Au fil des réglementations thermiques successives et avec le label BBC, les besoins en chaleur sont si faibles que l'on peut se permettre de chauffer les bâtiments par l'air. D'où l'essor des appareils compacts couplant VMC double flux, échangeur pour le chauffage et le rafraichissement et même l'eau chaude sanitaire.
Face à l'amélioration constante des performances de l'isolation, le poids « thermique » de la ventilation devient de plus en plus important : réutiliser au maximum l'énergie qui a déjà été consommée constitue une excellente façon de ne pas la gaspiller. C'est ce que proposent les systèmes de ventilation double flux haut rendement à récupération de chaleur qui utilisent l'air extrait réchauffé à l'intérieur du bâtiment pour préchauffer l'air entrant.
Les centrales double flux à récupération de chaleur répondent particulièrement bien à l'objectif 2012 de la RT visant des bâtiments avec des consommations de 50 kWh/m2/an. Elles sont en effet destinées aux bâtiments offrant une excellente étanchéité à l'air, en permettant que leur intérêt énergétique ne soit pas dégradé par un renouvellement d'air parasite. Ainsi, dans un logement traditionnel équipé d'une ventilation correcte, la perte de chaleur due à l'aération s'élève à 20, voire à 30 kWh/m².an.
Confort et qualité de l'air
Dans une maison passive, grâce à la récupération de chaleur, cette perte se situe seulement entre 2 et 7 kWh/m².an. Un avantage qui sera encore plus manifeste dans des bâtiments à énergie positive. Du côté des usagers, les arguments de vente de ces systèmes sont multiples. Tout d'abord, une sensation de confort et une meilleure qualité de l'air par un renouvellement permanent : le taux de CO2 est faible, les poussières et les odeurs sont extraites (filtre fin anti-allergène souvent disponible en option). Ensuite, ils permettent de maintenir un taux d'humidité à une valeur idéale, préservant le bâti. Enfin, bien sûr, en entraînant une réduction du besoin en chaleur, les déperditions peuvent être réduites jusqu'à plus de 90 %.
Selon les constructeurs, cela correspond à une consommation totale, y compris celle des ventilateurs, de 22 kWh ep/m².an en maison individuelle. En logement collectif, les déperditions et consommations rapportées au m² SHON sont très proches avec 22,6 kWh ep/m².an.
Un système de VMC à double-flux à récupération de la chaleur haut rendement permet de gérer les flux d'air dans le bâtiment et de chauffer ou de rafraîchir l'air intérieur selon les saisons. La circulation de l'air se fait depuis les bouches de soufflage placées dans les pièces principales vers les bouches d'extraction situées dans les pièces de service. Les bouches d'extraction garantissent le débit réglementaire extrait du logement. Les bouches d'amenée d'air fournissent les débits de renouvellement d'air. Un échangeur de chaleur est placé dans une centrale entre l'air vicié extrait dans les locaux humides et l'air entrant. Bien entendu, cet échange de chaleur est réalisé sans mélange des masses d'air : ce sont les conduites d'entrée et de sortie qui se croisent intimement dans l'échangeur.
La centrale doit être performante de par sa conception, les régimes de températures choisis et les pourcentages d'énergie récupérée, mais aussi de par la consommation des moteurs des ventilateurs et de tous les autres accessoires nécessaires. Le choix de chaque composant est important. utre les humidificateurs qui traitent l'hygrométrie, les filtres qui garantissent l'hygiène, et la régulation, les composants essentiels sont :
- le récupérateur ou échangeur qui récupère la chaleur (ou de la fraîcheur) de l'air extrait pour réchauffer (ou refroidir) l'air neuf. Deux types d'échangeurs double flux existent : statiques et rotatifs. Les échangeurs statiques peuvent être à contre-courant, à courants croisés ou à contre-courant croisés. L'efficacité de ces échangeurs varie avec le type, soit environ 50-70 % pour les courants croisés, 70-80 % pour les contre-courant croisés et 85-99 % pour les contre-courant. Les échangeurs rotatifs, constitués de plaques d'aluminium ondulées enroulées autour de l'axe de rotation ont une efficacité de récupération de chaleur de l'ordre de 70-80 %.
Les batteries qui complètent le chauffage et/ou le rafraîchissement. Il s'agit de caissons dans lesquels l'air circule entre des rangées de tubes en cuivre à ailettes cuivre ou aluminium, placées en travers de la veine d'air sur deux, trois ou quatre rangs de profondeur suivant la puissance à obtenir. Il est également possible d'utiliser des épingles électriques, dont les atouts (absence d'entretien et pertes) améliorent le rendement. Points noirs : l'obligation de disposer d'une puissance électrique à souscrire en abonnement qui peut être très importante suivant les débits traités, et l'inertie thermique des épingles nécessitant un asservissement du ventilateur.
Enfin, il existe des batteries à détente directe, où l'on fait circuler un fluide frigorigène dans un serpentin de tube cuivre. L'avantage de la détente directe est la possibilité, particulièrement dans l'industrie, de récupérer du chaud ou du froid des process avec une pompe à chaleur pour s'en servir dans la centrale.
Les ventilateurs et les moteurs mettent l'air en mouvement. Le matériel classique est centrifuge, à une ou deux vitesses, avec la présence d'une courroie de transmission. La forme des pales vers l'avant ou vers l'arrière a une incidence sérieuse sur les économies. Vers l'avant, (ventilateur à action) le fonctionnement est plus onéreux, avec 65 % de rendement. Vers l'arrière le ventilateur (à réaction) sera plus performant, et nécessitera moins d'énergie pour fonctionner (75 % de rendement). Mais il sera plus bruyant. Les économies s'obtiennent aussi par une régulation de débit grâce à la variation de vitesse. Ainsi, les moteurs « brushless » (sans charbons) intègrent la variation de vitesse électronique qui optimise la vitesse en fonction du débit d'air souhaité dans le bâtiment. La régulation peut être couplée en plus des sondes thermiques directement à une sonde de CO2 installée dans le bâti, et les débits ajustés au strict minimum.
Les moteurs des ventilateurs sont à courant alternatif ou à courant continu. Ces derniers permettent une réduction des consommations électriques, ont une durée de vie plus élevée que les moteurs à courant alternatif classiques et peuvent être installés et entretenus plus facilement. Ils permettent une variation plus aisée du débit des centrales suivant les besoins et sont de plus en plus utilisés dans les centrales de ventilation double flux.
Enfin, points de détails, sur le plan sanitaire, l'installation d'un système de ventilation double flux doit respecter certaines exigences :
.une prise d'air extérieur protégée des éléments extérieurs, et éloignée de tout rejet d'air vicié,
.un air neuf filtré avec, au minimum, un filtre G4 pour protéger l'échangeur,
.un filtre qui doit être installé de façon étanche, mais être facilement démontable pour l'entretien.
4 en 1 ultracompacts : les derniers-nés
Les fabricants vont encore plus loin, avec les systèmes 4 en 1, associant une centrale de traitement pour la ventilation, le chauffage et le rafraîchissement, à une production d'ECS. Ces systèmes compacts comportent généralement une pompe à chaleur sur air extrait pour le chauffage d'un ballon d'ECS et un récupérateur de chaleur statique air extrait/air neuf.
Le principe est le suivant : une pac air/eau est couplée au ventilateur avec récupération de chaleur. Elle transfère la chaleur résiduelle de l'air vicié vers le ballon d'eau sanitaire. Ensuite, un autre échangeur - disposé entre l'eau chaude et l'air pulsé - fournit le supplément de chaleur nécessaire à l'habitation. Comme la pompe à chaleur ne suffit pas à fournir toute l'énergie nécessaire, un appoint solaire ou électrique doit nécessairement venir en renfort. La plupart des appareils de ce type sont d'ailleurs prévus pour être reliés à des panneaux solaires. La résistance électrique n'intervient plus que les jours de grand froid où la demande de chaleur est plus importante et leur consommation est négligeable. Si l'on couple capteurs solaires et pac air/air, les deux fonctions (eau chaude et chauffage) sont distinctes. Pour l'eau chaude, ce sont des panneaux solaires qui assurent le réchauffement du ballon d'eau sanitaire. Pour le chauffage, une pac air/air est couplée au ventilateur, transférant la chaleur résiduelle de l'air vicié directement à l'air entrant au lieu de la communiquer au ballon d'eau comme dans le cas précédent.
L'association à un puits canadien
Si l'on couple capteurs solaires et gaz, l'eau chaude sanitaire est préchauffée grâce à des panneaux solaires, tandis que l'appoint de chaleur est fourni par une petite chaudière gaz à condensation. Pour optimiser les performances, on peut aussi associer un système de VMC double flux thermodynamique à un échangeur air/sol tel qu'un puits canadien. D'ailleurs, la conception d'un puits canadien ne peut se faire sans une approche globale de la ventilation de la maison, notamment l'intégration d'une VMC à récupération de chaleur double flux. Le calcul d'un puits canadien est en effet fonction de plusieurs paramètres, dont le volume de la maison, le débit nécessaire en hiver et en été, le choix de la ventilation de la maison (VMC par extraction, double flux statique ou thermodynamique, etc.), l'architecture, la nature du sol, la place disponible pour l'enfouissement du tuyau et la localisation géographique. La longueur, le diamètre et le type du conduit enterré ont également une influence directe sur l'échange thermique entre l'air extérieur et le sol.
Le puits utilise la température relativement stable du proche sous-sol, qui se situe en France à environ à 20° en été et 12° l'hiver à 2 m de profondeur, pour traiter thermiquement l'air insufflé dans les bâtiments. En été, le puits va ainsi utiliser la fraîcheur relative du sol pour tempérer l'air entrant dans le logement : il peut réduire la température d'entrée de l'air de 10 à 15 °C et donc celle d'une maison de 2 à 4 °C en été pour une consommation électrique dérisoire, remplaçant avantageusement et partiellement un système d'air conditionné.
L'effet bénéfique du puits réside dans l'écrêtage des variations de la température extérieure, aussi bien en hiver qu'en été. La machine thermodynamique fonctionne dans des conditions optimales et le COP global du système est intéressant. À noter : dans le cas d'une association VMC/puits canadien, il conviendra de mettre des conduits en PE (polyéthylène) ou PP (polypropylène) et veiller à la présence d'un système spécifique d'évacuation des condensats avec une pente du conduit de l'ordre de 2 %.
Conception : les erreurs à éviter
Les problèmes les plus fréquents, liés à la conception globale d'une VMC avec récupération de chaleur, qui ont pu être observés (1) sont généralement :
.le manque de vérification ou sous-évaluation de l'étanchéité à l'air du bâtiment ;
.les problèmes de bruit du système, dus à un mauvais dimensionnement du réseau, des pertes de charge de filtres trop élevées, des conduits de trop petits diamètres ou à l'absence de silencieux. En réponse à ces problèmes, les utilisateurs ont tendance à diminuer les débits, au détriment de la qualité du renouvellement d'air ;
.une mauvaise circulation de l'air dans le logement ;
.des problèmes de régulation des débits d'air ;
.des débits d'air insuffisants dans les chambres, la cuisine et la salle de bains ;
.une influence de la ventilation sur la combustion ;
.des bouches de soufflage et d'extraction mal dimensionnées ou mal placées ;
.des diamètres des conduits insuffisants (ce qui engendre des vitesses d'air élevées) et des conduits non appropriés (conduits souples au lieu de conduits rigides).
Tableau des fabricants voir pdf
