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1 Aération / Ventilation 2 Aération et ventilation n Aération: terme général pour tout renouvellement de l'air intérieur d'un bâtiment (ou d'une pièce),

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2 1 Aération / Ventilation

3 2 Aération et ventilation n Aération: terme général pour tout renouvellement de l'air intérieur d'un bâtiment (ou d'une pièce), en principe échangé contre de l'air extérieur n Ventilation: aération volontaire (ventilation mécanique, ouverture des fenêtres, etc)

4 3 Impacts de l'aération n qualité de l'air n déperditions de chaleur et consommation d'énergie (de chauffage en hiver, de refroidissement en été) n problèmes de condensation (teneur en eau de l'air) n confort thermique et courants d'air

5 4 Modélisation de l'aération n Les masses d'air qui traversent le bâtiment sont mues par: ule vent (augmentation de la pression sur la façade au vent) udifférence entre les densités d'air intérieur et extérieur tirage (effet de cheminée) uventilation de l'installation aéraulique, dans le cas où une telle installation existe

6 5 Ventilation par déplacement

7 6 Distribution d'air dans une pièce En piston Mélange Le plus fréquent Mélange

8 7 Mesure de l'âge de l'air

9 8 Efficacité d'aération a = 1 a < 0,5 a = 0,5 Age de l'air moyen Constante de temps nominale Rendement de ventilation

10 9 Efficacité de la ventilation n Constante de temps nominale Temps de changement d'air r : double de l'âge moyen de l'air dans le volume ventilé n Efficacité de ventilation

11 Exemple d'application Moitié moins de débit pour la même qualité d'air!!

12 11 Energie et prEN 1752

13 12 Contrôle des débits étanche. L'air doit passer par les organes de contrôle. Le reste de l'enveloppe doit être étanche. n Contrôle manuel n Contrôle par horloge n Contrôle à la demande u capteurs de CO 2 u capteurs dhumidité u capteurs «multigaz»

14 13 Etanchéité de l'enveloppe

15 14 Critères de perméabilité Ancien critère: Nouveau critère: Relation de passage:

16 15 Ventilation mécanique: avantages n Ventilation de grands volumes n Contrôle total des débits et du climat n Isolation du bruit et de la pollution extérieurs n Récupération de la chaleur

17 16 Ventilation mécanique: inconvénients n Mal accepté par les occupants, qui ont peu de contrôle sur leur environnement n Occupe un volume considérable n Coût élevé n Consommation dénergie électrique n Bruit n Qualité dair

18 Ventilation mécanique Avantages n Contrôle du débit et du climat intérieur n Utilisable en environnement pollué ou bruyant n Récupération de chaleur. Inconvénients n Mal accepté n Coûteux n Occupe un grand volume n Consomme de l'énergie électrique n Parfois bruyant

19 18 Ventilation naturelle Avantages n Bien acceptée n Coût très faible n Pas dénergie pour le transport dair Inconvénients n Récupération de chaleur difficile n Inutilisable en environnement pollué ou bruyant

20 19 Comment aérer? n Aérer fortement pendant quelques minutes: u Pour changer l'air après une activité polluante uPour oxygéner uPour évacuer le gaz carbonique n Aérer continûment au débit convenable uPour évacuer la chaleur uPour évacuer les odeurs absorbées uPour assécher les matériaux

21 20 Santé des occupants Enquête dans 8 immeubles de bureaux en Suisse Liste de 11 symptômes (fatigue, yeux secs, etc..) Valeurs corrigées pour le sexe. Nombre moyen minimum par bâtiment: 2,4 Nombre moyen des 8 bâtiments : 4,5 Valeur maximale: 7,1 Est-ce acceptable?

22 21 L'aération influence

23 22 Si l'aération est trop forte n Consommation d'énergie exagérée n Courants d'air, mauvais confort thermique n Condensation dans les fuites

24 23 Si l'aération est insuffisante n Mauvaise qualité d'air, odeurs n Condensation aux endroits froids n Trop haute température n Mauvaise combustion

25 24 Moteurs de la ventilation n Le vent n Les différences de densité d'air n Les ventilateurs Ces trois moteurs sont souvent d'égale importance: Une pression de 4 Pa résulte aussi bien d'une différence de température de 10 K sur une hauteur de 10 m que de l'impact d'un vent de 3 m/s.

26 25 Modèles numériques (CFD)

27 26 Modèle physique

28 Modèle nodal aéraulique

29 28 Effet des ventilateurs n Les ventilateurs insufflent ou extraient de l'air des locaux, changeant ainsi la pression locale

30 29 L'effet du vent n Le vent exerce des pressions sur les diverses parois de l'enveloppe. n Ces pressions poussent l'air au travers des ouvertures et des défauts d'étanchéité

31 30 L'effet du vent v C p :Coefficient de pression : Masse volumique de l'air v : Vitesse de l'air de référence

32 31 Effet de cheminée n Une colonne d'air froid pèse plus lourd qu'une colonne d'air chaud. n Il en résulte des différences de pression variant avec la hauteur.

33 32 Débit dair n Sous l'effet des différences de pression, de l'air entre et sort du bâtiment. n D et n dépendent du type douverture ou de fissure. n est compris entre 0.5 (régime turbulent) et 1 (régime laminaire

34 33 Qu'est-ce que le niveau neutre? n En peu de temps, un équilibre s'établit. n Le niveau neutre est le niveau où la pression intérieure est égale à la pression extérieure n La position du niveau neutre dépend des pressions et des ouvertures.

35 34 Position du niveau neutre

36 35 Position du niveau neutre

37 36 Position du niveau neutre

38 37 Débit dans une ouverture Equation de Bernoullip 1 + ½ρ e u 1 2 = p 2 + ½ ρ i u 2 2 (conservation de l'énergie) u p Adaptation:

39 38 Position du niveau neutre Effet de cheminée Niveau neutreA 1 u 1 e = A 2 u 2 i

40 39 Position du niveau neutre

41 40 Débit d'air par effet de cheminée Deux ouvertures d'aires A 1 et A 2 distantes de H m en hauteur Une ouverture de hauteur H et de largeur W

42 41 Vent et effet de cheminée Débit Vitesse du vent Tirage Vent Débit Vitesse du vent Tirage

43 42 Ventilation et saisons n Air extérieur froid et sec n Faible débit d'air nécessaire n Fort tirage et fort vent n Un fuite donne trop d'air, trop froid et trop sec. n Air extérieur tempéré et humide n Fort débit d'air nécessaire n Faible tirage n Une fuite ne donne pas assez d'air.

44 43 La ventilation naturelle Est d'autant plus forte que les ouvertures ou les fuites sont plus grandes A ouverture ou fuite fixe, elle est trop forte par froide bise et insuffisante en mi-saison Il faut donc contrôler la ventilation en plaçant des ouvertures ad hoc dans une enveloppe étanche. Il ne faut pas compter sur les fuites pour aérer.

45 44 Ouverture des fenêtres

46 45 Ouvertures de ventilation

47 46 Canaux de ventilation

48 47 Entrées d'air réglables

49 48 Bouches d'air hygroréglables

50 49 Entrée d'air à "débit constant"

51 50 Ventilation mécanique à double flux

52 51 lumièrelumière chaleurchaleur airair infiltrationsinfiltrations bruitbruit vuevue voleursvoleurs insectesinsectes feufeu pluiepluie A travers une fenêtre...

53 52 Que se passe-t-il lorsquon ouvre une fenêtre?

54 53 Vitesses et différence de pression

55 54 Position du niveau neutre

56 55

57 56

58 57

59 Aération, humidité et isolation

60 59 Aération, isolation et salubrité Faible isolation basse température de surface intérieure, condensation et moisissures ou aération forte Bonne isolation haute température de surface intérieure, confort et santé, avec une aération correcte

61 Etanchéité et Radon 25 residential buildings 7 homes Crameri et al

62 61 Ouvrez la fenêtre...

63 62 Conclusions n Il faut aérer, mais il faut aérer "juste" n Adapter l'aération aux besoins n Pour limiter les pertes d'énergie liées à l'aération et améliorer la qualité de l'air, il faut: usupprimer les besoins inutiles: bâtiments propres ucontrôler l'aération, donc enveloppe étanche et ouvertures de ventilation uavoir de l'air propre dehors, donc ne pas polluer...

64 63 Conclusions n Laération sert plus à éliminer les polluants quà apporter de loxygène. n Pour améliorer la qualité de l'air et limiter les pertes d'énergie liées à l'aération, il faut: usupprimer les besoins inutiles: bâtiments propres ucontrôler l'aération, donc enveloppe étanche et ouvertures de ventilation uavoir de l'air propre dehors, donc ne pas polluer...

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66 65 Environnement intérieur: état actuel n Odeurs incommodant 50 % des visiteurs n Surchauffes fréquentes n Climatisation mal acceptée n Syndrome du bâtiment malsain n Débits dair incontrôlés n Ventilation bruyante n Acoustique discutable n etc.. etc..

67 66 Syndrôme du bâtiment malsain n Yeux secs n Yeux larmoyants n Nez bouché n Nez coulant n Gorge sèche n Poitrine oppressée n Symptômes de grippe n Peau sèche n Peau irritée, éruptions n Mal à la tête n Apathie, fatigue Ce symptôme saméliore-t-il pendant les jours dabsence?

68 67 Énergie et environnement intérieur Confort = Haute technologie et forte consommation? NON! Un excellent confort peut être obtenu avec une faible consommation

69 68 Isolation, aération, salubrité n Isolation thermique confort et salubrité n Etanchéité à l'air contrôle de la ventilation n Eviter les polluants air de bonne qualité n Ouvertures de ventilation aération correcte et contrôlée

70 69 Les pertes par ventilation sont importantes..

71 70 ….mais peuvent être réduites

72 71 Ventilation à double flux

73 72 Echangeurs de chaleur Zone ventilée Echangeur rotatif Echangeur à plaques

74 73 Échangeurs rotatifs à plaques

75 74 Echangeur rotatif

76 75 Rendement global de récupération

77 76 Rendement de récupération de l'échangeur Débit d'enthalpie H = Q v h

78 77 Rendements réel et nominal Rendement réel, global Rendement sur catalogue Efficacité de récupération

79 78 Rendement de récupération

80 79 Courants d'air parasites non réchauffé Zone ventilée recyclage des impuretés non récupéré

81 80 Modèle nodal Si R e =0 avec:

82 81 Perte de rendement Récupération de chaleur

83 82 Rendement de récupération dans 12 unités

84 83 Coefficient Of Performance COP

85 84 Économie dÉnergie Nette Spécifique Économie d'énergie nette spécifique = énergie nette récupérée par mètre cube d'air. EENS

86 EENS COP EENS & COP Acceptable Inacceptable

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88 87 Exercice supplémentaire 2.6 n Un bâtiment de surface au sol 10 x 10 m 2 et de hauteur 10 m comporte une série d'ouvertures à sa base (total 5 m 2 ) et en toiture (total 5 m 2 ). La différence de hauteur moyenne entre les deux séries d'ouvertures est de 9 m. n Questions: uQuel sera le débit d'air dû à l'effet de cheminée ? uQuelle est la puissance de chauffage nécessaire à compenser la perte thermique correspondante ? Conditions: int = 20 °C, ext = 0 °C, pas de vent


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