Choisir le système de ventilation dans les classes
© Architecture et climat 2023.
- Air neuf
- Air rejeté
- Prise d’air extérieur
- Bouches de pulsion
- Reprise d’air via grille de transfert
- Réseau de gainage
- Bouches d’extraction
- Silencieux
- Ventilateur
- Récupérateur de chaleur
- Filtres
L’objectif principal de la ventilation des salles de classe est de créer des conditions environnementales intérieures qui réduisent le risque de problèmes de santé chez les élèves et minimisent leur inconfort, afin d’éliminer tout effet négatif sur l’apprentissage.
Des expériences récentes montrent que des taux de ventilation inadéquats dans les salles de classe peuvent entraîner une prévalence élevée de symptômes de santé aigus, réduire la vitesse à laquelle les tâches linguistiques et mathématiques typiques du travail scolaire sont exécutées par les élèves, et peut réduire les progrès de l’apprentissage tels que mesurés par le nombre d’élèves qui réussissent les tests standard de mathématiques et de langues. Elle peut également accroître l’absentéisme, ce qui est susceptible d’avoir des conséquences négatives sur l’apprentissage. Ces effets donnent lieu à des coûts socio-économiques importants.
Malgré cet ensemble croissant de preuves, la plupart des données publiées dans la littérature scientifique indiquent que la ventilation des salles de classe dans de nombreuses écoles est encore inadéquate et que les taux d’apport d’air extérieur dans les écoles sont considérablement plus faibles que dans les bureaux, voire dans de nombreux cas plus faibles que ceux observés dans les habitations.
Quel débit choisir dans une classe ?
Les taux de ventilation sont réglementés par le code de bien-être au travail et par des arrêtés royaux. Le minimum régional imposé par la PEB est clair, il vise un débit de 22 m3/h par personne. Le code du bien-être au travail demande quant à lui minimum 40 m3/h par personne, ce qui permet d’atteindre moins de 800 PPM dans une classe de taille moyenne (24 enfants). Cependant, le deuxième chiffre clé de la directive est le seuil limite de 900 PPM. Assurer un débit de 32m3/h par personne permet de supposer celui-ci respecté.
La directive du code du bien-être au travail propose également une dérogation pour pouvoir se limiter à un débit de 25 m3/h ou 1200 PPM. Cette dérogation demande une analyse de risques des polluants dans la classe et un plan d’action sur quelques années. Les sources de polluants sont nombreuses dans les classes (colles, revêtements, peintures, produits d’entretien…), rendant cette dérogation difficilement applicable. Si toutefois, vous envisagez une telle dérogation, adressez-vous au conseiller en prévention compétent.
Performances du système double-flux
Seul des systèmes de ventilation mécanique à double flux permettent de respecter ces débits réglementaires. Grâce à une récupération de la chaleur des flux sortants, le système D limite l’inconfort et les besoins de chauffe dans les classes, le rendant particulièrement adapté à la démarche zéro-carbone.
Le système de ventilation double flux, c’est-à-dire équipé d’une pulsion et d’une extraction mécanique ainsi qu’un échangeur de chaleur, est le meilleur en terme de maîtrise des débits dans les locaux.
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- Air neuf
- Air rejeté
- Air vicié
Ce système est pratiquement indispensable dans les écoles en site urbain.
La distribution de l’air neuf est assurée par un réseau de conduits placé par exemple dans les faux plafonds des zones de circulation.
La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque classe est obtenue par une ou plusieurs bouches, soit murales, soit plafonnières.
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- Classe
- Couloir
L’extraction et le transfert se font comme pour le système simple flux. Vu l’importance des débits mis en jeu, l’extraction peut ne pas se limiter aux seuls sanitaires et se distribuer sur une partie des espaces de circulation, ceci pour éviter des courants d’air dans les sanitaires. Dans certains cas, l’extraction (ou une partie de celle-ci) pourra se faire directement dans les classes.
Concrètement, le choix du double flux par rapport au simple flux sera guidé par :
- le souhait de garantir une répartition correcte des flux d’air,
- le besoin de se protéger de l’ambiance extérieure (bruit et pollution),
- le souhait de récupérer l’énergie de l’air extrait par un récupérateur de chaleur,
le besoin d’augmenter la température de l’air neuf.
Comme dit précédemment, la principale difficulté réside en l’encombrement des réseaux, qu’il n’est pas toujours possible d’intégrer dans un bâtiment existant. Dans certain cas, une décomposition du bâtiment en différentes zones équipées chacune de leur propre groupe et réseau de ventilation peut simplifier le problème : une ventilation avec pulsion et extraction mécanique là où c’est possible, une simple extraction ailleurs.Il peut aussi être préférable d’opter pour des systèmes D de ventilation décentralisés, limitant l’encombrement causé par les gaines et les consommations électriques.
Pour les principes généraux sur les systèmes centralisés/décentralisés, consultez la page suivante: Choisir un système de ventilation centralisé ou décentralisé
Si vous souhaitez aller plus loin dans la gestion de la ventilation afin de prévenir la dispersion d’agents pathogènes, n’hésitez à consulter l’article réalisé en juillet 2020 durant la pandémie du COVID-19.
Ventilation décentralisée ou centralisée dans la classe?
| Avantages |
Ventilation décentralisée
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Ventilation centralisée
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| Inconvénients |
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Que prévoir comme régulation?
- Une régulation sur base d’un horaire par local, pour éviter toute consommation en soirée et week-end. Pour affiner cela, possibilité d’une modulation du débit sur base d’une mesure CO² par classe, ce qui est bien plus simple dans un système décentralisé : en cas d’absences, de travail en plus petits groupes ou autres, réduire le débit permet d’éviter un air trop sec et de limiter le bruit généré par le système de ventilation.
- Si possible : une modulation du débit dans la programmation, pour éviter le tout ou rien, car un fonctionnement à pleine charge risque d’être bruyant.Par exemple, demander un démarrage à débit réduit pour une concentration CO² de 500ppm, avec une montée progressive jusqu’au débit de dimensionnement lorsque la concentration atteint la cible de 900ppm.
- Avoir une possibilité de dérogation (on/off) par local, moyennant une action simple de l’utilisateur, est recommandée. Cela permet de répondre à des besoins ponctuels imprévisible, et évite bien des frustrations. Une fonction de retour à la normale après un temps raisonnable doit évidemment suivre la dérogation.
- Modifier la régulation pour la belle saison : ne démarrer par exemple que lorsque la concentration intérieure atteint le seuil de 900ppm. En combinant cette mesure à un message vers les enseignants du type “il fait beau, on ouvre les fenêtres ! “. L’idée étant d’éviter la consommation d’énergie liée aux ventilateurs ne laissant aux occupants la gestion de la qualité de l’air que par l’ouverture des fenêtres, la VMC restant en « backup » si, pour une raison ou l’autre, la qualité d’air n’est pas suffisante.Placer un afficheur CO² dans les classes peut être utile en soutient à la responsabilisation des occupants.
A ne pas oublier : les classes sont souvent sujettes à la surchauffe en fin de printemps et dans les premières semaines de l’année. Le décalage du calendrier scolaire vers le mois d’août va renforcer ce risque. Pour limiter cela, il faut pouvoir combiner des protections solaires et l’ouverture des fenêtres, ce qui n’est pas toujours évident. Dès lors, une fonction « Free-Cooling » sur la VMC est utile : un enclenchement de la ventilation au débit correspondant à une classe occupée lorsque la température intérieure monte (25 … 26°C°) alors que la température extérieure reste agréable.
Enfin, pensez à exiger un système qui vous permette un suivi à distance : visualisation des courbes de débits brassés, de qualité d’air, température et humidité dans les classes, avec des alarmes programmables et, si possible, une possibilité de modification des paramètres de régulation à distance
Autres systèmes
Si la réalisation d’un système D n’est pas envisageable dans le projet de rénovation, il existe d’autres moyens pour ventiler la classe. Toutefois, ces stratégies sont nettement moins efficaces et ne permettront pas d’atteindre les débits réglementaires. De plus, sans système D, il n’y a pas de récupération de chaleur possible, ce qui accentuera sensiblement les besoins de chaleur de l’école et donc indirectement les factures liées à la consommation énergétique de chauffage.
Limites de la ventilation par ouverture des fenêtres
La ventilation par ouverture des fenêtres est bien souvent l’unique moyen de ventilation utilisé dans la majorité des écoles actuelles, malgré qu’elle réponde difficilement aux critères d’hygiène et de confort exigés :
- Le confinement de l’air d’une salle de classe normalement occupée et ventilée par ouverture des fenêtres aux intercours est atteint après un quart d’heure d’occupation. De plus, la ventilation est totalement liée à la bonne volonté des occupants.
- L’ouverture des fenêtres engendre d’importants mouvements d’air froid, ce qui rend quasiment impossible la ventilation continue en période d’occupation, c’est-à-dire pendant la production des polluants. Durant cette période les inétanchéités des fenêtres sont, par contre, insuffisantes pour assurer les débits d’air recommandés
Ventilation simple flux avec extraction sanitaire
Lorsque l’ambiance extérieure (bruit et pollution limités) le permet, la solution la plus simple à mettre en œuvre est le système simple flux avec extraction sanitaire.
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- Air neuf
- Air vicié
- L’air neuf est de préférence introduit dans les bureaux au moyen de grilles autoréglables placées en façade dans les menuiseries ou la maçonnerie.
Grille intégrée entre le vitrage et la menuiserie Grille verticale intégrée dans la menuiserie
- L’air vicié est évacué dans les sanitaires au moyen d’un ventilateur d’extraction.
- Les transferts d’air entre classes et sanitaires se font, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.
Grille de transfert d’air
Exemple
Dans une école du Brabant wallon, l’air neuf est introduit dans les classes par des ouvertures auto réglables et transféré sous les portes vers les sanitaires.
Les circuits d’extraction (conduits et ventilateurs) sont, dans la plupart des cas, communs à plusieurs niveaux. Ils sont généralement conçus suivant le principe du “parapluie”. Les conduits verticaux empruntent les gaines techniques également verticales et les conduits horizontaux passent dans l’épaisseur des faux plafonds. Ces ensembles desservent à chaque niveau une ou plusieurs zones sanitaires.
Étant donné l’absence de conduit de distribution vers chaque classe, l’espace nécessaire aux locaux techniques et aux conduits d’air est peu important. Ceci prend toute son importance en regard des hauteurs de faux plafonds qui n’ont pas à tenir compte du passage de conduits d’air.
Ce système appliqué aux écoles présente comme inconvénients :
- La nécessité d’un nombre important de grilles d’amenée d’air auto réglables : par exemple, une classe de 60 m² demande un débit de ventilation de : 8,6 [m³/h.m²] x 60 [m²] = 516 [m³/h]. Or le débit maximum obtenu par grille est de l’ordre de 30 à 180 m³/h par mètre courant (sous 2 Pa). Il faut donc intégrer de 5 à 20 m de grilles dans la façade, ce qui n’est pas toujours évident. Une alternative est d’utiliser ne fenêtre robotisée comme amenée d’air.
- La transmission de bruit possible au travers des grilles de transfert.
- Le risque de courants d’air froid dus au débit d’air frais introduit dans la classe. L’utilisation de fenêtres robotisées, basée sur une sonde CO², permettrait de moduler le débit aux besoins réels, réduisant (un peu) le risque de courant d’air. On peut même envisager de coupler cette robotisation à une sonde d’absence et une horloge, pour assurer une ventilation maximale pendant les récréations.
- Le risque de perturbation du flux d’air en fonction de l’ouverture des fenêtres et des portes.
- L’absence de filtration de l’air neuf en milieu urbain.
A lire également afin d’aller plus loin sur cette thématique : Les différents systèmes de ventilation expliqué aux responsables énergie
