Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique

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1 Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Une bonne conception pour de bonnes performances 7 octobre 2014 Les Isnes Samuel Caillou Laboratoire Chauffage et Ventilation CSTC Centre Scientifique et Technique de la Construction Les étapes Pour des installations performantes Conception Montage installation Mise en service Utilisation et entretien 1

2 Les étapes Pour des installations performantes Conception Choix du système Débits minimums Débits de conception Emplacement entrées d air Dimensionnement mécanique Ventilateurs Montage installation Mise en service Utilisation et entretien Les étapes Pour des installations performantes Conception Choix du système Débits minimums Débits de conception Emplacement entrées d air Dimensionnement mécanique Ventilateurs Montage installation Mise en service Utilisation et entretien Outil de calcul OPTIVENT 2

3 Conception et installation Vue d ensemble outils et documents (Optivent-CSTC) Objectif: Rendre l information accessible à l installateur par étapes Depuis une vidéo introductive Jusqu à des documents et outils très simples et pratiques Voire même des directives plus détaillées si nécessaire Note d Information Technique Vidéo Guide pratique Annexes thématiques Outil de calcul 3

4 Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Outil de calcul Outil de calcul - introduction Développé dans le cadre de Optivent Financé par l IWT 4

5 Objectif de l outil de calcul Conception et réalisation étape par étape d une installation domestique Pour l installateur (+architecte) Objectif: outil accessible à tous Pas de concurrence avec les outils de dessin 3D et les softwares payants pour installations techniques Bureaux d étude Conforme au guide pratique Optivent Pour tous les systèmes A, B, C, D Développé en Java : pour PC et Mac Onglet paramètres Données de l entreprise Liste des paramètres de conception Avec valeurs recommandées Adaptation possible par l utilisateur Appliquer la taille du dessin Pour réseau de distribution alimentation/évacuation Appliquer aux nouveaux dossiers Paramètres adaptés aussi pour les prochains dossiers Retour aux valeurs recommandées Retour aux valeurs intiales Choix de la langue: Enregistrer le dossier, fermer et de nouveau ouvrir 5

6 Paramètres Onglet base de données-composants Liste des composants du réseau Avec données pour calcul des pertes de pression Sous la forme de facteurs C et n Pas pour les Té (calcul empirique) Bouche: complètement ouverte / complètement fermée Distinction Générique: général, sans marque Introduit par le CSTC, sur base d une moyenne du marché ou de formules théoriques Marques: de fournisseurs concrets 12 6

7 Onglet base de données-composants Utilisation Ajouter ses propres composants Via encodage direct Module d aide pour déterminer les valerus C et n Enregistrer les nouveaux composants Rendre disponible aussi pour les nouveaux dossiers Préférence : Choix de préférence pour les sélections automatiques des composants A adapter par l utilisateur (ex: générique marque) 13 Base de données-composants 14 7

8 Outil de calcul: présentation générale Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Outil de calcul Les débits 8

9 Evacuation Ventilation : alimentation transfert évacuation Espaces «secs» Espaces «humides» Alimentation Transfert SEC: Living Chambres Bureaux Jeux et loisirs TRANSFERT Hall Couloir Escalier HUMIDES Cuisines Salle de bain Buanderie WC 4 systèmes simplifiés (logements) A: alimentation et évacuation naturelles B: alimentation mécanique + évacuation naturelle C: alimentation naturelle + évacuation mécanique D: alimentation et évacuation mécaniques 9

10 Alimentation Evacuation Débits alimentation NBN D Espace Living Chambre Bureau Salles de jeux Débit nominal Règle générale 3.6 m³/h.m² Débit minimum Débit peut être limité à 75 m³/h 150 m³/h 25 m³/h 72 m³/h (PEB) Vrije toevoer (A, C) maximaal 2 x nominaal Débits évacuation NBN D Espace Débit nominal Règle générale Débit minimum Débit peut être limité à Cuisines Salle de bain Buanderie Et anologues 3.6 m³/h.m² 50 m³/h 75 m³/h Cuisine ouverte 75 m³/h WC - 25 m³/h - 10

11 TRANSFERT TRANSFERT Débit transfert NBN D (à 2 Pa) Alimentation de l espace Débit (minimum) Fente sous la porte Living 25 m³/h 70 cm² Prévoir plus de préférence! Chambre Bureau Salles de jeux 25 m³/h 70 cm² Evacuation de l espace Débit (minimum) Fente sous la porte Salle de bain, buanderie 25 m³/h 70 cm² Cuisines 50 m³/h 140 cm² WC 25 m³/h 70 cm² Comment calculer la surface? Définition NBN D : au niveau du plancher Surface de plancher Espace sur un niveau: Espace sur plusieurs niveaux: Espaces ouverts Limite fictive (ex. Cuisine ouverte) Intégrer à la fonction principale (ex. Dressing dans une chambre à coucher) 11

12 Depuis exigé jusqu à conception Conception minimum exigé Par espace, viser 5-10 % plus élevé? Débit de conception total +/- 5 % plus élevé Ventilation des autres espaces: Chaufferie? Débarras, dressing, Conception en équilibre Selon le système, surtout pour D Equilibre entre alimentation et évacuation? Total alimentation >< Total évacuation 200 m³/h >< 150 m³/h Pas d obligation Mais bien des conséquences: C: trop peu d alimentation D: exfiltration d air via l enveloppe en conséquence de la surpression 12

13 Equilibre alimentation évacuation? Possibilités Augmenter les débits d évacuation Pour les espaces avec une évacuation obligatoire, impact négatif possible sur le facteur m Ajouter des évacuations supplémentaires Dans le débarras, hall, dressing Dans des espaces secs? Recirculation pour alimentation du séjour Partielle ou complète Débit < total des débits des autres espaces secs Chambre à coucher, bureau, salle de jeux Prévoir aussi une recirculation de l évacuation en équilibre Equilibre? augmenter les débits d évacuation

14 Equilibre? recirculation (seulement D) Régulation? Recirculation partielle Marche/arrêt autorisé Recirculation totale seulement réduire, mais pas arrêter Subdiviser les espaces En 2 ou plusieurs bouches : Pour limiter le diamètre des conduits Pour limiter le débit par bouche (ex. 90 m³/h = diam. 125 mm pour une vitesse de 2 m/s) Pour améliorer la répartition dans l espace Pour limiter les courants d air et nuisances sonores 14

15 Outil de calcul: onglet débits Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Outil de calcul Le réseau de conduits 15

16 Conduits pour ventilation mécanique Conduits Pas vraiment d exigences légales En pratique Limiter les pertes de pression: Lisse, forme, diamètre Etanche Ecoulement Limiter l encrassement Lisse, accessible, antistatique? Montage Prix Foto: Lindab, Ventichape-foto A.Camps Relation pression - débit Poule ou oeuf? Lorsque de l air s écoule dans un conduit / une ouverture, il se crée une différence de pression Lorsque qu on apporte une différence de pression sur une ouverture, il se crée un débit Cette relation répond aux lois de la physique, et peut Δp: perte de pression être calculée: q v: débit 16

17 Relation pression - débit Lors d une diminution/augmentation du débit, la pression diminue/augmente aussi Pas linéaire, mais quadratique Débit x 2 Pression x 4 Détermine la courbe caractéristique du réseau/conduit (du point de départ au point d arrivée) Δp: pertes de pression Perte de pression calculée Δp /4 débit/2 q v : débit Comment alors réaliser un débit d air? En créant une différence de pression entre l intérieur et l extérieur Naturelle Vent Tirage thermique Mécanique: avec un ventilateur 17

18 Courbe caractéristique ventilateur Ventilateur ne délivre pas 1 débit/pression, mais de nombreuses possibilités de combinaisons débit/pression A faible débit: Δp élevée A débit élevé: Δp faible Quel est alors LE débit du ventilateur? Seulement connu lorsqu on Connait aussi le réseau Δp q v Performances d une voiture pente Vitesse (km/h) 18

19 Demande = offre Δp Courbe caractéristique du réseau Courbe caractéristique du ventilateur q v = jonction des courbes = point de fonctionnement Choix ventilateur: prévoir de la réserve Incertitude calcul Adaptations sur chantier Vent Encrassement du filtre Bruit 19

20 Exemple Et si le point de fonctionnement ne correspond pas au débit souhaité? Courbe caractéristique du réseau Δp Perte de pression calculée Courbe caractéristique Du ventilateur Débit réalisé q v Débit souhaité Déplacer le point de fonctionnement 20

21 Déplacer le point de fonctionnement Δp Ventilateur plus grand ou plus petit Régler la vitesse du ventilateur q v Δp Ø conduit plus grand/plus petit Fermer/ouvrir les bouches q v Autre propriété de la courbe réseau: puissance théorique P ~ q v x p Δp P Surface = Représente l énergie du ventilateur P q v Débit divisé par 2: qv /2 Δp /4 P/8! 21

22 Δp Régler le débit? Obturation (clapet de réglage) q v Variation de la vitesse de rotation (du ventilateur) Δp Δp q v q v Puissance q v Projet IWT Optivent: puissance absorbée 22

23 Très grandes différences pour un même débit 3 Semi-flexibles Ø 50 mm 1 Semi-flexible Ø 75 mm Max 5.2 m/s (moy. 3.2) 1 Semi-flexible Ø 75 mm Max 3.5 m/s (moy. 2.4) Autres: metal, rond Plusieurs conduits semi-flexibles en chape Plusieurs petits conduits (même vitesse) 3 conduit ronds lisses: 3 x 50 mm, 75 m³/h (3.5 m/s) 4.9 Pa/m 1 conduit rond lisse: 87 mm 75 m³/h (3.5 m/s) 2.4 Pa/m Pertes de pression 2 x plus élevées 46 23

24 Pertes de pression calculées pour le réseau Rarement toutes égales! Ex. Δp Karakteristiek Courbes par per tracé Différentes pertes de pression Débits souhaités q v Solutions en pratique Solution : égaliser les pertes de pression, au débits souhaités, pour chaque tracé Etape 1: Eliminer les grandes différences: En adaptant le réseau à la conception! Ex. Augmenter/diminuer les diamètres Ce qui veut dire: concevoir le réseau autant que possible pour: un équilibre naturel Mais de petites différences peuvent rester 24

25 Solutions en pratique Solution : égaliser les pertes de pression, au débits souhaités, pour chaque tracé Etape 2: petits ajustements avec les bouches/clapets: Au niveau des bouches, du collecteur ou du ventilateur Ce qui veut dire: Régler l installation Plage de réglage des bouches: limité entre complètement ouverte et complètement fermée Pertes de pression Non réglable! + Espace1 Espace2 Espace3 Espace4 Espace5 25

26 Conception d un réseau de conduits = emplacement ventilateur, différentes bouches, tracé des conduits, diamètres des composants, = compromis entre différents critères: Vitesses d air faibles acoustique Pertes de pression faibles faible conso E Autant que possible équilibré naturellement réglage faisable Encombrement limité Bouches pour une bonne distribution de l air Prise d air de bonne qualité Facilité d entretien Prix abordable Emplacment du ventilateur/groupe de ventilation De préférence DANS le volume protégé Dans un local technique fermé Accessible pour entretien Raccordement électrique - évacuation des condensats (D) Longueur des conduits limitées de/vers l extérieur Position centrale par rapport aux espaces à desservir Pour équilibre naturel Distances pondéreés : Grand débit courte longueur Petit débit grande longueur Espace pour silencieux 26

27 Tracé préliminaire: 2 choix de base Ramifié En étoile Différentes solutions et formes Mais attention avec les diamètres très petits, même si plusieurs conduits en parallèle Source: Codumé 27

28 Différentes solutions et formes Bron: Zehnder group Belgium, Ventiline Tracé: recommandations Réserver de l espace pour les conduits Direct et droit: limiter le longueur, éviter les détours inutiles Eviter les conduits traversant des espaces de vies (ex. Chambres à coucher), même si protégés Conduits avec de l air chaud restent de préférence dans le volume protégé 28

29 Ce qu il ne faut pas faire! bron: WTCB, AIVC Outil de calcul: dimensionnement 29

30 Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Acoustique Niveaux de bruit mesurés débits mesurés Chambres à coucher: position 3 30

31 Influence présence des silencieux Aucun Flexible acoustique Silencieux métal Sources et transmissions de bruits Ventilation mécanique Sources de bruit sources actives = Groupe de ventilation sources passives = Bruit de flux Transmission des bruits et vibrations via le bâtiment et le réseau de conduits Rayonnement via bouches de ventilation, paroi des conduits et éléments du bâtiment! Aussi avec extraction mécanique! (ondes sonores flux d air) WTCB-Contact nr. 39 (3-2013) 31

32 Pour en savoir plus Article CSTC Aspects acoustiques liés à la ventilation mécanique dans les habitations unifamiliales - Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Outil de calcul Le réglage 32

33 Objectif du réglage des débits Réaliser le bon débit au bon endroit Aussi proche que possible du débit de conception Mais toujours plus élevé que le débit minimum exigé Assurer l équilibre alimentation/évacuation (D) Et en même temps, limiter les pertes de charge (et le bruit!) Bouches le plus ouvertes que possible Limiter la vitesse du ventilateur Réglage régulation Réglage des débits de conception dans les espaces Démarrer avec un réseau raisonnablement équilibré Bouches le plus ouvertes que possible Utiliser le potentiel de régulation du ventilateur au maximum Bouches seulement pour réglage fin Régulation de l installation pour utilisation quotidienne Régulation manuelle des ouvertures naturelles Variation de la vitesse de rotation du ventilateur Systèmes automatiques: alimenation, évacuation, ventilateur 33

34 Durée Méthodes de réglage disponibles Méthode classique Méthode «intuitive» Méthode simplifiée Précision Méthode classique Principe Hypothèse: variation proportionnelle des débits dans les différentes branches But: mêmes rapports mesuré/conception dans chaque bouche Réglage de chaque bouche: par itération en comparant les rapports avec la bouche de référence 34

35 Durée Proposition méthode simplifiée Méthode simplifiée: Réduire la durée du réglage Sans trop perdre en précision Méthode classique Méthode «intuitive» Méthode simplifiée Précision Méthode simplifiée Principe Idem méthode classique: rapports identiques Particularité: les itérations sont remplacées par des prédictions obtenues par calcul gain de temps! 35

36 Recommandation importante: contrôle acoustique Outil de calcul: réglage des débits 36

37 Cuisine WC Salle de bain Buanderie Débarras Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Mesurer les débits de ventilation mécanique Pourquoi mesurer les débits? Illustration par 2 exemples réels Débit (m³/h) Total Exigence Exemple Exemple Réglage?! Trop faibles! Mauvaise Qualité de l air! 37

38 Vue d ensemble des familles de méthodes 1) En conduit 2) Pression sur un composant installé 3) Au niveau de la bouche Vue d ensemble des familles de méthodes 1) En conduit 2) Pression sur un composant installé + - Fiabilité OK (10-15% erreur) Peu pratique (accessibilité, longueur droite, calcul,...) + - Méthode prometteuse Fiabilité des données du composant? 3) Au niveau de la bouche + - Pratique et répandue Erreur importante (> 50%) dans certaines conditions 38

39 Mesure au niveau de la bouche Nombreux instruments et méthodes disponibles Anémomètre à hélice Petit ou grand cône Petite sonde + cône spécifique Hélice ou sonde thermique Compensation de pression Anémomètre à hélice + Stabilisateur Sonde + conduit à la bouche Bouche normalement ouverte Evacuation Mesure au niveau de la bouche d air Anémomètre hélice Bouche très fermée Bouche classique + ouverte + centré Alimentation Instrument non centré Bouche spéciale OU fermée Compensation Avec grille v v v v v Compensation Sans grille v x v v x Avec cône v x v x x Avec stabilisateur v v v v v Petite sonde + cône spécifique x x x x x Petite sonde en conduit v v v - v Anémomètre hélice Mesure dans la section droite d un conduit Petite sonde en conduit v v v - v 39

40 Installer des bouches mesurables! Pour en savoir plus Article CSTC Mesurer les débits de ventilation mécanique 40

41 Conception, installation et entretien des systèmes de ventilation mécanique Entretien (et conception) Rappel principes de base ventilation Evacuer les polluants intérieurs Humidité, CO 2 et bio-effluents, VOC, etc. Alimenter en air neuf/frais Air extérieur, normalement peu pollué Points d attention Eviter les sources de polluants dans le système lui-même! Améliorer la qualité de l air neuf? 41

42 Cas exceptionnels Moisissures + odeurs Conduits fortement encrassés Isolants, végétaux, débris, etc. Conduits dans une partie d un ancien toit avec débris de matériaux problablement humides Nettoyage impossible (clapets) 83 Cas exceptionnels Moisissures + odeurs Distance trop courte entre prise d air et autres rejets Certainement recirculation d air rejeté 84 42

43 Quel risque? Système de ventilation ou pas de ventilation? Manque de ventilation Condensation Ponts thermiques Murs froids cachés Derrière une armoire Derrière un lit et risque de moisissures! 85 Emplacement prise d air: exemples Mauvais exemples Rejet Prise d air! Aération des eaux usées 43

44 Distance prise d air autres rejets Distance suffisante avec les autres rejets Du même bâtiment Et des bâtiments voisins! Types de rejets Sorties de ventilation Rejets de hotte, de séchoir, etc. Evacuations des appareils de combustion Aération des eaux usées Etc. Distance prise d air: règle simplifiée Règle générale: prise d air 2 m plus bas que tous les autres rejets (ventilation, hotte, chauffage, etc.) Sur une autre paroi si possible Exemple pratique Prise d air dans une façade Rejets en toiture Pour mazout et bois: Prévoir distance plus grande! 44

45 Distance prise d air: calcul détaillé Calcul selon NBN EN 13779, annexe A.2.4 Formules pour différents cas typiques Ex: en toiture, à la même hauteur l m > q ( l s) l = distance en m q = débit en l/s 450 m³/h min 3.5m Autres cas: voir EN ou règle simplifiée Distance prise d air autres rejets Aussi pour les ouvertures d alimentation naturelle des systèmes A et C! Bon exemple Ouvertures d alimentation naturelles 45

46 Emplacement prise d air: autres conseils Loin des sources de pollution Animaux, sol, : min 0.7 m du sol Parking, local poubelles, végétation, etc. Traffic: choix d une autre façade si possible Protection contre la pluie Chapeau de protection Vitesse d air max 2 m/s (mais difficile ) Filtration: pourquoi filtrer avec système D? Priorité = protection du système Min classe G4 (classes selon EN 779) Qualité et étanchéité du filtre: plus important que la classe! Bonus = améliorer la qualité de l air neuf But: filtrer les particules extérieures: PM 10, PM 2.5, pollen, moisissures, etc. Seulement possible avec systèmes B et D Pour atteindre cet objectif, l enveloppe du bâtiment doit aussi être bien étanche à l air 46

47 Choix des filtres: protection du système Attention à l étanchéité du filtre et caisson de filtre Eviter les filtres chaussette Choisir une unité bien construite pour éviter les fuites par by-pass Filtre dans le mauvais sens Mauvais filtre conduits encrassés! Choix des filtres: améliorer IAQ (Bonus) Idem: attention à l étanchéité du filtre! Classe filtre Classe F7 Et préfiltration G3 ou G4 Exemples Caisson supplémentaire F7 après le groupe Certains groupes sont couçus avec 2 filtres Préfiltre G3 en conduit Préfiltre G3 déposé directement sur le filtre dans le groupe 47

48 Prise d air extérieure = préfiltre? Treillis grossier Gros débris: feuilles, etc Empêche accès petits animaux Treillis fin? Plutôt à éviter! Encrassement très rapide Perte de charge très élevée (car surface beaucoup plus faible qu un filtre ) Encrassement sur chantier Protéger tous les composants Pendant le transport ET stockage Pendant le montage (autres travaux en cours) Ne pas utiliser la ventilation pour sécher le bâtiment 48

49 Entretien (par l utilisateur) Filtres A remplacer min 1 x par an, avant l hiver A nettoyer régulièrement Tous les 2-3 mois selon les cas Aspirer délicatement Le groupe doit être facilement accessible! Bouches Très régulièrement Facile à faire pas l utilisateur Entretien (par l utilisateur) Ouvertures d alimentation naturelle Assez régulièrement, selon encrassement Facile à faire pas l utilisateur 49

50 Entretien Echangeur Selon prescriptions du fabricant Généralement dans un bain d eau Ventilateurs Selon encrassement Système C s encrasse plus vite (pas de filtres) Conduits et caisson de distribution Tous les 9 ans environ si filtration efficace Conduits d évacuation (C et D) s encrassent plus vite Trappe d accès si + de 4 coudes ou si obstacle Caisson de distribution accessibles! Exemples d encrassement des conduits Conduits Alimentation Conduits Evacuation 6 ans horizontal vertical 9 ans 16 ans 50

51 Entretien des conduits Principe Système aspiration + filtration raccordé à 1 bouche Brosse rotative via une autre bouche Toutes les autres bouches sont scellées Pour en savoir plus Article CSTC Entretien des systèmes de ventilation 51

52 Output mesures in situ OPTIVENT Recommandations conception, installation et entretien Outils conception: Vidéo Guide pratique Outil de calcul Annexes thématiques Rapports scientifiques 52