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1 Formation Bâtiment Durable : Rénovation à haute performance énergétique: détails techniques Bruxelles Environnement LA VENTILATION HYGIÉNIQUE François LECLERCQ et Thomas LECLERCQ MATRIciel sa

2 Bilan énergétique Appartement traditionnel Appartement passif (hors renouvelable) Nécessite une approche globale 2

3 Plan de l exposé 1. Ventilation? Réduire les pertes aérauliques en rénovation Spécificité du système C et D Centralisé ou décentralisé? Choix du récupérateur Isolation des conduits? Exemple de rénovation passif 2. Production de chaleur? Quels est l efficacité énergétique de mon installation? Comprendre son installation de chauffage La production d eau chaude sanitaire ECS 3

4 Réduire les pertes aérauliques en rénovation Evaluation des pertes Pertes aérauliques [W/K] Pertes enveloppe [W/K] W/K les pertes aéraulique représentent 50% des pertes globales Isolation de l enveloppe Étanchéité Isolation cas 1 cas 2 cas 3 cas 4 cas 5 cas 6 récupérateur de chaleur + bonne étanchéité air => réduction de 60% des déperditions par ventilation et infiltrations combinées

5 Réduire les pertes aérauliques en rénovation Pertes aérauliques INFILTRATION (non volontaire) Action : étanchéité à l air VENTILATION Pertes [W] = 0,34 x Débit x (T intérieur T pulsé ) Action : adapter les débits aux besoins Action : préchauffer l air entrant par l air extrait 5

6 Système C système D Système C Système D + - Peu coûteux à l'exploitation et à l investissement. La consommation électrique des ventilateurs est réduite. Possibilité de contrôler le débit par une action au niveau des bouches d extraction (fonction de l humidité et/ou de la présence). L air entrant dans le local, à la température de l air extérieur, est une source d inconfort en hiver. Pour supprimer cette coulée d air froid, les habitants ont souvent tendance à fermer manuellement les grilles de façade avec pour conséquence une dégradation de l environnement intérieur. Les ouvertures en façades constituent des faiblesses acoustiques particulièrement nuisibles en milieu bruyant. Il n y a pas de récupération de chaleur possible sur l air extrait. Récupération de chaleur En hiver, la pulsion ne cause donc pas d inconfort de coulée froide car l air neuf a été préchauffé. Transmission des bruits extérieurs réduite. Ce système est plus coûteux à l'investissement. La consommation électriques des ventilateurs est élevée mais reste négligeable par rapport à la réduction des pertes thermiques par ventilation. Le bloc ventilation/récupération de chaleur et les gainages représentent un encombrement important dans l immeuble. Des faux plafonds sont souvent nécessaires dans les appartements. Un entretien régulier indispensable. Bruit de groupe dans l appartement doit être maitrisé Nécessite une bonne étanchéité à l air du logement pour être réellement intéressant 6

7 Système D en rénovation? 15 W/K Evaluation des pertes aérauliques selon le niveau d'étanchéité et le système de ventilation retenu Syst. C => peu de gains après n50=3/h W/K W/K Ventilation système C Ventilation système D ,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 n50(h-1) 7

8 Système C système C+ Avantage du Système C+ Régulation du débit selon l humidité et/ou la présence Une économie de 50% sur les pertes par ventilation est possible Faible concentration polluant => débit faible Forte concentration polluant => débit élevé 8

9 Système C + Principes du système C+ Régulation du débit d extraction selon l occupation Salle de bain, buanderie : détection d humidité Toilettes: détection d humidité Cuisine : détection d humidité + mouvement 9

10 Système C + Limite du système C+ On régule le débit d air sur base de l occupation des pièces humides. La nuit, le débit d air est minimal de sorte que la qualité de l air n est pas nécessairement garantie dans les chambres 10

11 Système C + 11

12 Système C + 12

13 Système C + 13

14 Système C + 14

15 Système C + EXERCICE Calcul des pertes par ventilation dans la PEB 0,34 x débit x facteur de réduction x (18-Text) x temps = MJ m sec Facteur de réduction récupérateur de chaleur Facteur d occupation Système C 1, ,17 Système C+ 1,17 1 0,4 0,47 Système D 1,5 0,28 1 0,42 Facteur de réduction 15

16 Système C + Mise en œuvre dans un immeuble à appartement CENTRALISE DECENTRALISE 16

17 Système D Rappel théorique EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE Pertes de charges Puissance aéraulique SFP et rendement de ventilation importance de la variation de vitesse 17

18 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Le ventilateur fournit de l'énergie pour mettre l'air en vitesse dans le conduit et vaincre les pertes par frottement dans celui-ci. Le frottement de l'air dans le réseau de ventilation est représenté par la notion de perte de charge qui caractérise la résistance du réseau de ventilation au passage de l air Pertes de charge Lorsque le débit d air dans le réseau double les pertes de charges sont multipliés par 4 x 2 x 4 18

19 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Source: Lindab 19

20 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Source: Lindab 20

21 Efficacité énergétique Quel schéma est le plus intéressant? 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 50 m³/h 21

22 Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation P aéraulique = q x p Courbe du ventilateur pour une vitesse donnée Pertes de charge q = débit volumique en m³/s p = perte de charge totale du système en Pa Puissance aéraulique du ventilateur Point de fonctionnement P absorbée = P aéraulique / = rendement global du système de ventilation fonction du rendement du moteur, du ventilateur, de la transmission et du variateur de vitesse 22

23 Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation P absorbée = (q x p) / q = débit volumique en m³/s p = perte de charge totale du système en Pa = rendement global du système de ventilation Diminuer la consommation Augmenter le rendement moteur à courant continu plutôt qu à courant alternatif Diminuer les pertes des charges limiter la vitesse dans le réseau et dans le groupe de ventilation Exemple pour une débit d air pulsé (400 m³/h) Pulsion Pertes de charge Puissance absorbée Rendement du moteur Consommation électrique par m³ air déplacé Groupe 450 m³/h 248 Pa 113W 73,3% 0,28 Wh/m³ Groupe 600 m³/h 190 Pa 89 W 66,6% 0,22 Wh/m³ -22 % 23

24 Rappel théorique EXERCICE SFP : SPECIFIC FAN POWER LECTURE FICHE TECHNIQUE 24

25 Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation Lorsque le débit d air dans le réseau est divisé par 2 La consommation est divisé par 4 à 5 15 W 31 W 70 W 25

26 Efficacité énergétique P aéraulique = q x (p int + p ext ) La puissance aéraulique est la puissance nécessaire au déplacement de l air au travers du groupe de ventilation et du réseau de ventilation Pertes de charge internes Pertes de charge externes 26

27 Exercice EXERCICE Lire une fiche technique groupe individuel 27

28 Système D Groupe de ventilation centralisé Groupes de ventilation décentralisés 28

29 Sytème D 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 29

30 Centralisé ou décentralisé Impact énergétique de la centralisation Régulation du débit d air par appartement avec groupe de ventilation centralisé Si un clapet se ferme, le ventilateur diminue sa vitesse pour conserver la pression constante dans le réseau et ainsi maintenir le débit constant dans les autres appartements 30

31 Centralisé ou décentralisé Impact énergétique de la centralisation Pression du réseau constante Pression du réseau constante 31

32 Impact énergétique de la centralisation Scenario de régulation Régulation Durée d utilisation annuelle Régime de fonctionnement Puissance absorbée Consommation électrique Centralisé - débit constant Centralisé - débit régulé Décentralisé - débit régulé 100% de 8760h 100% du débit nominal 48 W + 52 W 876 kwh/an 10% 100% 48 W + 52 W 88 50% 66% 28 W + 26 W % 33% 10 W + 10 W 53 10% 0% 0 W kwh/an 10% 100% 36 W + 34 W 61 50% 66% 13 W + 12 W % 33% 4 W + 4 W 21 10% 0% 0 W kwh/an 32

33 Impact énergétique de la centralisation Consommation annuelle en énergie primaire (kwh/m²) BNE 11 kwh/m² système D décentralisé - débit régulé BNE 10 kwh/m² système D centralisé - débit régulé BNE 15 kwh/m² système D centralisé - débit non régulé BNE 31 kwh/m² système C décentralisé - débit régulé Ventilateurs Chauffage Appartements passifs! 33

34 Impact énergétique de la centralisation Consommation annuelle en énergie primaire (kwh/m²) BNE 11 kwh/m² système D décentralisé - débit régulé BNE 10 kwh/m² système D centralisé - débit régulé BNE 15 kwh/m² système D centralisé - débit non régulé BNE 31 kwh/m² système C décentralisé - débit régulé Ventilateurs Chauffage Appartements passifs! 34

35 Choix du récupérateur? Récupération de l humidité? Echangeur à plaques Echangeur rotatif par accumulation 35

36 Choix du récupérateur? Récupération de l humidité? Echangeur à plaques Echangeur rotatif par accumulation Avantages Simple et fiable ; Peu de maintenance nécessaire ; Très faible risque de contamination de l'air frais en cas de bonne conception. Inconvénients Danger de givre par température extérieure basse et par dépassement du point de rosée. Il faut être attentif à la régulation si on souhaite tenir compte du récupérateur pour dimensionner les chaudières et les radiateurs ; L'échangeur présente une perte de charge relativement importante, surtout à de grands débits. Avantages Le matériau accumulateur imprégné d'un produit hygroscopique permet les échanges tant de chaleur sensible que d'humidité ; Perte de charge relativement faible Pas d'évacuation de condensats ; Encrassement et givrage limité du fait de l'inversion régulière du sens des flux d'air Inconvénients Contamination de l'air neuf ; Nécessité de l'entretien du système d'entraînement. 36

37 Choix du récupérateur? Rendement de 95 % Le rendement d un échangeur à plaques est fonction de : la vitesse de l air dans le récupérateur de chaleur. Le rendement du récupérateur augmente lorsque le débit et la vitesse de l air diminue et que l échange est plus long ; l humidité relative de l air (intérieur et extérieur). Comme une part importante de l énergie transmise provient de la condensation de la vapeur d'eau de l'air vicié, plus l air intérieur est humide plus le rendement est élevé ; la différence de température intérieure et extérieure ; pertes du ventilateur et du moteur, qui transformées en chaleur, réchauffent l air entrant ; l encrassement du ventilateur. Le rendement diminue lorsque le récupérateur est encrassé. Les poussières forment une couche isolante Rendement d un récupérateur de chaleur selon l humidité relative de l air intérieur (HRi) et le débit nominal 37

38 Isolation des conduits? Isolation 25 mm T ext 5, Base 38 W 30 W T int W = 4,63W /K W 18 W W W = 85% - 5 W = 85% - 9 W m³/h 66 W = 4,48 W/K 250 m³/h 24W = 1,65 W/K Appartement au rez Gain pour l appartement rez 0,34 x 250 m³/h x ( ) = 9W 38

39 Isolation des conduits? Isolation 25 mm Isolation 100 mm T ext 5,3 T ext 5, W 30 W T int W = 4,63 W /K 16 W 13 W T int W = 1,96 W /K W W = 85% - 5 W m³/h 66 W = 4,48 W/K W W = 85% - 2 W m³/h 29 W = 1,96 W/K W W = 85% - 9 W m³/h 24W = 1,65 W/K W W = 85% - 4 W m³/h 11 W = 0,76W/K 39

40 Isolation des conduits? Isolation 25 mm Isolation 100 mm T ext 5,3 T ext 5, W 30 W T int W = 4,63 W /K 2,67 W/K 16 W 13 W T int W = 1,96 W /K = 85% = 85% m³/h Soit 26 cm d isolant au lieu de 20 cm (3,6 m³ d isolant supplémentaire) Pour 60 m² de façade opaque cela représente une perte supplémentaire 0,045 W/m².K - 5 W 39 W 32 W 66 W = 17 W 14 W 29 W = A titre de comparaison renforcer 4,48 W/K l isolation de la conduite représente 0,3 m³ d isolant 1,96 W/K - 2 W m³/h W W = 85% - 9 W m³/h 24W = 1,65 W/K W W = 85% - 4 W m³/h 11 W = 0,76W/K 40

41 Exemple de rénovation passive Maison unifamiliale en centre urbain 41

42 Exemple de rénovation passive Maison unifamiliale en centre urbain 42

43 Exemple de rénovation passive Maison unifamiliale en centre urbain 43

44 Exemple de rénovation passive Maison unifamiliale en centre urbain 44

45 Exemple de rénovation passive Maison unifamiliale en centre urbain 45

46 Exemple de rénovation basse-énergie Maison unifamiliale en centre urbain 46

47 Outils, sites internet, etc intéressants : Guide bâtiment durable, Bruxelles Environnement - IBGE, 2013 : Bruxelles Environnement IBGE : Energie + : CSTC : 47

48 Textes légaux : Arrêté du Gouvernement de Bruxelles-Capitale du 3 juin 2010 relatif aux exigences applicables aux systèmes de chauffage pour le bâtiment lors de leur installation et pendant leur période d'exploitation Arrêté du Gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale du 19 janvier 2012 modifiant l arrêté du Gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale du 3 juin 2010 relatif aux exigences PEB applicables aux systèmes de chauffage pour le bâtiment lors de leur installation et pendant leur exploitation NBN D (1991) : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments d habitation NBN EN (2007): Ventilation dans les bâtiments non résidentiels. Exigences de performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation 48

49 Références Guide bâtiments durables : G_WEL05 Assurer le confort respiratoire au sein du bâtiment durable G_ENE02 Concevoir un système de ventilation énergétiquement efficace G_ENE04 Diminuer les pertes par infiltration 49

50 Contact François LECLERCQ MATRIciel sa Projectbeheerder Place de l Université, Louvain-la-Neuve : 010/

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