1

Aération / Ventilation

2

Aération et ventilation

Aération: terme général pour tout renouvellement de l'air intérieur d'un bâtiment (ou d'une pièce), en principe échangé contre de l'air extérieur

Ventilation: aération volontaire (ventilation mécanique, ouverture des fenêtres, etc)

3

Impacts de l'aération

qualité de l'air déperditions de chaleur et consommation

d'énergie (de chauffage en hiver, de refroidissement en été)

problèmes de condensation (teneur en eau de l'air)

confort thermique et courants d'air

4

Modélisation de l'aération

Les masses d'air qui traversent le bâtiment sont mues par: le vent (augmentation de la pression sur la façade

au vent) différence entre les densités d'air intérieur et

extérieur tirage (effet de cheminée) ventilation de l'installation aéraulique, dans le cas

où une telle installation existe

6

Distribution d'air dans une pièce

En piston

En piston

Mélange

Le plus fréquent

Mélange

12

Contrôle des débits

L'air doit passer par les organes de contrôle. Le reste de l'enveloppe doit être étanche.étanche.

Contrôle manuel Contrôle par horloge Contrôle à la demande

capteurs de CO2

capteurs d’humidité capteurs «multigaz»

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Etanchéité de l'enveloppe

enveloppel' de Aire

Pa 4 sousDébit téPerméabili 4

4, e

a A

Vv

14

Critères de perméabilité

ventiléVolume

Pa 50 sousair d'Débit Pa) 50=(50

V

pΔVn

e

n

eL

A

A

V

A

V

n

v2,0

50

4

50,

4,

Ancien critère:

enveloppel' de Aire

Pa 4 sousDébit 44,

ea A

Vv

Nouveau critère:

Relation de passage:

Ventilation mécanique

Avantages Contrôle du débit et du

climat intérieur Utilisable en

environnement pollué ou bruyant

Récupération de chaleur.

Inconvénients Mal accepté Coûteux Occupe un grand volume Consomme de l'énergie

électrique Parfois bruyant

18

Ventilation naturelle

Avantages Bien acceptée Coût très faible Pas d’énergie pour le

transport d’air

Inconvénients Récupération de chaleur

difficile Inutilisable en

environnement pollué ou bruyant

19

Comment aérer?

Aérer fortement pendant quelques minutes: Pour changer l'air après une activité polluante Pour oxygéner Pour évacuer le gaz carbonique

Aérer continûment au débit convenable Pour évacuer la chaleur Pour évacuer les odeurs absorbées Pour assécher les matériaux

20

Santé des occupants

Enquête dans 8 immeubles de bureaux en SuisseListe de 11 symptômes (fatigue, yeux secs, etc..)Valeurs corrigées pour le sexe.

Nombre moyen minimum par bâtiment: 2,4Nombre moyen des 8 bâtiments : 4,5Valeur maximale: 7,1Est-ce acceptable?

21

L'aération influence

La qualité de l'air Les pertes et gains de chaleur

Les problèmes de condensation Le confort thermique

22

Si l'aération est trop forte

Consommation d'énergie exagérée Courants d'air, mauvais confort thermique Condensation dans les fuites

23

Si l'aération est insuffisante

Mauvaise qualité d'air, odeurs Condensation aux endroits froids Trop haute température Mauvaise combustion

24

Moteurs de la ventilation

Le vent

Les différences de densité d'air

Les ventilateurs

Ces trois moteurs sont souvent d'égale importance:Une pression de 4 Pa résulte aussi bien d'une différence de température de 10 K sur une hauteur de 10 m que de l'impact d'un vent de 3 m/s.

25

Modèles numériques (CFD)

26

Modèle physique

Modèle nodal aéraulique

0°C20 °C

ppie

Vent

Niveau neutre

28

Effet des ventilateurs

Les ventilateurs insufflent ou extraient de l'air des locaux, changeant ainsi la pression locale

29

L'effet du vent

Le vent exerce des pressions sur les diverses parois de l'enveloppe.

Ces pressions poussent l'air au travers des ouvertures et des défauts d'étanchéité

30

L'effet du vent

2

2

1vρCp pv

v

Cp:Coefficient de pression : Masse volumique de l'airv : Vitesse de l'air de référence

31

Effet de cheminée

Une colonne d'air froid pèse plus lourd qu'une colonne d'air chaud.

Il en résulte des différences de pression variant avec la hauteur.

gzzp ei )(

32

Débit d’air

Sous l'effet des différences de pression, de l'air entre et sort du bâtiment.

npDV D et n dépendent du type

d’ouverture ou de fissure. n est compris entre 0.5 (régime turbulent) et 1 (régime laminaire

33

Qu'est-ce que le niveau neutre?

En peu de temps, un équilibre s'établit.

Le niveau neutre est le niveau où la pression intérieure est égale à la pression extérieure

La position du niveau neutre dépend des pressions et des ouvertures.

34

Position du niveau neutre

35

Position du niveau neutrePosition du niveau neutre

36

Position du niveau neutrePosition du niveau neutre

37

Débit dans une ouverture

Equation de Bernoulli p1 + ½ρe u12 = p2 + ½ ρi u2

2

(conservation de l'énergie)

up

p

u 0 ρ

ppu

2

ρ

pΔACρuACρm ddd

2Adaptation:

6.0dC

38

Position du niveau neutre

ies ρρzzgpΔ 0Effet de cheminée

Niveau neutre A1 u1 e= A2 u2 i

2

1

2

2

1

2

2

1

A

A

T

T

A

A

ρ

ρ

z

z

i

e

e

i

39

Position du niveau neutre

A1

A2

z1

z2

Ti Te

H

2

1

2

2

1

2

2

1

A

A

T

T

A

A

z

z

i

e

e

i

2

1

2

2

1

AA

T

T

Hzh

i

e

40

Débit d'air par effet de cheminée

2

1

2

2

1

2

A

A

T

TT

TTgHCAm

i

ei

eidi

e

eidext T

TTgHHWCm

3

1

Deux ouvertures d'aires A1 et A2 distantes de H m en hauteur

Une ouverture de hauteur H et de largeur W

41

Vent et effet de cheminée

Débit

Vitesse du vent

Tirage

Vent

Débit

Vitesse du vent

Tirage

42

Ventilation et saisons

Air extérieur froid et sec Faible débit d'air nécessaire Fort tirage et fort vent Un fuite donne trop d'air,

trop froid et trop sec.

Air extérieur tempéré et humide Fort débit d'air nécessaire Faible tirage Une fuite ne donne pas assez

d'air.

43

La ventilation naturelle

Est d'autant plus forte que les ouvertures ou les fuites sont plus grandes

A ouverture ou fuite fixe, elle est trop forte par froide bise et insuffisante en mi-saison

Il faut donc contrôler la ventilation en plaçant des ouvertures ad hoc dans une enveloppe étanche.

Il ne faut pas compter sur les fuites pour aérer.

44

Ouverture des fenêtres

A la française Tombant Projeté Basculant Pivotant Tournant

Guillotine Acordéon Levant Escamotable Coulissant Parallèle

45

Ouvertures de ventilation

Vantelles Lamelles en allège Grille réglable Ventilateur

46

Canaux de ventilation

Conduit unique Conduits shunt Conduits individuels

47

Entrées d'air réglables

48

Bouches d'air hygroréglables

49

Entrée d'air à "débit constant"

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50

Pression [Pa]

Déb

it [

m³/h

]

50

Ventilation mécanique à double flux

51

• lumièrelumière• chaleurchaleur• air air • infiltrationsinfiltrations• bruitbruit• vuevue• voleursvoleurs• insectesinsectes• feufeu• pluiepluie

A travers une fenêtre...A travers une fenêtre...

62

Conclusions

Il faut aérer, mais il faut aérer "juste" Adapter l'aération aux besoins Pour limiter les pertes d'énergie liées à

l'aération et améliorer la qualité de l'air, il faut: supprimer les besoins inutiles: bâtiments propres contrôler l'aération, donc enveloppe étanche et

ouvertures de ventilation avoir de l'air propre dehors, donc ne pas polluer...

63

Conclusions

L’aération sert plus à éliminer les polluants qu’à apporter de l’oxygène.

Pour améliorer la qualité de l'air et limiter les pertes d'énergie liées à l'aération, il faut: supprimer les besoins inutiles: bâtiments propres contrôler l'aération, donc enveloppe étanche et

ouvertures de ventilation avoir de l'air propre dehors, donc ne pas polluer...

65

Environnement intérieur: état actuel

Odeurs incommodant 50 % des visiteurs Surchauffes fréquentes Climatisation mal acceptée Syndrome du bâtiment malsain Débits d’air incontrôlés Ventilation bruyante Acoustique discutable etc.. etc..

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Syndrôme du bâtiment malsain

Yeux secs Yeux larmoyants Nez bouché Nez coulant Gorge sèche Poitrine oppressée

Symptômes de grippe Peau sèche Peau irritée, éruptions Mal à la tête Apathie, fatigue

Ce symptôme s’améliore-t-il pendant les jours d’absence?

67

Énergie et environnement intérieur

Confort =

Haute technologie et forte consommation?

NON!Un excellent confort

peut être obtenu avec une faible consommation

87

Exercice supplémentaire 2.6

Un bâtiment de surface au sol 10 x 10 m2 et de hauteur 10 m comporte une série d'ouvertures à sa base (total 5 m2) et en toiture (total 5 m2). La différence de hauteur moyenne entre les deux séries d'ouvertures est de 9 m.

Questions: Quel sera le débit d'air dû à l'effet de cheminée ? Quelle est la puissance de chauffage nécessaire à compenser la

perte thermique correspondante ?

Conditions: int = 20 °C, ext = 0 °C, pas de vent