIRONNEMENT

La temprature de confort

LA VENTILATION

DES LOCAUX ET LA SANT DES OCCUPANTS

La qualit de lair Lhumidit et les moisissures La participation de la ventilation naturelle dans le bilan thermique dun logement

LE

CONFORT ET LUTILISATION RATIONNELLE DE LNERGIE

(U.R.E)

Le confort thermique dpend principalement : de la vitesse et de la temprature de lair ambiant et de la temprature de surface interne des parois ; de lhumidit relative ; de la qualit de lair.

LE

BILAN THERMIQUE DE LHOMME DANS SON ENVIRONNEMENT

D'une temprature (36,6 C), en gnral plus leve que la temprature ambiante, le corps humain dissipe une certaine quantit de chaleur vers l'environnement qui l'entoure. L'activit ralise, lhabillement, la temprature de lair ambiant ainsi que la temprature de surface interne des parois du local sont autant de facteurs qui interviennent dans le bilan global de confort. Pour empcher un change thermique trop important et donc inconfortable entre le corps et son environnement, il y a lieu d'viter : une radiation du corps vers des parois trop froides ; une radiation de parois trop chaudes vers le corps ; une convection autour du corps, par des mouvements d'air trop rapides au sein du local.

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ENJEUXLA TEMPRATUREDE CONFORT

Puisque les changes par convection et rayonnement interviennent pour 70 % dans le bilan thermique de loccupant (voir figure ci-contre), la temprature moyenne de surface intrieure des parois dun local tpm et la temprature de l'air ambiant du local ta sont les facteurs essentiels du confort thermique. Cest la raison pour laquelle la temprature de confort tc est dfinie comme la moyenne entre ta et tpm : tc = ta + tpm .2

Un autre facteur de confort est lhomognit des tempratures des parois du local. A une temprature de confort tc donne, si tpm est faible, on devra augmenter ta et donc consommer plus dnergie. Pour atteindre les objectifs de confort, il y a donc intrt augmenter la tpm des parois extrieures en les isolant, et maintenir la temprature de lair ambiant la plus uniforme possible. Il faut veiller viter les courants dair, sources dinconfort ; leur apparition dpend de certains paramtres : la temprature de lair ambiant [C] ; la vitesse moyenne de lair [m/s] ; lintensit de turbulence [%]. Ce dernier paramtre indique dans quelle mesure la vitesse locale et instantane de lair en un point fluctue autour de sa valeur moyenne. En gnral, on ne tient pas compte de lintensit de turbulence. Toutefois, pour viter des courants dair inconfortables, on considre : que la vitesse moyenne de lair ne peut excder 0,2 m/s dans des conditions de tempratures normales ; quil importe de bien placer et de bien dimensionner les composants de linstallation de ventilation.

LA VENTILATION

DES LOCAUX ET

LA SANT DES OCCUPANTSLa prservation de lenvironnement en gnral suscite un intrt croissant ; la qualit de lenvironnement intrieur des btiments en est un des aspects et va de pair avec une ventilation efficace.

DFINITIONS La ventilation est le renouvellement dair ncessaire aux locaux ou espaces dun btiment par lamene dair extrieur. On distingue deux type de ventilation : la ventilation de base ou hyginique : cest la ventilation minimale ncessaire pour garantir une qualit de lair suffisante, pour rduire la concentration des odeurs, de lhumidit et dventuelles substances nocives, ainsi que pour les vacuer. Elle requiert des dbits dair limits qui doivent pouvoir tre appliqus de manire permanente ; la ventilation intensive ou priodique : contrairement la ventilation de base, elle est ncessaire uniquement dans des circonstances plus ou moins exceptionnelles, comme : - par temps trs chaud ou ensoleillement intensif provoquant une surchauffe ; - lors dactivits gnrant une production leve de substances nocives ou dhumidit (travaux de peinture, par exemple) ; - lors dune occupation extraordinaire, par exemple une rception. Il savre alors ncessaire darer intensivement les locaux concerns par louverture de certaines fentres ou portes pendant des priodes dtermines.

LA QUALIT

DE LAIR

En pratique, il apparat que la qualit de lair extrieur laisse souvent dsirer. Elle est parfois la limite de lacceptable, surtout dans des rgions urbaines ou industrielles. La qualit de lair ncessaire pour atteindre la notion de confort est subjective et dpend des circonstances, de la densit doccupation et du type dutilisation du btiment. Dans de nombreux cas, la qualit de lair intrieur est galement mauvaise ; tel est le cas dans les nombreux locaux o lon fume. Depuis peu, les risques quimpliquent le radon, lasbeste et les formaldhydes ont suscit une attention croissante. Les principaux polluants intrieurs proviennent du mtabolisme, des activits des occupants 5


ENJEUXet des missions des matriaux : Le dioxyde de carbone CO2 est produit par le mtabolisme en fonction de lactivit. Le CO2 ne constitue pas en soi un polluant dtriorant la qualit de lair, mais il donne une bonne mesure de la pollution de lair due aux occupants (odeurs, vapeur deau, manations biologiques...). Gnralement, le niveau de CO2 doit tre maintenu sous 1.000 ppm (le niveau de CO2 de lair extrieur est de lordre de 350 400 ppm), ce qui quivaut plus ou moins la limite partir de laquelle les odeurs corporelles sont perues par plus de 80 % des occupants dun local. Les produits de combustion et du monoxyde de carbone CO : il est ncessaire destimer soigneusement les volumes dlments polluants produits et de sassurer que laration soit suffisante pour maintenir les concentrations sous des limites acceptables. On ne peut tolrer que de trs bas niveaux de CO : on spcifie parfois une valeur maximale de 0,02 % pour une exposition de 8 heures et de 0,1 % pour des expositions occasionnelles [35]. La problmatique de la ventilation et des appareils combustion sera aborde plus en dtails la page 49. La ventilation savre toujours le moyen le plus efficace pour obtenir une bonne qualit de lair dans les btiments. Une mauvaise qualit de lair intrieur peut se manifester sous la forme du Syndrome du btiment qui rend malade, en anglais Sick Building Syndrome, dont les symptmes sont, entre autres : lthargie, mal de tte, manque de concentration, irritation des yeux et de la peau, etc. (voir tableau ci-contre). Assurer une bonne qualit de lair, cest prvoir une ventilation capable de diluer les polluants mis dans le btiment jusqu une concentration juge acceptable, cest-dire ne provoquant ni malaises, ni problmes de sant. Lefficacit de la ventilation dpend principalement de deux concepts, la distribution spatiale de lair et celle des polluants : le mlange entre lair introduit et celui dj prsent dans un local nest pas toujours uniforme et certaines zones peuvent parfois ne pas tre ventiles correctement. La rpartition du flux dair dpend non seulement des caractristiques des locaux, mais aussi du type de linstallation de ventilation ; la distribution des polluants est elle aussi unique pour chaque local et dpend principalement de lefficacit de lair chang, de la localisation de la source polluante et de la densit des polluants. Ces deux mcanismes physiques sont dvelopps plus en dtail en Annexe 1.

Niveau de CO2 de lair extrieur

ppm = partie par million VARIATION DE LA CONCENTRATION DU DBIT DE VENTILATION [20]

DE

CO2

EN FONCTION

PARAMTRES MALADE SYSTME

POUVANT PROVOQUER LE

SYNDROME

DU BTIMENT QUI REND

DE VENTILATION

Taux de ventilation (trop lev, trop bas) Mauvaise distribution de lair Inefficacit du systme Air conditionn Mauvaise filtration Mauvaise maintenance Polluants extrieurs Ozone Pollen Radon Fumes Composants organiques volatiles Polluants industriels Polluants des vhicules Age Sexe Etat gnral de sant Activit Type de btiment Radiation lectromagntique Mauvais contrle de lenvironnement Eclairage Bruit Facteurs psychologiques Stress

POLLUANTS Polluants intrieurs Dioxyde de carbone Monoxyde de carbone Poussires Formaldhyde Humidit Ions Odeurs OCCUPANTS

AUTRES

LES

POLLUANTS EXTRIEURS ET INTRIEURS Bruit

Polluants industriels Polluants des vhicules

Produits chimiques agricoles Pollen

Radon

Mthane

Humidit

LHUMIDIT

ET LES MOISISSURES

CO2 Ozone Bactrie

Odeur Particules Humidit Fume de cigarettes Formaldhyde

Sous nos climats, lair de tout local habit ou occup contient plus de vapeur deau (en absolu) que lair extrieur (la temprature intrieure tant suprieure la temprature extrieure sur une grande partie de lanne), moins quon intervienne en traitant lair, car nos corps ainsi que nos activits dgagent de la vapeur deau. La production de vapeur par notre corps, qui expire de lair humide et qui transpire, dpend de lactivit et de la temLa ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes

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ENJEUXprature ambiante. Au repos, elle est de lordre de 50 g/h et, en activit, elle peut atteindre 1.000 g/h dans une ambiance temprature leve. Lintrieur du btiment est donc comme un rservoir de chaleur et de vapeur deau, qui tendent schapper vers lextrieur au travers des parois extrieures. Gnralement, une temprature faible, combine un degr dhumidit lev, augmente le risque de condensation superficielle et/ou interne la paroi. La composition de lenveloppe doit viter les ponts thermiques de sorte quen aucun endroit, on ny rencontre des conditions de basse temprature qui, allies une forte teneur en vapeur deau, pourraient occasionner des dgradations. En effet, lhygroscopicit peut favoriser le dveloppement de champignons, entraner la dgradation de certains matriaux et, combine au gel, lclatement des matriaux imprgns. Dans le cadre du classement de leurs parois extrieures du point de vue hygrothermique, les btiments se subdivisent en fonction de la pression de vapeur de lair intrieur, en se basant sur la pression annuelle moyenne pi de la vapeur du climat intrieur (exprime en pascals Pa), comme repris dans le tableau ci-contre. Dans des conditions habituelles de confort, le taux courant dhumidit relative de lair ambiant est prfr entre 30 et 70 %, pour des tempratures dair entre 20 et 25 C (zone grise sur le diagramme de Mollier ci-contre). Dans le cas dun local humide et chaud (salle de bain, de douche, cuisine), la temprature leve de lair le rend capable de contenir potentiellement plus de vapeur deau quen dautres espaces du btiment. En cas de paroi froide ou de pont thermique, des condensations importantes sont craindre. En matire dhumidit relative, il faut surtout veiller vacuer lhumidit produite. La production de vapeur deau doit rester un pic et la ventilation doit permettre un retour la normale : une ventilation permanente est prfrable une ventilation intense mais de courte dure. Une ventilation satisfaisante des locaux occups, au moyen de lair extrieur, est une exigence fondamentale pour obtenir des conditions environnantes acceptables lintrieur des btiments. Elle est, par consquent, un lment essentiel de la conception dun btiment et de ses quipements.

IV III II I

VAPEUR DEAU

CLASSE DE CLIMAT


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ENJEUX LA PARTICIPATIONDE LA

VENTILATION NATURELLE DANS LE BILAN THERMIQUE DUN LOGEMENTPour un mme volume habitable, larchitecture choisie dtermine une volumtrie qui peut engendrer, selon le type de btiment, des superficies trs diffrentes de parois de dperditions. La ventilation, par contre, engendre des dperditions sensiblement gales, quel que soit le type de volumtrie. A surface habitable gale (ici 100 m), passer dune maison de plain-pied un volume avec tage rduit les dperditions thermiques de lenveloppe de lordre de 20 %, alors que celles de la ventilation restent pratiquement constantes. Ces dernires prennent donc une part de plus en plus importante dans les dperditions thermiques globales du btiment, au fur et mesure que les formes deviennent plus compactes. Dans une maison non isole, la part de la ventilation dans les dperditions thermiques est pour ainsi dire ngligeable ; au fur et mesure que lisolation se fait plus pousse, la part des pertes par ventilation augmente, jusqu galer puis dpasser la part des pertes par lenveloppe. Le cas de la maison mitoyenne illustre parfaitement cette volution. Plus les btiments sont isols, plus les pertes de chaleur par ventilation prennent une part importante dans les dperditions thermiques. A ce titre, elles comptent assurment parmi les postes contrler si on veut matriser la consommation de chauffage du btiment, tout en maintenant un niveau de ventilation minimum.

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ENJEUXLe tableau ci-dessous donne, pour des qualits progressives de lisolation thermique : le niveau disolation thermique globale K ; une comparaison entre les dperditions thermiques de lenveloppe par transmission et celles par ventilation. La participation de la ventilation (naturelle ou mcanique) dans le bilan nergtique global sera value plus loin (voir p39) ; ici, seules les dperditions thermiques sont prises en compte. Les hypothses choisies sont les suivantes : la superficie totale habitable des logements est de 100 m, pour un volume habitable de 250 m ; les fentres comportent des chssis en bois munis de double vitrage sans exigence particulire, raison dun total de 15 m de fentres pour 100 m habitables ; les planchers sont sur caves ; la ventilation se fait par ventilation naturelle, cest--dire que les amenes dair (dans les locaux secs) et les vacuations dair (depuis les locaux humides) se font naturellement par des ouvertures rglables. Les ouvertures damene dair naturelle sont places dans une paroi extrieure ou au droit dune fentre ou dune porte extrieure ; les ouvertures dvacuation naturelle sont relies des conduits verticaux qui dbouchent en toiture. conformment la rglementation, les dbits nominaux sont les suivants : DBITS SELON NORME TOTAL SURFACE [m] [m/h] [m/h] Sjour 35 126 Chambre 1 15 54 216 Chambre 2 12 36 Cuisine 15 75 Salle-de-bain 12 50 150 W.-C. 1,5 25 Hall / couloirs 9,5 Taux de ventilation = 216 / 250 = 0,86 h-1

le dbit dair amen pour cet exemple est de 216 m/h, ce qui quivaut un renouvellement dair de 0,86 vol/h. Les dispositifs de ventilation doivent donc tre dimensionns afin dassurer un tel dbit. Cependant, en ventilation naturelle, le taux de ventilation nest jamais constant et peut tre suprieur ou infrieur celui strictement ncessaire. Il y a donc un risque de sur-ventilation (ou sous-ventilation) que nous estimons 20 % autour du dbit nominal thorique. Etant donn que nous examinons ici les seules dperditions thermiques, nous avons envisag le cas le plus dfavorable, cest--dire un taux de renouvellement dair de 1,03 vol/h qui quivaut un dbit dair amen de 257,5 m/h. La prise en compte du dbit nominal thorique aurait rduit la part des dperditions dvolue la ventilation, denviron 3 5 %.

Qualit isolation thermique

U parois [W/mK]T = toitures / M = murs F = fentres / P = planchers

EXTRACTION ALIMENTATION

Dperditions thermiques Niveau K en W/K 699 88 161 88 132 88 99 88 524 88 134 88 105 88 81 88 380 88 103 88 80 88 62 88 Enveloppe Ventilation en % 89 11 65 35 60 40 53 47 86 14 60 40 54 46 48 52 81 19 54 46 48 52 41 59

MAISONS DE 100 M CHAUFFES SUR 1 OU 2 NIVEAUX, AVEC OU SANS MITOYENNETE

Type de logement

T Non isol Pour K55 Pour K45 De plain-pied Pour K35 Non isol Pour K55 Pour K45 2 niveaux seule Pour K35 Non isol Pour K55 Pour K45 2 niveaux mitoyen Pour K35 4,2 0,3 0,3 0,2 4,2 0,3 0,3 0,2 4,2 0,3 0,3 0,2

M 2,3 0,5 0,4 0,3 2,3 0,5 0,4 0,3 2,3 0,5 0,4 0,3

F 2,7 2,7 1,6 1,5 2,7 2,7 1,6 1,5 2,7 2,7 1,6 1,5

P 1,5 0,6 0,6 0,4 1,5 0,6 0,6 0,4 1,5 0,6 0,6 0,4 K208 K48 K39 K29 K214 K55 K43 K33 K187 K42 K33 K25


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POURQUOI VENTILER ? :

LES RLES DE LA VENTILATION

POURQUOI VENTILER ?LES RLES DE LA VENTILATIONLVOLUTION LESHISTORIQUE DU RLE DE LA VENTILATION

CONTEXTES

LE CLIMAT LENVIRONNEMENT LOCAL LE TYPE DE BTIMENT LTANCHIT LAIR DE LENVELOPPE

EXTRIEURE

LES

BESOINS

LES

EXIGENCES RGLEMENTAIRES

Exigences Exigences Exigences Exigences

de dbits de ventilation de base selon la NBN D50-001 pour la ventilation des locaux spciaux selon la NBN D50-001 pour la ventilation intensive ou priodique selon la NBN D50-001 de dbits de ventilation de base de la Rglementation Wallonne pour les bureaux et les coles

LVOLUTION

HISTORIQUE DU RLE DE LA VENTILATIONLe discours sur la ventilation apparat la fin du XIXme sicle dans les textes dhyginistes et de rformateurs tudiant le logement de la classe ouvrire. La multiplication despaces ferms, destins accueillir une grande foule, ainsi que lapparition de lclairage au gaz et du chauffage par air chaud puls ont galement contribu au dveloppement des techniques de ventilation. Si, par le pass, on se fiait aux fuites dair pour assurer la ventilation des petits btiments, le perfectionnement des mthodes de construction, telle la pose de fentres plus tanches, de pare-air et pare-vapeur continus, ainsi quun plus grand souci du dtail, ont augment ltanchit lair des btiments. Les fuites dair ne constituent donc plus une source de ventilation suffisante pour rpondre aux besoins de ventilation, dans les cas des btiments rcents. Une premire augmentation notable du prix de lnergie a contraint loccupant penser davantage en termes dconomie dnergie. On a vu se dessiner une tendance tancher les btiments, rduire le taux de renouvelle-

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ment dair et, par consquent, la consommation de chauffage ncessaire la ventilation des locaux. De ce fait, la construction de btiments plus tanches lair a permis une relle conomie dnergie. Le choix de rendre les maisons de plus en plus tanches a suscit quelques inquitudes quant la quantit de fuites dair permettant un taux dinfiltration dair suffisant pour la sant et le bien-tre des occupants. Ajout au fait reconnu que de nouveaux polluants sont introduits dans les locaux par les matriaux de construction, les meubles et les activits de occupants, ce problme renforce le besoin dune ventilation rgulable dans les btiments et de mesures particulires pour llimination de certains polluants. Dans une installation de ventilation naturelle, les amenes dair et les vacuations dair se font naturellement au moyen douvertures rglables ; des ouvertures de transfert permettent le dplacement de lair depuis les locaux secs vers les locaux humides. Les pressions et dpressions du vent, ainsi que la diffrence de temprature, occasionnent une diffrence de pression de part et dautre des ouvertures dalimentation et dvacuation naturelles. Le dbit rel de ventilation assur par ces dispositifs dpend de cette diffrence de pression et nest donc pas constant. Louverture des fentres et des portes, provoquant des entres et sorties dair souvent fort importantes, ne font quaugmenter cette imprcision du renouvellement dair. La ventilation mcanique est alors apparue comme le moyen par excellence daccrotre la ventilation de faon contrle et, de ce fait, damliorer la qualit de lair dans les btiments, sans toutefois sacrifier les autres avantages que prsente une enveloppe plus tanche : la premire tape de la ventilation mcanique a consist extraire lair vici des locaux humides (cuisines, salles de bain...) ou concentration dodeurs (W.-C.) et lvacuer vers lextrieur: installation de ventilation mcanique simple flux ; le pas suivant tait, en plus de lextraction mcanique, de pulser lair neuf dans les locaux dits secs (sjours, chambres, etc.) : cest linstallation de ventilation mcanique double flux ; la reconnaissance du rle de la ventilation sur la qualit de lair a galement attir lattention sur les possibilits de rcuprer la chaleur de lair extrait, de faon favoriser les conomies dnergie : cest linstallation de ventilation mcanique double flux avec rcupration de chaleur sur lair extrait.


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LES

CONTEXTES

Le choix et le fonctionnement dune installation de ventilation dpendent de plusieurs facteurs ou contraintes : le climat, lenvironnement local, le type de btiment et ltanchit lair de lenveloppe extrieure.

LE

CLIMAT LOCAL

Lair utilis lors de la ventilation provient de deux sources extrieures : lair pntrant lors de louverture des portes et fentres et par les bouches rglables damene et dvacuation dair, ainsi que celui sinfiltrant par les fentes et les ouvertures de lenveloppe du btiment si celle-ci ne possde pas une bonne tanchit lair ; tous les deux dpendent des conditions climatiques. En effet, linfiltration naturelle de lair dans un btiment est due des diffrences de pression entre lextrieur et lintrieur ; elles sont engendres soit par le vent, soit par lcart de temprature de part et dautre de lenveloppe extrieure. De plus, le besoin dnergie pour le chauffage ou le refroidissement de lair introduit dans un btiment dpend de la svrit du climat. En ce qui concerne la ventilation, nous pouvons considrer trois catgories de climat [28] : le climat doux : pour ce type de climat, les priodes de chauffage ou de refroidissement de lair sont minimes ; une ventilation naturelle est largement suffisante, sauf lorsque lenvironnement extrieur est pollu et/ou bruyant ; le climat modr : lnergie ncessaire pour le chauffage ou le refroidissement de lair peut tre significative durant lt ou lhiver, mais des mesures de rcupration dnergie peuvent tre appliques pendant dassez longues priodes. On rencontre ce type de climat en Belgique. Lors de ces saisons, une ventilation simple flux est conseille ; le climat svre : ce climat est caractris par des hivers longs et froids et/ou des ts excessivement chauds. Les demandes en nergie pour le chauffage et le conditionnement de lair sont importantes. Les sources de polluants doivent tre limines afin de rduire le besoin de ventilation. Une ventilation mcanique simple flux, voire mme souvent double flux, savre ncessaire.

CLIMAT DOUX

Ventilation naturelle VN Ventilation mcanique simple flux VMSF Ventilation mcanique simple flux VMSF Ventilation mcanique double flux VMDF

CLIMAT MODR

CLIMAT SVRE

N.B. : ce schma est relativiser en fonction du type de btiment et de lenvironnement.

LENVIRONNEMENT LOCALLenvironnement local peut tre de plusieurs types : zones rurales : une filtration de lair doit tre prvue lorsque les habitants sont hypersensibles certains polluants, comme le pollen par exemple. btiments environnants : limplantation des btiments les uns par rapport aux autres peut influencer la direction des vents et donc la ventilation naturelle et les infiltrations dair au travers du btiment ; banlieues rsidentielles : elles sont gnralement situes en dehors des centres urbains. En ces endroits, il ny a pas de 12La ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes



contraintes particulires pour la ventilation, si ce nest quil faut tenir compte de la direction des vents par rapport limplantation du btiment ; environnement fortement industrialis : caractris par une mauvaise qualit de lair extrieur due aux fumes et polluants industriels. Linstallation de ventilation doit par consquent tre munie dun systme de filtration. Un environnement bruyant complique la solution de ventilation par les grilles insres dans les parois extrieures.

LE TYPE

DE BTIMENT

Les habitations : elles sont occupes pendant des priodes assez longues et les principaux polluants sont lhumidit, les produits de combustion du gaz de cuisson et/ou du chauffage, le mazout, la fume de cigarette, le radon, etc. - Les habitations basses : des installations de ventilation mcanique double flux sont frquentes dans des pays au climat svre mais, lorsque le climat est modr, ce type dinstallation nest pas forcment ncessaire. Tout dpend de lenvironnement local, de limplantation du btiment, de ltanchit lair de lenveloppe extrieure et de la performance de linstallation de ventilation. Les fuites dair naturelles dans une habitation surviennent par effet de tirage, chaque fois que la temprature extrieure est infrieure celle de la maison. - Les immeubles appartements : si chaque appartement possde sa propre installation de ventilation, il faut tre certain quil ny ait pas dinfiltration dair pollu provenant des appartements voisins. Cest pourquoi il est prfrable de raliser des installations, de ventilation et de chauffage, centralises pour tout limmeuble. Les immeubles de bureaux : leur densit doccupation est plus leve que celle des habitations (de lordre de 1 personne par 10 m). Les polluants principaux proviennent de loccupation (CO2, odeurs, fume de cigarette), des quipements lectriques, du trafic extrieur. - Les immeubles de bureaux de grande taille : dans de grands complexes, les dgagements internes de chaleur sont importants, ce qui peut ncessiter le refroidissement de lair intrieur par linstallation de ventilation (voir page 29), mme dans des pays au climat doux, voire froid. Les installations de ventilation doivent tre zones afin de pouvoir saccommoder aux besoins. - Les immeubles de petite ou moyenne taille (+/- 4 tages) : dans les climats doux et modrs, une installation de ventilation simple flux est souvent suffisante. Cependant, le choix de linstallation dpend surtout des dgagements de chaleur internes et de la constitution des parois de lenveloppe afin dviter les apports solaires excessifs en t.


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POURQUOI VENTILER ? :DTERMINATIONPermabilit lair (m/h.m de joints de menuiserie) DE LA CLASSE DE PERMABILIT LAIR DES FENTRES


[13]

LTANCHIT LAIR DE LENVELOPPE EXTRIEUREElle joue un rle important pour la performance dune installation de ventilation. Une installation efficace va de pair avec une bonne tanchit lair de lenveloppe extrieure, dans laquelle les ouvertures pratiques sont intentionnelles. Les fuites dair incontrles peuvent, en effet, provoquer un court-circuit du flux de ventilation, la dispersion des odeurs et des polluants, une consommation exagre dnergie, des courants dair... Ltanchit lair des btiments varie considrablement en fonction du soin de la construction. Des btiments apparemment identiques peuvent avoir des tanchits lair compltement diffrentes. Lorsque lon parle dtanchit lair des btiments, on pense gnralement ltanchit des fentres et des portes. Il existe, ce niveau, des mthodes dessai normalises, ainsi que des valeurs maximales admissibles pour le dbit dair par mtre de joint entre menuiserie [13]. Ltanchit lair des fentres et des portes doit tre mesure conformment la norme belge NBN B 25-204. Les exigences sont dfinies dans les STS 52 : on y distingue trois classes de permabilit lair (PA2, PA2B et PA3), qui donnent un dbit de fuite dair maximum admissible par mtre de joint de menuiserie en fonction de la diffrence de pression (voir graphique ci-contre). Les exigences sont exprimes en fonction de laction du vent (hauteur du btiment) :HAUTEUR AU DESSUS DU SOL CLASSE DE PERMABILIT LAIR 0 10 m PA2B (*) 10 18 m PA2B(*) > 18 m PA3 (*) En cas de climatisation, la classe PA3 est toujours exige

(= 1 N/m) Pression des vents 17 28 40 m/s Vitesse des vents

Les 3 classes PA2, PA2B et PA3 donnent un dbit de fuite dair maximum admissible par mtre de joint de menuiserie en fonction de la diffrence de pression.DFINITIONDU

PASCAL [Pa] : unit de pression quivalant un N/m. 1 Pa = 1 N/m 100.000 Pa = 1 bar 101.325 Pa = 1 atm

Ltanchit lair de lenveloppe extrieure peut tre mesure de manire relativement simple par lessai dit de pressurisation : il consiste placer, dans une porte ou une baie de fentre, un ou plusieurs ventilateurs qui mettent lhabitation en dpression ou en surpression. On dtermine ainsi la relation entre la diffrence de pression au niveau de lenveloppe du btiment et le dbit dair [13]. Ensuite, un calcul de rgression permet de dterminer le dbit dair pour une diffrence de pression de 50 Pa. Le rapport entre le dbit dair et le volume du btiment indique le taux de ventilation pour une diffrence de pression de 50 Pa, cest--dire la valeur n50. Cette valeur n50 permet dvaluer le nsb, taux de ventilation saisonnier moyen, qui ne tient compte que du dbit dinfiltration dair par les fuites dans lenveloppe du btiment, et ce au moyen de la formule : nsb = n50 a o le facteur a dpend de linfluence du vent sur lhabitation : - a = 30 pour les habitations fortement protges ; - a = 10 pour les habitations fortement exposes. Gnralement, on affecte, au facteur a, une valeur de 20 (protection moyenne). Ltanchit lair moyenne de lhabitat belge slve environ n50 = 8,7 h-1 correspondant 8,7 renouvellements dair par heure [13]. Pour une diffrence de pression de 2 Pa, ltanchit lair moyenne de lhabitat belge slve 0,44 h-1 correspondant 0,44 renouvellement dair par heure. On peut, galement, dterminer le taux du flux dair grce la mthode du gaz-traceur : on introduit un gaz inerte dans un local et, en observant lvolution de sa concentration, on peut valuer le taux du flux dair circulant dans le local.

La plupart des fentres satisfont lexigence la plus svre : les nouveaux chssis sont en gnral trs tanches lair. Ltanchit lair dun btiment est caractrise par la Surface de Fuite Equivalente SFE, en anglais : Equivalent Leakage Area ELA (voir encadr ci-dessous) [31]. En gnral, les immeubles appartements sont plus tanches lair que les maisons unifamiliales. Dans ces dernires, le manque dtanchit constat est en partie imputable aux fuites locales comme les ouvertures vers les caves, greniers, garages, etc.La Surface de Fuite Equivalente (SFE) correspond la surface totale des fuites de lenveloppe du btiment, exprime en cm daprs celle dun orifice au contour dfini qui lui permettrait un coulement dair comparable celui qui se fait par lensemble de ces fuites dans lenveloppe du btiment. Lexpression du rsultat obtenu, en fonction dune portion normale ou reprsentative de lenveloppe du btiment, donne la Surface de Fuite Normalise (SFN). La SFN sobtient en divisant la SFE par la superficie denveloppe du btiment et sexprime en cm de surface de fuite par m de surface denveloppe du btiment. Par ailleurs, on peut comparer limportance des fuites de btiments de dimensions diffrentes en exprimant la surface de fuite en fonction d1 m denveloppe du btiment.

14




LESCONTRLEDE LA CONCENTRATION DES POLLUANTS

BESOINS

Sources des polluants extrieurs

Sources des polluants intrieurs

Pollution intrieureDtection et contrle des sources polluantes Filtrations

Elimination des polluants

Dilution des polluants par un taux de renouvellement dair minimal

QUALIT

DE LAIR

INTRIEUR OPTIMALE

Un aspect essentiel dune installation de ventilation est la dtermination du taux de renouvellement dair ncessaire lespace ventil. Les besoins de ventilation dcoulent habituellement de la ncessit de contrler la concentration des lments polluants aptes produire des odeurs dsagrables ou des effets toxiques. Pour maximiser les conomies dnergie, il faut rduire autant que possible le taux de renouvellement dair durant la priode de chauffe et, en t, utiliser le refroidissement de nuit, par une surventilation de lhabitation. La ventilation doit nanmoins rester suffisante afin dempcher laccumulation dagents contaminants dans lair intrieur et de permettre aux occupants de respirer, de faon assurer la bonne sant des occupants. Il ne faut cependant pas oublier quune ventilation excessive peut compromettre le confort, crer des courants dair et rduire excessivement le niveau dhumidit. A linverse, une ventilation insuffisante et un chauffage inadquat peuvent aussi favoriser la condensation et lapparition de moisissures sur les parois intrieures des murs et des plafonds. Les besoins de ventilation hyginique varient en fonction de la densit doccupation et de lutilisation du btiment, ainsi que de lenvironnement extrieur (pollution, etc.). Ils devraient sestimer donc en fonction des facteurs suivants : dimensions du local ; nombre et activits des occupants ; chaleurs parasites produites par les machines et les radiations solaires ; humidit ; temprature extrieure et variation de tempratures ; sources de polluants. Pour des raisons de simplification, linstallation de ventilation doit tre base sur un taux de renouvellement dair minimum dfini par les normes et rglements, avec des conditions spciales pour des problmes spcifiques tels que les polluants ou le refroidissement de lair.

ORDRE

DE GRANDEURS POUR LA VENTILATION GNRALE

[6]

En multipliant le volume du local par la moyenne conseille de renouvellement dair par heure, on obtient un ordre de grandeur indicatif du dbit ncessaire en m/heure. Dsignation du local Ateliers en gnral Atelier de confection Ateliers de charcuterie Ateliers de peinture Banque Bar Blanchisseries - Lavoirs Boulangeries - Ateliers Bureaux Caf - Brasserie Chambre noire Cuisines domestiques Cuisines industrielles et collectives Dancing Eglises Fabriques en gnral Fonderie Garage Hpital Laboratoires Local compresseurs Local douches Local de soudure Magasins - Entrept Parking Piscines Restaurants (local) Salle de bain Salle de banquet Salle de billard Salle de classe Salle de club Salle de danse Salle de machines Salle de transformateurs Teinturerie Thtre Toilettes Renouvellements dair par heure 6 10 6 10 20 30 60 100 36 10 15 40 50 20 30 8 10 10 15 10 15 15 20 20 30 20 30 13 6 10 20 30 6 10 46 8 10 40 60 20 30 20 30 46 6 10 20 30 6 10 6 10 6 10 6/10 36 10 15 10 15 20 30 40 60 20 30 46 10 30

LES

EXIGENCES RGLEMENTAIRES [13] [26]

SCHMA DUExtrieur OAR OAM

FLUX DAIR POUR TOUS TYPES DE VENTILATION

Locaux secs Dgagement OT OT

Locaux humides ExtrieurOER OEM

OAR = ouverture dalimentation rglable OAM = ouverture dalimentation mcanique OER = ouverture dvacuation rglable OEM = ouverture dvacuation mcanique OT = ouverture de transfert

La norme belge NBN D50-001 donne des directives permettant de construire des habitations qui pourront tre convenablement ventiles. Elle stipule que les btiments ou parties de btiments destins lhabitation ou lhbergement doivent tre quips de tous les dispositifs ncessaires une ventilation efficace de limmeuble. Les exigences et recommandations de la norme sappliquent : aux nouvelles habitations ou aux nouveaux immeubles dhabitation ; aux parties de constructions neuves destines au logement ; aux parties de btiments destins lhbergement ou lha15


POURQUOI VENTILER ? :A titre dinformation, voici quelques besoins rglementaires imposs en Europe et aux Etats-Unis : EN EUROPE [17] : La norme CR1752 (1998) Ventilation for buildings - Design criteria for indoor environment donne les valeurs suivantes : Tableau 1 : critres de conception pour des locaux dans diffrents types de btimentTYPE DE LOCAUX Bureau individuel TAUX DE VENTILATION TAUX ADDITIONNEL LORSQU'IL TAUX DE VENTILATION D'OCCUPATION CATEGORIE EST PERMIS DE FUMER (*) [m/h par m de surface au sol] [personne/m] [m/h par m de surface au sol] 0,1


bitation (hpitaux, maisons de repos, htels, prisons, etc.) ; aux btiments existants qui ne sont pas destins lhabitation mais qui sont transforms en immeubles dhabitation. Les dispositifs prvoir pour la ventilation de base sont : une amene dair dans les espaces dits secs : salle de sjour, chambres, salles dtude ou de jeu ; des ouvertures de transfert direct au droit des portes intrieures et/ou des murs intrieurs entre les locaux secs et les locaux humides (W.-C., salle de bain, cuisine, etc.) ; une vacuation dair au dpart des espaces dits humides, vers lextrieur. En outre, la ventilation intensive ou priodique est ncessaire ponctuellement pour vacuer des odeurs dsagrables exceptionnelles et temporaires ou en cas de surchauffe thermique temporaire.

A 7,2 B 5,0 C 2,9 A 6,1 2,5 Bureau 0,07 B 4,3 1,8 commun C 2,5 1,1 A 21,6 18,0 Salle de 0,5 B 15,1 13,0 confrence C 8,6 7,2 A 57,6 Auditoire 1,5 B 40,3 C 23,0 A 28,8 Caftria ou 0,7 B 20,2 18,0 restaurant C 11,5 10,1 A 21,6 Salle de classe 0,5 B 15,1 C 8,6 A 25,6 Garderie 0,5 B 17,6 C 10,1 A 15,1 Magasin 0,15 B 10,8 C 5,8 (*) Le taux additionnel de ventilation est requis lorsque 20 % des occupants sont des fumeurs. Lorsqu'il n'y a pas de valeur, les donnes du tableau 2 sont d'application.

LA NBN

EXIGENCES DE DBITS D50-001Rgle gnrale AVEC

DE VENTILATION DE BASE SELONEVACUATION DAIR

AMENE DAIR

NEUF

VICI

3,6 m/h par m de surface au sol : min. 75 m/h, max. 150 m/h min. 25 m/h max. 36 m/h par pers min. 50 m/h, max. 75 m/h min. 75 m/h 25 m/h

POUR LIMITES PARTICULIRES

Living Chambres, locaux dtudes et de jeux Cuisines fermes, S.D.B, buanderies Cuisines ouvertes W.-C.

Tableau 2 : Taux de ventilation requis par occupant Ce tableau suppose que les occupants constituent la seule source de pollution.CATEGORIE NON FUMEURS TAUX DE VENTILATION REQUIS [m/h par occupant] 20 % DE FUMEURS 40 % DE FUMEURS (*) 100 % DE FUMEURS (*)

A 36 72 108 108 B 25,2 50,4 75,6 75,6 C 14,4 28,8 43,2 43,2 (*) De 40 100 % de fumeurs, le taux de ventilation requis reste le mme puisque les fumeurs sont plus tolrants envers les fumes de cigarettes que les non-fumeurs.

Les ouvertures de transfert doivent toujours rester ouvertes et ne peuvent donc tre rglables. Elles doivent satisfaire aux exigences suivantes :Dbits min. de transfert requis pour une p = 2 Pa Salle de sjour Chambre, salle dtude et de jeu S.D.B, buanderie Cuisine W.-C. 25 m/h 25 m/h 25 m/h 50 m/h 25 m/h

AUX ETATS-UNIS [35] [4] : La norme ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) 62-1981 recommande, pour les usages dhabitation, un dbit de ventilation continu de 18 m/h par pice, ainsi quune capacit dextraction occasionnelle de 90 m/h pour chaque salle de bain et de 180 m/h pour la cuisine. On obtient ainsi une capacit dextraction globale de 270 m/h pour un logement comprenant une cuisine et une salle de bain.DBITS DAMENE DAIREXTRIEUR RECOMMANDS PAR

ASHRAE

EXIGENCES

POUR LA VENTILATION DE LOCAUX

Estimation maximale doccupation (personnes/100 m) Bureau Salle de confrence Auditoire Salle de classe Rfectoire Bar, loge Discothque Fumoir Chambre dhpital Magasin Rsidence 7 60 150 50 70 100 100 70 10 20 - 30

Dbit requis (m/h par personne) 36 36 27 27 36 54 45 108 45 0,36 - 5,4 m/h par m min. 27

SPCIAUX SELON LA

NBN D50-001

Les pices dhabitation et les cuisines, salles de bain, W.-C. et buanderies sont soumis aux exigences de la ventilation de base. Outre ces pices, il existe, dans les btiments dhabitation, dautres locaux qui doivent galement tre ventils et qui font lobjet dexigences spcifiques dans la norme belge, cest--dire : les couloirs et cages descaliers communs dans les immeubles collectifs ; les locaux de stockage des ordures mnagres ; les gaines et cabines dascenseurs ; les garages ; les chaufferies et locaux de chauffe ; les caves ; les greniers ;La ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes

16



le local contenant le compteur de gaz ; les soutes combustibles ; les dbarras ; les locaux renfermant des appareils de combustion nontanches. Une description des dispositifs de ventilation prvoir dans chacun de ces locaux est reprise dans lannexe 4 concernant la norme NBN D50-001.SCHMA EXPLICATIFDE LA VENTILATION INTENSIVE

EXIGENCES

POUR LA VENTILATION INTENSIVE OU

PRIODIQUE SELON LA0,26 / 0,64 m 0,63 m

NBN D50-001

Chambre 1 20 m

Chambre 1 9,75 m

La chambre 1 de 20 m prsente des fentres dans deux parois ; les ouvertures doivent donc tre gales 0,032 x 20 = 0,64 m, rparties sur les deux parois raison dau moins 40 % dans chacune des deux faades (soit au moins 0,26 m), le total atteignant au moins 0,64 m. La chambre 2 de 9,75 m prsente une fentre dans une seule paroi ; louverture utile de la fentre doit tre de 0,064 x 9,75 = 0,63 m.

Ce type de ventilation est assur par louverture des portes et/ou fentres dont la superficie doit au moins quivaloir : 6,4 % de la superficie au sol des pices prsentant des ouvertures dans une seule faade ; 3,2 % de la superficie au sol des pices prsentant des portes et des fentres ouvrantes dans plusieurs faades ; chaque faade comporte au moins 40 % de la superficie totale requise pour la ventilation intensive. Pour la ventilation des cuisines, en labsence de fentres ou de portes extrieures, un dbit de ventilation intensive de 200 m/h minimum est requis ; dans ce dernier cas, la hotte peut tre considre comme un systme de ventilation intensive.

0,64 / 0,26 m

EXIGENCES

DE DBITS DE VENTILATION DE BASE DE

LA RGLEMENTATION WALLONNE POUR LES BUREAUX ET LES COLES [34]DBITS EVACUATION SanitairesMCANIQUE DAIR VICI RALISER

30 m/h par appareil sanitaire (si fonctionnement continu) 60 m/h par appareil sanitaire (si fonctionnement intermittent)NEUF

AMENE DAIR

Bureau individuel Bureau commun Salle de runion Auditoire, salle de confrence Restaurant, caftria Classe Jardin denfants

2,9 m/h par m de surface au sol 2,5 m/h par m de surface au sol 8,6 m/h par m de surface au sol 23 m/h par m de surface au sol 11,5 m/h par m de surface au sol 8,6 m/h par m de surface au sol 10,1 m/h par m de surface au sol

Paralllement cette rglementation, la Rglementation Gnrale pour la Protection du Travail (RGPT) impose, dans les locaux occups, un dbit dair neuf de 30 m/h et par personne. En Belgique, il nexiste pas dimposition de dbit de ventilation propre aux halls de sports. A titre dexemple, voici les recommandations franaises de larrt du 12 mars 1976 : Lapport dair neuf, dans une salle de sports, ncessaire la respiration des occupants et lvacuation des polluants, doit tre calcul en fonction du nombre des occupants potentiels et non en fonction dun taux de renouvellement dair.Salle dactivit Douches collectives Toilettes Vestiaires 25 m/h par sportif 18 m/h par spectateur 18 m/h par occupant 18 m/h par occupant 18 m/h par occupant


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COMMENT VENTILER ? :

LES MOYENS DE VENTILATION

COMMENT VENTILER ?LES MOYENS DE VENTILATIONLES LE LEDIFFRENTS TYPES DINSTALLATION DE VENTILATION

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION

LE

PLAN DE PRESSION NEUTRE

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION NATURELLE (SYSTME PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION MCANIQUE

A)

LES

INSTALLATION INSTALLATION

DE VENTILATION ALIMENTATION MCANIQUE (SYSTME DE VENTILATION EXTRACTION MCANIQUE (SYSTME

B) C)

Installation de ventilation extraction mcanique ponctuelle Installation de ventilation extraction mcanique centrale

INSTALLATION

DE VENTILATION ALIMENTATION ET EXTRACTION MCANIQUES (SYSTME

D)

TABLEAU LES

RCAPITULATIF DES DIFFRENTS TYPES DINSTALLATION DE VENTILATION

CRITRES GNRAUX DE CHOIX

LE COT DUNE INSTALLATION LNERGIE DUTILISATION

DE VENTILATION

Le chauffage combin la ventilation Le rafrachissement combin la ventilation (free cooling)

LE CONTRLE DE LA VENTILATION LA MAINTENANCE DE LINSTALLATION LE RENDEMENT LONG TERME

DE VENTILATION

LES

DIFFRENTS TYPES DINSTALLATION DE VENTILATIONDans un premier temps, il faut choisir le type dinstallation de ventilation (naturelle, simple flux, double flux) en fonction non seulement des contraintes imposes par le type de btiment, le climat, ltanchit lair de lenveloppe extrieure et lenvironnement, mais aussi de celles induites par le cot et la performance de linstallation, lnergie dutilisation et la facilit de maintenance. Les composants dune installation (ventilateurs, conduits, diffuseurs, bouches damenes dair, extracteurs dair, grilles, etc.) doivent rpondre ces contraintes, mais assurer un dbit dair permettant de satisfaire la rglementation et datteindre le confort. Des mesures et des calculs permettent de vrifier si les composants dune installation de ventilation sont adapts

18




aux besoins. Par ces mthodes, diverses estimations sont possibles, comme par exemple : le flux dair induit par infiltration et ventilation ; linfluence des paramtres tels que le climat, ltanchit lair ; le taux et la direction du flux dair ; le flux dair entre deux pices ; la concentration des polluants ; limpact sur lnergie. La norme NBN D50-001 distingue quatre systmes de ventilation :SYSTMESDE VENTILATION

PROCDS

DE VENTILATION

SELON LA NORME

NBN D50-001 [26] A B C D

AMENE DAIR naturelle mcanique naturelle mcanique

EVACUATION DAIR naturelle naturelle mcanique mcanique

TYPES DINSTALLATIONS

DE VENTILATION

SYSTME A

PAGE

21

SYSTME C

PAGE

23

SYSTME B

PAGE

22

SYSTME D

PAGE

24 19




LEFUITES DAIRDUES AU VENT

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATIONLe dbit dun fluide travers un trou ou une ouverture est proportionnel la surface douverture et la diffrence de pression maintenue de part et dautre de lorifice. Plus louverture est grande, plus lcoulement est important ; plus la diffrence de pression est leve, plus le dbit est lev. Le dbit dcoulement, ou taux de renouvellement dair, ne dpend pas seulement des dimensions et du trajet de fuite, mais aussi de lampleur et de la direction de la pression exerce.

[22]

Le volume dcoulement dair attribuable au vent peut tre valu laide dun simple modle bidimensionnel, par exemple une maison centrale dans une srie de maisons mitoyennes.

LE

PLAN DE PRESSION NEUTRE

Lorsque la vitesse moyenne du vent est de 16 km/h, une pression denviron 10 Pa sexerce sur lextrieur du mur ct vent, tandis quune pression gale sapplique contre la face intrieure du mur sous le vent. Si les orifices de ventilation du toit ont la mme surface sur les cts au vent, aucune diffrence de pression nest produite par le vent de part et dautre du plafond. Dans ce cas, la totalit de lcoulement ou presque se fait vers lintrieur, travers le mur expos au vent, et un coulement semblable se produit vers lextrieur par le mur sous le vent.

SURPRESSION

La notion de plan de pression neutre (PPN) aide comprendre leffet de linstallation de ventilation sur la rpartition de la pression de lair. Elle sapparente au phnomne de tirage, selon lequel lair froid pntre par la partie basse dun btiment et lair chaud svacue vers lextrieur par la chemine. Lcart de temprature entre lintrieur et lextrieur dun btiment amne un cart de pression. Le PPN correspond la hauteur laquelle la pression est la mme lintrieur et lextrieur du btiment, lorsquil ny a pas ou presque pas de vent. Au-dessous du PPN, lcart de pression fait pntrer lair dans le btiment (dpression) ; au-dessus, il lexpulse au dehors (surpression). Dans un btiment sans chemine, ni ventilateur dextraction, le vent fait pntrer de lair travers la faade expose et en fait sortir travers la faade sous le vent. Le PPN se situe donc peu prs mi-hauteur. Cest la ligne de dmarcation entre la partie de lenveloppe du btiment o il y a infiltration dair et celle o il y a extraction dair. Son emplacement exact dpend de la rpartition des fuites dair dans lenveloppe du btiment. Dans une maison avec chemine, le tirage de celle-ci tend diminuer le pression intrieure du btiment, de sorte que, dans la plupart des circonstances, la circulation dair se fait vers lintrieur travers tous les murs et vers le bas travers le plafond. Lair qui sinfiltre dans la maison finit par tre vacu avec les produits de combustion par la chemine La chemine constitue un point de fuite supplmentaire dans la partie suprieure de lenveloppe. Le PPN se trouve alors plus haut, et linfiltration dair ainsi que le taux global de fuite dair augmentent. Autrement dit, plus lemplacement du PPN est haut, plus la partie de lenveloppe o sexercent les pressions causant les extractions dair est rduite. Lvacuation dair par la chemine comble lcart qui existe entre les infiltrations et les extractions dair se faisant par les autres ouvertures de lenveloppe du btiment.

DPRESSION

PLAN

DE PRESSION NEUTRE EN LABSENCE DE CHEMINE

EFFET DE

LA CHEMINE SUR LE PLAN DE PRESSION NEUTRE

20




LE

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION NATURELLE (SYSTME

A)

PRINCIPE

DE LA VENTILATION NATURELLE

LES AVANTAGES DE LA VENTILATION NATURELLE Aucune consommation lectrique nest demande. Les lments de ventilation naturelle demandent trs peu dentretien et ne comprennent pas de ventilateurs bruyants. LES INCONVNIENTS DE LA VENTILATION NATURELLE La performance de la ventilation nest pas garantie : elle dpend des phnomnes naturels du mouvement de lair. Lair neuf nest pas filtr. Les grilles damene dair peuvent laisser filtrer les bruits extrieurs. Les grilles douvertures peuvent engendrer un inconfort. Les ouvertures entre les locaux favorisent le passage des bruits gnants. Les vacuations doivent se faire par des conduits verticaux Les dbouchs des conduits dextraction verticaux doivent se situer prs du fatage. Les ouvertures dans les faades sont parfois peu esthtiques. MODES

DE VENTILATION INTENSIVE

La ventilation naturelle intensive sopre selon deux modes ventuellement combinables avec leffet de chemine [34] : la ventilation unilatrale par louverture de fentressurune seulefaade : lair extrieur plus froid rentre par le bas de louverture et lair intrieur plus chaud sort par le haut ; la ventilation transversale par louverture de fentres sur des faades diffrentes : les mouvements dair sont ici crs par les diffrences de pression dues au vent entre les faades. Les dbits atteints sont nettement plus importants que dans le cas de la ventilation unilatrale ; leffet de chemine par louverture de fentres en faade et de lucarnes en toiture : lair est vacu par tirage thermique qui est dautant plus important que la hauteur entre les entres dair et les vacuations est grande.

Dans la ventilation naturelle, lair se dplace grce aux diffrences de pression qui existent entre les faades du btiment et grce la diffrence de masse volumique de lair en fonction de sa temprature. Des amenes dair (grilles et vasistas rglables) doivent tre disposes en faade pour les locaux dits secs (bureaux, sjours,...) ; des ouvertures de transfert (dtalonnage des portes ou grilles) permettent le passage de lair vers les locaux dits humides (sanitaires, cuisine,...). Dans ces derniers, lair est vacu grce des conduits verticaux dbouchant en toiture (voir figure ci-contre). Il est sous-entendu que les espaces de passage (couloirs, halls, escaliers, etc.) sont suffisamment ventils par lair qui provient des locaux secs et transite par les ouvertures de transfert pour gagner les locaux humides. Il ny a donc pas besoin damene dair ou dvacuation dair spcifiques dans les espaces de circulation des maisons unifamiliales. Par contre, les dispositifs de ventilation sont obligatoires dans les cages descalier et couloirs communs des immeubles dhabitation collective, o ils sont considrs comme locaux spciaux (voir Annexe 4). Dans un btiment, la scurit incendie est assure par un compartimentage. La ventilation et la distribution de lair dans les locaux au moyen de gaines doivent tre conues de telle sorte que [13] : la fume et les flammes ne puissent se propager dans tout le btiment ; les lments de construction traverss par ces gaines conservent leur rsistance au feu. Nous aborderons, plus loin, le problme de la scurit incendie (voir page 37). Il est intressant dadapter le fonctionnement de la ventilation en fonction des besoins (en priode doccupation, la nuit, le weekend). Il existe plusieurs possibilits de rguler la ventilation naturelle : bouches rglables, grilles hygrorglables, grilles commandes lectriquement en fonction dun horaire, par exemple. Pour rappel (voir page 17), la norme NBN D50-001 exige, en outre, la possibilit de pratiquer une ventilation intensive des locaux de sjour, des chambres, des locaux dtude et de loisir et des cuisines, en cas de pollution occasionnelle. Ce type de ventilation requiert des dbits importants mais occasionnels. La technique la plus indique est lutilisation des fentres et des portes, pratiquant ainsi de grandes ouvertures damene et dvacuation dair.


21



LES

PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DE LA VENTILATION MCANIQUEIl existe essentiellement trois types dinstallation de ventilation mcanique : le systme de mise en surpression, dont les ventilateurs dalimentation en air extrieur conservent la maison une pression suprieure la pression extrieure ; le systme qui utilise des ventilateurs dextraction et des prises dair pour maintenir la pression de lintrieur audessous de la pression extrieure ; le systme dit quilibr qui comporte des ventilateurs dalimentation et dextraction, et qui maintient les pressions intrieure et extrieure peu prs au mme niveau .

INSTALLATION

DE VENTILATION

ALIMENTATION MCANIQUE (SYSTME

B)

Dans sa version la plus simple, ce type dinstallation suppose la mise en place dun rseau de conduits de distribution raccord au ventilateur qui aspire lair frais de lextrieur et le distribue dans tout le btiment. Lexpulsion de lair se fait par extraction naturelle (voir ventilation naturelle). Linstallation tend donc pressuriser lintrieur du btiment et abaisser le plan de pression neutre, PPN. De ce fait, elle diminue la partie de lenveloppe par o se font les infiltrations, de mme que les pressions qui les favorisent. Linfiltration dair totale peut donc sen trouver rduite et elle est limine totalement si le PPN se situe sous le plancher du sous-sol. Il y a, par contre, accentuation des pressions intrieures et de la partie de lenveloppe soumise lexfiltration. Applications : - dans des sites fortement pollus : lair amen peut tre filtr avant dtre puls dans le btiment ; - dans des btiments industriels o lair doit tre parfaitement propre ; - pour le contrle des allergies : lorsque les occupants sont sensibles aux polluants extrieurs ; - dans le cas o il y a un polluant, tel que la mousse isolante dure-formol, dans les murs extrieurs. Le maintien de la maison en surpression empche linfiltration, dans les locaux habits, de gaz ou de polluants provenant de lenveloppe. Limitations : Lair du btiment en surpression svacue vers lextrieur par toutes les ouvertures de lenveloppe. Lair humide provenant de lintrieur peut donc pntrer dans les murs et la toiture o il peut produire de la condensation : des problmes peuvent alors apparatre, comme les moisissures, la pourriture des matriaux, lcaillement de la peinture, etc. Il ne faut donc employer ce moyen de ventilation que dans un btiment o ltanchit lair de lenveloppe extrieure est leve. Cest pourquoi ce type dinstallation de ventilation nest pas toujours indiqu dans le cas dune rnovation o il est difficile de sassurer que le pare-air en place prsente une tanchit lair suffisante la pressurisation intrieure.

LES AVANTAGES

DE LA VENTILATION ALIMENTATION MCANIQUE

La simplicit du systme. La bonne distribution de lair frais dans tout le btiment. La surpression diminue les risques de refoulement et dinfiltration des gaz se dgageant du sol ou des matriaux de construction. Lair peut tre filtr et sa temprature et/ou son humidit conditionnes. Les dbits dair amen sont contrls. Une partie de lair intrieur peut tre rcupre et mlange lair extrieur. LES INCONVNIENTS DE LA VENTILATION ALIMENTATION MCANIQUE Elle favorise la pntration de lair humide provenant de lintrieur dans les murs extrieurs et la toiture. Elle ne convient pas toujours dans le cas dune rnovation. Si lentre dalimentation est mal situe, mal conue ou mal place, linstallation de ventilation peut introduire les bruits extrieurs dans le btiment. Les ouvertures entre locaux favorisent le passage de bruits. Il ny a pas de rcupration de chaleur. Les dbits dair extrait ne sont pas contrlables. Les vacuations doivent se faire par des conduits verticaux. Les dbouchs des conduits dextraction verticaux doivent se situer prs du fatage. Lenveloppe extrieure du btiment doit avoir une bonne tanchit lair. Elle a besoin dnergie lectrique. Elle ncessite une maintenance rgulire.

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LES MOYENS DE VENTILATION DE VENTILATION

INSTALLATION

EXTRACTION MCANIQUE (SYSTME

C)

Lextraction mcanique consiste crer un mouvement de circulation de lair dans le btiment de telle sorte que lair neuf entre naturellement par les locaux secs et que lair soit ensuite extrait par un ventilateur depuis les locaux humides ou vicis. Lair chemine ainsi travers plusieurs locaux par ordre croissant de pollution, en passant sous les portes ou par des grilles de transfert. Une telle installation ncessite : que les locaux humides ou vicis soient mis en dpression par rapport au reste du btiment ; que les ouvertures soient places en faade pour diffuser de lair dans les locaux secs ; que le transfert de lair entre les locaux avec alimentation et les locaux avec extraction soit organis. Si le btiment est important, il faut le dcouper pralablement en zones de ventilation distinctes.

INSTALLATION DE VENTILATION EXTRACTIONMCANIQUE PONCTUELLE

Linstallation expulse lair au dehors au moyen dun ou plusieurs ventilateurs dextraction (ventilateur de salle de bain, hotte de cuisine, etc.), lalimentation en air se faisant par des prises dair amnages cette fin. Une dpression a donc tendance se crer lintrieur, et on assiste un rehaussement du plan de pression neutre PPN. Selon la hauteur laquelle celui-ci est relev, il y a rduction ou limination totale des exfiltrations. Llimination est totale lorsque le PPN est lev au-dessus du plafond du dernier tage chauff. Applications - dans les maisons dhabitation.

INSTALLATION DE VENTILATION EXTRACTIONMCANIQUE CENTRALE

Ce type de ventilation exige linstallation dun rseau de conduits, qui raccorde toutes les bouches dvacuation un ventilateur central dune capacit suffisante pour rpondre tous les besoins de ventilation du btiment. Cette installation de ventilation lve aussi le plan de pression neutre et rduit ou limine les exfiltrations par lenveloppe du btiment. Rcupration de chaleur En hiver, la chaleur se perd aussi dans lair vacu. Tout systme de rcupration de chaleur doit donc dabord acheminer lair vacuer vers un point central. Ce principe est la base de linstallation de ventilation par extraction. Une petite pompe chaleur peut tre utilise pour extraire la chaleur de lair vacuer et la restituer soit au systme de chauffage des locaux, soit au rseau deau chaude sanitaire.

INSTALLATION

DE VENTILATION EXTRACTION MCANIQUE CENTRALE


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COMMENT VENTILER ? :LES AVANTAGESDE LA VENTILATION EXTRACTION MCANIQUE


Elle est peu coteuse lexploitation. Elle demande peu de place utile dans les locaux techniques. Lvacuation par conduits verticaux nest plus obligatoire. Elle sapplique aux btiments neufs et la rnovation. Les dbits dair extraits sont contrls. La mise au point est facile, se limitant au rglage des dbits extraits au moyen des bouches. Elle diminue les risques de problmes dhumidit dans les murs et dans les toitures. Une pompe chaleur peut tre intgre afin de rcuprer la chaleur de lair extrait. LES INCONVNIENTS DE LA VENTILATION EXTRACTION MCANIQUE Elle nest pas adapte aux btiments situs dans des environnements bruyants et pollus. Elle ncessite un rseau de conduits dont il faut intgrer lencombrement. Lair neuf nest pas filtr. Les dbits rels dair neuf sont parfois loigns des valeurs thoriques (voir ventilation naturelle). Les grilles douverture peuvent engendrer un inconfort. Les ouvertures entre locaux favorisent le passage de bruits ariens. Une simple extraction ne permet pas de raliser du free cooling (voir page 29) car les dbits dextraction sont gnralement insuffisants. Elle a besoin dnergie lectrique. Pendant le fonctionnement des ventilateurs dextraction, il peut y avoir inversion du tirage ou refoulement des gaz de combustion des appareils de production de chaleur combustion ouverte (chaudire, feu ouvert, chauffe-eau...). Le fonctionnement des appareils peut favoriser ladmission des gaz se dgageant du sol car le btiment est mis en dpression : infiltration de radon, dhumidit, etc. Lenveloppe extrieure du btiment doit avoir une bonne tanchit lair. Elle ncessite une maintenance rgulire.

Rgulation Un contrle du ventilateur par horloge peut tre envisag. Si le btiment est taux doccupation trs variable, le fonctionnement du ventilateur peut tre asservi la dtection dune sonde COV (Composs Organiques Volatiles), aussi appele sonde de mlange de gaz ou sonde de qualit de lair, sensible aux odeurs les plus diverses, ou dune sonde CO2 ; on parle alors de ventilation la demande. Applications - dans des maisons dhabitation ; - dans des btiments de taille moyenne. Limitations La ventilation par simple extraction dair nest pas adapte aux btiments situs dans des environnements bruyants et/ou pollus.

INSTALLATION DE

VENTILATION ALIMENTATION

ET EXTRACTION MCANIQUES (SYSTME

D)

Linstallation de ventilation alimentation et extraction mcaniques se compose dun ventilateur dalimentation, dun ventilateur dextraction et dun rseau de conduits de distribution et dvacuation. La ventilation double flux consiste organiser : la pulsion mcanique de lair neuf, filtr, dans les locaux ; lextraction mcanique de lair vici des locaux. On peut, soit pulser lair neuf dans les locaux secs et extraire lair vici depuis les locaux humides, soit chaque local peut disposer dune pulsion et dune extraction. Dans ce cas, les locaux produisant des odeurs sont gnralement maintenus en dpression de telle sorte que lair vici ne schappe pas vers les autres locaux. La pulsion se distribue via un rseau de conduites verticales et horizontales (dans les faux-plafonds, par exemple). Les conduits dvacuation dair sont semblables aux conduits des installations simple flux et peuvent tre disposs paralllement aux conduits damene dair. Les bouches damene dair sont de type mural ou de type plafonnier sil existe des faux-plafonds dans le local. Plusieurs complments ce type dinstallation sont possibles : une rcupration de chaleur par change entre lair extrait et lair neuf ; un traitement de lair en temprature et en humidit pour assurer un confort optimal ; un recyclage partiel de lair, dans le cas o lair de ventilation assure galement le chauffage ou le refroidissement des locaux.

INSTALLATION

DE VENTILATION ALIMENTATION ET EXTRACTION MCANIQUES

Lorsque ce type dinstallation de ventilation fonctionne dans un environnement en quilibre (cest--dire lorsque lalimentation est gale lextraction), il ninfluence aucunement la rpartition naturelle des pressions qui sexercent sur le btiment, ni le plan de pression neutre qui nest ni abaiss, ni relev. Toutefois, en raison du milieu ambiant, linstallation fonctionne souvent en lger dsquilibre, donc selon le cas, comme une installation dextraction ou dalimentation. 24La ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes



PULSION

ET EXTRACTION DANS CHAQUE LOCAL

Rcupration de chaleur Une installation double flux na pas besoin dchangeur de chaleur pour bien fonctionner ; la seule fonction de cet appareil est dconomiser de lnergie en fournissant une partie de celle qui est ncessaire pour rchauffer lair de ventilation par rcupration de la chaleur contenue dans lair extrait. Avant dopter pour lutilisation dun ventilateur rcupration de chaleur, il faut donc prendre en considration le cot dinstallation de cet appareil et la quantit dnergie quil permettra dconomiser. Lorsquun changeur de chaleur est utilis, lair dalimentation doit toujours tre achemin vers le mme point central que lair extrait, de sorte que la chaleur puisse se transmettre de lun lautre. Rgulation Il est intressant dadapter le fonctionnement de la ventilation la nuit et le weekend ; un contrle de la ventilation par horloge peut tre envisag. Si le btiment est taux doccupation trs variable, le fonctionnement de la ventilation peut tre asservi la dtection dune sonde COV ou CO2. Chauffage et/ou refroidissement complmentaire(s) Dans la configuration ventilation pure, un prchauffage de lair neuf en hiver est presque indispensable pour rapprocher la temprature de lair puls, de la temprature ambiante et viter toute sensation de courant dair. Dans ce cas, la ventilation et le chauffage du local sont dissocis et rguls tout fait distinctement. Le dbit dair neuf hyginique est en effet souvent beaucoup plus faible que le dbit ncessaire pour transporter de la chaleur ou du froid. Pour assurer simultanment la ventilation et le chauffage ou le refroidissement, il faut donc surdimensionner les quipements ncessaires au transport de lair et un recyclage partiel de lair doit ds lors tre organis. Cette diffrence de dbit samenuise lorsque le btiment est trs bien isol. Dans ce cas, on peut combiner chauffage et ventilation, soit avec des batteries terminales au niveau des bouches de pulsion, soit en traitant lair de faon centralise. Applications - dans des maisons dhabitation si le climat est svre ; - dans des magasins, btiments commerciaux, bureaux ; - lorsque lenvironnement est particulirement bruyant et/ou pollu. Limitations Ce type dinstallation de ventilation exige une trs bonne tanchit lair de lenveloppe extrieure des btiments, sinon les voies naturelles dinfiltration et dexfiltration courtcircuitent linstallation de ventilation mcanique. Cest pourquoi, la mise en oeuvre dun tel systme nest pas aise dans le cas de btiments rnovs o il est plus malais dintgrer des conduits de ventilation.

PULSION

DANS LE LOCAL ET EXTRACTION SANITAIRE

LES

AVANTAGES DE LA VENTILATION ALIMENTATION ET EXTRACTION

MCANIQUES

Cest un systme trs matrisable. Quelles que soient les conditions climatiques extrieures, il est possible de : - capter lair extrieur un endroit sain ; - filtrer lair ; - contrler les dbits de pulsion et dextraction ; - mettre volont certains locaux en surpression ou en dpression sil y a pulsion et extraction dans chaque local. Elle peut assurer un taux de renouvellement dair lev. Par consquent, on observe : - une diminution du niveau dhumidit lintrieur ; - une attnuation de la concentration de polluants. - une diminution du danger de refoulement des gaz de combustion. Elle induit une trs bonne distribution de lair. Elle se prte bien une commande automatique, ce qui facilite la gestion des dbits. Elle permet la rcupration de chaleur contenu dans lair extrait pour prchauffer lair neuf puls. Si les conduites de distribution sont bien tudies, les problmes de transmission de bruit venant de lextrieur sont limits. Aucune ouverture dans lenveloppe extrieure du btiment nest ncessaire, sauf la prise dair centralise et le refoulement. LESINCONVNIENTS DE LA VENTILATION ALIMENTATION ET EXTRACTION

MCANIQUES

Cest un systme coteux. Elle demande de la place dans les locaux techniques. Elle est la plus complique des installations de ventilation. Elle est difficile quilibrer. Lenveloppe extrieure du btiment ncessite imprativement une trs bonne tanchit lair. La pulsion de lair dans les locaux peut engendrer du bruit, notamment au niveau des bouches de diffusion. Elle a besoin dnergie lectrique. Elle ncessite une maintenance rgulire (inspection et nettoyage).


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TABLEAU

RCAPITULATIF DES DIFFRENTS TYPES DINSTALLATION DE VENTILATION

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LESLECOT GLOBAL DUNE InvestissementINSTALLATION DE VENTILATION

CRITRES GNRAUX DE CHOIX

COT DUNE INSTALLATION DE VENTILATION

Une installation dun cot assez lev au dpart peut se rvler, long terme, moins chre quune autre, dont le cot initial est moins lev mais dont le cot oprationnel est plus cher ou qui doit tre plus vite remplace. Une analyse spcifique doit tre faite dans chaque cas (type de btiment, type doccupation, type de climat, dure de fonctionnement de linstallation, etc.). Ainsi, une installation de ventilation avec rcupration de chaleur, par exemple, malgr son cot initial lev, devient de plus en plus rentable lorsque la svrit du climat augmente. Des ordres de grandeur de cots sont donns plus loin (pages 38 41). Pour des raisons conomiques et cologiques, la ventilation doit aller de pair avec une consommation nergtique aussi faible que possible. Les aspects pratiques suivants interviennent dans ce cadre : le choix des dbits de ventilation nominaux : la consommation nergtique saccrot proportionnellement aux dbits de ventilation. Par consquent, lors de la dtermination des dbits, il faut prserver la qualit de lair pour un cot dutilisation raisonnable. ladaptation des dbits de ventilation aux besoins : dans les locaux dont loccupation varie fortement (bureaux, coles, etc.), la modulation des dbits en fonction des besoins rels peut apporter des conomies substantielles. Il faut donc voir si : - la ventilation est permanente 24 h sur 24 alors que seule une ventilation diurne est ncessaire ; - certains locaux sont ventils en journe alors quils sont inoccups. Dans un premier temps, il faut donc examiner si les horaires de ventilation sont synchroniss aux horaires doccupation. Une simple horloge peut, soit couper les ventilateurs, soit les faire fonctionner vitesse rduite, la nuit ou en priode dinoccupation. Dans un second temps, on peut reprer les locaux occupation importante et fortement variable et y appliquer une gestion de ventilation en fonction de la prsence des occupants (grce des sondes CO2, humidit, etc.). le fonctionnement efficace de linstallation : il faut concevoir une installation aussi conome en nergie que possible, et ce notamment par [34] : - lutilisation de ventilateurs efficaces : la consommation des ventilateurs pour un mme dbit dair transport peut tre trs diffrente dun ventilateur un autre. Voici, ci-contre, une classification qualitative des systmes de ventilation en fonction de leur consommation (source : Swedish Indoor Climate Institute). - la limitation des pertes de charge dans les conduits de distribution : elles dpendent principalement du diam27

+Energie dutilisation

Chauffage de lair

+Maintenance

Transport de lair

=COT GLOBAL

Puissance dun ventilateur par m/h dair transport 0 < puissance < 0,4 W/(m/h) 0,4 < puissance < 0,7 W/(m/h) 0,7 < puissance < 1,1 W/(m/h)

Efficacit nergtique bonne moyenne mauvaise




tre des conduits, de leur trac, du choix et de lentretien des filtres (voir figure ci-dessous). - ltanchit des conduits de ventilation : en moyenne, 20 % du dbit de lair puls par un ventilateur narrive pas dans les locaux de destination. Concevoir une installation de ventilation ds la conception dun btiment savre primordial dun point de vue conomique ; en effet, non seulement linstallation doit tre adapte la construction et son environnement, mais ses composants doivent aussi tre choisis de faon assurer une ventilation qui soit la plus efficace possible.EXEMPLESDE TRAC DE CONDUITES POUR LA VENTILATION MCANIQUE

[34]

Pavillon la prise dair

Coudes arrondis

Changement progressif de section

Bifurcation arrondie

Placement des batteries dans des sections rectilignes suffisamment longues

Pas de brusque changement de direction aux abords du ventilateur

Ailettes directionnelles dans les coudes

Pas de bifurcation directement la sortie du ventilateur

LNERGIE DUTILISATIONLURE consiste assurer le confort des occupants, tout en matrisant les consommations nergtiques. Ces deux principes sont difficilement respects dans les anciens btiments ; en effet, la mauvaise tanchit lair de leur enveloppe extrieure rend les infiltrations dair frais incontrlables et fortement variables avec les conditions atmosphriques. La cration dune ventilation organise fournit au contraire la quantit dair frais juste ncessaire aux occupants, limitant ainsi les consommations nergtiques au minimum, tout en assurant la qualit de lair. 28La ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes

COMMENT VENTILER ? :La puissance du ventilateur quivaut la puissance ncessaire au transport de lair, plus les pertes au niveau du moteur, de la transmission et du ventilateur lui-mme.Puissance absorbe lie un apport d1 m/h dair neuf [34] de Puissance de chauffage 3,4 W/(m/h) 7,7 en fonction de la rgion, de W/(m/h) la temprature intrieure de consigne et des apports de chaleur gratuits. 1,1 en fonction de la qualit du W/(m/h) ventilateur, des pertes de charge du rseau de distribution.


La ventilation naturelle ne requiert aucune consommation dnergie autre que celle ncessaire au chauffage de lair neuf qui est port temprature ambiante. La ventilation mcanique demande une consommation complmentaire, qui provient de la consommation lectrique du (des) ventilateur(s) ; cette dernire peut tre rcupre en hiver si le (les) ventilateur(s) est (sont) bien positionn(s) au sein du volume chauff du btiment. Linstallation doit satisfaire le besoin de ventilation avec une nergie dutilisation minimale. Une ventilation conome en nergie ncessite : une bonne tanchit lair de lenveloppe extrieure afin dviter les pertes thermiques incontrles par infiltration naturelle ; une installation de ventilation (naturelle ou mcanique) amenant la quantit dair ncessaire l, o et quand les occupants en ont besoin. Une analyse de la performance de linstallation doit donc tre faite. Dans les installations de ventilation mcanique, le cot supplmentaire de lnergie consomme par les ventilateurs doit tre calcul, alors que, dans une installation de ventilation naturelle, ce sont les pertes de chauffage ou de refroidissement, le mauvais contrle des dbits ainsi que le risque de surventilation qui doivent tre pris en compte. Ladaptation des dbits aux besoins peut ventuellement se faire automatiquement. En cas dusage dune installation de ventilation double flux, il est possible de placer un changeur de chaleur entre lair amen et lair extrait. Celui-ci permet dconomiser 70 90 % de la consommation de chauffage due la ventilation en prchauffant lair extrieur souffl dans lhabitation.

Puissance du ventilateur

0,2 W/(m/h)

Dans le cas dune ventilation mcanique double flux, ces trois pertes se retrouvent dans le flux dair puls ; on peut considrer, dans ce cas, que la totalit de la puissance absorbe pour transporter lair se retrouve sous forme de chaleur dans lair. On estime ainsi que la temprature de lair puls augmente de 1 1,5 C cause du ventilateur. Sa consommation ne doit pas tre considre comme une consommation complmentaire, pour peu que la temprature extrieure soit infrieure la temprature de consigne intrieure et quon ne doive pas refroidir lair [34].

LEEXEMPLEDE PUISSANCE ET DBIT NCESSAIRE POUR QUILIBRER LES DPERDITIONS DUNE FAADE DUN LOGEMENT, PAR

CHAUFFAGE COMBIN LA VENTILATION

-9 C

EXTRIEUR

[34]

Prenons une chambre au sein dun immeuble. La largeur de faade de la chambre est de 3 m, pour une hauteur de 3 m ; la profondeur du local est de 4 m. Cette chambre est entoure (au-dessus, en dessous et sur les cts) dautres chambres. La faade est compose de vitrages sur une hauteur de 2 m et de maonnerie pour le mtre restant. La temprature intrieure de consigne est de 20 C. Le dbit dair neuf recommand est de 3,6 m/h par m de surface au sol, soit pour cette chambre de 36 m, 43 m/h.Puissance et dbit ncessaire pour quilibrer les dperditions dune faade dun logement, par -9 C extrieur [34] Type de faade (10 m de mur et 2,5 m de fentre) Mur non isol, simple vitrage Mur isol, double vitrage Mur isol, double vitrage HR Puissance de chauffage Dbit dair ncessaire (temprature de pulsion = 35C) 168 m/h 67 m/h 39 m/h

Dans les anciens immeubles non isols, la puissance ncessaire au chauffage est telle que le dbit de ventilation hyginique est insuffisant si on veut assurer, par celuici, un chauffage araulique. La sparation des deux fonctions (chauffage et ventilation) simpose dautant plus que le btiment est peu isol et que les apports internes de chaleur sont faibles (voir tableau ci-contre). Par contre, dans les btiments bien isols, la puissance de chauffage ncessaire se rduit fortement et, avec elle, les dbits dair ncessaires pour un chauffage araulique. Dans ce cas, il peut tre envisag de combiner le chauffage et la ventilation au sein dune installation double flux.

1.085 W 434 W 254 W

LE RAFRACHISSEMENT (FREE COOLING)

COMBIN LA VENTILATION

On voit ici que pour un btiment non isol, il faut multiplier le dbit dair par 4 si on veut combiner chauffage et ventilation. Le dbit dair est par contre suffisant pour des btiments bien isols.

Les btiments tant de mieux en mieux isols et tanches vis--vis de lextrieur, les apports internes augmentent considrablement. Par consquent, le temps ncessaire lvacuation de la chaleur emmagasine sallonge, et un rafrachissement devient de plus en plus souvent nces29


COMMENT VENTILER ? :saire.


Le rafrachissement par surventilation consiste refroidir un btiment par une ventilation accrue, en utilisant lnergie gratuite de refroidissement de lair extrieur lorsque celui-ci prsente une temprature infrieure la temprature intrieure. Le rafrachissement par surventilation de jour consiste sur-ventiler les locaux avec de lair extrieur plus frais que lair intrieur. Une diminution des tempratures intrieures de lordre de 3 4 C peut tre obtenue. Le rafrachissement par surventilation de nuit consiste rafrachir les btiments la nuit, grce lair extrieur. Un rafrachissement de 3 4 C est possible. Le but de la ventilation nocturne est de dcharger au maximum, durant la nuit, la chaleur accumule dans les parois du btiment et de permettre nouveau une forte absorption de chaleur durant la journe suivante. Pour que ce mcanisme soit possible, il faut, en pratique : - favoriser lutilisation de matriaux de construction lourds afin dassurer laccumulation de la chaleur ; - garantir le contact entre ces matriaux et lair frais de la ventilation afin dvacuer la chaleur accumule ; - un taux de renouvellement dair dau moins 4 vol/h.VN Contrle du taux de ventilation La VN dpend des phnomnes naturels rgissant le mouvement de lair. VMSF VMDF

Elle met le btiment soit en surpression (alimentation mcanique), soit en dpression (extraction mcanique). Lextraction ou lalimentation reste incontrlable, mais les dbits rglementaires sont assurs.

Ce systme est trs matrisable, quelles que soient les conditions climatiques extrieures.

LE

CONTRLE DE LA VENTILATION

Ventilation la demande

Il existe bien des grilles autorglables, hygrorglables, motorises, etc. (cf page 28), mais la ventilation dpend toujours des conditions extrieures et les dbits peuvent tre infrieurs aux besoins rglementaires.

Lextraction ou lali- La VMDF se prte mentation mcani- bien une comque peut tre adap-mande automatite aux besoins que, ce qui facilite rels. Une coupure la gestion des dcomplte des ex- bits de pulsion et tractions risque de dextraction. Elle provoquer la propa- permet ainsi de gation des odeurs. mettre, volont, certains locaux en surpression ou en dpression.

Les besoins de ventilation ne restent pas constants en fonction des saisons et du niveau doccupation ; il faut, ds lors, sinterroger sur la ncessit de maintenir un rgime de fonctionnement identique tout au long de lanne. Une gestion de la ventilation permet des conomies : sur le chauffage de lair neuf grce la diminution de la quantit dair introduite dans le btiment ; en fonction du mode de rglage choisi, sur la consommation lectrique du ventilateur de pulsion et/ou dextraction lorsque la ventilation est mcanique. La norme belge prvoit des dbits dair neuf hyginiques minimaux, mais elle noblige pas fournir les dbits nominaux lorsque le btiment est partiellement occup. En France, par contre, la rglementation stipule [34] : la ventilation doit pouvoir tre rduite de 50 % dans le cas dune occupation discontinue et tre coupe en cas dinoccupation. Le principe appliqu dans les diffrents schmas possibles de gestion consiste valuer les besoins rels en ventilation grce un capteur (simple horloge, sonde de prsence, sonde CO2, sonde COV, compteur de passage...) et adapter les dbits dair neuf en consquence. Pour une installation de ventilation unizone, cest--dire lorsquun groupe de ventilation mcanique (simple ou double flux) dessert soit un local, soit une srie de locaux de mode doccupation tout fait homogne, la gestion se fait directement sur le dbit du ventilateur. Dans ce cas, un dtecteur de prsence, une horloge ou une sonde de qualit de lair commande directement le ou les ventilateur(s) selon que lonLa ventilation et lnergie - Guide pratique pour les architectes

GESTION DUNSIMPLE FLUX

SYSTME UNIZONE

GESTION DUNDOUBLE FLUX

SYSTME UNIZONE

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GESTION DUN

SYSTME MULTIZONE DOUBLE FLUX

:

CIRCUIT EN SRIE

est en simple ou en double flux. Pour une installation de ventilation multizone, cest--dire lorsquun groupe de ventilation alimente plusieurs locaux, la gestion individuelle de

Ventilation Acro4[1]

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