Formation Bâtiment Durable : ENERGIE

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1 Formation Bâtiment Durable : ENERGIE Bruxelles Environnement CONCEVOIR EFFICACEMENT UNE INSTALLATION DE VENTILATION ET POINTS D ATTENTION POUR LA GESTION Anne-Laure MAERCKX CENERGIE

2 Objectif(s) de la présentation En fin de séance, avoir les notions pour concevoir une installation de ventilation efficace en considérant: les débits d air les performances du ventilateur le dimensionnement et l isolation des gaines la régulation la question de l entretien la comptabilisation des consommations les outils pour une gestion efficace de l installation 2

3 Plan de l exposé Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Conclusions 3

4 Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Conclusions 4

5 3 raisons principales: Assurer le confort respiratoire des occupants Concentration en CO2 (apport d air frais) Humidité Odeur Garantir des espaces sains Diminuer l impact des polluants présents dans le bâtiment (COV, formaldéhyde, radon, ) Assurer le confort thermique Chauffage via l air Surtout: refroidissement via free-cooling et ventilation nocturne Cfr présentation module Enjeux 5

6 Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Conclusions 6

7 Comment ventiler? Ventilation hygiénique: Réglementation d application NBN D50-001: dimensionnement pour le résidentiel (logement, maisons de repos, ) EN 13779: dimensionnement pour le tertiaire (bureaux, bâtiments publics, ) PEB RGPT 7

8 Comment ventiler? Deux principes de base: 1. débit entrant = débit sortant 8

9 Comment ventiler? 2. Pulsion transfert extraction Alimentation en air frais des locaux secs Transfert via les zones de circulation Evacuation de l air vicié via les locaux humides Locaux secs Circulation Locaux humides Amenée d air séjour, chambre à coucher, bureau Transfert Couloir, cage d escaliers Transfert Cuisine, salle de bains, WC, buanderie Evacuation 9

10 EVACUATION ALIMENTATION Comment ventiler? Applications résidentielles: NBN D et PEB (exigence 1: ventilation hygiénique) Local Débit nominal Le débit peut être limité à living chambres locaux d étude locaux de hobbies Règle générale 3,6 m³/h/m² Débit minimal 75 m³/h 150 m³/h 25 m³/h 72 m³/h (Annexe VI) Alimentation naturelle max (syst. A,C) 2 x débit nominal Local Débit nominal Le débit peut être limité à Règle générale Débit minimal cuisine fermée salle de bains buanderie cuisine ouverte 3,6 m³/h/m² 50 m³/h 75 m³/h 75 m³/h WC - 25 m3/h - Remarque: le débit peut être distribué sur plusieurs ouvertures 10

11 TRANSFERT TRANSFERT Comment ventiler? Applications résidentielles: NBN D et PEB (exigence 1: ventilation hygiénique) Comme évacuation du local living chambres locaux d étude Débit minimal Ouverture minimale sous la porte 25 m³/h 70 cm² locaux de hobbies Comme alimentation du local salle de bains buanderie Débit minimal Ouverture minimale sous la porte 25 m³/h 70 cm² cuisisne 50 m³/h 140 cm² WC 25 m³/h 70 cm² Remarque: le débit peut être distribué sur plusieurs ouvertures 11

12 Comment ventiler? Applications résidentielles: PEB: 22 m³/h/pers pour les applications résidentielles 12

13 Comment ventiler? Applications non-résidentielles: EN 13779, PEB et RGPT Espaces destinés à l occupation humaine Classification de base Indoor Air Quality (IDA) EN High quality medium quality moderate quality low quality Classe IDA1 IDA2 IDA3 IDA4 Débit (m³/h.pers) 72 >54 45 (36-54) 29 (22-36) 18 <22 PEB: minimum 22 m³/h par personne RGPT: minimum 30 m³/h/personne 14

14 Exercice: calcul de débits Maison unifamiliale Rez-de-chaussée: Séjour, cuisine, chambre d amis, douche 1er étage: 3 chambres à coucher, salle de bains, grenier 16

15 Exercice: calcul de débits Rez-de-chaussée: amenée d air frais 17

16 Exercice: calcul de débits Rez-de-chaussée: évacuation d air vicié 18

17 Exercice: calcul de débits Premier étage: amenée d air frais 19

18 Exercice: calcul de débits Premier étage: évacuation d air vicié 20

19 Exercice: calcul de débits Rez-de-chaussée: transit 21

20 Exercice: calcul de débits Premier étage: transit 22

21 Comment ventiler? Ventilation et confort: les débits minimaux sont-ils suffisants pour garantir un confort optimal? CEN-rapport CR 1752 (Design criteria for indoor environment 1998) Single office A B C Nuissance dû à la concentration de CO 2 36 m³/h.p Low-polluting Non low-polluting building

22 Comment ventiler? Ventilation et confort: les débits minimaux sont-ils suffisants pour garantir un confort optimal? PEB (EN 13779): Suppose un low polluting building Pas de fumeurs Classe IDA1 IDA2 IDA3 IDA4 Débit de ventilation (m³/h/pers) PPD* (%) ! 33 * Predicted Percentage of Dissatisfied 24

23 Comment ventiler? Energie et qualité de l air: Ventiler consomme toujours de l énergie! Chauffer l air: débit d air et ΔT Faire circuler l air: débit d air, perte de charge, rendement Qualité de l air = confort = priorité Energie = non négligeable Compromis à trouver 25

24 Comment ventiler? Energie et qualité de l air: exemple Bureau mal isolé de 20m² Simple vitrage Pas d isolation des parois Déperditions par transmission: 585 W Ventilation: 60 m³/h Déperditions par ventilation: 184 W Bureau bien isolé de 20m² Double vitrage Isolation des parois Déperditions par transmission: 157 W Ventilation: 60 m³/h Déperditions par ventilation: 184 W Bilan énergétique Bilan énergétique Déperditions via parois Déperditions via la ventilation Déperditions via parois Déperditions via la ventilation 26

25 Comment ventiler? Energie et qualité de l air: exemple Bureau bien isolé de 20m² Double vitrage Isolation des parois Déperditions par transmission: 157 W Ventilation: 120 m³/h Déperditions par ventilation: 368 W Bilan énergétique Déperditions via parois Déperditions via la ventilation 27

26 Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Conclusions 28

27 Concevoir une installation de ventilation efficace Rappel: les différents systèmes de ventilation Système A: amenée et évacuation naturelles Source: Energie + 29

28 Concevoir une installation de ventilation efficace Système B: amenée mécanique et évacuation naturelle Source: Energie + 30

29 Concevoir une installation de ventilation efficace Système C: amenée naturelle et évacuation mécanique Source: Energie + 31

30 Concevoir une installation de ventilation efficace Système D: amenée et évacuation mécaniques Incontournable pour les bâtiments passifs Source: Energie + 32

31 Concevoir une installation de ventilation efficace Ventilation hybride Ventilation mécanique si nécessaire Ventilation naturelle si possible 33

32 Concevoir une installation de ventilation efficace Rappel: Centralisation et décentralisation des groupes de ventilation 34

33 Centralisé ou décentralisé? Groupe de ventilation centralisé Inconvénients Avantages Plus facile à mettre en œuvre Entretien facilité en locatif Gains de place et de bruit dans les appartements Chaque appartement n est pas indépendant au niveau de sa consommation La température de l air repris est la moyenne des températures de l air repris au niveau des appartements La régulation n est pas aussi souple Les charges sont réparties forfaitairement. Cela n encourage pas une attitude responsable Pas nécessairement moins cher si l on prend en compte les organes de sectionnement Groupes de ventilations décentralisés Avantages Chacun récupère sa propre chaleur Chacun paie sa propre consommation électrique Chacun gère l entretien de son système L efficacité énergétique d un système de ventilation avec des unités séparées est meilleure Inconvénients Entretien difficile surtout en locatif Encombrement Bruit des ventilateurs 35

34 Concevoir une installation de ventilation efficace La question des hottes de cuisine Problèmes pouvant survenir dans un bâtiment étanche (avec système D par exemple): Inversion des débits en salle de bains ou toilettes impact sur la qualité de l air Mise en dépression importante du logement entrée d air par les fuites, portes qui claquent, Mauvais fonctionnement du tirage de la hotte 36

35 Concevoir une installation de ventilation efficace La question des hottes de cuisine Solutions permettant d assurer l étanchéité à l air: Petites installations: hottes à filtre charbon!!! Entretien régulier des filtres + évacuation de l humidité à prévoir Installations plus importantes: hotte à compensation Clapets étanches pour pulsion et extraction (système à l arrêt) Attention: ne jamais brancher l extraction de la hotte sur le réseau de ventilation hygiénique (entretien du système) 37

36 Concevoir une installation de ventilation efficace Stratégie de conception d une installation de ventilation efficace 1. Diminuer les débits de ventilation 2. Réduire le débit d exploitation (= ventilation sur demande) 3. Récupérer la chaleur sur l air extrait 4. Choisir des ventilateurs performants 5. Concevoir des réseaux étanches 6. Positionner les grilles de pulsion et d extraction 7. Concevoir un réseau efficace 8. Isoler les conduites 38

37 Concevoir une installation de ventilation efficace 1. Diminuer les débits de ventilation Objectif: dimensionner les groupes de ventilation au plus juste, éviter un surdimensionnement trop important (énergievore) Chercher un compromis entre confort et performance énergétique Les débits définis par la NBN D doivent être atteints dans tous les locaux pour une position de réglage du ventilateur (en général, la position maximale) 39

38 Concevoir une installation de ventilation efficace 1. Diminuer les débits d exploitation: exemple Groupe de ventilation: m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Réduction des débits de 63 % m³/h m³/h 40

39 Concevoir une installation de ventilation efficace 2. Réduire le débit d exploitation (= ventilation sur demande) et permettre l intermittence de la ventilation Puissance absorbée par le ventilateur varie comme le cube du débit! Source: Fiches techniques BatEx 41

40 Concevoir une installation de ventilation efficace 2. Réduire le débit d exploitation (= ventilation sur demande) et permettre l intermittence de la ventilation Adapter le débit d air neuf en fonction de l occupation Possibilité de régler les débits en fonction des besoins de l occupant (ex: utilisation de la cuisine ou de la salle de bain) Possibilité de couper la ventilation en cas d absence prolongée commande manuelle de réglage des débits 42

41 Concevoir une installation de ventilation efficace 2. Réduire les débits d exploitation: exemple Groupe de ventilation: 300 m³/h Débit constant débit régulé: économie 70 % Débit constant Débit régulé 43

42 Concevoir une installation de ventilation efficace 3. Récupérer la chaleur sur l air extrait (système D) Intérêt: lorsque le bâtiment est suffisamment étanche (n50 < 1 vol/h) lorsqu il y a équilibre entre pulsion et extraction Calcul du rendement: Récupération de chaleur: η = (t 2 -t 1 )/ (t 3 -t 1 ) Récupération de l humidité: η = (h 2 -h 1 )/ (h 3 -h 1 ) 4 Air extrait 3 Air pulsé

43 maandag 28/02/00 0:00 maandag 28/02/00 12:00 dinsdag 29/02/00 0:00 dinsdag 29/02/00 12:00 woensdag 01/03/00 0:00 woensdag 01/03/00 12:00 donderdag 02/03/00 0:00 donderdag 02/03/00 12:00 Temperatuur in C Récupération de chaleur HR-échangeur de chaleur: préchauffe de l air n est plus nécessaire pour la plupart du temps Hausse de la température de la pulsion grâce à l échangeur de chaleur tijdstip 45

44 Concevoir une installation de ventilation efficace 3. Récupérer la chaleur sur l air extrait: quel récupérateur? Echangeur à plaques + Pas d éléments mobiles peu de consommation éléc et grande durée de vie + Peu de maintenance + Risque de contamination de l air neuf très faible - Proximité de pulsion et extraction - Encombrement - Pertes de charge importantes si grands débits - Récupération d humidité limitée - Risque de givre 46

45 Concevoir une installation de ventilation efficace Echangeur à roue + Récupération de l humidité (chaleur latente) + Rendement élevé + Pertes de charge limitées par rapport au rendement élevé + relativement peu encombrant + Risque de givre réduit - Proximité pulsion et extraction - Eléments mobiles consommations éléc et entretien - Risque de contamination de l air neuf D une manière générale, peut opportun dans le logement (production de vapeur d eau par l occupation) 47

46 Concevoir une installation de ventilation efficace 3. Récupérer la chaleur : exemple Economies sur la préchauffe de l air entrant Echangeur rotatif Echangeur à plaques 48

47 Récupération de chaleur Echangeur à plaques Echangeur rotatif Economie hiver Gain/perte en % par rapport au Standard : 100 % +45 % Rendement à 8 C (t ) 56 % 81% Coût (450 m³/h)

48 Concevoir une installation de ventilation efficace Critères de choix des récupérateurs: Application Espace Rendement Entretien Investissement 50

49 Concevoir une installation de ventilation efficace 4. Choisir des ventilateurs performants Débit [m³/h] Rendement minimal exigé Rendement minimale recommandé > % 82 % > % 80 % > % 77 % > % 72 % < % 60 % 51

50 Concevoir une installation de ventilation efficace 4. Choisir des ventilateurs performants SFP = Specific fan power = la quantité d énergie nécessaire au ventilateur pour fournir un débit d air déterminé où PS = puissance électrique absorbée en pulsion [W] Pe = puissance électrique absorbée en reprise [W] Qvmax = le plus grand débit (pulsion ou extraction) [m³/s] Catégorie PSFP en W/m³.s SFP 1 < 500 SFP SFP SFP

51 Concevoir une installation de ventilation efficace 4. Choisir des ventilateurs performants: exemple Groupe de ventilation: m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Rendement ventilateur 70% 80%: économie 13% Rendement 70 % Rendement 80 % 53

52 Concevoir une installation de ventilation efficace 5. Concevoir des réseaux étanches Objectif: éviter les pertes d énergie causées par des fuites du réseau Conduit rectangulaire à angles droits Classe C Fuites... Jusqu à 50 %! Conduit circulaire Etanche! 54

53 Concevoir une installation de ventilation efficace 5. Concevoir des réseaux étanches: exemple Groupe de ventilation: m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Perte de débit de 5% augmentation de la consommation de 16% m³/h m³/h 55

54 Concevoir une installation de ventilation efficace 6. Positionner les grilles de pulsion et d extraction Objectif: assurer une bonne qualité du brassage de l air dans le local Points d attentions: Eviter une aspiration directe de l air pulsé par la reprise Eviter les zones mortes Eviter de placer le local en dépression (air pulsé court-circuité par l extraction) 56

55 Concevoir une installation de ventilation efficace 7. Concevoir un réseau efficace Objectif: limiter au maximum les pertes de charges Tracé du réseau le plus court possible, éventuellement subdiviser en plusieurs réseaux autonomes (d occupation homogène) 57

56 Concevoir une installation de ventilation efficace Avec un minimum de coudes, dérivations, changement sde section 58

57 Concevoir une installation de ventilation efficace Choisir des conduits larges pour limiter les pertes de charge Débit Pertes de charges linéiques Pertes de charges singulières Si on diminue la section de moitié La vitesse double où v = vitesse de l air [m/s] S = section de la conduite [m²] ΔP = perte de charges [Pa] l = longueur de la conduite [m] d = diamètre de la conduite [m] λ = coefficient de friction ρ = masse spécifique [kg/m³] k = coefficient de perte de charge singulière Les pertes de charge sont augmentées d un facteur 4! 59

58 Concevoir une installation de ventilation efficace 200 m³/h 60

59 Concevoir une installation de ventilation efficace Composant Pertes de charges maximales: réseau de pulsion Pertes de charges faibles [Pa] Pertes de charges moyennes[pa] Pertes de charges élevées [Pa] Conduits Batterie chaude Batterie froide Silencieux Bouche de pulsion Prise d air extérieur

60 Concevoir une installation de ventilation efficace 7. Concevoir un réseau efficace : exemple Groupe de ventilation: m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Vitesse dans conduit principal : 6m/s (1.000 Pa) 4 m/s (444 Pa): économie de 46 % Pa (6m/s) 444 Pa (4m/s) 62

61 Concevoir une installation de ventilation efficace 8. Isoler les conduites Objectif: diminuer les pertes de chaleur, notamment Sur l air entrant (préchauffé) Sur l air sortant (récupération de chaleur) Référence: Arrêté chauffage PEB 63

62 Concevoir une installation de ventilation efficace Ventilation mécanique et acoustique Problématique Solution Bruit extérieur - Prévoir une gaine acoustique (souple ou rigide) isolée entre le groupe et l extérieur Bruit du groupe de ventilation - Choisir un groupe de ventilation silencieux - Prévoir un système de fixation antivibratoire 64

63 Concevoir une installation de ventilation efficace Problématique Bruit de l air dans les conduites au niveau des bouches Solution - Prévoir des manchettes souples entre le groupe et les gaines pour éviter une propagation des vibrations par les gaines - Prévoir un silencieux rigide ou un flexible acoustique après le groupe de ventilation - Dimensionner les gaines sur une vitesse faible (limitation des pertes de charge et augmentation du confort acoustique): - Max 2m/s dans gaines - Pertes de charges de max 1 Pa/m - Au passage de parois, prévoir un matériau résilient de la même largeur que la paroi - Prévoir un collier de fixation avec une bande souple (limitation de la transmission des vibrations - Prévoir un flexible acoustique entre les gaines et les bouches - Prévoir des bouches acoustiques (plus chères) 65

64 Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Conclusions 66

65 Entretenir une installation de ventilation Objectifs: garantir la qualité de l air et limiter les pertes de charge dans le réseau Points d attention: Accessibilité au groupe et au réseau: Système centralisé: prévoir un local technique suffisamment grand pour pouvoir faire un entretien facile du groupe Système décentralisé: placer le groupe de ventilation dans un endroit facilement accesible (éventuellement hors (mais à proximité) du logement) prévoir des regards aux endroits particuliers du réseau (coudes) éviter les conduites trop petites, impossibles à nettoyer 67

66 Entretenir une installation de ventilation Propreté des bouches de pulsion et d extraction permettre de déterminer la nécessité d un nettoyage sur contrôle visuel (visibilité des bouches) permettre un accès facile aux bouches nettoyage 1 x par an des grilles de ventilation (entrée d air) et d extraction Nettoyage 1 x par 2 ans des diffuseurs attention à ne pas dérégler l ouverture de la bouche lors du nettoyage 68

67 Entretenir une installation de ventilation Remplacement/nettoyage des filtres nettoyage tous les 3 mois et lorsqu une alarme met en évidence une perte de charges trop importante (si fonctionnalité existante) remplacement conseillé tous les ans (max tous les 2 ans) Nettoyage de l échangeur de chaleur tous les 2 ans Entretien complet du système par l installateur (contrôle technique, vérification de l étanchéité, ) tous les 3 ans 69

68 Entretenir une installation de ventilation Mauvais exemples 70

69 Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations de l installation Moyens d action: Système centralisé: Gestion centralisée de l installation, mise en place d un compteur collectif permettant d établir la facturation et de suivre les dérives Inconvénient: la consommation électrique fait partie des charges communes (pas de répartition par logement) Système décentralisé: Gestion décentralisée de l installation. L occupant paye pour ce qu il consomme réellement. Possibilité de placer un compteur électrique par unité de ventilation (mémoire 3 mois). 71

70 Plan de l exposé Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Mettre en route et entretenir une installation de ventilation Conclusions 72

71 Conclusions Si on la conçoit mal, la ventilation peut être un poste très consommateur d énergie. Il est donc important de concevoir, dès le départ, des systèmes adaptés qui permettront de minimiser la consommation finale et de considérer les aspects de maintenance et de suivi des consommations qui permettront de conserver longtemps un système performant. 73

72 Outils, sites internets, etc intéressants : Energie + Cahiers de charge-type pour maîtres d ouvrage et concepteurs: > Professionnels > Bâtiment (constr, renovation, gestion) > Outils à votre disposition > Les outils URE Réglementation PEB Vidéo sur le pourquoi de la ventilation (NL): Guide Bâtiment Durable: Fiches ENE02, ENE04, ENE07 74

73 Ce qu il faut retenir de l exposé Il est important d optimiser les débits de conception, ne pas surdimensionner inutilement les groupes de ventilation de concevoir le réseau de manière à limiter les pertes de charges et à en faciliter l entretien choisir des composants performants (ventilateurs, récupérateurs) prévoir une possibilité de régulation selon l occupation 75

74 Contact Anne-Laure MAERCKX Conseillère en construction durable Coordonnées :

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