ÉVÉNEMENTS
Install Magazine 942 – août 2017
Technique HVAC dans le collectif et le tertiaire
Formation Pixii sur les possibilités et les pièges
La qualité de l’air intérieur a une influence claire sur les performances d’apprentissage. Le graphique montre que les scores des élèves augmentent en fonction du taux de ventilation.
En remplaçant un système centralisé par un système décentralisé, on a certes besoin de plus d’unités de ventilation, mais on réalise d’un autre côté des économies sur la longueur du système de gaines et sur les vannes de régulation. Un système décentralisé permet aussi de mieux répondre aux variations de charge.
Construire de manière éco-énergétique consiste en général à limiter la consommation d’énergie. Mais il faut dans le même temps s’assurer que les utilisateurs bénéficient d’un climat intérieur sain et de suffisamment de confort. Dans ce contexte, Pixii, le centre de compétences sur la construction énergétiquement neutre (l’ancienne Plateforme Maison Passive) a organisé une formation sur les meilleures méthodes à utiliser pour atteindre cet objectif dans les bâtiments tertiaires et collectifs.
Attention accordée à la qualité de l’air
Première constatation : la ventilation est nécessaire pour garantir une bonne qualité de l’air. Dans l’air expiré, le taux d’humidité et de CO2 augmente considérablement, jusqu’à respectivement 3 et 4%, alors que le taux d’oxygène diminue. Une amenée régulière d’air frais est-elle donc nécessaire pour maintenir le climat intérieur à niveau ? Cela semble une évidence, mais dans la pratique, on enfreint souvent ce principe. La ventilation est par exemple souvent mauvaise dans les écoles. Des recherches ont toutefois démontré que plus de l’air frais est acheminé, plus les performances augmentaient. Économiser sur la ventilation se révèle donc contreproductif.
Inversement, on doit également à éviter toute surventilation. Les règlements jouent ici un rôle compliqué. De nouvelles dispositions ont été prises dans l’ARAB ; elles imposent des exigences particulièrement sévères. Étant donné qu’on n’a pas d’influence sur la qualité de l’air de ventilation, on devrait –dans des conditions défavorables- passer à des débits élevés irréalistes. Cela conduit toutefois à des problèmes sur le plan du confort et de la consommation d’énergie. Des vitesses d’air trop élevées entraînent des phénomènes de courant d’air, alors que les pertes de charge, et donc aussi la consommation du ventilateur, augmentent fortement. Une révision des règles s’impose donc.
Il convient de faire correspondre autant que possible le fonctionnement de l’installation de ventilation aux besoins. L’idéal est de réaliser cela durant la phase de conception. La régulation peut certes prendre largement en charge cela, mais plus les stratégies de régulation sont complexes, plus il y a de risques de complications. La simplicité est une vertu, y compris dans la conception d’installations de ventilation. Il faut dans ce but toujours avoir un œil sur les besoins concrets. Ainsi, une commande à la demande sur base de la détection de CO2 est en général une bonne solution. Dans le contexte d’une école, les heures de fonctionnement et l’occupation doivent idéalement être connus au préalable. Dans ce contexte, le gain d’un système à la demande est limité en comparaison d’une programmation fixe.
Système centralisé ou décentralisé ?
Une armoire de traitement de l’air centrale pour tous les locaux est probablement la solution la plus simple d’un point de vue technique d’installation, mais elle a des inconvénients au niveau de l’utilisation. Pour pouvoir envoyer des débits suffisants à travers un réseau de gaines limité, on a besoin de vitesses d’air élevées. Ce qui se traduit, à son tour, par des pertes de charge plus élevées et donc une consommation plus importante du ventilateur. Dans des cas extrêmes, la consommation du ventilateur plus élevée peut même réduire à néant le gain dû à la récupération de chaleur. La SFP (Specific Fan Power) est une valeur essentielle : le rapport entre la consommation et le débit. Idéalement, on mise sur un SFP de 0,45 Wh/m3, ce qui correspond à des vitesses d’air inférieures à 4 m/s. Cela limite à son tour la taille de l’armoire de traitement de l’air individuelle.
Les systèmes décentralisés sont par contre mieux réglables : ils nécessitent moins de clapets VAV, ce qui fait qu’on a aussi directement moins de problème d’interactivité. Dans la mesure où une installation fonctionne grosso modo la plupart du temps à charge partielle, il s’agit d’un avantage à ne pas sous-estimer.
En ce qui concerne le coût de l’installation, on a d’un côté besoin de plus d’unités de ventilation avec un système décentralisé, mais on économise de l’autre côté sur les systèmes de gaines et sur les organes de régulation. Une autre solution intelligente consiste à prévoir une unité de ventilation par compartiment incendie. On n’a de ce fait plus besoin de clapets coupe-feu, ce qui réduit le coût d’installation. Grâce au plus grand potentiel de réglage et à la plus faible consommation, le coût total peut se révéler inférieur à celui d’un système centralisé.
Préoccupations en matière de chauffage
Un malentendu largement répandu consiste à penser que les bâtiments éco-énergétiques ont à peine besoin de chauffage, et que l’on doit donc accorder peu d’attention à l’installation. Il existe toutefois des déperditions thermiques qui doivent être compensées. Il peut par exemple être tentant d’utiliser l’air de ventilation comme vecteur de chaleur. Un système de ventilation est la plupart du temps en mesure de fournir suffisamment de puissance, et de cette manière, on ne doit pas prévoir d’installation de chauffage distincte. Cette approche peut néanmoins entraîner des problèmes de confort.
Dans les collectivités, les besoins en ventilation ont effectivement un profil tout à fait différent de celui des besoins en chauffage. Le pic de demande se situe en effet en matinée, lorsque le bâtiment doit être amené à température. Idéalement, le réchauffement s’effectue avant les heures d’ouverture, mais la demande de ventilation est alors naturellement inexistante. Inversement, la demande de ventilation est la plus importante durant les pics d’occupation, mais c’est là que les gains thermiques internes sont les plus élevés, et qu’on n’a dès lors peu besoin de chauffage. Un système distinct pour la ventilation et le chauffage est donc indiqué dans beaucoup de cas.
Un dimensionnement correct
Lors du dimensionnement, on veille de préférence à pouvoir compenser certaines conditions défavorables, y compris si les besoins thermiques moyens sont limités. Dans le cas de collectivités, il peut être utile de prévoir une puissance suffisante de chauffage. Cela ne veut toutefois pas dire qu’on peut surdimensionner comme ça l’installation de production, car cela entraîne à nouveau de mauvais rendements annuels. Du bon sens est ici recommandé.
Il est par ailleurs souvent conseillé de légèrement surdimensionner le système d’émission. Les systèmes à énergie renouvelable fonctionnent mieux à basses températures. Le rendement d’une chaudière à condensation est principalement déterminé par la température de retour. Largement dimensionner les systèmes d’émission garantit de basses températures de retour et donc des rendements élevés. Cela a d’ailleurs été reconnu dans le calcul PEB. Si on utilise une chaufferie centrale avec des stations satellites selon la méthode dite ‘combilus’, la température de retour est très importante pour le niveau E du système. En général, on privilégie un dimensionnement correct de la production associé à un léger surdimensionnement de l’émission.
La concertation est nécessaire
Pour que le système soit économique et efficace, il est essentiel qu’il corresponde précisément aux besoins. Une concertation entre le concepteur, l’utilisateur et l’exécuteur est indispensable. Il importe que le plus grand nombre de données soit disponible dès le début de la conception. Moins on connaît les profils d’utilisation prévus, plus on doit se rabattre sur des valeurs standards et des règles empiriques. Ces dernières ne représentent pour ainsi dire jamais la meilleure solution.
Par Alex Baumans
Illustrations: Pixii
