Connaître les paramètres principaux [ventilation]
Débits
Annexe C3 de la PEB
En région wallonne, depuis le 1er mai 2010, tous les bâtiments neufs et assimilés doivent répondre à des exigences particulières. Les bâtiments non résidentiels (hors habitation et appartement) doivent respecter l’Annexe C3 de la PEB (elle-même basée sur la norme européenne EN 13 779:Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation. Celle-ci impose une qualité d’air au moins égale à la catégorie INT 3 (débit minimum de 22 m³ par heure et par personne).
De plus, elle impose un taux d’occupation minimum (m² par personne) à prendre en compte pour le dimensionnement en fonction de l’usage de la pièce.
Pour déterminer le débit d’air neuf minimal à assurer dans chaque local, il faut donc multiplier le taux d’occupation (de conception ou minimum imposé) par le débit de ventilation (INT 3 minimum).
Finalement, il faut respecter un débit de conception minimal pour les sanitaires : 25m³/h par wc ou urinoir ou 15m²/h par m² de surface si le nombre de wc n’est pas connu lors du dimensionnement. un débit de 5m³/h par m² est à définir pour les douches et salles de bain avec un minimum de 50m³/h
L’Arrêté royal fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre (anciennement RGPT)
La dernière version de cet Arrêté royal ne prescrit plus un renouvellement d’air minimum par travailleur mais stipule que la concentration de CO2 doit resté inférieur à 900 ppm dans des locaux de travail normaux. Ainsi, l’exigence est placée sur le résultat attendu et plus le moyens. Pour atteindre ce résultat, si on considère qu’une personne expire 20 litres de CO2 par heure cela induit une renouvellement d’air de 25 m³/h par personne pour un air extérieur à 400 ppm de base. Les débits « exigés » sont donc assez bien augmentés ! Mais attention à tenir compte du taux d’absence, pour une salle de réunion par exemple.
Source : SPF Emploi, Directive pratique « Qualité de l’air intérieur dans les locaux de travail », version du 2 mai 2019 ((https://emploi.belgique.be/sites/default/files/content/documents/Bien-être%20au%20travail/Fichiers%20thémes/Directive%20pratique%20Qualité%20de%20l’air%20intérieur%20dans%20les%20locaux%20de%20travail%20%281%29.pdf))
Équilibre amenée d’air neuf – évacuation d’air vicié
Le débit total pour l’alimentation correspond à la somme des débits d’alimentation de conception du bâtiment et, de même, le débit total pour l’évacuation correspond à la somme des débits d’évacuation du bâtiment.
Dans les bâtiments tertiaires (immeubles de bureaux, écoles, …), on retrouve souvent une grande quantité de locaux dits « à pollution non spécifique » (bureaux), par rapport au nombre de sanitaires. Dans ce cas, le débit d’air neuf à introduire dans le bâtiment est nettement plus important que les débits à extraire recommandés dans les sanitaires.
Ni la norme NBN D50-001 (relative aux logements), ni la réglementation wallonne n’imposent d’équilibrer les débits d’extraction et d’amenée d’air. C’est cependant le moyen de garantir que les débits d’air neuf prévus soient effectivement introduits dans le bâtiment : l’air ne rentrera pas s’il ne peut sortir !
La norme et la réglementation doivent donc être considérées comme une ligne de conduite reprenant les exigences minimales à respecter. Les débits de conception doivent être au minimum identiques au débits exigés mais peuvent être augmenter pour équilibrer le système.
On peut par exemple fixer des débits d’extraction supplémentaires, pour correspondre au débits d’alimentation, dans des espaces sans débits minimum recommandés comme les cagibis, dressing, locaux techniques, réserves et stockage, etc.).
Dans la mesure du possible, il faut donc essayer d’équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, tout en laissant un léger surplus d’amenée d’air par rapport à l’extraction pour maintenir le bâtiment en surpression et éliminer les entrées d’air parasites. Pour donner un ordre de grandeur, on peut imaginer le critère suivant, fixant un rapport entre le débit de pulsion et d’extraction à atteindre :
(débit de pulsion – débit d’extraction) < (n x volume du bâtiment)
où n est le taux d’infiltration d’un bâtiment. On peut alors imaginer que l’excès de pulsion d’air pourra s’échapper du bâtiment par les inétanchéités.
Il faut cependant éviter de trop surdimensionner les extractions sanitaires sous peine de risque de courants d’air et d’inconfort dans ces derniers. On peut, dès lors :
- Disposer des évacuations d’air complémentaires dans les circulations ou des locaux annexes comme des réserves, …
Extraction dans les sanitaires et les couloirs.
- Équiper les locaux demandant des débits d’air neuf plus importants (salles de séminaire, salles de réunion) de leur propre extraction.
Extraction dans les sanitaires et les salles de réunion.
Ces deux pistes ont également comme avantage de permettre un meilleur contrôle de la distribution de l’air dans le bâtiment et de s’assurer que le cheminement de l’air ne soit pas aléatoire.
En dernier recours, un déséquilibre peut être assumé. Pour autant qu’il n’excède pas trop la capacité d’évacuation d’air par les inétanchéité, il n’aura pas d’impact majeur sur la capacité du réseau de pulsion à assurer le débit minimum attendu. La distribution d’air dans le bâtiment sera par contre difficile à prévoir, puisqu’elle dépendra de la distribution des inétanchéités de l’enveloppe. Des phénomènes de courant d’air peuvent aussi survenir lors d’ouvertures de portes ou fenêtres.
| Un tel système de ventilation sans équilibrage a été mis en œuvre dans le bâtiment PROBE du CSTC à Limelette. |
Perte de charge de base
La méthode principale de dimensionnement des réseaux de ventilation mécanique consiste à fixer une perte de charge linéaire constante (par exemple : 1 Pa/m) dans le tronçon le plus défavorisé.
À partir de cette valeur, en tenant compte du débit véhiculé par chaque branche du réseau et de la pression nécessaire au niveau des bouches, on pourra calculer pour chaque tronçon :
- la section du conduit,
- la vitesse de l’air,
- la perte de charge.
Les pertes de charge de tout le réseau (conduits rectilignes, coudes, tés, …) sont alors additionnées aux pertes de charge des accessoires (batteries, filtres, prise d’air, ….) pour dimensionner le ventilateur.
Remarquons que, pour simplifier le calcul des réseaux complexes, on peut aussi se fixer une perte de charge dans tout le réseau et en déduire directement les diamètres des conduits. Le réseau ainsi constitué ne sera pas directement équilibré et devra être équipé d’organes de réglage.
| Pour en savoir plus sur l’équilibrage des réseaux de distribution : cliquez ici ! |
Comme on le voit, c’est le choix de la vitesse ou de la perte de charge de départ qui conditionne le diamètre des conduits, donc, les pertes de charge totales, la consommation du ventilateur et l’investissement final.
Un compromis doit être trouvé entre consommation et investissement.
Exemple : le réseau suivant doit véhiculer un débit total de 12 600 m³/h.
| Pour visualiser le dimensionnement complet de ce réseau suivant les méthodes de la perte de charge et de la vitesse constante, cliquez ici ! |
Voici les résultats du dimensionnement du réseau suivant la méthode de la perte de charge linéaire constante et suivant la méthode de la vitesse d’air constante :
|
Méthode de la perte de charge linéaire constante dans le tronçon le plus défavorisé (de A à a) |
|||
|
Perte de charge linéaire de base choisie [Pa/m] |
0,5 | 1 | 1,5 |
| Vitesse d’air max [m/s]. | 6,7 | 8,85 | 10,4 |
| Vitesse d’air min [m/s]. | 4,49 | 5,93 | 6,97 |
| Hauteur manométrique du ventilateur [Pa]. | 176 | 208 | 240 |
| Consommation (pour un fonctionnement de 3 000 h/an) [kWh/an]. | 2 835 | 3 352 | 3 869 |
| Facture énergétique (à 0,16 €/kWh) [€/an]. | 453,6 | 536,3 | 619 |
| Surface de conduits [m²]. | 114 | 101 | 94 |
| Investissement (à 27,5 €/m²) [€]. | 3 122,6 | 2 773 | 2 589,9 |
| Coût sur 10 ans [€]. | 7 658,6 | 8 136 | 8 779,9 |
| Coût relatif entre les solutions. | 100 % | 106 % | 115 % |
Par cet exemple, on constate que la valeur de 1 Pa/m choisie comme base de dimensionnement, peut être considérée comme une valeur maximum que l’on peut préciser dans le cahier des charges, les 6 % de différence avec la solution basée sur 0,5 Pa/m étant tempérée par le coût de l’argent sur 10 ans, qui n’est pas pris en compte ici.
Ordres de grandeur et recommandations
Un moyen de vérifier la qualité énergétique du dimensionnement est de comparer les vitesses d’air ou les pertes de charge obtenues dans les différents tronçons aux valeurs suivantes :
- Vitesses maximums couramment admises pour limiter la production de bruit dans les conduits :
| Vitesses maximales admissibles au niveau du bruit dans un réseau de distribution d’air [m/s] | ||||
| Types de local | Conduit principal* | Dérivation | Grille, bouche | Entrée d’air |
| Chambre. | 7 | 2-4 | 0,5-2 | 1 |
| Bureau. | 7 | 2-4 | 1-2 | 1 |
* dépend de la distance des locaux occupés par rapport à la gaine principale.
- Vitesse maximum de l’air dans les conduits de ventilation imposée, dans certains cantons suisses, pour des raisons d’économie d’énergie. Notons que ces vitesses correspondent à une perte de charge de base inférieure à 1 Pa/m :
| Vitesse maximum de l’air autorisée dans le canton de Zurich | |
| Débit maximum | Vitesse maximum de l’air |
| < 1 000 [m³/h] | 3 [m/s] |
| < 2 000 [m³/h] | 4 [m/s] |
| < 4 000 [m³/h] | 5 [m/s] |
| < 10 000 [m³/h] | 6 [m/s] |
| > 10 000 [m³/h] | 7 [m/s] |
- Pertes de charge maximum recommandées par SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes) pour l’ensemble d’un réseau de ventilation, ce qui comprend la pulsion, l’extraction et l’éventuelle récupération de chaleur :
| Recommandations SIA V382/3 : pertes de charge totales du système | |
| Pour toutes les installations. | 1 200 [Pa] |
| Pour les installations énergétiquement très performantes. | 900 [Pa] |
| À titre de comparaison, en moyenne dans les anciennes installations. | 1 500 à 2 000 [Pa] |
Paramètres de confort
Dans un nouveau projet, il est également important d’émettre des exigences en terme d’acoustique, de vitesse et de température d’air à respecter dans les zones de travail pour éviter que l’occupant ne condamne la ventilation pour des raisons d’inconfort. Ces exigences ont notamment une influence importante sur le choix des bouches de pulsion.
Bruit
Pour se prémunir des désagréments acoustiques liés aux installations de ventilation mécanique, il faut préciser dans le cahier des charges de la nouvelle installation, les exigences acoustiques que l’on désire obtenir dans les locaux, sachant que plus elles sont élevées, plus le silencieux sera important et donc les pertes de charge également.
Les exigences acoustiques peuvent être symbolisées par le niveau NR (Noise Rating) :
| Exigences acoustiques | |
| NR 20 – 30 | Condition de séjour, de repos, de sommeil dans les chambres, … |
| NR 30 – 35 | Bonnes conditions d’écoute dans les bureaux de direction, consultation, … |
| NR 35 – 40 | Conditions d’écoute normales dans les grands bureaux, restaurants calmes, … |
| NR 40 – 45 | Conditions d’écoute modérées dans les laboratoires, restaurants, … |
On peut également imposer, dans les locaux, le niveau de pression acoustique maximum généré et/ou transmis par le système de ventilation. Voici les critères de conception proposés par la NBN EN 13779 (2007): Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Exigences de performances pour les systèmes de ventilation et de conditionnement d’air : suivant le type de bâtiment ou de local :
| Type de bâtiment | Type de local |
Niveau de pression acoustique en dB(A) |
|
| Plage type |
Valeur par défaut | ||
| Résidentiel | salle de séjour | 25-40 | 32 |
| chambre | 20-35 | 26 | |
| Établissements dédiés aux enfants |
écoles maternelles, crèches | 30-45 | 40 |
| Lieux publics | auditoriums | 30-35 | 33 |
| bibliothèques | 28-35 | 30 | |
| cinémas | 30-35 | 33 | |
| tribunaux | 30-40 | 35 | |
| musées | 28-35 | 30 | |
| Lieux commerciaux | magasins de détail | 35-50 | 40 |
| grands magasins | 40-50 | 45 | |
| supermarchés | 40-50 | 45 | |
| grandes salles d’ordinateurs | 40-60 | 50 | |
| petites salles d’ordinateurs | 40-50 | 45 | |
| Hôpitaux | couloirs | 35-45 | 40 |
| salles d’opération | 30-48 | 40 | |
| salles de consultation | 25-35 | 30 | |
| chambre de nuit | 20-35 | 30 | |
| chambre de jour | 25-40 | 30 | |
| Hôtels | accueil | 35-45 | 40 |
| salles de réception | 35-45 | 40 | |
| chambres (pendant la nuit) | 25-35 | 30 | |
| chambres (pendant le jour) | 30-40 | 35 | |
| Bureaux | petits bureaux | 30-40 | 35 |
| salles de conférence | 30-40 | 35 | |
| bureaux paysagés | 35-45 | 40 | |
| bureaux compartimentés (cabines) | 35-45 | 40 | |
| Restauration | cafétéria | 35-50 | 40 |
| restaurants | 35-50 | 45 | |
| cuisines | 40-60 | 55 | |
| Écoles | salles de classe | 30-40 | 35 |
| couloirs | 35-50 | 40 | |
| gymnases | 35-45 | 40 | |
| salle des professeurs | 30-40 | 35 | |
| Sport | stades couverts | 35-50 | 45 |
| piscines | 40-50 | 45 | |
| Général | toilettes | 40-50 | 45 |
| vestiaires | 40-50 | 45 | |
Vitesse et température d’air
Pour éviter les sensations de « courant d’air » ou de « masse d’air » dans la zone d’occupation, la diffusion de l’air doit respecter les performances suivantes (issues de la norme DIN 1946 et de la pratique) :
|
Grandeurs à respecter |
Où ? |
Combien ? |
| Vitesse de l’air. | Zone d’occupation (à 1,8 m de haut). |
max : 0,2 m/s. |
| Le long des murs (à 1,8 m de haut). |
max : 0,4 m/s. | |
| Écart de température dans l’ambiance. | Zone d’occupation. | max : + 1,5°C (chauffage). |
| Zone d’occupation. | max : – 1°C (en refroidissement). |
