De nouveaux défis pour la ventilation

De nouveaux défis pour la ventilation Rémi Carrié Journée COTITA Construction QAI-Radon en Franche-Comté Besançon, 18/09/2012

Sommaire Enjeux de la ventilation dans le bâtiment Tour d Europe des réglementations sur les débits de ventilation La QAI, un système complexe dépendant de nombreux paramètres Ventilation et Bâtiments à Basse Consommation d énergie 2

Enjeux de la ventilation dans le bâtiment 3

Préambule Définitions Ventilation La ventilation est l'action qui consiste à renouveler intentionnellement l air dans un espace clos à l aide d un système ou par ouverture des fenêtre. Infiltration L infiltration correspond au renouvellement de l air subi résultant du passage de l air par les fuites. Renouvellement d air Le renouvellement d air correspond à l action combinée de la ventilation et de l infiltration. 4

Enjeux de la ventilation - Pourquoi ventiler? Assurer une bonne qualité d air intérieur Diluer et extraire les polluants produits à l intérieur du bâtiment Ne dispense pas de la réduction des sources Fournir l oxygène nécessaire Aux occupants (fonctionnement métabolique) Au fonctionnement de certains équipements Préserver le bâti 5

Enjeux de la ventilation - Et si on ne ventile pas? De très nombreux polluants sont présents dans le bâtiment Concentration et impacts divers En l absence de ventilation Le renouvellement d air est mal réparti si on compte sur les infiltrations La concentration des polluants produits dans le bâtiment augmente L air se charge en particulier en CO2, humidité, COV, La mauvaise qualité d air peut se manifester sous la forme du Syndrome du bâtiment malsain Les occupants ne sont pas de bons détecteurs de la QAI Syndrome du bâtiment malsain: Fatigue, mal de tête, manque de concentration, nez qui coule, gorge sèche, irritation des yeux et de la peau => Pas d action si la QAI se dégrade sans impact olfactif 6

Enjeux de la ventilation - Les pertes thermiques Estimations rapides des pertes liées à la ventilation Maison de 100 m2, en ventilation SF petit débit 90 m3/h, 22h par jour grand débit 180m3/h, 2h par jour A Lyon (DJU base 18: 2499 K x jour) Chaleur volumique de l air : 0,34 Wh/m3/K Pertes 20,4 kwh/m².an => La ventilation est un élément clé pour la santé et le confort des occupants et pour la réduction de la facture énergétique d un bâtiment 7

Tour d Europe des réglementations sur les débits de ventilation 8

Des objectifs qui semblent partagés mais des exigences très différentes Une comparaison compliquée par des unités/modes de calcul différents Des exigences très hétérogènes Tant sur les débits que sur les concentrations maximales Sur la prise en compte des paramètres influents, notamment des matériaux Sur les dispositions fonctionnelles Source: A guide to energy efficient ventilation. M. Liddament. 9

Comparaison des réglementations européennes (logement) Appartement 1 T2 50m² Appartement 2 T4 90m² Grèce 0,7 Finlande 0,66 Pologne 0,64 Pays -Bas * Grèce * 0,605 0,7 Hongrie 0,6 Portugal 0,6 NF EN 15251 0,6 Allem agne 0,6 Roum anie Hongrie 0,6 Allem agne Portugal 0,6 Finlande 0,5 NF EN 15251 0,6 Lituanie 0,5 Slovénie 0,5 France 0,52 0,54 0,51 Slovénie 0,5 Pays -Bas 0,49 Lituanie 0,5 Norvège 0,48 Norvège 0,48 Pologne 0,44 Roum anie 0,48 Royaum e-uni 0,43 France 0,43 Royaum e-uni 0,43 République Tchèque 0,3 République Tchèque 0,3 Italie 0,3 Italie 0,3 Bulgarie Bulgarie 0,23 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Débit de renouvellement d'air [h-1] * Débits calculés avec l annexe B (informative) 0,26 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Débit de renouvellement d'air [h-1] Source: Brelih, Ventilation rates and IAQ in national regulations, 2011 10

Comparaison des réglementations européennes (tertiaire) * * * Débits calculés avec l annexe B (informative) Source: Brelih, Ventilation rates and IAQ in national regulations, 2011 11

Comparaisons des réglementations Les exigences en Europe sont extrêmement disparates Divergences sur les moyens exigés (systèmes, ) En plus des divergences sur les débits Projet QUAD BBC conclut que les débits de l arrêté de 82 et du RSD sont suffisants pour la QAI si : Le système est bien dimensionné, bien installé et bien utilisé, Permet de maintenir en permanence les débits demandés Le bâtiment est étanche En logement, le petit débit est en permanence en 12

La QAI s inscrit dans un système complexe dépendant de nombreux paramètres 13

Atteindre un niveau acceptable de qualité de l air 14

La ventilation et l étanchéité à l air Une mauvaise étanchéité perturbe le fonctionnement du système de ventilation Gains sur les indicateurs de QAI en SF en fonction de la perméabilité à l air du bâtiment (projet QUAD-BBC) 15

Ventilation et Bâtiments à Basse Consommation d énergie 16

Les systèmes du parc actuel français Parc résidentiel individuel (source air.h) Ventilation générale naturelle 22% Ventilation générale mécanique 28% Ventilation pièce par pièce 36% Pas de ventilation 14% 17

Spécificités des bâtiments basse consommation Problématique: Maintenir une bonne qualité d air intérieur Minimiser les pertes d énergie Interaction avec les autres équipements et l enveloppe 18

Interaction avec les autres équipements et l enveloppe Plus l enveloppe est performante, plus il est intéressant d avoir un équipement de ventilation performant Interaction positive Si les besoins de chauffage sont inférieurs à environ 10 W/m², possibilité de coupler le système de ventilation au système de chauffage* Interaction fonctionnelle entre la ventilation et les systèmes de chauffage de rafraichissement Un seul système mis en place Dans BB(T)C, une ventilation optimisée a encore plus d enjeu que dans les bâtiments classiques * Source Feist, Re-inventing air heating, Energy and building, 2005 19

Les systèmes rencontrés dans les BBC La ventilation double-flux Principe: récupération de la chaleur de l air extrait Le puits canadien Principe: augmenter la température de l air insufflé La modulation des débits Principe: réduire les débits de ventilation en fonction des besoins Les systèmes thermodynamiques Principe: coupler les systèmes pour une économie globale 20

La VMC double-flux : Pour et Contre Les pours Les contres - Pré-traitement de l air (chauffage, rafraîchissement) - Limite l effet parois froides - Niveau sonore lié à l équipement dans les pièces de vie - Bonne efficacité de récupération (70-90%) - Des centrales isolées et étanches - Consommation des ventilateurs - Efficace seulement si le système et les réseaux sont Source Allie Airchauffé situés en volume CONFORT ENERGIE - Nécessité de mise en oeuvre et entretien correct - Remplacement régulier des filtres QAI - Maîtrise de l air neuf soufflé dans les pièces de vie - Filtration de l air neuf 21

Double-flux : Performances des systèmes du marché Echangeurs individuels statiques à contre-flux (taux de récupération jusqu à 90%, test NF EN 13141-7) Les échangeurs enthalpiques (récupérant la chaleur latente) Roues enthalpiques Contre-flux enthalpiques Inversion de flux Source Allie Air 22

Efficacité de l échangeur en fonction de l isolation des conduits Ratio Rendement Effectif/Rendement initial Pour 20m² de conduit en dehors du volume chauffé 100% 90% Ration en % 80% Perméabilité du réseau: 3*Class A Class A Class B Class C Class D 70% 60% 50% 40% 30% 0 1 1.2 m².k/w (GF RT 2005) 2 3 R des conduits 4 5 6 Equivaut à une épaisseur de 20 cm d'un isolant classique (λ=0.04 W/m.K) Source: CETE de Lyon 23

Double-flux : Propreté et maintenance Le système doit être propre à la réception => attention à son utilisation en cours de chantier alors que de la poussière est générée Nettoyage du système et remplacement des filtres au moins chaque année => Le système doit être complètement accessible (on doit pouvoir le démonter facilement pour nettoyer les pièces, enlever les corps étrangers, etc.) 24

En conclusion: double-flux et BBC L étanchéité du bâti est bonne Bonne qualité d installation Conduits et centrale en volume chauffé Ventilateurs basse consommation By-pass l été Le niveau sonore est maîtrisé Excellente 25

Les puits canadiens Principes de fonctionnement Echangeur terre/air Préchauffer l air neuf en hiver Rafraichir et sur-ventiler en été Les gains moyens en hiver Puits seul ε= 40 à 50% annuel DF seule ε= 75% annuel Puits +DF ε= 82% annuel Intérêt thermique réduit mais absence de givrage Les gains moyens en été Réduction de 2 à 4 C (pour des débits de 0,5 à 4 vol/h) Penser au bypass de l échangeur double-flux Attention à la conception 26

La modulation des débits de ventilation En tertiaire Modulation en fonction du niveau d occupation Résidentiel Modulation en fonction de l humidité: VMC hygro-réglables Modification des flux d air: zonage jour/nuit Le zonage peut être contre-productif si la gestion est mal adaptée aux scénarios d occupation Les techniques avec arrêt au départ des occupants ne permettent pas d évacuer les polluants produits EcoleSource : l ouverture Projet QUADdes BBC fenêtres lors 27

Les systèmes thermodynamiques Appareils multifonctions qui permettent de Ventiler Chauffer les locaux (appoint peut-être nécessaire) Chauffer l ECS Rafraîchir les locaux l été Filtrer et traiter l air neuf 1/ Echangeur DF 2/ Préparateur ECS 3/ Modules de chauffage 4/ Régulation du système Source Aldès doc TZ-Zen 400-4000 5/ Bouches de soufflage et d extraction 6/ Le réseau de conduits 7/ La prise d air neuf 8/ La sortie de toiture 28

Un point de vigilance particulier: les appareils à combustion Veiller à la compatibilité du système de ventilation avec les appareils à combustion Problèmes en particulier avec les systèmes à combustion ouverts Prévoir a minima: l alimentation correcte en air de l appareil et un détecteur de CO Source CETE de Lyon 29

Perspectives sur les systèmes Convergence entre les usages pour récupérer l énergie Convergence entre ventilation mécanique «débrayable» et ventilation naturelle «assistée» mais des systèmes de plus en plus complexes 30

Pour aller plus loin Cf. références à la fin du document + Notez les guides ADEME ou soutenus par l ADEME disponible sur son site 31

Conclusion La ventilation est un des éléments indispensables pour la QAI des bâtiments => Il faut ventiler Les performances dépendent de nombreux facteurs (contraintes, choix conceptuels, réalisation, réception, maintenance) L expérience montre qu il est possible de réaliser une ventilation performante (cf. par exemple, projet Performance) mais: Les facteurs de réussite sont encore mal maîtrisés Les bases scientifiques pour qualifier la performance sont encore limitées Il n y a pas de solution miracle On manque de recul par rapport aux nouveaux systèmes qui apparaissent chaque année 32

Perspectives Le débat entre ventilation naturelle et mécanique devient obsolète avec la convergence progressive des systèmes Vers une exigence de performance en terme de qualité de l air A-t-on atteint les limites d une approche d exigence sur les débits de ventilation? Doit-on envisager une approche performantielle similaire à la réglementation thermique? 33

Textes et projets de références Textes réglementaires/normes Arrêté du 24 mars 1982 relatif à l aération des logements. DTU 68.1: Installations de ventilation mécanique contrôlée - Règles de conception et de dimensionnement DTU 68.2: Exécution des installations de ventilation mécanique NF EN 15251: Critères d ambiance intérieure pour la conception et l évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l air intérieur, la thermique, l éclairage et l acoustique. NF EN 15242: Méthodes de calcul pour la détermination des débits d air dans les bâtiments y compris l infiltration NF ISO 16814: Conception de l environnement des bâtiments, Qualité de l air intérieur, Méthodes d expression de la qualité de l air intérieur pour une occupation humaine Projets de recherche QUAD-BBC. Convention ANR 08-Habisol007 (janvier 2012) HealthVent. Ventilation rates and IAQ in national regulations, REHVA journal, Nejc Brelih (octobre 2011) PREBAT «Performance». Deux années de mesure de la VMC hyroréglable de type B dans 31 logements occupés répartis sur 2 sites en France. http:// www.airh.asso.fr/documents/actualités/dp_performance_ventilation_bati_9sept10.pdf Guides Faites respirer votre maison avec la ventilation. Juillet 2011. Disponible sur le site de l ADEME. Guide de la ventilation naturelle et hybrique VNHY. Sept. 2010. Disponible sur le site de l ADEME. Guide pratique sur la modulation des débits de ventilation dans le tertiaire. Avril 2011. Disponible sur le site de l ADEME. Réussir l étanchéité à l air de l enveloppe et des réseaux. http:// www.cete-lyon.developpement-durable.gouv.fr/documents-sur-le-traitement-des-a76.html 34