QUALITÉ DE L’AIR ET EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE LES SYSTEMES VMC Qualité de l’air Transferts et Modulation de l’Energie.

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1 QUALITÉ DE L’AIR ET EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE LES SYSTEMES VMC Qualité de l’air Transferts et Modulation de l’Energie

2 Sommaire 1 – Introduction 2 – Rappels de physique 3 – technologie des systèmes la ventilation naturelle La ventilation mécanique contrôlée (VMC) 4- La VMC en tertiaire 2

3 1 – Introduction Pourquoi la VMC (ventilation mécanique contrôlée) Fonctions d’un système de ventilation Définitions Typologie des installations MODULE EE 3.1 3

4 Pourquoi la VMC (ventilation mécanique contrôlée) L'air de nos maisons est pollué, et nous y passons en moyenne 12 à 14 heures par jour. La ventilation permet de renouveler l'air de la maison en extrayant l'air vicié. La ventilation est d’autant plus indispensable que l’habitat devient de mieux en mieux isolé et de plus en plus imperméable à l’air. Exemples: La cuisine: L’humidité excessive dans les logements provoque l’apparition de moisissures qui présentent un risque allergène et toxique. Elles apparaissent sur les murs, sols ou plafonds sous forme de tâches vertes ou noirâtres. Les substances chimiques des produits ménagers peuvent provoquer intoxications, brûlures, allergies ou gène respiratoire. L’émission de monoxyde de carbone peut être provoquée par le mauvais entretien des appareils de chauffage et de production d’eau chaude. 4

5 Le salon: Certains meubles (en bois aggloméré notamment) dégagent des substances chimiques pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines après l'ouverture de l'emballage et peuvent provoquer allergies ou gêne respiratoire. Les allergènes présents dans les tapis, les tissus d’ameublement peuvent provoquer rhinites, gêne respiratoire, infection des yeux. Les acariens se développent dans la literie, les moquettes, les tapis, les tissus d’ameublement. Le Tabac, premier polluant présent dans les logements, ses effets sur la santé des fumeurs et des non-fumeurs sont particulièrement néfastes (cancers du poumon, maladies cardio-vasculaires, asthme et allergies). Même en fumant fenêtres ouvertes, les composants de la fumée restent dans l'air. Ils sont en partie absorbés par les rideaux, tissus, moquettes et continuent d'être émis plus tard dans l'air. 5

6 Limiter la pollution intérieure Des études sanitaires ont montré que l’air intérieur était plus pollué que l’air extérieur. Or, nous passons en général 70 à 90 % de notre temps dans des espaces clos ! La qualité de l’air intérieur est donc une préoccupation de santé publique majeure. Les origines de la pollution intérieure sont multiples : la pénétration de la pollution extérieure (composés chimiques, pollens, virus…), l’activité humaine (respiration, activité de cuisine, fumée de tabac, produits d’entretien…), les matériaux de construction et éléments de décoration (libération de composés organiques volatils — COV), les bio-contaminants (animaux, plantes…) Ces polluants ont un impact direct sur la santé des occupants. Dans l’absolu, l’élimination à la source est la meilleure solution pour se débarrasser de ces produits. A défaut, la ventilation est le moyen le plus simple pour purifier l’air. Les justifications de la VMC 6

7 Evacuer l’humidité L’air intérieur est souvent chargé de vapeur d’eau en raison : - de l’activité humaine (respiration, transpiration, hygiène, cuisson) Une famille de 4 personnes produit entre 10 et 20 litres de vapeur d’eau par jour ! - de défauts potentiels du bâti entraînant l’infiltration de l’eau de pluie ou des remontées d’humidité En fonction de la température, la vapeur d’eau en suspension dans l’air se condense en gouttes d’eau. C’est cette condensation qu’il faut éviter à l’intérieur de la maison ou sur les parois froides : elle favorise le développement des moisissures, détériore les finitions, déforme le bois… De plus, elle réduit considérablement l’efficacité thermique des isolants. Dans un habitat sain, le taux d’humidité doit ainsi être compris entre 30 % et 70 % 7

8 Fonctions de la Ventilation des Locaux Hygiène Sécurité Confort Conservation du bâti Economies Extraction de l’air vicié Amenée d’air neuf extérieur hygiénique Extraction des produits de combustion Amenée d’air neuf extérieur comme comburant Intégration dans la sécurité incendie Suppression des condensations Maintien d’une hygrométrie intérieure Limitation des consommations énergétiques MODULE EE 3.1 8

9 DÉFINITIONS DES PIÈCES ART R111.1 – CODE DE LA CONSTRUCTION MODULE EE 3.1 9

10 CONCEPTION AÉRAULIQUE A) Habitation : (Individuelle, logements en collectif…) Principe : L’air neuf entre par les pièces principales (chambre, séjour, local professionnel) et en ressort par les sanitaires (WC, SdB) et la cuisine. Ventilation naturelleVentilation mécanique MODULE EE 3.1 10

11 B) TERTIAIRE : (IMMEUBLE DE BUREAUX, COMMERCES…) Bâtiment sans extraction particulière Cas d’une CTA Simple Flux MODULE EE 3.1 11 Soufflage et Reprise dans le même local possible ! Qv air soufflé = Qv air repris

12 B) TERTIAIRE : (IMMEUBLE DE BUREAUX, COMMERCES…) Bâtiment avec extraction particulière MODULE EE 3.1 12 Qv air soufflé = Qv air repris

13 bien faire attention aux unités utilisées Soit Q la quantité de chaleur ou énergie (en Joules) nécessaire pour élever la température d’un corps de masse m de la température θi à la température θf : Q = m. C. (θf -θi ) On peut aussi utilisée la formule suivante: P = Qv. ρ. c. (θf -θi ) Ou: P = Qv. Cthv. (θf -θi ) Et bien sur: P = Q. T Et comme la VMC va faire circuler de l’air: Cthv air = 0,34 W.h / m3. K 2 – Rappels de physique 13 Q : quantité de chaleur (énergie) en joules (J) m : masse à chauffer en kilogrammes (kg) c : capacité thermique massique (J.kg -1.K -1 ) θ i et θf : températures en degrés Celsius ou Kelvin (°C ou K) P = puissance en Watts (W) Qv = débit en m 3.s -1 ρ = masse volumique (kg/m 3 ou kg.m -3 ) c : capacité thermique massique (J.kg -1.K -1 ) (θf -θi )= Δθ en degrés Celsius ou Kelvin (°C ou K) Capacité thermique volumique: Cthv air (W.h /m 3.K) P en Watt, Q en Joules et t en secondes

14 3 – TECHNOLOGIE DES SYSTÈMES La Ventilation Naturelle La Ventilation Naturelle MODULE EE 3.1 14

15 AVANTAGES - Absence de mise en œuvre d’une technique - Possibilité de s’aérer à volonté INCONVÉNIENTS -Impossibilité de définir les débits de ventilation -Contradiction totale avec la politique d’économies d’énergies -Dégradations diverses résultants de l’humidification des parois des pièces humides, moins chauffées, par manque d’aération - Aucune récupération de chaleur possible sur l’air extrait - Pas de possibilité de traiter l’air neuf - réel - Absence d’aération lorsque la  ext =  amb MODULE EE 3.1 15

16 Dispositions pour les entrées d’air et les passages d’air dans les logements en Ventilation naturelle Contrôlée - VNC  Passage d’air sous les portes :. Cuisine :2 cm en partie basse complété par un jeu de 2,5 cm en partie haute. Autre porte :1,5 cm au dessus du revêtement de sol  Utilisations de bouches autoréglables placées en partie haute :. 30 à 45 m 3 /h par chambre. 45 à 60 m 3 /h pour le séjour Débits espérés dans le meilleur des cas ! MODULE EE 3.1 16

17 La Ventilation Mécanique Contrôlée Ventilation Simple Flux Ventilation Double Flux VMC GAZ VMC Simple Flux à l’extraction Double Flux sans récupération de chaleur Double Flux avec récupération de chaleur Système Simple Flux au soufflage Individuelle Collective Double Flux thermodynamique (Tempéral) MODULE EE 3.1 17

18 VMC Simple Flux Habitat Autoréglable Hygroréglable Hygro A Hygro B Bouches d’entrée et d’extraction d’air AUTOREGLABLES Bouches d’entrée d’air AUTOREGLABLES et extraction d’air HYGROREGLABLES Bouches d’entrée d’air HYGROREGLABLES et extraction d’air HYGROREGLABLES Systèmes Système sous AT MODULE EE 3.1 18

19 VMC SF Autoréglable (habitat individuel) MODULE EE 3.1 19

20 La VMC simple flux est composée d’un groupe d’aspiration (4), généralement installé dans les combles de la maison. De voies d'amené d’air frais (2), souvent intégrées aux fenêtres des pièces à vivre tel que les chambres, bureau, salon, la salle à manger. Dans les pièces dites humides, sont installées des bouches d’extraction (1), leur diamètre étant de 80 mm dans les salles de bain, toilettes et buanderie, et de 125 mm pour la cuisine. Ces bouches sont directement raccordées aux entrées du groupe VMC par des gaines souples (3) d’un diamètre équivalent au diamètre des bouches elles-mêmes. D'une bouche de toit (5), afin d’évacuer vers l’extérieur l’air aspiré par le groupe. Son diamètre est de 125 mm et est raccordé à la sortie du groupe avec le même type de gaine souple. 20

21 Une VMC quelle qu'elle soit permet d’assainir l’air ambiant par extraction de l’air vicié via un réseau de gaines de ventilation, reliant les pièces d’eau (WC, cuisine, salle de bain) à un groupe (moteur/ventilateur) généralement situé dans les combles. Le renouvellement de l’air est, pour une VMC simple flux, assuré par des grilles d’entrée d’air situées sur les menuiseries de pièces telles que chambres, salon, bureau,.. (pièces sèches). L’air chassé est de l’air chaud, à plus forte raison que les bouches d’extraction sont situées en plafond ou en partie haute des cloisons. Il en résulte d’importantes déperditions de chaleur estimées en moyenne à 20% des déperditions totales d’un pavillon (toitures, fenêtres, murs extérieurs,..), soit pour une maison de 100m² une perte sèche pouvant aller de 300 à 500€ par an selon le mode de chauffage utilisé. La VMC Hygroréglable est un système de ventilation qui, contrairement à une VMC classique (autoréglable), régule le débit en fonction du taux d’humidité de l’air intérieur. Le débit s’exprime en m3/h, soit en volume d’air (m²) par heure (h). Les constructeurs annoncent jusqu’à 15% d’économies réalisées par l’emploi d’un système de ventilation hygroréglable. VMC SF hygroréglable (habitat individuel) 21

22 La configuration d’une VMC hygro est semblable à la VMC classique. C’est un système à simple flux (un seul réseau de gaines de ventilation) avec des bouches d’extraction situées dans les pièces d’eau (cuisine, salle de bain, toilettes) et qui requiert des grilles d’entrée d’air frais en d’autres points de l’habitât (chambres, salon,..). Le groupe de ventilation Les groupes de ventilation hygroréglables bien qu’ayant la même apparence que les groupes classiques sont soumis à un cahier des charges spécifique garantissant la bonne variation du débit d’air en fonction du degré d’ouverture des bouches d’extraction. 22

23 Les bouches d’extraction Les bouches d’extraction constituent l’élément majeur d’un système hygroréglable. Les bouches hygroréglables sont équipées d’un clapet relié mécaniquement à un ruban hygrostatique. Ce ruban va se tendre ou se détendre selon qu’il soit chargé ou non d’humidité, et ainsi faire varier le degré d’ouverture du clapet et donc du débit d’air sortant. Elles ont toutes en commun ce système de régulation mécanique, mais les bouches de la cuisine et des toilettes ont des particularités qui optimisent encore davantage la gestion du débit en fonction des besoins. L’ouverture de la bouche d’extraction de la cuisine peut être forcée pour un besoin ponctuel (odeurs, condensation, fumées). Pour accroitre le débit d’air et donc forcer l’ouverture maximum du clapet, la bouche sera selon le fabriquant munie d’une tirette ou reliée à un bouton poussoir. Une pression sur le bouton poussoir ou commande sur la tirette lancera une temporisation intégrée à la bouche d’extraction (de l’ordre de 30mn), durée donc pendant laquelle le débit d’air sera plus important. La bouche des toilettes est quant à elle équipée d’un détecteur de présence la rendant totalement autonome. Son clapet s’ouvre dès qu’une présence est détectée, là-encore pour une durée de l’ordre de 30mn. Elle ne nécessite par conséquent aucun matériel ni câblage supplémentaire. Ces deux bouches fonctionnent à piles. 23

24 Les systèmes VMC hygroréglables sont soumis à des AT spécifiant leurs caractéristiques MODULE EE 3.1 24

25 VMC Double Flux Intérêt : Récupération de chaleur sur l’air extrait MODULE EE 3.1 25

26 La fonction première d'une VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée) double flux est la même que pour la simple flux, assainir l'air intérieur d'un local ou bâtiment en le renouvelant, mais avec une technique différente. Les systèmes de ventilation simple flux et hygroréglables (qui sont aussi à simple flux mais améliorés) disposent d'un seul réseau de gaines de ventilation. Seule l'extraction de l'air vicié est assuré par le groupe VMC, l'air frais nécessaire au renouvellement cheminant via des bouches d'entrée d'air situées généralement sur les menuiseries de pièces dites "sèches" (chambre, salon, etc.). Les systèmes de ventilation à double flux assurent quant à eux à la fois l'extraction et l'arrivée d'air, par conséquent un flux d'air sortant et un flux d'air entrant. Ils récupèrent aussi, quand c’est utile, une partie des calories de l’air viciée. 26

27 Plus de grilles d’arrivée d’air frais aux fenêtres et aux portes ! C'est le groupe de ventilation qui viendra aspirer l'air depuis l'extérieur pour ensuite l’insuffler dans le logement, récupérant au passage une bonne partie des calories présentes dans l'air vicié (pollué et humide) qui est chassé. 27

28 A aucun moment l'air frais et l'air vicié ne sont mélangés. Ils transitent par un échangeur de calories, le principe étant le même qu'un radiateur de voiture ou de ceux situés à l'arrière des réfrigérateurs ou congélateurs. Dans le cas des radiateurs, il s'agit d'échangeurs air/eau. Le liquide de refroidissement d'un véhicule passe en circuit fermé dans les parois du moteur et absorbe ses calories. Le liquide passe ensuite entre dans fines lames du radiateur, qui échangera ses calories avec l'air passant entre les lames. Les groupes double flux sont eux des échangeurs air/air : Environ 60 % des calories sont ainsi récupérées et réinjectées dans le logement. Les gains en économies de chauffage sont estimés à 15 % par rapport aux VMC simple flux classiques, et de 8 % en remplacement d'une VMC hygroréglable. 28

29 La fonction « bypass » Le mode "bypass" correspond au "principe en nuit d'été". Durant la nuit, en été, l'air étant frais, l'idée est de faire rentrer cet air frais sans le réchauffer par échange de calories contenues dans l'air plus chaud présent dans la maison. Ceci permet ainsi de faire descendre la température dans la maison. Mais cela ne doit se faire que la nuit ! Car l'air y est alors frais. Le système « shunte » (court-circuite) l’échangeur. 29

30 Voici une manière de rendre encore plus avantageux le passage au double flux, mais aussi plus onéreux encore. Plutôt que de prendre l'air extérieur à température ambiante, pourquoi ne pas le faire parvenir lui-même déjà préchauffé ? Le principe du puits canadien est de profiter de la température constante du sol (12 à 15 °C) en y faisant passer de l'air qui, en hiver permettra de chauffer l'air importé, et en été de le rafraîchir. Le puits canadien est composé d'un tuyau enterré à environ 2 m de profondeur, et d'une longueur minimale conseillée de 25 m. Le conduit devra ressortir à environ 1 mètre du sol afin de limiter l'entrée d'impuretés, et de veiller à ce qu'il soit suffisamment éloigné de toute source de pollution comme la route. VMC double flux couplée à un puits canadien 30

31 Impact d’un système Double Flux Cf. Fichier EXCEL ss module EE5 MODULE EE 3.1 31

32 VMC Double Flux Thermodynamique MODULE EE 3.1 32

33 VAPEUR LIQUIDE Base pression P1Haute pression P2 Détendeur Q1 SOURCE CHAUDE 12 65 7 4 3 Condenseur Compresseur Q1W Evaporateur SOURCE FROIDE Machine frigorifique Q1 : Quantité de chaleur prélevée sur l’air extrait Q2 : Quantité de chaleur rejetée sur l’air Neuf MODULE EE 3.1 33

34 4- La VMC en tertiaire Bureaux individuels et paysagés Salle des fêtes, salles polyvalentes Restaurants Ecoles Salles de réunion et de conférence

35 PRINCIPE En tertiaire, l’occupation est souvent intermittente et induit des consommations d’énergie importantes, tant au niveau du temps de fonctionnement du ou des ventilateurs (continu sur la journée et l’année) qu’au niveau de la puissance de réchauffage de l’air ambiant après sa chute en température au cours de cette période. VMC Simple FluxVMC Double Flux Admission d’Air Neuf En façade ou Par centrale Extraction en LPS En Sanitaire Eventuellement en couloir Amenée et extraction : Par centrale MODULE EE 3.1 35

36 EXEMPLES Ventilation SF Ventilation DF avec ou sans récupération MODULE EE 3.1 36

37 LIMITER LES CONSOMMATIONS ÉNERGÉTIQUES MODULATION des débits introduits et extraits en période d’inoccupation En tertiaire les débits entrants et extraits sont importants ! ! MODULE EE 3.1 37

38 PRINCIPE DE LA MODULATION DES DÉBITS MODULE EE 3.1 38

39 RÉGULATION DES SYSTÈMES EN MODULATION DE DÉBITS Doc Atlantic-ventilation MODULE EE 3.1 39

40 Doc Atlantic-ventilation MODULE EE 3.1 40

41 Doc Atlantic-ventilation MODULE EE 3.1 41

42 MODULE EE 3.1 42 Doc Atlantic-ventilation