Formation Bâtiment Durable : «Polluants intérieurs: comment les limiter?»

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1 Formation Bâtiment Durable : «Polluants intérieurs: comment les limiter?» Bruxelles Environnement VENTILATION: DIAGNOSTICS ET DISPOSITIFS POUR GARANTIR LA QUALITÉ DE L AIR DANS LES ÉCOLES Catherine MASSART Architecture et Climat - UCL

2 Objectif(s) de la présentation Comprendre le contexte et les enjeux spécifiques de la ventilation et de la qualité de l air dans les écoles Analyser les limites et fournir des pistes d amélioration de la ventilation naturelle Démontrer l intérêt de la ventilation mécanique contrôlée (VMC) et aborder les éléments à prendre en compte en cas d une telle installation 2

3 Plan de l exposé Contexte et enjeux La ventilation naturelle dans les écoles La ventilation mécanique dans les écoles 3

4 ENJEUX Les polluants dans une classe: COV, solvants, ozone troposphériques (mobilier, matériaux de constructions, produits d entretien, activités scolaires, ) Particules fines (extérieur, activités, craie, ) (CO2 ) (occupants) 4

5 ENJEUX Les impacts d une qualité d air insuffisante dans les classes: Augmentation de la contagiosité des maladies infectieuses Agravation des problèmes allergiques et augmentation de l absenthéisme Altération des performances scolaires des enfants et professionnelles des enseignants Source: S. Déoux: «Bâtir pour la santé des enfants» 5

6 ENJEUX Le taux de CO2 comme indicateur de la qualité de l air Unité de mesure de la concentration : le millionième, encore appelé ppm (part par million). Exemple : 0,5% de CO2 = 0,005 = 0, = millionième = ppm 6

7 LE CONTEXTE DE L ECOLE Densité d occupation élevée Étanchéité à l air de plus en plus importante (rénovation, remplacement des châssis) Occupants de 2,5 ans à plus de 60 ans Modes de gestions très variables (régulation, entretien, ) En Belgique, de très nombreuses écoles ne disposent pas d une ventilation mécanique 7

8 LA VENTILATION NATURELLE La ventilation naturelle des classes, ça marche? Présentation d une campagne de mesures sur 5 écoles: 5 institutrices appliquent différentes stratégies de ventilation naturelle 8

9 Classes spacieuses, de hauteur sous plafond variable : Pont-à-Celles Les-Bons-Villers Lasne 9

10 5 h 32 7 h 32 9 h 32 1 h 32 3 h 32 1 h 32 3 h 32 5 h 32 7 h 32 9 h 32 1 h 32 3 h 32 5 h 32 7 h 32 9 h 32 1 h 32 3 h 32 0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h h h h h h h h h h h h h h h 00 0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h h h h h h h h h h h h h h h 08 Situation de départ : fermer portes et fenêtres toute la journée Les Bons Villers 3/10 Taux CO Pont à Celles 4/ Mesuré un mercredi LLN- Biéreau 18/ «Très, très dur!! Chaleur, maux de tête, fatigue, élèves apathiques Buée sur les 10 fenêtres»

11 15 h 17 h 19 h 21 h 23 h 1 h 32 3 h 32 5 h 32 7 h 32 9 h h 13 h 15 h 17 h 19 h 21 h 23 h Analyse de cette dernière situation : Dans cette école (LLN Biéreau), rénovation très récente des châssis : étanchéité quasi-totale des joints! 11 LLN- Biéreau 18/10

12 00:00:13 01:00:13 02:00:13 03:00:13 04:00:13 05:00:13 06:00:13 07:00:13 08:00:13 09:00:13 10:00:13 11:00:13 12:00:13 13:00:13 14:00:13 15:00:13 16:00:13 17:00:13 18:00:13 19:00:13 20:00:13 21:00:13 22:00:13 23:00:13 00:00:13 01:00:13 02:00:13 03:00:13 04:00:13 05:00:13 06:00:13 07:00:13 08:00:13 09:00:13 Stratégie 1 : ouverture des grilles de ventilation le jour Résultat dans cette même dernière classe : Grilles ouvertes Grilles fermées la nuit Section d ouverture des grilles : 6 m x 0,03 m = 0,18 m² 1000 Respect des normes 0 LLN- Biéreau 22 et 23/10 Analyse : pas de passage d air dans la porte, pas d extraction dans les couloirs, pas d extraction dans les sanitaires,

13 0:00:36 1:00:36 2:00:36 3:00:36 4:00:36 5:00:36 6:00:36 7:00:36 8:00:36 9:00:36 10:00:36 11:00:36 12:00:36 13:00:36 14:00:36 15:00:36 16:00:36 17:00:36 18:00:36 19:00:36 20:00:36 21:00:36 22:00:36 23:00:36 Stratégie 2 : une fenêtre ouverte en oscillo-battant toute la journée Récréation Pause de midi Les Bons Villers, le 9/10 Analyse : Evacuation insuffisante des polluants

14 0:00:14 1:00:14 2:00:14 3:00:14 4:00:14 5:00:14 6:00:14 7:00:14 8:00:14 9:00:14 10:00: 11:00: 12:00: 13:00: 14:00: 15:00: 16:00: 17:00: 18:00: 19:00: 20:00: 21:00: 22:00: 23:00: Stratégie 3 : la porte de la classe ouverte toute la journée Pont à Celles, le11/10. Avec seulement 14 élèves dans la classe Analyse : Evacuation insuffisante des polluants

15 0:00:36 1:00:36 2:00:36 3:00:36 4:00:36 5:00:36 6:00:36 7:00:36 8:00:36 9:00:36 10:00:36 11:00:36 12:00:36 13:00:36 14:00:36 15:00:36 16:00:36 17:00:36 18:00:36 19:00:36 20:00:36 21:00:36 22:00:36 23:00:36 Stratégie 4 : ouverture de 2 fenêtres 5 min toutes les heures 4000 Taux CO Porte ouverte seulement fenêtres ouvertes Classe vide Les Bons Villers, le 5/10 Heures

16 Remarque : coût énergétique d un refroidissement temporaire? Très faible! Il y a 150 x plus d énergie stockée dans 10 cm d épaisseur des parois (sol, plafond, murs) que dans le volume d air de la classe. Une fois la fenêtre refermée, la classe se réchauffe rapidement.

17 0:00:14 1:00:14 2:00:14 3:00:14 4:00:14 5:00:14 6:00:14 7:00:14 8:00:14 9:00:14 10:00:14 11:00:14 12:00:14 13:00:14 14:00:14 15:00:14 16:00:14 17:00:14 18:00:14 19:00:14 20:00:14 21:00:14 22:00:14 23:00:14 Stratégie 5 : ouverture de 2 fenêtres pendant 15 min durant la récréation et le temps de midi Pont à Celles, le 5/10

18 0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h h h h h h h h h h h h h h h 00 Stratégie 5 : Ouverture de deux fenêtres, sur des façades opposées, pendant 15 min durant les récréations Ouverture de porte Cours de gym Arrivée des élèves Ré-ouverture des grilles pour la nuit 2 fenêtres grandes ouvertes 15 min LLN Martin V, le 11/10-23 élèves en journée 14 élèves en garderie jusque 17 h. Analyse : 1 forte efficacité temporaire de la mesure 2 l ouverture des grilles la nuit génère un refroidissement

19 0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h h h h h h h 00 Stratégie 6 : ouverture permanente de 2 fenêtres en oscillo-battant, sur 2 façades opposées, avec présence de vent. Reprenons cette même classe : élèves piscine Temps 21 élèves de midi LLN Martin V, le 11/10-10 élèves au matin - 21élèves l après-midi Analyse : ventilation très efficace mais plaintes pour inconfort thermique!

20 0 h 00 1 h 00 2 h 00 3 h 00 4 h 00 5 h 00 6 h 00 7 h 00 8 h 00 9 h h h h h h h 00 Degrés Stratégie 6 : ouverture permanente de 2 fenêtres en oscillo-battant, sur 2 façades opposées, avec présence de vent. Reprenons le diagramme de température dans cette même classe : 19,6 19,4 19, ,8 Température 18,6 18,4 18, ,8 17,6 Heures Effectivement trop froid

21 Conclusions pour la ventilation naturelle Les ouvertures ponctuelles, même si elles sont efficaces, ne sont pas suffisantes Pour une ventilation naturelle efficace: il est nécessaire d avoir une ventilation continue: Des ouvertures d amenée d air suffisantes Des ouvertures d évacuation d air suffisantes Un «moteur» de ventilation entre les deux (vent, effet de cheminée) Des ouvertures de transfert entre les entrées d air et les évacuations si elles ne sont pas situées dans le même local 21

22 Conclusions pour la ventilation naturelle La ventilation naturelle est donc: Souvent insuffisante et toujours tributaire des conditions climatiques Génératrice d inconforts thermiques en période froide Génératrice de déperditions thermiques Classe minimum 500 m³/h durant heures 250 litres de fuel ou m³ de gaz /an/classe. ( ) Si on a une récupération de 80%, on aura un gain de 200 litres de fuel par classe 22

23 Conclusions pour la ventilation naturelle Les trucs qui peuvent néanmoins aider: Pour créer le balayage maximal dans le temps le plus bref : ouvrir les fenêtres 3 à 5 min toutes les heures + 10 min aux récréations et en même temps, ouvrir la porte, ex: CLIMI 120 et une fenêtre dans le couloir ou la fenêtre de la classe d en face! Fournir à chaque enseignant un afficheur du taux de CO2 pour lui permettre d élaborer sa propre stratégie et d en évaluer les effets. Veiller à la fermeture des grilles pendant la nuit et les WE pour limiter les pertes énergétiques 23

24 Le besoin de ventilation 24

25 LA VENTILATION MECANIQUE La ventilation mécanique est nécessaire pour assurer les débits corrects. Ventilation avec entrée d air naturelle et extraction mécanique: Confort respiratoire Confort thermique? (Possibilité de préchauffage de l air au niveau des grilles) Image: Renson 25

26 LA VENTILATION MECANIQUE La VMC double flux permet d assurer: Les débits suffisants Un confort thermique Des économies d énergie (récupération de chaleur sur l air extrait) 26

27 La ventilation de l école passive du Biéreau 25 m³ d air frais, par enfant et par heure L air des classes est renouvelé 3 x par heure

28 La ventilation de l école passive du Biéreau L air de ventilation est préchauffé gratuitement L air passe dans le sol (puits canadien) puis dans un échangeur avec l air chaud qui sort du bâtiment.

29 La ventilation de l école passive du Biéreau Un appoint de chauffage est apporté à l air Une sonde de présence et un thermostat décident du besoin.

30 La ventilation décentralisée Image: Codume

31 Une VMC dans une école: Points d attention L encombrement L installation d une VMC centralisée nécessite de l espace pour le groupe et pour les gaines 31

32 Une VMC dans une école: Points d attention Le coût Un système décentralisé 500 m³/h (max 22 élèves) : 5225 HTVA et hors pose Système centralisé: très variable, à priori moins cher que le système décentralisé. 32

33 Une VMC dans une école: Points d attention L acoustique Ecole primaire à Bruxelles Solution «économique» mais nuisances acoustiques appareils mis en petite vitesse, soit 100 m³/h, ce qui est insuffisant 33

34 Une VMC dans une école: Points d attention L entretien Dans une école, qui est responsable de l entretien? 34

35 Une VMC dans une école: Points d attention La régulation Le débit et l horaire dépendent: du nombre d occupants des horaires d occupations Variables? Deux possibilités: une programmation annuelle fixe faite par qui? des sondes (CO2/présence) coût 35

36 Une VMC dans une école: Points d attention Le rendement? Résultats de simulations dynamiques sur le logiciel Energie + pour une classe. performance enveloppe (mur façade) non isolé chassis remplacés "basse énergie" "parois passives" Umur 2 2 0,2 0,15 Uvitrage 6,1 1,1 1,1 0,79 n ,6 36

37 Une VMC dans une école: Points d attention Une bonne conception Centralisé/décentralisé, type d échangeur, régulation, position des bouches, possibilité d entretien, étanchéité du réseau, minimisation des pertes de charges, acoustique du système, Le maître d ouvrage et le prescripteur et l entreprise responsable de l installation ont des rôles essentiels. 37

38 Une VMC dans une école: Points d attention La mise en route et le suivi de l installation Un volet de monitoring et de contrôle du fonctionnement de l installation est essentiel. C est à prévoir dans le contrat, et dans les budgets. 38

39 Conclusions pour la ventilation mécanique double flux Contrôle des débits Confort thermique Récupération de chaleur Isolation des bruits extérieurs (trafic ) (filtration de l air pollens etc) Coût Encombrement contraintes spatiales Entretien Consommation électrique des ventilateurs Nuisances sonores éventuelles 39

40 La ventilation idéale: une solution hybride? Pour la ventilation hygiénique: La VMC: essentielle en période hivernale En dehors de la période de chauffe: possibilité d envisager une ventilation naturelle 40

41 La ventilation: au-delà de la qualité de l air Le bilan thermique instantanné d une classe «passive» (T extérieure: 15 C): 70 m² 20 occupants 22 m³/h.occ n50=0,6 (1/h) delta T = 5 C 1 façade de déperdition: Umur=0,15 W/m²K Ufen=0,8 W/m²K éclairage: 7 W/m² occupants: 50 W/pers déperditions façades: déperdition ventilation: déperdition infiltrations: gains solaires gains internes occupants gains internes éclairage Ventilation hygiénique pour la qualité de l air Ventilation intensive pour la lutte contre les surchauffes -59 W -748 W -12 W 0 W 1000 W 490 W 671 W 41

42 Autres guides, conseils et outils: Ventilation performante dans les écoles: guide de conception - CETIAT lation_ecoles.pdf S. Déoux: «Bâtir pour la santé des enfants» Références Guide Bâtiment Durable et autres sources : Guide Bâtiment Durable: Fiches XXX000 [Indiquer les numéro des fiches du Guide pratique] Guides pratiques et outils : d=

43 Ce qu il faut retenir de l exposé La ventilation des écoles: un éléments essentiel pour la santé et la «performance» des élèves et des enseignants (Objectif : ne pas dépasser ppm de CO 2 dans les locaux!) La ventilation naturelle: une solution pas idéale dans les écoles La ventilation double flux, OUI, à recommander! mais pas n importe comment. 43

44 Contact Catherine Massart Ir architecte assistante de recherche Architecture et climat UCL : 010/ : 0473/ catherine.massart@uclouvain.be 44