Directives de conception relatives à la ventilation

L’objectif des lignes directrices (Blomsterberg, 2000) [Réf. 6] est de guider les professionnels (principalement les concepteurs de systèmes CVC et les gestionnaires d’immeubles, mais aussi les clients et les utilisateurs) dans la mise en œuvre de systèmes de ventilation performants, utilisant des technologies conventionnelles et innovantes. Ces lignes directrices s’appliquent aux systèmes de ventilation des bâtiments résidentiels et commerciaux, et ce, tout au long du cycle de vie d’un bâtiment : cahier des charges, conception, construction, mise en service, exploitation, maintenance et démantèlement.

Les conditions préalables suivantes sont nécessaires à la conception d'un système de ventilation basée sur la performance :

• Des spécifications de performance (concernant la qualité de l'air intérieur, le confort thermique, l'efficacité énergétique, etc.) ont été définies pour le système à concevoir.
• Une perspective de cycle de vie est appliquée.
• Le système de ventilation est considéré comme faisant partie intégrante du bâtiment.

L'objectif est de concevoir un système de ventilation répondant aux spécifications de performance du projet (voir chapitre 7.1), en appliquant des technologies conventionnelles et innovantes. La conception du système de ventilation doit être coordonnée avec les travaux de l'architecte, de l'ingénieur structure, de l'ingénieur électricien et du concepteur du système de chauffage/climatisation, afin de garantir le bon fonctionnement du bâtiment fini équipé de son système de chauffage, de climatisation et de ventilation. Enfin, il convient de consulter le gestionnaire du bâtiment afin de connaître ses souhaits spécifiques. Il sera responsable de l'exploitation du système de ventilation pendant de nombreuses années. Le concepteur doit donc déterminer certains paramètres (caractéristiques) du système de ventilation, conformément aux spécifications de performance. Ces paramètres (caractéristiques) doivent être choisis de manière à minimiser le coût global du cycle de vie du système pour le niveau de qualité spécifié. Une optimisation économique doit être réalisée en tenant compte des éléments suivants :

• coûts d'investissement
• Coûts d'exploitation (énergie)
• Coûts d'entretien (changement des filtres, nettoyage des conduits, nettoyage des terminaux de ventilation, etc.)

Certains de ces facteurs (propriétés) concernent des domaines où des exigences de performance devraient être introduites ou renforcées prochainement. Ces facteurs sont les suivants :

• Concevoir dans une perspective de cycle de vie
• Conception pour une utilisation efficace de l'électricité
• Conception pour de faibles niveaux sonores
• Conception pour l'utilisation du système de gestion de l'énergie du bâtiment
• Conception pour l'exploitation et la maintenance

Concevoir en tenant compte du cycle de vie perspective 

Les bâtiments doivent être durables, c'est-à-dire qu'un bâtiment doit avoir un impact environnemental minimal tout au long de son cycle de vie. Plusieurs catégories de personnes sont responsables de cette responsabilité, notamment les concepteurs et les gestionnaires de bâtiments. Les produits doivent être évalués selon une perspective de cycle de vie, en tenant compte de tous leurs impacts environnementaux durant cette période. Dès les premières étapes, le concepteur, l'acheteur et l'entrepreneur peuvent faire des choix respectueux de l'environnement. Un bâtiment est composé de plusieurs éléments ayant des durées de vie différentes. Dans ce contexte, la maintenabilité et la flexibilité doivent être prises en compte, car l'usage d'un immeuble de bureaux, par exemple, peut évoluer plusieurs fois au cours de sa durée de vie. Le choix d'un système de ventilation est généralement fortement influencé par les coûts, c'est-à-dire les coûts d'investissement et non les coûts du cycle de vie. Cela se traduit souvent par un système de ventilation qui répond tout juste aux exigences du code du bâtiment au coût d'investissement le plus bas. Le coût d'exploitation d'un ventilateur, par exemple, peut représenter jusqu'à 90 % du coût total du cycle de vie. Les facteurs importants à considérer dans une perspective de cycle de vie sont les suivants :
Durée de vie.

• Impact environnemental.
• Modifications du système de ventilation.
• Analyse des coûts.

Une méthode simple d'analyse du coût du cycle de vie consiste à calculer la valeur actuelle nette (VAN). Cette méthode combine les coûts d'investissement, d'énergie, de maintenance et environnementaux pendant une partie ou la totalité de la phase d'exploitation du bâtiment. Les coûts annuels d'énergie, de maintenance et environnementaux sont recalculés à leur valeur actuelle (Nilson 2000) [Réf. 36]. Cette procédure permet de comparer différents systèmes. L'impact environnemental des coûts est généralement très difficile à déterminer et est donc souvent négligé. Cet impact est toutefois partiellement pris en compte par l'inclusion de l'énergie. Les calculs du coût du cycle de vie (CCV) sont souvent effectués pour optimiser la consommation d'énergie pendant la période d'exploitation. La majeure partie de la consommation d'énergie d'un bâtiment sur l'ensemble de son cycle de vie se situe pendant cette période : chauffage/climatisation, ventilation, production d'eau chaude sanitaire, électricité et éclairage (Adalberth 1999) [Réf. 25]. En supposant une durée de vie de 50 ans pour un bâtiment, la période d'exploitation peut représenter 80 à 85 % de la consommation énergétique totale. Les 15 à 20 % restants sont destinés à la fabrication et au transport des matériaux de construction ainsi qu'à la construction elle-même.

Conception pour une utilisation efficace de électricité pour la ventilation 

La consommation électrique d'un système de ventilation est principalement déterminée par les facteurs suivants : • Les pertes de charge et les conditions d'écoulement de l'air dans le système de conduits
• Efficacité du ventilateur
• Technique de contrôle du flux d'air
• Ajustement
Afin d'accroître l'efficacité de l'utilisation de l'électricité, les mesures suivantes sont à considérer :

• Optimisez la configuration générale du système de ventilation, par exemple en minimisant le nombre de coudes, de diffuseurs, de changements de section transversale et de raccords en T.
• Optez pour un ventilateur plus performant (par exemple, à entraînement direct au lieu d'un entraînement par courroie, moteur plus efficace, pales incurvées vers l'arrière au lieu de pales incurvées vers l'avant).
• Réduisez la perte de charge au niveau du raccordement ventilateur – conduit (entrée et sortie du ventilateur).
• Réduisez la perte de charge dans le système de conduits, par exemple au niveau des coudes, des diffuseurs, des changements de section transversale et des raccords en T.
• Mettre en place une technique plus efficace de contrôle du flux d'air (contrôle de la fréquence ou de l'angle des pales du ventilateur au lieu du contrôle de la tension, du registre ou des aubes directrices).

L'étanchéité des conduits, les débits d'air et les durées de fonctionnement sont bien sûr des facteurs importants pour l'utilisation globale de l'électricité dans la ventilation.

Afin de montrer la différence entre un système à très faibles pertes de charge et un système conforme aux pratiques actuelles, un « système efficace » (SFP = 1 kW/m³/s) a été comparé à un « système normal » (SFP = entre 5,5 et 13 kW/m³/s) (voirTableau 9Un système très efficace peut avoir une valeur de 0,5 (voir chapitre 6.3.5).

Tableau 9 : Pertes de charge et SFP calculées valeurs pour un « système efficace » et un « courant » système". 

Conception pour de faibles niveaux sonores 

Pour concevoir un système à faible niveau sonore, il est essentiel de commencer par concevoir un système à faible niveau de pression. On peut ainsi choisir un ventilateur fonctionnant à basse fréquence de rotation. De faibles pertes de charge peuvent être obtenues par les moyens suivants :

• Faible vitesse de l'air, c'est-à-dire grandes dimensions du conduit
• Réduisez au minimum le nombre de composants présentant des pertes de charge, par exemple les changements d'orientation ou de taille des conduits, les registres.
• Minimiser la chute de pression à travers les composants nécessaires
• Bonnes conditions de circulation aux entrées et sorties d'air

Les techniques suivantes de contrôle des flux d'air sont appropriées, compte tenu du bruit :

• Contrôle de la fréquence de rotation du moteur
• Modification de l'angle des pales des ventilateurs axiaux
• Le type et le mode de montage du ventilateur ont également une incidence sur le niveau sonore.

Si le système de ventilation ainsi conçu ne répond pas aux exigences acoustiques, il sera probablement nécessaire d'intégrer des atténuateurs de bruit. Il ne faut pas oublier que des bruits extérieurs peuvent s'infiltrer par le système de ventilation, par exemple le bruit du vent par les bouches d'aération extérieures.
7.3.4 Conception pour l'utilisation du BMS
Le système de gestion technique du bâtiment (GTB) et les procédures de suivi des mesures et des alarmes déterminent les conditions d'un fonctionnement optimal du système de chauffage, de climatisation et de ventilation. Un fonctionnement optimal du système CVC exige la surveillance séparée de ses sous-processus. C'est souvent le seul moyen de détecter de petites anomalies qui, prises isolément, n'entraînent pas une augmentation suffisante de la consommation d'énergie pour déclencher une alarme (par dépassement des seuils ou par le biais de procédures de suivi). Un exemple : un problème avec un moteur de ventilateur, qui n'apparaît pas dans la consommation électrique totale du bâtiment.

Cela ne signifie pas que chaque système de ventilation doive être surveillé par un système de gestion technique du bâtiment (GTB). Pour tous les systèmes, sauf les plus petits et les plus simples, un système GTB est à envisager. Pour un système de ventilation très complexe et de grande taille, un système GTB est probablement indispensable.

Le niveau de sophistication d'un système de gestion technique du bâtiment (GTB) doit correspondre au niveau de connaissances du personnel d'exploitation. La meilleure approche consiste à établir des spécifications de performance détaillées pour le système GTB.

7.3.5 Conception pour le fonctionnement et entretien
Pour permettre un fonctionnement et un entretien corrects, des instructions d'utilisation et d'entretien appropriées doivent être rédigées. Pour que ces instructions soient utiles, certains critères doivent être respectés lors de la conception du système de ventilation :

• Les systèmes techniques et leurs composants doivent être accessibles pour la maintenance, le remplacement, etc. Les locaux techniques des ventilateurs doivent être suffisamment spacieux et bien éclairés. Les différents composants (ventilateurs, registres, etc.) du système de ventilation doivent être facilement accessibles.
• Les systèmes doivent être marqués avec des informations concernant le fluide circulant dans les tuyaux et les conduits, le sens d'écoulement, etc. • Un point de test pour les paramètres importants doit être prévu.

Les instructions d'exploitation et de maintenance doivent être préparées lors de la phase de conception et finalisées lors de la phase de construction.

Consultez les discussions, les statistiques et les profils des auteurs de cette publication à l'adresse suivante : https://www.researchgate.net/publication/313573886
Vers des performances améliorées des systèmes de ventilation mécanique
Aauteurs, dont : Peter Wouters, Pierre Barles, Christophe Delmotte, Åke Blomsterberg
Certains auteurs de cette publication travaillent également sur les projets connexes suivants :
Étanchéité à l'air des bâtiments
CLIMATISATION PASSIVE : FCT PTDC/ENR/73657/2006