Impact de l’efficacité du caisson
sur les besoins de chauffage
MAJ 05/12/2023 :
– Retrait d’un diagramme problématique sur le rendement global VMC + fuites d’air et remplacement par un schéma plus complexe mais moins réducteur ^^
– Remplacement dès que possible du terme rendement par efficacité, plus adapté
Voir également notre logiciel gratuit de calcul des gains d’une VMC double flux, récupérable sur fiabishop
Influence de l’efficacité thermique d’une VMC double flux sur le calcul thermique
Partons sur une construction passive, et étudions trois choix différents :
– La logique « low-cost », avec échangeur non certifié, avec échangeur courant croisé 50%.
– La logique caisson moyen de gamme, échangeur contre courant 75%.
– La logique haut de gamme, échangeur à plus de 90%.
(Calculs réalisés à partir de la feuille de calcul PHPP – Passiv Haus Institut, dans cet exemple, la chute de rendement lié au réseau n’est pas pris en compte)
La démarche passive pose différentes hypothèses : une température de consigne à 20°C (c’est à dire que les besoins d’énergie doivent être minimum en partant sur une hypothèse de confort haute), et des débits d’air confortables (pas de baisse du renouvellement d’air au détriment des usagers)
Débit moyen
|
Efficacité échangeur en % (nWRG)
caisson seul |
Déperdition de chaleur aéraulique en kWheu/a
|
Bilan besoin
chauffage projet en kWheu/m².a |
|
Logique « low cost » |
155 m3/h
|
50%
|
1992 kWh/an
|
23.5 kWh/m²
|
Logique « moyen de gamme » |
155 m3/h
|
75%
|
1132 kWh/an
|
17.5 kWh/m²
|
Logique « haut de gamme » |
155 m3/h
|
93%
|
475 kWh/an
|
13.4 kWh/m²
|
Par ailleurs, au delà de la logique performance thermique, il convient de prendre en compte de la température de soufflage qui dépend du rendement, qui en dessous de 15°C se traduit par un inconfort thermique pour l’habitant. C’est d’ailleurs l’un des critères de certification d’un produit passif : que même à -10°C la température de soufflage ne soit pas inférieure à 16.5°C.Ici, le choix du caisson est ce qui détermine la frontière entre le non passif et le passif, limite fixée à 15 kWh/m². Il serait toutefois possible d’être passif avec une VMC double flux moyen de gamme, mais cela nécessiterait des surinvestissements sur les autres postes de déperditions (par exemple 6cm d’isolation sur tous les murs et plafonds, menuiseries plus performantes), dans cette logique, le choix d’un caisson plus performant est l’optimisation qui apporte souvent le moins de surinvestissement.
Les chiffres annoncés plus haut sont un exemple, un calcul adapté à votre projet est indispensable pour évaluer la pertinence selon la conception bioclimatique et la localisation géographique du projet. Mais ils révèlent une tendance, il est quasiment impossible de répondre au référentiel Passivhaus sans VMC double flux.
Voir également sur le blog : chauffer une maison passive
Dans une logique « basse consommation », si l’on dispose d’un appareil de chauffage plus important (poêle, chaudière avec réseau de radiateurs…), cette surconsommation de 4 kWh/m² entre les caissons haut de gamme et moyen de gamme n’est pas décisive. L’intérêt économique du surinvestissement dépendra du prix d’achat de l’énergie en chauffage qui déterminera le retour sur investissement d’une solution par rapport à l’autre. Se focaliser uniquement sur le paramètre rendement thermique de l’échangeur peut donner une appréciation biaisée.
Dans tous les cas, les caissons à courants croisés, qui sont souvent associés à des ventilateurs peu efficaces (assez consommateurs d’électricité), ne sont pas assez efficaces, et seront dans tous les cas une solution moins pertinente que la VMC simple flux hygroréglable.
L’efficacité thermique globale de l’installation
L’efficacité de l’installation dépend de la conception et la réalisation du système de ventilation. Ce paramètre peut sembler secondaire mais il sera essentiel de limiter les déperditions du réseau pour obtenir un rendement d’installation proche du rendement échangeur :en isolant les conduits air neuf et rejet extérieur, car ces conduits font circuler un air froid. S’ils étaient insuffisamment isolés, ils refroidiraient le local technique. L’air neuf se réchauffe en amont de l’échangeur : le rendement baisse (uniquement valable si le caisson est en volume chauffé, sinon c’est l’inverse).
en utilisant des conduits de distribution (air extrait et air neuf) étanches à l’air. Toutes les connexions si elles ne sont pas parfaitement étanches, ou si le conduit est fragile (peut se percer) créent des fuites d’air et conduisent à dissiper une partie des calories et une baisse de débits au niveau des bouches.
Cas 1 – installation non optimisée : Caisson VMC double flux disposée dans les combles (hors volume chauffé), avec 10 ml de conduits d’air insufflé en dn125 passés en combles et 10 ml de conduits d’air extrait en dn125 passés en combles également (hors volume chauffé). Le choix se porte sur des conduits souples en aluminium spiralé avec 25 mm de laine minérale.
Cas 2 – installation optimisée : Caisson VMC double flux disposé en local technique (dans volume chauffé), avec 1.5ml de conduit pour rejet et 1ml pour la prise d’air neuf, en conduit rigide isolé par 50mm d’isolant.
(Calculs réalisés à partir de la feuille de calcul PHPP – Passiv Haus Institut)
*surconsommation par rapport au rendement théorique de l’échangeur de chaleur
Exemple de produit |
Débit moyen
|
Rdt % passif
caisson |
Rdt % effectif
installation |
Déperdition de chaleur dans le réseau
|
Surconso** |
---|---|---|---|---|---|
Aldes DEE FLY |
155 m3/h
|
73%
|
50.1%
|
789 kWh/an
|
+ 5.52 kWh/m²
|
Aldes DEE FLY |
155 m3/h
|
73%
|
71.6%
|
49 kWh/an
|
+ 0.33 kWh/m²
|
L’étanchéité à l’air, facteur essentiel
L’efficacité globale est influencée par les fuites d’air de la maison. Pour résumer, l’objectif de renouvellement d’air est d’insuffler dans la pièce de vie et récupérer l’air qui se sera vicié entre temps dans la pièce d’eau. Mais chaque fuite crée une possibilité pour cet air neuf (à température) de sortir de la maison. De même que l’extraction de la pièce d’eau crée une dépression qui va attirer l’air extérieur (c’est le chemin le plus court).
Dans ce cadre, la réalisation d’un test d’étanchéité à l’air est fortement recommandée pour valider avant livraison du chantier la bonne qualité de l’enveloppe et indirectement le bon fonctionnement de la VMC double flux.
Note complémentaire : les résultats obtenus sont variables selon la configuration des projets, du nombre de façades extérieures et de l’exposition au vent.
Ces résultats issus de la méthodologie passive diffèrent des calculs thermiques selon la RT2012/RE2020 qui expriment la déperdition par les fuites sans la mettre en relation avec le mode de ventilation.
Cela permet de voir que les niveaux d’étanchéité requis pour le BBC-Effinergie (autour d’un n50 de 3 vol/h) sont « satisfaisants » avec une VMC simple flux mais un peu insuffisants avec une VMC double flux : il convient lorsqu’une installation double flux de réduire au maximum les fuites d’air et pas se contenter des niveaux garde fous, nécessitant la mise en œuvre d’une démarche Qualité sur l’étanchéité à l’air.
Exemple de chute d’efficacité lié à des défauts de conception et réalisation
Le bon fonctionnement d’une VMC double flux ne dépend pas que du bon choix du caisson. Son efficacité théorique ne donne qu’une première indication sur la performance de l’installation.
Une bonne conception de réseau (limiter les longueurs, diamètres adaptés, conduits adaptés et isolés) permet de limiter les déperditions du réseau qui peuvent être considérables.
Une bonne réalisation est essentielle. Le réseau de distribution d’air doit être étanche à l’air. Si celui ci est réalisé par un professionnel, il doit être formé à la ventilation double flux (qui n’a que peu à voir avec la ventilation simple flux !)
Enfin, une bonne étanchéité à l’air du bâtiment est essentielle au bon fonctionnement de l’ensemble.
Combinons tous les paramètres décrits précédemment :
Le premier biais serait de se baser sur un rendement déclaré non validé par une norme, ou de se baser pour le calcul sur le rendement sur air neuf, favorable. Ici par exemple, une machine annoncée à 90% sur la base d’un certificat passif, et une autre machine annonçant 90% mais selon une autre procédure.
Le deuxième biais est celui de la réalisation de l’installation. Dans le premier cas, installation de qualité, conduits étanches, caisson en local technique en volume chauffé, linéaires de conduits air extérieur et rejet minimum et fortement isolés. Deuxième cas, caisson hors volume, linéaire important de conduits air insufflé et air extrait hors volume chauffé, insuffisamment isolés.
Troisième biais : mesure d’étanchéité à l’air du bâtiment avec objectif passif dans le premier cas (voir dossier étanchéité à l’air à la loupe), deuxième cas, visée du niveau BBC (le niveau est un Q4<0.6 m3/h.m², ce qui correspond à un n50<3 vol/h). Ce biais introduit la part de renouvellement d’air effectif effectué via le caisson de ventilation.
(Calculs réalisés à partir de la feuille de calcul PHPP – Passiv Haus Institut)
Rdt % Passif
caisson |
Rdt % effectif
installation |
Valeur n50
mesurée |
Besoin |
||
VMC double flux 90% rendement |
90%
|
88.5%
|
0.6 vol/h
(passif) |
14.4 kWh/m²
|
|
VMC double flux 90% rendement |
78%
|
53.9%
|
3 vol/h (BBC)
|
26 kWh/m²
|
Verdict : On observe quasiment une chute de moitié de l’efficacité de la récupération de chaleur, ainsi qu’une surconsommation de l’ordre de 12 kWh/m².an (soit prêt de la moitié des gains potentiels de la récupération de chaleur !), simplement parce que l’installation n’est pas optimisée. Cela traduit bien l’intérêt à ce que le dimensionnement et l’installation de la machine soient fait sérieusement, afin que les gains gênées par le double flux ne soient pas juste théoriques.
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