La ventilation dans les bâtiments résidentiels

La ventilation dans les bâtiments résidentiels Jean-Marie HAUGLUSTAINE Université de Liège Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l Environnement EnergySuD - Energy and Sustainable Development Confédération Construction Bruxelles-Capitale, 18 mai 2011 Sommaire Ventiler? Pourquoi? Comment? Combien? 4 systèmes Ventilation et PEB Conclusion 2

Pourquoi ventiler? 3 Comment ventiler? 4

NBN D50-001 Les débits de ventilation de base selon la norme NBN D50 001 : Afin d assurer une ventilation de base, un débit de 3,6 m³/h par m² de surface au sol est nécessaire Le débit nominal : q N = 3,6 x S [m³/h] Débit installé à situer entre débit minimum et débit maximum (= auquel on peut se limiter, si on veut) En respectant la norme : Souvent débit d alimentation débit évacuation de l air équilibrer débits (pas obligatoire) La norme précise une valeur limite complémentaire pour les systèmes A et C: débit réel 2 q N 5

NBN D50-001 Débits minimum et maximum selon la NBN D50 001 7 Exigences règlementaires Ventilation des locaux spéciaux selon la NBN D 50 001 Exigences spécifiques : couloirs et cages d escaliers communs dans les immeubles collectifs ; locaux de stockage des ordures ménagères ; gaines et cabines d ascenseurs ; garages ; chaufferies et locaux de chauffe ; caves ; greniers ; local contenant le compteur de gaz ; soutes à combustibles ; débarras ; locaux renfermant des appareils de combustion non étanches. 8

Exigences règlementaires Ventilation intensive ou périodique selon la NBN D50 001 assurée par l ouverture des portes et/ou fenêtres superficie au moins égale à : 6,4 % de la superficie au sol pour les pièces présentant des ouvertures dans une seule façade 3,2 % de la superficie au sol des pièces présentant des portes et des fenêtres ouvrantes dans plusieurs façades chaque façade comporte au moins 40 % de la superficie totale requise 9 Sommaire Ventiler? Pourquoi? Comment? Combien? 4 systèmes Ventilation et PEB Conclusion 10

4 systèmes 11 Système A L air se déplace grâce aux ddp qui existent entre les façades du bâtiment et au ΔT ( Δρ)de l air Des amenées d air (grilles et vasistas réglables) doivent être disposées en façade pour les locaux dits secs (bureaux, séjours,...) des ouvertures de transfert (détalonnage des portes ou grilles) permettent le passage de l air vers les locaux dits humides (sanitaires, cuisine,...) Dans ces derniers, l air est évacué grâce à des conduits verticaux débouchant en toiture 12

Système A Les espaces de passage (couloirs, halls, escaliers, etc.) sont suffisamment ventilés par l air qui provient des locaux secs et transite par les ouvertures de transfert pour gagner les locaux humides pas besoin d amenée d air ou d évacuation d air spécifiques dans les espaces de circulation des maisons unifamiliales. MAIS les dispositifs de ventilation sont obligatoires dans les cages d escalier et couloirs communs des immeubles d habitation collective, où ils sont considérés comme locaux spéciaux 13 Système A Sécurité incendie assurée par un compartimentage La ventilation et la distribution de l air dans les locaux au moyen de gaines doivent être conçues de telle sorte que : la fumée et les flammes ne puissent se propager dans tout le bâtiment ; les éléments de construction traversés par ces gaines conservent leur résistance au feu. Intéressant d adapter le fonctionnement de la ventilation en fonction des besoins (en période d occupation, la nuit, le weekend, en cas de ventilation intensive) Plusieurs possibilités de réguler la ventilation naturelle : bouches réglables, grilles hygroréglables, grilles commandées électriquement en fonction d un horaire 14

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Ventilation mécanique Mécanisation= moyen d le contrôle sur la ventilation 1 e étape : extraire l air vicié des locaux humides (cuisines, salles de bain...) ou à concentration d odeurs (W. C.) et l évacuer vers l extérieur: installation de ventilation mécanique à simple flux 2 e étape : ajouter à l extraction mécanique une pulsion mécanique de l air neuf dans les locaux secs (séjours, chambres, etc.) : installation de ventilation mécanique à double flux 3 e étape : possibilité de récupérer la chaleur de l air extrait pour favoriser les économies d énergie : installation de ventilation mécanique à double flux avec récupération de chaleur sur l air extrait. 17 Ventilation mécanique Il existe trois types d installation de ventilation mécanique : le système de mise en surpression (B) ventilateurs d alimentation en air extérieur conservent la maison à une pression intérieure > pression extérieure le système de mise en dépression (C) utilise des ventilateurs d extraction et des prises d air maintient la pression à l intérieur < à la pression extérieure le système dit équilibré (D) comporte des ventilateurs d alimentation et d extraction maintient la pression intérieure pression extérieure 18

Système B Réseau de conduits de distribution raccordé au ventilateur qui aspire l air frais de l extérieur et le distribue dans tout le bâtiment. Expulsion de l air par extraction naturelle Installation tend à pressuriser l intérieur du bâtiment Diminue la partie de l enveloppe par où se font les infiltrations, de même que les pressions qui les favorisent. infiltration d air totale réduite accentuation des pressions intérieures et de la partie de l enveloppe soumise à l exfiltration 19 Système B Applications : Sites fortement pollués : l air amené peut être filtré avant d être pulsé dans le bâtiment ; Bâtiments industriels où l air doit être parfaitement propre ; Contrôle des allergies : lorsque les occupants sont sensibles aux polluants extérieurs ; Cas où il y a un polluant dans les murs extérieurs (par ex. la mousse isolante d urée formol) Le maintien de la maison en surpression empêche l infiltration, dans les locaux habités, de gaz ou de polluants provenant de l enveloppe. 20

Système B Limitations : Air du bâtiment en surpression s évacue vers l extérieur par toutes les ouvertures de l enveloppe Air humide provenant de l intérieur peut pénétrer dans les murs et la toiture Risques de condensation : moisissures, pourriture des matériaux, écaillement de peinture moyen à n employer que quand l étanchéité à l air de l enveloppe extérieure est élevée. pas toujours indiqué dans le cas d une rénovation : difficile de s assurer que le pare air en place présente une étanchéité à l air suffisante à la pressurisation intérieure. 21 22

Système C Extraction mécanique = créer un mouvement de circulation de l air dans le bâtiment l air neuf entre naturellement par les locaux secs et sort, extrait par un ventilateur depuis les locaux humides Air chemine à travers plusieurs locaux par ordre croissant de pollution, en passant sous les portes ou par des grilles de transfert locaux humides ou viciés doivent être mis en dépression ouvertures doivent être placées en façade pour diffuser de l air dans les locaux secs transfert de l air entre les locaux doit être organisé. 23 Système C Ventilation à extraction mécanique centrale Alimentation par des bouches d amenée d air naturelles Extraction par un ventilateur central d une puissance suffisante pour assurer la ventilation Exige l installation d un réseau de conduits, qui raccorde toutes les bouches d évacuation au ventilateur central Une dépression se créé à l intérieur Réduction ou élimination totale des exfiltrations Ventilation à extractions ponctuelles possible si plusieurs ventilateurs décentralisés (ventilateurs de salle de bain, hottes de cuisine ) 24

Système C Récupération de chaleur : en hiver, la chaleur se perd dans l air évacué Tout système de récupération de chaleur doit d abord acheminer l air à évacuer vers un point central (principe de base de l installation de ventilation par extraction) Une petite pompe à chaleur peut être utilisée pour extraire la chaleur de l air à évacuer et la restituer soit au système de chauffage des locaux soit au réseau d eau chaude sanitaire. 25 Système C Régulation Contrôle du ventilateur par horloge Bâtiment à taux d occupation très variable peut être asservi à une sonde COV (Composés Organiques Volatiles), aussi appelée sonde de qualité de l air, sensible aux odeurs, ou une sonde CO 2 ; on parle alors de ventilation à la demande Applications dans des maisons d habitation dans des bâtiments de taille moyenne. Limitations Non adaptée aux environnements bruyants et/ou pollués. 26

v 27 Système D L installation de ventilation à alimentation et extraction mécaniques se compose d un ventilateur d alimentation et d extraction (ou de deux ventilateurs séparés) et d un réseau de conduits de distribution et d évacuation. La ventilation double flux consiste à organiser : Soit : la pulsion mécanique de l air neuf filtré dans les locaux «secs» l extraction mécanique de l air vicié des locaux «humides» Soit chaque local peut disposer d une pulsion et d une extraction. les locaux produisant des odeurs sont généralement maintenus en dépression l air vicié ne s échappe pas vers les autres locaux 28

Système D Pulsion : via un réseau de conduites verticales et horizontales (dans les faux plafonds, par exemple). Réseau d évacuation semblable aux installations simple flux Bouches d amenée d air de type mural plafonnier (si fauxplafonds) Compléments possibles : récupération de chaleur par échange entre l air extrait et l air neuf ; traitement de l air en température et en humidité pour assurer un confort optimal ; recyclage partiel de l air, dans le cas où l air de ventilation assure également le chauffage ou le refroidissement des locaux. 29 Système D Récupération de chaleur Pas besoin d échangeur de chaleur pour bien fonctionner Seule fonction de l échangeur : économiser de l énergie Réchauffe l air de ventilation par récupération de la chaleur contenue dans l air extrait. Problème : coût d installation et quantité d énergie à économiser En cas d échangeur, l air d alimentation doit toujours être acheminé vers le même point central que l air extrait Régulation Intéressant d adapter le fonctionnement de la ventilation la nuit et le weekend (contrôle de la ventilation par horloge) Bâtiment à taux d occupation très variable peut être asservi à la détection d une sonde COV ou CO 2. 30

Système D Chauffage et/ou refroidissement complémentaire(s) Préchauffage de l air neuf en hiver est presque indispensable Si T air pulsé T amb pas de sensation de courant d air. Ventilation et chauffage du local sont dissociés et régulés tout à fait distinctement. Débit d air neuf hygiénique souvent beaucoup plus faible que le débit nécessaire pour transporter de la chaleur ou du froid. Assurer simultanément la ventilation et le chauffage ou le refroidissement surdimensionner les équipements et organiser un recyclage partiel de l air La différence de débit quand l isolation du bâtiment On peut combiner chauffage et ventilation Avec des batteries terminales au niveau des bouches de pulsion Ou en traitant l air de façon centralisée 31 Récupérateur de chaleur 32

Système D Applications Maisons d habitation si le climat est sévère ; Magasins, bâtiments commerciaux, bureaux ; Environnement particulièrement bruyant et/ou pollué. Limitations Exige une très bonne étanchéité à l air de l enveloppe sinon les voies naturelles d infiltration et d exfiltration courtcircuitent l installation de ventilation mécanique. Mise en œuvre difficile dans le cas de bâtiments rénovés où il est plus malaisé d intégrer des conduits de ventilation. 33 34

Les 4 systèmes 35 Les 4 systèmes 36

Sommaire Ventiler? Pourquoi? Comment? Combien? 4 systèmes Ventilation et PEB Conclusion 37 PEB Exigences résidentiel + autres dérogations par rapport à la norme : L air fourni peut être pris dans un local adjacent non chauffé, sous certaines conditions On peut amener de l air par le versant d une toiture + recommandations non prévues par la norme : Empêcher pénétration d eau et intrusion d insectes max. 72 m 3 /h 38

Ventilation dans le niveau E w Les débits de ventilation hygiénique calculés selon la NBN D50 001 n interviennent pas dans le calcul du niveau E w selon la méthode de calcul actuelle Dans le niveau E w un débit de ventilation volontaire est évalué forfaitairement en fonction : du volume protégé du bâtiment d un facteur multiplicateur «m» Le type de système installé n a pas d incidence sur l évaluation du débit de ventilation! Il a par contre une incidence sur la consommation électrique des ventilateurs, nulle avecle système A. 39 Ventilation dans le niveau E w Le débit de ventilation volontaire dans le niveau E w est évalué de manière forfaitaire selon la formule : V dedic [ 0,2 0,5 exp( V / 500 )] m Vsec [ m ³ / h ] PER i Débit de ventilation volontaire [m³/h] Volume total du volume PER* [m³] Volume total du secteur énergétique** Multiplicateur fonction du système de ventilation [ ] * V PER : volume d une habitation ou d une unité d habitation qui doit satisfaire en soi à une exigence de performance énergétique ** V seci : volume d un secteur énergétique sous volume du V PER 40

Ventilation dans le niveau E w Facteur multiplicateur «m» dépend de la qualité d exécution du système de ventilation se calcule en fonction de l autoréglabilité ou non des ouvertures d alimentation système A ou C de l autoréglabilité ou non des ouvertures d évacuation système A ou B de l étanchéité à l air des conduits d évacuation système A ou B 41 Ventilation dans le niveau E w se calcule en fonction des caractéristiques suivantes (suite) : du réglage effectif des bouches de pulsion et/ou d extraction système B, C ou D de l étanchéité à l air des conduits de pulsion et/ou d extraction système B, C ou D le facteur m est toujours compris entre 1 et 1,5 par défaut, m = 1,5 42

Ventilation dans le niveau E w Débit de ventilation de la maison «fil rouge» : facteur m par défaut (1,5) 303 m³/h facteur m = 1 202 m³/h 43 Ventilation dans le niveau E w Dans le niveau E w, le coefficient mensuel de déperdition de chaleur par ventilation et in/exfiltration (H v ) est déterminé comme suit : pour les calculs du chauffage [W/K] : H V,heat 0. 34[V in/exfilt,heat r preh,heat V pour les calculs du refroidissement [W/K] : H V,cool 0. 34[V in/exfilt,cool r preh,cool V dedic dedic V V over over ] ] Débit d in/exfiltration évalué en fonction de l étanchéité à l air du bâtiment [m³/h] Facteur de réduction pour préchauffage [ ] Débit de ventilation volontaire [m³/h] Surventilation d une PAC [m³/h] 44

Ventilation dans le niveau E w Facteur de réduction pour le préchauffage de l air de la ventilation : S il n y a pas de préchauffage de l air : r preh,heat = r preh,cool = 1 S il y a une ventilation mécanique double flux avec récupération de chaleur, le facteur de réduction est fonction : du rendement thermique de l appareil récupérateur de chaleur mesuré selon la EN 308 de l'(in)égalité des débits entrant et sortant au travers de l échangeur de l'adaptation automatique ou non des débits à la consigne de la présence ou non d un by pass (partiel ou non) 45 Ventilation dans le niveau E w Déperditions par ventilation et in/exfiltration Dans le niveau E w, les déperditions de chaleur mensuelles par ventilation et par in/exfiltration, pour le calcul des besoins de chauffage, sont évaluées comme suit : Q V,heat,m H ( 18 θ V,heat e,m )t m [MJ] Coefficient de déperdition de chaleur par ventilation [W/K] Température intérieure [ C] Longueur du mois Considéré [Ms] Température extérieure moyenne mensuelle [ C] 46

47 Ventilation - niveau E - résidentiel Influence du préchauffage de l air de la ventilation sur le niveau E w Sans préchauffage de l air de la ventilation et avec étanchéité à l air par défaut H v,heat = 169,5 W/K Avec préchauffage de l air de la ventilation et étanchéité à l air par défaut H v,heat = 81,54 W/K ( 51%) 48

Ventilation - niveau E - résidentiel Niveau E w Influence du type de système Système A Système B ou C Système D Système D avec récupérateur de chaleur 49 Sommaire Ventiler? Pourquoi? Comment? Combien? 4 systèmes Ventilation et PEB Conclusion 50

Conclusion On accepte de ne pas chauffer dans les bâtiments 24 h sur 24 : pourquoi devrait on ventiler les bâtiments en permanence, qu ils soient occupés ou non? Mais l occupation n est pas constante : Le jour : living, cuisine, bureau, W. C., chambre (pour étudier) La nuit : salle de bain, chambre (pour dormir) Débits d amenée et d évacuation à adapter Proportionnellement à l occupation des locaux + équilibrer le solde, à adapter en permanence 51 Merci de votre attention Jean Marie HAUGLUSTAINE ULg FS DSGE EnergySuD Avenue de Longwy 185 B 6700 ARLON +32 (0) 63 23 09 00 ULg FS DSGE EnergySuD Rue de Pitteurs (Bât. L3) B 4020 LIEGE 2 +32 (0) 4 366 94 83 +32 (0) 486 24 86 28 (portable) jmhauglustaine@ulg.ac.be 52