Ventilation et qualité d’airdans les écoles

Jacques CLAESSENS Architecture et Climat – UCL

Mathilde CAILLIAU 2d Master - St Luc Architecture – UCL

Voici le résultat d’une campagne de mesures réalisée dans 5 écoles :

Nous avons demandé à 5 institutrices d’appliquer diverses stratégies de ventilation, pour juger de leur efficacité…

Indicateur de la qualité d’air : le taux de CO2

Unité de mesure de mesure de la concentration :

le millionième, encore appelé ppm (part par million).

Exemple : 0,5% de CO2 = 0,005 = 0,005 000 = 5.000 millionième = 5.000 ppm

350… 400 ppm : air extérieur = air "frais"

1.000 ppm : seuil à ne pas dépasser pour l’OMS 1.500 ppm : grand maximum pour toutes les normes internationales !

5.000 ppm : les asthmatiques sont en souffrance

Les Bons Villers

Pont à celles

Lasnes

Classes spacieuses, de hauteur sous plafond variable :

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6000Taux 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… »

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Pont à Celles 4/10

Les Bons Villers 3/10

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LLN- Biéreau 18/10

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Dans 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,…

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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 :

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Grilles fermées la nuit

Grilles ouvertes le jour

Analyse : Evacuation insuffisante des polluants durant la nuit…

Stratégie 1 : ouverture des grilles le jour… mais fermeture la nuit

LLN- Biéreau 22 et 23/10

Calcul du taux d’infiltration du local : chute de 1.000 ppm en 9 heures dans un local de 180 m³

Soit X l’apport d’air neuf horaire :9X m³ x 350 ppm + (180 - 9X) m³ x 4.400 ppm = 180 x 3.400 ppm X = 5 m³/hTaux d’infiltration d’air neuf = 5 / 180 = 3% = étanchéité d’un bâtiment passif !!!

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Grilles fermées la nuit

Vérification du taux d’étanchéité de la classe, grilles fermées :

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 journée0

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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 heures0:

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4000Taux CO2

Heures

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.

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Autre classe :

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 ???

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Analyse : une ventilation naturelle est tributaire du sens du vent…

Le jour… La nuit…

Stratégie 5 : ouverture de 2 fenêtres 15 min durant la récréation et le temps de midi

Pont à Celles , le 5/10

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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 15 min de 2 fenêtres sur une même façade

LLN Martin V , le 11/10 - 23 élèves en journée – 14 élèves en garderie jusque 17 h.

Analyse : 1° efficacité temporaire de la mesure… 2°… tiens, tiens… l’ouverture des grilles la nuit est ici efficace ?

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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 !

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Température

Heures

Deg

rés

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…!

Le constat est clair : il n’y a ventilation que s’il y a déplacement d’air entre une entrée et une sortie…

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 !

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Ouverture des grilles, de la porte de la classe, et de la fenêtre du couloir

Nuit (grilles ouvertes)

Ouverture des grillesdes fenêtres 5min , de la porte,et de la fenêtre du couloir

Analyse : … ces jours-là, pas un pet de vent !!! Une ventilation naturelle est tributaire de l’intensité du vent…

Retour vers l’école du Biéreau-LLN :

« Ouvrez la fenêtre du couloir !... »

Et l’école passive de Louvain-La neuve ?

• Au départ, une ventilation très forte

25 m³ d’air frais, par enfant et par heure !

L’air des classes est renouvelé 3 x par heure !

• L’air de ventilation est préchauffé gratuitement

… 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°

• Un appoint de chauffage est apporté à l’air

Une sonde de présence et un thermostat décident du besoin.

+30°

+4°

-5°

+18°

+2°

+16°

• De l’air frais pulsé les nuits d’été

+25° +25°+17°

Bypass

L’air frais extérieur décharge le bâtiment de sa chaleur.

Résultats :0

h 00

0 h

391

h 18

1 h

572

h 36

3 h

153

h 54

4 h

335

h 12

5 h

516

h 30

7 h

097

h 48

8 h

279

h 06

9 h

4510

h 2

411

h 0

311

h 4

212

h 2

112

h 1

512

h 5

413

h 3

314

h 1

214

h 5

215

h 3

416

h 1

316

h 5

217

h 3

118

h 1

018

h 4

919

h 2

820

h 0

720

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621

h 2

522

h 0

422

h 4

3

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500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Classe vide

Analyse : c’est de l’air en grande quantité et préchauffé…A noter que le taux devrait théoriquement être plus bas, mais surnombre d’élèves ce jour-là

Conclusions de cette campagne :

• Assurer un max de 1500 ppm est vraiment difficile avec une ventilation naturelle…

• Ventiler, c’est assurer une entrée de l’air neuf … et une sortie de l’air vicié !

• La seule ouverture des grilles de ventilation ne suffit pas… pas plus qu’un oscillo-battant ouvert sur une seule façade…

• Pour ne pas dépasser 1200 ppm, il faut assurer 20 m³ par heure et par élève, soit 500 m³/h par classe, càd renouveler l’air entièrement 3 fois par heure !

• En pratique, en ventilation naturelle, il faut créer le balayage maximal dans le temps le plus bref :

• ouvrir 5 min toutes les heures + 15 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 !

• S’il y a balayage de l’air dans la classe, les grilles doivent être fermées la nuit.

• Toutes les grilles devraient être fermées le WE.

• Fournir aux enseignants un afficheur de CO2 permettrait à chaque enseignant de se faire "sa" stratégie … Cet appareil passeraitd’un enseignant à l’autre. ex: CLIMI – 120 €

• Le double flux, avec récupération de chaleur, semble inévitable pour assurer un débit d’air suffisant, avec confort…

• Mais budget inaccessible en rénovation… !

• Gain énergétique ?

Classe 500 m³/h durant 1.000 heures 250 litres de fuel ou m³ de gaz /an/classe. Si récupération de 80%, gain de 200 litres de fuel par classe…

Mais constat : trop de bruit dans la classe, appareils mis en petite vitesse, soit 100 m³/h …

Alternative pour le futur : la ventilation mécanique décentralisée ?

Chaque classe dispose de son propre groupe de pulsion d’air, de taille domestique.

Ecole primaire à Bruxelles

Mais c’est la solution actuelle pour nos nouveaux immeubles d’appartements…

Chaque appartement, chaque studio, disposerait de son système propre.

Le bruit est réduit par le placement dans le faux-plafond du hal d’entréee.

Donc on pourrait y arriver dans chaque classe ?

Avec une prise d’air et un rejet d’air en façade ?

Ou alors 2 échangeurs/récupérateursde 250 m³/h intégrés dans la façade ?

Investissement : 2.000 Euros/classe

Consommation électrique : 50 Euros/classe/an

A nous de trouver… !----

Eux, ils sont en période de croissance…

Novembre 2012 - J. ClaessensArchitecture et Climat – UCL

jacques.claessens @ uclouvain.be