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Analyse multicritère des stratégies de ventilation en
maisons individuelles
Les systèmes de ventilation
La maison MARIA dispose de trois systèmes de ventilation. Pour les essais, nous avons installé les systèmes de ventilation mécanique contrôlée simple et double flux décrits ci-après.
La VMC simple flux Les pièces principales sont équipées d’entrées d’air autoréglables de module 30 m3/h sous 20 Pa : deux entrées d’air sont installées dans le séjour, une dans chaque chambre. Ces composants sont montés sur les coffres de volets roulants à une hauteur de 2,3 m du plancher. L’extraction de l’air vicié est faite { l’aide de bouches d’extraction fixes de diamètre 125 mm dans la cuisine et 80 mm dans la salle de bains/WC, la douche et les toilettes (Figure 2.6). Le réseau est ensuite composé de 4 conduits souples individuels directement connectés au ventilateur. La valeur du coefficient de pertes de charge linéique des conduits souples utilisés varie de 0,03 à 0,11 [I.E IDEL’CIK, 1969]. Le Tableau 2.2 présente les dimensions des bouches d’extraction et des conduits ainsi que les coudes associés à ces derniers. Figure 2.6 : Ventilateur de la VMC simple flux. Bouches d’extraction Conduits Φ (mm) H (m) Φ (mm) H (m) L (m) Coude (90°) Salle de bains/WC 80 2,5 80 3,5 8,5 3 Douche 80 2,5 80 3,5 8,5 2 Cuisine 125 2,3 125 6,5 11,5 3 Toilettes 80 2,3 80 6,5 11,5 3 Refoulement – – 125 2,5 4 2 Tableau 2.2 : Caractéristiques du réseau de la VMC simple flux. CHAPITRE 2 – Etude expérimentale des stratégies de ventilation Thèse de Doctorat – Juslin Koffi 65/224 CSTB – LEPTIAB 2.1.2.2 La VMC double flux Le réseau d’insufflation de la VMC double flux comporte une bouche de soufflage de diamètre 80 mm dans chaque chambre et deux dans le séjour. Des conduits même diamètre relient ces bouches à un caisson de distribution qui est connecté au groupe moteur. Le réseau d’extraction est composé de conduits et de bouches de diamètres 125 mm. Ces conduits sont connectés au conduit principal à l’aide de deux raccords, l’un de type culotte et l’autre de type fourche. Les caractéristiques des bouches d’extraction autoréglables utilisées sont comme suivent : – salle de bains/WC : 30 m3/h sous 50-160 Pa ; – douche : 30 m3/h sous 50-200 Pa ; – cuisine : 45/135 m3/h dans la plage 50-160 Pa ; – toilettes : 15/30 sous 50-150 Pa. Le système est muni d’un échangeur à plaques de type courants croisés permettant de préchauffer l’air neuf. L’efficacité de l’échangeur fournie par le constructeur est de 90¿. Il est toutefois possible d’éviter le préchauffage en actionnant la fonction by-pass. La Figure 2.7 présente le groupe de ventilation et l’échangeur de chaleur. Figure 2.7 : Groupe de ventilation de la VMC double flux. 2.1.2.3 La ventilation naturelle La ventilation naturelle dans MARIA est réalisée par des conduits verticaux individuels à tirage naturel. Chaque pièce de service est équipée d’un conduit en acier galvanisé de hauteur 3,25 m { l’étage (salle de bain/WC, douche) et 6,25 m au niveau jardin (cuisine, toilettes), et de diamètre 160 mm. Les conduits sont disposés dans des gaines réalisées en boisseaux de section de 20 cm x 40 cm présentés par la Figure 2.8. Ils aboutissent dans les pièces par des grilles d’extraction de section équivalente 100 cm2 situées à 2,3 m du plancher. Les débouchés en toiture sont des extracteurs statiques en béton (Figure 2.9) d’altitude 11 m par rapport au plancher du sous-sol. Pour les pertes de charge, la hauteur des aspérités des conduits en acier galvanisés utilisés est comprise entre 0,07 et 0,15 mm [I.E IDEL’CIK, 1969]. Par ailleurs, les façades de la maison sont équipées de colonnes de trous calibrés de diamètre 5 cm chacun (Cf. Figure 2.10 et Tableau 2.3). Les hauteurs par rapport aux différents planchers sont respectivement de 40, 82, 125, 168 et 210 centimètres. Ces trous sont destinés à reproduire différents niveaux de perméabilité { l’air de l’enveloppe. Lorsqu’ils sont tous fermés, on obtient la configuration la plus étanche de la maison MARIA. L’ouverture de ces trous permet d’atteindre une perméabilité { l’air de 2,1 m3/h/m2 sous 4 Pa pour les niveaux habitables [Koffi, 2005]. CHAPITRE 2 – Etude expérimentale des stratégies de ventilation Thèse de Doctorat – Juslin Koffi 66/224 CSTB – LEPTIAB Figure 2.8 : Débouchés dans les pièces techniques et en toiture des conduits à tirage naturel. Figure 2.9 : Extracteurs statiques et grille d’extraction dans une pièce technique. Figure 2.10 : Colonnes de trous calibrés sur les façades. Niveau Pièce Façade Nord Façade Sud Façade Est Façade Ouest Chambre 1 5 Etage Chambre 2 5 Chambre 3 5 Chambre 4 5 Séjour 5 5 Jardin Cabinet d’aisance 5 Cellier 5 5 Tableau 2.3 : Répartition des trous calibrés de l’enveloppe de MARIA. CHAPITRE 2 – Etude expérimentale des stratégies de ventilation Thèse de Doctorat – Juslin Koffi 67/224 CSTB – LEPTIAB 2.1.3 Caractéristiques thermiques 2.1.3.1 Les systèmes de chauffage MARIA dispose de deux systèmes de chauffage différents : convecteurs électriques et plancher chauffant à eau. Les puissances nominales des convecteurs électriques sont les suivantes : – chambre 1 : 1500 W ; – chambre 2, 3 et 4 : 1250 W respectivement ; – salle de bain WC, cabinet d’aisance et hall : 750 W ; – douche : 500 W ; – séjour : 1000 W et 1750 W ; – cuisine : 1000 W ; – sous-sol : 2 x750 W. Le chauffage via le plancher chauffant hydraulique ainsi que la production d’eau chaude sanitaire sont assurés par une chaudière à gaz installée dans la cuisine. La chaudière dispose d’un échangeur de chaleur d’efficacité de combustion de 92 ¿ et d’un brûleur gaz modulant entre 10 et 24 kW en mode chauffage et entre 8 et 24 kW en mode sanitaire. 2.1.3.2 La structure thermique de l’enveloppe Les façades de MARIA sont en parpaings d’épaisseur 20 cm. A l’extérieur, ils sont enduits et protégés par des bardages en aluminium. L’isolation intérieure est assurée par du polystyrène expansé d’épaisseur de 90 mm et de résistance thermique de 2,15 m2.K/W. Les murs extérieurs, les planchers et les plafonds ont une épaisseur de 26 cm, et les cloisons de 80 mm. Les cloisons du garage sont de type PLACOSTYL 100 mm : on a deux plaques de plâtre de 12,5 mm d’épaisseur chacune de type BA 13 de part et d’autre de l’isolant intérieur en laine minérale (75 mm, K=0,60 W/ m2°C). Les façades du garage et le plancher sur terre-plein ne sont pas isolés, ils présentent un aspect béton brut. L’isolation du plancher du niveau jardin est assurée par une dalle THERMACOME liée au concept de plancher chauffant. Le plancher est ainsi constitué de 35 mm de polystyrène expansé, 35 mm de chape béton, 20 cm de dalle de béton, et 75 mm d’isolation en sous-face du plancher par du FIBRASTYRENE FYE 75 (polystyrène expansé+ fibre de bois agglomérée). Ces données sont également valables pour le plancher de l’étage. Le plafond sous comble est constitué par des matelas de laine de verre d’épaisseur 200 mm et de résistance thermique 5 m2.K/W, d’une ossature en fibre de bois agglomérée (e=2×25 mm) et de plâtre (e=12,5 mm). En revanche, le toit en tôle métallique n’est pas isolé. En outre, les fenêtres sont constituées de baies vitrées de type DV4/12/4 menuiserie PCV REHAU PLUS à double vitrage et de stores pour le confort d’été de type Velux bois DV 4/6/4. Enfin, les portes intérieures sont des portes en bois à âme alvéolaire non isolante ; les portes extérieures sont à ossature métallique
2.2 CARACTERISATION DE LA PERMEABILITE A L’AIR DE L’ENVELOPPE 2.2.1 Etat de l’étanchéité { l’air de l’enveloppe L’enveloppe de MARIA a été particulièrement soignée par des travaux de renforcement de son étanchéité. Une campagne de mesure menée en 2005 [Koffi, 2005] a donné une perméabilité { l’air de 0,9 m3/h/m2 sous une dépression de 4 Pa pour les niveaux habitables (c’est-à-dire le volume chauffé) ; ceci correspond à un débit de fuite 285 m3/h pour 318 m2 de surface d’enveloppe. Toutefois les différents travaux effectués depuis cette étude, entre autres les puits à radon et les passages de câbles et de tuyaux, peuvent avoir modifié l’étanchéité de la maison. Par conséquent, de nouvelles mesures de perméabilité { l’air de l’enveloppe sont nécessaires. 2.2.2 La métrologie Le dispositif de mesure utilisé pour évaluer la perméabilité { l’air de l’enveloppe de MARIA est la « fausse porte » ou « Blower Door » présentée par la Figure 2.11. Il est composé : – d’une armature rigide ajustable aux dormants d’une porte et d’une toile hermétique en nylon couvrant cette ouverture ; – d’un ventilateur axial fixé au centre de la toile et permettant de créer une différence de pression entre l’extérieur et l’intérieur du bâtiment ; – d’un régulateur de vitesse pour le ventilateur ; – de diaphragmes permettant d’obtenir différentes plages de vitesses et de débit d’air ; – de capteurs de pression connectés { une centrale d’acquisition. L’ensemble du dispositif est piloté par ordinateur, ce qui permet d’entrer les consignes de différences de pression, de températures interne et externe et ainsi que les dimensions du bâtiment. Ce système permet ainsi d’imposer des débits compris entre 200 et 11000 m3/h. Chaque point de la courbe débit-pression est le résultat moyenné d’un nombre important d’acquisitions instantanées. La précision de mesure est de ±5% sur le débit et ±0,5 Pa sur la pression. On notera que ces précisions sont meilleures comparées aux exigences de la norme NF EN 13829 : ±7% pour le débit, ±2 Pa pour la pression et ±1 K pour la température [CEN, 2001].
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