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Solplan Review, 160, pp. 14-15, 2011-09-01
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La ventilation stratifiée
Ouazia, B.; Macdonald, I. A.
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La ventilation stratifiée
Par Boualem Ouazia et Iain Macdonald
NRCC-54566f
Une version de ce document se trouve dans:
Solplan Review, (160), pp. 14-15, September 1, 2011 (Also available in English: Stratified Air
Ventilation)
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La ventilation stratifiée
Par Boualem Ouazia et Iain Macdonald Soumis à Solplan Review
Cet article présente les résultats des récentes recherches de l’IRC-CNRC sur l’utilisation potentielle des systèmes de ventilation stratifiée dans les régions à climat froid, où le chauffage hivernal est impératif.
La ventilation par mélange consiste à insuffler puis à diffuser de l’air frais, à grande vitesse,
par des bouches intégrées au plafond. Dans ce mode de diffusion, très utilisé dans les bâtiments commerciaux, l’air frais finit par se mélanger à l’air ambiant contaminé jusqu’à sa
complète dilution. La ventilation stratifiée, pour sa part, consiste à diffuser l’air frais directement aux occupants. Insufflé légèrement au-dessus du sol et à faible vitesse, l’air retombe ensuite vers le sol, par gravité, pour se propager dans la pièce jusqu’au contact des sources de chaleur. L’air frais remonte doucement sous l’effet de la chaleur due aux occupants et aux équipements. Une fois vicié (chaud), l’air remonte alors jusqu’au plafond, où il est évacué.
Grâce à leur capacité à améliorer la qualité de l’air des espaces de vie et à réduire la consommation d’énergie, les systèmes de ventilation stratifiée – qu’ils soient des systèmes de diffusion par le sol (SDS) ou des systèmes de diffusion par déplacement (SDD) –, pourraient, dans les bâtiments commerciaux et autres immeubles de à bureaux, représenter une alternative viable aux systèmes de diffusion de l’air par le plafond conventionnels.
Les systèmes de ventilation stratifiée ont fait leurs preuves dans les régions où les bâtiments nécessitent un refroidissement toute l’année, mais les chercheurs manquent encore de données sur leur capacité d’adaptation aux régions canadiennes qui nécessitent un chauffage hivernal. C’est précisément ce manque de données qui a conduit l’IRC-CNRC à effectuer des études sur le terrain dans deux écoles canadiennes équipées de systèmes de diffusion par déplacement (voir le chapitre « Essais » ci-dessous).
Bâtiments étudiés
L’école élémentaire de Calmar, près d’Edmonton (Alberta), est un bâtiment rectangulaire d’un étage. Ses salles de classe sont alimentées en air frais par des bouches murales situées au niveau du sol et des grilles de reprise situées au niveau du plafond. Le débit d’air frais des salles de classe est basé sur la norme ASHRAE 62.1-2007 (7,5 litres/seconde/personne).
Pendant la saison de chauffe, les salles de classe sont chauffées par des radiateurs à eau chaude placés au niveau du plafond, au-dessus des fenêtres sur tout le périmètre.
L’école publique Thomas L. Wells, de Scarborough (Ontario), est un bâtiment en forme de « H » de deux étages. Le chauffage périphérique y est assuré par un système de chauffage à eau chaude par rayonnement par le sol. Ses salles de classe sont alimentées en air frais par un système de diffusion par déplacement d’air composé de cinq diffuseurs muraux placés au niveau du sol. L’air vicié y est évacué par trois bouches d’extraction intégrées au plafond. Le débit d’air frais des salles de classe de cette école est également basé sur la norme ASHRAE 62.1-2007 (7,5 litres/seconde/personne).
La performance des systèmes de diffusion d’air par déplacement (SDD) des deux écoles a été évaluée dans des salles de classe présélectionnées. L’évaluation comportait de courtes périodes de surveillance de 10 minutes chacune. Les mesures ont été prises en différents endroits des classes, par déplacement d’une perche instrumentée sur différentes sections des planchers.
Essais
L’évaluation de la performance des systèmes de diffusion par déplacement des deux écoles a porté sur :
1. Le confort thermique prédit – l’écart vertical dans la température de l’air (EVTA) et taux de courants d’air (DR).
2. La qualité de l’air intérieur – capacité d’élimination des contaminants (CEC). À l’école Calmar, les mesures ont été réalisées au printemps, avec le système CVC de l’école en mode chauffage et un air frais mesuré entre 21 °C et 24 °C à la sortie des diffuseurs. À l’école Thomas L. Wells, les mesures ont été effectuées en hiver, avec le système CVC de l’école en mode chauffage et un air frais mesuré entre 18 °C et 23 °C à la sortie des diffuseurs.
L’air frais a été mesuré à 0,1 m, 0,6 m, 1,1 m, 1,7 m, 2,2 m et 2,8 m au-dessus du sol dans plusieurs lieux contrôlés. La concentration en aérocontaminants et la CEC ont été mesurées à hauteur de respiration d’une personne assise (1,1 m), à hauteur de respiration d’une personne en position debout (1,7 m), à hauteur des diffuseurs et à hauteur des grilles de retour.
Résultats
L’écart vertical dans la température de l’air était dans les limites acceptables de <3 °C dans les deux écoles. Les mesures effectuées à l’école Calmar ont montré que le seuil limite du ratio de courants d’air n’avait pas été dépassé dans la zone occupée (<1,7 m), mais l’inconfort
thermique causé par le ratio de courants d’air n’a pas été calculé à cette distance limite dans deux classes. À l’école Thomas L. Wells, le confort thermique était acceptable, sauf à 1,1 m de hauteur.
Les résultats des deux études de terrain montrent que la diffusion d’air par déplacement peut créer un environnement intérieur de qualité acceptable pendant la saison de chauffe. La capacité d’élimination des contaminants a dépassé les prédictions des études précédentes pour des conditions de chauffe identiques et les principaux indicateurs du confort thermique (l’écart vertical dans la température de l’air et le ratio de courants d’air à hauteur de la cheville et de la tête) se situent dans les limites fixées par les normes de l’ASHRAE.
Boualem Ouazia, Ph. D. et Iain Macdonald sont agents de recherche au sein du programme Environnement intérieur de l’Institut de recherche en construction du Conseil national de recherches du Canada.
