Formation Bâtiment Durable : ENERGIE Bruxelles Environnement CONCEVOIR EFFICACEMENT UNE INSTALLATION DE VENTILATION (TERTIAIRE ET GRANDS ENSEMBLES DE LOGEMENT) Anne-Laure MAERCKX CENERGIE
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 2
Plan de l exposé Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 3
Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 4
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 et/or refroidissement via l air Surtout: refroidissement via free-cooling et ventilation nocturne Cfr présentation module Enjeux 5
Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 6
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
Comment ventiler? Deux principes de base: 1. débit entrant = débit sortant 8
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
Comment ventiler? Applications résidentielles: NBN D 50-001 et PEB (exigence 1: ventilation hygiénique) Remarque: le débit peut être distribué sur plusieurs ouvertures 10
Comment ventiler? Applications résidentielles: NBN D 50-001 et PEB (exigence 1: ventilation hygiénique) Remarque: le débit peut être distribué sur plusieurs ouvertures 11
Comment ventiler? Applications non-résidentielles: EN 13779, PEB et RGPT Espaces non destinés à l occupation humaine Local où ne séjournent pas ou peu de personnes : couloir, escalier, archives EN 13779 High quality medium quality moderate quality low quality Classe IDA1 IDA2 IDA3 IDA4 Débit (m³/h.m²) - 3 > 2,5 2 (1,3-2,5) 1 <1,3 PEB: minimum 1,3 m³/h par m² WC: min 25 m³/h par WC ou 15 m³/h.m² Douches: min 50 m³/h par douche Cuisine ouverte: min 75 m³/h 12
Comment ventiler? Applications non-résidentielles: EN 13779, PEB et RGPT Espaces destinés à l occupation humaine Classification de base Indoor Air Quality (IDA) EN 13779 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 13
Comment ventiler? Applications non-résidentielles: Débit défini en m³/h par personne Détermination du nombre de personnes: Max entre plans (conception) et PEB (réglementation) Quelques valeurs issues de la PEB Fonction Immeuble de bureaux Surface au sol par personne (m²/pers.) bureau 15 locaux de réception, réception, salles de réunion 3,5 entrée principale 10 Horeca restaurants, cafeteria, buffet rapide, cantine, bars, cocktails bars cuisines, kitchenettes 10 Etablissement d enseignement salle de cours 4 salle polyvalente 1 1,5 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 15
Exercice: calcul de débits Rez-de-chaussée: amenée d air frais 16
Exercice: calcul de débits Rez-de-chaussée: évacuation d air vicié 17
Exercice: calcul de débits Premier étage: amenée d air frais 18
Exercice: calcul de débits Premier étage: évacuation d air vicié 19
Exercice: calcul de débits Rez-de-chaussée: transit 20
Exercice: calcul de débits Premier étage: transit 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 36 m³/h.p 25 14 concentration de CO 2 Low-polluting 72 50 29 Non low-polluting building 108 76 43 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) 72 45 29 18 PPD* (%) 13 18 26! 33 * Predicted Percentage of Dissatisfied 23
Comment ventiler? Energie et qualité de l air: Ventiler consomme toujours de l énergie! Chauffer l air: débit d air et T Faire circuler l air: débit d air, perte de charge, rendement Qualité de l air = confort = priorité Energie = non négligeable Compromis à trouver 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 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 26
Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 27
Concevoir une installation de ventilation efficace Rappel: les différents systèmes de ventilation Système A: amenée et évacuation naturelles Source: Energie + 28
Concevoir une installation de ventilation efficace Système B: amenée mécanique et évacuation naturelle Source: Energie + 29
Concevoir une installation de ventilation efficace Système C: amenée naturelle et évacuation mécanique Source: Energie + 30
Concevoir une installation de ventilation efficace Système D: amenée et évacuation mécaniques Incontournable pour les bâtiments passifs Source: Energie + 31
Concevoir une installation de ventilation efficace Ventilation hybride Ventilation mécanique si nécessaire Ventilation naturelle si possible 32
Concevoir une installation de ventilation efficace Rappel: Centralisation et décentralisation des groupes de ventilation 33
Centralisé ou décentralisé? Groupe de ventilation centralisé Avantages Plus facile à mettre en œuvre Entretien facilité en locatif Gains de place et de bruit dans les appartements Inconvénients 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 34
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.Couper la ventilation pendant la nuit et les week-ends 4.Récupérer la chaleur sur l air extrait 5.Choisir des ventilateurs performants 6.Concevoir des réseaux étanches 7.Positionner les grilles de pulsion et d extraction 8.Concevoir un réseau efficace 9.Isoler les conduites 35
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 30 m³/h (22m³/h) dans le non-résidentiel (le résidentiel) est un minimum légal 36
Concevoir une installation de ventilation efficace 1. Diminuer les débits d exploitation: exemple Groupe de ventilation: 20.000 m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Réduction des débits de 63 % 37
Concevoir une installation de ventilation efficace 2. Réduire le débit d exploitation (= ventilation sur demande) Puissance absorbée par le ventilateur varie comme le cube du débit! Source: Fiches techniques BatEx 38
Concevoir une installation de ventilation efficace 2. Réduire le débit d exploitation (= ventilation sur demande) Adapter le débit d air neuf en fonction de l occupation Détection de présence Sondes CO2 (salles de réunion, salles de classe: occupation variable) Programmation sur horloge (cafétaria, cuisine: occupation répétitive) 39
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 % 40
Concevoir une installation de ventilation efficace 3. Couper la ventilation durant la nuit et les weekends Secteur tertiaire (bureaux): heures de bureau = 50h/semaine tandis qu une semaine dure 7 x 24h = 168h diminution de 70% du temps de fonctionnement 41
Concevoir une installation de ventilation efficace 4. 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 1 2 42
Récupération de chaleur HR-échangeur de chaleur: préchauffe de l air n est plus nécessaire pour la plupart du temps 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 Hausse de la température de la pulsion grâce à l échangeur de chaleur maandag 28/02/00 0:00 43 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 tijdstip Temperatuur in C
Concevoir une installation de ventilation efficace 4. Récupérer la chaleur sur l air extrait: quel récupérateur? Echangeur à eau glycolée Pulsion et extraction séparées Application: hôpitaux (aucun risque de contamination) + régulation simple de la T (vanne 3 voies) - Faible rendement - Pertes de charge de l eau glycolée consommations de la pompe - Risque de givre - Coût non négligeable pour petites installations 44
Concevoir une installation de ventilation efficace 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 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 46
Concevoir une installation de ventilation efficace Echangeur de chaleur regénératif + Récupération de l humidité (chaleur latente) + Rendement élevé + Pertes de charge limitées - Encombrement - Investissement élevé 47
Concevoir une installation de ventilation efficace 4. Récupérer la chaleur : exemple Economies sur la préchauffe de l air entrant 48
Récupération de chaleur Echangeur à eau glycolée Echangeur à plaques Echangeur rotatif Regénératif Economie hiver 2010 2175 2860 3175 Gain/perte en % par rapport au Standard : -8% 100 % +31 % +46 % Economie été 0 58 87 86 Gain/perte en % par rapport au Standard : Rendement à 8 C (t /humidité) - 100 % 100 % +50 % + 48 % 55 % 56 % 81 % 94 % 0% 0 % 42 % 10 % Coût (9.500 m³/h) 15.000 15.000 18.000 42.000 49
Concevoir une installation de ventilation efficace Critères de choix des récupérateurs: Application Espace Rendement Entretien Investissement 50
Concevoir une installation de ventilation efficace 5. Choisir des ventilateurs performants Débit [m³/h] Rendement minimal exigé Rendement minimale recommandé > 20.000 80 % 82 % > 10.000 78 % 80 % > 6.000 75 % 77 % > 3.000 70 % 72 % < 3.000 60 % 60 % 51
Concevoir une installation de ventilation efficace 5. 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 2 500 750 SFP 3 750 1250 SFP 4 1250 2000 52
Concevoir une installation de ventilation efficace 5. Choisir des ventilateurs performants: exemple Groupe de ventilation: 20.000 m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Rendement ventilateur 70% 80%: économie 13% 53
Concevoir une installation de ventilation efficace 6. 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
Concevoir une installation de ventilation efficace 6. Concevoir des réseaux étanches: exemple Groupe de ventilation: 20.000 m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Perte de débit de 5% augmentation de la consommation de 16% 55
Concevoir une installation de ventilation efficace 7. 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
Concevoir une installation de ventilation efficace 8. 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
Concevoir une installation de ventilation efficace Avec un minimum de coudes, dérivations, changements de section 58
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] P = 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
Concevoir une installation de ventilation efficace 200 m³/h 60
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 100 200 300 Batterie chaude 40 80 120 Batterie froide 100 140 180 Silencieux 30 50 80 Bouche de pulsion Prise d air extérieur 30 50 100 20 50 70 61
Concevoir une installation de ventilation efficace 8. Concevoir un réseau efficace : exemple Groupe de ventilation: 20.000 m³/h Puissance du ventilateur : 8 kw Vitesse dans conduit principal : 6m/s (1.000 Pa) 4 m/s (444 Pa): économie de 46 % 62
Concevoir une installation de ventilation efficace 9. 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 Calorifugeage conduits d air BT 63
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
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
Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 66
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: prévoir un local technique suffisamment grand pour pouvoir faire un entretien facile du groupe prévoir des regards aux endroits particuliers du réseau (coudes) éviter les conduites trop petites, impossibles à nettoyer 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 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 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 68
Entretenir une installation de ventilation Mauvais exemples 69
Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 70
Suivre les consommations énergétiques Objectif: permettre un suivi des performances de l installation et de sa consommation Moyens d action: raccord du système à la GTC alarmes en cas de défaillance du système (filtres, ventilateur, ) paramétrage centralisé de l installation (heures de fonctionnement, débits, ) si compteur sur l alimentation électrique: suivi précis de la consommation observation de dérives 71
Suivre les consommations énergétiques Mise à l arrêt de l installation à 21h15 Reprise à 3h00 Régulation non conforme à l occupation campagnes de mesure: efficacité de la récupération de chaleur/d humidité conformité avec les demandes au niveau de la régulation en l absence de GTC Faible récupération de chaleur et d humidité. Déséquilibre entre pulsion et extraction (mauvais réglage des ventilateurs) 72
Bref rappel théorique: pourquoi ventiler? Comment ventiler? Concevoir une installation de ventilation efficace Entretenir une installation de ventilation Suivre les consommations énergétiques Conclusions 73
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. 74
Outils, sites internets, etc intéressants : Energie + http://www.energieplus-lesite.be/ Cahiers de charge-type pour maîtres d ouvrage et concepteurs: www.bruxellesenvironnement.be > Professionnels > Bâtiment (constr, renovation, gestion) > Outils à votre disposition > Les outils URE Réglementation PEB Vidéo sur le pourquoi de la ventilation (NL): http://www.binnenklimaat.be/ Guide Bâtiment Durable: Fiches ENE02, ENE04, ENE07 www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable 75
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 bonne régulation ainsi qu un suivi efficace de l installation 76
Contact Anne-Laure Maerckx Conseillère en construction durable Coordonnées : 02 513 96 13 E-mail : anne_laure.maerckx@cenergie.be 77