Évaluer la consommation de la ventilation

Répartition des coûts d’une ventilation

Les consommations liées à la ventilation hygiénique proviennent:

  • de la consommation électrique du (des) ventilateur(s) éventuel(s),
  • du chauffage de l’air neuf qui est porté à la température ambiante avant d’être évacué chaud vers l’extérieur.

 Ordres de puissances

Puissance liée à l’apport d’1 [m³/h] d’air neuf en [W/(m³/h)]
de à
Puissance de chauffage Pmax : en fonction de la région, de la qualité de la production de chaleur, de la température intérieure de consigne et des apports de chaleur gratuits.
9,4 15,6
Pmoy :
3,8 9,6
Puissance du ventilateur 0,2 1,1 en fonction de la qualité du ventilateur, des pertes de charge du réseau de distribution. Dans le cas d’une ventilation double flux, le coût des ventilateurs est plus important. Dans le cas d’une ventilation purement naturelle, elle est évidemment nulle.
Exemple.

Un système de ventilation fonctionne pendant 10 heures par jour et 250 jours par an, soit 2 500 heures par an, dont 1 700 en période de chauffe. Sa consommation énergétique pour 1 [m³/h] se situe dans les fourchettes suivantes :

Consommation de … à …
Chauffage 3,8 x 1 700 = 6,5 [kWh/an] 9,6 x 1 700 = 16,3 [kWh/an]
Ventilateurs 0,2 x 2 500 = 0,5 [kWh/an] 1,1 x 2 500 = 2,8 [kWh/an]
Totale 7 [kWh/an] 19,1 [kWh/an]

Le coût lié à cette consommation est donné en multipliant ces valeurs par un coût du kWh électrique et un coût du kWh thermique.

La puissance du ventilateur équivaut à la puissance nécessaire au transport de l’air plus les pertes au niveau du moteur, de la transmission et du ventilateur lui-même. Si ces trois éléments se trouvent dans le flux d’air pulsé, ce qui est fréquent dans les monoblocs de ventilation, on peut considérer que la totalité de la puissance absorbée pour transporter l’air se retrouve sous forme de chaleur dans l’air (la consommation d’un ventilateur d’extraction est perdue).

On estime ainsi que la température de l’air pulsé augmente de 1 à 1,5 [°C], à cause du ventilateur.

La consommation d’un ventilateur de pulsion ne doit donc pas être considérée comme une consommation complémentaire pour peu que l’on doive chauffer le bâtiment. En dehors des périodes de chauffe et a fortiori si on doit refroidir l’air, cette consommation est une perte.

À titre d’exemple, dans une année type moyenne, la température extérieure diurne est inférieure à 18,5 [°C] (= 20 [°C] – 1,5 [°C]) pendant 3 123 heures, période pendant laquelle les apports calorifiques du ventilateur sont utiles au chauffage de l’air neuf.

Il faut cependant noter que les apports calorifiques du ventilateur de pulsion doivent être considérés comme du chauffage électrique, mode de chauffage nettement plus onéreux et nécessitant une consommation d’énergie primaire plus importante que le chauffage par combustible. À ce titre, la consommation des ventilateurs de pulsion reste un poste important à gérer, même durant la saison de chauffe du bâtiment.

Consommation de combustible

Que l’air soit préchauffé avant son introduction dans le bâtiment (batterie de chauffage dans les gaines de pulsion) ou ne le soit pas (chauffage de l’air par mélange avec l’air ambiant), la consommation liée au chauffage de l’air neuf s’estime par la formule :

Consch = 0,34 x qv x ΔTmoy x h / ηch

Où :

  • Consch = consommation énergétique pour le chauffage de l’air neuf [Wh/an]
  • 0,34 = capacité calorifique de l’air [Wh/m³.K]
  • qv = débit d’air neuf [m³/h]
  • ΔTmoy = différence entre la température de consigne de l’ambiance et la température extérieure moyenne [°C]
  • h = nombre d’heures de fonctionnement annuel [h/an]
  • ηch = rendement moyen saisonnier de l’installation de chauffage
Exemple.

Dans un bâtiment situé à Namur, un système de ventilation a un débit (qv) d’air neuf de 3 000 [m³/h].

Il fonctionne durant une période (t) de 10 heures par jour et 250 jours par an, soit 2 500 heures par an, parmi ces heures, seulement 1 700 heures se situent durant la saison de chauffe (du 15 septembre au 15 mai).

La température extérieure moyenne diurne durant la saison de chauffe est de 8,5°C, tandis que la température de consigne des locaux est de 20°C.

Le rendement global de l’installation de chauffage par radiateurs (ηch) est estimé à 0,7.

La consommation de chauffage de l’air neuf (Consél) s’élève à :

Consél = 0,34 x 3 000 x (20 – 8,5) x 1 700 / 0,7 =
28 487 143 [Wh/an] ou 28 487 [kWh/an]

Consommation d’électricité

Dans les systèmes de ventilation mécanique (simple ou double flux), la consommation électrique du (des) ventilateur(s) s’estime par :

Consél = (qv / 3 600) x Δp x t / ηvent

où,

  • Consél = consommation énergétique du transport de l’air [Wh/an]
  • qv = débit d’air neuf  [m³/h]
  • 3 600 = 3 600 secondes par heure [s/h]
  • Δp = perte de charge (pulsion + extraction) [pa]
  • t = durée de fonctionnement [h/an]
  • ηvent= rendement total du système de ventilation (moyenne entre pulsion et extraction).
Exemple.

Un système de ventilation double flux a un débit (qv) de 3 000 [m³/h], soit 3 000 / 3 600 = 0,833 [m³/s].

Il fonctionne durant une période (t) de 10 heures par jour et 250 jours par an, soit 2 500 heures par an.

La perte de charge (Δp) du réseau de distribution s’élève à 1 500 Pa (1 000 Pa pour le réseau de pulsion et 500 PA pour le réseau d’extraction).

Le rendement global des ventilateurs (ηvent) est de 0,65.

La consommation énergétique des ventilateurs (Consél) s’élève à :

Consél = 0,833 x 1 500 x 2 500 / 0,65 =
4 807 692 [Wh/an] ou 4 807 [kWh/an]

Attention, toute cette consommation ne doit pas toujours être considérée comme une perte car une partie de celle-ci est récupérée sous forme de chaleur par l’air neuf.

Paramètres de variation

Par rapport à cette situation, comment varient les consommations ?

En fonction du débit ?
La puissance des ventilateurs varie comme le cube du débit et les coûts de chauffage sont proportionnels : pour une augmentation 10 % du débit par rapport à la situation de l’exemple, on obtient une surconsommation totale de 11 % et un surcoût de 20 %.
En fonction du rendement du système de ventilation ?
Pour une diminution de 10 % du rendement du système de ventilation, on obtient une surconsommation totale de 1 % et un surcoût de 5 %.
En fonction du temps de fonctionnement ?
Pour une augmentation de 10 % des temps de fonctionnement journaliers, on obtient une surconsommation totale de 10 % et un surcoût de 10 %.

Au vu de ces ordres de grandeur, on peut établir un ordre d’action sur une installation de ventilation existante

  1. Adapter les débits d’air aux besoins pour limiter les frais de chauffage.
  2. Améliorer l’efficacité énergétique des équipements pour fournir les débits demandés avec une consommation minimum.

Calculs

 Pour évaluer la consommation de votre propre installation.