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La ventilation comme l'aération permet de renouveler et d'assainir l'air intérieur d'un logement. Son but est d'apporter de l'air neuf aux occupants et simultanément d'assainir le bâtiment. Elle se réalise soit par une ventilation naturelle (convection naturelle de l'intérieur vers l'extérieur grâce à la différence des températures), soit par une ventilation mécanique. La ventilation mécanique utilise un extracteur (ou ventilateur), pour créer un mouvement de l'air à travers les gaines prévues à cet effet. Cette ventilation nécessite la réalisation d'une installation aéraulique d'une ventilation mécanique contrôlée (VMC).
La ventilation mécanique contrôlée existe en simple flux ou double flux. Elle assure un renouvellement d'air pur et un confort de vie. Elle doit naturellement être associée à une isolation adaptée. Il s'agit d'un système intégré au bâtiment avec une centrale de ventilation aspirant l'air pour le renouveler. Ce dispositif assure notamment le renouvellement de l'air à l'intérieur des pièces dites humides : salles de bains, toilettes, cuisines, etc.
Dans un système de ventilation double flux, l'air pollué et l'air neuf sont entraînés par deux ventilateurs, au lieu d'une seule extraction d'air pour les systèmes simple flux. La ventilation double flux permet de diminuer les pertes de chaleur dues à la ventilation. En effet dans un système à double flux, la chaleur contenue dans l'air vicié est récupérée pour réchauffer l'air neuf filtré venant de l'extérieur, ceci grâce à l'échangeur de calories. Cet air neuf préchauffé est propulsé par un ventilateur dans les pièces avec l'aide des bouches d'insufflation. Le système double flux permet donc une optimisation des performances.
Selon les études réalisées, nous passons plus de 80% de notre temps en espace clos et respirons 26000 fois par jour soit 15 000 litres d'air ; le renouvellement de l'air dans les locaux habités est donc une impérieuse nécessité. Ce renouvellement apporte le confort et l'hygiène pour les occupants, la longévité au bâtiment et la sécurité dans l'utilisation des appareils à combustion. Chaque habitation est équipée d'un système de ventilation respectant l'état de l'art à la date de sa construction. Avant 1958, le renouvellement de l'air se faisait uniquement par le biais de l'ouverture des portes et des fenêtres.
Avant 1937, il n'existait pas de textes réglementaires pour la ventilation des logements. A cette époque, c'est le terme « aération du logement » qui était utilisé et non « le renouvellement d'air ». Cette aération s'effectuait en général par les défauts d'étanchéité et par l'ouverture des ouvrants. Ce système générait de fortes déperditions de chaleur. En 1937, on parlait de ventilation permanente par pièce avec l'apparition de conditions minimales de ventilation fixées par le règlement sanitaire de la ville de Paris. A partir de 1958, les emplacements des dispositifs de l'aération doivent respecter le positionnement fixé par l'arrêté du 14 novembre 1958 pris en application du décret du 22 octobre 1955.
Ce n'est qu'à partir d'octobre 1969 (arrêté du 22 octobre 1969 et décret du 14 juin 1969), qu'intervient l'introduction de la ventilation générale et permanente avec circulation des pièces principales vers les pièces de services. La VMC est réglementée, même si la ventilation naturelle reste toujours possible. Dans les années 60, ce sont de simples grilles d'aération qui assurent la ventilation.
A partir de 1970, la ventilation mécanique contrôlée (V.M.C.) commence à entrer en vigueur. C'est à cette période qu'on utilise de petites bouches au-dessus des fenêtres pour arrêter la poussière avec un ventilateur placé sur le toit. Afin de favoriser les économies d'énergies et apporter plus de confort aux occupants, aujourd'hui le renouvellement de l'air dans les habitations se fait principalement par des systèmes de ventilation double flux mécanique. Ces installations doivent naturellement être conformes à la réglementation en vigueur, pour éviter des accidents et la pollution de l'air intérieur.
La VMC double flux est un système d'aération qui peut être adapté à tous projets de bâtiments, afin de les rendre plus performants. Elle assurera une ventilation de confort, tout en limitant la dépense énergétique des locaux. Dans les bâtiments peu performants (anciens ou mal isolés, etc.), la ventilation est assurée en partie par des fuites d'étanchéité et par une extraction mécanique rejetant en permanence la chaleur du chauffage à l'extérieur. Cette ventilation qui conduit donc à des pertes thermiques importantes, est un non-sens au plan de l'efficacité énergétique. Ces pertes sont fonction de la quantité d'air renouvelée et de la somme des fuites d'air.
La ventilation double flux assure le renouvellement de l'air dans le logement par des bouches d'extraction situées principalement dans les pièces humides (cuisine, salles de bains, WC, etc.). Avec un échangeur de chaleur, la chaleur contenue dans l'air extrait est récupérée, pour permettre le préchauffage de l'air neuf admis dans le logement. Ce dispositif permet de réaliser des économies d'énergie significatives, d'assurer une bonne qualité de l'air intérieur (QAI) et d'apporter un confort thermique et acoustique accru.
Du point de vue énergétique, le renouvellement d'air entraîne des déperditions dommageables au logement, mais c'est un mal nécessaire. Il s'échappe autant de chaleur par les murs que par la ventilation. Il reste néanmoins très difficile de quantifier la part de déperdition générée par une ventilation double flux.
On constate bien que les déperditions dues à la ventilation deviennent importantes, pour des bâtiments très bien isolés, du fait de la forte baisse des déperditions par le bâti. Ainsi en préchauffant l'air rentrant grâce à un échangeur avec l'air extrait, la ventilation double flux permet de réduire de manière rigoureuse ces déperditions. Ce système nécessite un réseau isolé thermiquement pour aspirer l'air entrant et refouler l'air vicié, vers l'extérieur. Ce réseau peut poser des problèmes de mise en œuvre dans les bâtiments existants.
La ventilation double flux dans le bâtiment permet le renouvellement de l'air intérieur pollué par de l'air neuf. Son efficacité nécessite un bâti très étanche. Elle assure la qualité de l'air intérieur en vérifiant les débits d'air neuf conduits dans les pièces et en permettant leur traitement par filtration. Cette technique permet d'améliorer la santé et le bien être des occupants. Elle favorise aussi la pérennité du bâtiment et la sécurité des habitants face à d'éventuels problèmes de fonctionnement des appareils de combustion.
Comme nous l'avons signalé, le renouvellement de l'air dans la maison est une nécessité vitale. En effet il y apporte un air neuf pour garantir les besoins en oxygène et éliminer l'excès d'humidité dans le logement. Grâce au renouvellement de l'air dans le bâtiment, les odeurs sont évacuées. Une ventilation double flux performante devient le poumon d'air pur de la maison. Elle chasse les polluants de l'air intérieur et filtre les pollens. Ainsi, pour préserver la santé de la famille, le réseau de VMC double flux ne réinjecte pas de composés organiques volatils (COV) et il est nettoyable.
Ventiler son habitation avec un système de qualité, garantit l'hygiène de l'air. La VMC devient de plus en plus primordiale, pour assurer le renouvellement de l'air vicié par un air sain. Les composants de la ventilation mécanique contrôlée double flux sont parfaitement adaptés et fournissent continuellement de l'air neuf et rejettent de l'air saturé vers le dehors.
La ventilation double flux assure le confort thermique par le préchauffage de l'air neuf et éventuellement son rafraîchissement en période estivale. Elle garantit aussi le confort acoustique en permettant une meilleure isolation vis-à-vis de l'extérieur. Le renouvellement de l'air permet encore la suppression permanente des odeurs et de l'humidité provoquées par les activités des occupants.
Le confort thermique est une perception de bien être lorsqu'on est exposé à une ambiance intérieure. Il ne dépend pas seulement de la température, mais également des conditions d'humidité de l'air intérieur, des éventuels courants d'air, du niveau respirable de l'air ou de la qualité de l'air intérieure. Sans renouvellement d'air, le contenu en oxygène diminue et l'air devient inadapté à une saine respiration. C'est particulièrement vrai l'hiver.
Le système de ventilation double flux requiert la mise en place de deux réseaux d'air, l'un pour l'insufflation d'air, et l'autre pour l'extraction de l'air. Chaque réseau a un ventilateur qui lui est propre. Afin de récupérer de la chaleur (ou du froid) sur l'air extrait, un échangeur est installé sur les flux d'air. Sans aucun autre dispositif de préchauffage (ou de refroidissement), ce système permet de faire un gain énergétique important et améliore le confort au niveau de la diffusion de l'air.
La consommation des ventilateurs n'est pas à négliger. Dans un souci d'économie d'énergie, les consommations électriques ne doivent pas dépasser 0,5 Wh/m3. Pour que la ventilation contrôlée ne soit pas une source de gaspillage d'énergie, elle doit évidemment être adaptée au bâtiment et aux besoins des occupants. Il faut aussi procéder à la vérification périodique de son fonctionnement et à l'entretien annuel.
Le système de ventilation double flux est plus coûteux qu'un simple, en revanche il permet des économies de chauffage importantes. En effet on peut récupérer jusqu'à 90% (systèmes haute performance) de l'énergie contenue dans l'air vicié. On peut ainsi se servir de la chaleur dégagée par la cuisson ou dans les salles d'eaux. La rentabilité réelle de ce système dépend du climat, de sa taille, des besoins de renouvellement d'air, etc. Le prix d'un tel système dépend aussi de l'efficacité de son échangeur et bien sûr de la gamme choisie. Ce point est évoqué à la fin du présent article.
La ventilation d'une maison est obligatoire pour permettre le renouvellement régulier de l'air. Outre l'intérêt sanitaire, elle permet aussi d'éviter des désagréments dans la maison comme les moisissures, l'humidité ou les mauvaises odeurs. La ventilation écologique permettra de garder un climat ambiant et sain dans l'habitation. Elle peut être naturelle, très simple, mais l'évolution technique démontre l'intérêt des nouveaux équipements.
La ventilation double flux permet de limiter les consommations énergétiques. En effet, elle récupère la chaleur contenue dans l'air extrait pour préchauffer l'air neuf insufflé en hiver et pour son rafraîchissement en été. La limitation des consommations énergétiques entraîne aussi la réduction des émissions de CO2.
Le principe de fonctionnement nous a montré que principalement, l'air chaud circule depuis une entrée de l'échangeur jusqu'à sa sortie. Cette opération se produit en transférant une partie de son énergie à l'air froid (ou chaud), qui lui aussi circule entre une entrée et une sortie distinctes de celles du fluide chaud (froid). C'est le principe de la ventilation double flux. Schématiquement, on peut dire que de l'extérieur, un échangeur se présente comme une boîte noire pourvue, comme un quadripôle électrique, de deux entrées et de deux sorties.
Il existe plusieurs critères de classement des différents types d'échangeurs :
Afin de faciliter la description des échangeurs, ils doivent être regroupés pour des raisons technologiques, selon leurs applications et en fonction de la nature de la paroi. Quel que soit le domaine d'application, l'échangeur de chaleur est un élément important dans toute politique concrète de maîtrise de l'énergie.
Il s'agit d'échangeur généralement utilisé dans diverses industries. Pour une application donnée, son choix dépend des paramètres tels que le domaine de température et de pression des fluides, les propriétés physiques des fluides, la maintenance et l'encombrement. Afin d'optimiser le gain de rendement et d'énergie, l'échangeur doit être bien adapté, bien dimensionné, bien réalisé et naturellement bien utilisé.
Historiquement, les échangeurs les plus répandus, dans la ventilation double flux, utilisent des tubes comme constituant principal. Ils sont aussi les plus économiques. Suivant le nombre de tubes et leur arrangement, on distingue trois catégories d'échangeurs tubulaires (monotube, coaxial, multitubulaire). Pour une application donnée, ils sont réalisés pour une efficacité maximale.
Dans l'échangeur monotube, le tube est placé à l'intérieur d'un réservoir et ce tube prend en général la forme d'un serpentin. Pour l'échangeur coaxial, les tubes sont en général cintrés. Ainsi le fluide chaud ou le fluide à haute pression circulera dans le tube intérieur. On distingue quatre formes pour l'échangeur multitubulaire :
Dans la ventilation double flux, le concept de ces types d'échangeurs date de très longtemps. Ils ont été réalisés initialement, pour les besoins de l'industrie laitière. On distingue suivant la géométrie de tube utilisée les échangeurs à surface primaire et à surface secondaire. Pour la technologie à surface primaire, le type le plus commun est l'échangeur à plaques et joints. Il a des applications limitées par la pression différentielle entre les deux fluides. Dans les échangeurs à surface secondaire, on rencontre des ailettes plissées ou ondulées qui sont insérées entre les plaques.
Dans le cœur de la plus part de ces échangeurs à plaques, on retrouve un paquet de plaques avec des ouvertures permettant de faire entrer et sortir les fluides. Tous les fluides peuvent circuler dans ces échangeurs à l'exception de fluides encrassant qui demande plus de précautions. Ces fluides en circulant entre les plaques créent des turbulences favorables à l'échange. En effet, les plaques sont disposées de manière alternative tête-bêche.
Ce phénomène de changement de phase (liquide gaz) peut arriver dans un échangeur lors des échanges d'énergie. En effet, l'un des deux fluides peut subir un changement de phase à l'intérieur même de l'échangeur. En exemple, on peut citer les évaporateurs dans le cas où le fluide froid passe de l'état liquide à l'état gazeux, mais aussi les condenseurs, si le fluide chaud se condense de l'état de vapeur à l'état liquide.
Les différents types d'évaporateurs et de condenseurs sont pris en compte pour la classification générale de ces types échangeurs, pour la ventilation double flux. On distingue des évaporateurs et condenseurs tubulaires et des évaporateurs et condenseurs à plaques.
Actuellement, afin de réaliser des économies d'énergies et avoir un meilleur confort, les bâtiments sont plus étanches et le système de renouvellement de l'air se fait essentiellement par une ventilation double flux mécanique. Ce système comprend un caisson de ventilation, des bouches d'entrée et d'extraction d'air et des gaines. Cette ventilation mécanique est généralement contrôlée. Sa conception, de même que son installation et sa mise en œuvre doivent bien sûr être conformes à la réglementation en vigueur.
Les logements construits à partir du 1er juin 2001 sont soumis aux exigences de la réglementation thermique 2000 (RT 2000) définies par l'arrêté du 29 novembre 2000 (décret n°2000-1153 du 29 novembre 2000). La RT 2000 s'applique à tous les projets dont le dépôt de permis de construire est postérieur au 1er juin 2001.
Dans la conception de la ventilation double flux, le choix du type de ventilation (auto réglable ou hygroréglable) est très important. Le dimensionnement de ces ventilateurs doit naturellement tenir compte du nombre de pièces, du volume du bâtiment et des pertes de charges de l'ensemble du réseau. Dans un souci écologique, les pertes de charges doivent être minimales et les ventilateurs le moins gourmand possible en électricité.
Pour réduire les déperditions du réseau de la ventilation, le système doit être positionné de préférence dans un volume chauffé. Il doit aussi être aisément accessible pour l'entretien et la maintenance. Il est nécessaire qu'il soit loin des pièces de vie, pour un meilleur confort acoustique. On peut réduire ce niveau sonore dans les pièces par un traitement acoustique adapté du soufflage. L'étanchéité du réseau aéraulique doit être bien soignée.
L'optimisation des conditions acoustiques passe par la limitation de la vitesse d'air dans le réseau. Le dimensionnement doit limiter cette vitesse à des valeurs maximales de 4 à 5 m/s suivant la configuration du réseau. Pour réduire le risque de fuites dans le réseau donc des pertes de pression, le réseau doit être le plus court possible. Il faut aussi éviter des coudes dans les conduits et empêcher que ces derniers soient trop tendus.
Tout système de ventilation double flux s'encrasse durant son utilisation. Ceci entraîne une perte d'efficacité et peut rendre le système trop bruyant. Cela peut entraîner une surconsommation énergétique et même éventuellement un déséquilibre des débits. Une contamination est possible avec l'air insuffle car le système est à double flux.
Face à toutes ces menaces et risques, la maintenance et l'entretien ou le nettoyage régulier de l'ensemble du système devient non négligeable. Un système de ventilation maintenu et régulièrement entretenu assure le parfait fonctionnement de celui-ci. Cette performance est la garantie de l'hygiène et de la santé des occupants de l'immeuble.
Afin d'assurer un rendement optimal et économique de la ventilation double flux, il est indispensable de réaliser certaines opérations à intervalles réguliers. Tous les deux mois : Laver les bouches d'extraction des pièces humides, dans de l'eau tiède et savonneuse. Décrasser les bouches d'insufflation des pièces principales ; Tous les six mois : Nettoyer les filtres de la face d'extraction et d'insufflation et l'échangeur. Pour ce faire, il est conseillé d'utiliser un détergent à vaisselle avec de l'eau tiède.
Chaque année : Ôter les gaines afin de dépoussiérer le clapet cuisine et les régulateurs. Dégrafer les clips à l'aide d'un tournevis pour enlever de la poussière déposée à l'intérieur du groupe d'extraction.
Le rendement d'une installation de ventilation double flux dépend de beaucoup de facteurs. Il ne doit pas tenir compte que de l'échangeur. Il doit aussi être donné sur l'air neuf, l'air extrait, les caissons et l'échange thermique globale du système. La plus part des données ont été établies suivant les protocoles de tests définis dans la NF EN 13141-7 /2004.
Par exemple, pour un échangeur à plaques, le rendement varie fortement en fonction des paramètres suivants :
On peut aussi noter que la diminution du débit, donc de la vitesse d'air dans l'échangeur à plaques, est également bénéfique au niveau du rendement thermique de l'échangeur.
Le rendement global du système de ventilation dépend de la combinaison de l'ensemble constitué par le rendement du moteur, du ventilateur, de la transmission et du variateur de vitesse. Pour réduire la consommation des ventilateurs, il faut augmenter le rendement global du moto - ventilateur et diminuer la puissance aéraulique. C'est possible par une diminution des pertes de charges du réseau que le ventilateur doit fournir.
La ventilation est indispensable pour obtenir une bonne qualité de l'air et assécher la vapeur d'eau produite par les occupants (4 personnes produit environ 12 litres de vapeur d'eau par jour) et assurer la pérennité du bâtiment. Le rôle principal d'une ventilation de qualité est donc d'assurer la qualité sanitaire de l'air tout en réduisant les consommations d'énergie pour le chauffage de l'air et le fonctionnement des ventilateurs.
Une étude comparative avec simulation, sur les écarts de consommation de chauffage selon le mode de ventilation, a montré que le rendement global de l'installation d'une ventilation double flux est de 85%. Dans cette étude, elle peut faire économiser jusqu'à 230 euros par an de dépense énergétique, par rapport à une VMC simple flux hygroréglable (si le chauffage est électrique). La VMC double flux présente l'intérêt majeur de pouvoir ajouter des traitements d'air neuf (filtration, réchauffage, rafraîchissement, humidification, etc.). Elle permet aussi de préchauffer l'air neuf par récupération sur l'air extrait à l'aide d'un échangeur à plaques par exemple.
Dans un système de ventilation double flux, la consommation d'énergie pour chauffer l'air renouvelé est quasi nulle, par contre elle est compensée par une augmentation de la consommation des ventilateurs. Cette consommation des ventilateurs est indépendante du climat. En associant les consommations d'énergie liées à la ventilation double flux à une bonne étanchéité de ses réseaux, on assure une bonne qualité dans la durée, avec des conduits rigides. Ces options permettent de satisfaire les objectifs d'économies d'énergie, dans le cadre du label BBC-effinergie.
Le prix d'une installation double flux variera en fonction des modèles choisis et du niveau de la gamme. Pour le résidentiel, les prix vont de 1 300 € à 2 600 €, environ. Pour le tertiaire, les tarifs peuvent dépasser 8 000 €. Cependant, il ne faut pas perdre de vue le fait que la ventilation des locaux est une obligation, en même temps qu'elle est indispensable à la bonne santé des occupants.
La ventilation double flux dans les maisons doit respecter les réglementations en vigueur. Cela concerne la qualité de l'air intérieur, l'hygiène, la consommation d'énergie, la protection acoustique, la protection anti-incendie, le fonctionnement des appareils à gaz, la sécurité des travailleurs et celle des occupants. Sa conception doit aussi respecter les règles de dimensionnement et de réglementation inhérentes à la construction.
Les textes applicables sont différenciés suivant le type de local destinataire. Il varie suivant qu'il s'agit de l'habitat (exigences hygiéniques, économies d'énergie, conception et dimensionnement), des hôtels et bureaux (exigences hygiéniques, économies d'énergie) ou des locaux scolaires (exigences hygiéniques). La réglementation repose sur le fait que l'aération doit être générale et permanente. Elle doit aussi concerner la totalité du logement grâce à des entrées d'air installées dans les pièces principales et des sorties placées dans les pièces humides (cuisine, salles de bains, WC, etc.).
La réglementation thermique (RT) sur les solutions techniques de ventilation pour l'habitat et le résidentiel est évidemment évolutive. Ainsi pour la RT 2005, c'est l'hygroréglable qui est le système de ventilation de référence en maison individuelle. Elle s'applique à tous les projets dont le dépôt de permis de construire est postérieur au 1 septembre 2006. D'une manière générale, la RT 2005 est applicable à tous les types de bâtiments neufs (habitat et tertiaire). Pour la RT 2012 qui est en préparation, les exigences seront renforcées sur l'ensemble des systèmes. En matière de ventilation, le double flux devrait donc s'imposer comme le système de référence. Il est donc préférable de prévoir systématiquement les meilleurs équipements possibles afin que la construction reste conforme dans le temps. Cette mise en œuvre est facilitée par la mise en place de labels de performance.
La Documentation Technique Unifié (DTU) 68.1, définit les critères de conception et de dimensionnement des installations de ventilation mécanique contrôlée (VMC et VMC gaz) dans les bâtiments d'habitation. Elle permet le calcul d'installation permettant d'assurer une ventilation des habitations conformément aux exigences de la réglementation. Elle existe depuis 1995 mais possède un statut de norme expérimentale XP P 50-410. La DTU 68.2 détermine, lors des travaux de bâtiments, les règles d'exécution des installations de ventilation mécanique. Il s'agit, en l'occurrence, de règles à respecter, pour la mise en œuvre du système.
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