Études de cas pratique

EGC

Déperdition par ventilation mécanique

Déperdition par Ventilation Mécanique en Thermique du Bâtiment

Déperdition par Ventilation Mécanique

Comprendre les Déperditions par Ventilation Mécanique

La ventilation est indispensable dans les bâtiments pour assurer une bonne qualité de l'air intérieur (QAI) en évacuant les polluants, l'humidité et le CO2, et en apportant de l'air neuf. La Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) permet de maîtriser ces flux d'air. Cependant, en période de chauffage, l'introduction d'air extérieur froid et l'extraction d'air intérieur chauffé représentent une source de déperditions thermiques qu'il faut compenser par le système de chauffage. Le calcul de ces déperditions est donc crucial pour dimensionner correctement l'installation de chauffage et estimer la consommation énergétique.

On distingue principalement les déperditions sensibles (liées à la différence de température) et les déperditions latentes (liées à la différence d'humidité, plus complexes à calculer et souvent traitées via des approches simplifiées ou des logiciels spécifiques). Cet exercice se concentrera sur les déperditions sensibles.

Données de l'étude

On étudie le salon d'une maison individuelle équipé d'une VMC simple flux autoréglable. On souhaite calculer les déperditions thermiques dues à cette ventilation en conditions hivernales de base.

Caractéristiques du local (Salon) :

  • Dimensions intérieures : Longueur (L) = 7 m
  • Largeur (l) = 5 m
  • Hauteur sous plafond (H) = 2.7 m

Système de ventilation :

  • Type : VMC simple flux autoréglable
  • Taux de renouvellement d'air (\(n\)) : \(0.5 \, \text{vol}/h\) (volume de la pièce renouvelé 0.5 fois par heure)

Conditions thermiques :

  • Température intérieure de consigne (\(T_{\text{int}}\)) : \(20^\circ C\)
  • Température extérieure de base (\(T_{\text{ext,base}}\)) : \(-5^\circ C\)

Propriétés de l'air :

  • Capacité thermique volumique de l'air (\(c_v\)) : \(0.34 \, Wh/(m^3 \cdot K)\). Ce coefficient permet de calculer directement la puissance en Watts si le débit est en \(m^3/h\) et \(\Delta T\) en Kelvin (ou °C pour une différence). La formule des déperditions thermiques sensibles par ventilation est : \(Q_{\text{v,sens}} = c_v \cdot \dot{V}_{\text{air}} \cdot (T_{\text{int}} - T_{\text{ext,base}})\) ou plus couramment \(Q_{\text{v,sens}} = 0.34 \cdot \dot{V}_{\text{air}} \cdot (T_{\text{int}} - T_{\text{ext,base}})\).
Schéma : Ventilation et Déperditions Thermiques
Déperditions par Ventilation (Hiver) {/* Local */} Salon (T_int = 20°C) {/* Modifié */} {/* Air entrant froid */} Air Neuf Froid (T_ext = -5°C) {/* Modifié */} {/* Air sortant chaud */} Air Extrait Chaud (T_int = 20°C) {/* Modifié */} Déperdition Q_v

Illustration du principe de déperdition par renouvellement d'air en hiver.

Questions à traiter

  1. Calculer le volume du salon (\(V_{\text{salon}}\)).
  2. Calculer le débit d'air neuf (\(\dot{V}_{\text{air}}\)) en \(m^3/h\) pour le salon.
  3. Calculer les déperditions thermiques sensibles par renouvellement d'air (\(Q_{\text{v,sens}}\)) pour ce salon.
  4. Si ce salon était équipé d'une VMC double flux avec une efficacité de récupération de chaleur de 85% sur l'air extrait, quelles seraient les nouvelles déperditions thermiques par ventilation (\(Q_{\text{v,recup}}\))?

Correction : Déperdition par Ventilation Mécanique

Question 1 : Volume du Salon (\(V_{\text{salon}}\))

Principe :

Le volume d'une pièce rectangulaire est calculé en multipliant sa longueur (L), sa largeur (l) et sa hauteur (H).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ V_{\text{salon}} = L \times l \times H \]
Données spécifiques :
  • Longueur (L) = 7 m
  • Largeur (l) = 5 m
  • Hauteur (H) = 2.7 m
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{salon}} &= 7 \, m \times 5 \, m \times 2.7 \, m \\ &= 35 \, m^2 \times 2.7 \, m \\ &= 94.5 \, m^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le volume du salon est \(V_{\text{salon}} = 94.5 \, m^3\).

Question 2 : Débit d'Air Neuf (\(\dot{V}_{\text{air}}\))

Principe :

Le débit d'air neuf (\(\dot{V}_{\text{air}}\)) est obtenu en multipliant le volume de la pièce par le taux de renouvellement d'air horaire (\(n\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ \dot{V}_{\text{air}} = V_{\text{salon}} \times n \]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{salon}} = 94.5 \, m^3\) (résultat Q1)
  • Taux de renouvellement d'air (\(n\)) = \(0.5 \, \text{vol}/h\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \dot{V}_{\text{air}} &= 94.5 \, m^3 \times 0.5 \, \text{vol}/h \\ &= 47.25 \, m^3/h \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le débit d'air neuf pour le salon est \(\dot{V}_{\text{air}} = 47.25 \, m^3/h\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si le taux de renouvellement d'air était de 1 vol/h, le débit d'air neuf serait :

Question 3 : Déperditions Thermiques Sensibles par Ventilation (\(Q_{\text{v,sens}}\))

Principe :

Les déperditions thermiques sensibles par ventilation sont calculées en multipliant la capacité thermique volumique de l'air, le débit d'air neuf et la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ Q_{\text{v,sens}} = 0.34 \cdot \dot{V}_{\text{air}} \cdot (T_{\text{int}} - T_{\text{ext,base}}) \]
Données spécifiques :
  • \(\dot{V}_{\text{air}} = 47.25 \, m^3/h\) (résultat Q2)
  • \(T_{\text{int}} = 20^\circ C\)
  • \(T_{\text{ext,base}} = -5^\circ C\)
  • Coefficient : \(0.34 \, Wh/(m^3 \cdot K)\) (ou \(W/(m^3/h \cdot K)\))
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Delta T &= T_{\text{int}} - T_{\text{ext,base}} = 20^\circ C - (-5^\circ C) = 25^\circ C = 25 \, K \\ Q_{\text{v,sens}} &= 0.34 \cdot 47.25 \, m^3/h \cdot 25 \, K \\ &= 16.065 \cdot 25 \\ &= 401.625 \, W \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Les déperditions thermiques sensibles par ventilation sont \(Q_{\text{v,sens}} \approx 401.6 \, W\).

Quiz Intermédiaire 2 : Le coefficient 0.34 dans la formule \(Q_v = 0.34 \cdot \dot{V} \cdot \Delta T\) représente approximativement :

Question 4 : Déperditions avec VMC Double Flux (\(Q_{\text{v,recup}}\))

Principe :

Une VMC double flux récupère une partie de la chaleur de l'air extrait pour préchauffer l'air neuf entrant. L'efficacité de récupération (\(\eta\)) réduit les déperditions par ventilation. Les déperditions restantes sont \((1 - \eta)\) fois les déperditions d'une simple flux.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ Q_{\text{v,recup}} = Q_{\text{v,sens}} \cdot (1 - \eta_{\text{recup}}) \]

Où \(\eta_{\text{recup}}\) est l'efficacité du récupérateur de chaleur (ex: 0.85 pour 85%).

Données spécifiques :
  • \(Q_{\text{v,sens}} \approx 401.625 \, W\) (résultat Q3)
  • Efficacité de récupération (\(\eta_{\text{recup}}\)) : 85% = 0.85
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{v,recup}} &= 401.625 \, W \cdot (1 - 0.85) \\ &= 401.625 \, W \cdot 0.15 \\ &= 60.24375 \, W \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Avec une VMC double flux à 85% d'efficacité, les déperditions par ventilation seraient \(Q_{\text{v,recup}} \approx 60.2 \, W\).

Quiz Intermédiaire 3 : Une VMC double flux performante permet de :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Les déperditions thermiques par ventilation sont proportionnelles à :

2. Un taux de renouvellement d'air de 0.5 vol/h signifie que :

3. L'efficacité d'un récupérateur de chaleur sur une VMC double flux :

Glossaire

Déperdition Thermique par Ventilation
Perte de chaleur due au renouvellement de l'air intérieur chauffé par de l'air extérieur plus froid, nécessaire pour maintenir une bonne qualité d'air.
VMC (Ventilation Mécanique Contrôlée)
Système assurant le renouvellement de l'air de manière mécanique dans un bâtiment. Peut être simple flux (extraction seule) ou double flux (extraction et insufflation avec récupération de chaleur).
Taux de Renouvellement d'Air (\(n\))
Nombre de fois que le volume d'air d'une pièce est renouvelé par heure. Exprimé en \(\text{vol}/h\).
Débit d'Air Neuf (\(\dot{V}_{\text{air}}\))
Volume d'air neuf introduit dans un local par unité de temps. Exprimé généralement en \(m^3/h\).
Capacité Thermique Volumique de l'Air (\(c_v\) ou \(\rho \cdot c_p\))
Quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un mètre cube d'air de 1 Kelvin (ou 1°C). Le coefficient \(0.34 \, Wh/(m^3 \cdot K)\) est une valeur couramment utilisée dans les calculs simplifiés.
VMC Simple Flux
Système de ventilation qui extrait l'air vicié des pièces humides (cuisine, salle de bain, WC) et fait entrer l'air neuf par des entrées d'air situées dans les pièces sèches (chambres, salon).
VMC Double Flux
Système de ventilation qui extrait l'air vicié et insuffle de l'air neuf préchauffé grâce à un échangeur de chaleur qui récupère les calories de l'air extrait. Permet de réduire significativement les déperditions par ventilation.
Efficacité de Récupération (\(\eta_{\text{recup}}\))
Pourcentage de la chaleur de l'air extrait qui est transférée à l'air neuf entrant dans un système de VMC double flux.
Déperdition par Ventilation Mécanique - Exercice d'Application

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