Publisher’s version / Version de l'éditeur:
Solution constructive, 1999-12-01
READ THESE TERMS AND CONDITIONS CAREFULLY BEFORE USING THIS WEBSITE.
https://nrc-publications.canada.ca/eng/copyright
Vous avez des questions? Nous pouvons vous aider. Pour communiquer directement avec un auteur, consultez la première page de la revue dans laquelle son article a été publié afin de trouver ses coordonnées. Si vous n’arrivez pas à les repérer, communiquez avec nous à PublicationsArchive-ArchivesPublications@nrc-cnrc.gc.ca.
Questions? Contact the NRC Publications Archive team at
PublicationsArchive-ArchivesPublications@nrc-cnrc.gc.ca. If you wish to email the authors directly, please see the first page of the publication for their contact information.
NRC Publications Archive
Archives des publications du CNRC
Access and use of this website and the material on it are subject to the Terms and Conditions set forth at
Facteurs influençant la performance des systèmes de ventilation dans
les grands bâtiments
Shaw, C. Y.
https://publications-cnrc.canada.ca/fra/droits
L’accès à ce site Web et l’utilisation de son contenu sont assujettis aux conditions présentées dans le site LISEZ CES CONDITIONS ATTENTIVEMENT AVANT D’UTILISER CE SITE WEB.
NRC Publications Record / Notice d'Archives des publications de CNRC:
https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=d890815e-6e71-4a82-a41d-af8ef32399f1 https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=d890815e-6e71-4a82-a41d-af8ef32399f1La qu alité d e l’air in térieu r d an s les gran d s bâtim en ts com m erciau x et résid en tiels est tou jou rs u n e p riorité p ou r les p rop riétaires, les con cep teu rs, les gestion n aires et les occu p an ts. Les gran d s bâtim en ts, qu i n e son t p as cou verts d an s la p artie 9 d u Cod e n ation al d u bâtim en t, con stitu en t à ce su jet u n d éfi p lu s im p ortan t qu e les m aison s et les p etits bâtiments. Défi d’autan t plus gran d au jou rd ’h u i qu e l’on u tilise d an s ces bâtim en ts d e n ou veau x m atériau x, m eu bles, p rod u its et p rocéd és, sou rces p oten tielles d e con tam in ation .
Il existe trois stratégies p ossibles p ou r obten ir u n e qu alité d e l’air in térieu r accep table : la ven tilation , le con trôle à la sou rce et la filtration / ép u ration d e l’air. Su ivan t le bâtim en t et les caractéristiqu es sp écifiqu es d e son em p lacem en t, ces d ifféren tes stratégies p eu ven t être m ises en oeu vre d e façon in d ivid u elle ou en com bin aison .
La ven tilation con siste à fou rn ir u n ap p ort d ’air extérieu r d an s u n esp ace ferm é et à exp u lser l’air vicié d e cet esp ace. Cette tech n iqu e p erm et d e con trôler la qu alité d e l’air in térieu r en le d ilu an t d ’u n e p art avec d e l’air extérieu r m oin s con tam in é, et en retiran t d ’au tre p art les agen ts con tam in an ts in térieu rs avec l’air évacu é.
Le con trôle à la sou rce fait référen ce à l’u tilisation d e m atériau x d e con stru ction et d e m eu bles écologiqu es (d u bois n atu rel p ar exem p le), ain si qu e d es revêtem en ts d e sol, p ein tu res, ad h ésifs et p rod u its d e n ettoyage à faible tau x d ’ém issivité. La fon ction p rin cip ale d u con trôle à la sou rce est d e con server le n iveau d e con tam in ation d e l’air in térieu r au ssi bas qu e p ossible en réd u isan t l’u tilisation d e m atériau x et d e produits susceptibles d’émanations gazeuses (ex. : com p osés ch im iqu es ém issifs).
L’ép u ration d e l’air con siste à ap p liqu er d es tech n iqu es d e filtration p ou r su p p rim er les agen ts con tam in an ts d e l’air ven tilé (air extérieu r) et d e l’air in térieu r. Elle est essentielle pour les bâtiments situés dans les centres urbains ou à proximité d’installations in d u strielles p ou r lesqu els la qu alité d e l’air extérieu r est p arfois p ire qu e celle d e l’air in térieu r.
La stratégie la p lu s sou ven t u tilisée et, d an s bien d es cas, la seu le p ossible p ou r les exp loitan ts d ’im m eu bles est la ven tilation . Un e ven tilation m écan iqu e coû te ch er car il fau t ch au ffer l’air extérieu r en h iver et le refroid ir en été. Pou r faire d es écon om ies d ’én ergie, le systèm e d e ven tilation d oit être le p lu s efficace p ossible. C’est là où p lu sieu rs facteu rs in tervien n en t.
Facteurs influençant la
performance des systèmes de
ventilation dans les grands bâtiments
p a r C.Y. S ha w
Cet article présente une analyse des résultats de la recherche menée
par l’IRC sur certains facteurs clés qui ont une incidence sur la performance
des systèmes de ventilation installés dans les grands bâtiments. Il traite
des effets de ces facteurs et aboutit sur des lignes directrices pour que ces
systèmes fonctionnent efficacement.
2
Pe rform a nc e de s
systèmes de ventilation et c onsom m a t ion d’é ne rgie Les facteurs principaux ayant une in cid en ce su r la p erform an ce et l’efficacité én ergétiqu e d ’u n systèm e d e ven tilation son t les su ivan ts :
• Distribution de l’air • Fu ite d ’air
• Évacu ation locale Distribution de l’air
Id éalem en t, tou tes les p arties occu p ées d an s u n bâtim en t d evraien t être p ou rvu es d ’u n e ven tilation ap p rop riée. Ce n ’est p as toujours le cas, notamment dans les bâtiments résid en tiels, com m e le m on tre u n e étu d e m en ée p ar l’IRC il y a qu elqu es an n ées d an s u n im m eu ble d ’h abitation d e cin q étages.
L’air ven tilé d an s l’im m eu ble alim en tait les cou loirs. Le con cep t était le su ivan t : la ven tilation d e ch acu n d es logem en ts se faisait grâce à la p ressu risation d es cou loirs. Des ven tilateu rs d ’extraction in stallés d an s la salle d e bain s et la cu isin e d e ch aqu e logem en t facilitaien t l’ap p rovision n em en t d ’air ven tilé en d im in u an t les p ression s in tern es.
Ou tre les ven tilateu rs, les ven ts et/ ou la tem p ératu re agissen t su r les p ression s régn an t d an s les logem en ts. Les ven ts qu i sou fflen t au tou r et su r u n im m eu ble en traîn en t d es variation s d e p ression au tou r d e ce d ern ier. Les p ression s p ositives se m an ifestan t su r le côté exp osé au ven t au gm en ten t les p ression s d es logem en ts
situ és su r ce m êm e côté d e l’im m eu ble, tan d is qu e les p ression s n égatives d u côté abrité d im in u en t celles d es logem en ts d u côté en qu estion . Les d ifféren ces d e tem p ératu re en tre l’in térieu r et l’extérieu r, et d on c les d ifféren ces d e d en sité d e l’air, en traîn en t égalem en t d es variation s d e p ression d e p art et d ’au tre d e l’en velop p e d u bâtim en t. C’est ce qu e l’on ap p elle l’effet d e ch em in ée. Lorsqu e la tem p ératu re in térieu re est su p érieu re à la tem p ératu re extérieure, les pressions dans les appartements augmentent aux étages inférieurs et diminuent au x étages su p érieu rs. Les ch an gem en ts d e pression dans les logements à cause des vents, d e la tem p ératu re ou d es d eu x p eu ven t avoir d es con séqu en ces im p ortan tes su r le m ou vem en t d e l’air ven tilé.
Cette étu d e fu t con d u ite en h iver afin d ’évalu er les con séqu en ces m axim ales d e l’effet d e ch em in ée à l’aid e d e la m éth od e d u gaz d e d ép istage, laqu elle requ iert l’in jection d ’u n e p etite qu an tité d e gaz, SF6,
in offen sif d an s la con d u ite d ’am en ée. Des éch an tillon s d ’air on t été p ris à six
en d roits, à ch aqu e étage, p ou r m esu rer les con cen tration s d e gaz d e d ép istage (figu re 1). Tou te d étection d e gaz au x en d roits d e p rélèvem en t p rou vait qu e l’air d u systèm e d e ven tilation arrivait bien ju squ e là.
Immédiatement après l’injection d u gaz d e d ép istage d an s le systèm e d e ven tilation , les con cen tration s on t été relevées d an s cin q d es six station s d ’éch an tillon n age (figu re 2). La con cen tration était p lu s élevée au x logem en ts 208 et 205, su ivis p ar le 211. Peu ou p as d e gaz n e fu t relevé au logem en t 202. Ces faits ten d en t à p rou ver qu e les logem en ts situ és d ’u n côté d u
Figure 1.Plan d’étage type
Figure 2.Distribution de l’air extérieur au deuxième étage (conditions hivernales)
cou loir étaien t beau cou p p lu s ven tilés qu e p révu d an s la con cep tion d u bâtim en t. Les logem en ts situ és d e l’au tre côté (rep résen -tés p ar le 202) on t été p eu ou p as ven tilés car les p ression s étaien t assez élevées p ou r em p êch er l’air d ’en trer p ar le cou loir.
Il sem ble d on c qu e ces logem en ts n e bén éficiaien t d ’u n e ven tilation qu e p ar le biais d es fuites d ’air (voir discu ssion ci-ap rès). Com m e l’air ven tilé d oit être
p réch au ffé en h iver, les logem en ts d e ce typ e d em an d en t d avan tage d ’én ergie p ou r ch au ffer ces fu ites d ’air. Leu rs occu p an ts, con fron tés à d es cou ran ts d ’air froid , seraien t obligés p ou r leu r con fort d e régler le th erm ostat à u n e tem p ératu re p lu s élevée et d on c d ’au gm en ter leu r con som m ation d ’én ergie.
Fuites d’air
Une fu ite d’air est une in filtration d ’air au travers d e l’en velop p e d u bâtim en t. Sa qu an tité d ép en d d u n iveau d ’étan ch éité à l’air d e l’en velop p e d u bâtim en t et d e la d ifféren ce d e p ression d e p art et d ’au tre d e cette en velop p e, créée p rin cip alem en t p ar les ven ts et les d ifféren ces d e tem p ératu re en tre l’in térieu r et l’extérieu r.
Les bâtim en ts p résen tan t d es fu ites d ’air coû ten t p lu s ch er à ch au ffer et son t p lu s d ifficiles à ven tiler d e façon ad équ ate qu e les bâtim en ts relativem en t étan ch es à l’air. La figu re 3 m on tre d es relevés d ’étan ch éité à l’air effectu és il y en viron 25 an s d an s différen ts typ es d e bâtim en ts, d on t hu it immeubles de bureaux. Cinq d’entre eux ont été à n ou veau testés 20 an s p lu s tard afin d e d éterm in er si les valeu rs d e l’étan ch éité à l’air avaien t ch an gé. Un d e ces bâtim en ts a p résen té u n e au gm en tation d e 40 % d e son étan ch éité à l’air, d u e à d e récen tes rénovations (figure 4). Les chiffres enregistrés en m atière d e con som m ation d ’én ergie pendant ces trois mêmes mois d’hiver, avant et ap rès les rén ovation s, on t m on tré qu e ces 40 % d ’am élioration d e l’étan ch éité à l’air se son t trad u its p ar u n e écon om ie d es d ép en ses d ’én ergie d e 11 % . Ces d on n ées prouvent que les concepteurs et les proprié-taires tiren t u n avan tage in d én iable à con n aître le n iveau réel d ’étan ch éité à l’air d e leu r bâtim en t.
Les courants d’air froid sont généralement d es sign es d e fu ites d ’air. Le cas éch éan t, u n e obtu ration d es fissu res et d es ou ver-tu res d an s les m u rs extérieu rs et au tou r d es fen êtres am éliorera l’étan ch éité à l’air du bâtiment.
Source de contamination/Ventilation locale Si des sources importantes de contamination son t p résen tes d an s u n bâtim en t et qu e les occu p an ts s’en p laign en t, le géran t d u bâtim en t en qu estion p eu t être en clin à au gm en ter le tau x d e ven tilation d e façon à accélérer le p rocessu s d e d ilu tion . Un e étu d e d e l’IRC a p rou vé qu ’u n e telle
Figure 4.Mesures de l’étanchéité à l’air dans un immeuble de bureaux après rénovations
Figure 3.Mesures de l’étanchéité à l’air dans différents types de bâtiments
stratégie est rarem en t efficace, m êm e lorsqu e la con som m ation d ’én ergie n e rep résen te p as u n e p réoccu p ation m ajeu re.
L’étu d e s’est d érou lée d an s u n local abritan t p lu sieu rs p h otocop ieu ses, local dont les employés se plaignaient de la piètre qu alité d e l’air in térieu r. Pou r cette étu d e, d es éch an tillon s d ’air fu ren t p rélevés au cou rs d e la jou rn ée. Le résu ltats on t m on tré qu e d eu x p ics im p ortan ts, in d iqu an t d e hautes concentrations de composés organiques volatils (COV), se p rod u isaien t à 9 h et à 14 h , corresp on d an t exactem en t au x p ériod es où l’on faisait le p lu s fon ction n er les p h otocop ieu ses (voir figu re 5).
Pou r d éterm in er si u n e ven tilation seu le p ou vait élim in er ce p roblèm e d e p ollu tion , le tau x d e ren ou vellem en t d ’air p ar h eu re d an s le bâtim en t fu t m u ltip lié p ar 6, p assan t d e 0,5 à 3. Cette action p erm it d e d im in u er le n iveau d e COV d e 50 % , le faisan t p asser d e 90 p .p .106à 45 p .p .106
(figure 6). Cependant, même réduit, ce niveau dépassait largement les concentrations entre 0,1 et 5 mg/m3trouvées dans 200 échantillons
p rélevés p ar les ch erch eu rs d e l’IRC d an s les immeubles résidentiels et les immeubles d e bu reau x can ad ien s. L’étu d e a d on c p rou vé qu ’u n e ven tilation seu le n e p erm et p as d ’obten ir u n e QAI accep table d ès lors qu ’u n e sou rce d e con tam in ation est
p résen te. Il est n écessaire d e su p p rim er les agen ts con tam in an ts à la sou rce p ar u n e évacu ation locale et d ’u tiliser la ven tilation p ou r fin ir d ’am éliorer la qu alité d e l’air. Dan s le cas d ’u n e sou rce d e con tam in ation id en tifiable telle qu ’u n e p h otocop ieu se, le con d u it d ’évacu ation d e la p h otocop ieu se d oit être d irectem en t raccord é à l’extérieu r. Cont rôle de ve nt ila t ion
é c one rgé t ique
L’American Society of Heating, Refrigerating, an d Air-Con d ition in g En gin eers (ASHRAE) recom m an d e d es tau x d e ren ou vellem en t d ’air d an s les bâtim en ts en fon ction d u n om bre m axim u m d ’occu p an ts. Pou r d es bâtiments qui ne sont généralement occupés qu e p en d an t certain es p ériod es, d es
bu reau x, p ar exem p le, qu i n e son t occu p és qu e p en d an t la jou rn ée, le tau x d e
ren ou vellem en t d e l’air p ou rrait être contrôlé en fonction du nombre d’occupants à u n m om en t d on n é. Un systèm e d e ven tilation con trôlé à la d em an d e, avec le CO2gén éré p ar les occu p an ts p ou r in d ex
d e con trôle, est u n e d es m éth od es qu i p ou rrait être u tilisée d an s les im m eu bles d e bu reau x.
Ventilation contrôlée à la demande en fonction du niveau de CO2
Les étu d es m en ées d an s les im m eu bles d e bu reau x on t p rou vé qu e les con cen tration s d e CO2au gm en ten t et d im in u en t en
fon ction d u n om bre d ’occu p an ts. Ain si, il d evrait être p ossible d e con trôler les tau x d e ren ou vellem en t d ’air en fon ction d es m esu res d e con cen tration en CO2.
Pou r qu e cette m éth od e soit ap p licable com m e m éth od e d e con trôle d u tau x d e ren ou vellem en t d ’air d an s u n bâtim en t, les trois con d ition s su ivan tes d oiven t être resp ectées :
• La con cen tration en CO2d oit être
p rop ortion n elle au n om bre réel d es occu p an ts à u n m om en t d on n é. • La con cen tration en CO2d oit être la
m êm e à tou s les étages et les jau geu rs d e CO2d oiven t p ou voir être p lacés
facilem en t au x en d roits rep résen tatifs. • La con cen tration en CO2d oit être p
ro-p ortion n elle au tau x d e ren ou vellem en t d ’air d u bâtim en t.
Pour vérifier ces conditions, l’IRC a mené u n e étu d e d an s u n e tou r d e bu reau x d e 22 étages d on t le volu m e in térieu r
représentait approximativement 113 700 m3.
4 Solution constructive no
33
Figure 6.Capacité de dilution de l’air ventilé
Figure 5.Concentration totale de COV dans un local abritant des photocopieuses
Le bâtim en t était équ ip é d e sep t systèm es d e sou fflage d ’air à volu m e con stan t et d eu x systèm es d e rep rise d ’air. Qu atre d es sep t systèm es d e
sou fflage ap p rovision n aien t les p arties in térieu res d es étages est et ou est. Les trois au tres systèm es ap p rovision n aien t le p érim ètre su d , l’est et la m oitié est d u p érim ètre n ord ain si qu e l’ou est et la m oitié ou est d u p érim ètre n ord .
Les résu ltats illu strés d an s la figu re 7 con firm en t qu e la con cen tration en CO2
varie en fonction du nombre des occupants. Elle est faible au cours de la nuit, commence à m on ter le m atin lors d e l’arrivée d es em p loyés et attein t son ap ogée au x en viron s d e m id i. Un e baisse est n otable à l’h eu re d u d éjeu n er, p u is la con cen tration rem on te au m om en t où les em p loyés rep ren n en t le travail p ou r attein d re à n ou veau u n p ic vers 16 h .
Au fu r et à m esu re d u d ép art d es em p loyés, la con cen tration ch u te d e façon con tin u e p ou r attein d re son n iveau n octu rn e.
Su r tou s les étages testés, la con cen tration d e CO2m esu rée
à d ifféren ts en d roits corres-p on d ait étroitem en t avec la con cen tration m esu rée au p u its d e rep rise d ’air d u m êm e étage, ce qu i laisse p en ser qu e cette d ern ière m esu re serait u n e bon n e in d ication d e la con cen tration d e CO2pour
l’étage en tier.
En su ite, u n e fois p rou vé qu e les con cen tration s en CO2
m esu rées au x bou ch es d e rep rise d e ch aqu e étage étaien t les m êm es d ’u n étage à l’au tre, d es m esu res fu ren t effectu ées à la p artie su p érieu re d es d eu x
p u its d e rep rise p rin cip au x. La figu re 8 illu stre com m en t les m esu res en h au t d es p u its con cord en t (à 2 % p rès) avec les m esu res effectu ées au x bou ch es d e rep rise d e ch aqu e étage, et m on tre d on c qu e ces m esu res son t rep résen tatives d es con cen -tration s en CO2 d an s l’en sem ble d u
bâtim en t. Les résu ltats in d iqu en t qu e les p arties su p érieu res d es p u its d e rep rise son t d e bon s en d roits p ou r p lacer les jau geu rs d e CO2.
En fin , la d ern ière p h ase d e cette étu d e con sistait à d éfin ir la relation en tre la con cen tration m esu rée d e CO2et le tau x d e
ren ou vellem en t d ’air. La figu re 9 in d iqu e les con cen tration s d e CO2 jou rn alières
Figure 7.Concentrations types de CO2un jour de semaine, à différentes heures de la journée
Figure 8.Comparaison entre les concentrations de CO2relevées à la partie supérieure des puits de reprise et celles mesurées aux bouches de reprise de chaque étage
Figure 9.Comparaison entre les concentrations de CO2 journalières maximales et moyennes à différents taux de renouvellement d’air
m axim ales et m oyen n es en fon ction d e d ifféren ts tau x d e ren ou vellem en t d ’air (tau x d e ven tilation ). Les résu ltats p rou ven t qu ’il existe u n e p rop ortion n alité certain e en tre les d eu x. Cette relation p eu t ain si servir d e base p ou r con trôler le tau x d e ven tilation d ’u n bâtiment.
Ré sum é
Les in form ation s con ten u es d an s cet article on t p ou r bu t d ’aid er les con cep teu rs, les p rop riétaires et les gestion n aires d e bâtim en ts à com p ren d re com m en t certain s facteu rs clés on t u n e in cid en ce su r la p erform an ce et l’efficacité én ergétiqu e d es systèm es d e ven tilation .
Si l’on am éliore l’étan ch éité à l’air d es immeubles anciens, on réduit les fuites et les courants d’air et l’on améliore la performance des systèmes de ventilation, ce qui diminue la con som m ation d ’én ergie.
Pou r réd u ire la con som m ation d ’én ergie, il est im p ortan t d’éliminer le p lus possible les sou rces d e con tam in ation en u tilisan t soit d es p rod u its, d es m atériau x et d es m eu bles écologiqu es ou , si c’est p ossible, en évacu an t les agen ts con tam in an ts à la sou rce. En su ite, on ven tilera l’en sem ble d u bâtimen t.
Dan s le cas d e bâtim en ts où le n om bre d es occu p an ts varie con sid érablem en t en fon ction d e la p ériod e d e la jou rn ée, com m e d an s le cas d e bu reau x ou d ’écoles, on peut réduire encore davantage la consom-m ation d ’én ergie en réglan t le tau x d e ven tilation en fon ction d u n om bre réel d ’occu p an ts à u n m om en t d on n é.
Ré fé re nc e s
1. Sh aw, C.Y., « Un e qu alité d e l’air accep t-able d an s les im m eu bles d e bu reau x, c’est p ossible grâce à la ven tilation »,
S olu tion con stru ctive n ° 3, Institu t d e
rech erch e en con stru ction , Con seil n ation al d e rech erch es Can ad a, Ottaw a, Jan vier 1997.
2. Shaw, C.Y., Magee, R.J., Sh irtliffe, C.J. et Unligil, H., « In d oor air qu ality assessm en t in an office-library bu ild in g: Part 1 - test m eth od s an d Part II - test results », A S HRA E Tran saction s, v.97, Pt.2, p . 129-145, 1991.
3. Sh aw, C.Y., « Ap p lication of tracer gas tech n iqu es to ven tilation an d in d oor air quality in vestigation s », In door
En viron m en t, v.2, p .374-382, 1993. 4. Shaw, C.Y., Reardon , J.T., Said, M.N.
et Magee, R.J., « Airflow p attern s in a five-storey apartm ent build ing »,
Proceed in gs, 12èm eCon féren ce AIVC,
Ottaw a, sep tem bre 1991.
5. Shaw, C.Y. et Reard on , J.T., « Changes in airtightness levels of six office bu ild-in gs », A S T M S T P 1255, p .47-57, 1995. 6. Reard on , J.T., Sh aw, C.Y. et Vacu lik, F., « Air ch an ge rates an d carbon d ioxid e con cen tration s in a h igh -rise office building », A S HRA E Tran saction s, v.100, Pt.2, 1994.
7. Tsu ch iya, Y., « Volatile organ ic com -p oun ds in in d oor air », Ch em os-p h ere, v. 17, n ° .1, p .79-82, 1988.
M. C.Y. S ha w, Ph.D., est agen t d e rech erch e su p érieu r p ou r le p rogram m e En viron n em en t in térieu r à l’In stitu t d e rech erch e en con stru ction d u Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a.
© 1999
Con seil n ation al d e rech erch es d u Can ad a Décem bre 1999
ISSN 1206-1239
« S olutions constructiv e s » e st une colle ction d ’a rticle s te chniq ue s re nfe rm a nt d e l’inform a tion p ra tiq ue issue d e ré ce nts tra v a ux d e re che rche e n construction. Pour obtenir de plus amples renseignements, communiquer avec l’Institut de recherche en construction, Conseil national de recherches du Canada, Ottaw a K1A 0R6.
