Ventilation Archives - Energie Plus Le Site

Publié par : Sylvie Rouche 12 Mar, 2023

Un Système C de ventilation dans les nouvelles classes de l’institut Sainte-Marie à Jambes

Le trio gagnant: isolation + étanchité + ventilation

« Si par le passé, on se fiait aux fuites d’air pour assurer la ventilation des petits bâtiments, le perfectionnement des méthodes de construction, telle la pose de fenêtres plus tanches, de pare-vapeur continus, ainsi qu’un plus grand souci du détail, ont augmenté l’étanchéité à l’air des bâtiments. Les fuites d’air ne constituent donc plus une source de ventilation suffisante pour répondre aux besoins de ventilation, dans le cas des bâtiments récent et/ou rénovés. »
Jean-Marie Hauglustaine et Francy Simon, « La ventilation et l’énergie – guide pour les architectes », P.11

Dans cette logique d’étanchéisation des bâtiments qui permet un meilleur contrôle du climat intérieur, la ventilation fait partie d’un trio indissociable :

Le trio gagnant :

Isolation thermique ;
Etanchéité à l’air ;
Ventilation contrôlée.

+

Favoriser les apports solaires gratuits tout en évitant la surchauffe.

La qualité de l’enveloppe

La meilleure énergie est celle que l’on utilise pas.
Au plus l’enveloppe est performante, au plus les besoins en énergie sont réduits.

Et la PEB ? En cas de rénovation d’une PEN…

La réglementation PEB prévoit des exigences de ventilation pour tous types d’unités PEB quelle que soit la destination (résidentielle ou non-résidentielle) et la nature des travaux applicables.

DESTINATION	NATURE DES TRAVAUX	REFERENCE REGLEMENTAIRE
	Mise en place d’un système de ventilation complet soit : Alimentation et évacuation naturelle ; Alimentation et mécanique ; Alimentation naturelle, évacuation mécanique ; Alimentation et évacuation mécanique. Les dispositifs de ventilation installés doivent permettre d’assurer les débits requis tant en alimentation qu’en évacuation et ce, dans tous les espaces, qu’ils soient destinés à l’occupation humaine ou non. NB : Dans les espaces destinés à l’occupation humaine, les débits d’alimentation doivent obligatoirement être réalisés avec de l’air neuf. Par contre, dans les locaux non destinés à l’occupation humaine, il est permis d’alimenter en air transféré sous certaines conditions.	Pour les locaux existants où des châssis de fenêtres ou de portes extérieurs sont placés ou remplacés, seules les exigences de ventilation relatives aux amenées d’air sont applicables. Pour les locaux situés en extension, mise en place de dispositifs de ventilation permettant d’assurer les débits requis tant en alimentation qu’en évacuation et ce, dans tous les espaces, qu’ils soient destinés à l’occupation humaine ou non. NB : Il est permis de faire mieux que la réglementation en prévoyant un système de ventilation complet.	*Annexe C3 – VHN de l’arrêté qui fait référence, notamment, à la norme NBN EN 13779 : 2004.**

DESTINATION

NATURE DES TRAVAUX

REFERENCE REGLEMENTAIRE

Neuf et assimilé

Changement de destination

Rénovation simple

Rénovation importante

Mise en place d’un système de ventilation complet soit :

Alimentation et évacuation naturelle ;
Alimentation et mécanique ;
Alimentation naturelle, évacuation mécanique ;
Alimentation et évacuation mécanique.

Les dispositifs de ventilation installés doivent permettre d’assurer les débits requis tant en alimentation qu’en évacuation et ce, dans tous les espaces, qu’ils soient destinés à l’occupation humaine ou non.

NB : Dans les espaces destinés à l’occupation humaine, les débits d’alimentation doivent obligatoirement être réalisés avec de l’air neuf. Par contre, dans les locaux non destinés à l’occupation humaine, il est permis d’alimenter en air transféré sous certaines conditions.

Pour les locaux existants où des châssis de fenêtres ou de portes extérieurs sont placés ou remplacés, seules les exigences de ventilation relatives aux amenées d’air sont applicables.

Pour les locaux situés en extension, mise en place de dispositifs de ventilation permettant d’assurer les débits requis tant en alimentation qu’en évacuation et ce, dans tous les espaces, qu’ils soient destinés à l’occupation humaine ou non.

NB : Il est permis de faire mieux que la réglementation en prévoyant un système de ventilation complet.

Annexe C3* – VHN de l’arrêté qui fait référence, notamment, à la norme NBN EN 13779 : 2004.

Lien vers les textes réglementaires : Réglementation PEB à partir du 11/03/2021 – Site énergie du Service public de Wallonie.

Pour les dispositifs de ventilation des immeubles non résidentiels destins à l’usage humain – tels que les écoles – la classification de base de la qualité de l’air intérieure est reprise dans le tableau ci-dessous :

CATEGORIE	DESCRIPTION	CLASSIFICATION PAR LE NIVEAU E CO₂ Niveau de co₂ au-dessus du niveau de l’air fourni en [ppm]	VALEUR PAR DEFAUT
INT 1	Qualité d’air intérieur excellente	< 400	350
INT 2	Qualité d’air intérieur moyenne	400 – 600	500
INT 3	Qualité d’air intérieur modérée	600 – 1 000	800
INT 4	Qualité d’air intérieur basse	> 1 000	1 200

Lors du dimensionnement des systèmes de ventilation, le débit de conception ne peut pas âtre inférieur au débit minimal correspondant à la catégorie d’air INT3, qui correspond à 75 à 80 % de personnes satisfaites par la qualité de l’air.

Un aspect essentiel d’une installation de ventilation est la détermination du taux de renouvellement d’air ventilé. Pour maximiser les économies d’énergie, il faut réduire autant que possible le taux de renouvellement d’air durant la période de chauffe et, en été, utiliser le refroidissement de nuit, par une surventilation du bâtiment. La ventilation doit néanmoins rester suffisante afin d’empêcher l’accumulation d’agents contaminants dans l’air intérieur et de permettre aux occupants de respirer, de façon à assurer la bonne santé des occupants.

Système C

	Amenée d’air naturelle Extraction d’air naturelle
	Apport d’air mécanisé Extraction d’air naturel
	Amenée d’air naturelle Extraction mécanisée
	Amenée d’air mécanisé Extraction mécanisée (+ échangeur de chaleur)

Dimensionnement

L’apport d’air neuf extérieur se fait dans ce cas-ci par une série répétée d’ouvertures d’amenée d’air réglables (AOR) sur châssis avec un débit de 100 m³/h/m sous 20 Pa

Etant donné que la façade se déploie sur plus de 70 m de long et que l’ensemble de la toiture est percée en continu sur toute sa longueur et sur ses deux côtés pour accueillir un ensemble de baies vitrées afin de faire pénétrer la lumière sous les toits du bâtiment, il y a un potentiel théorique de débit nominal de 70 m X 100 m³ / h /m, soit 7 000 m³.

L’aérateur de fenêtre auto-réglable à rupture thermique est un profil en aluminium doté d’une série de perforations de 2,9 X 20,3 mm de manière à servir de moustiquaire anti-insectes. Le profil perforé est totalement amovible, ce qui permet à l’aérateur d’être nettoyé complètement à la brosse ou à l’aspirateur.

Le profilé perforé constitue une faiblesse au niveau de la performance thermique du châssis. En effet, la valeur U du profil est de 3,0 W/m²K. Cette pièce d’aération a une hauteur de 92 mm. Cette faiblesse thermique engendrée par le profilé doit être au maximum compensée par les performances thermiques du reste du vitrage afin que l’ensemble du châssis (système d’aération compris) rencontre la performance demandée. Mais il ne faut également pas perdre de vue que que l’air entrant par ces grilles, ayant la même température que l’air extérieur, engendre des déperditions thermique dont il y a lieu de tenir compte. En période de chauffe, ce type de ventilation génère un apport d’air « froid » qui demande à être compensé au plus proche de ces pertes. Ce système, par ricochet, pèse sur le calcul global de la consommation énergétique du bâtiment étant donné que ces pertes occasionées par l’amenée d’air non pré-chauffé doivent être compensées ; ce qui n’est pas le cas dans avec un système de ventilation mécanique double flux avec récupération de chaleur. Dans chaque nouveau projet, une réflexion calculée sur les gains et les pertes permet d’étayer le choix vers tel ou tel système.

Comme le prévoit le cahier des charges, l’aérateur de fenêtre est de type autoréglable à rupture thermique et est prévu pour un montage sur vitrage.

Rupture thermique : Un profil porteur en plastique de haute qualité fait office de rupture thermique.
Autorégulation : pour éviter les courants d’air, un clapet autoréglable (exempt d’entretien) est appliqué dans le clapet de fermeture, ce qui rend l’aérateur autoréglable. Ce clapet réagit automatiquement aux différences de pression/à la force du vent et ne peut pas être manipulé par l’utilisateur.

Groupes de ventilation

Caisson extraction insonorisé de 470 m³/h.

Groupe de ventilation dans Aile A

Groupe de 1 845 m³/h avec sonde CO₂ anti retour.

Ce groupe gère la ventilation de 3 classes (dont une grande classe de 140 m²).

Groupe de ventilation dans Aile B

Groupe de 1 405 m³/h avec sonde CO₂ anti retour.

Ce groupe gère la ventilation (au niveau de l’extraction) de 3 classes et d’un 4ième local.

Un caisson d’extraction insonorisé réglable (0 -10 V)

Ce groupe est dédié à la nouvelle salle des professeurs. Son système 0-10 V permet de réguler manuellement l’extraction de l’air en fonction de la situation (variations météorologiques et/ou du taux d’occupation).

Comme le groupe est asservi à une sonde CO2 (en sortie), le système ne va tirer le dbit d’air nominal mais va s’adapter selon le taux de CO2. Il est préférable d’avoir une sonde CO2 pour chaque classe mais comme le groupe de ventilation est dédié à des locaux ayant la même affectation, il y a tout de même une logique cohérente au niveau de l’occupation des locaux.

La reprise d’air se fait au sein même du local via un réseau de gaines apparentes. Les flexibles jouent le rôle de silencieux.

Il y a une régulation temporelle plus un potentiomètre réglable manuellement qui permet la possibilité d’augmenté le débit en fonction de l’occupation.

Publié par : Marie Vander Meulen 12 Mar, 2023

Installation d’une ventilation double-flux à l’école communale de Wépion

Contextualisation des travaux

L’école communale de Wépion a entrepris des travaux de rénovation sur l’ensemble de ses bâtiments :

Source= https://www.le-nid.be/

La rénovation intérieure de partie dédiée à l’école maternelle
le remplacement de l’ensemble des châssis (lien vers l’article)
l’installation d’un système de ventilation double-flux
la rénovation des sanitaires

Le dossier bénéficie d’une subvention partielle du montant de l’investissement via le programme UREBA PWI qui a fait l’objet de l’appel à projet UREBA Exceptionnel 2019.

Dans le prolongement des travaux en toiture déjà réalisés et dans cette logique d’amélioration (thermique) de l’enveloppe, c’est à présent au tour des châssis d’être remplacés. Etant donné que les travaux d’isolation impliquent une prise en compte de l’étanchéité à l’air et qu’ils sont indissociables des travaux relatifs à la ventilation, un autre lot de ce chantier concerne la mise en place d’une ventilation.

Situation existante avant travaux

Pas de système de ventilation. (phrase)

Pas de plainte QAI mais point d’attention (voir dossier)

Statistique POE (sur les 25 élèves interrogés). Est-ce dû au fait que l’enveloppe (avant travaus) pas étanche à l’air?

VMC double-flux

« Une ventilation satisfaisante des locaux occupés, au moyen de l’air extérieur, est une exigence fondamentale pour obtenir des conditions environnantes acceptables à l’intérieur des bâtiments. Elle est, par conséquent, un élément essentiel de la conception d’un bâtiment et de ses équipements ».
Source : Guide bleu ventilation p 8.

Par le nombre et la surface de châssis remplacés, l’étanchéité du bâtiment a été renforcée. Par conséquence, un travail sur la ventilation hygiénique des locaux s’imposait.

Attention schéma double-flux, new photos Wépion

Norme et réglementation

L’Annexe C3-VHN de l’AGW PEB du 15/12/16 [GW -16- 2], et la norme NBN EN 13779 [IBN -07-1] définissent les exigences de ventilation pour les bâtiments non résidentiels destinés à l’usage humain. Les besoins de ventilation hygiénique de ces bâtiments varient en fonction de leur densité d’occupation, de l’utilisation du bâtiment, de la qualité de l’air intérieur demandée et de l’environnement extérieur.

La classification de base de la qualité de l’air intérieur est reprise dans le tableau ci-dessous.

Catégorie	Description	Classification par le niveau de CO₂ Niveau de CO₂ au -dessus du niveau de l’air fourni en [ppm]	Valeur par défaut [ppm]
INT 1	Qualité d’air intérieur excellente	< 400	350
INT 2	Qualité d’air intérieur moyenne	400 – 600	500
INT 3	Qualité d’air intérieur modérée	600 – 1 000	800
INT 4	Qualité d’air intérieur basse	> 1 000	1 200

Source : Guide bleu, p. 19.

Lors du dimensionnement des systèmes de ventilation, le débit de conception ne peut pas être inférieur au débit minimal correspondant à la catégorie d’air intérieur INT 3, qui correspond à 75 à 80 % de personnes satisfaites par la qualité de l’air. Dans les espaces destinés à l’occupation humaine, pour atteindre la catégorie d’air intérieur INT 3, il faut déterminer le nombre de personnes occupant un local et le multiplier par le débit de conception minimal correspondant à la catégorie d’air intérieur INT 3. Le débit de conception minimal dans les espaces destinés à l’occupation humaine doit être déterminé sur base du tableau ci-joint de la norme NBN EN 13779 (taux d’air neuf par personne).

Débit d’air neuf par personne
Catégorie	Zone non fumeur
Catégorie	Plage type	Valeur par défaut
INT 1	> 54	72
INT 2	36 – 54	45
INT 3	22 – 36	29
INT 4	< 22	18

On aboutit, ainsi, à un débit d’air neuf minimal de 22 m³/h par personne. Parallèlement à cette réglementation, la Réglementation Générale pour la Protection du Travail (RGPT) impose, dans tout local occupé par du personnel, que l’employeur prenne toutes dispositions pour qu’un débit d’air neuf de 30 m³/h par personne soit amené dans le local.

Extrait du tableau 11 de la norme NBN-13779 : 2004 qui fixe le taux d’air neuf par personne selon la catégorie de qualité d’air intérieur (ici, INT 3) :

Catégorie	Unité	Débit d’air neuf / personne
		Zone non-fumeurs		Zone fumeurs
		Plage type	Valeur par défaut	Plage type	Valeur par défaut
INT 3	m³/h par personne	22 – 36	29	43 – 72	58

Outil de simulation / Niveau de CO2 d’une classe

La Belgian Society for Occupational Hygiene est l’association scientifique belge pour l’hygiène du travail et met à disposition du grand public un outil de simulation sur la qualité de l’air d’un local en fonction de son volume, du taux d’occupation et du débit de ventilation de ce local.

Source : https://CO2sim.bsoh.be.

Régulation

la régulation de la qualité de l’air est assurée à un système de régulation de type IDAC6; ce qui correspond aux exigences du programme UREBA PWI 2019. Dans le cas l’installation de la VMC à l’école communale de wépion, chacun des quatres groupe de ventilation est asservie à une sonde CO2.

Catégorie	Description
INT – C1 (IDA-C1)	Sans régulation. Le système de fonctionne constamment. PAS AUTORISE !
INT – C2 (IDA-C2)	Régulation manuelle. Le système de fonctionne selon une commutation manuelle. PAS AUTORISE !
INT – C3 (IDA-C3)	Régulation temporelle. Le système de fonctionne selon un programme temporel donné.
INT – C4 (IDA-C4)	Régulation par l’occupation. Le système de fonctionne en fonction de la présence (commutateur d’éclairage, détecteur à infrarouge, …).
INT – C5 (IDA-C5)	Régulation par la présence (nombre de personnes). Le système de fonctionne en fonction de la présence de personnes dans l’espace.
INT – C6 (IDA-C6)	Régulation directe. Le système est régulé par des détecteurs mesurant les paramètres de l’air intérieur ou des critères adaptés (détecteurs de CO2, gaz mélangés, COV, …) Les paramètres utilisés doivent être adaptés à la nature de l’activité dans l’espace.

Types possibles pour la régulation de la qualité d’air intérieur (INT – C).
Source : PEB, page 210.

Dimensionnement adapté à la fonction des locaux

Selon la fonction du local (classe, cuisine, sanitaire), le dimensionnement de la VMC doit être adapté.

La superficie d’une classe-type est de plus ou moins 55 m ². (volume estimé à 150 m³) Sur base d’un nombre moyen d’occupants de 23 personnes (22 élèves + 1 adulte), la simulation du taux CO2 couvrant une période continue de 120 minutes dessine une courbe qui plafonne à la limite des 1 000 ppm. Le taux de renouvellement d’air pris en compte pour cette simulation est le débit de conception minimal réglementaire, soit 22 m³/(h.pers).

simulation VMC classe-type à l’école communale de Wépion

Le débit d’air prévu dans le réfectoire (+/- 140 m²) est de 2 000 m³/h.

En prenant les 22 m³/h de référence, le dimensionnement correspond à une occupation de la pièce par 90 personnes.

Les normes imposent un débit de conception minimal plus élevé pour les espaces dédiés aux sanitaires. Le débit de conception minimal dans les toilettes est de :

25 m³/h par WC (y compris les urinoirs)

15 m³/h par m² de surface au sol
si le nombre de WC n’est pas connu au moment du dimensionnement du système de ventilation.

Quatre groupe de ventilation gèrent la ventilation de l’école.

Groupe 1	4 780 m³/ h	7 classes (500 m³/h chacune) Local sieste Petit local polyvalent Salle informatique Secrétariat
Groupe 2	5 690 m³/ h	9 classes (500 m³/h chacune) Salle des professeurs Bureau de la direction
Groupe 3	3 240 m³/ h	Salle de gymnastique vestiaire
Groupe 4	2 500 m³/h	Réfectoire Cuisine

Des plans d’architecture meublés « habités » pour une occupation réelle!

Source = bureau d’étude . Plan meublé pour une nouvelle construction dans le BW

Bien que la norme PEB impose un débit de conception minimal qui prenne en compte le nombre réel d’occupants, la mise en dessin sur plans du scénario d’occupation permet de lever les ambiguïtés possibles sur l’hypothèse de départ prise en compte dans le calcul de ce débit de conception minimal.

Encourager la maîtrise d’ouvrage, les porteurs de projet à dialoguer avec l’auteur de projet sur base de documents graphiques présentant l’occupation réel des locaux permet d’éviter d’avoir recours à la méthode se basant sur les m² minimum pas personne pour dimensionner le système de ventilation. Cette méthode aboutit généralement à une sous-estimation du nombre d’occupants.

Publié par : Gregory Leonard 20 Oct, 2020

Une nouvelle installation de ventilation – La Providence Herve

L’institut scolaire de La Providence de Herve a mis en place un nouveau bâtiment équipé de systèmes de ventilation double flux avec récupération de chaleur.

Nous avons passé sous la loupe les nouvelles installations avec l’aide des différentes personnes concernées, occupants et spécialistes. La régulation simultanée de la température et du taux de CO2 pose problème…

Vous découvrirez dans la vidéo ci-dessous les résultats de notre enquête et les leçons à tirer pour un futur éventuel projet. Suivant les locaux (classes, salle de réfectoire, …), des solutions différentes apparaissent.

5 … 4 … 3 … 2 … 1 … Action !

Une nouvelle installation de ventilation sous la loupe

Publié par : Sylvie 17 Nov, 2017

Des économies d’énergie par une ventilation efficace des auditoires

Un auditoire Montesquieu à Louvain-la-Neuve.

Revoir les systèmes de ventilation et de chauffage d’anciens auditoires cela peut rapporter gros !

Introduction

L’Université Catholique de Louvain (UCL) compte de nombreux auditoires à Louvain-la-Neuve qui ont été construits dans les années 1970. A l’époque on se souciait relativement peu de la consommation d’énergie malgré le premier choc du pétrole de 1973. Ces bâtiments, bien que confortables, sont donc thermiquement peu performants.

Monsieur D. Smits, responsable de la cellule énergie et environnement du patrimoine immobilier de l’université, en est bien conscient. En 2015, il décide d’agir. Il communique les données du problème à ses collègues et propose des pistes de solutions qui seront mises en œuvre.

Nous allons étudier une des réalisations qu’il a menée, la modification des systèmes de ventilation et de chauffage des auditoires du bâtiment MONTESQUIEU.

Le bâtiment Montesquieu à Louvain-la-Neuve.

La démarche

Évaluer

La première étape fut d’évaluer grossièrement les potentiels d’économie d’énergie.
Dans cinq bâtiments comptant de nombreux auditoires, la ventilation fonctionnait même lorsque les auditoires n’étaient pas occupés.
Il a été décidé de réguler, durant trois mois (octobre, novembre et décembre 2015) leur ventilation de manière manuelle en fonction de leur occupation. Lorsque l’auditoire n’était pas occupé, la ventilation était arrêtée.

Bien que les conditions climatiques aient été peu rigoureuses, les résultats mesurés furent spectaculaires.

Par rapport aux années précédentes :

la consommation électrique baissa de 313.175 kWh à 271.087 kWh, soit une économie d’environ 13 %;
la consommation thermique normalisée baissa de 1.179 MWh à 796 MWh, soit une économie d’environ 32 %.

Cela correspond en trois mois d’hiver à :

une économie financière de 26.572 € ;
une économie de 121 tonnes de CO2.

Et … aucune plainte des utilisateurs n’a été enregistrée 😉

Communiquer et convaincre

Avec des arguments pareils, le message était facile à faire passer

Il y a de belles économies à réaliser !

Tous les décideurs furent ainsi convaincus de la nécessité d’intégrer les paramètres d’occupation dans la régulation et que l’investissement financier a sans aucun doute un temps de retour optimal !

Agir

Le bâtiment MONTESQUIEU a été choisi pour effectuer les premiers travaux. Les tests de 2015 sur ce bâtiment avaient abouti à une économie de 19%, tant en matière de consommation électrique que de consommation thermique.

Vérifier

L’impact des travaux sera non seulement évalué sur les consommations d’énergie mais aussi sur le confort. Si les espoirs attendus se confirment, l’action sera ensuite étendue aux autres bâtiments susceptibles d’être facilement améliorés.

Le bâtiment

Le bâtiment Montesquieu a été terminé en 1978.

Il compte :

4 auditoires de 168 places chacun ;
2 grands auditoires de 356 et 396 places.

Les quatre auditoires de 168 places chacun au rez-de-chaussée.

Les deux grands auditoires de l’étage.

Coupe transversale des auditoires.

Plénum de pulsion des petits auditoires,
plénum de reprise des petits auditoires,
plénum de pulsion des grands auditoires,
plénum de reprise des grands auditoires.
radiateurs.

Grand auditoire de 359 places.

Les systèmes existants

Chauffage

Le chauffage des auditoires est assuré par deux systèmes :

1. Les radiateurs implantés dans les auditoires et les autres locaux du bâtiment étaient alimentés par des circuits branchés sur le réseau de chauffage urbain de Louvain-la-Neuve.

Chauffage statique par des radiateurs.

2. L’air de ventilation des auditoires était réchauffé dans les groupes de pulsion par des circuits connectés au même réseau.

Ventilation

L’air neuf est amené dans les auditoires par des fentes sous les sièges reliées à un plénum de pulsion.

Les ouvertures de pulsion sous les sièges.

Les ouvertures vues depuis le plenum.

Il est extrait par des grilles aux plafonds qui communiquent avec un plénum de reprise.

Les grilles d’extraction.

Les sanitaires possèdent leur propre groupe d’extraction.

Chaque auditoire possède son propre groupe de pulsion et son propre groupe d’extraction.
L’air était chauffé dans les groupes de pulsion. Les groupes d’extraction sont distants des groupes de pulsion. Les groupes de pulsion sont situés au sous-sol, tandis que les groupes d’extraction sont situées au dernier étage. La chaleur de l’air extrait n’est pas récupérée.

Un des groupes de pulsion.

Les groupes ne fonctionnaient qu’à un seul régime durant toute la journée d’occupation des auditoires.

Les travaux réalisés

L’objectif de ces travaux est d’optimiser :

le fonctionnement du chauffage de manière à obtenir dans les auditoires les températures nécessaires en fonction des occupations horaires ;
la ventilation (alimentation – extraction) de manière à obtenir une qualité de l’air suffisante.

Cette optimisation entraine une diminution de la consommation d’énergie (chauffage et électricité) tout en maintenant le confort.

La régulation du chauffage et de la ventilation a été connectée au programme centralisé de l’UCL pour la gestion de l’occupation des auditoires ADE Expert. De cette manière, les apports en chaleur et en air frais peuvent être régulés en fonction de l’utilisation et de la température dans le local, et anticipé en fonction des conditions atmosphériques extérieures.

Le planning d’occupation d’un auditoire.

Les radiateurs ont été remplacés et redimensionnés de manière à fournir la puissance nécessaire pour assurer le chauffage des auditoires indépendamment de la ventilation lorsque celle-ci n’est pas nécessaire.

Radiateur ajouté.

Radiateur remplacé.

Chaque auditoire possède son propre circuit de chauffage alimenté par une vanne à deux voies connectée à la régulation. Tous les auditoires ne sont donc pas chauffés si certains sont inoccupés.

Les vannes à deux voies règlent le débit des circuits des radiateurs.

Les moteurs des groupes de pulsion et d’extraction ont été remplacés par des moteurs asynchrones à haut rendement. Des variateurs de fréquence sont installés.

Le variateur de fréquence.

Ils sont commandés par des nouvelles sondes de température et de qualité de l’air (CO2) qui ont été placées dans les auditoires ainsi que par le boîtier pompier.

La sonde T° & CO2 placée dans un auditoire.

De cette manière, la ventilation varie en fonction des besoins en air frais uniquement indépendamment des besoins en chauffage. Les batteries de chauffe des groupes de pulsion assurent une température confortable de l’air pulsé et peuvent aussi servir de complément en cas de grand froid et d’insuffisance des circuits de chauffage statique.

Principe de la régulation du système ventilation-chauffage

Chaque auditoire est régulé séparément.
Le programme centralisé d’occupation des auditoires (ADE Expert) indique si l’auditoire est occupé.

-> S’il n’est pas occupé, la ventilation et le chauffage sont arrêtés.

-> S’il est occupé,

S’il fait froid, le chauffage de l’auditoire se met en route (y compris anticipation). La sonde de température à l’intérieure de l’auditoire règle l’ouverture de la vanne à deux voies du circuit de chauffage.

La ventilation se met en route en fonction des informations reçue de la sonde CO2 qui se trouve dans l’auditoire. Le débit du groupe est déterminé par le taux de CO2 constaté. S’il fait froid, la température de l’air de ventilation est réglée par une sonde de température placée dans le groupe de pulsion. Il est réchauffé par la batterie de chauffe du groupe alimenté par une vanne à trois voies reliée au circuit de chauffage.

Un des nouveaux tableaux de commandes.

Récupération de la chaleur sur l’air extrait. Une piste pour le futur

Un échange de chaleur n’a pas pu être installé entre l’air entrant et l’air sortant à cause du coût important des adaptations nécessaires et à la distance entre les circuits des gaines d’extraction et de pulsion et des groupes GE et GP. Plus tard, un système d’échangeur à eau glycolée pourrait être installé si le temps de retour de l’investissement le justifie et si les moyens sont disponibles.

Schéma échangeur à eau glycolée.

Le confort

Aucune plainte d’inconfort n’a été enregistrée. Des appareils de mesure ont été placés dans un des grands auditoires pour vérifier l’efficacité de la régulation. Un appareil a également été placé à l’extérieur pour connaître les conditions atmosphériques au moment où les mesures sont effectuées à l’intérieur.

Data logger fixé sur un baffle d’un grand auditoire.

Data logger extérieur – abri ventilé.

Le niveau de CO2 n’a jamais dépassé les 1000 ppm sauf lorsque les installations sont arrêtées (par exemple, un dimanche lorsque l’auditoire a été utilisé sans que le système de ventilation ait été mis en fonctionnement).

Concentration CO2 durant une semaine.
Le 18/06 l’auditoire a servi sans ventilation.

Concentration CO2 durant une semaine de cours
lorsque la ventilation est arrêtée.

La température de l’air est restée entre 22 °C et 25 °C pendant les périodes d’utilisation

Températures durant une semaine.

L’humidité relative de l’air a été maintenue aux environs de 50 % (entre 40 % et 60 %) durant ces mêmes périodes.

Humidité relative durant une semaine.

Les économies d’énergie

Les économies d’énergie ont été obtenues grâce à :

Une économie d’énergie électrique due à un fonctionnement réduit des groupes d’extraction et de pulsion en fonction des besoins exacts, tant en ce qui concerne le temps de fonctionnement que le débit.

Une économie en chauffage puisque, en hiver, la quantité d’air propre froid est limité aux besoins.
Les années qui viennent nous montreront les économies qui auront pu être réalisées.

Informations complémentaires

Cette étude de cas a été développée grâce à l’aide, les informations et les documents fournis par la cellule énergie et environnement du patrimoine immobilier (CEPI) de l’Université Catholique de Louvain.
Nos interlocuteurs furent Monsieur Didier Smits, Madame Céline Purnelle et Monsieur Pierre Allard.

www.uclouvain.be/cepi

Publié par : Energie-Plus 15 Sep, 2015

Ventilation de l’antenne communale de Louvain-la-Neuve

Présentation du projet

La commune d’Ottignies-Louvain-la-Neuve a pris l’initiative de se doter d’un bâtiment exemplaire sur le plan énergétique lors de la construction de son antenne communale à Louvain-la-Neuve. L’appel à projet du bâtiment date du 2 septembre 2008 et a été obtenu par le cabinet d’architecture DELTA. Le bureau d’étude Matriciel s’est chargé des études énergétiques et le bureau BSolutions des techniques spéciales. Le chantier a été terminé en septembre 2013.

L’antenne communale de Louvain-la-Neuve est située au 1 voie des hennuyers à Louvain-la-Neuve.

Le bâtiment neuf abrite certains services de l’administration communale de la ville d’Ottignies-Louvain-la-Neuve ainsi que des locaux pour le CPAS et l’antenne de police. Il possède de nombreux bureaux individuels et paysagers et plusieurs salles de réunion. Il est également équipé d’une cafétéria, de plusieurs cuisines, de douches au rez-de-chaussée et de toilettes à chaque étage.
Le bâtiment est divisé en deux parties distinctes marquées par la matérialité de ses façades et de sa forme :

la « tour » qui fait office de hall d’entrée, d’accueil, de salle d’attente et de circulation verticale dans le bâtiment et intègre la cafétéria au dernier étage et ;
les plateaux où se situent les bureaux, salles de réunions et sanitaires. Les locaux techniques et l’antenne de police sont situés au rez-de-chaussée.

Vues intérieures de la salle d’attente située dans la « tour » et des bureaux du CPAS.

Ce bâtiment a été pensé et construit avec l’objectif d’atteindre des performances énergétiques passives. Cependant, durant les phases d’analyses, il a été nécessaire de ne pas intégrer la partie cafétéria et hall d’entrée (la tour du bâtiment) dans le modèle passif afin de pouvoir obtenir les performances énergétiques souhaitées. Une petite astuce qui a permis d’obtenir, pour une partie seulement du bâtiment, le label passif !

Le tableau suivant présente un récapitulatif des valeurs cibles pour un bâtiment passif et les résultats obtenus par simulation lors de l’avant-projet de l’antenne communale.

Indicateur	Objectifs	Résultats
Vitrages	G > 50%	52%
Besoin net de chauffage	≤ 15 kWh/m²an	13 kWh/m²an
Besoin net de refroidissement	≤ 15 kWh/m²an	3 kWh/m²an
Surchauffe estivale	<< 10%	8 %
Puissance d’éclairage	< 8 W/m²	7,8 W/m²
Étanchéité à l’air	n50 < 0,6	Atteint par hypothèse
Absence de ponts thermiques	coefficients de transmission linéaires < 0,01 W/mK	Atteint par hypothèse
Ventilateur à courant continu	consommation <0,45 W/(m³/h)	0,35 W/(m³/h)
Récupération de chaleur haut rendement	> 75 %	> 80 %
Consommation d’énergie primaire	< 85 kWh/m²an	67 kWh/m²an

La ventilation de ce bâtiment est son point particulier. En effet, il possède deux modes de ventilation. Le premier est une ventilation mécanique double flux et le second une ventilation naturelle manuelle réalisée par ouverture des fenêtres et cheminées centrales. L’alternance de ces deux modes se fait suivant des conditions bien précises.

Régulation de la température et du renouvellement d’air

Le bâtiment est équipé, pour le chauffage :

d’une chaudière au gaz modulante fonction de la température extérieure suivant un régime nominal 50/30 °C,
de radiateurs avec vannes thermostatiques,
d’une régulation intégrée pour moduler la température de l’air soufflé grâce à un récupérateur de chaleur à plaques de rendement supérieur à 75 % et d’une batterie à eau,
de sondes de température intérieurs et extérieurs.

et pour le renouvellement d’air (mécanique) :

d’un groupe de ventilation de pulsion et d’extraction de 3600 m³/h,
d’une régulation par horloge,
d’une sonde de pression de gaine 500 Pa permettant de faire varier la vitesse des ventilateurs en fonction de l’ouverture (et fermetures) des registres et clapets,
de trois sondes de qualité d’air ambiant agissant, notamment, sur les ouvertures des cheminées et trémies,
d’un capteur de pluie.

Consignes de températures et de confort

De façon générale, la température de confort prévue pour le bâtiment se situe entre 20 et 25 °C. Un programme horaire pour la température de consigne est prévu :

Températures de consignes
Horaire	« Bureaux »	« Tour »
Lundi à vendredi de 7h30 à 17h30 et samedi de 8h à 20h	20 °C	15 °C
La nuit et les Week-ends	15 °C	10 °C

La ventilation hygiénique, ventilation de base, est coupée les nuits et les week-ends.

Du point de vue technique : les principes et valeurs de régulation

Chauffage

La modulation du confort intérieur est réalisée grâce à la chaudière, à un thermostat d’ambiance intérieur, à des vannes thermostatiques et à l’aide d’un programme horaire indiquant le régime d’occupation.

Si la température extérieure est négative, l’activité de la chaudière est maintenue en permanence. Au contraire, si la température extérieure est supérieure à 20 °C ou si l’on travaille en ventilation naturelle, la chaudière est mise à l’arrêt.

Ventilation

Pour la ventilation, le passage d’un mode à l’autre est principalement fonction de la température extérieure. Toutefois, des dérogations sont possibles : en cas de pluies, du dépassement d’un seuil critique pour la qualité de l’air, d’incendie, etc.

Le mode de fonctionnement de la ventilation est le suivant :

Régulation de la ventilation
Température extérieure	Ventilation mécanique	Ventilation naturelle avec ouverture des fenêtres
inférieure à 15 °C	Débit nominal	non
entre 15 °C et 24 °C	Débit minimal	Possible
supérieure à 24 °C	Débit nominal + Free cooling	non

Le débit nominal correspond au débit de conception en s’adaptant aux débits recommandés (pulsés et extraits) de l’annexe C3 de la PEB, elle-même basée sur la norme NBN 13799. Ce type de ventilation suppose que l’air est pulsé et extrait entièrement grâce au système mécanique, les trémies des cheminées centrales sont donc fermées.
Le débit minimal correspond à la ventilation minimale requise pour les sanitaires. Celle-ci est effectuée par extraction. Lorsque la ventilation passe en débit minimal, les ouvrants pour la ventilation naturelle sont ouverts et celle-ci est donc permise dans les bureaux et la tour.
Le free cooling permet le refroidissement du bâtiment durant les périodes chaudes. Il est estimé à 4 vol/h.

Plusieurs dérogations à cette régulation existent, en cas :

de pluies : la ventilation (re)passe en débit nominal et les ouvertures pour la ventilation naturelle sont fermées.
de dépassement du seuil défini de qualité de l’air intérieur : la ventilation (re)passe en débit nominal durant minimum 1h.
de dérogation grâce à un bouton manuel dans la salle de réunion : la ventilation mécanique nominale est forcée dans tout le bâtiment.

Capteur de pluie et bouton de la salle de réunion permettant de déroger à la ventilation naturelle et de forcer la ventilation mécanique.

Finalement, le by-pass du récupérateur de chaleur est activé si la température extérieure est supérieure à 15 °C et qu’elle est inférieure à la température intérieure.

Du point de vue des occupants : une régulation par indicateur lumineux et vannes thermostatiques

Chauffage

Les occupants sont invités, grâce à des affiches, à placer leurs vannes thermostatiques sur la position 3 pour avoir une température équivalente d’environ 20 °C.

Ventilation

Une particularité du site est la présence de témoins lumineux. Ces indicateurs lumineux servent à prévenir les utilisateurs du bâtiment de l’état de fonctionnement de la ventilation :

Lumière verte : la ventilation mécanique est minimal, ouverture des fenêtres autorisée.
Lumière rouge : la ventilation mécanique est nominal, ouverture des fenêtres interdite.

Sous chaque témoin lumineux est disposée une note explicative du fonctionnement de la ventilation et des consignes d’utilisations optimal.

Indicateur lumineux et note explicative disposée dans les couloirs du bâtiment.

Cet affichage visuel est intéressant, car il est simple à comprendre et à mettre en place. De plus, il ajoute un aspect participatif et pédagogique qui permet aux utilisateurs de comprendre le fonctionnement des mécanismes de ventilations au sein de leur bâtiment.

Cependant, cela pourrait être encore plus efficace si le témoin lumineux n’était pas seulement situé dans le couloir où il est uniquement visible si les occupants sortent de leur bureau.

La ventilation naturelle par cheminées centrales

Le bâtiment est équipé d’un système de plusieurs cheminées centrales permettant la ventilation naturelle des locaux, étage par étage suivant les affectations du bâtiment, les bouches d’extraction étant situées dans le couloir.

Organisation des cheminées d’extraction pour la ventilation naturelle de l’antenne communale

Bouches de rejet des cheminées situées en toitures

Ce mode de ventilation naturelle est très intéressant car économique et théoriquement très efficace. Il fonctionne suivant le principe du tirage thermique.

L’air extérieur étant plus frais que l’air intérieur, les fenêtres vont être ouvertes afin de refroidir les locaux. Cet air étant réchauffé monte et finit par être évacué par les bouches d’extraction de la cheminée créant ainsi une circulation de l’air intérieur. En outre, au plus la différence de température sera élevée entre l’intérieur et l’extérieur, au plus le tirage thermique sera efficace et donc augmentera le débit de ventilation. Il est autoadaptatif !

Circulation de l’air dans les locaux en ventilation naturelle

Chaque niveau du bâtiment possède son système de cheminée qui permet un taux de renouvellement d’air théorique de 1.5 vol/h en journée. Théoriquement, on aura donc un débit à chaque étage de :

Étage	Superficie [m²]	Hauteur sous plafond [m]	Estimation du débit [m³/h]
Rez-de-chaussée	209	4	1254
Premier	262	3,22	1265
Deuxième	348	3,22	1680
Troisième	348	3,92	2046

La ventilation mécanique double flux

La ventilation naturelle est couplée à une ventilation mécanique double flux permettant un débit total de 3600 m³/h pour les bureaux.

La ventilation mécanique double flux est là pour assurer la ventilation hygiénique des locaux fonctionnant en parallèle de la ventilation naturelle lorsqu’elle est en fonctionnement, ainsi que la ventilation intensive lorsque les conditions extérieures ne permettent pas une ventilation naturelle. Seules la salle informatique et la cafétéria sont sous ventilation mécanique double flux constante.

L’ensemble des conduits horizontaux passe par de faux plafonds. Les conduits verticaux se situent soit dans des gaines techniques soit directement dans les cheminées centrales. Idéalement, il faudrait vérifier que dans ce dernier cas, les conduits n’entravent pas le bon fonctionnement de la ventilation naturelle.

Les bouches de pulsions sont situées dans les locaux telles que les bureaux, salles de réunion et salles informatiques et l’extraction se fait dans les sanitaires et les cuisines (zones humides).

Circulation de l’air dans les locaux en ventilation mécanique

La centrale de traitement d’air (CTA) est située en toiture. Elle est équipée d’un récupérateur de chaleur à haut rendement (> 80 %) composé d’un échangeur à plaques en aluminium à contre-courant qui permet d’obtenir de bonne économie d’énergie en préchauffant l’air entrant grâce à l’air extrait du bâtiment. Elle possède également une batterie chaude alimentée par la chaudière centrale du bâtiment.

Après la récupération de chaleur et le préchauffage par batterie chaude de 12,2 kW, l’air pulsé dans les locaux est à une température maximale de 24 °C.

Cette CTA ne prévoit finalement pas d’humidificateur ni de déshumidificateur et donc pas de batterie froide. En effet, le climat de la région et la possibilité de free cooling devraient permettre de se dispenser d’un système de refroidissement.

Campagne de mesures

Une petite campagne de mesures des ambiances intérieures a été lancée en août 2015 afin de vérifier les conditions de confort (température, humidité relative et concentration en CO₂) du bâtiment. Cette campagne a consisté en une mesure objective de paramètres d’ambiance, mais aussi en un relevé des ressentis des occupants vis-à-vis de la qualité de l’air intérieur et de leur confort thermique.

Monitoring du bâtiment

Ce monitoring a consisté en la pose de 6 dataloggers (sondes de mesures avec enregistrement des données) dans le bâtiment afin d’observer l’évolution des ambiances intérieures.

Les 6 loggers étaient :

2 sondes mesurant la température, l’humidité relative, la concentration en CO₂,
3 sondes mesurant la température et l’humidité intérieure des locaux,
1 sonde d’extérieur mesurant la température et l’humidité du climat sur site.

Datalogger avec capteur permettant la mesure de la température, de l’humidité relative et de la concentration de CO₂

La mesure du CO₂ a plusieurs intérêts, il permet :

de jouer le rôle d’indicateur de la qualité de l’air,
de mesurer indirectement la concentration des autres polluants par corrélation,
détecter la présence de personnes dans le local,
de déduire l’amené d’air neuf : 30m³/pers/h permet de maintenir 1000 ppm dans l’ambiance avec une concentration extérieure en CO₂ d’environ 400 ppm.

L’ensemble des sondes intérieures ont été réparties dans les bureaux au premier et deuxième étages sous des orientations différentes et également aux fréquentations diverses de manière à représenter la majorité des zones thermique et d’ambiances possibles du bâtiment :

Datalogger	Type de bureau	Superficie	Orientation	Occupation	Apports solaires	Charges hygrothermiques
Température, humidité et CO₂ n°1	Open-space et guichets de la commune	98 m²	nord-ouest	variable	limités	fortes
Température, humidité et CO₂ n°2	Bureau individuel	18 m²	nord-ouest	1 personne	limités	faibles
Température, humidité n°1	Bureau collectif n°1	28 m²	sud-est	3 personnes	importants	moyennes
Température, humidité n°2	Bureau collectif n°2	25 m²	nord-ouest	2 personnes	limités	moyennes
Température, humidité n°3	Bureau d’accueil avec fenêtre ouverte sur le couloir	18 m²	nord-ouest	2 personnes	limités	moyennes

Relevé d’impression d’ambiance par les occupants

Dans chacun des bureaux où un datalogger a été placé, il a été demandé aux occupants de remplir quotidiennement, midi et soir, un relevé d’ambiance intérieur. Les informations récoltées sont de type :

Ouvertures des fenêtres suivant une position ouverte ou fermée;
Ressenti de la qualité de l’air suivant une échelle de valeurs à 5 niveaux de très mauvaise à bonne;
Ressenti de la température suivant une échelle de valeurs de 7 niveaux de très chaud à très froid;
Commentaires ou sensations spécifiques.

De plus, afin de déterminer si des écarts de températures sont dus à une mauvaise utilisation des locaux ou à un mauvais réglage des installations, nous avons demandé à quelques utilisateurs de noter, de manière régulière (midi et soir), la position des fenêtres (ouvertes ou fermées), et leurs ressentis de la température et de la qualité d’air. En plus de déterminé si les installations sont bien utilisées ou non, c’est relevé devraient permettre de comprendre les évolutions de températures relevées par les loggers.

Observations des résultats

Relevé des mesures

Institution			CPAS			Ville		Climat extérieur
Orientation			Nord – ouest		Sud – est	Nord – ouest
Programme			Secrétariat	Bureau			Open space
Surface			18 m²	18 m²	28 m²	25 m²	98 m²	–
Occupation			2 pers.	1 pers.	3 pers.	2 pers.	Variable	–
Températures	24h/24	Min	20,9 °C	21,3 °C	21,2 °C	20,8 °C	20,9 °C	11,9 °C
	24h/24	Max	28,2 °C	27,7 °C	28,2 °C	31,2 °C	26,6 °C	30,4 °C
	Horaire de travail	Min	20,9 °C	21,3 °C	21,2 °C	20,8 °C	20,9 °C	12,4 °C
	Horaire de travail	Max	27,5 °C	27,3 °C	27,2 °C	25,7 °C	25,6 °C	27,9 °C
Humidité relative	24h/24	Min	40 %	37 %	42 %	40 %	38 %	29 %
	24h/24	Max	61 %	60 %	61 %	63 %	60 %	93 %
	Horaire de travail	Min	40 %	37 %	42 %	41 %	38 %	29 %
	Horaire de travail	Max	61 %	54 %	59 %	63 %	57 %	89 %
Concentration en CO₂	24h/24	Min	–	398 ppm	–	–	432 ppm	–
	24h/24	Max	–	1254 ppm	–	–	805 ppm	–
	Horaire de travail	Min	–	483 ppm	–	–	486 ppm	–
	Horaire de travail	Max	–	1254 ppm	–	–	805 ppm	–

Observations

en humidité relative

L’humidité relative intérieure est toujours située dans ou proche (à 3 % près) des plages recommandées par la réglementation à savoir 40 – 60 % sur les lieux de travail.

Aucune incohérence dans son évolution vis-à-vis de l’humidité extérieure et de la température intérieure n’a été relevée.

Dans plusieurs locaux en certaines périodes, l’humidité relative intérieure est quasiment identique à l’humidité relative extérieure ce qui peut attester d’une ouverture des fenêtres prolongée et/ou intensive.

La régulation de l’humidité relative du bâtiment semble donc être correctement réalisée.

en température

Durant les heures de travail, la température intérieure ne dépasse jamais la limite haute de température acceptable définie par la théorie du confort adaptatif. Toutefois dans trois locaux, la température intérieure dépasse 25 °C sur plus de 40 % de la période travail ce qui atteste d’une surchauffe plus importante que prévue.

Globalement, l’on remarque que la température diminue en matinée avec l’enclenchement de la ventilation, puis avec l’arrivée des usagers et l’ouverture des fenêtres, ce jusqu’en milieu et fin de matinée. À partir de là, la température croit jusqu’en fin de journée de travail. Durant la nuit et le week-end, le bâtiment se décharge lentement de sa chaleur interne.

On remarque l’impact de la ventilation mécanique le matin avec la chute de température dès 7h30.

Lorsque la température extérieure dépasse les 24 °C, les fenêtres sont sensées être fermées et la ventilation mécanique active. Or aucune indication dans le relevé des températures n’indique une diminution ou une stagnation à ces périodes. Cela arrive dans les trois locaux qui subissent le plus de surchauffes (T_int > 25 °C).

Dans l’open space et dans le petit bureau individuel du CPAS, l’évolution de la température reste très stable par rapport aux trois autres locaux qui subissent des variations plus importantes (vers le haut) généralement l’après-midi.

L’évolution de la température au cours du temps dans les locaux est difficile à appréhender étant donné que tant le climat extérieur, le fonctionnement de la ventilation et le comportement des occupants vont influencer celle-ci. Toutefois, il est à noter que même si les températures restent dans les limites acceptables de confort, elles dépassent trop souvent les 25 °C surtout que la température extérieure chute appréciablement durant la nuit. Un refroidissement nocturne du bâtiment grâce aux cheminées centrales pourrait peut-être abaisser la température pour démarrer la journée à 20 °C ou tout du moins à la limite basse de température de confort acceptable suivant la théorie du confort adaptatif et donc limiter les surchauffes dans l’après-midi.

en concentration de CO₂

Dans l’open space, la concentration de CO₂ semble ne pas dépasser les 800 ppm soit respecter les réglementations. Toutefois, même les périodes hautes correspondent aux heures d’ouverture de la commune, aucun plafond ne permet d’indiquer qu’une occupation accrue n’entrainera pas le dépassement des 1000 ppm. Il est à noter que l’open space est un espace de près de 100 m² qui est totalement ouvert sur le couloir traversant le bâtiment dans la longueur.

Le deuxième local où une sonde mesurant la concentration de CO₂ a été placée est le bureau individuel orienté nord-est. Dans celui-ci, la variation de CO₂ est beaucoup plus importante et la concentration dépasse durant 2 périodes les 1000 ppm. Une ouverture de la fenêtre marque clairement une chute du CO₂ du local.

Conclusion

Les quelques mesures effectuées ne permettent pas de dire si les principes innovants de ventilation prévus dans l’antenne communale de la ville de Louvain-la-Neuve sont efficaces pour garantir une qualité de l’air optimale et un confort thermique idéal durant l’été. La réponse semble positive dans un premier temps, mais quelques observations isolées devraient être étudiées plus en profondeur et expliqués pour en déterminer l’impact de la régulation de la ventilation.

Publié par : Sylvie 5 Juin, 2012

Ecole passive de Louvain-La-Neuve, proposition d’équipements

Après avoir tiré les premiers enseignements du monitoring, tentons ci-dessous de faire des propositions pour équiper un nouveau projet éventuel.

Une volonté de simplifier les installations techniques et leur régulation

Les possibilités des techniques de régulation numériques actuelles sont fabuleuses. Elles peuvent entraîner le bureau d’études à sophistiquer la régulation (par ex : une gestion de l’éclairage et des stores liée à la luminosité extérieure et combinée à une lecture de la température intérieure des locaux). Les fabricants de matériel font leur travail de marketing pour vendre ces solutions en présentant un rendu final idéal (écran de visualisation des installations), mais en pratique l’école ne disposera pas du budget pour financer la réalisation de ces écrans et devra se contenter d’un accès à une liste de paramètres, incompréhensible à un non-technicien… de la marque !

Très généralement, aucun mode d’emploi simple de l’installation et de sa régulation accessible à un non-technicien n’est réalisé.

Enfin, cette sophistication va à l’encontre de l’évolution de la demande réelle du bâtiment très isolé. Par exemple, à l’école passive de Louvain-La-Neuve, 3 niveaux de température de consigne ont été imaginé :

Consigne de nuit et de weekend (14°C),
Consigne de jour d’un local occupé (20°C),
Consigne de jour d’un local non-occupé (18°C).

Un détecteur de présence, mis en place dans chaque classe, va permettre d’optimiser la consigne.

Cette idée d’affiner la température en fonction de la présence effective des élèves paraît intéressante, mais dans la pratique, la forte inertie et la forte isolation font que la température baisse au plus de 1 degré par 24 heures… Le gain de consommation liée à cette triple consigne est donc très faible.

Cherchons au contraire… une installation technique « passive » !

Chaudière à condensation, radiateurs … mais plus de vanne à 3 voies !

Le chauffage est individualisé, local par local.

Les émetteurs sont des radiateurs à eau chaude, technologie maîtrisée par tous.

Ils sont commandés par une régulation terminale :
- vannes thermostatiques ordinaires (classes, locaux administratifs, bibliothèque,…) pour un réglage de température individualisé,
- vannes thermostatiques « institutionnelles », c-à-d dont le réglage de température est réalisé par le technicien et non par l’occupant (couloirs, ou locaux des écoles secondaires techniques et professionnelles…) pour mieux gérer le côté impersonnel des locaux partagés,
- vanne motorisée pour commander plusieurs radiateurs alimentés par une même tuyauterie et dont les besoins thermiques sont similaires, si on craint les dégradations par les occupants. Cette vanne est insérée dans la tuyauterie en question et est commandée par un thermostat d’ambiance avec horloge hebdomadaire.

La chaudière est à condensation. Elle peut fonctionner à débit nul. Idéalement, elle est alimentée au gaz, à brûleur modulant. Une seule chaudière est suffisante, son rendement sera excellent puisque réalisé sur base d’une petite flamme sous un grand échangeur. Les pannes sont aujourd’hui trop rares que pour justifier le coût du dédoublement de la chaudière.

Le régulateur de chaudière permet :
- une régulation climatique de la température d’eau sur base de la température extérieure.
- l’arrêt complet de la chaudière la nuit, le week-end, durant les vacances scolaires, et lorsque la température extérieure dépasse une certaine valeur (par exemple 15 °C).
- un régime de ralenti pour les périodes de nettoyage en dehors des heures scolaires, basé sur un abaissement de la courbe de chauffe.
- une sécurité hors-gel : la chaudière est enclenchée si la température extérieure est inférieure à – 2 °C.

La production d’eau chaude sanitaire est indépendante et décentralisée, de préférence à production instantanée pour limiter tout stockage d’eau chaude. La température est limitée à 45 °C.

La distribution hydraulique est découpée en zones d’usages différents dans le temps : salle de sports, classes, locaux administratifs, réfectoire, … Chaque zone possède son circuit propre.

Chaque circuit est équipé d’un circulateur à vitesse variable et programmable. Des clapets anti-retour sur chaque départ secondaire empêchent une circulation parasite inverse lors de l’arrêt d’un circulateur ;

Il n’y a pas de vannes mélangeuses au départ des circuits. La température de départ est uniquement réalisée à la chaudière sur base de la température extérieure. Un circuit Sud reçoit donc la même eau qu’un circuit Nord, mais les vannes thermostatiques suppriment le débit si le local est chauffé par le soleil ou l’occupant.

Chaque circulateur de zone est géré par un programmateur avec les fonctions suivantes :
- une horloge annuelle qui tient compte de l’heure d’hiver/d’été, des années bissextiles, etc. ; Ceci permettra d’introduire d’avance les jours de congé par l’utilisateur et/ou l’exploitant ; Les périodes d’occupation avec les inversions devront être librement programmables pour les différents jours de la semaine et les jours de congé ;
- une dérogation manuelle temporisée (pour éviter les simples commutateurs qui restent systématiquement en position manuelle) ;
- le dégommage automatique du circulateur en période d’arrêt.
- une sécurité hors-gel pour la zone qu’il commande : le circulateur s’enclenche si la température descend sous les …8 °C… dans le local témoin.
  Le local témoin est le local jugé le plus froid de la zone, sans influence de la présence d’élèves (local de direction au Nord, bibliothèque, … ).

À noter qu’une fonction d’optimisation (permettant un démarrage et un arrêt optimal basé sur l’information d’une sonde d’ambiance intérieure) ne sera pas installé; dans un bâtiment passif, l’économie générée est très faible par rapport à l’augmentation de la complexité de l’installation. D’autant que dans une école, un local témoin fidèle des besoins n’existe pas…

En reprenant l’installation type donnée dans le schéma en tête de ce chapitre sur le chauffage, la logique de la régulation hors gel et dérogation 2 heures est développée dans le schéma ci-dessous :

KM1 et KM2 sont des relais pilotant les circulateurs des zones Nord et Sud de l’installation ci-dessous. Sans modifier la régulation existante, toute l’installation peut être interrompue par coupure des circulateurs et de la chaudière.

La sécurité hors-gel est double : sur la température des locaux et la température extérieure.

Et la programmation d’un décalage d’1/4 d’heure entre les démarrages des 2 circulateurs réduira le risque de condensation en chaudière puisque toute l’eau froide n’arrivera pas en même temps !

Une ventilation double flux avec récupération de chaleur

Une ventilation double flux assure la pulsion et l’extraction d’air.

Un récupérateur de chaleur permet de récupérer plus de 80 % de la chaleur de l’air extrait pour préchauffer l’air pulsé.

Un puits canadien ne sera pas nécessairement installé. Son intérêt énergétique supplémentaire est faible lorsqu’il est mis en série avec un récupérateur de chaleur. Sa grande qualité est de pré-refroidir l’air pulsé en période de canicule. Mais si le refroidissement de nuit fonctionne bien, on peut se passer de cet équipement. Il apporte de plus un risque hygiénique pour le futur difficilement évaluable…

Si l’usage des locaux est jugé très variable (laboratoire de sciences, par exemple), il peut être décidé de mettre un clapet sur l’arrivée d’air, commandé par un détecteur de présence. Mais le surcoût et la maintenance justifient-t-ils cet investissement supplémentaire ? Pas sûr…

Un refroidissement direct des classes la nuit, par ouverture de la façade

Le refroidissement est assuré par l’ouverture de vasistas dans les classes durant la nuit. L’avantage est que l’air frais arrive directement dans les locaux, sans être préchauffé par le puits canadien éventuel, par le ventilateur, par les gaines de distribution dans les couloirs, …

Différents scénarios peuvent être imaginés :
- Ouverture manuelle lorsque l’enseignant quitte la classe
- Ouverture motorisée des vasistas en fonction d’une sonde de T° intérieure et de T° extérieure
- Ceci avec ou sans ouverture des portes du couloir (ventilation transversale)
- Extraction motorisée pour renforcer les débits qui doivent largement dépasser les 4 renouvellements horaires nocturnes.

Si l’on souhaite minimiser encore la consommation électrique, on peut imaginer une extraction naturelle par un point haut de l’école (tirage naturel par effet de cheminée). Mais c’est alors une forte contrainte architecturale…

Une production d’eau chaude sanitaire, décentralisée et instantanée

Les besoins d’eau chaude sanitaire dans une école sont faibles et très intermittents (salle de sport). Ils seront décentralisés et produits, de préférence, par un ou plusieurs préparateurs instantanés à une température de 45 °C.

Les préparateurs d’eau chaude électriques installés sous éviers ou dans les couloirs seront programmés et réglés sur 40 °C.

Serions-nous arrivés ainsi à une installation simple, sans régulateur complexe ? À des équipements passifs pour une école passive ? La vérité sort de la rencontre des idées… nous serions heureux de connaître la vôtre !

Publié par : Sylvie 18 Déc, 2007

Queen’s Building de l’université de Montfort

Entrée (orientation nord-est).

Façade sud-est.

Façade nord-ouest .

Introduction

Le Queen’s Building est un bâtiment de la faculté d’ingénieur de l’université de Montfort regroupant auditoires, salles de cours, bureaux, laboratoires et ateliers. Les gestionnaires du bâtiment l’ont voulu faible consommateur d’énergie. Il a donc été conçu pour :

limiter la consommation due à l‘éclairage artificiel :
L’enveloppe du bâtiment est pensée pour apporter un maximum d’éclairage naturel à tous les locaux, soit directement par des fenêtres en façade et en toiture, soit indirectement par des fenêtres intérieures donnant sur l’atrium central.
Une étude complète de l’éclairage artificiel a été réalisée afin de limiter la puissance installée au minimum nécessaire.
Éliminer les consommations de refroidissement et de ventilation.
Les apports calorifiques d’été sont limités par la protection de certaines ouvertures extérieures.
Une ventilation naturelle est organisée dans tout le bâtiment : l’air est introduit par les fenêtres et extrait, selon les locaux, par des fenêtres (en façade ou en toiture), ou par des cheminées. Dans un souci de simplicité, les équipements accessibles sont commandés manuellement. La ventilation est exclusivement diurne pour l’ensemble des locaux à l’exception des auditoires dans lesquels une ventilation nocturne est également organisée. L’inertie thermique du bâtiment combinée à cette ventilation permet de réduire la température de pointe en été.

Ces moyens ont réellement permis de limiter la consommation annuelle moyenne à 145 kWh/m², ce qui est un très bon résultat pour ce type de bâtiment en Angleterre.

Description

Le Queen’s Building regroupe différents locaux de la faculté d’ingénieur de l’université de Monfort : 2 auditoires, des salles de cour, des salles de séminaires, des bureaux, des laboratoires et des ateliers. Il est situé à Leicester, dans un site urbain, et fut mis en service au début du mois de décembre 1993. D’une surface totale de 10 000 m², il est susceptible d’accueillir simultanément 1 000 occupants, tandis que le nombre total d’utilisateurs se chiffre à environ 2 000 (étudiants et personnel).

Plan du premier niveau :
1. ateliers d’électricité 2. salles de cours 3. atrium
4. auditoires 5. laboratoire de mécanique.

Principes de conception

La conception du bâtiment repose sur :

une étude approfondie de l’éclairage, naturel et artificiel;
la ventilation du bâtiment de façon naturelle.

Éclairage

Éclairage naturel

Un maximum d’éclairage naturel est apporté à tous les locaux, afin de :

limiter la consommation directe d’éclairage artificiel,
de limiter les charges internes en été.

La forme complexe du bâtiment résulte de cette contrainte. En effet, contrairement à ce qui se fait couramment pour ce genre de bâtiment (bâtiment compact de forme simple, avec laboratoires aveugles au centre et bureaux éclairés naturellement en périphérie), les locaux s’articulent les uns aux autres pour aller chercher de la lumière, par les façades ou par la toiture.

Formes architecturales (puits de lumière, articulation des locaux)
pour capter un maximum de lumière naturelle.

En plus de ces apports de lumière directe, de nombreux locaux bénéficient d’un apport de lumière indirecte, par des fenêtres intérieures, donnant sur un hall de distribution central. Ce hall, sorte d’atrium, est fortement éclairé, notamment par la toiture.

Apport de lumière dans le hall central, sorte d’atrium.

Dans le hall, les circulations sont organisées à l’aide d’escaliers et de passerelles métalliques avec planchers de verre, afin de laisser passer un maximum de lumière vers les niveaux inférieurs.

Passerelles métalliques avec plancher de verre dans le hall central.

Des fenêtres intérieures transmettent la lumière de l’atrium vers les locaux périphériques.

Fenêtres intérieures dans l’atrium.

Exemple de laboratoire éclairé en partie naturellement :
fenêtres intérieures transmettant la lumière de l’atrium, et fenêtres extérieures

Éclairage artificiel

Une étude complète de l’éclairage artificiel a été réalisée afin de limiter la puissance installée au minimum nécessaire. De nombreux luminaires (ateliers, atrium) fonctionnent avec des lampes industrielles à basse consommation.

Une gestion de l’éclairage par détection de présence avait été installée mais elle a été abandonnée suite à son fonctionnement « capricieux » : le matériel choisi n’était malheureusement pas de bonne qualité.

Ventilation naturelle

La ventilation du bâtiment est entièrement naturelle. L’air est :

introduit par les fenêtres ou par des grilles,
extrait par des fenêtres de façade ou de toiture, ou des grilles en tête de cheminée.

Les gestionnaires du bâtiment ont opté pour des équipements simples, avec aussi peu de maintenance que possible. Les fenêtres accessibles sont donc manipulées manuellement, tandis que seules les fenêtres non accessibles sont commandées automatiquement.

Ouverture des fenêtres manuelle et automatique.

La ventilation est exclusivement diurne (à l’exception des auditoires), pour deux raisons :

les fenêtres ne sont pas protégées par des grilles, ce qui poserait des problèmes de sécurité si elles étaient laissées ouvertes toute la nuit.
l’organisation d’une ventilation de nuit avec un système qui n’est pas totalement automatisé demande une participation des occupants difficile à imposer dans ce cas : les occupants sont très nombreux, et la population des étudiants change souvent.

Les différents types de ventilation naturelle possibles sont représentés dans le bâtiment :

Ventilation avec effet de cheminée : l’air réchauffé monte naturellement vers la sortie de la cheminée ou vers l’ouverture de toiture. Pour les cheminées, l’air extérieur passant dans la toiture de la cheminée renforce l’effet de tirage.

Ventilation transversale entre façades opposées, par exemple dans les deux ailes formant la cour d’entrée.
Ventilation unilatérale d’un local individuellement par une seule fenêtre verticale (l’air frais entre dans la partie basse de la fenêtre, se réchauffe à l’intérieur du local et ressort en partie haute).

Le bâtiment est compartimenté pour que les flux d’air soient canalisés autant que possible. Ce compartimentage a également un rôle au niveau acoustique en limitant la transmission de bruit et au niveau de la prévention incendie.

Refroidissement et chauffage

Refroidissement

Il n’y a pas de refroidissement mécanique dans le bâtiment.

Le pouvoir rafraichissant de l’air extérieur est exploité pour réduire la température de pointe en été : le bâtiment présente une importante inertie thermique, réalisée par de grandes surfaces de maçonnerie apparente, et une ventilation naturelle diurne est organisée.

Pour permettre ce fonctionnement, les apports solaires d’été sont limités par la protection de certaines baies.

Les types de protection sont les suivants :

avancée de toiture,
relief de façade,
ombre portée du bâtiment,
panneaux d’ombrage,
stores extérieurs fixes (toiture de l’atrium notamment).

Pour chaque baie, la protection a été choisie après comparaison des apports favorables d’hiver avec les apports indésirables de l’été.

Avancées de toiture.

Reliefs de façade.

Cour d’entrée ombragée naturellement :
elle constitue un réservoir d’air frais (- 2°C qu’ailleurs en été).

Remarque concernant l’encombrement :

Un système de conditionnement d’air peut prendre jusqu’à environ 20 % de l’espace d’un bâtiment (locaux techniques, réseau de ventilation,…). Ici, cet espace a été consacré à 12 cheminées de ventilation. Afin de limiter l’encombrement de ces cheminées, elles reposent sur des piliers, ce qui permet de libérer l’espace du rez-de-chaussée.

Support des cheminées des auditoires sur colonnes,
exploitation de l’espace sous les gradins.

Chauffage

Les équipements et l’occupation représentent une partie importante du chauffage des locaux, ainsi que les apports solaires par les vitrages, notamment en toiture. Certaines fenêtres ne sont d’ailleurs pas protégées pour bénéficier de ces apports gratuits, au détriment de la limitation des charges d’été (bilan comparatif réalisé entre apports d’hiver et d’été).

L’installation de chauffage regroupe un système de cogénération (gaz – 38 kW électrique et 70 kW chauffage), une chaudière à condensation et deux chaudières conventionnelles. La gestion de la fourniture de chaleur se fait en fonction des conditions de fonctionnement du bâtiment. La cogénération est choisie si la majorité de la production d’électricité et de chaleur est utilisée dans le bâtiment, et si, à ce moment, cela coûte moins cher que d’acheter l’électricité.

Fonctionnement

Atrium

Outre son utilité au niveau de l’éclairage, le hall central sert également de zone de transfert pour l’apport d’air frais dans certains locaux.

Par exemple, la salle informatique (destinée lors de la conception à être une salle de dessin) est ventilée de cette manière.

Entrée de l’air dans l’atrium et transfert vers la salle informatique.

Extraction par la toiture de la salle.

Auditoire

Les 2 auditoires de 150 places chacun sont ventilés naturellement. Ils sont gérés automatiquement par un système informatique (GTC : gestion technique centralisée).

L’air extérieur est introduit dans le local via un absorbant acoustique et une batterie de préchauffe. Une partie est distribuée directement au niveau de l’orateur, l’autre partie est répartie sous les gradins et introduite dans l’auditoire par des grilles au niveau des pieds des auditeurs.

Il est extrait via deux cheminées de 13.5 m. Un ventilateur est prévu dans chaque cheminée pour aider la ventilation naturelle, mais aucun n’a jamais été utilisé à ce jour.

Grille d’amenée d’air avec absorbant acoustique et batterie de préchauffe.

La gestion automatique règle le débit de ventilation naturelle et le débit d’eau chaude dans les batteries de préchauffe en fonction des mesures relevées continuellement par 7 capteurs (5 mesureurs de température et 2 sondes CO₂).

En hiver, les auditoires sont maintenus à 20°C pendant les heures d’occupation et à 16°C le reste du temps.

En été, une ventilation nocturne est organisée afin de décharger le local des apports de chaleur de la journée et limiter la température de pointe pendant l’occupation.

Enfin, une attention particulière est portée sur la qualité : la ventilation pendant l’occupation est réglée de l’air
pour limiter la concentration de CO₂ à 600 ppm.

Les charges internes maximales du local sont les suivantes :

occupation 8 heures par jour,
5 jours par semaine,
100 W par occupant,
150 personnes,
15 W/m² pour l’éclairage
500 W pour l’équipement

Soit des gains internes de 18.3 kW, ou 80 W/m².
Pour assurer en même temps le confort acoustique et thermique, un compromis a dû être trouvé entre les surfaces absorbantes acoustiques, et les surfaces destinées au stockage thermique.

Les briques apparentes de la partie supérieure du mur assurent l’inertie thermique. La partie inférieure du mur est recouverte d’absorbant acoustique.

Les auditoires fonctionnent bien globalement. On constate néanmoins dans celui où l’orateur se trouve côté extérieur (et non du côté de l’atrium) des problèmes de courants d’air au premier rang de l’auditoire, et quelques problèmes de bruit provenant de la rue.

Laboratoire de mécanique

Laboratoire de mécanique.

Les activités du laboratoire peuvent être assez bruyantes. Les concepteurs ont donc pris des précautions acoustiques au niveau de l’introduction de l’air dans le local, pour éviter des nuisances aux bâtiments voisins.

L’air passe dans les contreforts verticaux en maçonnerie ajourée remplis d’absorbant acoustique avant d’être introduit dans le local.

Contreforts délimitant des espaces tampons acoustiques sur le passage de l’air entre l’extérieur et l’intérieur.

La gestion du débit d’air introduit se fait par ouverture manuelle de panneaux en bois.

Remarque : certains utilisateurs ont placé des meubles devant ces ouvertures, ce qui rend la ventilation partiellement non utilisable.

L’air est extrait par les fenêtres de la toiture, commandées par GTC.

Gestion du débit d’air introduit par des panneaux mobiles en bois.

Extraction de l’air par les fenêtres de la toiture.

Les charges internes du local (personnes + équipements) sont évaluées à 100 W/m². Les apports solaires d’été en façade sont limités par le prolongement de la toiture.

Le local est chauffé par des panneaux rayonnants suspendus à la toiture.

Laboratoires d’électricité

Les laboratoires d’électricité sont installés dans les locaux étroits des deux « ailes » entourant la cour d’entrée. Les locaux sont longs et étroits,ce qui permet un bon éclairage naturel réparti uniformément, et une ventilation transversale.

Laboratoire d’électricité.

Les fenêtres hautes et basses sont dimensionnées pour pouvoir éliminer les apports internes par ventilation : ordinateurs, autres appareils fonctionnant généralement en continu, et l’occupation, soit environ 85 W/m². En été, la cour d’entrée ombragée constitue un réservoir d’air frais qui aide au refroidissement efficace des locaux.

Cour d’entrée : fenêtres donnant sur les laboratoires d’électricité.

La lumière naturelle est en partie contrôlée par des « étagères à lumière » (light shelves) qui protègent les occupants de l’éclairage direct et réfléchissent la lumière vers le plafond afin de fournir au local un éclairage diffus.

« Étagère à lumière » dans un laboratoire d’électricité.

Le confort thermique des laboratoires semble satisfaisant. On note néanmoins, par moments, quelques problèmes de courants d’air…

Le fonctionnement devrait donc être mieux expliqué aux occupants pour leur permettre d’utiliser le système correctement.

Classes

Certaines classes sont ventilées par ventilation unilatérale, d’autres par effet de cheminée. Dans le premier cas, l’air est introduit par les fenêtres basses et extrait, après s’être réchauffé dans le local, par des fenêtres ou une grille de ventilation haute.

Dans le second cas, l’air est introduit par les fenêtres et extrait par une cheminée.

Classe ventilée par effet de cheminée.
Celle-ci se trouve derrière la grille ajourée de la photo de droite.

Bureaux

Les bureaux paysagers sont ventilés par effet de cheminée : l’air rentre par les fenêtres murales, et est extrait par la toiture.

Lors de la conception, la hauteur des meubles de séparation entre bureaux avait été définie pour que la ventilation soit efficace et confortable. À l’utilisation, les occupants ont désiré des séparations plus hautes, et même des cloisons délimitant des bureaux individuels : le service n’est pas adapté à un fonctionnement en bureau paysager (entretiens avec des étudiants qui demandent de l’intimité). Ces adaptations perturbent donc la ventilation, et le confort dans les locaux n’est pas atteint.

Bureau paysager : le meuble blanc de gauche a la hauteur idéale étudiée à la conception, les cloisons rouges ont été ajoutées par après.

Les caisses montrent la volonté des utilisateurs de créer des zones plus intimes.

Sécurité

Sécurité incendie

Le bâtiment est séparé en de nombreux compartiments, la plupart renfermant un seul local. Chacun a son ou ses issues de secours individuelle(s).

Issues de secours extérieures et intérieures.

Sécurité

C’est justement ce nombre important d’issues de secours qui pose certains problèmes d’intrusions. Ceux-ci ne viennent donc pas directement du système de ventilation.

Performance

Confort thermique

Le confort thermique semble atteint en été comme en hiver dans les divers locaux, à l’exception des bureaux paysagers cloisonnés dans lesquels la ventilation n’est pas efficace.

Consommation

La consommation annuelle moyenne actuelle est de 145 kWh/m², répartis comme suit :

100 kWh/m²/an en chauffage : bonne valeur comparée à d’autres bâtiments du même type, et ce grâce aux apports solaires gratuits.
45 kWh/m²/an en électricité : très bon niveau (un bon niveau en Angleterre est de 90 kWh/m²/an pour ce type de bâtiment) grâce à l’absence totale de climatisation, et à l’éclairage naturel qui limite l’éclairage artificiel.

(Il est possible de comparer ceci avec les consommations énergétiques moyennes rencontrées chez nous dans les écoles ou dans les bureaux).

Le budget d’investissement était de 845 £/m² soit environ 1318,2 €/m² au taux de 2002 (1,56 €/£).

Architectes : Short Ford & Associates
Ingénieurs stabilité : YRM Anthony Hunt
Ingénieurs techniques spéciales : Max Fordham Associates

Publié par : Sylvie 18 Déc, 2007

Centre administratif du Powergen

Façade est .

Façade nord.

Façade sud.

Résumé

Le centre administratif de Powergen (compagnie de production d’électricité en Angleterre) se situe à Westwood, dans un site suburbain à proximité de Coventry. Il regroupe principalement des bureaux paysagers, sur trois niveaux, autour d’un atrium, ainsi que des salles de réunion et de conférence, une cafétéria et des locaux techniques.

Dans les bureaux paysagers, une ventilation naturelle (donc gratuite) de jour et/ou de nuit est organisée pour limiter la température intérieure en été et en mi-saison.

L’air entre par les fenêtres supérieures des bureaux, et est extrait par les fenêtres hautes de l’atrium. L’ouverture et la fermeture de ces fenêtres sont commandées automatiquement en fonction des conditions extérieures et intérieures.

En mi-saison, le refroidissement des locaux se fait par ventilation diurne, l’air extérieur étant plus frais que l’air intérieur.

En été, le refroidissement des locaux se fait principalement par ventilation nocturne. Les dalles de plafond en béton sont refroidies pendant la nuit par l’air frais extérieur. En journée, ces dalles agissent comme des « radiateurs de froid ».

Pour que le refroidissement par ventilation soit efficace, il a fallu réduire les apports du bâtiment.

Limitation de l’éclairage artificiel :
- L’apport de lumière naturelle de l’atrium permet de limiter le besoin en éclairage artificiel.

- Les luminaires installés ont un très bon rendement et sont groupés, par plateau, en fonction de l’éclairage naturel disponible.

- Une gestion automatique de l’éclairage artificiel permet d’éviter les gaspillages.
Les équipements informatiques les plus importants (serveurs, imprimantes laser, etc.), ainsi que les photocopieuses, sont regroupés dans des locaux séparés, refroidis séparément.
Les apports solaires sont limités grâce à des pare-soleil fixes sur la façade sud et des stores extérieurs sur les façades du volume vitré et sur les vitrages inclinés de l’atrium.

D’autres équipements URE sont prévus sur le reste des équipements. Par exemple :

En hiver, une ventilation mécanique complémentaire assure l’apport d’air hygiénique et le chauffage des bureaux paysagers. L’air est pulsé par des bouches de sol intégrées dans les faux-planchers, et extrait par 4 grandes bouches dans la partie supérieure de l’atrium. L’air extrait est récupéré jusqu’à concurrence de 90 % pour limiter la consommation d’énergie de chauffage.

Tout au long de l’année, les locaux à fortes charges internes (cuisine de la cafétéria, locaux avec ordinateurs, photocopieuses, etc.) sont refroidis mécaniquement. Tant qu’elle peut être utile dans le bâtiment, la chaleur dispersée au condenseur de la machine frigorifique est récupérée pour le préchauffage de l’air ou le chauffage de certains locaux.

Résultats

La ventilation naturelle permet de maintenir la température intérieure 3°C en dessous de la température extérieure et la consommation du bâtiment est inférieure de 20 % par rapport à celle du bâtiment voisin, de même type et équipé d’air conditionné.

Description

Powergen est une compagnie de production d’électricité en Angleterre. Son centre administratif se situe à Westwood, dans un site suburbain à proximité de Coventry.

Construit en 1994, le bâtiment est rectangulaire, étroit, orienté nord-sud, et a une surface brute totale de 13 600 m² sur 3 niveaux (12 700 m² net), pour une occupation d’environ 600 personnes. Dans le volume principal, chaque niveau réunit deux plateaux de 12 m de profondeur de chaque côté d’un grand atrium, chaque plateau étant divisé en 2 zones de bureaux paysagers. À l’est, un volume vitré regroupe le hall d’entrée, la salle de conférence et la cafétéria. À l’ouest sont concentrés les locaux techniques et informatiques.

Refroidissement par ventilation naturelle

La particularité de ce bâtiment réside dans le mode de refroidissement des bureaux paysagers, par ventilation naturelle, diurne en mi-saison et nocturne en été. La ventilation est organisée grâce à des fenêtres commandées automatiquement et permet de limiter la température intérieure grâce à l’inertie du bâtiment.

Principe de fonctionnement

Ventilation naturelle.

Le principe de ventilation combine la ventilation transversale, d’une façade à l’autre (à partir d’une vitesse de vent de 2.5 à 3 m/s), et la ventilation par effet de cheminée utilisant l’atrium.

L’air est introduit par les fenêtres des bureaux. Celles-ci sont divisées horizontalement en trois parties : les fenêtres des deux rangées inférieures sont commandées manuellement pour une ventilation locale au niveau des occupants, et les fenêtres de la rangée supérieure sont commandées automatiquement pour la ventilation globale de jour ou de nuit.

L’air est extrait par les fenêtres hautes de l’atrium, autour de la coursive du quatrième niveau qui sont également commandées automatiquement.

Fenêtre des bureaux :

les grandes fenêtres des rangées inférieures sont ouvertes manuellement,
les petites fenêtres de la rangée supérieure sont commandées par la GTC

Au 4 ^ème niveau, fenêtres hautes d’extraction, commandées par la GTC.

Une gestion technique centralisée (GTC) commande l’ouverture et la fermeture de ces fenêtres en fonction des températures extérieures et intérieures, ainsi que de la vitesse du vent et de la nébulosité. Elle intervient également dans la gestion de l’éclairage, du chauffage et du refroidissement, ainsi que dans la gestion des stores extérieurs.

Enfin, les dalles de plafond en béton, apparentes et de forme particulière, permettent un refroidissement efficace et confortable par ventilation.

L’absence de faux plafond permet l’accessibilité de la masse thermique aux charges internes. Elles fournissent donc une certaine inertie thermique au bâtiment. Celle-ci est particulièrement importante pour le refroidissement en été par ventilation nocturne : les charges internes de la journée sont stockées dans la dalle et évacuées la nuit par l’air frais extérieur de ventilation. La journée suivante, la dalle rafraîchie agit comme un « radiateur de froid ».

Les dalles présentent des creux de section elliptique qui guident l’air perpendiculairement aux façades et permettent d’éviter les courants d’air froid au niveau des occupants en ventilation diurne. Ces creux reçoivent un élément technique suspendu regroupant les équipements de plafond : luminaires, capteurs d’éclairement, détecteurs et alarmes incendie, sprinklers, et un absorbant acoustique.

Dalle de plafond.

Régulation de la ventilation

Ventilation nocturne

L’ouverture de toutes les fenêtres supérieures des bureaux et des fenêtres verticales de l’atrium (« 4 ^ème niveau ») est commandée par la GTC lorsque les conditions suivantes sont réunies :

la température moyenne des bureaux à la fin de la journée dépasse 23°C,
la température extérieure maximale de la journée dépasse 21°C,
le système de chauffage est coupé.

Les fenêtres sont refermées, zone par zone, dès que la température des bureaux de la zone est redescendue à 18°C ou est inférieure ou égale à la température extérieure.

Certaines fenêtres sont également refermées en cas de pluie ou en fonction de la vitesse du vent :

En cas de pluie, les fenêtres de la façade face au vent sont fermées.
Si la vitesse du vent dépasse 5 m/s, les fenêtres sur la façade au vent sont progressivement refermées pour être complètement fermées quand la vitesse du vent atteint 15 m/s; au-dessus de 20 m/s, les fenêtres de l’autre façade sont également refermées.

Ventilation diurne

Quand le chauffage fonctionne, les fenêtres de bureau de la rangée supérieure sont fermées. Les occupants ont néanmoins la liberté d’ouvrir manuellement les fenêtres des deux rangées inférieures.

Quand le chauffage ne fonctionne pas, et que la température d’une zone dépasse 23°C, les fenêtres hautes de cette zone sont ouvertes automatiquement ainsi que les fenêtres de l’atrium qui leur font face. Les fenêtres sont refermées si la température extérieure est supérieure à la température intérieure et si la vitesse du vent est trop importante (2.5 m/s pour la façade au vent et 5 m/s pour l’autre)

Mesures prises pour limiter les charges internes

Pour que le refroidissement par ventilation garantisse un confort correct dans le bâtiment, les charges internes ont dû être limitées.

Apports internes

Éclairage

L’apport de lumière naturelle de l’atrium permet de limiter le besoin en éclairage artificiel.

Les luminaires suspendus sont conçus de façon à maximaliser le rendement de l’éclairage : 95 % de la lumière est dirigée vers le bas, et seulement 5 % vers le haut; ces 5 % sont récupérés par le local sous forme de lumière diffuse par réverbération dans les creux elliptiques de la dalle. Ils comportent chacun un tube fluorescent de 36 W (T8) et des lampes fluorescentes compactes biaxiales (2L) avec ballast électronique haute fréquence.

Pour augmenter la souplesse de gestion de l’éclairage, les luminaires sont groupés, par plateau, de chaque côté de l’atrium, en trois zones longitudinales :

extérieure, près des façades vitrées,
centrale, au milieu du plateau de bureau,
intérieure, côté atrium.

On peut donc par exemple éteindre les luminaires près de la fenêtre où l’éclairage naturel suffit et les allumer plus en profondeur dans le bâtiment.

Luminaires intégrés dans les équipements suspendus.

Une gestion centralisée de l’éclairage artificiel en fonction des horaires élimine les gaspillages en dehors des heures d’occupation. De plus, l’éclairage est régulièrement éteint suivant les indications des détecteurs de présence. Enfin, certaines zones sont gérées en fonction de l’éclairage naturel disponible : bureaux proches des fenêtres extérieures, atrium, parkings et jardins. La possibilité de régler le niveau d’éclairement est néanmoins laissée aux occupants. L’économie réellement réalisée sur l’éclairage n’est donc pas aussi importante qu’elle ne pourrait l’être théoriquement.

Dans les salles de réunion, la commande de l’éclairage est manuelle.

À l’encontre de ces mesures, des arbres à l’intérieur de l’atrium sont éclairés par éclairage artificiel en dehors des heures de bureau (de 0h00 à 6h00) car ils ne reçoivent pas suffisamment de lumière naturelle. Cet apport d’énergie non indispensable est sans doute critiquable au niveau consommation d’énergie, mais il prouve qu’on peut faire des bâtiments à faible consommation énergétique tout en se permettant certaines « fantaisies architecturales ».

Arbres éclairés une partie de la nuit, dans l’atrium.

Equipements de bureau

Les équipements informatiques les plus importants (serveurs, imprimantes laser, etc.), ainsi que les photocopieuses, sont regroupés dans des locaux séparés, en dehors des bureaux paysagers. On peut donc traiter ces locaux séparément et diminuer la charge interne des bureaux.

Remarque : une étude sur la puissance réelle des équipements de bureaux type utilisés par Powergen a été réalisée. Les puissances relevées se sont révélées bien inférieures aux chiffres habituellement utilisés pour le dimensionnement des équipements de climatisation : environ 7 W/m² de bureau contre 30 W/m². Par mesure de sécurité, la valeur utilisée pour les simulations et le dimensionnement est de 14 W/m².

Apports solaires

Différents éléments participent à la limitation des apports solaires :

> L’orientation nord/sud des façades principales du bâtiment limite le problème posé par les apports de chaleur dus à l’ensoleillement :

Il n’y a pas d’apports sur la façade nord.
La façade sud, exposée à un soleil haut, peut être protégée efficacement par des éléments fixes.

> Les pare-soleils fixes de la façade sud : grilles métalliques horizontales.

Auvents métalliques fixes sur la façade sud.

> Les stores intérieurs déroulants :

Complètent les auvents dans leur le rôle de protection contre les apports de chaleur en façade sud.

Permettent d’éviter l’éblouissement des utilisateurs sur les deux façades.

Stores intérieurs déroulants.

> On trouve des stores extérieurs autour du volume vitré à l’est du bâtiment, ainsi que sur les vitrages inclinés de l’atrium.

Le volume est du bâtiment, reprenant le hall d’accueil, la cafétéria et la salle de conférences, est protégé par des stores déroulants sur les façades sud et est. Ils sont abaissés et remontés automatiquement en fonction de l’ensoleillement, du vent et des intempéries.

Stores extérieurs en façade est et sud,
pour protéger la cafétéria des apports solaires.

Volume vitré à l’est du bâtiment.

Les vitrages inclinés de l’atrium sont orientés au sud et sont protégés par des stores extérieurs à lamelles. Leur position sur la longueur du bâtiment est modifiée manuellement selon les saisons.

Stores extérieurs à lamelles au-dessus des vitrages
de l’atrium inclinés, orientés au sud.

Équipements

Ventilation

Une ventilation mécanique complémentaire assure :

l’apport en air hygiénique,
une partie du chauffage des bureaux en hiver,
un apport de froid limité pour les journées de forte chaleur.

Le système de ventilation mécanique est divisé en 4 réseaux, chacun desservant le quart du bâtiment sur ses trois niveaux. L’air est préparé dans 4 locaux techniques, situés aux 4 coins du dernier étage. Il est pulsé par des bouches de sol intégrées dans les faux planchers (diamètre d’environ 25 cm), et extrait par 4 grandes bouches dans les parois des locaux techniques (environ 4 m²). Pour limiter la consommation d’énergie destinée au chauffage des bureaux, l’air extrait est récupéré jusqu’à concurrence de 90 %.

Bouches de pulsion et grille d’extraction intérieures.

Vue extérieure d’un des locaux de préparation de l’air,
avec sa grille de reprise et d’extraction d’air.

Chauffage

Le chauffage des bureaux est assuré par :

le chauffage de l’air pulsé (batteries à eau dans les groupes de préparation de l’air, et post-chauffe électrique par étage),
des résistances électriques de faible puissance sous les fenêtres,
la dissipation de la chaleur du condenseur de la machine frigorifique dans les radiateurs de l’atrium.

L’atrium (lieu de réunion) et le hall d’entrée sont chauffés par le sol, la cafétéria est chauffée par des radiateurs traditionnels. Les salles de réunions sont chauffées et refroidies par des ventilo-convecteurs.

Remarque : Le chauffage est dimensionné pour un fonctionnement quasi continu, et tient compte des apports internes; Le bâtiment connaît donc un problème de relance en cas de fermeture exceptionnelle du bâtiment pendant un congé prolongé. Par exemple, lors de la semaine de congé à l’occasion du passage à l’an 2000 (fermeture exceptionnelle), les équipements n’ont été stoppés que quelques jours. Le chauffage a été relancé dès le milieu de la semaine de congé.

Refroidissement

Les locaux à fortes charges internes (cuisine de la cafétéria, locaux avec ordinateurs, photocopieuses, etc.) sont refroidis mécaniquement par des unités de traitement d’air une grande partie de l’année.

Les bureaux sont refroidis par ventilation naturelle comme décrit ci-dessus. En complément, pour les quelques journées les plus chaudes de l’année (utilisé jusque maintenant environ 5 jours par an), l’air pulsé dans les locaux peut être refroidit par une batterie à eau.

Préparation de chaleur et de froid

La boucle d’eau chaude peut prendre sa chaleur à trois sources différentes :

récupération de chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique,
pompe à chaleur air/eau qui prépare de l’eau à basse température,
chaudière au mazout pour les besoins exceptionnels de pointe.

Exemples.

Lorsqu’il fait chaud, et qu’une ventilation naturelle est organisée, l’eau de refroidissement du condenseur de la machine frigo est utilisée pour chauffer l’eau sanitaire, et est ensuite refroidie dans les radiateurs de l’atrium. Ces radiateurs chauffent l’air devant les fenêtres d’extraction, pour améliorer l’effet de tirage et favoriser la ventilation. Le reste de la chaleur est évacuée dans des refroidisseurs à air.
Quand des demandes de chaleur apparaissent, l’eau chauffée au condenseur sert :
- au chauffage de locaux comme la cafétéria, la partie inférieure de l’atrium, le hall d’entrée, etc..,
- au chauffage de l’air pulsé dans les bureaux,
- au chauffage de la partie haute de l’atrium pour empêcher les coulées de froid.

Lorsque la demande de chaud augmente, la pompe à chaleur air/eau est mise en fonction et produit de l’eau à basse température qui vient en complément de l’eau du condenseur. Enfin, en cas de forte demande, la chaudière peut également fournir de la chaleur.

Equipement techniques extérieurs.

Radiateurs sous les fenêtres d’extraction de l’atrium : ils empêchent les « coulées de froid » en hiver, et favorisent l’effet de tirage quand les fenêtres sont ouvertes.

Encombrement du système

Le système de ventilation mécanique prend peu de place :

Il n’y a pas de gainage de reprise d’air grâce à l’atrium.
Les gaines de pulsion sont peu encombrantes : 4 gaines verticales aux 4 coins du bâtiment, le gainage horizontal de pulsion est inclus dans le faux plancher (hauteur de 45 cm, et il n’y a pas de gainage d’extraction, celle-ci étant réalisée via l’atrium.

L’installation pour le refroidissement mécanique est moins importante que dans un bâtiment climatisé.

Néanmoins, le 4^ème niveau (le niveau a une surface réduite par rapport au trois premiers niveaux puisqu’il se résume à une coursive) et l’atrium ont un encombrement non négligeable. Mais l’atrium participe également à l’apport de lumière naturelle, à l’aspect architectural global et au fonctionnement du bâtiment.

Le bilan comparatif du point de vue encombrement entre un bâtiment climatisé et ce bâtiment est donc difficile à faire.

Confort et sécurité

Températures

La ventilation naturelle permet de maintenir la température intérieure 3°C en-dessous de la température extérieure. Cela s’est vérifié même durant l’été très chaud de 1995.

Confort acoustique

Les éléments techniques suspendus aux plafonds ont des « ailes » qui sont des absorbants acoustiques. La forme elliptique des creux dans le plafond focalise les ondes sonores vers ces absorbants.

De plus, dans les zones où apparaît une source de bruit importante, une onde est diffusée pour noyer ce bruit, sorte de « bruit de fond parasite » non perceptible. Les diffuseurs, comme les autres éléments techniques de plafond, sont intégrés dans les éléments complexes suspendus.

Sécurité incendie

Le concept d’un seul et même espace pour la quasi-totalité du bâtiment est en principe contraire à la réglementation incendie en vigueur dans notre pays. En Belgique, chaque étage doit être séparé par des cloisons Rf 1 ou 2 heures en fonction des cas. Cependant, la nouvelle législation belge (AR de 97) prévoit la possibilité de contourner cette exigence si des moyens adéquats sont prévus pour assurer le désenfumage. Appliquer le concept de ce bâtiment chez nous demande donc une étude approfondie de la sécurité incendie, étude qui devra être approuvée par les pompiers. Il faudra, par exemple, être attentif à ne pas utiliser les balcons comme chemin d’évacuation, peut-être prévoir des écrans de fumée automatiques entre les étages, étudier correctement le désenfumage (amenée d’air de compensation, fermetures automatiques des amenées d’air naturelles, …), … En gros, il faudra convaincre les pompiers !

Dans l’exemple présenté ici, les équipements de sécurité incendie sont les suivants :

nombreux escaliers de secours extérieurs (trois par façade),
détecteurs de fumée,
système d’alarme incendie relié aux centrales de préparation d’air et aux commandes des fenêtres,
sprinklers.

En cas d’incendie, les fenêtres automatiques au niveau des bureaux sont fermées, le système de ventilation est coupé, mais les fenêtres hautes de l’atrium sont ouvertes pour évacuer les fumées.

Escaliers de secours sur la façade sud .

Coût et consommation

Coût global de 900 £/m² (hors mobilier de bureau) (environ 1 404 €/m²), soit parmi les plus bas pour un tel type de bâtiment de bureaux.

Coûts relatifs	£/m²	%
Fondations	19.5	2.2
Structure	383.9	42.6
Finitions internes	74.4	8.3
Mobilier	10.4	1.1
Équipements techniques	348.7	38.7
Divers	63.7	7.1
TOTAL	900.6	100

La consommation du bâtiment peut être comparée avec celle du bâtiment voisin, équipé d’air conditionné. Il est nouveau, de même type d’architecture et de même type d’occupation. La consommation annuelle au m² du bâtiment ventilé naturellement est inférieure de 20 % à celle du bâtiment conditionné.

Remarque : ce nouveau bâtiment, occupé pour le moment par Powergen, risque d’être loué ou revendu à plus ou moins long terme. C’est pour cette raison que le choix a été fait de le construire de façon plus traditionnelle, et de l’équiper d’air conditionné.

Nouveau bâtiment de Powergen.

Commentaires

Il semble que le choix de conception d’un bâtiment « basse énergie » résulte plus d’un souci d’image de marque de la société que d’une préoccupation énergétique.

Vont notamment à l’encontre de cette préoccupation énergétique

L’éclairage la nuit des arbres de l’atrium.
Le pompage de l’eau des étangs extérieurs pour maintenir les chutes entre les mares construites à différents niveaux.

Malgré tout, le bâtiment fonctionne bien : la consommation est inférieure à celle d’un bâtiment conditionné, les occupants semblent satisfaits, et l’aspect architectural n’a pas été négligé.

Il faut noter deux éléments importants qui ont permis la réalisation d’un tel projet, et qui font qu’il ne peut être généralisé partout :

L’organisation des bureaux est essentiellement paysagère, cette organisation ne peut convenir à tous les bâtiments.

Le site suburbain permet l’ouverture des fenêtres sans gêne pour les utilisateurs (bruit, pollution,…).

Remarque : si l’implantation sur un site à l’extérieur de la ville permet une ventilation naturelle de jour, elle entraîne une consommation en déplacements. Cet aspect devrait entrer dans une réflexion plus globale.

Conclusion

Avec des aménagements pour respecter la législation incendie en Belgique (ou des négociations…), la ventilation naturelle de bureaux paysagers dans des sites suburbains est une bonne solution pour diminuer la consommation d’énergie d’un bâtiment.

Architectes : Bennetts Associates
Ingénieurs stabilité : Curtins Consulting Engineers
Ingénieurs techniques spéciales : Ernest Griffith & Son Consulting Engineers

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Ecole Tanga

Le bâtiment

L’école, située dans une zone suburbaine, se compose de 4 bâtiments de 2 niveaux, pour une surface totale de 9 350 m² :

l’aile A réunit le réfectoire et la cuisine, ainsi que des bureaux.
l’aile B contient principalement des classes.
l’aile C réunit principalement des salles de travail.
l’aile D abrite la salle de sports.

Les bâtiments datent de 1968. Ils ont été partiellement rénovés en 1989 (nouvelles fenêtres) et en 1991 (amélioration de l’isolation thermique). Une nouvelle rénovation a eu lieu en 2000.

Nous nous intéresserons ici particulièrement à l’aile B, d’une surface de 3 672 m². Elle était équipée d’un système de ventilation double flux qui a été remplacé, lors de cette dernière rénovation, par un système de ventilation hybride : une ventilation naturelle avec cheminée solaire, mais assistance d’un ventilateur lorsque nécessaire.

Les caractéristiques thermiques actuelles du bâtiment B :

toiture : 0,12 W/m²K
fenêtres double vitrage : U = 1,76 W/m²K
Murs extérieurs : 0,47 W/m²K

Le système de ventilation

Schéma de fonctionnement de la ventilation hybride dans les classes.

Les classes sont ventilées avec de l’air extérieur. Il est introduit par des grilles en façade (3 ou 4 par classe), et réchauffé dans des conduits circulant au-dessus des convecteurs, avant d’être libéré dans le local. Les grilles de façade sont dessinées et équipées pour éviter l’intrusion de pluie, neige, insectes, etc. Elles peuvent, ainsi que les conduites d’air, être nettoyées facilement manuellement. Les occupants peuvent ouvrir une partie des fenêtres.

Cette ventilation avec de l’air extérieur non filtré est possible grâce à l’environnement suburbain de l’école, sans bruit ou pollution significative.

Convecteur par où l’air est introduit dans les classes.
(Photo Christer Nordström).

L’air est extrait naturellement par des cheminées solaires de 6 m de haut : un vitrage au pied de la souche de cheminée réchauffe l’air extrait ce qui favorise l’effet d’aspiration. Lorsque les conditions extérieures ne sont pas favorables et que le débit d’air extrait naturellement n’est pas suffisant, un ventilateur à fréquence variable permet de compenser.

Photo de la cheminée solaire (photo Christer Nordström) et section transversale.

Il y a une cheminée pour plusieurs classes réparties sur deux niveaux. Lorsque le ventilateur ne fonctionne pas, il est by-passé pour limiter la perte de charge de l’air extrait. Pour obtenir un effet d’aspiration identique aux deux étages, la section d’extraction d’air des classes du premier étage est inférieure à celle des classes du rez-de-chaussée.

Pour éviter les surchauffes, l’éclairage artificiel, de puissance limitée (13 W/m² dans les classes, 8 W/m² dans les couloirs) est géré automatiquement par des détecteurs de présence. Des protections solaires sont prévues mais n’ont pas encore été placées. De plus, un free cooling de nuit peut être organisé en été.

La régulation du système

Les registres d’entrée et d’extraction d’air de chaque classe sont gérés automatiquement en fonction d’une sonde CO₂. Ils commencent à s’ouvrir lorsque la concentration de CO₂ dépasse 1 000 ppm, et sont complètement ouverts au-delà de 1 500 ppm. Le professeur a toujours la possibilité de déroger au mode automatique et d’ouvrir ou de fermer manuellement les registres dans une plage de 50 à 100 % d’ouverture. Pour l’aider dans cette gestion manuelle, une lampe rouge s’allume dans la classe si le niveau de CO₂ dépasse 1 000 ppm.

Le tirage des cheminées est aussi régulé automatiquement en fonction de la différence de température mesurée entre le pied de la souche de cheminée et l’extérieur. Si elle n’est pas suffisante, le ventilateur démarre et le registre du by-pass est fermé.

Une ventilation nocturne est aussi organisée automatiquement en été lorsque la température intérieure dépasse une valeur de consigne.

Les convecteurs sont contrôlés par des vannes thermostatiques.

Le confort

Le confort des classes ventilées naturellement a été évalué par des mesures (température, vitesse d’air, concentration de CO₂…) et par des questionnaires remis aux occupants avant et après rénovation.

Le confort thermique

La température intérieure mesurée pendant un an dans les six classes ventilées naturellement varie entre 20 et 24°C, avec quelques pointes au-dessus de 24°C lorsque la température extérieure est supérieure à 25°C.

L’interrogation des occupants a montré une amélioration du confort, principalement le matin où la température était parfois trop basse, mais une augmentation des courants d’air. Ils apparaissent les jours ensoleillés et froids d’hiver, lorsque les registres sont totalement ouverts pour répondre aux besoins d’une classe remplie.

La qualité de l’air

La concentration de CO₂ est la plupart du temps autour de 1 000 ppm ou en dessous. Elle ne dépasse ce niveau que pour de courtes périodes, et est très rarement au-dessus de 1 500 ppm. D’autre part, le pourcentage d’élèves « souvent gênés par une mauvaise qualité de l’air » a baissé de 25 % avant la rénovation à 16 % après la rénovation.

L’acoustique

La qualité acoustique des bâtiments est jugée comme relativement bonne par les occupants. On note néanmoins une légère augmentation du pourcentage d’occupants « souvent gênés par le bruit » : de 1 % avant rénovation à 5 %. L’amélioration de l’atténuation des bruits extérieurs ne devrait pas être difficile puisqu’il n’y a pour le moment aucun absorbeur de bruit dans les grilles d’entrée d’air des façades.

La gestion

Les membres du personnel apprécient que la ventilation puisse être gérée manuellement, ce qu’ils font souvent.

Les économies d’énergie

Consommation de chauffage

Voici les chiffres de consommation annuelle de chauffage normalisée en kWh/m^² :

Avant rénovation	Prédictions	Mesures après rénovation
85	59	90 …58

Ces deux derniers chiffres appellent à commentaire. La consommation mesurée la première année est supérieure à ce qu’elle sera pendant la vie du bâtiment. En effet, pendant cette première année d’occupation, une ventilation non négligeable est organisée pendant la nuit et les week-ends pour sécher le bâtiment (ouverture complète des registres pendant 10 minutes toutes les heures). Selon les calculs réalisés, une consommation normalisée de 58 kWh/m² devrait être atteinte ensuite.

La réduction des consommations atteinte sera alors de 30 %.

Consommation électrique des ventilateurs

voici les chiffres de consommation annuelle d’électricité pour la ventilation en kWh/m² :

Avant rénovation	Prédictions	Mesures après rénovation
22	17	10

La réduction des consommations atteinte est de 55 %.

Notons que la consommation des ventilateurs du bâtiment B reprend non seulement les ventilateurs des cheminées solaires, mais également les ventilateurs d’un système traditionnel qui ventile les salles de repos, ce qui représente une consommation annuelle de 9,5 kWh/m². Si on ne regarde que les classes équipées maintenant d’un système de ventilation hybride, la consommation des ventilateurs est donc passée de 12,5 à 0,5 kWh/², soit une économie de 96 % !

Rentabilité

Le prix d’investissement et les économies d’énergie réalisées sur le chauffage grâce au système de ventilation hybride utilisé sont du même ordre de grandeur que ceux qui résulteraient du choix d’un système de ventilation traditionnel double flux avec récupérateur de chaleur et simple gestion horaire. Par contre ce système permet une économie conséquente sur les consommations électriques des ventilateurs.

De plus, le système prévu ici peut être géré manuellement, et est plus silencieux qu’une ventilation mécanique. Par contre, le risque de bruits dus à l’environnement extérieur peut représenter un problème.

Le temps de retour calculé sur l’ensemble des investissements est de l’ordre de 17 ans. Mais ce calcul ne tient pas compte du fait qu’un renouvellement était de toute façon nécessaire à cause de la vétusté du matériel, ni de l’amélioration du confort.

Les améliorations à envisager

Pour diminuer encore les consommations …

Un timer devrait être intégré pour limiter la durée de la dérogation manuelle.

Pour améliorer le confort …

Un meilleure adéquation entre la régulation des convecteurs et la température de l’air extérieur introduit dans la classe devrait être mise en place afin d’éviter les courants d’air ponctuels. À terme, il serait souhaitable que la ventilation ne soit pas gérée uniquement en fonction du taux de CO₂ mais également en fonction de la température ambiante.

Enfin, des absorbeurs de bruit devraient être intégrés dans les grilles de prise d’air, surtout pour les classes orientées vers la route.

Conclusion

L’expérience de l’école Tanga montre qu’il est possible de ventiler des classes avec un système hybride relativement simple, pour un coût comparable à celui d’un système de ventilation double flux traditionnel. Le confort est assuré et l’économie d’énergie conséquente. Le système est apprécié par les utilisateurs, particulièrement la possibilité de déroger au contrôle automatique.

Remarque : cette feuille a été rédigée sur base des 2 rapports techniques du groupe de travail de l’annexe 35 de l’AIE suivants :

« Pilot study report : Tanga – Falkenberg, Sweden » – Ake Blomsterbers, Asa Wahlstrom, Mats Sandberg, Sweden
http://hybvent.civil.auc.dk/

« Technical report : Hybrid Ventilation and Control Strategies in the Annex 35 – Case Studies » – July 2002 – Soren Aggerholm from Danish Building and Urban Research, Denmark.
http://hybvent.civil.auc.dk/

Une autre publication existe sur le sujet :

« Hybrid Ventilation in the Tanga School »: Asa Wahlstrom, John Rune Nielsen : actes de la conférence « Performance of Exterior Envelopes of Whole Buildings » VIII, Orlando, USA, Décembre 2-7, 2001

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Bâtiment de la société Iveg

Description du bâtiment

Le siège central de la société IVEG (intercommunale de distribution d’électricité et de gaz) est situé à Hoboken, un quartier suburbain d’Anvers. Ce bâtiment, achevé en 1999, a été conçu dans le but d’optimiser la consommation d’énergie et le confort intérieur du bâtiment. C’est pourquoi un système de ventilation naturelle y est installé. Le bâtiment IVEG, conçu par l’architecte Mussche, a été choisi comme construction-pilote du projet HybVent de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) et du projet Kantoor 2000 du programme VLIET-bis du gouvernement flamand.

Ce nouveau bâtiment est situé le long d’une rue dont la circulation est relativement élevée et vient s’intégrer entre deux bâtiments existants. Le plan du bâtiment IVEG est rectangulaire. Ses deux façades principales sont parallèles à la rue : la façade avant est orientée N à NO alors que la façade arrière est orientée S à SE. D’une superficie de 1 800 m², il doit accueillir environ 70 employés.

Les objectifs

Les objectifs de base du projet sont :

Un climat intérieur confortable (confort thermique, qualité de l’air intérieur, …).

Une faible consommation d’énergie (chauffage, refroidissement actif,…).

Une conception pragmatique et économique(utilisation de matériaux standards et de techniques accessibles pour tous).

Les systèmes thermiques adoptés sont un chauffage par radiateurs, une ventilation hygiénique mécanique et un refroidissement par ventilation naturelle. Le système de ventilation est donc hybride : une ventilation mécanique assure la qualité de l’air tandis que, pour atteindre le confort thermique d’été, le bâtiment est refroidi par un système de ventilation naturelle, essentiellement basé sur l’effet de cheminée.

Les dépenses énergétiques en hiver sont réduites grâce à un chauffage efficace et une bonne isolation thermique.

Le chauffage central est assuré par deux chaudières à condensation, d’une puissance installée de 60 kW chacune, soit 19.6 W/m³. Les radiateurs, équipés de vannes thermostatiques, sont plats et d’une superficie double de la normale pour augmenter l’échange de chaleur par rayonnement, perçu comme plus confortable par les occupants que la convection. Les cheminées, très bien isolées, sont toujours fermées en hiver.

L’isolation du bâtiment a été soignée dans tous ses détails pour éviter les ponts thermiques. Les épaisseurs d’isolants valent 12 cm en toiture, 7 cm dans les murs et 4 cm pour les planchers. Des doubles vitrages basse-émissivité dont la cavité est remplie de gaz (k = 1,1 à 1,3 W/m²K) ont été installés sur toutes les façades. Le niveau d’isolation global correspond à un K35.

La ventilation hygiénique est assurée par une ventilation mécanique à débits variables, régulés en fonction de l’occupation grâce à des détecteurs de présence. L’air est pulsé dans les locaux de travail à un débit de 30 m³/h par personne pour les bureaux paysagers et 40 m³/h par personne pour les bureaux individuels; il est extrait par les sanitaires.

Une attention toute particulière a été portée à l’étanchéité du bâtiment. En outre, un échangeur de chaleur a été placé sur le circuit de reprise d’air pour récupérer une partie de la chaleur de l’air extrait. Il a toutefois été mal conçu et ne fonctionne donc pas correctement.

Le refroidissement du bâtiment IVEG est géré par son système de ventilation naturelle. En été, une ventilation intensive de nuit est organisée. L’air est introduit dans le bâtiment par des ouvrants opaques, placés derrière les grilles murales des façades.

Une bonne distribution de l’air frais à travers tout le bâtiment nécessite l’ouverture des portes de tous les locaux.

L’air est extrait naturellement par deux cheminées en toiture. La photo ci-dessous montre les clapets qui permettent la sortie de l’air au sommet des tours. Les fenêtres fixes en partie supérieure des cheminées n’ont aucun rôle dans la ventilation mais elles éclairent en partie le hall et l’escalier.

Le concept de la ventilation naturelle intensive de nuit a nécessité l’utilisation de deux tours de ventilation séparées pour des raisons de sécurité incendie. Le rez-de-chaussée et le premier étage forment un premier compartiment relié à la grande cheminée tandis que le deuxième étage est un compartiment séparé, ventilé par sa propre cheminée.

Le bon fonctionnement de la stratégie de la ventilation naturelle utilisée dans ce bâtiment est basé non seulement sur le débit de ventilation naturelle intensive de nuit assuré par les tours de ventilation mais aussi sur :

la réduction des pics de surchauffes des locaux par l’inertie thermique des matériaux utilisés,

la limitation des gains solaires par l’intégration de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles,

la diminution des charges internes par le choix d’appareils électriques performants,

la diminution des charges internes grâce au contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local.

La masse thermique accessible dans les bureaux du bâtiment IVEG est importante. Il n’y a pas de faux plancher et le sol est principalement carrelé. De plus, les faux plafonds ne couvrent qu’une partie de la surface de chaque local et ils sont fortement ajourés pour que l’air puisse circuler le long du plafond.

La limitation des gains solaires est assurée par le choix de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles, dont la régulation automatique centralisée offre une possibilité de dérogation à l’occupant.

Des appareils électriques performants, tels que des ordinateurs munis d’un mode économique, ont été placés afin de diminuer les charges internes. Les luminaires présentent des réflecteurs à haute efficacité et des lampes fluorescentes équipées de ballasts électroniques.

Enfin, une diminution des charges internes est également obtenue par un contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local. L’allumage (on/off) de l’éclairage est géré par des détecteurs de présence décentralisés par bureau tandis que le flux des lampes est « dimmé » en fonction du niveau d’éclairement du local. La régulation du système de dimming de l’éclairage artificiel est également décentralisée par local et elle a pour consigne d’assurer un éclairement des bureaux de 500 lx.

En été, les dépenses énergétiques sont donc limitées par l’utilisation d’un refroidissement passif basé sur la ventilation naturelle de nuit, rendu possible par la masse thermique accessible, la réduction des gains solaires et la diminution des charges internes du bâtiment. Une batterie de froid a tout de même été installée par précaution dans le caisson de préparation de l’air mais elle n’a pas encore été utilisée.

Dans le bâtiment IVEG, la ventilation naturelle, la ventilation mécanique ainsi que la régulation des stores et de l’éclairage artificiel sont gérés de manière automatique. Cependant, les occupants peuvent agir directement sur les stores et sur l’ouverture des fenêtres classiques pour adapter leur environnement. Les utilisateurs peuvent aussi ajuster le chauffage d’un local à leurs besoins grâce aux vannes thermostatiques des radiateurs.

Quelques chiffres

La réduction des consommations d’énergie est l’élément essentiel de la conception du bâtiment IVEG. Sa consommation électrique spécifique vaut 35 kWh/m².an (à comparer à la norme habituelle de Novem : 60 kWh/m²An), ce qui donne un bâtiment à faible consommation d’énergie électrique. Sa consommation spécifique en gaz vaut 272 MJ/m²An (à comparer à Novem : 520 MJ/m²An), résultat toutefois facilement obtenu par une isolation adéquate du bâtiment.

Il peut également être intéressant de savoir que le coût total du bâtiment, honoraires et TVA compris, a été de 3 492 255 €. La superficie du bâtiment étant d’environ 1 800 m², le prix de ce bâtiment, TVA incluse, est donc de 1 940 €/m².

Les intervenants

Signalons enfin que le CSTC a joué le rôle de consultant extérieur lors de la conception du bâtiment IVEG. La coordination du projet et le travail de bureau d’étude au niveau de l’électricité, de l’informatique, de la ventilation naturelle, du chauffage et de l’éclairage ont été réalisés par la société IVEG. Le bureau d’études Air-Consult a étudié la ventilation mécanique et la protection incendie de ce projet.

IVEG
Antwerpsesteenweg, 260
2660 Antwerpen – Hoboken
03/820 05 11

http://www.iveg.be

Architecte
Monsieur Herman Lemaire (ou Marc Mussche)
Buas-Suter
Avenue Pasteur 21
Zone Noord
B-1300 Wavre
010/24 44 24

CSTC
Centre scientifique et technique de la construction

http://www.bbri.be

AIR CONSULT ENGINEERING SA (?)
quai Fernand Demets 4
1070 Anderlecht
02/523 65 29

Agence Internationale de l’Energie (AIE)

http://www.iea.org/

Kantoor 2000 (programme VLIET-bis)

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Bâtiment environnemental du BRE

Façade sud.

Angle sud-ouest.

Façade nord.

Le BRE

Le BRE (British Research Establishment) est à l’origine de la méthode d’évaluation environnementale des bâtiments la plus répandue dans le monde : BREEAM (Building Research Establishment’s Environmental Assessment Method). En 2013, 115 000 bâtiments étaient déjà certifiés.

Cette méthode d’évaluation permet de porter un regard extérieur au projet en mettant tous les projets de même fonction sur le même pied d’égalité quant à la cotation qu’ils reçoivent. Les critères sont fixes et sans souplesse d’attribution. Chez nous, ils font référence aux règles et normes belges lorsqu’elles existent sinon, il s’agit des règles européennes ou des pays limitrophes.

La certification est obtenue auprès du BRE basé en Angleterre sur base du rapport final réalisé par l’assesseur belge concernant les différents critères et leur bonne mise en application sur le projet. L’assesseur est un bureau d’étude ou de project management accrédité par le BRE.

La certification prend en compte le bâtiment dès sa construction, mais également son environnement et la manière dont on y accède. Les différents critères sur lesquels l’évaluation se base sont liés avec : le management ; la santé et le bien-être; l’énergie; les transports; l’eau; les matériaux; les déchets; l’environnement et l’écologie; la pollution et l’innovation.

Le bâtiment qu’occupe le BRE se devait donc d’être bien étudié et en avance sur son temps dans ces domaines. Les solutions adoptées sont aussi très spécifiques.

Description

Le bâtiment environnemental du BRE (British Research Establishment) se situe à Watford au nord de Londres, dans un site suburbain.

Construit en 1997, le bâtiment est rectangulaire, orienté nord-sud, et a une surface brute totale d’environ 2 000 m² sur trois niveaux, pour une occupation d’environ 100 personnes. Il s’articule en deux parties autour d’un hall d’entrée vitré. La partie est, la plus grande, réunit les bureaux : bureaux individuels au nord et bureaux paysagers au sud. La partie ouest, plus courte, réunit les salles de réunion et les sanitaires. Une salle de séminaire est annexée au rez-de-chaussée.

Plan du deuxième niveau.

Ventilation et refroidissement naturel

Equipement

La ventilation est entièrement naturelle et fonctionne grâce à trois composants :

> Les dalles de plafond des deux premiers niveaux qui ont une forme particulière :

Leur face inférieure, en béton brut (sans faux plafond) a la forme d’une sinusoïde; la surface de contact entre le béton et l’air ambiant est donc plus importante que celle d’un plafond plat, ce qui augmente l’échange entre l’ambiance et la masse thermique du bâtiment.

Dans la partie creuse du plafond (1), l’air est guidé d’une façade vers l’autre et est mélangé progressivement à l’air du local; dans la partie épaisse de la dalle (partie basse de la sinusoïde) (4), un conduit en béton est aménagé pour amener l’air extérieur au cœur du bâtiment.

Coupe de la dalle de plafond
1.Luminaire suspendu 2.Canalisations de chauffage/refroidissement
3.Espace technique 4.Conduit en béton pour le passage de l’air.

Bureau paysager, vue de la face intérieure de la dalle.

Principe de ventilation :
l’air entre dans le bâtiment dans les gaines de la dalle de béton (flèches bleues) ou directement dans le local (flèches oranges).

> Les fenêtres

Petites fenêtres hautes commandées par gestion centrale informatisée (avec possibilité de dérogation) : elles assurent l’entrée de l’air soit dans les dalles soit directement dans les locaux, et son évacuation soit directement vers l’extérieur (ventilation transversale), soit dans les cheminées de ventilation.

Grandes fenêtres basses, commandées principalement manuellement (réglage automatique dans certains cas) pour permettre un complément de ventilation.

> Les cheminées de ventilation en façade sud :

L’air chaud qui entre dans les cheminées, réchauffé par les apports internes, monte naturellement pour être évacué au-dessus de la cheminée. Le mouvement de l’air à travers l’extrémité de la cheminée favorise également le tirage.
Les parois extérieures des cheminées orientées au sud sont constituées de blocs de verre afin d’augmenter encore la température de l’air dans les cheminées par les apports solaires et d’améliorer ainsi le tirage. On constate sur place que le bénéfice de ces apports solaires n’est pas immédiat. Les briques de verre et les autres parois de la cheminée ayant une certaine inertie, la chaleur apportée par les apports solaires n’est transmise à l’air qu’en soirée, ce qui est très favorable à la ventilation nocturne.
Des ventilateurs (80 W chacun) sont prévus en partie supérieure des cheminées pour assurer la ventilation lorsque ce n’est pas possible de façon naturelle (pas assez de différence de pression entre les deux façades pour la ventilation transversale; pas assez de vent ou température de l’air dans la cheminée trop basse pour ventilation par les cheminées). Néanmoins, ces ventilateurs n’ont jamais été utilisés.

Ventilation par les fenêtres et par les cheminées.

> Le système de gestion technique centralisée (GTC) gère la ventilation en commandant l’ouverture ou la fermeture des fenêtres en fonction de la température des locaux, de la température de consigne et de la température extérieure.

Principes de fonctionnement pour les bureaux paysagers

> En hiver, l’air est introduit dans le bâtiment par l’intermédiaire des conduits en béton aménagés dans la dalle et dans lesquels il se réchauffe avant d’être distribué au niveau du corridor. Pour l’extraction de l’air, la GTC ouvre, en fonction des conditions extérieures, les fenêtres de la façade opposée (ventilation transversale) ou les fenêtres communiquant avec les cheminées.

Ventilation diurne en hiver,
transversale du sud au nord (à gauche) ou du nord au sud avec effet de cheminée (à droite).

Distribution de l’air des conduits au niveau du corridor.

> En été, la GTC détermine, selon les conditions extérieures, le mode de ventilation. Les jours de vent, l’air est introduit en façade sud où la pression est plus importante et extrait en façade nord. Les jours chauds sans vent, l’air est introduit par les façades nord et sud, et l’extraction se fait par les cheminées de ventilation en façade sud.

Ventilation diurne en été :
journée venteuse (à gauche) et journée chaude (à droite).

Une ventilation nocturne est organisée dans les conduites des dalles de plafond afin de refroidir celles-ci. En journée, les dalles de plafond agissent comme des « radiateurs de froid » grâce à la fraîcheur emmagasinée pendant la nuit.

Ventilation nocturne en été.

La GTC enclenche la ventilation nocturne par ouverture des fenêtres lorsque les conditions suivantes sont réunies :

température de la dalle de plafond > 23°C
température extérieure de l’après-midi > 18°C
température de toute zone du bâtiment > 23°
température extérieure < température intérieure

La GTC referme le fenêtres dès que les dalles de plafond ont atteint une température de consigne (5°C en dessous de la température de consigne de l’ambiance) afin de ne pas sous-refroidir le bâtiment.

Fonctionnements particuliers

Les bureaux individuels

La ventilation des bureaux individuels est prévue pour se faire indépendamment du reste du bâtiment par ouverture simultanée de deux fenêtres l’une haute, l’autre basse. Avec la porte ouverte, le bureau peut également participer à la ventilation globale du bâtiment.

En été, les bureaux individuels bénéficient, comme les bureaux paysagers, du froid rendu par les dalles de plafond après ventilation de nuit.

Ventilation des bureaux individuels.

Le deuxième étage

Le deuxième étage n’est pas raccordé aux cheminées de ventilation (la partie supérieure de la cheminée doit se trouver 6 à 7 m au-dessus du niveau du sol du niveau à ventiler pour avoir un tirage suffisant). Il est donc ventilé indépendamment. Le toit monte à une hauteur de 5 m au-dessus du niveau du sol, et crée donc son propre effet de cheminée : l’air entre par les fenêtres basses et, réchauffé, il monte vers les fenêtres hautes de la toiture où il est évacué.

Le deuxième étage ne possède pas la même dalle de plafond que les deux premiers niveaux. Elle ne bénéficie donc pas de l’inertie de celle-ci, et de la ventilation nocturne. Les températures qui y sont mesurées sont d’ailleurs supérieures d’environ 2°C à celle des autres niveaux.

Ventilation du deuxième étage.

Le troisième niveau a été conçu pour être entièrement paysager. Les occupants actuels ont malgré tout installé des cloisons côté nord pour aménager des bureaux individuels. Mais les fenêtres de cet étage en façade nord sont moins hautes et ne permettent pas la même ventilation que dans les bureaux individuels des autres étages. Ces bureaux fonctionnent donc moins bien.

La salle de séminaire

La salle de séminaire se trouve dans un volume annexe. Elle est également ventilée naturellement par effet de cheminée. L’air entre par la façade ouest via une batterie de préchauffe et un filtre. Il est extrait par la large « cheminée » en façade est. Celle-ci est équipée d’un ventilateur de 3 kW qui n’est jamais utilisé. Les murs et plafond sont en béton. Un faux plafond suspendu cache la structure pour des raisons esthétiques, mais il est perforé et détaché des murs afin de laisser accessible la masse thermique du plafond. L’inertie thermique et la ventilation du local suffisent à assurer une température confortable en été. Il n’y a aucun refroidissement mécanique.

Les salles de réunion

Les salles de réunions ne font pas l’objet d’une ventilation particulière. Elles ne sont pas utilisées de façon intensive, l’ouverture des fenêtres est donc suffisante. La masse thermique des salles suffit à assurer le confort thermique en été sans refroidissement mécanique.

Remarques

La ventilation telle qu’elle est organisée ne répondrait pas aux exigences législatives wallonnes concernant un taux de ventilation minimum dans les locaux. En effet, aucune ventilation « obligatoire » n’est organisée dans les bureaux individuels. Si l’occupant décide de ne pas ouvrir ses fenêtres ou sa porte vers le reste du bâtiment, son local n’est pas ventilé.

En hiver, l’introduction de l’air extérieur par la fenêtre directement dans le local (bureaux individuels et deuxième étage) risque de créer des courants d’air froid et donc de l’inconfort ou une sous-ventilation.Ces deux problèmes pourraient sans doute être résolus par l’utilisation de grilles de ventilation à la place ou en complément de certaines fenêtres…

Mesures prises pour limiter les charges internes

Pour garantir un confort correct dans le bâtiment (confort visuel, thermique, acoustique et respiratoire) sans refroidissement mécanique, des mesures ont été prises pour limiter les apports solaires et les charges internes.

Apports solaires

Sur la façade sud, les apports solaires sont limités grâce à des protections extérieures :

Des auvents : grilles métalliques horizontales fixes de 1.2 m qui protègent les baies du soleil haut.

Des stores extérieurs : lamelles de verre translucides de 40 cm de large, montées sur axe et orientables. Leur position est réglée par un système de gestion informatique central, auquel les occupants peuvent néanmoins déroger.

Photo stores - 01. Photo stores - 02.

Auvents métalliques et volets extérieurs.

Volets extérieurs constitués de lamelles de verre translucides.

De plus, en façade nord comme en façade sud, des stores intérieurs déroulants permettent aux occupants d’éviter l’éblouissement.

Stores intérieurs déroulables en façade nord.

Apports internes

Afin de limiter autant que possible l’éclairage artificiel, la proportion de vitrage sur les façades est relativement importante (autour de 45 % en façade sud, un peu moins en façade nord). Le deuxième étage bénéficie aussi des fenêtres hautes de ventilation en toiture, orientée au nord.

Façades sud et nord fortement vitrées.

Quand l’ensoleillement direct n’est pas un problème, les stores extérieurs devaient également servir à réfléchir la lumière vers le plafond pour augmenter l’apport de lumière naturelle dans les parties des bureaux éloignées de la fenêtre (light-shelves), mais pratiquement, la saleté se déposant sur les lamelles empêche leur bon fonctionnement.

Dans la salle de séminaire, contrairement à ce qui se fait habituellement, deux grandes vitres permettent de profiter de l’éclairage naturel dès que l’obscurité n’est pas nécessaire pour une projection.

L’éclairage artificiel installé est de faible puissance (350 lux max) (lampes type T5). Son niveau est réglé en fonction de la présence réelle dans les locaux grâce à des détecteurs de présence, et en fonction de l’éclairage naturel disponible grâce à des capteurs d’éclairement. De plus, les luminaires sont groupés selon un axe longitudinal, parallèlement à la façade sud. On peut donc par exemple éteindre les luminaires près de la fenêtre où l’éclairage naturel suffit et allumer plus en profondeur dans le bâtiment. Les occupants peuvent néanmoins déroger à cette gestion automatique ce qui limite l’efficacité de la gestion. Quelle solution trouver ? Faut-il imposer le niveau d’éclairement ? L’information des occupants est-elle suffisante pour les motiver et ainsi remédier au problème ? Faut-il utiliser un autre équipement pour la gestion de l’éclairage artificiel (réglage du niveau d’éclairement artificiel plutôt qu’un on/off par exemple) ? Des progrès sont encore à faire dans le domaine.

Un certain nombre d’ordinateurs sont regroupés dans un même espace, en façade nord. On peut donc ventiler cette partie du bâtiment de façon plus importante et éliminer directement ces apports internes.

Isolation

Les fenêtres ont un coefficient de transmission de 1.5 W/m².K, tandis que les murs ont un coefficient de transmission de 0.3 W/m².K.

Equipements techniques complémentaires

Chauffage

Le bâtiment est chauffé par le sol. Comme les tuyaux ne couvrent qu’un tiers de la surface, un complément périodique de chauffage est apporté par des radiateurs conventionnels périphériques. L’eau est chauffée par une chaudière à condensation.

Refroidissement complémentaire

Pour les journées de grande chaleur, de l’eau froide peut également circuler dans les planchers. Cette eau est refroidie, via un échangeur, par de l’eau pompée à 70 mètres de profondeur, dans un puits de forage noyé où elle reste à une température constante de 10°C. Il n’y a donc pas de production mécanique de froid.

Les canalisations pour le chauffage ou le refroidissement par le sol
sont situées sur les parties hautes de la sinusoïde.

Panneaux photovoltaïques

Des panneaux inclinés étaient prévus sur la toiture mais n’ont pas été placés à la construction pour une question de budget.

Néanmoins, une expérience limitée d’utilisation de panneaux photovoltaïques (cellules à film mince de silicone amorphe), non rentable économiquement, est en cours. 35 m² net de ces panneaux sont placés en façade sud, pour une puissance maximale de 1.5 kW, soit 25 % de la puissance d’éclairage. La moyenne d’énergie fournie est de 4 kWh par jour, le maximum est de 6 kWh par jour.

Panneaux de cellules photovoltaïques en façade sud.

Ventilateurs

Des ventilateurs ont été prévus dans les cheminées de la façade sud pour extraire l’air du bâtiment en cas de mauvaises conditions extérieure pour la ventilation naturelle, mais ils n’ont jamais servi.

Confort atteint

Températures

Les critères de confort de conception étaient :

pas plus de 25°C plus de 5 % du temps,
pas plus de 28°C plus de 1 % du temps.

Le bâtiment a respecté ces critères sans utilisation du refroidissement mécanique.

Par exemple, en 1998, les 25°C ont été dépassés pendant 40 heures (2 % du temps). Pour une journée typique de l’été 98, on a relevé 23°C pour les deux premiers niveaux et de 25°C pour le troisième niveau, et cela pour une température extérieure de 27°C. Ces valeurs sont à comparer avec une température de 31°C dans un ancien bâtiment du site pris comme référence.

Humidité

L’humidité relative mesurée se trouve généralement entre 55 et 65 % en été, et entre 30 et 45 % en hiver. On a malgré tout enregistré occasionnellement des valeurs d’humidité relative inférieures à 30 %.

Ventilation

Le taux de renouvellement d’air a été mesuré dans deux bureaux individuels en juillet 97 et en janvier 98. Les valeurs moyennes mesurées sont de 2 à 3 renouvellements par heure en été, et de 0.75 renouvellements par heure en hiver.

Confort acoustique

La proximité inhérente à l’aménagement de bureaux paysagers questionne la qualité du confort acoustique. Dans le cas présent, l’absence de faux plafond pour absorber le bruit pourrait renforcer le problème. Il semble néanmoins que les occupants ne se plaignent pas de cet aspect.

Impression de confort générale

Une étude a été réalisée pour comparer la satisfaction et la rentabilité des occupants d’un ancien bâtiment non climatisé et du nouveau bâtiment ventilé naturellement. L’évaluation s’est faite sur base de questions du type « vous sentez-vous bien ? », « aimez-vous votre patron ? », « avez-vous effectué un travail efficace aujourd’hui ? »,…
La satisfaction des occupants du nouveau bâtiment est meilleure, et la rentabilité estimée est identique dans les deux bâtiments en hiver, et améliorée de 20 % en été dans le nouveau bâtiment.

Coût et consommation

La consommation espérée était de 83 kWh/m² par an, dont 36 kWh/m² pour l’électricité et 47 kWh/m² pour le chauffage. La consommation mesurée est de 135 kWh/m² par an (46 en électricité / 89 en chauffage). Cette différence est attribuée à l’augmentation de l’équipement informatique par rapport au projet initial et au comportement des occupants.

En effet, les occupants ne respectent pas toujours le mode de fonctionnement optimal du bâtiment. Par exemple, ils utilisent les stores intérieurs en cas d’éblouissement sans essayer de régler au préalable l’orientation des stores extérieurs, ce qui entraîne l’allumage de l’éclairage artificiel. Ils dérogent également de façon importante à la gestion automatique des luminaires, ce qui entraîne des surconsommations inutiles. De même, il est difficile d’empêcher les utilisateurs d’ouvrir les fenêtres (surconsommation de chauffage en hiver). Les premiers occupants du bâtiment avaient été informés sur le fonctionnement du bâtiment, mais les nouveaux occupants reçoivent simplement un document écrit d’explication, qui se résume globalement au mode d’emploi des télécommandes de l’éclairage et des stores.

Ces résultats sont à comparer avec les données statistiques de consommation d’énergie de bâtiments de bureaux standarts de même catégorie en Angleterre, fournies par l’Office de l’Énergie :

Consommations en kWh/m2	Electricité	Gaz	Total
Typique	224	176	400
Bonne pratique	130	95	225
BRE	46	89	135
Rapport entre BRE et bonne pratique	35 %	94 %	60 %

Coût d’investissement : 1 187 £/m² (soit environ 1851,72 € au taux de 1,56 €/£ du 15 juillet 2002). Ce coût élevé est dû au recyclage d’éléments de l’ancien bâtiment et à l’innovation. Le coût estimé pour le même bâtiment s’il devait être reconstruit est de 1 000 £/m² soit environ 1 560 €.

Les éléments techniques nécessaires à la ventilation naturelle ont un coût qui compense sans doute l’économie d’équipements techniques mécanique. Néanmoins, ces éléments tels que la dalle sinusoïdale et les cheminées contribuent, en plus de leur rôle technique, à la forme architecturale du bâtiment.

Relativement à l’investissement, l’encombrement du système a également son importance. Sur ce point, la comparaison avec un bâtiment climatisé est difficile à faire :
le bâtiment ne comprend pas de gaine verticale pour la ventilation, et les gaines horizontales sont limitées; il n’a pas non plus d’encombrement pour une machine frigorifique et un caisson de traitement d’air. Néanmoins, les cheminées d’évacuation et la forme des dalles de plafond ont un encombrement certain.

Conclusion

Dans cet exemple, le remplacement de la ventilation et du refroidissement mécaniques par la ventilation naturelle permet de :

respecter les critères de confort,
diminuer la consommation du bâtiment de 40 % par rapport à un bâtiment de même catégorie et de bonne qualité énergétique.

Même si des améliorations peuvent être apportées, cette réalisation est très encourageante.

Architectes : Feilden Clegg Architects
Ingénieurs stabilité : Buro Happold
Ingénieurs techniques spéciales : Max Fordham and Partners

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Bâtiment PROBE du CSTC

Introduction

Le bâtiment de bureaux « PROBE » (Pragmatic Renovation of Office building for a Better Environment)se situe sur le site du CSTC à Limelette.

Ce bâtiment fit l’objet d’une rénovation énergétique dans le cadre d’un projet de démonstration cofinancé par le Ministère de la Région wallonne.

Ce projet a comme objectif de montrer comment il est possible, dans les immeubles de bureaux, de diminuer les consommations énergétiques et d’améliorer le confort intérieur :

par des mesures simples et des technologies éprouvées (pas de « high-tech »),
avec un coût limité,
sans grands travaux, ni grande perturbation des activités de bureau.

Les actions ainsi menées dans le bâtiment « PROBE » peuvent facilement être appliquées à d’autres immeubles de bureaux.

Situation d’origine

Le bâtiment PROBE est un immeuble de 1 120 m², construit en 1975. Il comprend 36 bureaux répartis sur 2 étages (surface de bureaux : 672 m²) qu’occupent environ 55 personnes.

Étage type du bâtiment PROBE.

Lors de sa construction, le bâtiment ne fit l’objet d’aucune mesure visant à maîtriser les consommations, ni le confort intérieur : aucune isolation, pas de ventilation, pas de protection solaire, installation de chauffage minimaliste.

Les conditions de confort n’y sont pas optimales : manque de chaleur en hiver, surchauffe en été, médiocre qualité de l’air et médiocre éclairage. Cette situation n’est évidemment pas une exception car rencontrée dans de nombreux immeubles de bureaux de cette époque.

Résumé des mesures prises

Les mesures prises tant au niveau de l’enveloppe du bâtiment que des équipements ont pour objectif de garantir un confort correct (confort visuel, thermique, acoustique et respiratoire) tout en tenant compte du comportement des occupants et des consommations énergétiques.

Chauffage	Remplacement des chaudières par des chaudières à haut rendement
Chauffage	Rénovation de la régulation et placement de vannes thermostatiques
Isolation	Isolation de la toiture
	Remplacement de certains châssis
	Remplacement des simples vitrages par des vitrages HR (dans les anciennes menuiseries)
Protection contre les surchauffes	Protections solaires extérieures automatisées
	Ventilation nocturne intensive
	Vitrages réfléchissants
Qualité de l’air	Ventilation double flux avec détection de présence
Éclairage	Luminaires haut rendement avec ballasts électroniques
Éclairage	Régulation en fonction de la présence et de la lumière naturelle

Pour évaluer les résultats des différentes actions menées, plusieurs campagnes de mesures (consommation, températures de l’air, des parois, niveaux d’éclairement, …) ont été réalisées en exploitation réelle.

Ventilation à la demande

Principe de ventilation

Le bâtiment PROBE a été équipé d’un système de ventilation mécanique

L’air neuf est pulsé dans les bureaux avec un débit nominal total de 1 250 m³/h (25 m³/h par personne).

Réseau de pulsion d’air neuf parcourant les faux plafonds des couloirs.

Cet air est transféré en partie par les couloirs vers les sanitaires où un débit nominal de 300 m³/h est extrait. Ce transfert d’air permet de ne pas alimenter les sanitaires en air neuf et donc une économie d’énergie.

Le solde de débit entre la pulsion et l’extraction est évacué par les inétanchéités (portes d’entrée, …),mettant le bâtiment en légère surpression, ce qui limite les infiltrations d’air parasites dans le bâtiment.

Bouches de pulsion et régulation

Les bouches de pulsion sont disposées dans la retombée du faux plafond des couloirs. Il n’y a donc pas de gainage parcourant les bureaux, la distribution se faisant par les faux plafonds techniques des couloirs.
Les bouches de pulsion choisies permettent d’origine :

Un réglage manuel en 4 positions du débit nominal : 25, 50, 75, 100 m³/h. Ce réglage est réalisé une fois pour toutes en fonction du nombre d’occupants normal du bureau, par rotation du cylindre se trouvant devant l’ouverture.

Une fermeture de la bouche en cas d’absence dans le local, par un détecteur de présence disposé sur la bouche. Si après 10 minutes, le détecteur n’a enregistré aucun mouvement dans le local, la bouche de pulsion passe en position fermée (action en tout ou rien).

Chaque bouche est autonome. Son système de détection fonctionne sur batteries longue durée et ne demande que peu d’énergie. Il n’y a donc pas de câblage à prévoir entre les bouches, ce qui s’adapte particulièrement bien à la rénovation.

L’utilisation de telles bouches impose des dispositifs de régulation de débit tant au niveau des bouches que du ventilateur. En effet, dans ce type de régulation de la ventilation à la demande, lorsqu’une bouche de ventilation se ferme, la pression dans le circuit de distribution augmente. Il en résulte une augmentation du débit dans les bouches restées ouvertes. L’impact de la fermeture d’une bouche sur le débit total, donc sur la consommation globale, n’est pas alors celui escompté.

Pour remédier à cela, il faut d’une part agir sur le ventilateur en lui imposant le maintien d’une pression constante en un point du circuit et placer des éléments auto-régulateurs de débit au niveau des bouches de pulsion.

Elément auto-régulateur de débit :
lorsque la pression et le débit augmentent,
la membrane se gonfle et rétablit débit d’origine.

Dans ce bâtiment, les bouches de pulsion comportent d’origine une auto-régulation des débits dans une plage de pression allant de 70 à 130 Pa (pression nominale de fonctionnement des bouches = 100 Pa), c’est-à-dire une constance des débits, malgré la fermeture de certaines bouches dans le circuit.

La pression dans le circuit de distribution est contrôlée au niveau du ventilateur d’une part grâce à un ventilateur à courbe caractéristique plate et d’autre part grâce à un filtre mobile placé derrière le ventilateur. Ce filtre est composé d’une manchette mobile faisant varier la surface active du filtre et donc sa perte de charge, maintenant ainsi une pression constante au début du circuit quel que soit le nombre de bouches de pulsion ouvertes dans le circuit. Durant la nuit, le ventilateur est mis à l’arrêt par une horloge.

Cette régulation par étranglement n’est cependant pas optimum du point de vue des consommations énergétiques (cela revient à accélérer et freiner en même temps pour régler la vitesse d’une voiture !). On lui préférerait à l’heure actuelle une régulation du ventilateur par variation de vitesse.

Filtre à surface active variable.

Circuit de distribution

La distribution de l’air neuf se fait via un gainage disposé dans les faux plafonds des couloirs.

À l’origine, la distribution se faisait via des conduites de section rectangulaire. Après installation, il s’est avéré impossible d’atteindre les débits demandés dans les différents bureaux. La cause première de ce problème était l’inétanchéité importante (mais non exceptionnelle !) du réseau de distribution. Ainsi, lorsque toutes les bouches de pulsion sont fermées, le ventilateur pulse quand même dans le bâtiment son débit nominal. De même, lorsque toutes les bouches sont ouvertes, le ventilateur doit fournir 1 300 m³/h pour obtenir le débit d’air neuf recommandé par étage, soit environ 650 m³/h pour l’ensemble des bureaux. Il en résulte une multiplication par 2 de la consommation nécessaire au chauffage de l’air neuf. Le bénéfice d’une gestion de la ventilation à la demande est alors perdu.

Evolution de l’étanchéité des conduits de distribution en fonction des améliorations apportées, le cas 1 étant la situation d’origine. L’étanchéité obtenue est comparée aux classes d’étanchéité définies par le standard Eurovent 2/2.

Dans un premier temps, un calfeutrage a été tenté au moyen de bandes adhésives et de mastic. Ce fut un travail laborieux (notamment pour détecter les fuites) qui ne donna que peu de résultats (cas 2 à 5).

Ancien réseau de distribution rectangulaire et nouveau réseau de distribution circulaire plus encombrant, mais nettement plus étanche.

Conduit circulaire à double joint aux raccords.

Pour pouvoir comparer les technologies, les conduites rectangulaires d’un étage furent remplacées par des conduits circulaires avec double joint aux raccords (cas 6). Ces conduites, nettement plus simple à installer, ont presque permis d’atteindre, sans effort supplémentaire, la meilleure des classes d’étanchéité du standard Eurovent. Les fuites ont ainsi pu être réduites à 2,5 % du débit nominal.

Résultats

L’objectif du système de ventilation est de fournir un débit total d’air neuf de 650 m³/h, lorsque le bâtiment est occupé au maximum et d’adapter ce débit au taux d’occupation réel du bâtiment.

Débits obtenus grâce à la gestion de la ventilation à la demande comparée à un système à débit constant et au système de gestion parfait.

En moyenne, les bureaux de 1 personne sont occupés durant 52 % du temps de travail, tandis que les bureaux de 2 personnes le sont durant 72 %.
La régulation des débits de ventilation en fonction de cette occupation a entraîné une réduction des débits d’air neuf et donc des consommations de chauffage qui y sont liés de 35 % par rapport à un système à débit constant fonctionnant durant les heures de travail.

Les mesures de débit prises dans le bâtiment montrent la réponse du système à la variation de l’occupation. On voit que pour les faibles réductions de débit, le débit d’air neuf suit bien la demande et fonctionne parfaitement. Par contre, des surdébits apparaissent lorsque peu de locaux sont occupés. Ceci est lié à :

L’augmentation trop importante de la pression dans le circuit lorsque plus de 50 % des bouches sont fermées. On sort de la zone d’autorégulation des bouches de pulsion.
La part importante prise par les inétanchéités.

Résultat des différentes actions menées au niveau de la ventilation du bâtiment PROBE
Action	Débit d’air neuf au niveau du ventilateur	Économie d’énergie sur le chauffage de l’air neuf
Action	[m³/h]	[kWh/m².an] [kWh/an]	%
Situation d’origine : ventilation constante durant les heures de bureau, réseau de distribution rectangulaire de départ	1 800	–	–
Placement de conduits circulaires étanches	1 500	2,4 2 695	17 %
Transfert d’air des bureaux vers les sanitaires (la ventilation des sanitaires se fait avec l’air des bureaux)	1 200	2,3 2 590	20 %
Ventilation à la demande	–	3,0 3 396	35 %
Économies cumulées	–	7,7 8 681	environ 50 %

Consommation de chauffage de l’air neuf en fonction des améliorations successives possibles, dans le bâtiment PROBE.

Cette économie est réalisée par rapport à une situation correspondant à la situation moyenne des immeubles de bureaux belges et peut donc être extrapolée à bien d’autres bâtiments.

Aspects financiers

Lorsqu’un bâtiment n’est équipé d’aucun système, l’installation d’une ventilation nécessite un investissement financier et conduit souvent à une augmentation des consommations énergétiques (chauffage de l’air neuf et consommation des ventilateurs).

Il est donc difficile de parler dans ce cas de temps de retour de l’investissement : le bénéfice se mesure en terme d' »amélioration de la qualité de l’air », donc de « meilleur environnement de travail » et d' »augmentation de la productivité ».

On peut cependant comparer la ventilation à la demande installée dans le bâtiment PROBE avec la même ventilation sans gestion des débits.

Dans le cas de PROBE, les surcoûts occasionnés par la ventilation à la demande consistent en :

Bouches avec détection de présence, batterie et autorégulation des débits en fonction des variations de pression dans le réseau de distribution. Surcoût minimum de 75 € par rapport à des bouches classiques de la même gamme.

Gestion de la pression au niveau du ventilateur.

Les conduits circulaires directement étanches se sont, quant à eux, avérés moins chers que les conduits d’origine, grâce à leur facilité de placement.

Ventilation nocturne

Avant rénovation, le bâtiment PROBE, comme beaucoup d’immeubles de bureaux subissait d’importantes surchauffes en été, du fait de sa superficie de vitrages et de l’accroissement considérable des équipements de bureau.

Un des objectifs de la rénovation est de montrer qu’il est possible de rétablir un confort d’été correct sans avoir recours à une installation de climatisation.

L’un des critères utilisés pour objectiver le confort d’été est (prescription pour les bâtiments publics hollandais) : la température intérieure ne peut dépasser 25°C durant plus de 100 heures par an et ne peut dépasser 28°C durant plus de 20 heures par an.

Première action : réduire les apports de chaleur

Plusieurs actions ont d’abord été menées pour réduire les gains de chaleur tant externes qu’internes :

Placement de protections solaires automatiques (intégrées dans les doubles vitrages au sud, inclinées extérieures à l’est et verticales extérieures à l’ouest) réduisant les apports solaires de plus de 80 %.

Placement de luminaires haute performance régulés en fonction de l’éclairage naturel réduisant la puissance fonctionnant en été de 22 à 2,4 W/m² pour un éclairement identique et un meilleur confort visuel.

Isolation de la toiture diminuant de 63 % les apports de chaleur au travers du toit ensoleillé.

Deuxième action : refroidir le bâtiment par ventilation naturelle

Durant les nuits d’été, un free cooling nocturne est appliqué : le bâtiment est ventilé naturellement et de façon intensive au moyen de grandes grilles fixées en été dans les châssis sur les deux façades du bâtiment.

Grilles de ventilation nocturne intensive associées à des protections solaires automatiques.

La nuit, les portes de bureaux sont ouvertes, permettant une ventilation transversale importante entre les façades grâce à la pression du vent.

Ventilation transversale intensive de nuit.

Une ventilation par effet cheminée aurait aussi pu être appliquée en pratiquant des évacuations naturelles verticales mais cela demandait des aménagements beaucoup plus importants dans la structure du bâtiment.

Ventilation intensive de nuit par effet cheminée.

Si les portes des bureaux doivent rester fermées, une ventilation par bureau est aussi possible étant donné la taille des grilles placées dans les châssis.

Ventilation intensive de nuit avec portes fermées.

Taux de renouvellement d’air moyen obtenu dans « PROBE » en fonction de la stratégie de ventilation nocturne appliquée
Ventilation transversale : fenêtres (avec grille) et portes ouvertes en grand	13 [vol/h]
Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en grand et portes fermées	3,4 [vol/h]
Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en position basculante et portes fermées	2,2 [vol/h]
Infiltrations : fenêtres et portes fermées	0,2 [vol/h]

Une ventilation intensive donne les meilleurs résultats si les portes et les fenêtres restent ouvertes durant la nuit. À défaut, on peut imaginer le placement de grilles de transfert dans les portes ou des petites fenêtres au-dessus de celle-ci. Il importe donc, pour la réussite totale du refroidissement nocturne, que les occupants soient clairement informé de leur rôle dans la gestion du confort, ce qui marche bien dans le bâtiment PROBE.

Il faut également que les ouvertures en façade soient suffisantes. Voici les recommandations en matière d’ouverture minimum pour la ventilation intensive comparées à ce qui est réalisé dans le bâtiment PROBE :

Ouvertures minimum nécessaires à la ventilation naturelle intensive en % de la surface au sol des locaux
	NBN D50-001 pour les locaux d’hébergement	Projet NatVent	Ouverture effective dans PROBE
Ventilation par des ouvertures sur une seule façade	6,4 %	4 %	de 1,9 à 3 %
Ventilation par des ouvertures sur des façades opposées	3,2 %	2 %	1,7 %

Résultats

Nombre d’heures pendant lesquelles la température intérieure dépasse 25°C et 28°C dans plusieurs bureaux de PROBE. Les bureaux les plus chauds sont de bureaux contenant un nombre important de personnes, d’ordinateurs et d’imprimantes fonctionnant souvent 24h/24. Notons que le comportement des occupants est variable selon les bureaux, notamment lorsqu’il s’agit, le soir, d’ouvrir les portes et fenêtres, d’éteindre les équipements de bureau, …

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Salle de conférence équipée d’une sonde CO2

Salle de conférence équipée d'une sonde CO2

Description

Il s’agit d’une salle de conférence de 150 places en gradins située en Alsace.

Cette salle a fait l’objet d’une instrumentation par le COSTIC et les résultats de l’analyse, fort intéressants, ont été publiés dans Les Actes du COSTIC n°155 : Les capteurs de qualité d’air pour réguler la ventilation à la demande.

En voici un extrait :

La salle de conférence est alimentée par une centrale de traitement d’air indépendante, à débit constant, sans contrôle d’humidité.

Une sonde CO₂, placée dans le conduit de reprise, assure la régulation du volet d’air neuf, avec entière satisfaction de l’exploitant.

Régulation

L’ouverture des registres d’admission d’air neuf répond à deux exigences :

> La présence des occupants, par l’intermédiaire de la lecture du taux de CO₂. La consigne est réglée sur 1 200 ppm, avec une bande proportionnelle de 500 ppm autour de cette valeur.

> Le free cooling de la salle, par rafraîchissement par l’air extérieur. Si la température intérieure est dépassée et si l’air extérieur est plus frais que l’air intérieur, un maximum d’air neuf extérieur est fourni aux occupants (principalement en mi-saison).

Un sélecteur permet d’attaquer les registres avec la demande la plus forte.

La régulation doit de plus prévoir un renouvellement minimum, même en cas d’absence totale d’occupants.

Résultats

Le bâtiment ayant été équipé dès l’origine de ce type de système, il n’est pas possible d’estimer l’économie résultant de cette régulation.

Par contre, il est intéressant d’observer les résultats du monitoring (une journée de juin) :

Enregistrement des paramètres

Il apparaît clairement une utilisation très partielle de la salle durant la matinée, puis une occupation élevée à partir de 11h00. Dès 12h30, la salle s’est probablement vidée.

Ce n’est que vers 11h15 que la teneur en CO₂ de la salle a dépassé les 950 ppm, seuil minimum d’ouverture des registres d’air neuf

Durant la matinée, la température extérieure est inférieure à la température de l’air repris.

On peut en profiter pour rafraîchir la salle.

Commande du volet d’air neuf

Le volet d’air neuf est bien ouvert au matin (modulé par les besoins de rafraîchissement), puis fermé à 11h00 (T°ext > T°int).

Les pics correspondent à la demande d’ouverture pour les besoins hygiéniques des occupants (avec un maximum à 30 % d’ouverture, correspondant bien au 1 100 ppm de CO₂ enregistrés).

Enfin, dans l’après-midi, quelques ouvertures périodiques afin d’assurer un minimum d’air neuf hygiénique.

On imagine clairement l’économie résultant de l’utilisation adéquate du free cooling et du contrôle optimal du débit d’air neuf extérieur à refroidir (ou à réchauffer en hiver) !!!

Archives pour la catégorie Ventilation

Le trio gagnant: isolation + étanchité + ventilation

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Et la PEB ? En cas de rénovation d’une PEN…

Système C

Dimensionnement

Contextualisation des travaux

Situation existante avant travaux

VMC double-flux

Norme et réglementation

Outil de simulation / Niveau de CO2 d’une classe

Régulation

Dimensionnement adapté à la fonction des locaux

Des plans d’architecture meublés « habités » pour une occupation réelle!

Introduction

La démarche

Évaluer

Communiquer et convaincre

Agir

Vérifier

Le bâtiment

Les systèmes existants

Chauffage

Ventilation

Les travaux réalisés

Principe de la régulation du système ventilation-chauffage

Récupération de la chaleur sur l’air extrait. Une piste pour le futur

Le confort

Les économies d’énergie

Informations complémentaires

Présentation du projet

Régulation de la température et du renouvellement d’air

Consignes de températures et de confort

Du point de vue technique : les principes et valeurs de régulation

Chauffage

Ventilation

Du point de vue des occupants : une régulation par indicateur lumineux et vannes thermostatiques

Chauffage

Ventilation

La ventilation naturelle par cheminées centrales

La ventilation mécanique double flux

Campagne de mesures

Monitoring du bâtiment

Relevé d’impression d’ambiance par les occupants

Observations des résultats

Relevé des mesures

Observations

en humidité relative

en température

en concentration de CO2

Conclusion

Une volonté de simplifier les installations techniques et leur régulation

Chaudière à condensation, radiateurs … mais plus de vanne à 3 voies !

Une ventilation double flux avec récupération de chaleur

Un refroidissement direct des classes la nuit, par ouverture de la façade

Une production d’eau chaude sanitaire, décentralisée et instantanée

Introduction

Description

Principes de conception

Éclairage

Éclairage naturel

Éclairage artificiel

Ventilation naturelle

Refroidissement et chauffage

Refroidissement

Chauffage

Fonctionnement

Atrium

Auditoire

Laboratoire de mécanique

Laboratoires d’électricité

Classes

Bureaux

Sécurité

Sécurité incendie

Sécurité

Performance

Confort thermique

Consommation

Résumé

en concentration de CO₂