La ventilation naturelle au service de la qualité de l’air intérieur

Comment la ventilation naturelle améliore la qualité de l'air intérieur ?

La ventilation naturelle remplace l'air vicié par du frais et peut améliorer la qualité d'air intérieur en réduisant les niveaux de CO2 au sein des bâtiments. L'utilisation de fenêtres et d'ouvertures sur le toit et la façade permet également d'éviter de trop dépendre de la ventilation mécanique telle que la climatisation, afin de créer des environnements plus sains pour les occupants.

Quels sont les avantages d'une bonne qualité d'air intérieur et quelle en est l'incidence sur un bâtiment et ses occupants ?

Les polluants en intérieur et des taux de ventilation trop bas dans un espace confiné peuvent avoir une incidence négative sur la capacité des personnes à se concentrer et induire une fatigue plus rapide. Cependant, les études montrent qu'en adoptant une bonne stratégie de ventilation, le taux de performance peut augmenter jusqu'à 15 % lorsque les occupants d'un bâtiment travaillent dans un environnement intérieur à l'air renouvelé (Olesen, 2020).

Verrière modulaire avec ouvrant de ventilation de confort 

L'importance de la qualité de l'air intérieur

Au sein des bâtiments tels que les écoles et les universités, la mise en place d'une ventilation améliore le niveau d'attention, la concentration pour étudier et les performances académiques. Des études ont révélé que plus de 200 élèves ont donné des réponses plus rapidement et précisément, lors d'exercices sur ordinateur, en ce qui concerne la mémoire, la vigilance et la reconnaissance des mots, en présence de taux de ventilation plus élevés. (Bakó-Birób, 2011). L'introduction d'air frais et une diminution des taux de CO2 permettent de créer un environnement plaisant et agréable dans les bâtiments tertiaires en général.

Des études internationales ont mis en évidence la nécessité de l'air frais en intérieur

Il n'y a pas que les bâtiments éducatifs qui bénéficient de la mise en place de la ventilation. La professeure de renommée internationale de l'université de technologie de Queensland, Lidia Morawska, estime que la ventilation est indispensable afin d'améliorer la santé et le bien-être général des personnes. L'introduction de la ventilation dans la conception de bâtiments réduit l'exposition aux toxines, les émanations chimiques et les gaz indésirables.

Dômes avec ventilation de confort

L'air renouvelé améliore la santé et abaisse les coûts opérationnels des bâtiments. Une enquête récente, menée par le groupe VELUX, à mis en évidence l'émergence de la « Indoor generation » et l'incidence que cela avait sur la santé, la concentration et la productivité des personnes. Les résultats ont démontré que 78 % des personnes n'ont pas conscience que l'air intérieur est en fait plus pollué que celui de l'extérieur. Des espaces faiblement ventilés ont une incidence négative sur la santé de leurs occupants, ce qui implique davantage de congés maladies enregistrés, ainsi qu'une transmission potentielle des virus (Dijken & Boerstra, 2021)

Les virus les plus courants sont transmis à l'intérieur :

• Lieux très peuplés avec une grande promiscuité
• Configuration en contacts rapprochés avec des conversations en face à face
• Des espaces confinés et clos avec un manque de ventilation

La mise en place d'une stratégie de ventilation appropriée garantit que les occupants d'un bâtiments bénéficient d'un air frais en toutes saisons, au coût le plus bas. Par exemple, une ventilation hybride est la stratégie la plus économe en énergie et au niveau financier. En hiver, l'utilisation d'un système de ventilation à récupération de chaleur est recommandé pour diminuer la déperdition énergétique. En été, une ventilation naturelle permet de renouveler l'air en grande quantité tout en économisant l'électricité.

Quelle ventilation choisir : mécanique, hybride ou naturelle ?

Bien que les ventilations naturelles ou mécaniques aient chacune leurs avantages spécifiques, la ventilation hybride, en fonction des besoins saisonniers, demeure le système le plus efficace et le plus économe pour obtenir une qualité d'air optimale dans les bâtiments. La ventilation hybride est un système contrôlé qui récupère la chaleur, à partir de l'air renouvelé au cours de la saison froide (par le biais de la ventilation mécanique) ce qui, par conséquent, limite les besoins en chauffage mais offre aussi une ventilation efficace en saison chaude, grâce à la ventilation naturelle si les ouvertures, telles que des fenêtres ou des verrières de toit, sont gérées par un système GTB (Gestion technique de bâtiment).

Quelles sont les différences principales entre les ventilations naturelle, mécanique et hybride ?

Il a des différences capitales entre les ventilations naturelle et mécanique, mais les deux approvisionnent les bâtiments en air frais. Une association de ces deux stratégies est souvent préférable afin d'apporter au mieux une provision d'air frais intérieur pour les bâtiments commerciaux. Les trois types de ventilations existants sont naturel, mécanique et hybride. Nous allons maintenant observer comment chaque système fonctionne au sein d'un bâtiment tertiaire. 

Qu'est-ce la ventilation mécanique ?

Le fonctionnement de la ventilation mécanique ne dépend pas des conditions climatiques telles que l'intensité du vent. Cela permet plus facilement de maintenir une température constante et de contrôler la direction du flux d'air dans des espaces construits complexes.

La ventilation mécanique peut inclure un système de récupération de chaleur qui collecte une partie de celle-ci de l'air extrait, avant de le distribuer à nouveau dans le bâtiment. L'air fourni depuis une entrée d'air de ventilation mécanique atteint généralement une température de 16 à 19 degrés, même lorsqu'il fait froid. La ventilation mécanique utilise soit une pression faible pour forcer l'extraction de l'air intérieur, soit une pression forte pour aspirer l'air à l'intérieur.

Pression faible : – élimine l'air intérieur (extraction)  
Pression forte: – introduit l'air en interne (entrée d'air)

Tableau montrant les points forts et les points faibles des ventilations naturelles et mécaniques

Qu'est-ce la ventilation naturelle?

La ventilation passive est également connue sous le nom de ventilation naturelle et utilise les conditions météorologiques telles que la flottabilité thermique et la pression du vent pour faire un échange entre l'air extérieur et l'air intérieur d'un espace en interne grâce aux ouvertures comme les fenêtres, les fenêtres de toit et les verrières de toit. Le refroidissement nocturne (purge nocturne) consiste à utiliser les ouvertures en soirée, lorsqu'un bâtiment n'est pas utilisé, afin de générer des flux d'air importants et de se débarrasser de l'air chaud et vicié.

En faisant usage du vent et de la flottabilité thermique, la ventilation naturelle peut générer des taux de renouvellement de l'air plus élevés que la ventilation mécanique avec des conditions adaptées, ce qui fait d'elle une solution idéale pour se débarrasser des polluants internes rapidement. Comme par exemple, après une réunion avec de nombreux participants, réunis dans un espace restreint.

Pendant la saison chaude, la ventilation naturelle peut fournir suffisamment d'air frais sans une déperdition énergétique importante, lorsque la température extérieure est proche de la température intérieure et que la ventilation mécanique n'est pas nécessaire. Dans ces conditions spécifiques, la ventilation naturelle consomme moins d'énergie et il n'y a pas besoin de recourir à une ventilation électrique.

Cependant, le fait de chauffer de l'air consomme de l'énergie. Cela signifie que la qualité de la récupération de chaleur par la ventilation mécanique est moins énergivore que la ventilation naturelle en hiver, puisque la chaleur de l'air extrait est « récupérée », malgré la ventilation électrique, et le fait que la ventilation mécanique est en marche quand les fenêtres et les verrières de toit ne sont pas ouvertes. La ventilation naturelle est synonyme de déperdition de chaleur en hiver et devrait se limiter à une aération occasionnelle.

Qu'est-ce la ventilation hybride ?

La ventilation hybride associe les qualités de la ventilation naturelle, à l'aide d'un système mécanique et se substitue aux changements météorologiques saisonniers. La ventilation mécanique fournit un apport d'air continu qui peut être associé aux capacités de la ventilation naturelle à se débarrasser de l'air vicié par le biais d'une aération occasionnelle. L'une des stratégies de ventilation hybride consiste à utiliser la ventilation mécanique avec récupération de chaleur en hiver afin de réduire sa déperdition, et de donner priorité à la ventilation naturelle dans les périodes plus chaudes, afin d'économiser l'énergie de refroidissement ou de se débarrasser rapidement des hauts niveaux de polluants intérieurs.

Verrières de toit ouvertes pour ventiler naturellement

Est-ce qu'un système hybride est le plus adapté à un bâtiment tertiaire ?

Lorsqu'il s'agit de prendre en compte un cycle annuel, le fait de s'appuyer sur une ventilation hybride (ventilation mécanique pendant la saison froide et ventilation naturelle pendant la saison chaude) est moins énergivore que d'utiliser une ventilation mécanique toute l'année. Cela est vrai pour tous les climats, qu'ils soient chauds, modérés et froids.

La ventilation hybride associe le meilleur des deux mondes : bonne performance énergétique en hiver, ventilation mécanique avec récupération de chaleur et bonnes performances en été de la ventilation naturelle. La structure et l'usage d'un bâtiment indique quels sont les composants de ventilation à inclure et comment tout le potentiel de la ventilation hybride peut être exploité.

Une stratégie de ventilation doit tenir compte de la conception d'un bâtiment commercial ou industriel, des charges thermiques internes, du positionnement des verrières de toit et des fenêtres et de l'incidence que l'apport solaire a sur la température.

Les facteurs importants à prendre en compte sont les suivants :  

• Confort thermique Facilité de fonctionnement
• Sécurité des occupants du bâtiment
• Équipe de maintenance ayant accès aux fenêtres, aux verrières et aux ouvertures sur le toit
• Normes réglementaires et en matière d'incendies
• Usage et forme d'un bâtiment

Environnements intérieurs sains, confortables et productifs

La surveillance des niveaux de CO2 est un élément clé à prendre en compte pour s'assurer qu'un système de ventilation adapté est en place et pour garantir la salubrité du climat intérieur. Mais l'alternance entre la ventilation mécanique pendant la saison froide et la ventilation naturelle pendant la saison chaude est plus économique que l'usage de la ventilation mécanique toute l'année. Le refroidissement par ventilation naturelle peut également réduire la nécessité d'utiliser la climatisation dans les bâtiments tertiaires. Dans la plupart des bâtiments tertiaires, les systèmes de ventilation sont contrôlés par des capteurs et peuvent intégrer un système GTB (Gestion technique de bâtiment) qui permet d'avoir recours à une ventilation hybride.

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Sources

Bakó-Birób, Z., 2011. Ventilation rates in schools and pupils' performance, Reading: The University of Reading.

Olesen, B., 2020. Productivity and Indoor Air Quality, Copenhagen: Technical University of Denmark.

Dijken, F. V. & Boerstra, A., 2021. Implications of COVID-19 pandemic for application of natural ventilation, Brussels: REHVA Journal.