Installations de ventilation à soufflage et extraction : aperçu comparatif des différents types d'équipements

Le système de circulation d'air naturelle tombe souvent en panne : ses performances dépendent de facteurs naturels et de l'utilisation de fenêtres à double vitrage étanches. La ventilation mécanique n'a pas ces inconvénients.

Pour normaliser le renouvellement d'air, on utilise une installation de ventilation à soufflage et extraction – une solution pratique et efficace. La diversité des équipements climatiques permet de choisir un modèle adapté à des conditions d'exploitation spécifiques. Cependant, il est parfois difficile de se décider pour l'appareil approprié, n'est-ce pas ?

Nous vous aiderons à résoudre ce problème. L'article présente des informations sur les principes de fonctionnement et les caractéristiques d'exploitation des différents types d'unités de ventilation à soufflage et extraction. Pour faciliter le choix, nous avons indiqué les principales caractéristiques et paramètres des appareils qu'il faut absolument prendre en compte lors de l'achat.

Éléments constitutifs de la ventilation mécanique

Le module de ventilation à soufflage et extraction est le composant principal d'un système de ventilation mécanique. L'installation assure une circulation d'air régulée dans un espace clos – l'apport de flux d'air pur et l'évacuation des masses d'air vicié.

Le module de ventilation représente un ensemble d'équipements enfermés dans un boîtier unique (unité monobloc) ou assemblé à partir d'éléments modulaires.

Schéma d'un système de ventilation mécanique : 1 – module de ventilation à soufflage et extraction (VSE), 2 – conduits d'air, grilles de prise d'air, raccords, 3 – diffuseurs de flux d'air, 4 – bloc d'automatisation (+)

La conception d'une unité de ventilation à soufflage et extraction comprend obligatoirement les éléments suivants :

1. Ventilateur. Composant de base pour le fonctionnement d'un système artificiel de renouvellement d'air. Dans les VSE avec un réseau étendu de conduits d'air, des ventilateurs radiaux sont installés, maintenant une pression d'air élevée. Dans les VSE portables, l'utilisation de modèles axiaux est acceptable.
2. Clapet d'air. Il s'installe derrière la grille extérieure et empêche l'air extérieur de pénétrer lorsque le système est éteint. Sans lui, en hiver, des courants d'air froid s'infiltreront dans le local.
3. Réseau principal de gaines d'air. Le système utilise deux lignes de canaux : l'une pour l'amenée d'air, l'autre pour l'évacuation. Les deux réseaux passent par l'unité de traitement d'air. Au premier conduit est raccordé le ventilateur d'amenée, au second, le ventilateur d'extraction.
4. Automatisme. Le fonctionnement de l'installation est régulé par un système automatique intégré qui réagit aux relevés des capteurs et aux paramètres définis par l'utilisateur.
5. Filtres. Pour la purification des masses d'air entrantes, une filtration complexe est utilisée. À l'entrée du conduit de soufflage se trouve un filtre grossier, dont la tâche est de retenir le duvet, les insectes et les particules de poussière.

La fonction principale du filtrage primaire est de protéger les composants internes du système. Pour une filtration plus « fine », un filtre photocatalytique, au charbon ou un autre type de barrière est installé en amont des diffuseurs d'air.

Dispositif du PVU sur l'exemple du modèle Vents VUT avec récupération et chauffage. La conception prévoit un by-pass pour protéger l'échangeur de chaleur en hiver (+)

Certains systèmes sont équipés de fonctionnalités supplémentaires : refroidissement, climatisation, humidification, système de purification et d'ionisation de l'air à plusieurs étages.

Principe de fonctionnement du système de ventilation à soufflage et extraction

Le cycle de fonctionnement du PVU repose sur un schéma de transport à deux circuits.

L'ensemble du processus de ventilation peut être divisé en plusieurs étapes :

1. Prélèvement d'air extérieur, purification et distribution aux diffuseurs via le conduit.
2. Entrée des masses d'air vicié dans le conduit d'extraction et leur transport ultérieur vers la grille de sortie.
3. Rejet des flux d'air vicié vers l'extérieur.

Le schéma de circulation peut être complété par des étapes de transfert d'énergie thermique entre les deux flux, un chauffage supplémentaire de l'air entrant, etc.

Fonctionnement du PVU. Légende de la figure : 1 – module de soufflage et extraction, 2 – arrivée d'air frais, 3 – reprise d'air vicié, 4 – rejet des masses d'air usé vers l'extérieur (+)

Le fonctionnement d'un système mécanique offre une série d'avantages par rapport à la ventilation naturelle :

• maintien des paramètres définis – les capteurs réagissent aux changements dans l'atmosphère et adaptent le mode de fonctionnement du PVU ;
• filtration du flux entrant et possibilité de le traiter – chauffage, refroidissement, humidification ;
• économie des coûts de chauffage – pertinent pour les dispositifs à récupération.

Parmi les inconvénients de l'utilisation d'une VMC double flux, on peut citer : le coût élevé du système de ventilation, la difficulté d'installation après la fin des travaux de rénovation-construction et l'effet sonore. Dans les installations monobloc, ce dernier défaut est éliminé grâce à l'utilisation d'un caisson insonorisé.

Types d'installations : caractéristiques de conception et d'exploitation

Le coût, les performances, la consommation d'énergie dépendent des capacités fonctionnelles de la VMC double flux. La diversité des modèles se divise conventionnellement en groupes : les installations avec récupération, les unités avec chauffage et climatisation. Une catégorie à part – les appareils « mobiles ».

Module de ventilation à soufflage et extraction avec récupérateur de chaleur

Le système de ventilation mécanique, en plus des avantages décrits ci-dessus, présente un inconvénient majeur – une augmentation significative des pertes thermiques. Avec l'air vicié, la chaleur produite par le système de chauffage « s'évapore » également.

Les pertes représentent environ 60 %. La solution au problème est le transfert d'énergie du flux d'air extrait vers l'air insufflé.

La récupération partielle de la chaleur s'effectue dans le récupérateur – un module avec un échangeur thermique et un ventilateur pour faire circuler les flux de directions opposées. L'échange d'énergie se produit à travers les parois de l'échangeur – les courants d'air ne se mélangent pas (+).

Aujourd'hui, la plupart des unités de ventilation avec récupération sont fabriquées avec des récupérateurs. Malgré le coût élevé de l'équipement, la pertinence d'un système à récupération est économiquement justifiée.

Valeurs du rendement de l'« échangeur thermique » :

• 30-60% – faible niveau de récupération thermique ;
• 60-80% – bon indicateur d'efficacité ;
• plus de 80% – échange thermique de haute qualité.

Il est intéressant de noter que même la présence d'un récupérateur avec un rendement de 30 % est économiquement plus avantageuse qu'une VMC double flux de base sans échangeur thermique. La période de retour sur investissement moyenne d'une installation de ventilation avec récupération est de jusqu'à 5 ans.

L'efficacité de la VMC double flux, le schéma de circulation des flux d'air, la consommation d'électricité et le prix du module dépendent de la conception du récupérateur.

On distingue plusieurs types d'échangeurs thermiques :

• rotatif ;
• à plaques ;
• tubes calorifiques ;
• module à chambre ;
• agrégat à glycol ;

Les deux premiers modèles ont connu une large diffusion.

Récupérateur rotatif

Dans le boîtier de la VMC double flux, se trouve un échangeur thermique cylindrique rotatif avec des plaques en métal ondulé. Au cours du fonctionnement, les compartiments sont alternativement remplis de flux d'air de directions opposées.

La zone contenant l'« air vicié » se réchauffe ; après la rotation du tambour, la chaleur est transmise aux masses d'air froid nouvellement entrantes, rassemblées dans le canal adjacent.

La récupération de chaleur est de 60 à 90 %.

Avantages supplémentaires :

• récupération partielle de l'humidité ;
• consommation économique d'électricité.

La vitesse de rotation du tambour peut être réglée, choisissant ainsi l'intensité de l'échange d'air et le niveau de rendement.

Arguments contre la modification à tambour :

• mélange d'« air vicié » au flux d'air frais – 3-8 % ;
• transfert partiel des odeurs vers l'intérieur ;
• pression acoustique due au rotor en rotation ;
• nécessité d'un entretien régulier des éléments mobiles ;
• grandes dimensions.

En raison de la complexité du mécanisme, les unités de ventilation avec récupérateur rotatif sont plus chères que les modèles à plaques.

Échangeur à plaques

Les conduits d'air se rejoignent dans un bloc étanche comportant de nombreux canaux. Les compartiments sont séparés par des cloisons thermoconductrices.

Les chemins créés sont disposés en croix – dans la zone de turbulence, l'efficacité des échanges thermiques augmente. Les cloisons de la cassette du récupérateur sont simultanément refroidies/chauffées des deux côtés.

Arguments en faveur :

• apport d'air pur sans mélange d'air vicié ;
• un coût abordable ;
• Simplicité de réglage et fiabilité du module – pas d'éléments mobiles.

Le rendement d'un échangeur à plaques peut atteindre 70%. Le principal inconvénient est la formation de condensat et l'apparition de givre dans le conduit d'extraction en hiver. Le fonctionnment en mode « dégivrage » (redirection du flux chaud en contournant la cassette) réduit le rendement du système de 20%.

Actuellement, de nomb eux systèmes de ventilation avec récupération de chaleur de différents fabricants sont présent sur le marché. Bien qu'ils présentent des caractéristiques similaires, ils diffèrent par leur prix, leur qualité, leur surface de service et bien d'autres critères.

Nous vous recommandons de vous intérésser à l'unité de ventilation avec récupérateur à plaques et automatisme intégré de Naveka, qui s'est très bien imposée sur le marché ces dernièrs temps en raison de sa fiabilité et de son fonctionnement assez silencieux. La commande intégrée via une télécomande, la surveillance sur un écran LCD externe, la programmation d'un horaire de travail et bien d'autres fonctions sont déjà intégrées dans cet appareil.

Un “représentant” typique d'une unité de ventilation avec récupérateur à plaques est la Naveka Node1 500AC. Modèle compact, avec une épaisseur de panneau de 25 mm, rempli de laine minérale ininflammable. L'un des nombreux avantages de cette solution est la télécomande avec écran LCD, qui permet de contrôler très facilement le fonctionnement de tout le système.

Parmi les autres marques, nous vous conseillons de porter attention aux systèmes avec récupération de Mitsubishi, Maico et VENTO.

Unités économes en énergie avec chauffage

La seule récupération ne suffit souvent pas à compenser plénement la différence de température entre les flux opposés. Cette fonction est assurée par un réchauffeur intégré. De plus, cet élément protège l'échangeur de chaleur contre le gel.

Dans les unités de ventilation, deux types de réchauffeurs sont utilisés : à eau et électriques. Examinons chacun plus en détail.

Chauffage à eau

Dans le boîtier de l'unité de ventilation forcée, un radiateur équipé de tubes dans lesquels circule le fluide caloporteur est installé. Le serpentin est muni d'ailettes pour augmenter la surface de contact avec les flux d'air traversants.

Exemple d'une unité de ventilation double flux avec chauffage (Vents VUT 1000 VG) : 1 – radiateur à eau, 2 – récupérateur, 3 et 4 – ventilateurs d'alimentation et d'extraction respectivement (+)

L'élément chauffant à liquide s'active lorsque l'air soufflé en sortie du récupérateur est plus froid que la température de consigne.

Chauffage électrique

Les unités avec aérotherme électrique peuvent chauffer l'air soufflé à des températures plus élevées que les modèles « à eau ».

Cependant, le chauffage électrique est plus exigeant quant aux conditions de fonctionnement :

• vitesse du flux d'air – 2 m/s et plus ;
• température de l'air soufflé entre 0-30 °C, humidité – jusqu'à 80 % ;
• Il est recommandé d'installer un filtre supplémentaire avant l'élément chauffant.

Comparé au chauffage à eau, le module électrique est plus coûteux en termes d'exploitation – les factures d'électricité augmentent.

Le contrôle de l'aérotherme est assuré par l'unité de commande centrale. La présence d'une minuterie de fonctionnement et d'une option d'arrêt de l'appareil en cas de surchauffe est obligatoire (+)

Systèmes avec climatisation

Certains modèles combinent les options de ventilation forcée et de climatisation. Tous les éléments sont regroupés dans un ensemble isolé thermiquement. Un exemple frappant d'équipement multifonctionnel est la série d'unités « Klimat ».

Construction du groupe climatique : 1 – filtres, 2 – ventilateurs bidirectionnels, 3 – compresseur du circuit frigorifique, 4 – chauffage électrique, 5 – aérotherme à eau, 6 – échangeurs de chaleur, 7 – automatismes, 8 – boîtier (+)

Le schéma comprend une pompe à chaleur réversible – un circuit frigorifique scellé et chargé, relié aux échangeurs de chaleur sur les conduits d'extraction et d'alimentation.

Le fonctionnement de l'unité de ventilation double flux avec climatisation s'effectue selon deux modes :

1. Refroidissement. L'échangeur de chaleur sur le conduit d'alimentation agit comme un évaporateur et abaisse la température de l'air entrant. De son côté, l'échangeur-condensateur est refroidi par l'air frais provenant du local.
2. Chauffage. Le récupérateur du conduit d'extraction cède la chaleur de l'air vicié aux masses d'air frais. En sortie de l'unité avant l'admission dans la maison, un chauffage supplémentaire de l'air est possible.

Le mode de fonctionnement est défini automatiquement grâce à des régulateurs et des capteurs qui lisent les paramètres de l'air ambiant.

Installation portable sans conduit

Une solution intéressante pour les espaces confinés – des unités de ventilation mobiles avec possibilité de purification, chauffage et refroidissement de l'air.

Caractéristiques distinctives des modules portables :

• absence de conduits d'air volumineux ;
• installation à l'intérieur du local ventilé ;
• dimensions compactes et possibilité d'installation en 2-3 heures ;
• multifonctionnalité : apport, traitement et évacuation des masses d'air ;
• faible niveau sonore – dans les limites de 35 dB ;
• absence de courants d'air.

Pour l'aménagement d'une ventilation décentralisée, l'installation d'une UVP portable est nécessaire dans chaque pièce séparée.

Schéma d'une UVP mobile : 1,3 – silencieux, 2 – compartiment de récupération et de ventilation, 4 – aérotherme électrique, 5 – filtre à charbon, 6 – élément filtrant à haute efficacité, 7 – filtre de préfiltration, 8 – volet à lamelles, 9 – actionneur électrique (+)

Les unités de ventilation sans conduit sont utilisées principalement dans les bâtiments publics (amphithéâtres, salles de sport, salles de classe, etc.).

Le classement des équipements climatiques mobiles est présenté dans cet article.

Variétés selon le mode d'installation

Trois options d'installation du module de ventilation sont possibles :

• au sol ;
• mural ;
• «suspendu».

Le montage au sol est caractéristique des unités de ventilation performantes et volumineuses avec un débit d'air à partir de 8 000 m³/h. Malgré la présence d'isolation antivibratoire des sections de ventilation, l'installation de modules volumineux nécessite une base solide.

Les modèles muraux se distinguent par une faible capacité – jusqu'à 1 500 m³/h et des dimensions compactes. L'installation se fait par fixation par ancrage au mur, raccordement des conduits d'air par le dessus. L'unité peut être placée dans un local technique (balcon, salle de bains, dressing).

Les modules à fixation suspendue ou sous-plafond sont les plus populaires. En général, l'équipement est de type gainable et conçu pour une installation sous le plafond.

Le principal avantage des modèles suspendus est l'installation dissimulée. Cependant, pour installer l'unité dans une pièce déjà exploitée, il faudra partiellement «utiliser» la hauteur sous plafond.

Paramètres principaux pour choisir une unité de ventilation

L'aménagement et l'installation de systèmes de ventilation nécessitent des investissements importants et une main-d'œuvre considérable. Par conséquent, l'approche pour choisir le « cœur » du système de ventilation repose sur des calculs précis et l'analyse de plusieurs paramètres.

Évaluation et calcul des caractéristiques techniques

Avant tout, il convient de déterminer les valeurs appropriées de débit et de pression statique.

Débit d'air

Le calcul de l'unité repose sur les normes de renouvellement d'air selon les SNiP, la destination de la pièce, la superficie desservie et le nombre d'occupants.

Il est nécessaire d'effectuer deux calculs (selon le nombre de personnes et le taux de renouvellement d'air), de comparer les résultats et de choisir la valeur la plus élevée.

Normes de débit d'air par personne : valeur typique – 60 m³/h, au repos – 30 m³/h. Taux de renouvellement d'air réglementé : 1-2 pour les bâtiments résidentiels, 2-3 pour les bureaux, centres commerciaux

Exemple de détermination du débit (L) pour une maison dans les conditions données :

• nombre de membres de la famille – 3 personnes ;
• surface de la maison – 70 m² ;
• hauteur sous plafond – 3 m.

Formule 1. Calcul par nombre d'occupants :

L=N*norm,

où :

• N – nombre d'occupants ;
• norm – débit d'air (au moins 40 m³/h).

L=3*40=120 m³/h.

Formule 2. Calcul par taux de renouvellement d'air :

L=S*H*n,

où :

• S – surface ;
• H – hauteur ;
• n – indicateur normé de renouvellement d'air.

L=70*3*1,5=315 m³/h.

Conclusion : pour assurer une circulation d'air suffisante, une installation d'un débit d'au moins 315 m³/h est nécessaire.

Indicateurs typiques des installations de ventilation :

• 100-500 m³/h – appartements et pièces individuelles ;
• 500-2000 m³/h – maisons individuelles, cottages ;
• 1000-10000 m³/h – bâtiments industriels, ateliers, bureaux.

Pression statique

Cette valeur indique la pression créée par le ventilateur pour vaincre la résistance sur le parcours de circulation de l'air. Un calul précis de la pression statique nécessite de prendre en compte la résistance de tous les éléments du réseau.

Un calul « manuel » sans expérience appropriée est difficile à réaliser. Les spécialistes utilisent un logiciel tel que MagiCad.

Valeurs moyennes de pression pour une vitesse d'air de 3-4 m/s : appartements de 50-150 m² – 75-100 Pa, cottages de 150-350 m² – 100-150 Pa

Les données fournies sont valables uniquement pour les installations de ventilation modulaires, et non pour les systèmes discrets où il faut prendre en compte la baisse de pression sur le clapet d'air, le calorifère, le filtre et d'autres composants.

Outre les paramètres indiqués, il convient d'évaluer :

1. Efficacité énergétique. Pour chacun des modèles possibles, il faut caluler les coûts d'électricité sur 1 an en tenant compte du mode de fonctionnement en hiver et en été. La classe de consomation énergétique indique le rapport entre l'énergie consomée et la quantité de chaleur produite.
2. Rendement énergétique du récupérateur. Il convient de comparer les valeurs de rendement dans différents modes de fonctionnement de la VMC. Un rendement élevé est obtenu avec des échangeurs à double cassete à plaques et zone intermédiaire – le rendement atteint 70-90%.
3. Puissance du réchauffeur. La valeur typique pour les installations de ventilation domestiques est de 3-5 kW.

Il est préférable de privilégier les modèles avec la possibilité de réduction automatique de la vitesse du ventilateur pour ajuster la charge sur le réseau.

Niveau sonore et degré de filtration

La puissance acoustique indique à quel point le fonctionnement de l'installation assemblée sera « bruyant ».

L'effet sonore est déterminé par deux grandeurs :

• LwA – degré de puissance acoustique ;
• LpA – niveau de pression sonore.

L'évaluation du « bruit » réel doit être basée sur le premier indicateur. Différents fabricants peuvent mesurer la puissance acoustique selon des méthodologies différntes, de sorte que les mêmes valeurs peuvent parfois donner des résultats distincts dans la pratique.

Un moyen efficace d'évaluer la «sonorité» de l'installation est de tester l'équipement dans une salle d'exposition. Le niveau sonore admissible dans un local d'habitation est de 25-45 dB.

La qualité de l'air entrant dépend du système de purification utilisé.

Les étapes possibles de filtration :

• Barrière contre les grosses poussières extérieures, les poils et les duvets – nettoyage grossier avec des filtres G4, G3 avec une efficacité de 90% ;
• Protection contre les fines poussières de 1 µm – classe de filtration F7-F9 ;
• Nettoyage absolu, offrant une barrière contre les particules de 0,3 µm – filtres HEPA (H10-H14), efficacité – 99,5%.

Pour les habitations, les deux premiers niveaux de nettoyage suffisent. La filtration haute efficacité est utilisée dans les établissements médicaux, les locaux de production de médicaments, de denrées alimentaires, d'électronique.

Confort d'utilisation : fonctionnalité nécessaire

Les unités de ventilation domestiques sont équipées d'un système d'automatisme intégré, d'une télécommande, d'un écran LCD affichant tous les paramètres de l'échange d'air. En plus des options de base (réglage de la vitesse du ventilateur, température), la présence de fonctions pratiques est appréciée.

Minuterie. La gestion par scénarios permettra d'optimiser le mode de fonctionnement pour une heure précise de la journée ou un jour de la semaine.

Pour un réglage précis, il est souhaitable de choisir des appareils avec un ventilateur à 5 vitesses ou plus, ainsi qu'avec une horloge temps réel qui ne se réinitialise pas en cas de coupure de courant.

Redémarrage. Possibilité de mise en marche automatique et de conservation des paramètres définis en cas de panne d'alimentation électrique.

Indicateur d'encrassement du filtre. Option pratique – notification de remplacement de l'élément filtrant. Les modèles haute technologie sont équipés de capteurs de variation de pression à l'entrée du filtre à air – en cas d'encrassement, la perte de charge augmente.

Autodiagnostic. Tout équipement finit par tomber en panne avec le temps. Il est utile que l'automatisme « informe » d'un défaut survenu – cela permettra de détecter et de résoudre le problème en temps utile.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Système de ventilation économe en énergie avec récupération de type suspendu Daikin VAM/800FB :

Dispositif, caractéristiques et technologie d'installation du module de ventilation portable Vents Micro 60/A3 :

Unité de ventilation 400 de Ventrum avec chauffage électrique et récupérateur rotatif :

L'aménagement de la ventilation à l'aide d'un module de ventilation est utilisé dans des locaux de différentes fonctions et surfaces.

Assurer un échange d'air de qualité dépend d'un calcul et d'un choix judicieux de l'équipement climatique. En cas de doute sur ses propres capacitès, il est préférable de faire appel à des professionnels pour détermier les paramètres et élaborer le projet.

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