Ecole Tanga

L’école, située dans une zone suburbaine, se compose de 4 bâtiments de 2 niveaux, pour une surface totale de 9 350 m² :

• l’aile A réunit le réfectoire et la cuisine, ainsi que des bureaux.
• l’aile B contient principalement des classes.
• l’aile C réunit principalement des salles de travail.
• l’aile D abrite la salle de sports.

Les bâtiments datent de 1968. Ils ont été partiellement rénovés en 1989 (nouvelles fenêtres) et en 1991 (amélioration de l’isolation thermique). Une nouvelle rénovation a eu lieu en 2000.

Nous nous intéresserons ici particulièrement à l’aile B, d’une surface de 3 672 m². Elle était équipée d’un système de ventilation double flux qui a été remplacé, lors de cette dernière rénovation, par un système de ventilation hybride : une ventilation naturelle avec cheminée solaire, mais assistance d’un ventilateur lorsque nécessaire.

Les caractéristiques thermiques actuelles du bâtiment B :

• toiture : 0,12 W/m²K
• fenêtres double vitrage : U = 1,76 W/m²K
• Murs extérieurs : 0,47 W/m²K

Schéma de fonctionnement de la ventilation hybride dans les classes.

Les classes sont ventilées avec de l’air extérieur. Il est introduit par des grilles en façade (3 ou 4 par classe), et réchauffé dans des conduits circulant au-dessus des convecteurs, avant d’être libéré dans le local. Les grilles de façade sont dessinées et équipées pour éviter l’intrusion de pluie, neige, insectes, etc. Elles peuvent, ainsi que les conduites d’air, être nettoyées facilement manuellement. Les occupants peuvent ouvrir une partie des fenêtres.

Cette ventilation avec de l’air extérieur non filtré est possible grâce à l’environnement suburbain de l’école, sans bruit ou pollution significative.

L’air est extrait naturellement par des cheminées solaires de 6 m de haut : un vitrage au pied de la souche de cheminée réchauffe l’air extrait ce qui favorise l’effet d’aspiration. Lorsque les conditions extérieures ne sont pas favorables et que le débit d’air extrait naturellement n’est pas suffisant, un ventilateur à fréquence variable permet de compenser.

Photo de la cheminée solaire (photo Christer Nordström) et section transversale.

Il y a une cheminée pour plusieurs classes réparties sur deux niveaux. Lorsque le ventilateur ne fonctionne pas, il est by-passé pour limiter la perte de charge de l’air extrait. Pour obtenir un effet d’aspiration identique aux deux étages, la section d’extraction d’air des classes du premier étage est inférieure à celle des classes du rez-de-chaussée.

Pour éviter les surchauffes, l’éclairage artificiel, de puissance limitée (13 W/m² dans les classes, 8 W/m² dans les couloirs) est géré automatiquement par des détecteurs de présence. Des protections solaires sont prévues mais n’ont pas encore été placées. De plus, un free cooling de nuit peut être organisé en été.

Les registres d’entrée et d’extraction d’air de chaque classe sont gérés automatiquement en fonction d’une sonde CO₂. Ils commencent à s’ouvrir lorsque la concentration de CO₂ dépasse 1 000 ppm, et sont complètement ouverts au-delà de 1 500 ppm. Le professeur a toujours la possibilité de déroger au mode automatique et d’ouvrir ou de fermer manuellement les registres dans une plage de 50 à 100 % d’ouverture. Pour l’aider dans cette gestion manuelle, une lampe rouge s’allume dans la classe si le niveau de CO₂ dépasse 1 000 ppm.

Le tirage des cheminées est aussi régulé automatiquement en fonction de la différence de température mesurée entre le pied de la souche de cheminée et l’extérieur. Si elle n’est pas suffisante, le ventilateur démarre et le registre du by-pass est fermé.

Une ventilation nocturne est aussi organisée automatiquement en été lorsque la température intérieure dépasse une valeur de consigne.

Les convecteurs sont contrôlés par des vannes thermostatiques.

Le confort des classes ventilées naturellement a été évalué par des mesures (température, vitesse d’air, concentration de CO₂…) et par des questionnaires remis aux occupants avant et après rénovation.

Le confort thermique

La température intérieure mesurée pendant un an dans les six classes ventilées naturellement varie entre 20 et 24°C, avec quelques pointes au-dessus de 24°C lorsque la température extérieure est supérieure à 25°C.

L’interrogation des occupants a montré une amélioration du confort, principalement le matin où la température était parfois trop basse, mais une augmentation des courants d’air. Ils apparaissent les jours ensoleillés et froids d’hiver, lorsque les registres sont totalement ouverts pour répondre aux besoins d’une classe remplie.

La qualité de l’air

La concentration de CO₂ est la plupart du temps autour de 1 000 ppm ou en dessous. Elle ne dépasse ce niveau que pour de courtes périodes, et est très rarement au-dessus de 1 500 ppm. D’autre part, le pourcentage d’élèves “souvent gênés par une mauvaise qualité de l’air” a baissé de 25 % avant la rénovation à 16 % après la rénovation.

L’acoustique

La qualité acoustique des bâtiments est jugée comme relativement bonne par les occupants. On note néanmoins une légère augmentation du pourcentage d’occupants “souvent gênés par le bruit” : de 1 % avant rénovation à 5 %. L’amélioration de l’atténuation des bruits extérieurs ne devrait pas être difficile puisqu’il n’y a pour le moment aucun absorbeur de bruit dans les grilles d’entrée d’air des façades.

La gestion

Les membres du personnel apprécient que la ventilation puisse être gérée manuellement, ce qu’ils font souvent.

Consommation de chauffage

Voici les chiffres de consommation annuelle de chauffage normalisée en kWh/m^² :

Ces deux derniers chiffres appellent à commentaire. La consommation mesurée la première année est supérieure à ce qu’elle sera pendant la vie du bâtiment. En effet, pendant cette première année d’occupation, une ventilation non négligeable est organisée pendant la nuit et les week-ends pour sécher le bâtiment (ouverture complète des registres pendant 10 minutes toutes les heures). Selon les calculs réalisés, une consommation normalisée de 58 kWh/m² devrait être atteinte ensuite.

La réduction des consommations atteinte sera alors de 30 %.

Consommation électrique des ventilateurs

voici les chiffres de consommation annuelle d’électricité pour la ventilation en kWh/m² :

La réduction des consommations atteinte est de 55 %.

Notons que la consommation des ventilateurs du bâtiment B reprend non seulement les ventilateurs des cheminées solaires, mais également les ventilateurs d’un système traditionnel qui ventile les salles de repos, ce qui représente une consommation annuelle de 9,5 kWh/m². Si on ne regarde que les classes équipées maintenant d’un système de ventilation hybride, la consommation des ventilateurs est donc passée de 12,5 à 0,5 kWh/², soit une économie de 96 % !

Rentabilité

Le prix d’investissement et les économies d’énergie réalisées sur le chauffage grâce au système de ventilation hybride utilisé sont du même ordre de grandeur que ceux qui résulteraient du choix d’un système de ventilation traditionnel double flux avec récupérateur de chaleur et simple gestion horaire. Par contre ce système permet une économie conséquente sur les consommations électriques des ventilateurs.

De plus, le système prévu ici peut être géré manuellement, et est plus silencieux qu’une ventilation mécanique. Par contre, le risque de bruits dus à l’environnement extérieur peut représenter un problème.

Le temps de retour calculé sur l’ensemble des investissements est de l’ordre de 17 ans. Mais ce calcul ne tient pas compte du fait qu’un renouvellement était de toute façon nécessaire à cause de la vétusté du matériel, ni de l’amélioration du confort.

Pour diminuer encore les consommations …

Un timer devrait être intégré pour limiter la durée de la dérogation manuelle.

Pour améliorer le confort …

Un meilleure adéquation entre la régulation des convecteurs et la température de l’air extérieur introduit dans la classe devrait être mise en place afin d’éviter les courants d’air ponctuels. À terme, il serait souhaitable que la ventilation ne soit pas gérée uniquement en fonction du taux de CO₂ mais également en fonction de la température ambiante.

Enfin, des absorbeurs de bruit devraient être intégrés dans les grilles de prise d’air, surtout pour les classes orientées vers la route.

L’expérience de l’école Tanga montre qu’il est possible de ventiler des classes avec un système hybride relativement simple, pour un coût comparable à celui d’un système de ventilation double flux traditionnel. Le confort est assuré et l’économie d’énergie conséquente. Le système est apprécié par les utilisateurs, particulièrement la possibilité de déroger au contrôle automatique.