constats et stratégies d’intervention, dans l’existant et ...€¦ · dans l’existant et...
TRANSCRIPT
Focus sur la ventilation dans les écoles !
Constats et stratégies d’intervention, dans l’existant et dans la conception d’une nouvelle installation
Architecture et Climat – UCL [email protected]
Constat :
La forte densité d’occupation et l’étanchéité des nouveaux châssis crée un problème de qualité d’air.
Couramment mesuré : CO2 entre 3000 et 4000 ppm dans les classes !
Les-Bons-Villers
Pont-à-Celles
Lasne
Campagne de mesures réalisée dans 5 écoles
Nous avons demandé à 5 institutrices d’appliquer diverses stratégies de ventilation, pour juger de leur efficacité…
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 h
001
h 00
2 h
003
h 00
4 h
005
h 00
6 h
007
h 00
8 h
009
h 00
10 h
00
11 h
00
12 h
00
13 h
00
14 h
00
15 h
08
16 h
08
17 h
08
18 h
08
19 h
08
20 h
08
21 h
08
22 h
08
23 h
08
Taux CO2
Mesuréun mercredi
Situation de départ : fermer portes et fenêtres toute la journée.
« Très, très dur !! Chaleur, maux de tête, fatigue, élèves apathiques… Buée sur les fenêtres… »
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 h
001
h 00
2 h
003
h 00
4 h
005
h 00
6 h
007
h 00
8 h
009
h 00
10 h
00
11 h
00
12 h
00
13 h
00
14 h
00
15 h
00
16 h
00
17 h
00
18 h
00
19 h
00
20 h
00
21 h
00
22 h
00
23 h
00
Pont à Celles 4/10
Les Bons Villers 3/10
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
15
h 3
2
17
h 3
2
19
h 3
2
21
h 3
2
23
h 3
2
1 h
32
3 h
32
5 h
32
7 h
32
9 h
32
11
h 3
2
13
h 3
2
15
h 3
2
17
h 3
2
19
h 3
2
21
h 3
2
23
h 3
2
LLN- Biéreau 18/10
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
15
h 3
2
17
h 3
2
19
h 3
2
21
h 3
2
23
h 3
2
1 h
32
3 h
32
5 h
32
7 h
32
9 h
32
11
h 3
2
13
h 3
2
15
h 3
2
17
h 3
2
19
h 3
2
21
h 3
2
23
h 3
2Dans cette école (LLN – Biéreau),
rénovation très récente des châssis :
étanchéité quasi-totale des joints !
LLN- Biéreau 18/10
Analyse de cette dernière situation :
T
Stratégie 1 : ouverture des grilles de ventilation le jour…
Analyse : pas de passage d’air dans la porte, pas d’extraction dans les couloirs, pas d’extraction dans les sanitaires,…
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
70000
0:0
0:1
3
01
:00
:13
02
:00
:13
03
:00
:13
04
:00
:13
05
:00
:13
06
:00
:13
07
:00
:13
08
:00
:13
09
:00
:13
10
:00
:13
11
:00
:13
12
:00
:13
13
:00
:13
14
:00
:13
15
:00
:13
16
:00
:13
17
:00
:13
18
:00
:13
19
:00
:13
20
:00
:13
21
:00
:13
22
:00
:13
23
:00
:13
00
:00
:13
01
:00
:13
02
:00
:13
03
:00
:13
04
:00
:13
05
:00
:13
06
:00
:13
07
:00
:13
08
:00
:13
09
:00
:13
Grilles fermées la nuit
Grilles ouvertes
sec
LLN- Biéreau 22 et 23/10
Section d’ouverture des grilles : 6 m x 0,03 m = 0,18 m²
Respect des normes…
Résultat dans cette même dernière classe :
Stratégie 2 : une fenêtre ouverte en oscillo-battant toute la journée
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
00:0
0:36
01:0
0:36
02:0
0:36
03:0
0:36
04:0
0:36
05:0
0:36
06:0
0:36
07:0
0:36
08:0
0:36
09:0
0:36
10:0
0:36
11:0
0:36
12:0
0:36
13:0
0:36
14:0
0:36
15:0
0:36
16:0
0:36
17:0
0:36
18:0
0:36
19:0
0:36
20:0
0:36
21:0
0:36
22:0
0:36
23:0
0:36
Les Bons Villers , le 9/10
Analyse : Evacuation insuffisante des polluants … La ventilation naturelle requiert un moteur de déplacement :
• du vent • un tirage thermique par différence de température
Récréation
Pause de midi
Stratégie 3 : la porte de la classe ouverte toute la journée
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
350000
:00:
…01
:00:
…02
:00:
…03
:00:
…04
:00:
…05
:00:
…06
:00:
…07
:00:
…08
:00:
…09
:00:
…10
:00:
…11
:00:
…12
:00:
…13
:00:
…14
:00:
…15
:00:
…16
:00:
…17
:00:
…18
:00:
…19
:00:
…20
:00:
…21
:00:
…22
:00:
…23
:00:
…
Pont à Celles , le11/10 …. Avec seulement 14 élèves dans la classe
Analyse : Evacuation insuffisante des polluants …
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
00:0
0:14
01:0
0:14
02:0
0:14
03:0
0:14
04:0
0:14
05:0
0:14
06:0
0:14
07:0
0:14
08:0
0:14
09:0
0:14
10:0
0:14
11:0
0:14
12:0
0:14
13:0
0:14
14:0
0:14
15:0
0:14
16:0
0:14
17:0
0:14
18:0
0:14
19:0
0:14
20:0
0:14
21:0
0:14
22:0
0:14
23:0
0:14
Pont à Celles , le 9/10
Stratégie 4 : ouverture de 2 fenêtres 5 min toutes les heures
Analyse : Evacuation insuffisante des polluants …
?
Une remontée du taux de CO2 la nuit ???
0500
1000150020002500300035004000
00:0
0:14
01:0
0:14
02:0
0:14
03:0
0:14
04:0
0:14
05:0
0:14
06:0
0:14
07:0
0:14
08:0
0:14
09:0
0:14
10:0
0:14
11:0
0:14
12:0
0:14
13:0
0:14
14:0
0:14
15:0
0:14
16:0
0:14
17:0
0:14
18:0
0:14
19:0
0:14
20:0
0:14
21:0
0:14
22:0
0:14
23:0
0:14
Analyse : une ventilation naturelle est tributaire du sens du vent…
Le jour…
La nuit…
Stratégie 5 : ouverture de 2 fenêtres pendant 15 min durant la récréation et le temps de midi
Pont à Celles , le 5/10
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
400000
:00:
1401
:00:
1402
:00:
1403
:00:
1404
:00:
1405
:00:
1406
:00:
1407
:00:
1408
:00:
1409
:00:
1410
:00:
1411
:00:
1412
:00:
1413
:00:
1414
:00:
1415
:00:
1416
:00:
1417
:00:
1418
:00:
1419
:00:
1420
:00:
1421
:00:
1422
:00:
1423
:00:
14
Analyse : après 5 min, plus de gain en CO2… mais refroidissement !
Remarque : coût énergétique d’un refroidissement temporaire ?
Très faible !
Il y a 150 x plus d’énergie stockée dans 10 cm d’épaisseur des parois (sol, plafond, murs) que dans le volume d’air de la classe.
Une fois la fenêtre refermée, la classe se réchauffe rapidement.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
40000
h 00
1 h
002
h 00
3 h
004
h 00
5 h
006
h 00
7 h
008
h 00
9 h
0010
h 0
011
h 0
012
h 0
013
h 0
014
h 0
015
h 0
016
h 0
017
h 0
018
h 0
019
h 0
020
h 0
021
h 0
022
h 0
023
h 0
0
2 fenêtres grandes ouvertes 15 min
Cours de gym
Arrivée des élèves
Ouverture de porte
Ré-ouverturedes grilles pour la nuit
Stratégie 5 : Ouverture de deux fenêtres, sur des façades opposées, pendant 15 min durant les récréations
LLN Martin V , le 11/10 - 23 élèves en journée – 14 élèves en garderie jusque 17 h.
Analyse : 1° forte efficacité temporaire de la mesure…2° l’ouverture des grilles la nuit génère un refroidissement…
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 h
00
1 h
00
2 h
00
3 h
00
4 h
00
5 h
00
6 h
00
7 h
00
8 h
00
9 h
00
10 h
00
11 h
00
12 h
00
13 h
00
14 h
00
15 h
00
10 élèves piscine 21 élèvesTemps de midi
Stratégie 6 : ouverture permanente de 2 fenêtres en oscillo-battant, sur 2 façades opposées, avec présence de vent.
Reprenons cette même classe :
LLN Martin V , le 11/10 - 10 élèves au matin - 21élèves l’après-midi
Analyse : ventilation très efficace… mais plaintes pour inconfort thermique !
17,6
17,8
18
18,2
18,4
18,6
18,8
19
19,2
19,4
19,6
0 h
00
1 h
00
2 h
00
3 h
00
4 h
00
5 h
00
6 h
00
7 h
00
8 h
00
9 h
00
10 h
00
11 h
00
12 h
00
13 h
00
14 h
00
15 h
00
Deg
rés
Heures
Température
Stratégie 6 : ouverture permanente de 2 fenêtres en oscillo-battant, sur 2 façades opposées, avec présence de vent.
Reprenons le diagramme de température dans cette même classe :
Effectivement trop froid…
Analyse : Pourquoi une telle efficacité ?
Parce que les fenêtres sont sur des façades différentes…!
Si on ne peut qu’ouvrir le bouchon et apporter la même quantité d’eau que celle qui sort, …cela mettra très, très, très … longtemps avant d’avoir à nouveau de l’eau claire !
Constat :
La ventilation est par essence une action peu efficace.
Une baignoire est polluée par un colorant…
On cherchera dès lors à créer le balayage le plus intense !
Et en plus il faut chauffer l’eau !
Retour vers l’école du Biéreau-LLN :
« Ouvrez la fenêtre du couloir !... »
Analyse : … ces jours-là, pas un pet de vent !!! Une ventilation naturelle est tributaire de l’intensité du vent…
19
Conclusions pour la ventilation naturelle
● Les ouvertures ponctuelles, même si elles sont efficaces, ne sont pas suffisantes
● Pour une ventilation naturelle efficace: il est nécessaired’avoir :
►Des ouvertures d’amenée d’air suffisantes
►Des ouvertures d’évacuation d’air suffisantes
►Un « moteur » de ventilation entre les deux (vent, effet de cheminée)
►Des ouvertures de transfert entre les entrées d’air et les évacuations si elles ne sont pas situées dans le même local
20
● La ventilation naturelle est donc:
► Souvent insuffisante
► Tributaire des conditions climatiques
► Génératrice d’inconforts thermiques en période froide
► Génératrice de déperditions thermiques
Classe minimum 500 m³/h durant 1.000 heures
250 litres de fuel ou m³ de gaz /an/classe. (150 €)
(Donc, si on a une récupération de 80%, on aura un gain de 200 litres de fuel par classe…)
Conclusions pour la ventilation naturelle
21
A défaut de mieux :
● Créer le balayage maximal dans le temps le plus bref :
► ouvrir les fenêtres 3 à 5 min toutes les heures
► et en même temps, ouvrir la porte,
► … et une fenêtre dans le couloir ou la fenêtre de la classe d’en face !
● Fournir à chaque enseignant un afficheur du taux de CO2 pour lui permettre d’élaborer sa propre stratégie et d’en évaluer les effets.
● Veiller à la fermeture des grilles pendant la nuit et les WE pour limiter les pertes énergétiques
ex: CLIMI – 120 €
22
Installer une ventilation mécanique s’impose… ?
Oui pour atteindre les normes de qualité de l’air, mais …
Problèmes : Thermique Acoustique Coût d’exploitation Humidité de l’air
Problème thermique
1° - Il faut refroidir les locaux en été !
Solution : by-pass de l’échangeur et pulsion de nuit
Problème thermique
2° - Il faut individualiser la production de chaleur par local !
Solution 1 : batterie de chauffe terminale par classe
… Conflit entre besoin de chauffage (6h du matin) et besoin d’air (8h30) !
Problème thermique
Solution 2 : batterie de chauffe terminale par classe + boucle de recyclage
… Régulation sophistiquée… inadéquate dans une école primaire.
2° - Il faut individualiser la production de chaleur par local !
Problème thermique
Solution 3 : pulsion d’air sur programmation horaire+ chauffage par radiateur, dimensionné pour chauffer aussi l’air neuf
2° - Il faut individualiser la production de chaleur par local !
Problème thermique
Solution 4 : Pour un grand local avec système de pulsion propre (salle de gym, réfectoire, …), pulsion d’air sur sonde CO2
2° - Il faut individualiser la production de chaleur par local !
Pas de conduites traversantes entre les classes …
Pas de local technique jouxtant une classe …(par exemple : local technique – sanitaires – classe)
Pas de récupérateur de chaleur dans le faux-plafond du couloir…
Problème acoustique
Solution efficace : reprise commune par le couloir et transfert avec chicane dans le mur.• Pas d’inconfort à la pulsion• Très peu de bruit transmis vers le couloir• Diminution des coûts pour la reprise d’air
Problème acoustique
Textile
Problème de coût d’exploitation
Une école primaire de 200 élèves 200 X 22 = 4.400 m³/h pour les classes 100 X 22 = 2.200 m³/h pour le réfectoire/salle d’étude
Coût électrique puissance : 6.600 m³/h x 0,5 W/m³.h = 3,3 kW Coût : 3,3 kW x 0,2 €/kWh = 0,66 €/h
Coût thermique puissance moyenne : 6.600 m³/h x 0,34 Wh/m³.°C x (20° - 8°) / 0,8 = 34 kW Récupération échangeur 85 % P = 34 kW x 0,15 = 5 kW coût : 5 kW x 0,06 €/kWh = 0,3 €/h
Coût annuel Total : 1 €/h Si fonct 7j/7 : 300 jours x 24h/j x 1 €/h = 7.200 € /an Si fonct "scolaire" : 182 jours x 8 h/j x 1 €/h = 1.500 € /an Si fonct "saison de chauffe + canicule" : 100 jours x 8 h/j x 1 €/h = 800 € /an
ouverture des fenêtres en période d’arrêt de la chaudière ??
E I
Problème d’humidité
500 m³/h dans une classe de 60 m² ou 180 m³, c’est 3 renouvellements d’air /heure … et de l’air à 15…25 % d’humidité en période de gel !
Si 20 élèves apportent 50 gr d’eau chacun, le taux d’humidité gagne 2 grammes et se stabilise à 30… 35% , ouf… !
Problème d’humidité
Mais chez les maternelles ? Mais dans la salle de gym chauffée sur l’air ? Mais au retour dans la classe après le cours de gym, après la récréation, …?
Il y a clairement un inconfort exprimé chez les instits (angines blanches…) !
Solutions :
• Ne pulser l’air neuf que strictement en période d’occupation• Préférer un récupérateur à roue, qui transfère la chaleur mais aussi l’humidité
(sans risque hygiénique ?)
• Mettre une régulation du débit sur taux de CO2 (mais sophistication ?)
• Moduler (salle de gym ventilée 1h matin, 1h midi, 1h soir)• Placer des clefs de réglages dans les gaines pour adapter le débit à l’âge
et au nombre des occupants• Pulser un débit plus faible en période de gel • Sous-dimmensionner (400 m³/h/classe)
et tabler sur une moyenne correcte avec les récréations
33
Conclusions pour la ventilation mécanique double flux
Contrôle des débits
Confort thermique
Récupération de chaleur
Isolation des bruits extérieurs (trafic…)
(filtration de l’air – pollens etc)
Coût
Confort hydrique
Encombrement – contraintes spatiales
Entretien
Consommation électrique des ventilateurs
(Nuisances sonores éventuelles)
Vers une ventilation double flux décentralisée ?
Ex : Smartflat de AIRRIA
A nous de trouver… !----
Eux, ils sont en période de croissance…
Si souhait de recevoir la synthèse des différentes visites d’installation, envoyer un mail à [email protected]