VENTILATION ET CLIMATISATION
Install Magazine 995 – février 2024

Ventilation intelligente dans des bâtiments non résidentiels

Résultats d’un projet de recherche

Soutenu par un large groupe d’utilisateurs issus de l’industrie, le projet de recherche ‘Towards Smart Ventilation in Mid-Sized Buildings’ est le résultat d’une collaboration entre différents centres d’expertise (KU Leuven, Université de Gand, Université d’Anvers). Son objectif consista à développer des méthodes intelligentes destinées à la conception de systèmes de ventilation dans des bâtiments non résidentiels de taille moyenne. Deux aspects ont fait l’objet d’une attention particulière : d’une part, la création d’indicateurs visant à évaluer la qualité des systèmes de ventilation, et d’autre part, le développement d’une méthode de conception visant à obtenir un tracé optimal. Les résultats ont été présentés lors d’un webinaire de l’AIVC, le centre d’information relatif à la ventilation éco-énergétique de l’AIE.

Chiffrer la valeur de la ventilation

La ventilation est souvent perçue comme l’une des nombreuses obligations qui sont désormais imposées aux bâtiments. Les donneurs d’ordre ne savent pas toujours clairement ce qu’implique une bonne ventilation, et quels gains cela génère en matière de santé. En général, les concepteurs se focalisent uniquement sur le taux de renouvellement d’air : si les valeurs de consigne sont atteintes en termes de débit, ils supposent ensuite que la qualité de l’air doit également être bonne. Mais une bonne ventilation constitue toutefois une problématique plus large. Un modèle d’évaluation économique a précisément été développé pour les donneurs d’ordre et les investisseurs, afin de clarifier les avantages de la ventilation. Il a été présenté par Klaas De Jonge (Ugent). L’appréciation est basée sur les coûts évités en matière de soins de santé, exprimés en DALY (Disability Adjusted Life Years). Cette mesure est utilisée dans le secteur de la santé pour indiquer le nombre d’années de vie en bonne santé. Il est donc possible de comparer les systèmes en fonction des avantages qu’ils procurent en matière de santé, mais aussi des coûts d’investissement et de fonctionnement qu’ils engendrent.

Des systèmes résilients

Un autre paramètre sous-estimé dans la conception est la résilience d’un système de ventilation. Une installation est conçue dans le but de garantir un certain débit dans des conditions normales. Mais il se produira inévitablement des dysfonctionnements. Il peut s’agir de dysfonctionnements mécaniques dus à des défauts ou à une panne de courant, de dysfonctionnements internes causés par des charges de pointes dues à une suroccupation, ou encore de dysfonctionnements externes causés par des pics de pollution. La résilience est une mesure de l’impact de ces dysfonctionnements et de la vitesse avec laquelle l’installation pourra revenir aux valeurs de consigne.

Douaa Al Assaad (KU Leuven) a présenté une méthode d’évaluation, qui permet d’exprimer la résilience d’une installation. On a à cet effet utilisé un modèle multidimensionnel, qui tient compte de différents types de pollution (CO₂, VOC, PM 2,5 en PM 10). Dans une étude de cas, on a étudié l’effet de différente stratégies de régulation : volume constant, modulation en fonction de la demande avec et sans filtres. Les résultats fournissent une image variée : en cas de panne mécanique, il y a peu de différences entre le volume constant et la modulation en fonction de la demande ; en cas de pics internes, le réglage volume constant se révèle le plus performant, dans la mesure où une modulation en fonction de la demande a toujours un certain temps de réaction avant que le débit n’augmente. En cas de pollution externe, c’est la modulation en fonction de la demande qui est la plus performante. Avec un régulation de type ‘volume constant’, il y a toujours une quantité d’air extérieur fixe qui est insufflée, ce qui peut se révéler préjudiciable lorsque la qualité de l’air extérieur diminue. Comme prévu, la filtration de l’air d’admission n’a d’effet que sur les sources de pollution externes. Une seule étude de cas a été réalisée jusqu’à présent ; d’autres tests sont donc nécessaires pour valider le modèle.

Tracés intelligents

Lors de la conception d’un tracé de système de ventilation, il s’agit de concilier diverses exigences : débits, pertes de charge, acoustique, contraintes architecturales, etc. Afin que ce processus se déroule de façon plus efficace, Zakarya Kabbara (Université d’Anvers) a présenté un programme de simulation qui fournit automatiquement un tracé optimal, en tenant compte du coût d’installation, du coût du matériau et de la consommation énergétique du ventilateur. Comparativement à l’approche traditionnelle, cela permet ainsi de générer beaucoup plus d’économies. Une étude de cas a révélé une réduction de 18,5% des coûts d’installation et de matériau, de 10% de la consommation énergétique et de 15% des coûts liés au cycle de vie.

Le logiciel de simulation doit encore être affiné. Dans le cas d’une ventilation équilibrée, les gaines d’amenée et d’évacuation d’air sont par exemple calculées séparément, ce qui peut conduire à des conflits dans les tracés. Certains aspects pratiques ne sont également pas pris en compte, comme les contraintes architecturales. Si on abandonne le tracé d’une gaine centrale dans le couloir, avec des dérivations vers les locaux, au profit de gaines de distribution tirées à travers les pièces, cela aura par exemple un impact sur les dimensions des faux plafonds et sur l’accessibilité nécessaire à la maintenance.

Améliorer la qualité de l’air à l’aide de filtres

On se base habituellement sur le postulat voulant que l’air extérieur contient moins de polluants que l’air intérieur. Ce qui est en principe le cas, mais cela ne veut toutefois pas dire que l’air extérieur affiche toujours la qualité souhaitée. Une filtration peut dès lors être indiquée. Joris Van Herreweghe (Buildwise) a donné les résultats d’un étude pratique, dans laquelle le fonctionnement de filtres placés dans des unités de ventilation a été testé au siège de Buildwise dans le centre de Bruxelles, un endroit qui n’est pas réputé pour sa bonne qualité de l’air.

Première constatation: le filtre grossier pouvait tout au plus extraire les particules de pollen de l’air, mais il avait très peu d’effet sur les autres polluants. Le filtre fin se révélait par contre efficace contre les particules fines. Il est à cet effet conseillé de protéger le filtre fin par un filtre grossier, afin de prolonger sa durée de vie. Des tests ont également été réalisés avec un précipitateur électrostatique. Ce dernier a permis d’obtenir d’excellents résultats, tant en matière de filtration que de pertes de charge, à condition d’être suffisamment entretenu. Cette technique est prometteuse, mais elle a ses propres contraintes : il convient par exemple d’éviter une production d’ozone trop importante.

Dans le cas de filtres traditionnels, il était capital de nettoyer le filtre en temps utile, car les performances de ce dernier diminuent avec le temps. Ce nettoyage doit toutefois être effectué avec les précautions d’usage, afin d’éviter tout dommage. L’importance de bonnes propriétés mécaniques : telle fut une autre conclusion de l’étude. Un filtre peut être endommagé pour différentes raisons : des débits trop élevés, un nettoyage agressif… On privilégiera donc une version solide.

Par Alex Baumans