Expériences de conception et d’installation d’un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) gainable, avec résultats de mesure

J’ai installé un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) gainable lors de la rénovation de ma maison. Pendant la période de confinement, par manque d’occupation, j’ai mesuré la vitesse de l’air dans les bouches et j’écris ici un résumé ainsi que les points d’attention pour la conception.

En bref, il est essentiel de calculer soi-même la vitesse de l’air et le débit, puis de formuler des exigences précises. Sinon, l’installation ne sera probablement pas conforme aux normes.

Problèmes liés à la VMC gainable

Le principal problème est l’arbitrage entre le bruit et la capacité de renouvellement d’air. Le bruit du moteur de l’appareil et celui de l’air aux bouches peuvent être très forts. Si l’installation est approximative, il y a de fortes chances qu’on ne veuille plus l’utiliser à cause du bruit. Si elle n’est pas allumée 24h/24 et 7j/7, peut-on vraiment parler de ventilation ?

Le bruit aux bouches est directement lié à la vitesse de l’air, laquelle est liée à la capacité de renouvellement d’air. Il faut donc trouver un compromis, ce que le concepteur du fabricant ne prendra pas forcément en compte.

Méthode de calcul

Je définis ici nos objectifs de base : Nombre de renouvellements d’air par heure : 0,8 fois (norme nationale). Il est préférable de doubler, soit 1,6 fois ou plus. Ainsi, vous pouvez utiliser la moitié de la puissance en fonctionnement normal, ce qui respecte la norme tout en étant peu bruyant. Vitesse maximale de l’air aux bouches : 3,5 m/s (norme nationale). L’objectif est de 2,5 m/s.

Ce sont les constantes pour les conduits : Note : Les systèmes de VMC actuels utilisent des conduits en PE. Il ne faut plus considérer les conduits en PVC. Diamètre nominal du PE mm: 75 Diamètre intérieur du PE mm: 63 Section du PE m2: 0,003117 Débit unitaire du PE m3/h: 11,22208

Ensuite, pour chaque pièce, calculez les données suivantes : Surface m2 : Entrée Hauteur sous plafond m : Entrée Volume m3 : = Surface * Hauteur sous plafond Débit de renouvellement cible m3/h: = Volume * Nombre de renouvellements d’air par heure Nombre de bouches de soufflage nécessaires : = Débit de renouvellement cible / Débit unitaire du PE / Vitesse maximale de l’air aux bouches

Ceci permet de calculer le nombre de bouches de soufflage nécessaires pour chaque pièce. Le nombre de bouches de reprise peut simplement être inférieur d’une unité au nombre de bouches de soufflage, mais il doit y en avoir au moins une.

Les paramètres cibles que j’ai définis :

	Chambre	Salon
Nombre de renouv. fois/h	2	1,8
Vitesse limite bruit m/s	2	3,5
Diam. nominal PE mm	75	75
Diam. intérieur PE mm	63	63
Section PE m2	0,00312	0,00312
Débit unitaire PE m3/h	11,2221	11,2221
Surface m2	10	35
Hauteur m	2,7	2,7
Volume m3	27	94,5
Débit renouv. requis m3/h	54	170,1
Bouches soufflage requises unités	2,41	4,33

Tous les ventilateurs de VMC ont un indicateur de performance de base : le débit de renouvellement d’air. La somme des Débits de renouvellement cible de toutes les pièces donne la performance requise pour le ventilateur. D’après le tableau ci-dessus, il faut un ventilateur d’un débit d’au moins 54+170=224 m³/h, c’est-à-dire un modèle 250.

Résultats des calculs

Attention à contrôler ses désirs, car plus le nombre de bouches est élevé, plus l’installation est difficile. De plus, au-delà de 10 bouches, il faut un modèle spécial. Il faut donc réduire le Nombre de renouvellements d'air par heure, ou augmenter la Vitesse maximale de l'air aux bouches, ou encore exclure certaines pièces.

Actuellement, la conception des VMC consiste généralement à mettre une bouche de soufflage par pièce et c’est tout. En voyant les résultats ci-dessus, on comprend que ce n’est pas du tout rationnel. Mais même si vous formulez des exigences, le concepteur ne comprendra pas forcément votre demande.

Choix du ventilateur de VMC

L’efficacité d’une VMC gainable dépend principalement de la conception et de l’installation. Le ventilateur en lui-même est moins important. Il s’agit essentiellement de deux ventilateurs, d’un filtre HEPA et d’un noyau en papier. Il n’y a pas de technologie de pointe, pas besoin de chercher des marques importées, choisissez simplement un modèle adapté. Si vous vous intéressez aux performances de l’échangeur thermique, vous pouvez envisager d’y renoncer. J’ai entendu dire que les performances mesurées de la plupart des marques sont très médiocres. Les performances de cet élément sont proportionnelles à la taille de l’appareil, et les modèles actuels sont de petite taille.

Difficultés d’installation

La bouche d’extraction extérieure et la bouche d’admission doivent être éloignées l’une de l’autre, d’au moins 1 mètre, pour éviter les courts-circuits. La bouche d’admission doit être placée dans un endroit sans odeurs nauséabondes ni odeurs de cuisine, loin du balcon des voisins (où quelqu’un pourrait fumer), et loin des bouches d’évacuation des chauffe-eau, tant les vôtres que ceux des voisins, surtout ceux des étages inférieurs. Ces exigences sont les plus difficiles à satisfaire.

Avec autant de bouches, il faut nécessairement un boîtier de distribution de taille importante, on peut choisir un modèle avec mousse acoustique. Les conduits PE doivent être les plus courts possible, avec le moins de coudes et de passages de poutres possible. Les bouches de soufflage doivent être placées près des fenêtres ou de la porte d’entrée. Placer les bouches de reprise à ces endroits peut créer une dépression et aspirer la poussière extérieure.

Après l’installation, mesurez la vitesse de l’air à chaque bouche. Généralement, elles diffèrent les unes des autres. Ajustez les registres sur le boîtier de distribution pour que la vitesse de l’air à chaque bouche soit la plus proche possible. Comme tous les ajustements s’influencent mutuellement, c’est assez difficile. Si l’écart n’est pas trop important, on peut ne pas ajuster.

Trop y penser peut être source d’anxiété. Réaliser les exigences mentionnées ci-dessus dépasse déjà 99% des installations, c’est suffisant.

Je rêvais à l’époque que si l’air soufflé était dirigé vers l’unité extérieure de la climatisation, cela pourrait améliorer le taux d’échange thermique. En hiver, l’air chaud intérieur expulsé pourrait aider à dégivrer le radiateur de la climatisation ; en été, l’air frais aiderait à refroidir le radiateur de l’unité extérieure. Quel bonheur.

Coût

J’ai utilisé au total 75 mètres de conduits PE, avec 6 bouches de soufflage et 4 bouches de reprise. Le conduit PE coûte 10 yuans le mètre, une bouche avec son embout coûte 40 yuans. J’ai tout acheté moi-même pour environ 1200 yuans. Le boîtier de distribution et les autres matériaux ont été fournis par l’équipe d’installation, avec les frais d’installation, pour un total de 4000 yuans.

Résultats après installation

Quelle est la différence entre les résultats après installation et ma conception initiale ? J’ai mesuré la vitesse de l’air aux bouches avec un anémomètre :

Pleine puissance	Chambre	Salon
Bouches soufflage unités	2	4
Vitesse moyenne mesurée m/s	2,45	3,25
Débit de renouv. converti m3/h	55	145
Nombre de renouv. converti fois/h	2,35	1,65

Ce sont les données à pleine puissance, très proches de la conception. En raison de la résistance des conduits, le débit total aux bouches n’est que d’environ 200 m³/h. La vitesse est plus élevée dans la chambre, je n’ai pas pris la peine d’ajuster les registres. Dans le salon, la vitesse est un peu plus faible à cause de la longueur excessive des conduits. Le bruit est comparable à celui d’une climatisation centrale, difficilement acceptable, donc je n’utilise jamais la pleine puissance, seulement la moitié.

Pour dormir, je mets généralement au 1/3 de la puissance. À ce niveau, il n’y a absolument aucun bruit et l’effet est plutôt bon. Les données sont les suivantes :

1/3 de puissance	Chambre	Salon
Bouches soufflage unités	2	4
Vitesse moyenne mesurée m/s	1,15	1,41
Débit de renouv. converti m3/h	26	63
Nombre de renouv. converti fois/h	1,1	0,72

À ce niveau, la norme nationale est respectée, et il n’y a absolument aucun bruit. Le débit total aux bouches est de 89 m³/h, ce qui correspond à peu près à 250 multiplié par 1/3.

Test de dioxyde de carbone

Test avec 1 personne et 1 chat : après 8 heures fenêtres fermées, le CO₂ monte à environ 1500 ppm. Avec la VMC à 1/3 de puissance, il se maintient autour de 800 ppm. À pleine puissance, il se maintient autour de 600 ppm. Je pensais qu’avec 2 renouvellements d’air par heure, le CO₂ pourrait facilement se maintenir à 400 ppm. L’idéal est une chose, mais 800 ppm est déjà très bien.

Étanchéité à l’air

Comme j’ai installé une VMC, j’ai particulièrement renforcé l’étanchéité à l’air de la maison. Les portes et fenêtres ont une haute étanchéité intégrée. Pour les autres éléments comme les évacuations d’eaux usées, la hotte de cuisine et le conduit d’évacuation du chauffe-eau, j’ai installé des clapets anti-retour avec joints. Étant novice, cela a créé un problème : lorsque l’air ne circule plus du tout, les variations subtiles de pression font que l’air entre par les gaines des câbles d’alimentation du tableau électrique, aspirant la poussière. Parfois, je peux même sentir l’odeur de cigarette des voisins, c’est absurde. Encore plus absurde, une dépression trop importante peut provoquer un refoulement dans les canalisations, car l’air ne peut être aspiré que par celles-ci.

Maintenant, je maintiens une pression positive dans les pièces en réglant la puissance d’admission > la puissance d’extraction. Mais parfois, lorsque le chauffe-eau à gaz se met en marche ou que la ventilation de la salle de bains fonctionne, la pression redevient négative. À ce stade, il semblerait nécessaire d’avoir une sorte de soupape de décharge vers l’extérieur, qui s’ouvrirait lorsque la pression atteint un certain niveau. Dans les centres commerciaux, on utilise des soupapes de surpression (ou soupapes de décharge), mais je n’en ai jamais vu pour un usage domestique. Je n’aurais jamais pensé qu’on aurait besoin d’un tel dispositif à la maison…