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TRANSCRIPT
FORMATION
BÂTIMENT DURABLE
Catherine MASSART
Architecture et Climat - UCL
Ventilation : Améliorer et garantir la qualité de l’air dans les
écoles
POLLUANTS INTÉRIEURS:
COMMENT LES LIMITER?
AUTOMNE 2017
2
Objectif(s) de la présentation
● Comprendre le contexte et les enjeux spécifiques
de la ventilation et de la qualité de l’air dans les
écoles
● Analyser les limites et fournir des pistes
d’amélioration de la ventilation naturelle
● Démontrer l’intérêt de la ventilation mécanique
contrôlée (VMC) et aborder les éléments à
prendre en compte en cas d’une telle installation
3
● Contexte et enjeux
● La ventilation naturelle dans les écoles
● La ventilation mécanique dans les écoles
Plan de l’exposé
4
ENJEUX
Les polluants dans une classe:
● COV, solvants, ozone troposphériques (mobilier, matériaux de constructions, produits d’entretien, activités
scolaires,…)
● Particules fines (extérieur, activités, craie,…)
● (CO2 )(occupants)
● …
5
ENJEUX
Les impacts d’une qualité d’air insuffisante dans les
classes:
● Augmentation de la contagiosité des maladies
infectieuses
● Agravation des problèmes allergiques et
augmentation de l’absenthéisme
● Altération des performances scolaires des enfants
et professionnelles des enseignants
Source: S. Déoux: « Bâtir pour la santé des enfants »
6
ENJEUX
Relation entre le taux de ventilation (1l/s=3.6m³/h) et la performance des élèves, évaluée
sur des tests de langue et de mathématique. Graphe issu d'une présentation de GEO
CLAUSEN - Centre for Indoor Environnement and Energy - Technical University of
Denmark
Le graphe ci-dessous, issu d'expériences réalisées au Danemark,
montre la relation entre le taux de ventilation et la performance des
élèves. Passer de 5l/s.personne (18m³/h.pers) à 10l/s.personne
(36m³/h.pers) permet d'augmenter les performances d'environ 14.5%
7
ENJEUX
Le taux de CO2 comme indicateur
de la qualité de l’air
Unité de mesure de la concentration : le millionième,
encore appelé ppm (part par million). Exemple : 0,5% de
CO2 = 0,005 = 0,005000 = 5.000 millionième = 5.000 ppm
8
ENJEUX
Le taux de CO2 comme indicateur
de la qualité de l’air
Unité de mesure de la concentration : le millionième,
encore appelé ppm (part par million). Exemple : 0,5% de
CO2 = 0,005 = 0,005000 = 5.000 millionième = 5.000 ppm
Seuil RGPT
Le règlement de protection des travailleurs
(RGPT) et le Code sur le bien-être au travail
imposent, depuis mars 2016, pour tous les
travailleurs, le respect de certains critères. Les
professeurs en faisant partie, ces
réglementations s’appliquent au cadre scolaire.
Seuil de 800ppm (et en tous cas 1200ppm…)
9
LE CONTEXTE DE L’ECOLE
● Densité d’occupation élevée
● Étanchéité à l’air de plus en plus importante
(rénovation, remplacement des châssis)
● Occupants de 2,5 ans à plus de 60 ans
● Modes de gestions très variables (régulation,
entretien, …)
● En Belgique, de très nombreuses écoles ne
disposent pas d’une ventilation mécanique
LA VENTILATION NATURELLE
La ventilation naturelle des classes, ça marche?
Présentation d’une campagne de mesures sur 5
écoles: 5 institutrices appliquent différentes stratégies
de ventilation naturelle
10
Les-Bons-Villers
Pont-à-Celles
Lasne
Classes spacieuses, de hauteur sous plafond variable :
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08
Taux CO2
Mesuré
un 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… »
Pont à Celles 4/10
Les Bons Villers 3/10
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h 3
2
LLN- Biéreau 18/10
Dans cette école (LLN – Biéreau),
rénovation très récente des châssis :
étanchéité quasi-totale des joints !
LLN- Biéreau 18/10
Analyse de cette dernière situation :
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h…
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,…
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Grilles fermées
la nuit
Grilles ouvertes
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
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Les Bons Villers , le 9/10
Analyse : Evacuation insuffisante des polluants …
Récréation
Pause de midi
Stratégie 3 : la porte de la classe ouverte toute la journée
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500
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0:…
Pont à Celles , le11/10 …. Avec seulement 14 élèves dans la classe
Analyse : Evacuation insuffisante des polluants …
Stratégie 4 : ouverture de 2 fenêtres 5 min toutes les heures
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0:3
6
Heures
Taux CO2
Classe vide
Porte ouverte seulement
2 fenêtres
ouvertes
Les Bons Villers , le 5/10
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.
Stratégie 5 : ouverture de 2 fenêtres pendant 15 min durant la récréation et le temps de midi
Pont à Celles , le 5/10
0
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2 fenêtres grandes ouvertes 15 min
Cours de gym
Arrivée des élèves
Ouverture de porte
Ré-ouverture
des 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…
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0
15
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0
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
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2 h
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0
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…
23
Conclusions pour la ventilation naturelle
● Les ouvertures ponctuelles, même si elles sont
efficaces, ne sont pas suffisantes
● Pour une ventilation naturelle efficace: il est
nécessaire d’avoir une ventilation continue:
► 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
24
Conclusions pour la ventilation naturelle
● La ventilation naturelle est donc:
► Souvent insuffisante et toujours 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. (150-175€)
Si on a une récupération de 80%, on aura un gain de 200
litres de fuel par classe…
25
Conclusions pour la ventilation naturelle
Les trucs qui peuvent néanmoins aider:
● Pour créer le balayage maximal dans le temps le plus bref :
► ouvrir les fenêtres 3 à 5 min toutes les heures + 10 min
aux récréations
► 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 €
26
Le besoin de ventilation
27
Le besoin de ventilation
Comment évolue le Taux de CO2 dans votre local?
nombre de personnes: 28 pers
débit de ventilation par personne 45 m³/h.pers
volume 180 m³
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200
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1400
1600
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480
tau
x d
e C
O2
, pp
m
temps (minutes)
concentration de CO2 au cours du temps
Evolution de la concentration de CO2 en fonction du temps, du volume du local, du taux de CO2
extérieur, du nombre de personnes et du débit de ventilation.
Pour répondre aux exigences du RGPT ou code sur le bien-être au travail:
Respect du seuil de 800ppm
45 m³/h.pers
28
LA VENTILATION MECANIQUE
La ventilation mécanique est nécessaire pour assurer
les débits corrects.
Ventilation avec entrée d’air naturelle et extraction
mécanique:
Confort respiratoire
Confort thermique?
(Possibilité de préchauffage
de l’air au niveau des grilles)
Image: Renson
29
LA VENTILATION MECANIQUE
Ventilation avec pulsion et extraction mécanique
(VMC double flux), avec récupération de chaleur.
La VMC double flux permet d’assurer:
● Les débits suffisants
● Un confort thermique
● Des économies d’énergie (récupération de chaleur
sur l’air extrait)
25 m³ d’air frais, par enfant et par heure
L’air des classes est renouvelé 3 x par heure
La ventilation de l’école passive du Biéreau
… puis dans un échangeur avec l’air chaud qui sort du bâtiment .
-5° +2°
+16°
+20°+20°
+18°
L’air passe dans le sol (puits canadien)…
+4°
+18°
VMC centraliséeLa ventilation de l’école passive du Biéreau
● L’air de ventilation est préchauffé gratuitement
Une sonde de présence et un thermostat décident du besoin.
+30°
+4°
-5°
+18°
+2°
+16°
VMC centraliséeLa ventilation de l’école passive du Biéreau
● Un appoint de chauffage est apporté à l’air
VMC décentralisée
Image: Codume
34
Une VMC dans une école: Points d’attention
● L’encombrement
L’installation d’une
VMC centralisée nécessite
de l’espace pour le groupe
et pour les gaines
35
Une VMC dans une école: Points d’attention
● Le coût
Un système décentralisé 500 m³/h (max 22 élèves) :
5225€ HTVA et hors pose…
Système centralisé: très variable, à priori moins cher
que le système décentralisé dans un bâtiment neuf.
36
Une VMC dans une école: Points d’attention
● L’acoustique
Ecole primaire à Bruxelles
Solution « économique » mais nuisances acoustiques appareils mis en petite vitesse, soit 100 m³/h, ce qui est insuffisant
37
Une VMC dans une école: Points d’attention
● L’entretien
Dans une école, qui est responsable de l’entretien?
38
Une VMC dans une école: Points d’attention
● La régulation
Le débit et l’horaire dépendent:
► du nombre d’occupants
► des horaires d’occupations
Variables?
Deux possibilités:
► une programmation annuelle fixe faite par qui?
► des sondes (CO2/présence) coût
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Une VMC dans une école: Points d’attention
● Le rendement?
Résultats de simulations dynamiques sur le logiciel Energie + pour une classe.
performance enveloppe (mur façade)
non
isolé
chassis
remplacés
"basse
énergie"
"parois
passives"
Umur 2 2 0,2 0,15
Uvitrage 6,1 1,1 1,1 0,79
n50 4 2 1 0,6
40
Une VMC dans une école: Points d’attention
● Une bonne conception
Centralisé/décentralisé, type d’échangeur, régulation,
position des bouches, possibilité d’entretien,
étanchéité du réseau, minimisation des pertes de
charges, acoustique du système, …
Le maître d’ouvrage et le prescripteur et l’entreprise
responsable de l’installation ont des rôles essentiels.
41
Une VMC dans une école: Points d’attention
● La mise en route et le suivi de l’installation
Un volet de monitoring et de contrôle du
fonctionnement de l’installation est essentiel. C’est à
prévoir dans le contrat, et dans les budgets.
42
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
Encombrement – contraintes spatiales
Entretien
Consommation électrique des ventilateurs
(Nuisances sonores éventuelles)
43
La ventilation idéale: une solution hybride?
Pour la ventilation hygiénique:
La VMC: essentielle en période hivernale
En dehors de la période de chauffe: possibilité
d’envisager une ventilation naturelle
La ventilation: au-delà de la qualité de l’air
● Le bilan thermique instantanné d’une classe
« passive » (T° extérieure: 15°C):
Ventilation hygiénique pour la qualité de l’air
Ventilation intensive pour la lutte contre les
surchauffes44
70 m²
20 occupants
22 m³/h.occ
n50=0,6 (1/h)
delta T° = 5°C
1 façade de
déperdition:
Umur=0,15 W/m²K
Ufen=0,8 W/m²K
éclairage: 7 W/m²
occupants: 50 W/pers
déperditions façades: -59W
déperdition ventilation: -748W
déperdition infiltrations: -12W
gains solaires 0W
gains internes occupants 1000W
gains internes éclairage 490W
671W
45
Ce qu’il faut retenir de l’exposé
● La ventilation des écoles: un éléments essentiel
pour la santé et la « performance » des élèves et
des enseignants (Objectif : ne pas dépasser 800 - 1200 ppm de
CO2 dans les locaux !)
● La ventilation naturelle: une solution pas idéale
dans les écoles
● La ventilation double flux, OUI, à recommander !
mais pas n’importe comment.
46
● Ventilation performante dans les écoles: guide de conception -
CETIAT
http://www.cetiat.fr/fr/downloadpublic/index.cfm?docname=guide_venti
lation_ecoles.pdf
● S. Déoux: « Bâtir pour la santé des enfants »
Autres guides, conseils et outils:
47
Contact
Catherine Massart
Ir architecte – assistante de recherche
Architecture et climat – UCL
: 010/47.26.36
: 0473/56.41.41
E-mail : [email protected]