16-2 - Qui est le plus efficace, une VMC double flux ou un système thermodynamique ?


Exemple de maison passive - © J-M Pupille - Architecte
Exemple de maison passive - © J-M Pupille Architecte

Les VMC double flux

Les bases de la comparaison


Une VMC double flux renouvelle l'air intérieur afin, entre autres, d'améliorer simultanément les performances thermiques et le confort de la construction dans laquelle elle est installée. Même les meilleures ne peuvent malheureusement pas le faire de manière parfaite. Une VMC DF a en effet tendance à rafraîchir en hiver, à l'inverse de ce qui est indispensable, parce qu'elle remplace l'air vicié chaud qu'elle extrait dans les locaux de service, par de l'air neuf mais légèrement plus froid qu'elle introduit dans les pièces de vie. En été, elle peut contribuer, dans la journée, notamment pendant les heures les plus chaudes des périodes de canicule, à chauffer encore plus la construction en remplaçant l'air vicié par de l'air neuf légèrement plus chaud que l'air intérieur. La nuit, par contre, toujours pendant cette saison, elle contribue à rafraîchir, comme tout système de ventilation naturelle ou mécanique, en faisant pénétrer un air bienvenu, souvent bien plus frais qu'a l'intérieur.

Une VMC simple flux fait rentrer l'air à la température extérieure, bien trop froid en hiver et bien trop chaud pendant les journées d'été. De manière bien plus performante, même pendant les périodes ou une VMC double flux est contreproductive sur le plan du confort, son échangeur de chaleur stabilise l'air à une température proche de celle de l'ambiance intérieure sans aucune autre source d'énergie que celle qui est échangée avec l'air extrait. Les écarts entre les températures de l'air extérieur et de l'air intérieur peuvent atteindre plus de 30°C en hiver et plus de 15°C en été. Après avoir traversé l'échangeur, les écarts de température entre l'air neuf, et l'air intérieur sont réduits, en toute saison, à moins de 3°C. Les machines les plus efficaces, notamment celles dont la qualité de fonctionnement est garantie par le label Passivhaus, arrivent fréquemment à un écart parfois inférieur à 2°C.

Une VMC double flux réchauffe donc l'air en hiver et le rafraîchit en été. Avec quelle efficacité contribue-t-elle à tempérer la construction dans laquelle elle est installée? En d'autres termes, est-elle efficace sur le plan énergétique en comparaison avec les systèmes classiques ou thermodynamiques de chauffage?

Une VMC double flux ne fait que transporter la chaleur récupérée sur l'air vicié grâce à son réseau et au flux d'air provoqué par ses ventilateurs. Il doit donc être possible de définir un "COefficient de Performance Equivalent" à celui d'un système thermodynamique. Ce COP, défini comme le rapport entre l'énergie thermique fournie par la machine et l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement, permettrait de comparer instantanément, sans le moindre doute, la performance d'une VMC double flux à tout système de chauffage. il permettrait ainsi de choisir le plus performant, le moins cher à l'investissement ou à long terme, ou encore le meilleur rapport qualité prix en connaissance de cause. C'est actuellement impossible de réaliser simplement cette comparaison.

L'énergie des VMC double flux

Rappel de physique


La quantité d'énergie Q qui peut être contenue dans 1m3 d'air est proportionnelle :

  • à la chaleur volumique de l'air : 0,33Whu/m3•K et
  • à la différence entre la température initiale de l'air et sa température finale : ∆t exprimée en Kelvin ou °C

Q = 0,33 ∆t

Cette formule indique que la chaleur transportée par le flux d'air de la VMC est de 0,33W pour chaque m3 d'air renouvelé et par degré d'écart entre la température initiale et de la température finale, entre celles de l'air extérieur et de l'air neuf.

L'énergie de chauffage récupérée


Il est de plus en plus courant de trouver des VMC labellisées Passivhaus, dont l'échangeur à contre-courant croisé est capable de récupérer plus de 90% de l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur. Cette performance, indépendante des températures, augmente quand les débits diminuent. En hiver, l'écart peut largement dépasser 20°C puisque la maison est normalement chauffée à cette température. Lorsqu'il gèle, par exemple, l'échangeur de la VMC peut récupérer 90% du différentiel de 20°C et la température de l'air neuf peut donc atteindre 18°C. Les COP de systèmes thermodynamiques sont généralement donnés avec une température extérieure de 7°C. Dans ce cas, l'écart de température entre l'intérieur et extérieur est de 13°C et l'air neuf arrive dans la construction à 18,7°C. Dans le cas où il ferait bien moins froid, 12°C par exemple, l'écart de température ne serait plus que de 8°C et la température de l'air neuf serait de 19,2°C.

Une maison passive peut être uniquement chauffée par l'air transporté par le réseau d'une VMC double flux. Pour que ce soit le cas, l'air doit être chauffé à 50°C environ. L'explication est disponible dans l'article "Les limites du chauffage par l'air". La VMC est capable de préchauffer l'air neuf sans apports actifs de chaleur. Quand la température extérieure est de 0°C et qu'il est nécessaire de chauffer, les 18°C récupérés représentent 18/50 soit pratiquement 36% de la puissance de chauffage. Lorsque les températures extérieures sont négatives, cette proportion est limitée aux environs de 40%. Elle ne peut pas descendre en dessous de 18 à 20% % lorsque la température extérieure est clémente. Ces valeurs limites correspondent à des températures de -5°C et 12°C. La proportion de chaleur gratuite peut donc être importante. Elle l'est d'autant plus qu'il fait froid dehors. La performance d'une VMC double flux est donc capitale.

La quantité d'énergie récupérée lorsque la température extérieure est de 0°C est de 0,33*18 soit 6Wh/m3. Elle est de 0,33*11,7 soit 3,6Wh/m3 lorsque la température extérieure est de 7°C et de 0,33*7,2 soit 2,38Wh/m3 lorsqu'elle est de 12°C.

Chaleur sensible et chaleur latente


Le calcul si dessus est en réalité simplifié. Il prend en compte la chaleur sensible récupérée qui résulte de la différence de température entre l'air neuf et l'air vicié, mais ne tient pas compte de la chaleur latente récupérable en hiver, lorsque l'air vicié se condense sur les parois de l'échangeur. Cette énergie supplémentaire bienvenue, disponible au moment où elle est le plus indispensable, n'est pourtant pas négligeable. Dans les conditions normales d'air intérieur chauffé en hiver, soit environ 20°C avec 60% d'humilité relative, et lorsque la température extérieure est suffisamment basse, inférieure à la température de condensation de l'air vicié appelée point de rosée, la vapeur extraite se condense. La chaleur latente résultante est alors équivalente à l'énergie sensible. Lorsque la température extérieure est supérieure à celle du point de rosée de l'air vicié, il n'y a pas condensation et donc pas d'énergie latente à récupérer. Dans tous les cas, l'énergie globale, l'enthalpie, qui sera réellement récupérée sera supérieure à la seule énergie sensible prise en compte. Les performances réelles d'une VMC double flux seront donc bien supérieures aux résultats indiqués ci-après notamment les jours les plus froids.

L'énergie de fonctionnement d'une VMC double flux


La performance thermique d'une VMC double flux est obtenue, sans aucune source de production active de chaleur, grâce au seul échange d'énergie entre l'air neuf et l'air vicié. Elle ne peut toutefois pas fonctionner sans l'énergie nécessaire à ses ventilateurs.

Une VMC double flux consomme deux fois plus d'énergie qu'une VMC simple flux parce qu'elle nécessite deux ventilateurs au lieu d'un seul. On peut considérer que l'énergie d'un des deux ventilateurs est indispensable à la ventilation et que celle nécessaire au second est celle qui est nécessaire à la récupération de la chaleur. Cette énergie est relativement faible puisque les ventilateurs des VMC performantes sont à courant continu et consomment souvent bien moins de 0,2Wh/m3 chacun, lorsque les débits sont ceux recommandés par le label passif, quand les pertes de charge de leur réseau sont maîtrisées grâce à un réseau bien conçu et quelle que soient la température de l'air qu'ils font circuler.

Calcul du COP équivalent d'une VMC double flux


Les calculs pessimistes des COP équivalent à ceux d'un système thermodynamique, lorsque la VMC est dotée d'un échangeur capable de récupérer 90% de la chaleur sensible de l'air extrait, sont les suivants :
• Lorsqu'il gèle, la température extérieure est au maximum de 0°C, la température de l'air neuf est de 18°C, l'énergie récupérée est de 6Wh/m3 et le COP est donc de 6/0,2 soit plus de 30!
• Lorsque la température extérieure est celle de prédilection des fabricants de systèmes thermodynamiques, soit 7°C, le COP est de 3,6/0,2 soit pratiquement 18!
• Lorsque la température extérieure est clémente, à 12°C, le COP est de 2,38/0,2 soit pratiquement 12!

En considérant que lorsque la température extérieure est supérieure à 12°C une maison passive n'a pas besoin de chauffage, le calcul d'un COefficient de Performance Saisonnier équivalent à celui d'un système thermodynamique est inutile. Sur une période de chauffe complète, le SCOP serait forcément supérieur à 12 puisqu'il inclurait des températures hivernales bien plus basses et donc des COP équivalents bien plus élevés comme l'indique les exemples précédents. Le SCOP d'une VMC double flux performante est donc forcément supérieur à 12 en période de chauffage.

Bilan comparatif


Un SCOP supérieur à 12 signifie qu'une VMC double flux est capable de diviser par plus de 12 la consommation qui serait nécessaire au préchauffage de l'air neuf avec, par exemple, les convecteurs dont sont malheureusement encore affublées une grande majorité de nos constructions françaises. Cela signifie également, qu'une VMC double flux est capable de diviser au moins par 2 les consommations des systèmes thermodynamiques donc le SCOP ne dépasse pratiquement jamais 6. Elle est même capable de faire bien mieux dans les climats qui comportent de longues périodes hivernales ou ceux qui sont les plus froids, à la seule condition de protéger parfois son échangeur des températures extrêmes avec, par exemple, un puits canadien. Les exemples précédents montrent que l'efficacité d'une VMC double flux augmente quand la température extérieure baisse contrairement aux performances des systèmes thermodynamiques, dont les performances baissent nettement, et parfois même s'effondrent, quand les circonstances sont les plus mauvaises. En conclusion…

Les VMC double sont parmi les systèmes de chauffage les plus performants.
Contrairement aux systèmes thermodynamiques qui fonctionnent d'autant moins bien qu'on a besoin d'eux,
elles récupèrent le maximum d'énergie, au bon moment et de la manière la plus efficace, quand on a le plus besoin d'elles.


Comme démontré ci-dessus, les VMC double flux sont largement plus performantes que n'importe quel système de chauffage actif, y compris les systèmes thermodynamiques. Elles ne peuvent certes pas chauffer l'air seules, mais elles peuvent le préchauffer de la meilleure manière possible avec un SCOP sans équivalent qui peut être largement supérieur à 12. Une VMC double flux limite, en hiver comme en été, à 2 ou 3 °C les écarts entre la température de l'air neuf et la température intérieure, mais elle a aussi d'autres rôles fondamentaux, inhérents à son concept : celui de renouveler l'air en permanence afin de l'assainir, celui de stabiliser la température de l'air intérieur toute l'année et, même dans une faible mesure, celui de participer à une très légère homogénéisation de la température intérieure dans toute la construction. De plus, grâce à ces capacités, les débits d'air peuvent être largement augmentés. L'air mieux renouvelé, et même filtré, devient alors largement plus sain que dans les constructions seulement équipées d'une ventilation simple flux dont le débit est limité pour réduire les déperditions qu'elles provoquent. En plus de ses fonctions initiales d'amélioration du confort et de la santé, il peut alors lui être attribué d'autres rôles à peu de frais. En lui adjoignant, par exemple, une batterie hydraulique chaude ou froide, toute VMC DF peut contribuer à maintenir le confort d'une construction passive, voir même l'assurer totalement, grâce au chauffage ou au rafraîchissement de l'air neuf qu'elle à déjà tempéré et quelle peut répartir dans toute la construction grâce à son réseau.

Il n'existe pas d'appareil, et il n'existera probablement jamais d'appareil
plus performant qu'une VMC double flux pour préchauffer l'air neuf


VMC double flux Vallox

Récupérer l'énergie devrait être obligatoire


Cet article démontre, encore une fois, qu'il est largement préférable de récupérer l'énergie que nous jetons plutôt que d'utiliser l'énergie venue d'ailleurs. C'est d'autant plus vrai que cette énergie est inépuisable, disponible en permanence, à toute heure et par touts les temps, qu'elle est gratuite, répartie et donc à la disposition de tout le monde, qu'elle ne pollue pas, qu'aucun approvisionnement n'est nécessaire et qu'il n'existe pas d'énergie plus facile à utiliser. Elle ne présente que des avantages. La seule condition pour en bénéficier est d'installer l'appareil qui convient. Encore faut-il que cet usage se développe malgré les freins développés par les lobbyistes de tout poil naturellement plus enclins à vendre de l'énergie dans leur propre intérêt financier qu'a la faire économiser dans l'intérêt de tous les autres.

Performance réelle et RT2012


Au regard des informations vérifiables ci-dessus n'est-il pas pour le moins surprenant que les calculs RT2012, dont le moteur de calcul est invérifiable, privilégient les VMC simple flux hygroréglables? Comment peut-on justifier ce fait qui va à l'encontre de l'intérêt de chacun, tant en termes d'économie, que de santé et de confort? Où sont passés l'intérêt climatique et pire la crédibilité de la RT2012? À un moment ou les fake news se développent dans tous les domaines, c'est vous de juger.

Si les VMC double flux sont bien plus performantes que ne le laisse croire la RT2012, et qu'elles ne le semblent d'ailleurs en première idée, que pourrait-on dire d'un équipement qui fourni de la chaleur sans qu'on ne lui fournisse d'énergie pour qu'il fonctionne? Essayez de faire le calcul d'un COP équivalent dans ce cas! Vous verrez très vite qu'aucun autre système n'est à la hauteur de ce que permettent ceux qui utilisent seulement l'énergie du soleil ou l'énergie récupérée à l'image des fenêtres passives ou des RCED.

Jean-Michel Pupille - Architecte D.P.L.G.


En résumé :

  • Le SCOP peut s'adapter à tous aux VMC double flux
  • Le SCOP d'une VMC double flux de qualité est supérieur à 12.

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