Chapitre 9 : Ventilation Naturelle et Hybride : Renouveler l’Air Sans Surconsommer d’Énergie

La ventilation naturelle et hybride représente une approche ingénieuse pour assurer un renouvellement d’air efficace dans les bâtiments tout en minimisant la consommation énergétique. Contrairement aux systèmes de climatisation et de ventilation mécanique classiques qui peuvent être énergivores, ces méthodes exploitent les forces naturelles comme le vent et les différences de température pour ventiler les espaces. L’objectif est de garantir une bonne qualité d’air intérieur, de contrôler l’humidité et de rafraîchir les bâtiments, le tout de manière durable et économique.

Vous avez mis en évidence les aspects clés de la ventilation naturelle et hybride :

Principes et avantages de la ventilation naturelle :

La ventilation naturelle repose sur des principes physiques simples et offre de nombreux avantages :

• Principes de base :

  • Pression du vent : Le vent crée des zones de pression positive et négative autour du bâtiment. En positionnant stratégiquement des ouvertures (fenêtres, grilles) sur les façades exposées au vent (pression positive) et sur les façades opposées (pression négative), on crée un flux d’air traversant qui renouvelle l’air intérieur.
    
  • Convection naturelle (Différences de température ou Tirage thermique) : L’air chaud est moins dense que l’air froid et a tendance à monter. En créant des ouvertures basses et hautes, on utilise cette différence de densité pour créer un mouvement d’air ascendant. L’air chaud intérieur s’échappe par les ouvertures hautes, créant une dépression qui aspire l’air frais extérieur par les ouvertures basses. C’est le principe du tirage thermique ou effet de cheminée.
    
  • Rafraîchissement nocturne (Ventilation nocturne) : L’air extérieur est souvent plus frais la nuit, surtout en été. Ouvrir les fenêtres pendant la nuit permet de ventiler intensivement le bâtiment et d’évacuer la chaleur accumulée dans les matériaux pendant la journée. La masse thermique du bâtiment est ainsi rafraîchie, ce qui contribue à maintenir une température intérieure plus fraîche le jour suivant.
    

• Avantages de la ventilation naturelle :

  • Économies d’énergie : Réduction significative, voire suppression, des besoins en climatisation et ventilation mécanique, entraînant des économies d’énergie substantielles et une diminution de l’empreinte carbone du bâtiment.
  • Amélioration de la qualité de l’air intérieur : Apport d’air frais extérieur et évacuation des polluants intérieurs (COV, CO2, humidité, etc.), favorisant un environnement intérieur plus sain.
  • Confort thermique accru : Rafraîchissement en été, élimination de la sensation de confinement, sensation de fraîcheur naturelle et agréable.
  • Simplicité et fiabilité : Systèmes simples, robustes, peu coûteux à l’installation et à la maintenance, moins de dépendance aux équipements mécaniques complexes.
  • Aspect écologique : Utilisation de ressources naturelles (vent, différences de température), réduction de la consommation d’énergie fossile et des émissions de gaz à effet de serre.
  • Bien-être et santé : Connexion avec l’environnement extérieur, lumière naturelle accrue (si couplée à des ouvertures), réduction du bruit (par rapport à la climatisation), effet positif sur la santé et le bien-être des occupants.

Techniques de ventilation naturelle :

De nombreuses techniques peuvent être mises en œuvre pour optimiser la ventilation naturelle dans les bâtiments :

• Ouvertures :

  • Fenêtres ouvrantes : Fenêtres à battants, oscillo-battantes, coulissantes, permettant de moduler le débit d’air et de contrôler la ventilation en fonction des besoins et des conditions climatiques.
    
  • Grilles de ventilation : Grilles fixes ou réglables placées en partie haute et basse des murs ou des portes, assurant une ventilation permanente ou modulable.
    
  • Impostes et vasistas : Ouvertures situées en partie haute des murs ou des portes, favorisant le tirage thermique et la ventilation haute.
    
  • Portes-fenêtres et baies vitrées : Grandes ouvertures favorisant la ventilation traversante et l’apport de lumière naturelle.

• Fenêtres de toit et lanterneaux : Placés en toiture, ils favorisent le tirage thermique en créant des ouvertures hautes pour l’évacuation de l’air chaud. Ils apportent également de la lumière naturelle zénithale.

  

• Puits canadiens (ou puits provençaux) : Systèmes géothermiques passifs qui utilisent l’inertie thermique du sol pour préchauffer l’air en hiver et le rafraîchir en été. L’air extérieur est aspiré et circule dans des conduits enterrés avant d’être insufflé dans le bâtiment. En été, le sol frais refroidit l’air, et en hiver, le sol plus chaud le réchauffe légèrement.

  

• Cheminées solaires (ou tours à vent solaires) : Structures verticales captant le rayonnement solaire et utilisant l’effet de cheminée pour créer un tirage thermique important. L’air se réchauffe dans la cheminée sous l’effet du soleil, devient plus léger et monte, aspirant l’air frais du bâtiment. Peuvent être associées à des systèmes de refroidissement adiabatique (évaporation d’eau) pour augmenter l’efficacité du rafraîchissement.

  

• Surchauffes solaires ventilées (murs Trombe ventilés) : Murs solaires captant la chaleur du soleil et la diffusant dans le bâtiment par convection naturelle ou forcée. Peuvent être utilisés pour le chauffage en hiver et, en mode ventilation, pour créer un tirage thermique en été.

  

• Cours intérieures et patios : Espaces ouverts au centre du bâtiment, favorisant la ventilation naturelle, l’ombrage et le rafraîchissement par évaporation. L’air frais est aspiré par la cour intérieure et circule dans le bâtiment.

  

Solutions de ventilation hybride :

La ventilation hybride combine les avantages de la ventilation naturelle et de la ventilation mécanique contrôlée (VMC). Elle vise à optimiser la ventilation en fonction des conditions climatiques et des besoins, en privilégiant la ventilation naturelle lorsque les conditions sont favorables et en basculant vers la VMC lorsque la ventilation naturelle est insuffisante ou inefficace (absence de vent, températures extrêmes, pollution extérieure, etc.).

• Principes de la ventilation hybride :

  • Ventilation naturelle prioritaire : Le système est conçu pour maximiser l’utilisation de la ventilation naturelle, en utilisant des ouvertures, des conduits et des stratégies de tirage thermique.
  • VMC en appoint ou en complément : Une VMC simple flux ou double flux est intégrée au système pour assurer un débit d’air minimal en cas de besoin et pour garantir la qualité de l’air intérieur en toutes circonstances. La VMC peut être activée automatiquement en fonction de critères comme la température intérieure, l’humidité, le taux de CO2, ou manuellement par les occupants.
  • Régulation et automatisation : Des capteurs (température, vent, humidité, CO2) et des systèmes de régulation intelligents pilotent le fonctionnement du système hybride, en modulant l’ouverture des fenêtres, le fonctionnement des ventilateurs de VMC, et en optimisant les modes de ventilation naturelle et mécanique.

• Types de systèmes de ventilation hybride :

  • Ventilation naturelle assistée par VMC simple flux hygroréglable : La VMC simple flux hygroréglable adapte le débit d’air extrait en fonction du taux d’humidité de chaque pièce. En complément, des entrées d’air autoréglables ou hygroréglables peuvent être utilisées dans les pièces sèches pour optimiser la ventilation naturelle lorsque les conditions le permettent.
  • Ventilation naturelle assistée par VMC double flux : La VMC double flux assure une ventilation mécanique avec récupération de chaleur. En mode ventilation naturelle, les ventilateurs de la VMC sont arrêtés et l’air circule naturellement à travers le bâtiment. Un système de by-pass permet de court-circuiter l’échangeur de chaleur de la VMC double flux en été pour profiter du rafraîchissement nocturne. Les systèmes les plus performants intègrent des capteurs et une régulation pour basculer automatiquement entre les modes ventilation naturelle et mécanique.
  • Systèmes hybrides combinant puits canadien et VMC : Le puits canadien assure un pré-traitement de l’air neuf (préchauffage ou rafraîchissement). Une VMC simple ou double flux complète le système pour garantir le débit d’air et la qualité de l’air intérieur, et pour gérer les périodes où le puits canadien est moins efficace.
  • Systèmes hybrides intégrant cheminées solaires et VMC : Les cheminées solaires améliorent le tirage thermique et la ventilation naturelle, notamment en été. Une VMC assure un débit d’air minimal et prend le relais lorsque la ventilation naturelle est insuffisante.

La ventilation hybride offre une solution performante et adaptable pour concilier confort, qualité de l’air et économies d’énergie. Elle représente une voie prometteuse pour la conception de bâtiments durables et à faible impact environnemental. Le choix du système de ventilation hybride le plus approprié dépendra du climat local, du type de bâtiment, des exigences de confort et du budget. Une étude attentive des conditions spécifiques de chaque projet est essentielle pour optimiser l’efficacité de la ventilation naturelle et hybride.