Ventilation : Mesure et réglage des débits

Ventilation : Mesure et réglage des débits Samuel Caillou Division Climat, Equipements et Performance Energétique CSTC - Pourquoi régler les débits? Pour avoir le bon débit au bon endroit Qualité d air Confort Pour avoir un bon équilibre entre débits d alimentation et d extraction (système D) Energie Récupération de chaleur 2 1

Exemple de mauvais réglage Débits d alimentation Local Exigence PEB (m³/h) Débit mesuré (m³/h) Mesuré/PEB (%) Living 103 20 20% Chambre 1 64 27 42% Chambre 2 47 26 55% Chambre 3 38 20 53% Grenier - 47 - Cave - 50-3 Pourquoi mesurer les débits? Pour effectuer le réglage Pour vérifier le fonctionnement réel Pour repérer une grosse erreur Raccord non connecté Grosse fuite (silencieux) Cuisine 9 m³/h! SDB 13 m³/h! WC 7 m³/h! 12 m³/h dans la Chambre!! Toujours mesurer A LA FIN (après toutes les modifications!) 2

Réglage et mesure dans la PEB D abord il faut des débits conformes Débit mesuré > ou = débit minimum exigé Possibilité de réduction du niveau Ew via le facteur m (et équilibre pour D) Système B C D Niveau Ew Jusque ~5 points Jusque ~5 points Jusque ~10 points Rem: mesure aussi exigée dans certains cas Primes CALE (Construire avec l énergie) 5 Comment mesurer les débits? Quelle méthode pour quel résultat? Bien plus difficile que des mesures avec un mètre ou une balance Attention, avec certaines méthodes et dans certaines conditions Plus de 50% d erreur!! 6 3

Etude en cours au CSTC Comparaison de différentes méthodes But Identifier les méthodes acceptables Recommandations pour la mesure en pratique Mais ce n est pas une question de marque Seulement types/principes de mesures 7 Méthodes de mesure testées Anémomètre à hélice Grand diamètre, 100 mm Petit ou grand cône 4

Méthodes de mesure testées Petite sonde dans un cône spécifique Soit petite hélice de 16 mm Soit fil chaud Cône spécifique: forme, orifice pour la sonde Méthodes de mesure testées Compensation de pression, type FlowFinder Stabilisation du flux grâce à une grille Compensation de la perte de charge avec un ventilateur intégré à l appareil 5

Méthodes de mesure testées Compensation de pression, type DIFF Stabilisation du flux avec un long cône et des diffuseurs Idem, compensation de la perte de charge avec un ventilateur intégré à l appareil Méthodes de mesure testées Petite sonde dans le réseau de conduits Soit fil chaud Soit petite hélice de 16 mm 6

Méthodes de mesure testées Petite sonde + conduit supplémentaire Tronçon de conduit supplémentaire entre Le réseau de conduit Et la bouche Petite sonde (ex fil chaud) dans ce tronçon supplémentaire Méthodes de mesure testées Mesure de différence de pression au niveau de la bouche Données du fabricant pour la bouche Mesure avec un (micro)manomètre 7

Justesse moyenne (%) Ex de résultat en conditions idéales 35% 30% 25% 20% Extraction Pulsion 15% 10% 5% 0% -5% -10% 15 Conditions idéales En labo Bouche ventouse classique Pour pulsion/extraction Symétrique Débits de 25, 50 et 75 m³/h Ouverture de la bouche raisonnable Instrument de mesure centré 16 8

Justesse moyenne (%) Ex de résultat en conditions idéales 35% 30% 25% 20% Extraction Pulsion 15% 10% 5% 0% -5% -10% 17 Autres conditions = souvent problèmes! Surtout en pulsion Avec des flux asymétriques Bouche avec un secteur propre Bouche en position presque fermée Appareil de mesure décentré Etc. 9

Vue d ensemble des solutions Bouche symétrique et ouverte Bouche presque fermée Flux asymétrique (secteur propre) Appareil NON centré Flux asymétrique + appareil NON centré Grande hélice avec PETIT cône v! x - - Grande hélice avec GRAND cône v!! x x Petite sonde avec cône spécifique x x x x x FlowFinder v v v v v supplémentaire avec petite sonde DIFF v!! - - Conduit v - - Petite sonde dans le conduit v v v - - Recommandations générales Bouches asymétriques (secteur propre ) A éviter si possible? Autre solution: pas trop près des parois? Bouche en position très fermée A éviter si possible? Autre solution: dimensionnement correct du réseau? Attention aussi au bruit 10

Recommandations générales Appareil de mesure centré par rapport à la bouche Mesure moyenne sur un certain temps Par ex 5 à 10 secondes Attention seulement sur certains appareils Répéter la mesure plusieurs fois Si il y a un doute sur le résultat Installer des bouches MESURABLES! 11

Solution FlowFinder Bon dans toutes les conditions! Mais Trop cher (~3000EUR)? Fragile? Pas pratique, lourd N est plus up-to-date (mais il existe une toute nouvelle version, pas encore testée) 12

Solution DIFF OK seulement si Pas de bouches asymétriques Pas de bouches trop fermées Mais Aussi cher (~3000EUR) Pratique? Recommandations Attendre la stabilisation (parfois longtemps!) Appareil bien centré Bon contact entre l appareil et la paroi Solution grande hélice avec un GRAND cône +/- OK seulement si Pas de bouches asymétriques Pas de bouches presque fermées Recommandations Appareil bien centré!!!! Placement des bouches 13

Solution avec un conduit supplémentaire + Petite sonde OK mais Attention à la justesse de certaines sondes Calcul supplémentaire nécessaire (vit débit) Longue liste de recommandations Conduit supplémentaire de min 1 m Avec réductions et petit diamètre, ex. 80 mm Mesure à environ 80 cm Sonde au milieu et bien orientée Eviter les fuites au niveau de l orifice Autres possibilités? Petite sonde dans le réseau de conduits, mais Réseau accessible? Tronçon droit de min 10x diamètre Sonde au milieu, bien orientée; attention fuites Mesure de pression au niveau de la bouche Dépend des données du fabricant!! Solution intéressante à long terme? NEW FlowFinder mk2 Testé prochainement 14

Méthode de réglage des débits Objectifs du réglage des débits Atteindre le bon débit dans chaque local Le plus près possible du débit de conception Mais toujours au moins le débit min exigé Assurer l équilibre pulsion/extraction (D) Tout ça en limitant les pertes de charge (et production de bruit) Bouches le plus ouvertes que possible Limiter la vitesse du ventilateur 15

Durée Méthodes disponibles Méthode classique Méthode «intuitive» Précision 31 Méthode «intuitive» Réglage du débit de conception sur chaque bouche Plusieurs passages sont nécessaires sur chaque bouche car le réglage d une bouche modifie le débit dans toutes les autres! Méthode non-systématique. Aucun feedback par rapport aux mesures. Aucune garantie de convergence et de précision. A déconseiller 32 16

Méthode classique: précise mais longue Méthode «proportionnelle» basée sur la variation proportionnelle des débits dans les différentes branches Étape préliminaire : Mesure de tous les débits bouches ouvertes Calcul des rapports mesuré/conception Classement des bouches en fonction de l ordre des rapports 33 Méthode classique: précise mais longue Étape de réglage de chaque bouche : Par itération Afin d atteindre le même rapport que la bouche de référence (B ici) Réglage du ventilateur Pour atteindre au moins le débit de conception partout Les rapports entre bouches restent constants grâce à l hypothèse de proportionnalité Vérification des débits Beaucoup d étapes et d aller-retour entre bouches Très bonne précision (5-10%) 34 17

Illustration Situation initiales: mesure des débits bouches ouvertes Calcul des rapports mesuré/conception Classement des bouches en fonction de ces rapports 2 1 4 3 5 35 Illustration Réglage de la bouche n 2 Pour que le rapport mesuré/conception soit identique pour 2 ET pour 1 2 1 4 3 5 2 1 4 3 5 36 18

Illustration Réglage de la bouche n 3 Pour que le rapport mesuré/conception soit identique pour 3 ET pour 1 2 1 4 3 5 2 1 4 3 5 37 Illustration Réglage de la bouche n 4 Pour que le rapport mesuré/conception soit identique pour 4 ET pour 1 2 1 4 3 5 2 1 4 3 5 38 19

Durée Illustration Réglage de la bouche n 5 Pour que le rapport mesuré/conception soit identique pour 5 ET pour 1 2 1 4 3 5 2 1 4 3 5 39 Proposition d une nouvelle méthode Nouvelle méthode: Réduire la durée du réglage Sans trop perdre en précision Méthode classique Méthode «intuitive» Nouvelle méthode Précision 40 20

Principe de la nouvelle méthode Principe identique à la méthode classique Ajustement des rapports mesuré/conception dans chaque bouche Réglage du ventilateur Particularité: on court-circuite les itérations en prédisant le comportement du réseau sur base d hypothèses simples gain de temps! 41 Prédire le comportement du réseau? But : Calculer le débit à atteindre lors du réglage de chaque bouche individuellement (pas d itérations) Hypothèses de base : Pendant le réglage, le débit total reste constant Lors du réglage d une bouche, le changement de débit est réparti proportionnellement dans les autres bouches Sur base des rapports mesuré/conception initiaux (bouches ouvertes), on peut calculer le débit à atteindre dans chaque bouche 42 21

Exemple d application Identification des locaux Débits de conception Débits mesurés bouches ouvertes Ordre de réglage et débits à atteindre Vérification des débits et réglage du ventilateur 43 Limitations et champs d application Limitations des hypothèses L hypothèse de proportionnalité n est plus valable lorsque les bouches sont fortement fermées Le débit total n est pas constant car la perte de charge augmente Une petite erreur se propage d étape en étape Champs d application Petites installations (ex. résidentiel): max 10 bouches par branche? Ecarts limités entre rapports mesuré/conception extrêmes Max -50% / + 50%? Le réseau doit être correctement dimensionné Débit au ventilateur le plus proche possible du débit de conception 44 22

Ventilation : Résultats de mesures sur site Samuel Caillou Division Climat, Equipements et Performance Energétique CSTC - Le projet OPTIVENT Mesure des performances sur site pour identifier les conseils pour une conception et installation optimales des systèmes de ventilation! Les résultats présentés sont préliminaires!! Le projet et les mesures sont toujours en cours! 23

Débits Echantillon des installations mesurées Jusqu à présent 26 logements testés (mais pas pour tous les aspects) 22 systèmes D 4 systèmes C 2 appartements 24 maisons unifamiliales 23 installations récentes 1 de 2002 2 de 2007 Conformité avec les exigences PEB Débits débits minimum exigés? Ex. espaces humides: Non conforme dans la majorité des cas! Mais 24

Débits dans les espaces humides Max 0.75 Moy 0.25 Min En moyenne, presque OK Dans quelques cas: débits beaucoup trop faibles! Débits dans les espaces secs Dans quelques cas: débits beaucoup trop faibles! Parfois, mauvais réglage: trop de débit dans certains locaux, pas assez dans d autres 25

Débits totaux Systèmes D Systèmes C Débits totaux Systèmes D Systèmes C Dans la plupart des cas, débit total OK Mais souvent le réglage entre locaux n est pas bon! 26

Débits: le rôle de l utilisateur Principalement pos 1! Position 3 (0) Position 2 (4) Système OFF (1) Position 1 (17) Pourquoi? Trop de bruit Economies d énergie: électrcité, chauffage Mais aussi plus subjectif: impression que ce n est pas nécessaire Débits en position 1 Le débit en position 1 est Probablement ok pour périodes d absence Mais probablement trop faible pour utilisation normale dans la plupart des cas 27

Débits: conclusions et recommendations En général, débit total OK Capacité du ventilateur est suffisante Pertes de charge semblent ok Mais attention au réglage des débits dans les différents locaux! Role de l utilisateur Information par l installateur sur le système Documentation: manuel, etc. Débits beaucoup trop faibles: Ex typiques Grosse fuite Caisson silencieux mal fermé Raccord non connecté Toutes les bouches presque fermées Groupe à un débit trop faible (<<100%) Locaux sans exigence avec débit élevé Ex réel: 50 m³/h grenier et 20 m³/h living! 56 28

Conso électrique Mesure de consommation électrique Power meter Mesure de la puissance active Directement sur secteur Mais pas toujours possible Conso électrique: specific power SP Definition: SP system PAHU P max( V supply, V recycling extract ) W/(m³/h) Position 3 Position 2 Position 1 Résultats seulement pour D 29

Conso électrique: améliorations possibles 2 appartements avec unités déntralisées, mais long conduit de/vers extérieur! Conso électrique: recommendations Vitesse de l air dans les conduits Limiter la vitesse Utiliser des conduits de diamètre suffisant Type de conduit Eviter les flexibles! Eviter les systèmes avec diamètre trop faible (dans la chape) Utiliser des conduits rigides cylindriques Ou des semi-flexibles si diamètre suffisant 30

Microbio: AIR Microbio Analyses microbiologiques Analyse de l air Analyses de surface Analyse des filtres Evaluation de la qualité de l air Analyse de l air: moisissures et bactéries Dans l air (RCS): Extérieur (= référence!) Air fourni (conduit ou ouverture naturelle) Intérieur (dans la pièce) 31

Analyse de l air: moisissures et bactéries Dans l air sur milieu de culture: Après 4-6 jours d incubation Comptage colonies + identification microscope Dans l air sur microfiltre Identification des particules par microscopie (spores, fragments, pollen, etc.) Moisissures Qu est-ce qu une moisissure? Cycle développement spécifique Spore + bonnes conditions développment mycelium production de spores 1 spore = 1 à 10 µm Où vivent-elles? Besoin de nutriments et humidité Extérieur: sol, matière organique, etc. Normamellement pas dans les bâtiments! Quand sont-elles dangereuses? Principalement des effets allergènes, etc. 32

Molds (CFU) Confluence Molds (CFU) Confluence Moisissures dans l air: air extérieur 70 60 50 40 30 Outdoor air Supply air Indoor air 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Samples Grande variabilité à cause de L environment (boisé, agricole, etc) Aussi de la saison (plus en été/automne) Mais TOUJOURS comparaison intérieur/extérieur 65 Moisissures dans l air: systèmes D 70 60 50 40 30 Outdoor air Supply air Indoor air 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Samples Air fourni << air extérieur Air intérieur < air extérieur Les spores sont partiellement retenues par les filtres 33

Molds (CFU) Molds (CFU) Confluence Confluence Moisissures dans l air: systèmes C 70 60 50 40 30 Outdoor Series1 air Supply Series2 air Indoor Series3 air 20 10 0 1 21 3 4 5 26 7 8 93 10 11 12 413 14 Samples Pas de filtres effet moindre Mais quand même Air fourni < ou = air extérieur Influence de la saison Système C Maison 1 Eté (40 l) Système D Maison 2 Eté (40 l) Hiver (80 l) Hiver (80 l) Plus en été qu en hiver, mais comparaison extérieur/intérieur Mêmes conclusions: Air fourni < ou = air extérieur 34

Bacteria (CFU) Bactéries Qu est-ce qu une bactérie? Développement très rapide Par dédoublement 1 bactérie = ~1 µm Où vivent-elles? Besoin de nutriments + humidité éleveée Extérieur: sol, matière organique eau, plantes, animaux, etc. Aussi partout ET à l intérieur: mains, gsm, clavier, nourriture, personnes, etc. Quand sont-elles dangereuses? Certaines sont pathogènes (maladies) Bactéries dans l air: systèmes D 70 60 50 40 30 20 10 Filtres de plus de 3 ans! Filtre chaussette (fuites) Outdoor air Supply air Indoor air 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Samples Air intérieur: sources intérieures (personnes, animaux, ) Air fourni < air extérieur (en général) Les bactéries sont aussi en partie retenues par les filtres 35

Microbio: FILTRES Analyse des filtres: moisissures et bactéries A la surface des filtres En amont (= côté sale, air extérieur) En aval (= côté propre, air fourni) Contact d un milieu de culture avec le filtre Après 4-6 jours d incubation Moisissures dans les filtres (système D) Amont (sale, extérieur) Aval (propre, air fourni) Observations au microscope Pas de développement de mycelium de moisissure Seulement présence de spores Accumulation de spores venant de l extérieur 36

Bactéries dans les filtres (système D) Upstream Amont (dirty; (sale, extérieur) outdoor) Aval (propre, air fourni) Différence entre amont et aval Probablement pas de développement dans le filtre Accumulation de bactérie venant de l extérieur Analyse de surface: en cours actuellement Quelles surfaces? Conduit pulsion Ouverture d alimentation naturelle Conduit d extraction Quelles analyses Comptage de bactéries Comptage et identification de moisissures Mesure de l activité biologique (ATP) 37

Exemples d encrassement Encrassement au cours du temps Surtout extraction! Chantier!! Aussi encrassement des grilles naturelles!! Exemple d encrassement (installation 2002) Présence de poussière et débris d insectes Présence de spores et bactéries Conduit horizontal Conduit vertical Mais filtre ancienne génération: Filtre chaussette : fuites! 38

Quelques recommandations Sur base de ces mesures Débit d air Réglage des débits Voir méthode proposée Réserve suffisante du ventilateur Min 1.2 x le débit de conception théorique Choix des conduits Eviter les diamètres trop petits dans la chape 39

Acoustique Limiter la vitesse Si possible à 2 m/s (ex: 90 m³/h - 125 mm) Au moins dans les conduits terminaux Au moins 1 silencieux par branche Min ~1 m Min 5 cm d épaisseur du matériau absorbant Rigides plutôt que flexibles Aussi pour l extraction des systèmes C! Choix des filtres Priorité = protection du système G4 est probablement suffisant le plus souvent Améliorer la qualité de l air neuf c est une toute autre histoire Si souhaité F6/7 Et protection avec G3/4 Caisson de filtration étanche! 40

Choix des filtres Etanchéité est plus importante que la classe de filtration Eviter les filtres chaussette Choisir une unité bien construite pour éviter les fuites par by-pass Filtre dans le mauvais sens Prise d air extérieure Protection contre les poussières Soit pas de treillis Soit un (fin) treillis, mais doit absolument rester accessible (pas sur le toit, par ex.) Protection contre la pluie Chapeau Limiter la vitesse à 2 m/s (EN 13779), mais souvent difficile 41

Emplacement de la prise d air Mauvais exemple Rejet Prise d air! Aération des eaux usées Emplacement de la prise d air Soit calcul selon EN 13779 450 m³/h min ~3.5m 42

Emplacement de la prise d air Soit règle simple Prise d air toujours 2 m plus bas que tous les autres rejets (ventilation, hotte, chauffage, etc.) Solution générale Prise d air dans une façade, si possible Accessibilité Rejet en toiture Min 2 m de différence de hauteur Aussi pour emplacement des ouvertures d alimentation naturelle (C)! 43