Formation Bâtiment Durable :

Transcription

1 Formation Bâtiment Durable : Les techniques (chaleur, ventilation, ECS): conception et régulation Bruxelles Environnement VENTILATION : SYSTEMES, RESEAUX, REGULATION Stéphane Barbier Cenergie

2 Objectif(s) de la présentation Donner les bases techniques concernant les systèmes de ventilation et leurs composants la distribution et la régulation des installations de ventilation leur entretien et leur suivi afin de faire des choix éclairés sur le marché et d assurer une bonne gestion des installations mises en oeuvre. 2

3 Plan de l exposé Pourquoi et comment ventiler? Les différents systèmes de ventilation Focus sur les systèmes C, C+ et D Dimensionnement Efficacité énergétique: conception des réseaux choix du ventilateur régulation (dé)centralisation Choix du récupérateur de chaleur Isolation des conduites Acoustique Entretien et suivi des installations 3

4 Bilan énergétique Répartition des consommations en énergie primaire Appartement traditionnel Appartement passif (hors renouvelable) Nécessite une approche globale Source : Matriciel 4

5 Pourquoi ventiler? 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 (passif ou TBE) Surtout: refroidissement via free-cooling et ventilation nocturne Source: Photo I. Bruyère 5

6 Les différents systèmes de ventilation Système A: amenée et évacuation naturelles Source: Système B: amenée mécanique et évacuation naturelle Source: 6

7 Les différents systèmes de ventilation Système C: amenée naturelle et évacuation mécanique Source: Système D: amenée et évacuation mécaniques Incontournable dans les bâtiments passifs (avec récupération de chaleur) Source: 7

8 Système C système D Système C Système D + Peu coûteux (exploitation et investissement) Consommation électrique réduite des ventilateurs. Possibilité de contrôler le débit (fonction de l humidité et/ou de la présence). Récupération de chaleur Préchauffage de l air neuf pas d inconfort en hiver Transmission des bruits extérieurs réduite. - air entrant = source d inconfort en hiver. Fermeture manuelle des grilles pour éviter l inconfort dégradation de l environnement intérieur. ouvertures en façades =faiblesses acoustiques Pas de récupération de chaleur possible sur l air extrait. système plus coûteux à l'investissement. consommation électriques des ventilateurs élevée (mais négligeable par rapport à la réduction des pertes thermiques) encombrement important dans l immeuble. entretien régulier indispensable. Bruit de groupe dans l appartement doit être maitrisé Nécessité d une bonne étanchéité à l air du bâtiment Source: Matriciel 8

9 Comment ventiler? Principes de base Débit entrant = débit sortant 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 Source: 9

10 EVACUATION ALIMENTATION Comment ventiler? Réglementation NBN D50-001: dimensionnement pour le résidentiel (1991!) identique pour les trois régions. PEB (reprend les exigences de la norme D50-001) Local Débit nominal Le débit peut être limité à Règle générale Débit minimal Alimentation naturelle max (syst. A,C) living 75 m³/h 150 m³/h chambres locaux d étude locaux de hobbies 3,6 m³/h/m² 25 m³/h 72 m³/h (Annexe VI) 2 x débit nominal Local Débit nominal Le débit peut être limité à Règle générale Débit minimal cuisine fermée 50 m³/h salle de bains 3,6 m³/h/m² 75 m³/h buanderie 75 m³/h cuisine ouverte WC - 25 m3/h - RGPT (dimensionnement pour le tertiaire 30m³/hr d air neuf par travailleur) Source : Reglementation PEB Travaux 10

11 TRANSFERT TRANSFERT Comment ventiler? Réglementation NBN D50-001: dimensionnement pour le résidentiel (1991!) identique pour les trois régions. PEB (reprend les exigences de la norme D50-001) Comme évacuation du local Débit minimal Ouverture minimale sous la porte living chambres locaux d étude 25 m³/h 70 cm² locaux de hobbies Comme alimentation du local Débit minimal Ouverture minimale sous la porte salle de bains buanderie 25 m³/h 70 cm² cuisine 50 m³/h 140 cm² WC 25 m³/h 70 cm² RGPT (dimensionnement pour le tertiaire 30m³/hr d air neuf par travailleur) Source : Reglementation PEB Travaux 11

12 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 Source : Matriciel 12

13 Efficacité énergétique Impact de la régulation Réduction du débit d exploitation et 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 Source : Xtravent Source : Codume 13

14 Système C + Source : Livios 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 14

15 Système C + Source : Livios 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 15

16 Système C + Source : Livios 16

17 Système C + Mise en œuvre dans un immeuble à appartement CENTRALISE DECENTRALISE Source : Matriciel 18

18 Efficacité énergétique Pertes de charges Etanchéité des conduits Puissance aéraulique SFP et rendement de ventilation Importance de la variation de vitesse 19

19 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 Lorsque le débit d air dans le réseau double les pertes de charges sont multipliés par 4 Pertes de charge x 2 x 4 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 20

20 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Source : Lindab 21

21 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Source : Lindab 22

22 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Diamètre Intérieur de m³/hr Flexible Ø = 80mm Annelé + intérieur lisse Øext = 90mm Øint = 78mm Galvanisé Øext = 83mm Øint = 80mm 3 Pa/m (tendu) Pa/m (détendu) 3 /m 2,5 Pa/m 5-6 /m 1,2 Pa/m 5-6 /m Source : Lindab, CSTC, ATC, My-Electro 23

23 Efficacité énergétique Notions théoriques : Pertes de charge Limitation des pertes de charge dans le réseau Tracé du réseau le plus court possible, éventuellement subdiviser en plusieurs réseaux autonomes (d occupation homogène) Source: avec un minimum de coudes, dérivations, changements de section Source: 24

24 Efficacité énergétique Etanchéité des conduites Eviter les pertes d énergie causées par des fuites dans le réseau Conduit rectangulaire à angles droits Fuites... Jusqu à 50 %! Classe C Source : Conduit circulaire Etanche! Source : 25

25 % Efficacité énergétique Etanchéité des conduites Débit final: m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Perte de débit de 5% augmentation de la consommation de 16% Source : Matriciel Groupe sans perte de débit Conso. de référence = 100% Groupe avec 5% de perte de débit Conso. = 116% par rapport à conso de référence 26

26 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 Source : Matriciel 27

27 Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation SFP = Specific fan power = la quantité d énergie nécessaire au ventilateur pour fournir un débit d air déterminé = (Ps +Pe) / Qmax où PS = puissance électrique absorbée en pulsion [W] Pe = puissance électrique absorbée en reprise [W] Qmax = le plus grand débit (pulsion ou extraction) [m³/s] Catégorie SPF [W/m³s] SFP1 < 500 SFP SFP SFP Source : Tableau de classification de la puissance spécifique des ventilateurs, norme NBN EN

28 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 % 29

29 Efficacité énergétique Notions théoriques : Puissance absorbée par un groupe de ventilation Lorsque le débit d air dans le réseau est divisé par 2, la puissance aéraulique (donc la consommation) est divisée par 4 à 5 Source : Matriciel 15 W 31 W 70 W 30

30 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 Source : Matriciel 31

31 Exercice EXERCICE Lire une fiche technique groupe de ventilation individuel Source : 32

32 Centralisation - décentralisation Groupe de ventilation centralisé Groupes de ventilation décentralisés Source : Matriciel 33

33 Centralisation - décentralisation Groupe de ventilation centralisé Source : Matriciel Inconvénients Avantages Plus facile à mettre en œuvre Entretien facilité en locatif Gains de place et de bruit dans les appartements Consommation collectivisée Régulation moins souple Charges 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 34

34 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 Source : Matriciel 35

35 Centralisé ou décentralisé Impact énergétique de la centralisation Pression du réseau constante Pression du réseau constante Source : Matriciel 36

36 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 Source : Fiche Batex 2.1 «la ventilation double flux dans le logement», Bruxelles Environnement 37

37 kwh/m² 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 Source : Matriciel Ventilateurs BNE: Besoin net en énergie de chauffage (selon calcul PHPP) Chauffage Appartements passifs! 38

38 kwh/m² 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 Source : Matriciel Ventilateurs BNE: Besoin net en énergie de chauffage (selon calcul PHPP) Chauffage Appartements passifs! 39

39 Choix du récupérateur? Echangeur à plaques + Pas d élément mobile peu de consommations électriques et grande durée de vie + Peu de maintenance + Risque de contamination de l air neuf très faible Source: energieplusl - Proximité de pulsion et extraction - Encombrement - Pertes de charge importantes si grands débits - Récupération d humidité limitée - Risque de givre 40 Source:

40 Choix du récupérateur? 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 Source: energieplusl - Proximité pulsion et extraction - Eléments mobiles consommations éléc et entretien - Risque de contamination de l air neuf 41 Source:

41 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 Source : Fiche Batex 2.1 «la ventilation double flux dans le logement», Bruxelles Environnement 42

42 Isolation des conduits? Diminution des pertes de chaleur Pertes au niveau de l air entrant (préchauffé) Pertes au niveau de l air sortant (récupération de chaleur) Référence: Arrêté chauffage PEB Source : Arrêté Chauffage PEB 43

43 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 Source : Matriciel 44

44 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 Source : Matriciel 45

45 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 Source : Matriciel 46

46 Acoustique Bruit extérieur : Norme : Source : L'isolation acoustique requise par la norme NBN S pour une grille de ventilation donnée peut être soit calculée avec précision selon la méthode figurant dans la norme européenne EN , soit déduite des exigences de la norme belge. 47

47 Acoustique Système C/C+ Grilles avec absorbeur acoustique DucoMax ZR source : Duco 48

48 Acoustique Système D (et extraction C/C+) Dans le cas de pulsion et/ou d extraction d air mécanique (systèmes C et D), il existe un risque réel de nuisance sonore en raison de la présence du ventilateur et du passage de l air et des turbulences générées dans les conduits et les bouches. Source : 49

49 Acoustique Système D (et extraction C/C+) Dans le cas de pulsion et/ou d extraction d air mécanique (systèmes C et D), il existe un risque réel de nuisance sonore en raison de la présence du ventilateur et du passage de l air et des turbulences générées dans les conduits et les bouches. Source : 50

50 Acoustique Système D (et extraction C/C+) 1. Choisir un groupe de ventilation acoustiquement performant Source : 51

51 Acoustique Réseau «Pieuvre» Silentieux intégrés dans les caissons de répartition, ensuite gainage individuel Quid remplacement dans 20? 30? 40? Ans Source : Hybalans 52

52 Acoustique Réseau Galva 2. Désolidariser le groupe et le réseau de gaines (Galva, coté pulsion) Si réseau de gaines flexibles alors c est inutile Source : Air Trade Center 53

53 Acoustique Suivi des consommations 3. Insérer des silencieux (en sortie de machine) Source: Air Trade Center Source : Air Trade Center 54

54 Acoustique Suivi des consommations 4. Limiter la vitesse de l air Max 6m/s entre la machine et l extérieur Max 4m/s dans les collecteurs principaux Max 1,5 à 2m/s au niveau des bouches de pulsion Source : 55

55 Acoustique 5. Absorbant acoustique au niveau de la bouche de pulsion Solution habituelle : 1m de Sonoflex/Flexible acoustique juste avant les bouches de pulsion. Ok au niveau acoustique mais le CSTC recommande un remplacement tous les 9ans? Silencieux inséré dans une gaine galva - moins efficace - Perte de charge + Remplacement aisé Source : 56

56 Entretien et suivi de l installation Qualité de l air et efficacité de l installation Garantir la qualité de l air et limiter les pertes de charge dans le réseau Points d attention: Accessibilité au groupe et au réseau: Taille du local technique (centralisation) Accessibilité des groupes (décentralisation) Regards Dimension des conduites (nettoyage) Source: Propreté (réseau et bouches de pulsion et d extraction) Visibilité des bouches contrôle visuel Accessibilité des bouches Nettoyage des grilles de ventilation (1 x/an) et des diffuseurs attention à ne pas dérégler l ouverture de la bouche lors du nettoyage 57

57 Entretien et suivi de l installation Qualité de l air et efficacité de l installation Garantir la qualité de l air et limiter les pertes de charge dans le réseau Points d attention: Remplacement/nettoyage des filtres nettoyage tous les 3 mois ou en cas d alarme remplacement conseillé tous les ans (max tous les 2 ans) Nettoyage de l échangeur de chaleur tous les 2 ans Source: Entretien complet du système par l installateur (contrôle technique, vérification de l étanchéité, ) tous les 3 ans 58

58 Entretien et suivi de l installation Entretien Source: 59

59 Entretien et suivi de l installation Qualité de l air et efficacité de l installation Qualité de l air?... Source: Photo - Jonathan Fronhoffs 60

60 Outils, sites internet, etc intéressants : Energie + : CSTC : Réglementation PEB: Vidéo sur le pourquoi de la ventilation (NL): 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 61

61 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 Ex: doubler la section du réseau = diviser la consommation par 4 à 5 choisir des composants performants (ventilateurs, récupérateurs) Ex: 15 % d économie pour un rendement de ventilateur de 80% par rapport à un rendement de 70% prévoir une possibilité de régulation selon l occupation Ex: 70% d économie pour un débit régulé par rapport à un débit constant 62

62 Contact Stéphane Barbier Chef de projet : 02/ info@cenergie.be 63