Les bâtiments modernes sont plus étanches que jamais. C’est excellent pour l’efficacité énergétique, mais une ventilation mécanique mal conçue peut alors nuire à la qualité de l’air intérieur. Les normes ASHRAE 62.1 et 62.2 définissent le débit minimal d’air extérieur à fournir aux espaces occupés afin de diluer les contaminants produits par les occupants et les émissions des matériaux. Comprendre leur calcul aide à concevoir des systèmes CVC conformes aux codes et favorables à la santé.
Pourquoi les bâtiments étanches doivent être ventilés mécaniquement
Avant le renforcement des codes énergétiques, les maisons et les bâtiments commerciaux comptaient sur les infiltrations naturelles à travers les interstices de l’enveloppe pour apporter de l’air neuf. Une maison des années 1970 mal étanche pouvait connaître 0.5 à 1.0 renouvellement naturel d’air par heure, apportant sans système mécanique une quantité importante d’air extérieur. Avec des fenêtres performantes, des pénétrations étanchées, des pare-intempéries et des barrières à l’air continues, les bâtiments sont devenus plus étanches; dans une construction récente conforme aux codes, l’infiltration naturelle est tombée à 0.1–0.2 ACH, voire moins. À ces niveaux, le dioxyde de carbone produit par les occupants peut nuire aux fonctions cognitives, les COV émis par les matériaux et le mobilier peuvent atteindre des concentrations nocives, et l’humidité de la cuisine, des bains et de la respiration peut provoquer condensation et moisissures. Les normes ASHRAE 62.2 pour le résidentiel et 62.1 pour le commercial définissent le débit minimal d’air extérieur mécanique qui doit compenser l’infiltration que l’étanchéité ne fournit plus naturellement. Référencées dans les codes internationaux du bâtiment et de l’habitation, elles rendent ces minimums obligatoires dans la plupart des juridictions américaines et dans de nombreux autres marchés.
Application de la norme ASHRAE 62.2 aux maisons
La norme ASHRAE 62.2 utilise une formule simple à deux composantes. La composante surfacique — 0.01 CFM par pied carré de surface conditionnée — couvre les émissions des tapis, peintures, adhésifs et meubles, indépendamment du nombre d’occupants. La composante liée à l’occupation — 7.5 CFM par personne, le nombre de personnes étant estimé à « chambres + 1 » — couvre le CO₂, les odeurs corporelles et les autres contaminants émis par les occupants. Pour une maison courante de 2,000 pi² et 3 chambres, le débit requis est 0.01 × 2,000 + 7.5 × 4 = 50 CFM en continu. Il peut être assuré par un ventilateur d’extraction fonctionnant sans interruption, un ventilateur d’insufflation raccordé au retour du système CVC, ou un ventilateur récupérateur de chaleur (VRC) ou d’énergie (VRE) équilibré. Un VRC ou un VRE récupère 60 à 80 % de l’énergie de l’air évacué, réduisant fortement le coût du chauffage ou du refroidissement de l’air neuf. La norme autorise aussi un fonctionnement intermittent à un débit supérieur comme solution de remplacement du fonctionnement continu.
Application de la norme ASHRAE 62.1 aux bâtiments commerciaux
La norme ASHRAE 62.1 applique la procédure de débit de ventilation (VRP). Elle calcule le besoin d’air extérieur à partir de l’occupation et de la surface, puis le corrige selon l’efficacité avec laquelle le système distribue l’air neuf aux occupants. Le débit d’air extérieur de la zone respiratoire (Vbz) vaut Rp × Pz + Ra × Az : Rp est le débit d’air extérieur par personne en CFM (de 5 CFM/personne dans les bureaux à 10 dans les salles de conférence), Pz l’occupation maximale de la zone, Ra le débit par unité de surface en CFM/pi² (généralement 0.06 dans les bureaux) et Az la surface de la zone. Le débit fourni à la zone (Voz) est ensuite égal à Vbz divisé par l’efficacité Ez. Ez vaut 1.0 pour un soufflage et une reprise standard au plafond, 0.8 pour un soufflage au sol ou lorsque l’air insufflé est plus froid que la pièce en mode chauffage, et peut atteindre 1.2 pour la ventilation par déplacement. Plus Ez est faible, moins l’air soufflé se mélange efficacement; un débit extérieur supérieur est alors nécessaire pour atteindre la concentration requise dans la zone respiratoire.
Le coût énergétique de l’air extérieur
Chaque pied cube par minute d’air extérieur entrant dans un bâtiment doit être porté à la température intérieure avant que les occupants le respirent. Dans un climat froid, il faut par exemple chauffer l’air hivernal de 10 °F à 70 °F, soit un écart de 60 °F qui demande beaucoup d’énergie. Dans un climat chaud et humide, il faut à la fois refroidir et déshumidifier l’air extérieur. Cette charge de conditionnement liée à la ventilation peut représenter 20 à 40 % de la consommation totale du système CVC dans un bâtiment commercial étanche. La ventilation avec récupération d’énergie, au moyen d’un VRC ou d’un VRE, transfère la chaleur et parfois l’humidité de l’air évacué à l’air neuf; c’est le moyen le plus efficace de respecter les débits requis sans payer la totalité du coût de conditionnement. Les VRE transfèrent chaleur sensible et humidité; ils sont particulièrement adaptés aux climats humides. Les VRC ne transfèrent que la chaleur sensible et conviennent mieux aux climats froids et secs où l’humidification hivernale est prioritaire. Un appareil bien conçu peut récupérer 70 à 80 % de l’énergie thermique qui serait autrement rejetée, ramenant le surcoût énergétique de ventilation à une fraction de celui d’un système sans récupération.
Erreurs courantes dans la conception de la ventilation
Plusieurs erreurs récurrentes aboutissent à des systèmes qui ne respectent pas le code ou entraînent des coûts énergétiques inutilement élevés. En résidentiel, l’erreur la plus courante consiste à installer un ventilateur de salle de bains et à le considérer comme le système de ventilation, puis à le laisser sur un interrupteur manuel que les occupants n’utilisent jamais. La norme ASHRAE 62.2 exige un fonctionnement continu ou programmé automatiquement; un ventilateur commandé uniquement à la main n’est pas conforme sans minuterie ou commande garantissant sa durée minimale de fonctionnement. Dans le commercial, on dimensionne parfois le registre d’air extérieur et le système d’insufflation uniquement pour l’occupation maximale, sans prévoir que le débit minimal lié à l’occupation doit pouvoir s’ajuster quand les locaux sont moins occupés. La ventilation à la demande (DCV) avec capteurs de CO₂ peut réduire le débit extérieur lors des périodes de faible occupation sans dégrader la qualité de l’air, tout en économisant beaucoup d’énergie. Une autre erreur consiste à placer la prise d’air neuf près d’une sortie d’extraction, d’un stationnement ou d’une aire de livraison, ce qui contamine l’air à la source. La norme ASHRAE 62.1 fixe des distances minimales et tient compte des vents dominants; ces facteurs doivent être considérés lors de l’implantation des équipements.