Directives de ventilation pour la conception

L'objectif de ces lignes directrices (Blomsterberg, 2000) [Réf. 6] est de guider les praticiens (principalement les concepteurs de systèmes CVC et les gestionnaires d'immeubles, mais aussi les maîtres d'ouvrage et les utilisateurs) sur la manière de mettre en place des systèmes de ventilation performants en 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 de leur cycle de vie : conception, construction, mise en service, exploitation, maintenance et déconstruction.

Les conditions préalables suivantes sont nécessaires pour une conception basée sur les performances d'un système de ventilation :

• Des spécifications de performance (concernant la qualité de l'air intérieur, le confort thermique, l'efficacité énergétique, etc.) ont été spécifiées pour le système à concevoir.
• Une perspective du 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 spécifiques du projet (voir chapitre 7.1), en utilisant 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/refroidissement, afin de garantir le bon fonctionnement du bâtiment fini, équipé de systèmes de chauffage, de refroidissement et de ventilation. Enfin, et surtout, le gestionnaire du bâtiment doit être consulté sur ses souhaits spécifiques. Il sera responsable du fonctionnement du système de ventilation pendant de nombreuses années. Le concepteur doit donc déterminer certains facteurs (propriétés) du système de ventilation, conformément aux spécifications de performance. Ces facteurs (propriétés) doivent être choisis de manière à ce que le système global présente le coût de cycle de vie le plus bas 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)
• Frais d'entretien (changement des filtres, nettoyage des conduits, nettoyage des appareils terminaux d'air, etc.)

Certains facteurs (propriétés) couvrent des domaines dans lesquels des exigences de performance devraient être introduites ou renforcées prochainement. Ces facteurs sont :

• Concevoir avec 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

Conception avec un cycle de vie perspective 

Les bâtiments doivent être durables, c'est-à-dire qu'un bâtiment doit, tout au long de sa durée de vie, avoir un impact minimal sur l'environnement. Différentes catégories d'acteurs, comme les concepteurs et les gestionnaires d'immeubles, en sont responsables. Les produits doivent être évalués dans une perspective de cycle de vie, en tenant compte de tous les impacts sur l'environnement tout au long de leur cycle de vie. Dès le début, le concepteur, l'acheteur et l'entrepreneur peuvent faire des choix respectueux de l'environnement. Un bâtiment est composé de plusieurs composants ayant des durées de vie variables. Dans ce contexte, la maintenabilité et la flexibilité doivent être prises en compte, car l'utilisation d'un immeuble de bureaux, par exemple, peut changer plusieurs fois au cours de sa vie. Le choix du système de ventilation est généralement fortement influencé par les coûts, c'est-à-dire généralement les coûts d'investissement et non les coûts du cycle de vie. Cela implique souvent un système de ventilation qui répond juste aux exigences du code du bâtiment avec un coût d'investissement minimal. Le coût d'exploitation d'un ventilateur, par exemple, peut représenter 90 % du coût du cycle de vie. Les facteurs importants relatifs à la perspective du cycle de vie sont :
Durée de vie.

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

Une méthode simple utilisée pour l'analyse du coût du cycle de vie consiste à calculer la valeur actuelle nette. 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 d'environnement sont recalculés pour correspondre au coût actuel (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. Il est dans une certaine mesure pris en compte en incluant l'énergie. Les calculs du 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 tout au long de son cycle de vie se situe pendant cette période, à savoir le chauffage/refroidissement des locaux, la ventilation, la production d'eau chaude, l'électricité et l'éclairage (Adalberth 1999) [Réf. 25]. En supposant une durée de vie d'un bâtiment de 50 ans, la période d'exploitation peut représenter 80 à 85 % de la consommation totale d'énergie. Les 15 à 20 % restants sont destinés à la fabrication et au transport des matériaux de construction.

Concevoir pour une utilisation efficace des électricité pour la ventilation 

L'utilisation de l'électricité d'un système de ventilation est principalement déterminée par les facteurs suivants : • Les chutes de pression et les conditions de débit d'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 intéressantes :

• Optimiser la disposition générale du système de ventilation, par exemple minimiser le nombre de coudes, de diffuseurs, de changements de section, de pièces en T.
• Passez à un ventilateur avec une efficacité plus élevée (par exemple, entraînement direct au lieu d'entraînement par courroie, moteur plus efficace, pales courbées vers l'arrière au lieu de pales courbées vers l'avant).
• Réduire la perte de charge au niveau de la liaison ventilateur – gaine (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, des pièces en T.
• Installer 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 temps de fonctionnement sont bien sûr également importants pour l'utilisation globale de l'électricité pour la ventilation.

Afin de montrer la différence entre un système avec de très faibles pertes de charge et un système avec la pratique courante jusqu'à présent, un « système efficace », SFP (puissance spécifique du ventilateur) = 1 kW/m³/s, a été comparé à un « système normal », SFP = entre 5,5 et 13 kW/m³/s (voirTableau 9). Un système très efficace peut avoir une valeur de 0,5 (voir chapitre 6.3.5 ).

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

Conception pour de faibles niveaux sonores 

Pour concevoir un système à faibles niveaux sonores, il est essentiel de commencer par concevoir un système à faibles niveaux de pression. Ainsi, un ventilateur fonctionnant à basse fréquence peut être choisi. De faibles pertes de charge peuvent être obtenues grâce aux moyens suivants :

• Faible vitesse de l'air, c'est-à-dire grandes dimensions du conduit
• Réduire au minimum le nombre de composants avec des chutes de pression, par exemple les changements d'orientation ou de taille des conduits, les amortisseurs.
• Minimiser la chute de pression sur les composants nécessaires
• Bonnes conditions d'écoulement aux entrées et sorties d'air

Les techniques suivantes pour contrôler les flux d’air sont adaptées, en tenant compte du bruit :

• Contrôle de la fréquence de rotation du moteur
• Modification de l'angle des pales des ventilateurs axiaux
• Le type et le montage du ventilateur sont également importants pour le niveau sonore.

Si le système de ventilation ainsi conçu ne répond pas aux exigences acoustiques, il est fort probable que des atténuateurs acoustiques soient intégrés à la conception. N'oubliez pas que le bruit peut pénétrer par le système de ventilation, par exemple 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 routines de suivi des mesures et des alarmes déterminent les possibilités d'assurer le bon fonctionnement du système de chauffage, de climatisation et de ventilation. Un fonctionnement optimal du système CVC exige la surveillance séparée des sous-processus. C'est souvent la seule approche pour détecter de légers écarts dans un système qui, à eux seuls, n'augmentent pas suffisamment la consommation d'énergie pour déclencher une alarme (par des niveaux maximum ou des procédures de suivi). Un problème avec un moteur de ventilateur, par exemple, n'est pas comptabilisé dans la consommation totale d'énergie électrique nécessaire au fonctionnement d'un bâtiment.

Cela ne signifie pas que chaque système de ventilation doit être surveillé par un système de gestion technique des bâtiments (GTB). Un GTB est recommandé pour tous les systèmes, sauf les plus petits et les plus simples. Pour un système de ventilation très complexe et de grande taille, un GTB est probablement nécessaire.

Le niveau de sophistication d'un BMS doit correspondre au niveau de connaissances du personnel opérationnel. La meilleure approche consiste à établir des spécifications de performance détaillées pour le BMS.

7.3.5 Conception pour l'exploitation et entretien
Afin de garantir un fonctionnement et une maintenance corrects, des instructions d'utilisation et de maintenance 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 de ventilation doivent être suffisamment grands et bien éclairés. Les différents composants du système de ventilation (ventilateurs, registres, etc.) doivent être facilement accessibles.
• Les systèmes doivent être marqués avec des informations sur le fluide dans les tuyaux et les conduits, le sens d'écoulement, etc. • Le point de test pour les paramètres importants doit être inclus

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

Consultez les discussions, les statistiques et les profils d'auteurs pour cette publication sur : 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 des auteurs de cette publication travaillent également sur ces projets connexes :
Étanchéité à l'air des bâtiments
CLIMATISATION PASSIVE : FCT PTDC/ENR/73657/2006