12-1 - Choix du type de ventilation en maison passive (V2018)

Les VMC double flux

Comment ventiler une construction?


Une maison passive, comme une maison seulement RT2012, doit être ventilée de manière efficace et confortable. C'est à la fois une obligation sanitaire et réglementaire. La réglementation française impose une ventilation par balayage de toutes les pièces, au moins pendant la période où la température extérieure oblige à maintenir les fenêtres fermées. Elle fixe les débits minimums d'extraction de l'air vicié, mais pas la méthode pour y parvenir. L'obligation de respecter ces débits et la nécessité de réduire la consommation pour le chauffage, qui impliquent de fait une ventilation stable et sans interruption, ont fini par imposer l'usage quasi systématique des Ventilations Mécaniques Contrôlées, les VMC. Quels sont donc les différents systèmes existants? Quels sont ceux d'entre eux qui sont utilisables en maison passive?…

La réglementation


Les règles concernant la ventilation des logements sont régies par l'arrêté du 24 mars 1982 relatif à l’aération des bâtiments. Ce texte réglementaire impose que toutes les pièces d'un logement soient ventilées par balayage, au moins pendant la période où la température extérieure oblige à maintenir les fenêtres fermées. L'air neuf en provenance de l'extérieur doit arriver dans les pièces principales qu'il traverse pour aboutir dans les pièces de service où il sera rejeté à l'extérieur après avoir cheminé dans les circulations. L'air vicié est évacué grâce à des bouches d'extraction reliées à des conduits verticaux à tirage naturel ou à des dispositifs mécaniques. La réglementation fixe les débits minimums d'extraction en fonction du type de logement. L'aspiration de l'air vicié des pièces de service implique qu'une quantité globale équivalente d'air neuf arrive dans les pièces principales. La répartition de l'insufflation d'air neuf doit être définie par le concepteur, sans contrainte réglementaire.

La nécessité de réduire la consommation d'énergie des bâtiments, notamment pour le chauffage, a imposé de réduire celle qui résulte de leur ventilation sans perdre de vue l'objectif de conserver en permanence un air intérieur de bonne qualité.

L'obligation de respecter les débits d'extraction et la nécessité de réduire la consommation d'énergie nécessaire au chauffage, qui impliquent de fait une ventilation stable et sans interruption, ont fini par imposer quasi systématiquement, depuis de nombreuses années maintenant, l'usage de systèmes de Ventilation Mécanique Contrôlée, les VMC, dont le fonctionnement doit être continu.

La réglementation française date de 1982 avec une mise à jour en 1983… En France, nous en étions à la deuxième réglementation thermique et aux maisons solaires. Les concepts de maisons passives n'existaient pas et les VMC double flux n'étaient pas vraiment connues. Bref, cette réglementation est très ancienne, mais il faut faire avec puisque la promulgation de la RT2012 n'y a rien changé!

Les différents types de VMC


L'extraction de l'air vicié des pièces de service implique qu'une quantité globale équivalente d'air neuf arrive dans les pièces de vie :
  • Si l'air neuf arrive directement de l'extérieur par des grilles de ventilation positionnées sur les façades ou sur les menuiseries des pièces principales, grâce à la dépression crée par le ventilateur d'extraction, la ventilation est une VMC simple flux, notée VMC SF dans la suite de cet article.
  • Si l'air neuf arrive par des bouches d'entrée d'air positionnées à l'intérieur des constructions, il est distribué par un deuxième réseau de canalisation et un deuxième ventilateur. La ventilation est alors une VMC double flux, notée VMC DF ou VMC 2F.

Il existe dans le commerce deux autres types de VMC qui peuvent être à simple ou double flux :
  • les systèmes de Ventilation Mécanique Contrôlée par Insufflation, également appelés VMC Inversée, notés VMCI© dans les deux cas ou VCI pour Ventilation Centralisée par Insufflation.
  • les systèmes de Ventilation Mécanique Contrôlée par Répartition, notés VMCR© ou VMR pour Ventilation Mécanique Répartie qui fonctionnent soit par extraction soit par insufflation et parfois de manière alternative.

Les VMC Simple Flux


Ce type de ventilation représente la très grande majorité des installations en France.

La conception des VMC SF se résume à l'installation d'un ventilateur qui regroupe les canalisations d'extraction de l'air vicié en provenance de touts les pièces de service. Le ventilateur doit être capable de respecter les débits imposés par la réglementation. Une quantité globale équivalente d'air neuf doit arriver dans les pièces principales par des grilles de ventilation généralement posées sur les fenêtres. Ce type de ventilation présente de gros défauts :
  • L'air pénètre dans l'habitation à la température extérieure, froide ou très froide en hiver et chaud ou très chaud en été. L'effet est contraire au but initial qui est d'améliorer le confort.
  • Le seul moyen de baisser la consommation d'énergie de ce type de VMC est de réduire les débits de ventilation. C'est ce que font les VMC hygroréglables avec pour conséquence une baisse de la qualité de l'air intérieur qui est fréquemment plus pollué qu'à l'extérieur. Cette démarche, pourtant très privilégiées par la réglementation RT2012 est évidemment totalement contraire à l'objectif premier qui est de l'améliorer.
  • L’air vicié est directement rejeté hors de l'habitation seulement quelque temps après qu'il y ait été introduit puis chauffé par le système de chauffage. Sa chaleur est perdue. Cette solution est contraire à l'objectif d'économie d'énergie recherché et revient donc cher en frais de fonctionnement.
  • Les entrées d'air peuvent aussi laisser passer le bruit en provenance de l'extérieur alors que c'est encore l'inverse qui est recherché
  • Les entrées d'air incontrôlées, les trous de l'enveloppe, peuvent provoquer des points froids, sources de développement de moisissures sur l'intérieur des façades à leur proximité immédiate
  • Les tubes d'extraction passent fréquemment dans les combles. En hiver, l'air extrait peut se condenser dans ces canalisations, les déformer en forme de siphon et créer des bouchons d'eau qui bloquent leur fonctionnement.

Les VMC Double Flux


Ce type de ventilation est le moins répandu, car c'est le plus cher. L'évolution de la qualité thermique des constructions tend toutefois à choisir de plus en plus fréquemment ces VMC qui sont de très loin les plus performantes tant sur le plan de la qualité thermique que sur celle de la qualité de l'air intérieur ou encore celle du confort.

En sus du réseau d'extraction, les VMC DF possèdent, un réseau indépendant d'insufflation équipé d'un deuxième ventilateur. S'il n'y avait que ce composant supplémentaire, elles n'auraient aucun intérêt par rapport à une VMC SF car elles seraient bien plus chères sans pratiquement aucun avantage supplémentaire hormis la suppression des grilles d'entrée d'air en façade. Fort heureusement, ce n'est pas le seul. Les VMC DF sont, en effet, dotées d'un échangeur de chaleur dont l'efficacité thermique peut dépasser 90%. L'ensemble des entrées et sorties d'air ainsi que l'échangeur sont regroupés dans un caisson étanche et isolé placé à l'intérieur de la construction donc sans perte inutile de chaleur vers l'extérieur. L'air neuf qui traverse l'échangeur est amené dans les pièces principales par le réseau d'insufflation. Le passage de l'air neuf dans l'échangeur permet de récupérer plus de 90% de la chaleur de l'air vicié extrait par le réseau d'extraction. L'air neuf et l'air vicié ne sont bien sûr jamais en contact direct et ne se mélangent donc pas.

Les avantages qui résultent de l'usage d'une telle VMC sont les suivants :
  • Les pertes de chaleur résultant de la ventilation par une VMC DF de qualité, notamment celles qui sont certifiées pour les maisons passives, ne sont pas nulles, mais, à débit équivalent, elles sont tout de même 10 fois plus faibles que celles résultant de la mise en œuvre d'une VMC SF.
  • L'air neuf est distribué par des bouches, généralement placées en plafond ou sur les cloisons, à une température qui est proche de celle qui existe déjà dans l'habitation sans aucune source d'énergie thermique. Il n'y a plus de sentiment d'inconfort résultant d'une grande différence de température entre air neuf et air intérieur, en hiver comme en été, et le besoin d'énergie de chauffage ou de rafraîchissement est très fortement baissé.
  • Les façades et les menuiseries n'étant pas percées pour laisser entrer l'air neuf, le risque de bruit en provenance de l'extérieur est fortement réduit
  • La machine et ses réseaux sont toujours placés en zone chauffée. En hiver, le réseau d'extraction d'air vicié ne peut donc pas provoquer de condensation interne et être obstrué par l'eau de condensation même en cas de déformation en forme de siphon. En été, le réseau d'insufflation d'air neuf ne risque pas d'être surchauffé inutilement.

Ces avantages ne sont pas les seuls. Contrairement à tous les autres systèmes de VMC non dotés d'un échangeur :
           En hiver :
  • Le réseau d'une VMC 2F peut constituer le réseau de chauffage dans une maison passive
  • Les débits de ventilation des VMC DF n'ont pas besoin d'être réduits pour limiter les consommations dues au renouvellement de l'air. Avec ce type de ventilation, la totalité de l'air peut être entièrement renouvelée toutes les deux heures, ou même moins, sans pratiquement augmenter les besoins de chauffage. L'air intérieur filtré, éventuellement débarrassé des pollens est donc forcément plus sain.
  • Avec de tels débits, qui peuvent être maintenus en permanence, l'ouverture des fenêtres, bien que toujours possible, n'est pas physiquement indispensable. Le fait de ne pas les ouvrir réduit le besoin de chauffage.
  • L'augmentation du débit de la VMC permet de chauffer plus à moindres frais puisque l'air neuf est déjà préchauffé gratuitement par l'échangeur
           En été :
  • La présence de l'échangeur permet de réduire fortement la température de l'air neuf qui pénètre dans la construction au plus chaud de la journée, notamment en période de canicule, et limite donc les risques de surchauffe
  • Lorsque l'air extérieur est plus frais que l'air intérieur et qu'il est nécessaire de rafraîchir, un bypass permet d'éviter l'échangeur et donc de refraîchir au mieux la construction.
  • Le réseau d'une VMC double flux peut répartir l'air en provenance d'un puits provençal dans toutes les pièces d'un logement
  • L'augmentation du débit de la VMC permet de rafraîchir plus à moindres frais puisque l'air neuf est, dans la journée, déjà plus frais qu'à l'extérieur. Le rafraîchir encore plus à l'aide d'un puits provençal post VMC est donc bien plus facile et plus efficace.

Tout n'est pas rose pour autant. Les VMC double flux présentent quelques inconvénients :
  • La présence de deux ventilateurs et de deux réseaux implique au moins un doublement de la consommation par rapport à une VMC simple flux. Cette énergie, qui vient en déduction des gains en provenance de l'échangeur, ne peut toutefois pas remettre en cause le bien-fondé d'une telle solution parce qu'un kit photovoltaïque minimum permet de produire bien plus d'énergie que celle nécessaire à ce moteur supplémentaire. Le besoin d'énergie supplémentaire disparait ainsi totalement.
  • La présence des deux réseaux, d'un échangeur et de deux ventilateurs regroupés dans un caisson étanche implique des prix nettement plus élevés.
  • La construction ainsi que les réseaux d'air neuf et d'air vicié doivent être le plus étanches possible pour que la machine atteigne bien le niveau de performance prévu. L'air que la VMC DF ne gère pas ne bénéficie pas de la récupération de chaleur. Les VMC DF ne sont donc pas efficaces dans les constructions RT2012 dont la qualité d'étanchéité à l'air de l'enveloppe est très inférieure à celle des maisons passives.
  • Les réglages d'une VMC DF sont complexes et doivent permettre de s'assurer que les débits prévus sont bien respectés pour chaque bouche de ventilation.
  • En maison passive, le débit global d'aspiration doit être légèrement supérieur au débit global d'insufflation afin que l'air intérieur chargé de vapeur ne soit pas propulsé dans les trous inévitables des parois extérieures avec les risques de sinistre qui en découle.
  • Les VMC double flux sont malheureusement pénalisées par la méthode de calcul RT2012 du fait de la présence de deux ventilateurs et parce que la réglementation RT2012 compte en énergie primaire, mais rien n'interdit fort heureusement de les utiliser.

Les VMC par insufflation


Ce type de ventilation inverse le sens de circulation de l'air. Le terme insufflation signifie en effet que l'air n'est pas extrait dans les pièces de service, mais qu'il est soufflé dans une ou plusieurs pièces de vie de la construction qui est alors fatalement et entièrement mise en surpression.

Les VMCI© présentent de nombreux défauts très similaires à ceux des VMC SF:
  • Les VMCI© insufflent directement l'air neuf dans les constructions. Il est donc froid en hiver et chaud en été. De plus, les appareils, et leurs canalisations éventuelles, qui sont généralement placés en combles sont soumis à leur température. Il insufflent donc l'air à la température proche de celle des combles, parfois plus froid en hiver et plus chaud en été. Sans autre équipement, une VMCI© peuvent donc être plus inconfortables qu'une VMC SF.
  • À débit égal, ce type de ventilation consomme au moins autant d'énergie qu'une VMC SF, voir même bien plus quand un système électrique de production de chaleur lui est couplé à l'entrée d'air pour limiter les risques d'inconfort notamment en l'absence de réseau.
  • Un des moyens utilisés pour baisser la consommation d'énergie de ce type de VMC est de réduire les débits de ventilation en fonction de l'hygrométrie avec pour conséquence une baisse de la qualité de l'air intérieur quand le taux d'hygrométrie intérieur baisse.
  • L’air vicié est directement rejeté hors de l'habitation sans récupération de chaleur seulement quelques minutes après avoir été chauffé. Ce fonctionnement est similaire à celui des VMC DF et tout aussi énergivore.

Ce type de VMC peut présenter d'autres inconvénients :
  • La pièce où est installée une VMCI© SF sans réseau reçoit la totalité de l'air neuf. L'air qui arrive dans les pièces de vie a déjà transité par la pièce ou elle est installée avec une partie éventuelle d'air des pièces de service sans grille de ventilation qui en sont proche.
  • En hiver, l'air intérieur est chaud et humide en comparaison à l'air extérieur bien plus froid et sec. Le refroidissement d'un air à 20°C et 50% d'humidité relative provoque la condensation de la vapeur d'eau qu'il contient aux environs de 8°C. Une VMCI© qui met en pression la construction rejette l'air intérieur par tous les trous volontaires que sont les grilles de ventilation généralement placées dans les fenêtres et les portes-fenêtres, mais aussi parfois sur les murs. En dessous de 8°C à l’extérieur, la vapeur que contient cet air va se condenser à sa sortie et provoquer des coulures et salissures souvent visibles et impossibles à nettoyer facilement.
  • Une VMCI© rejette aussi l'air intérieur par tous les trous involontaires que sont les fuites. Si en maison RT2012 les risques qui découlent de cette pratique sont limités du fait de la présence des nombreux et énormes trous volontaires que sont les grilles de ventilation, ce n'est pas le cas des maisons passives dans lesquelles il n'y a pas de trou volontaire et très peu de trous involontaires. Ceux qui existent provoquent fatalement une concentration des risques. L'air qui transite par ses trous à toutes les chances d'être mis un jour en contact avec des parois extérieures froides ou très froides. La vapeur ne manquera pas de se condenser. L'eau de condensation pourra provoquer des taches visibles, le développement de moisissures invisibles, car dans des espaces inaccessibles, des pourrissements de matériaux sensibles à l'humidité comme le bois, des dégradations ou des pertes de performances des isolants et parfois même des décollements d'enduit ou, pire, des fissures lorsque, par temps très froid, l'eau gèle et se dilate… Une VMCI© peut donc provoquer des détériorations dans un bâtiment. Ce risque pourrait également dans le cas d'une VMC DF qui provoquerait une surpression malencontreuse. Il serait toutefois fortement limité par l'extraction simultanée intrinsèque à ce type de machine.
  • Avec une VMCI©, les traces intérieures d'humidité et de moisissure peuvent avoir tendance à disparaître lorsqu'elles sont le fait d'une fuite d'air. Ce n'est pas le cas lorsqu'elles résultent d'un pont thermique quand il y a condensation sur une paroi seulement parce qu'elle est plus froide que les autres. La raison est simple. Dans le cas d'une VMC simple flux, les fuites provoquent des entrées d'air froid et donc un rafraîchissement de la zone problématique à proximité de la fuite. Avec une VMCI©, l'air froid ne rentre plus par la fuite, mais au contraire, l'air chaud en sort. Il peut réchauffer et assécher sa zone intérieure de proximité. Les traces intérieures d'humidité et de moisissures peuvent disparaître. Le risque est qu’elles se développent alors vers l'extérieur du fait de la condensation, de manière invisible, dans la paroi, avec les conséquences désastreuses citées précédemment.

De par leur conception, les VMCI© double flux qui comportent deux réseaux totalement indépendants et distants ne pourront jamais bénéficier d'un échangeur. Elles n'ont donc pas plus d'intérêt que les VMCI© SF ou les VMC SF.

Les VMC par Répartition


Les VMCR© peuvent être à simple ou double flux. Quand elles sont double flux, elles comportent un système de récupération de chaleur.

Les VMCR© simple flux


Les VMCR© SF fonctionnent par extraction de l'air dans les pièces de service, mais contrairement à la VMC simple flux qui comporte un seul moteur relié à autant de bouches que de pièce de service par des canalisations, dans ce cas, les ventilateurs sont multiples et les canalisations inexistantes. Toutes les pièces de service doivent avoir leur extracteur. Si deux locaux sont contigus, un seul appareil peut être éventuellement installé. Comme avec une VMC simple flux, l'air neuf arrive dans les pièces de vie par des grilles généralement hygroréglables prévues sur les fenêtres et portes-fenêtres. Les défauts sont donc les mêmes que ceux de la VMC simple flux. Leur intérêt doit être réservé à la rénovation, lorsque des solutions plus efficaces ne peuvent pas être mises en œuvre.

Les VMCR© double flux


Les VMCR© DF fonctionnent comme les VMC double flux, mais sans réseau. Chaque appareil fonctionne localement et il faut donc généralement installer autant d'appareils qu'il y a de pièces à ventiler. Trois principes de fonctionnement peuvent être mis en œuvre avec filtration en entrée comme en sortie d'air et contrôle éventuel des débits en fonction du taux d'humidité dans les locaux desservis:
  • Extraction et soufflage simultané avec échangeur de chaleur à plaques.
  • Extraction et insufflation alternée avec stockage des calories lors de l'extraction et récupération de la chaleur préalablement stockée lors de l'insufflation. Les logements sont successivement en pression puis en dépression.
  • Extraction et soufflage alterné par paire avec. Les appareils fonctionnent en couple. L'un extrait temporairement l'air vicié en stockant sa chaleur pendant que l'autre insuffle l'air neuf en récupérant la chaleur stockée pendant le cycle précédent. Le système s'inverse au bout de quelques dizaines de secondes. La pression entre insufflation et extraction reste équilibrée.

Les VMCR© DF peuvent provoquer des refoulements d'air vicié vers les pièces de vie. C'est au concepteur de s'assurer que ce n'est le cas. Elles sont à réserver aux cas de rénovation dans lesquels des solutions plus efficaces ne peuvent pas être mises en œuvre.

La ventilation et les maisons passives


Le concept "Maison passive" consiste à améliorer les performances thermiques de tous les composants d'une construction en s'arrêtant au moment où il devient possible de remplacer le réseau de chauffage classique par celui d'une VMC auquel est ainsi attribué, à peu de frais, une double fonction de ventilation et de chauffage. Le prix de construction est alors optimisé parce que les surcoûts des améliorations doivent être compensés par la disparition du réseau de chauffage classique. La définition d'une maison passive est donc étroitement liée à celle des VMC, dont elles sont forcément dotées.

À la lecture des informations sur les différents systèmes de ventilation possibles, il est évident qu'il n'y a pas d'autre choix que d'utiliser une VMC double flux parce qu'elle possède un réseau d'air neuf utilisable pour le chauffage, mais aussi parce que les VMC de ce type sont de très loin les plus performantes tant en termes de besoin de chauffage que de confort ou encore de qualité de l'air intérieur. En amenant de l'air neuf filtré dans les pièces de vie et en extrayant l'air vicié des pièces de services en permanence, 24 heures sur 24, 365 jours par an, ainsi qu'en récupérant la chaleur sur l'air extrait aux moments opportuns, ces dernières constituent les poumons de la construction.


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


En résumé :

  • Les VMC SF extraient l'air vicié à l'aide d'un ventilateur et d'un réseau seulement quelques secondes après qu'il ait été réchauffé en pénétrant dans les pièces de vie dont il réduit le confort
  • Les VMCI© sont aussi énergivores que les VMC SF. Elles peuvent l'être bien plus en cas de présence d'un chauffage électrique installé sur l'insufflation de l'air neuf. Elles sont bien plus inconfortables quand elles insufflent l'air par un point unique. Leur mise en œuvre dans des constructions très étanches comporte des risques de pathologies de construction résultant de l'augmentation du transfert de vapeur au travers des fuites incontrôlées des bâtiments mis en surpression.
  • Les VMCR© sont à réserver aux cas de rénovation dans lesquels des solutions plus efficaces ne peuvent pas être mises en œuvre.
  • Les VMC DF sont les VMC de très loin les plus performantes tant en termes de besoin de chauffage que de confort et de qualité de l'air intérieur. Ce sont les plus chères, mais elles permettent de se passer d'un réseau de chauffage traditionnel dans les maisons passives qui ne sont pas réalisables sans elles.

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