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dair : ventiler, rafraîchir ou réchauffer lair
intérieur
16.02.08 11:21
Ventiler
Il est difficile d'échapper à toutes les sources
de pollution atmosphérique, pour cette raison, il
devient indispensable de ventiler, de renouveler l'air intérieur
des constructions, de remplacer l'air vicié,
d'éliminer les fumée, d'évacuer l'humidité
de manière naturelle ou mécanique, en tempérant
l'air entrant, le réchauffant ou le refroidissant si nécessaire.
S'il s'agit de procurer suffisamment d'air pur dans toutes les
conditions climatiques, renouveler l'air apporte aussi des sensations
agréables de léger courrant d'air.
Enfin, les pertes énergétiques causées par
les systèmes de ventilation naturelle ou mécanique
sont un paramètre important dans une construction et demandent
une étude approfondie pour les situer et dimensionner convenablement.
Besoins de renouvellement et normes
Chaque pays possède ses propres estimations des besoins
et ses propres normes d'extraction et de renouvellement d'air,
voici les normes françaises :
Pour le logement, le débit d'air varie
en fonction de la taille du logement:
Nombre
de
pièces
principales
|
Débits
minimum
( en m3/h) |
dont
Cuisine |
Salle
de bains |
WC |
1
|
35 |
20-72 |
15 |
15 |
2 |
60 |
30-90 |
15 |
15 |
3 |
75 |
45-105 |
30 |
15 |
4 |
90 |
45-120 |
30 |
30 |
5
et + |
105
(+15/piec) |
45-135 |
30 |
30 |
Pour les établissements accueillant du
public :
Locaux d'enseignement (classes, salles d'études,
maternelles, primaires, secondaire du 1er cycle), on demande 15m3/h/
personne (élève)
Classes de secondaires du 2ème cycle
et universitaires, ateliers, bureaux et locaux assimilés
(tels que locaux d'accueil, bibliothèques, bureaux de poste,
banques), locaux de réunions ( tels que salles de réunions,
de spectacles, de culte, clubs, foyers) , on demande 18 m3/h/
personne (élève, spectateur
)
Locaux de vente (tels que boutiques, supermarchés),
locaux de restauration (cafés, bars, restaurants, cantines,
salles à manger ), locaux à usage sportif ( piscine
calculé par sportif ) , on demande 22 m3/h/ personne
Enfin pour tout autres locaux, on demande 25
m3/h/ personne.
Les mouvements de l'air
Concevoir une bonne ventilation, c'est
avant tout comprendre les mouvements fluides de l'air
: ceux-ci sont créés par déséquilibre
thermique, l'air chaud est plus léger et a tendance à
s'élever en repoussant et renouvelant l'air en place et
en attirant de l'air plus froid à sa place. Une source
de chaleur créée ainsi un mouvement d'air cyclique,
une convection naturelle lorsque l'air frais est renouvelé.
Au contraire sans aération, ni forte source de chaleur,
l'air chaud et humide stagne en hauteur et l'air froid forme une
couche stationnant au sol.
La vitesse du flux d'air est aussi largement
dépendante de la pression donnée par le réglage
des entrées et sorties d'air. Ainsi une entrée d'air
importante et une sortie plus petite donne une vitesse de courant
d'air faible.
Au contraire une petite entrée et une sortie plus grande
augmentent sa vitesse.
Si l'air s'écoule sur un même plan avec une entrée
et une sortie à hauteur identique, des couches non ventilées
risquent d'apparaître, ainsi que des phénomènes
de stagnation et de turbulence au niveau de celles ventilées.
Le schéma d'une ventilation optimale peut être obtenu
en plaçant les entrées d'air frais en partie basse
et les sorties en hauteur et légèrement plus grande
pour créer un phénomène d'aspiration de l'air
tiédi et humide.
Implantation du bâtiment
Les positions des entrées
et des extractions d'air sont aussi largement induites par les
mouvements atmosphériques du site. Lors des
phases d'étude, il est nécessaire de bien connaître
les directions du vent et des mouvements de l'air non seulement
pour la ventilation, mais aussi pour les protections et les isolations
contre les déperditions thermiques, acoustique, ou au contraire
pour orienter les ouvertures vers les brises dominantes d'été
de façon à les canaliser et rafraîchir la
construction.
Le vent poussant l'air sur les façades ventées en
provoquant une surpression et au contraire l'aspirant du coté
de la façade sous le vent (en dépression), il est
plus efficace de placer l'entrée et la sortie d'air sur
ces deux façades opposées : l'entrée sur
la façade au vent en surpression et la sortie d'air sur
la façade sous le vent.
En l'absence de vent dominant, on observe que la façade
à l'ombre est en surpression par rapport à celle
au soleil en dépression car plus chaude.
Système de ventilation naturelle
Fenêtre
Le moyen le plus naturel de ventiler revient simplement à
ouvrir les fenêtres, pour cela en prévoir au moins
une dans chaque pièce de vie (minimum une fenêtre pour
18 m²) , la taille de chaque ouverture doit être de 1/20e
de la surface du plancher (avec au moins 0,50m²). Ouvrir largement
les fenêtres pendant une courte durée est beaucoup
plus efficace que de les laisser entrouvertes. En hivers, ou sous
les climats plus froid, il est important de minimiser les pertes
d'énergie, d'avoir recours à d'autres moyens de ventilation
ou de limiter l'ouverture des fenêtres à quelques minutes
lors des midis ensoleillés. L'été au contraire,
il est utile de bien ventiler la nuit pour évacuer la chaleur
accumulée dans les masses du bâtiment et ainsi rafraîchir
la construction.
Grille
Dans les climats tempérés, la ventilation intérieure
peut s'opérer simplement par des grilles de ventilations.
Il est pourtant utile de prévoir des systèmes de fermetures
étanches à l'air pour isoler thermiquement et réduire
ainsi les déperditions lors des intempéries. Ces grilles
doivent aussi être nettoyées régulièrement
et être protégées des rongeurs, de la pluie
et de la neige
Des prises d'air orientables
ou multidirectionnelles sont utiles dans les régions ou
les vents dominants viennent de multiples directions. Un
manche à air tournant en girouette constitue un moyen optimal
et esthétique tout en étant dans la bonne direction
au moindre changement du vent.
De même l'évacuation de l'air peut
se faire par un simple conduit coudé ou à turbine.
Evacuation par ouverture
en toiture
Une ouverture zénithale par un lanterneau ouvrant est aussi
un moyen judicieux d'extraire l'air chaud, chargé d'odeur
et d'humidité stagnant en partie haute. )
Pompe à air solaire
On peu aussi concevoir une pompe d'air naturelle se régulant
en fonction de la chaleur solaire. Un conduit associé à
un système de captation solaire ( simplement de couleur
noire, ou bien avec vitrage) permet de chauffer l'air sortant
en l'allégeant et ainsi amorçant un tirage d'air
frais, ce système s'autorégule en fonction de la
puissance des apports solaires.
Rafraîchir
Avant même d'essayer de rafraîchir un lieu, un tout
premier principe consiste à limiter
le plus possible les apports énergétiques du soleil
et des matériaux à forte inertie. Il s'agit par exemple
de favoriser la végétation d'un site et fournir le
plus d'ombre possible aux surfaces construites ; utiliser des pavages
poreux, pour le sol extérieur ; construire sur pilotis avec
des toitures en forme de parasol pour permettre aux brises de s'infiltrer
et ventiler le bâtiment et le rafraîchir agréablement.
On peut aussi végétaliser la toiture pour absorber
la chaleur
utiliser des matériaux réfléchissant
( à albédo élevée ) pour les murs afin
de réduire leur absorbation de chaleur. Organiser des endroits
frais comme des patios convenablement à l'ombre où
l'air qui traverse la construction est rafraîchi par l'évaporation
des fontaines, des bassins et de la végétation.
Humidifier
Nous notions que l'eau a une très bonne capacité
de stockage énergétique sous forme de chaleur latente,
la teneur en eau de l'air intérieur peut influencer le confort
et les phénomènes de micro-climat au sein d'une construction.
Dans un climat chaud et sec, un flux d'air humide peut apparaître
rafraîchissant car il captera la chaleur sur son passage.
De nombreux systèmes distribuant l'eau en goûte à
goûte et humidifiant des matériaux, galets, tissus
peuvent être inventés. L'utilisation de matériaux
fragmentés, tissés, ou bien alvéolaires
augmentent les surfaces d'échanges de chaleur et favorise
l'évaporation
Capteur à vent
Une invention très ancienne venue du moyen orient consiste
à bâtir une petite tour pour capter
"en altitude" l'air frais des vent dominants
: le capteur à vent. Celui-ci peut prendre la forme de
manche à air et être construit au dessus des toits
pour recueillir les vents dominants à une hauteur de 6
à 12 m. Il le canalise vers le bas et vient créer
dans la maison un courant frais qui sera réparti dans la
construction avant d'être évacué par des ventilations
hautes
L'air capté par ce dispositif peut être humidifié
en y ajoutant un système d'évaporation en terre
poreuse ou en tissus, l'air est ainsi rafraîchi par l'humidité
qui augmente sa capacité à transporter la chaleur.
Un filtre à charbon de bois permet également de
rafraîchir et de purifier l'air entrant en retenant les
poussières.
Tempérer avec un puit canadien
Tempérer l'air entrant permet réduire
les dépenses d'énergie nécessaires au chauffage
ou à la climatisation en le réchauffant en hiver,
et le refroidissant en été. Un dispositif
devenu classique est connu sous le nom de puit provençal
ou puit canadien. Ce système repose sur le fait que la température
de la terre varie seulement de quelques degrés entre les
saisons et entre le jour et la nuit, à une profondeur de
1,5m à 2,5m si le terrain est sec. Le dispositif capte l'air
extérieur, le fait passer dans un long d'une canalisation
enterrée dans le sol, inclinée en pente douce. Le
conduit servant d'échangeur thermique, captant l'énergie
géothermique contenue par inertie dans le sol.
La conception demande dans un premier temps une étude de
la nature du sol. Un sol trop dur, rocheux demandera des investissements
trop importants. Un sol émettant du radon sera également
à proscrire.
La granulométrie du sol est importante, les terres à
faible granulométrie ( limons, argile ) ont une meilleure
conductivité thermique, il convient d'éviter le sable,
les remblais de cailloux ou de gravats.
Dans un projet de construction neuve, le tuyau peut utiliser les
mêmes tranchés que celles nécessaires aux différents
réseaux.
La profondeur optimale serait de 5 à
7m, là où la température demeure parfaitement
stable, mais une telle profondeur augmente considérablement
le coût du système. Si le système doit uniquement
refroidir une profondeur de 70 à 90 cm est suffisante avec
une distance de 70 cm entre les tuyaux. Si le système permet
également de préchauffer l'air en hivers, il faut
compter 1,5 à 2,5m de profondeur avec une distance de 1,5m
entre les tuyaux.
Le conduit ne devra pas être placé sous la construction
ni le long des fondations où les effets seraient réduits
car absorbant la chaleur de la maison
Le dimensionnement exact d'un puits canadien est lié au
calcul global de la ventilation de la maison. Pour une maison
de 100m² ,on prévoit un tuyau d'une longueur de 30
à 40m pour un diamètre optimale de 15 à 20
cm.
Le tuyau sera posé avec une pente de 2 à 3% pour
évacuer l'humidité. Il peut être en béton,
en fonte, en grès émaillé, en PVC ou en polyéthylène.
Il est préférable cependant que la surface extérieure
de ce conduit ne soit pas lisse pour favoriser les échanges
thermiques, mais pour des aspects sanitaires, l'intérieur
doit être lisse, de même, il doit être parfaitement
étanche à l'eau et aux insectes, il doit être
non toxique (Le PVC est à proscrire car dégageant
des COV). Le polyéthylène est la solution préférable.
L'entrée d'air devra être implantée de manière
optimale dans un endroit bien protégé au nord, s'il
s'agit principalement de recueillir de l'air frais, sinon dans
le sens des vents dominants et éloignée des sources
éventuelles de pollution (usine, route, garage
).
Elle devra aussi être écartée du sol et bien
protégée contre la pluie, les feuilles, les insectes,
la poussière
A l'arrivée, un siphon permettra d'évacuer les condensas
à la base du conduit et une trappe d'accès permettra
de le nettoyer et le vidanger régulièrement.
Un ventilateur aspire l'air du puit et le distribue dans la maison,
on prévoira un débit de 1 à 1,5 m/s pour
le préchauffage et on ira jusqu'à 3m/s pour le rafraîchissement,
ces calculs devant être affinés par ceux de la ventilation
de la construction.
Réchauffer
Comme l'énergie terrestre, l'énergie solaire est un
excellent moyen de tempérer en réchauffant l'air extérieur
entrant. Une multitude de techniques bioclimatiques peuvent
être imaginées pour favoriser le captage ce chaleur
: en faisant passer l'air par exemple dans un système de
façade double peau en verre, capteur à air ou mur
trombe ou bien en le faisant traverser un jardin d'hivers ou une
véranda. Les systèmes de murs capteurs et de serres
solaires seront décrits dans la page sur l'énergie.
Le mur Trombe (du nom de son concepteur : le professeur Félix
Trombe) reprend le principe du mur capteur, il forme une façade
double peaux composée d'un mur dans un matériau à
forte inertie (béton, pierre, etc.) devant lequel on place
une vitre séparé par une lame d'air de quelques centimètres,
pour créer un effet de serre qui chauffe l'air.
Des orifices de ventilation hauts et bas, entre le local et la lame
d'air sont réalisées dans le mur afin de créer
une circulation d'air par thermocirculation ou thermosiphon.
L'air frais rentre par les orifices du bas, se réchauffe
au contacte de la paroi (qui peut atteindre 65°C), il s'élève
et pénètre par les ouvertures supérieures dans
la pièce.
Cette paroi doit être orientée au sud ( voir page énergie
).
Dans les climats tempérés, il est conseillé
de prévoir une surface d'environ 0,30 à 0,60m²
de mur capteur par mètre carré de surface à
chauffer.
La surface totale des grilles de ventilation supérieures
et inférieures doit représenter 3% de la surface totale
du mur Trombe. On peut également se servir de ce système
pour tempérer l'air neuf entrant, en plaçant l'arrivée
d'air frais du coté extérieur.
En l'absence de rayonnement solaire (nuit, ciel nuageux), le flux
convectif peut s'inverser et provoquer un refroidissement accéléré
du local. Pour éviter cela, les orifices doivent pouvoir
être refermés par des clapets. On peut ajouter des
technologies plus complexes à ce système : ventilation
motorisée, clapets automatiques ou clapets anti-retour, volets
roulants.
Enfin ce système demande un nettoyage régulier des
vitrages extérieurs et intérieurs, la lame d'air se
salit à cause de la circulation d'air. Le système
doit être facilement accessible et démontable.
Système mécanique -VMC
La VMC ou ventilation mécanique
contrôlée permet d'extraire mécaniquement l'air
à l'intérieur d'un local.
Le système de base ( simple flux ) vient
mettre en dépression les pièces dites humides :
salles de bains, toilettes, cuisines..., y aspirant l'air humide
ou chargé d'odeurs et faisant appel d'air des autres pièces
où entre l'air extérieur (chambres, séjour
).
La circulation de l'air se fait en sens unique, balayant l'ensemble
du local.
Par rapport au système basique, il est plus opportun d'utiliser
des dispositifs réglables en fonction des besoins et de
tempérer l'air neuf en le réchauffant et le refroidissant
selon la nécessité.
Une VMC hygroréglable intègre
à chaque entrée et sortie d'air des capteurs déterminant
les besoins réels de ventilation pièce par pièce
permettant l'hiver de ne pas évacuer trop d'air chaud et
d'augmenter la consommation d'énergie liée au chauffage
La VMC double flux est équipée d'un échangeur
thermique récupérant la chaleur de l'air évacué
pour réchauffer l'air entrant insufflé dans les
pièces de vie (chambres, séjour). Ce système
permet de d'économiser 60% de l'énergie qui serait
perdue par le renouvellement de l'air avec une VMC simple flux.
On peut associer ce système avec un puit canadien, cela
permettant d'avoir une arrivée d'air à température
positive toute l'année et d'optimiser son fonctionnement
pendant les périodes les plus froides.
Pour limiter la pollution de l'air intérieur,
il est bon de limiter les installations de ventilation trop complexe
ou impossible à nettoyer
Les grilles de VMC doivent
être nettoyées tout les 3 mois et les conduits au
moins tous les 3 ans par une entreprise spécialisée
(nettoyage et maintien des gaines, vérification des entrées
d'air,...). De même, la hotte de la cuisine doit être
régulièrement nettoyée et les filtres changés.
La circulation de l'air ne doit pas être perturbée,
les grilles d'aération ne doivent pas être bouchés
ou cachés derrière un meuble ou un revêtement,
et doivent être maintenus propre. Sous les portes, un espace
de 2 cm doit être maintenu pour permettre à l'air
de passer.
[ Partie plus détaillée en cours ]
Chantier
Une bonne qualité de l'air intérieur
doit également être maintenu pendant le chantier.
Si les systèmes d'aération doivent fonctionner pendant
la construction, il est nécessaire d'y ajouter des filtres,
d'inspecter et de nettoyer les conduits après le chantier.
Les matériaux absorbants (bois, plaque de plâtre, isolant,
tapis, faux plafond
) doivent être protégés
contre l'humidité et contre d'éventuelles contaminations
de produits toxiques.
Le chantier terminé et l'ensemble
des finitions, équipements, mobilier livré, après
avoir installé de nouveaux filtres et nettoyé le
bâtiment et avant même l'occupation des futurs usagers,
il convient d'entreprendre un renouvellement intense de l'air
et surchauffant le bâtiment pour que l'ensemble des matériaux
et des finitions sèchent puis en évacuant cet air
chargé de polluant
Il s'agit de fournir au minimum
un volume d'air totale de 4 300m3 d'air par m2 de surface de plancher
à une température d'au moins 16°C avec une humidité
relative ne devant pas dépasser les
60%.
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