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Aération / Ventilation
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Aération et ventilation
Aération: terme général pour tout renouvellement de l'air intérieur d'un bâtiment (ou d'une pièce), en principe échangé contre de l'air extérieur
Ventilation: aération volontaire (ventilation mécanique, ouverture des fenêtres, etc)
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Impacts de l'aération
qualité de l'air déperditions de chaleur et consommation
d'énergie (de chauffage en hiver, de refroidissement en été)
problèmes de condensation (teneur en eau de l'air)
confort thermique et courants d'air
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Modélisation de l'aération
Les masses d'air qui traversent le bâtiment sont mues par: le vent (augmentation de la pression sur la façade
au vent) différence entre les densités d'air intérieur et
extérieur tirage (effet de cheminée) ventilation de l'installation aéraulique, dans le cas
où une telle installation existe
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Distribution d'air dans une pièce
En piston
En piston
Mélange
Le plus fréquent
Mélange
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Contrôle des débits
L'air doit passer par les organes de contrôle. Le reste de l'enveloppe doit être étanche.étanche.
Contrôle manuel Contrôle par horloge Contrôle à la demande
capteurs de CO2
capteurs d’humidité capteurs «multigaz»
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Etanchéité de l'enveloppe
enveloppel' de Aire
Pa 4 sousDébit téPerméabili 4
4, e
a A
Vv
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Critères de perméabilité
ventiléVolume
Pa 50 sousair d'Débit Pa) 50=(50
V
pΔVn
e
n
eL
A
A
V
A
V
n
v2,0
50
4
50,
4,
Ancien critère:
enveloppel' de Aire
Pa 4 sousDébit 44,
ea A
Vv
Nouveau critère:
Relation de passage:
Ventilation mécanique
Avantages Contrôle du débit et du
climat intérieur Utilisable en
environnement pollué ou bruyant
Récupération de chaleur.
Inconvénients Mal accepté Coûteux Occupe un grand volume Consomme de l'énergie
électrique Parfois bruyant
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Ventilation naturelle
Avantages Bien acceptée Coût très faible Pas d’énergie pour le
transport d’air
Inconvénients Récupération de chaleur
difficile Inutilisable en
environnement pollué ou bruyant
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Comment aérer?
Aérer fortement pendant quelques minutes: Pour changer l'air après une activité polluante Pour oxygéner Pour évacuer le gaz carbonique
Aérer continûment au débit convenable Pour évacuer la chaleur Pour évacuer les odeurs absorbées Pour assécher les matériaux
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Santé des occupants
Enquête dans 8 immeubles de bureaux en SuisseListe de 11 symptômes (fatigue, yeux secs, etc..)Valeurs corrigées pour le sexe.
Nombre moyen minimum par bâtiment: 2,4Nombre moyen des 8 bâtiments : 4,5Valeur maximale: 7,1Est-ce acceptable?
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L'aération influence
La qualité de l'air Les pertes et gains de chaleur
Les problèmes de condensation Le confort thermique
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Si l'aération est trop forte
Consommation d'énergie exagérée Courants d'air, mauvais confort thermique Condensation dans les fuites
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Si l'aération est insuffisante
Mauvaise qualité d'air, odeurs Condensation aux endroits froids Trop haute température Mauvaise combustion
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Moteurs de la ventilation
Le vent
Les différences de densité d'air
Les ventilateurs
Ces trois moteurs sont souvent d'égale importance:Une pression de 4 Pa résulte aussi bien d'une différence de température de 10 K sur une hauteur de 10 m que de l'impact d'un vent de 3 m/s.
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Modèles numériques (CFD)
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Modèle physique
Modèle nodal aéraulique
0°C20 °C
ppie
Vent
Niveau neutre
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Effet des ventilateurs
Les ventilateurs insufflent ou extraient de l'air des locaux, changeant ainsi la pression locale
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L'effet du vent
Le vent exerce des pressions sur les diverses parois de l'enveloppe.
Ces pressions poussent l'air au travers des ouvertures et des défauts d'étanchéité
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L'effet du vent
2
2
1vρCp pv
v
Cp:Coefficient de pression : Masse volumique de l'airv : Vitesse de l'air de référence
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Effet de cheminée
Une colonne d'air froid pèse plus lourd qu'une colonne d'air chaud.
Il en résulte des différences de pression variant avec la hauteur.
gzzp ei )(
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Débit d’air
Sous l'effet des différences de pression, de l'air entre et sort du bâtiment.
npDV D et n dépendent du type
d’ouverture ou de fissure. n est compris entre 0.5 (régime turbulent) et 1 (régime laminaire
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Qu'est-ce que le niveau neutre?
En peu de temps, un équilibre s'établit.
Le niveau neutre est le niveau où la pression intérieure est égale à la pression extérieure
La position du niveau neutre dépend des pressions et des ouvertures.
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Position du niveau neutre
35
Position du niveau neutrePosition du niveau neutre
36
Position du niveau neutrePosition du niveau neutre
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Débit dans une ouverture
Equation de Bernoulli p1 + ½ρe u12 = p2 + ½ ρi u2
2
(conservation de l'énergie)
up
p
u 0 ρ
ppu
2
ρ
pΔACρuACρm ddd
2Adaptation:
6.0dC
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Position du niveau neutre
ies ρρzzgpΔ 0Effet de cheminée
Niveau neutre A1 u1 e= A2 u2 i
2
1
2
2
1
2
2
1
A
A
T
T
A
A
ρ
ρ
z
z
i
e
e
i
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Position du niveau neutre
A1
A2
z1
z2
Ti Te
H
2
1
2
2
1
2
2
1
A
A
T
T
A
A
z
z
i
e
e
i
2
1
2
2
1
AA
T
T
Hzh
i
e
40
Débit d'air par effet de cheminée
2
1
2
2
1
2
A
A
T
TT
TTgHCAm
i
ei
eidi
e
eidext T
TTgHHWCm
3
1
Deux ouvertures d'aires A1 et A2 distantes de H m en hauteur
Une ouverture de hauteur H et de largeur W
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Vent et effet de cheminée
Débit
Vitesse du vent
Tirage
Vent
Débit
Vitesse du vent
Tirage
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Ventilation et saisons
Air extérieur froid et sec Faible débit d'air nécessaire Fort tirage et fort vent Un fuite donne trop d'air,
trop froid et trop sec.
Air extérieur tempéré et humide Fort débit d'air nécessaire Faible tirage Une fuite ne donne pas assez
d'air.
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La ventilation naturelle
Est d'autant plus forte que les ouvertures ou les fuites sont plus grandes
A ouverture ou fuite fixe, elle est trop forte par froide bise et insuffisante en mi-saison
Il faut donc contrôler la ventilation en plaçant des ouvertures ad hoc dans une enveloppe étanche.
Il ne faut pas compter sur les fuites pour aérer.
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Ouverture des fenêtres
A la française Tombant Projeté Basculant Pivotant Tournant
Guillotine Acordéon Levant Escamotable Coulissant Parallèle
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Ouvertures de ventilation
Vantelles Lamelles en allège Grille réglable Ventilateur
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Canaux de ventilation
Conduit unique Conduits shunt Conduits individuels
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Entrées d'air réglables
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Bouches d'air hygroréglables
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Entrée d'air à "débit constant"
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50
Pression [Pa]
Déb
it [
m³/h
]
50
Ventilation mécanique à double flux
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• lumièrelumière• chaleurchaleur• air air • infiltrationsinfiltrations• bruitbruit• vuevue• voleursvoleurs• insectesinsectes• feufeu• pluiepluie
A travers une fenêtre...A travers une fenêtre...
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Conclusions
Il faut aérer, mais il faut aérer "juste" Adapter l'aération aux besoins Pour limiter les pertes d'énergie liées à
l'aération et améliorer la qualité de l'air, il faut: supprimer les besoins inutiles: bâtiments propres contrôler l'aération, donc enveloppe étanche et
ouvertures de ventilation avoir de l'air propre dehors, donc ne pas polluer...
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Conclusions
L’aération sert plus à éliminer les polluants qu’à apporter de l’oxygène.
Pour améliorer la qualité de l'air et limiter les pertes d'énergie liées à l'aération, il faut: supprimer les besoins inutiles: bâtiments propres contrôler l'aération, donc enveloppe étanche et
ouvertures de ventilation avoir de l'air propre dehors, donc ne pas polluer...
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Environnement intérieur: état actuel
Odeurs incommodant 50 % des visiteurs Surchauffes fréquentes Climatisation mal acceptée Syndrome du bâtiment malsain Débits d’air incontrôlés Ventilation bruyante Acoustique discutable etc.. etc..
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Syndrôme du bâtiment malsain
Yeux secs Yeux larmoyants Nez bouché Nez coulant Gorge sèche Poitrine oppressée
Symptômes de grippe Peau sèche Peau irritée, éruptions Mal à la tête Apathie, fatigue
Ce symptôme s’améliore-t-il pendant les jours d’absence?
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Énergie et environnement intérieur
Confort =
Haute technologie et forte consommation?
NON!Un excellent confort
peut être obtenu avec une faible consommation
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Exercice supplémentaire 2.6
Un bâtiment de surface au sol 10 x 10 m2 et de hauteur 10 m comporte une série d'ouvertures à sa base (total 5 m2) et en toiture (total 5 m2). La différence de hauteur moyenne entre les deux séries d'ouvertures est de 9 m.
Questions: Quel sera le débit d'air dû à l'effet de cheminée ? Quelle est la puissance de chauffage nécessaire à compenser la
perte thermique correspondante ?
Conditions: int = 20 °C, ext = 0 °C, pas de vent