Ventilation de l’antenne communale de Louvain-la-Neuve

Sommaire

Présentation du projet

La commune d’Ottignies-Louvain-la-Neuve a pris l’initiative de se doter d’un bâtiment exemplaire sur le plan énergétique lors de la construction de son antenne communale à Louvain-la-Neuve. L’appel à projet du bâtiment date du 2 septembre 2008 et a été obtenu par le cabinet d’architecture DELTA. Le bureau d’étude Matriciel s’est chargé des études énergétiques et le bureau BSolutions des techniques spéciales. Le chantier a été terminé en septembre 2013.

L’antenne communale de Louvain-la-Neuve est située au 1 voie des hennuyers à Louvain-la-Neuve.

Le bâtiment neuf abrite certains services de l’administration communale de la ville d’Ottignies-Louvain-la-Neuve ainsi que des locaux pour le CPAS et l’antenne de police. Il possède de nombreux bureaux individuels et paysagers et plusieurs salles de réunion. Il est également équipé d’une cafétéria, de plusieurs cuisines, de douches au rez-de-chaussée et de toilettes à chaque étage.
Le bâtiment est divisé en deux parties distinctes marquées par la matérialité de ses façades et de sa forme :

la “tour” qui fait office de hall d’entrée, d’accueil, de salle d’attente et de circulation verticale dans le bâtiment et intègre la cafétéria au dernier étage et ;
les plateaux où se situent les bureaux, salles de réunions et sanitaires. Les locaux techniques et l’antenne de police sont situés au rez-de-chaussée.

Vues intérieures de la salle d’attente située dans la “tour” et des bureaux du CPAS.

Ce bâtiment a été pensé et construit avec l’objectif d’atteindre des performances énergétiques passives. Cependant, durant les phases d’analyses, il a été nécessaire de ne pas intégrer la partie cafétéria et hall d’entrée (la tour du bâtiment) dans le modèle passif afin de pouvoir obtenir les performances énergétiques souhaitées. Une petite astuce qui a permis d’obtenir, pour une partie seulement du bâtiment, le label passif !

Le tableau suivant présente un récapitulatif des valeurs cibles pour un bâtiment passif et les résultats obtenus par simulation lors de l’avant-projet de l’antenne communale.

Indicateur	Objectifs	Résultats
Vitrages	G > 50%	52%
Besoin net de chauffage	≤ 15 kWh/m²an	13 kWh/m²an
Besoin net de refroidissement	≤ 15 kWh/m²an	3 kWh/m²an
Surchauffe estivale	<< 10%	8 %
Puissance d’éclairage	< 8 W/m²	7,8 W/m²
Étanchéité à l’air	n50 < 0,6	Atteint par hypothèse
Absence de ponts thermiques	coefficients de transmission linéaires < 0,01 W/mK	Atteint par hypothèse
Ventilateur à courant continu	consommation <0,45 W/(m³/h)	0,35 W/(m³/h)
Récupération de chaleur haut rendement	> 75 %	> 80 %
Consommation d’énergie primaire	< 85 kWh/m²an	67 kWh/m²an

La ventilation de ce bâtiment est son point particulier. En effet, il possède deux modes de ventilation. Le premier est une ventilation mécanique double flux et le second une ventilation naturelle manuelle réalisée par ouverture des fenêtres et cheminées centrales. L’alternance de ces deux modes se fait suivant des conditions bien précises.

Régulation de la température et du renouvellement d’air

Le bâtiment est équipé, pour le chauffage :

d’une chaudière au gaz modulante fonction de la température extérieure suivant un régime nominal 50/30 °C,
de radiateurs avec vannes thermostatiques,
d’une régulation intégrée pour moduler la température de l’air soufflé grâce à un récupérateur de chaleur à plaques de rendement supérieur à 75 % et d’une batterie à eau,
de sondes de température intérieurs et extérieurs.

et pour le renouvellement d’air (mécanique) :

d’un groupe de ventilation de pulsion et d’extraction de 3600 m³/h,
d’une régulation par horloge,
d’une sonde de pression de gaine 500 Pa permettant de faire varier la vitesse des ventilateurs en fonction de l’ouverture (et fermetures) des registres et clapets,
de trois sondes de qualité d’air ambiant agissant, notamment, sur les ouvertures des cheminées et trémies,
d’un capteur de pluie.

Consignes de températures et de confort

De façon générale, la température de confort prévue pour le bâtiment se situe entre 20 et 25 °C. Un programme horaire pour la température de consigne est prévu :

Températures de consignes
Horaire	“Bureaux”	“Tour”
Lundi à vendredi de 7h30 à 17h30 et samedi de 8h à 20h	20 °C	15 °C
La nuit et les Week-ends	15 °C	10 °C

La ventilation hygiénique, ventilation de base, est coupée les nuits et les week-ends.

Du point de vue technique : les principes et valeurs de régulation

Chauffage

La modulation du confort intérieur est réalisée grâce à la chaudière, à un thermostat d’ambiance intérieur, à des vannes thermostatiques et à l’aide d’un programme horaire indiquant le régime d’occupation.

Si la température extérieure est négative, l’activité de la chaudière est maintenue en permanence. Au contraire, si la température extérieure est supérieure à 20 °C ou si l’on travaille en ventilation naturelle, la chaudière est mise à l’arrêt.

Ventilation

Pour la ventilation, le passage d’un mode à l’autre est principalement fonction de la température extérieure. Toutefois, des dérogations sont possibles : en cas de pluies, du dépassement d’un seuil critique pour la qualité de l’air, d’incendie, etc.

Le mode de fonctionnement de la ventilation est le suivant :

Régulation de la ventilation
Température extérieure	Ventilation mécanique	Ventilation naturelle avec ouverture des fenêtres
inférieure à 15 °C	Débit nominal	non
entre 15 °C et 24 °C	Débit minimal	Possible
supérieure à 24 °C	Débit nominal + Free cooling	non

Le débit nominal correspond au débit de conception en s’adaptant aux débits recommandés (pulsés et extraits) de l’annexe C3 de la PEB, elle-même basée sur la norme NBN 13799. Ce type de ventilation suppose que l’air est pulsé et extrait entièrement grâce au système mécanique, les trémies des cheminées centrales sont donc fermées.
Le débit minimal correspond à la ventilation minimale requise pour les sanitaires. Celle-ci est effectuée par extraction. Lorsque la ventilation passe en débit minimal, les ouvrants pour la ventilation naturelle sont ouverts et celle-ci est donc permise dans les bureaux et la tour.
Le free cooling permet le refroidissement du bâtiment durant les périodes chaudes. Il est estimé à 4 vol/h.

Plusieurs dérogations à cette régulation existent, en cas :

de pluies : la ventilation (re)passe en débit nominal et les ouvertures pour la ventilation naturelle sont fermées.
de dépassement du seuil défini de qualité de l’air intérieur : la ventilation (re)passe en débit nominal durant minimum 1h.
de dérogation grâce à un bouton manuel dans la salle de réunion : la ventilation mécanique nominale est forcée dans tout le bâtiment.

Capteur de pluie et bouton de la salle de réunion permettant de déroger à la ventilation naturelle et de forcer la ventilation mécanique.

Finalement, le by-pass du récupérateur de chaleur est activé si la température extérieure est supérieure à 15 °C et qu’elle est inférieure à la température intérieure.

Du point de vue des occupants : une régulation par indicateur lumineux et vannes thermostatiques

Chauffage

Les occupants sont invités, grâce à des affiches, à placer leurs vannes thermostatiques sur la position 3 pour avoir une température équivalente d’environ 20 °C.

Ventilation

Une particularité du site est la présence de témoins lumineux. Ces indicateurs lumineux servent à prévenir les utilisateurs du bâtiment de l’état de fonctionnement de la ventilation :

Lumière verte : la ventilation mécanique est minimal, ouverture des fenêtres autorisée.
Lumière rouge : la ventilation mécanique est nominal, ouverture des fenêtres interdite.

Sous chaque témoin lumineux est disposée une note explicative du fonctionnement de la ventilation et des consignes d’utilisations optimal.

Indicateur lumineux et note explicative disposée dans les couloirs du bâtiment.

Cet affichage visuel est intéressant, car il est simple à comprendre et à mettre en place. De plus, il ajoute un aspect participatif et pédagogique qui permet aux utilisateurs de comprendre le fonctionnement des mécanismes de ventilations au sein de leur bâtiment.

Cependant, cela pourrait être encore plus efficace si le témoin lumineux n’était pas seulement situé dans le couloir où il est uniquement visible si les occupants sortent de leur bureau.

La ventilation naturelle par cheminées centrales

Le bâtiment est équipé d’un système de plusieurs cheminées centrales permettant la ventilation naturelle des locaux, étage par étage suivant les affectations du bâtiment, les bouches d’extraction étant situées dans le couloir.

Organisation des cheminées d’extraction pour la ventilation naturelle de l’antenne communale

Bouches de rejet des cheminées situées en toitures

Ce mode de ventilation naturelle est très intéressant car économique et théoriquement très efficace. Il fonctionne suivant le principe du tirage thermique.

L’air extérieur étant plus frais que l’air intérieur, les fenêtres vont être ouvertes afin de refroidir les locaux. Cet air étant réchauffé monte et finit par être évacué par les bouches d’extraction de la cheminée créant ainsi une circulation de l’air intérieur. En outre, au plus la différence de température sera élevée entre l’intérieur et l’extérieur, au plus le tirage thermique sera efficace et donc augmentera le débit de ventilation. Il est autoadaptatif !

Circulation de l’air dans les locaux en ventilation naturelle

Chaque niveau du bâtiment possède son système de cheminée qui permet un taux de renouvellement d’air théorique de 1.5 vol/h en journée. Théoriquement, on aura donc un débit à chaque étage de :

Étage	Superficie [m²]	Hauteur sous plafond [m]	Estimation du débit [m³/h]
Rez-de-chaussée	209	4	1254
Premier	262	3,22	1265
Deuxième	348	3,22	1680
Troisième	348	3,92	2046

La ventilation mécanique double flux

La ventilation naturelle est couplée à une ventilation mécanique double flux permettant un débit total de 3600 m³/h pour les bureaux.

La ventilation mécanique double flux est là pour assurer la ventilation hygiénique des locaux fonctionnant en parallèle de la ventilation naturelle lorsqu’elle est en fonctionnement, ainsi que la ventilation intensive lorsque les conditions extérieures ne permettent pas une ventilation naturelle. Seules la salle informatique et la cafétéria sont sous ventilation mécanique double flux constante.

L’ensemble des conduits horizontaux passe par de faux plafonds. Les conduits verticaux se situent soit dans des gaines techniques soit directement dans les cheminées centrales. Idéalement, il faudrait vérifier que dans ce dernier cas, les conduits n’entravent pas le bon fonctionnement de la ventilation naturelle.

Les bouches de pulsions sont situées dans les locaux telles que les bureaux, salles de réunion et salles informatiques et l’extraction se fait dans les sanitaires et les cuisines (zones humides).

Circulation de l’air dans les locaux en ventilation mécanique

La centrale de traitement d’air (CTA) est située en toiture. Elle est équipée d’un récupérateur de chaleur à haut rendement (> 80 %) composé d’un échangeur à plaques en aluminium à contre-courant qui permet d’obtenir de bonne économie d’énergie en préchauffant l’air entrant grâce à l’air extrait du bâtiment. Elle possède également une batterie chaude alimentée par la chaudière centrale du bâtiment.

Après la récupération de chaleur et le préchauffage par batterie chaude de 12,2 kW, l’air pulsé dans les locaux est à une température maximale de 24 °C.

Cette CTA ne prévoit finalement pas d’humidificateur ni de déshumidificateur et donc pas de batterie froide. En effet, le climat de la région et la possibilité de free cooling devraient permettre de se dispenser d’un système de refroidissement.

Campagne de mesures

Une petite campagne de mesures des ambiances intérieures a été lancée en août 2015 afin de vérifier les conditions de confort (température, humidité relative et concentration en CO₂) du bâtiment. Cette campagne a consisté en une mesure objective de paramètres d’ambiance, mais aussi en un relevé des ressentis des occupants vis-à-vis de la qualité de l’air intérieur et de leur confort thermique.

Monitoring du bâtiment

Ce monitoring a consisté en la pose de 6 dataloggers (sondes de mesures avec enregistrement des données) dans le bâtiment afin d’observer l’évolution des ambiances intérieures.

Les 6 loggers étaient :

2 sondes mesurant la température, l’humidité relative, la concentration en CO₂,
3 sondes mesurant la température et l’humidité intérieure des locaux,
1 sonde d’extérieur mesurant la température et l’humidité du climat sur site.

Datalogger avec capteur permettant la mesure de la température, de l’humidité relative et de la concentration de CO₂

La mesure du CO₂ a plusieurs intérêts, il permet :

de jouer le rôle d’indicateur de la qualité de l’air,
de mesurer indirectement la concentration des autres polluants par corrélation,
détecter la présence de personnes dans le local,
de déduire l’amené d’air neuf : 30m³/pers/h permet de maintenir 1000 ppm dans l’ambiance avec une concentration extérieure en CO₂ d’environ 400 ppm.

L’ensemble des sondes intérieures ont été réparties dans les bureaux au premier et deuxième étages sous des orientations différentes et également aux fréquentations diverses de manière à représenter la majorité des zones thermique et d’ambiances possibles du bâtiment :

Datalogger	Type de bureau	Superficie	Orientation	Occupation	Apports solaires	Charges hygrothermiques
Température, humidité et CO₂ n°1	Open-space et guichets de la commune	98 m²	nord-ouest	variable	limités	fortes
Température, humidité et CO₂ n°2	Bureau individuel	18 m²	nord-ouest	1 personne	limités	faibles
Température, humidité n°1	Bureau collectif n°1	28 m²	sud-est	3 personnes	importants	moyennes
Température, humidité n°2	Bureau collectif n°2	25 m²	nord-ouest	2 personnes	limités	moyennes
Température, humidité n°3	Bureau d’accueil avec fenêtre ouverte sur le couloir	18 m²	nord-ouest	2 personnes	limités	moyennes

Relevé d’impression d’ambiance par les occupants

Dans chacun des bureaux où un datalogger a été placé, il a été demandé aux occupants de remplir quotidiennement, midi et soir, un relevé d’ambiance intérieur. Les informations récoltées sont de type :

Ouvertures des fenêtres suivant une position ouverte ou fermée;
Ressenti de la qualité de l’air suivant une échelle de valeurs à 5 niveaux de très mauvaise à bonne;
Ressenti de la température suivant une échelle de valeurs de 7 niveaux de très chaud à très froid;
Commentaires ou sensations spécifiques.

De plus, afin de déterminer si des écarts de températures sont dus à une mauvaise utilisation des locaux ou à un mauvais réglage des installations, nous avons demandé à quelques utilisateurs de noter, de manière régulière (midi et soir), la position des fenêtres (ouvertes ou fermées), et leurs ressentis de la température et de la qualité d’air. En plus de déterminé si les installations sont bien utilisées ou non, c’est relevé devraient permettre de comprendre les évolutions de températures relevées par les loggers.

Observations des résultats

Relevé des mesures

Institution			CPAS			Ville		Climat extérieur
Orientation			Nord – ouest		Sud – est	Nord – ouest
Programme			Secrétariat	Bureau			Open space
Surface			18 m²	18 m²	28 m²	25 m²	98 m²	–
Occupation			2 pers.	1 pers.	3 pers.	2 pers.	Variable	–
Températures	24h/24	Min	20,9 °C	21,3 °C	21,2 °C	20,8 °C	20,9 °C	11,9 °C
	24h/24	Max	28,2 °C	27,7 °C	28,2 °C	31,2 °C	26,6 °C	30,4 °C
	Horaire de travail	Min	20,9 °C	21,3 °C	21,2 °C	20,8 °C	20,9 °C	12,4 °C
	Horaire de travail	Max	27,5 °C	27,3 °C	27,2 °C	25,7 °C	25,6 °C	27,9 °C
Humidité relative	24h/24	Min	40 %	37 %	42 %	40 %	38 %	29 %
	24h/24	Max	61 %	60 %	61 %	63 %	60 %	93 %
	Horaire de travail	Min	40 %	37 %	42 %	41 %	38 %	29 %
	Horaire de travail	Max	61 %	54 %	59 %	63 %	57 %	89 %
Concentration en CO₂	24h/24	Min	–	398 ppm	–	–	432 ppm	–
	24h/24	Max	–	1254 ppm	–	–	805 ppm	–
	Horaire de travail	Min	–	483 ppm	–	–	486 ppm	–
	Horaire de travail	Max	–	1254 ppm	–	–	805 ppm	–

Observations

en humidité relative

L’humidité relative intérieure est toujours située dans ou proche (à 3 % près) des plages recommandées par la réglementation à savoir 40 – 60 % sur les lieux de travail.

Aucune incohérence dans son évolution vis-à-vis de l’humidité extérieure et de la température intérieure n’a été relevée.

Dans plusieurs locaux en certaines périodes, l’humidité relative intérieure est quasiment identique à l’humidité relative extérieure ce qui peut attester d’une ouverture des fenêtres prolongée et/ou intensive.

La régulation de l’humidité relative du bâtiment semble donc être correctement réalisée.

en température

Durant les heures de travail, la température intérieure ne dépasse jamais la limite haute de température acceptable définie par la théorie du confort adaptatif. Toutefois dans trois locaux, la température intérieure dépasse 25 °C sur plus de 40 % de la période travail ce qui atteste d’une surchauffe plus importante que prévue.

Globalement, l’on remarque que la température diminue en matinée avec l’enclenchement de la ventilation, puis avec l’arrivée des usagers et l’ouverture des fenêtres, ce jusqu’en milieu et fin de matinée. À partir de là, la température croit jusqu’en fin de journée de travail. Durant la nuit et le week-end, le bâtiment se décharge lentement de sa chaleur interne.

On remarque l’impact de la ventilation mécanique le matin avec la chute de température dès 7h30.

Lorsque la température extérieure dépasse les 24 °C, les fenêtres sont sensées être fermées et la ventilation mécanique active. Or aucune indication dans le relevé des températures n’indique une diminution ou une stagnation à ces périodes. Cela arrive dans les trois locaux qui subissent le plus de surchauffes (T_int > 25 °C).

Dans l’open space et dans le petit bureau individuel du CPAS, l’évolution de la température reste très stable par rapport aux trois autres locaux qui subissent des variations plus importantes (vers le haut) généralement l’après-midi.

L’évolution de la température au cours du temps dans les locaux est difficile à appréhender étant donné que tant le climat extérieur, le fonctionnement de la ventilation et le comportement des occupants vont influencer celle-ci. Toutefois, il est à noter que même si les températures restent dans les limites acceptables de confort, elles dépassent trop souvent les 25 °C surtout que la température extérieure chute appréciablement durant la nuit. Un refroidissement nocturne du bâtiment grâce aux cheminées centrales pourrait peut-être abaisser la température pour démarrer la journée à 20 °C ou tout du moins à la limite basse de température de confort acceptable suivant la théorie du confort adaptatif et donc limiter les surchauffes dans l’après-midi.

en concentration de CO₂

Dans l’open space, la concentration de CO₂ semble ne pas dépasser les 800 ppm soit respecter les réglementations. Toutefois, même les périodes hautes correspondent aux heures d’ouverture de la commune, aucun plafond ne permet d’indiquer qu’une occupation accrue n’entrainera pas le dépassement des 1000 ppm. Il est à noter que l’open space est un espace de près de 100 m² qui est totalement ouvert sur le couloir traversant le bâtiment dans la longueur.

Le deuxième local où une sonde mesurant la concentration de CO₂ a été placée est le bureau individuel orienté nord-est. Dans celui-ci, la variation de CO₂ est beaucoup plus importante et la concentration dépasse durant 2 périodes les 1000 ppm. Une ouverture de la fenêtre marque clairement une chute du CO₂ du local.

Conclusion

Les quelques mesures effectuées ne permettent pas de dire si les principes innovants de ventilation prévus dans l’antenne communale de la ville de Louvain-la-Neuve sont efficaces pour garantir une qualité de l’air optimale et un confort thermique idéal durant l’été. La réponse semble positive dans un premier temps, mais quelques observations isolées devraient être étudiées plus en profondeur et expliqués pour en déterminer l’impact de la régulation de la ventilation.

Présentation du projet