Le système de ventilation à débit variable
Système VAV, qu’est-ce que la ventilation à débit variable ?
France Air développe depuis plus de 60 ans des systèmes de traitement d’air performants, dont des systèmes de ventilation à débit variable (VAV). Principe de fonctionnement du système VAV, avantages/inconvénients, champ d’application…Découvrez tout ce qu’il faut savoir sur la ventilation à débit variable destinée aux bâtiments du secteur tertiaire et aux locaux professionnels.
Qu’est-ce que le système de ventilation à débit variable (VAV) ?
Définition du système VAV
Le système VAV (pour Variable Air Volume, ou volume d’air variable) est un dispositif de ventilation qui permet de réguler de manière indépendante le débit d’air et les paramètres de ventilation pour chaque pièce du bâtiment dans lequel le système est installé. Contrairement aux systèmes à débit d’air constant, les régulateurs VAV permettent d’adapter le besoin en débit d’air hygiénique d’un bâtiment ou d’une salle au moment précis de leur occupation et de la saison.
La ventilation est par conséquent réduite lorsque la pièce est vide et le débit d’air augmente uniquement lorsque cela est nécessaire – l’air provient toutefois d’une seule et unique centrale d’air. Le système VAV constitue donc une solution de ventilation flexible « à la demande » conçue pour répondre à des besoins en air hygiénique fluctuant selon la période permettant d’importante économie d’énergie.
La VAV est le système tout air
Dans certains cas, la VAV peut être intégrée à un système dit « tout air » . Cette technologie désigne une solution de conditionnement d’air capable de contrôler la température et le débit de l’air, puis de l’utiliser pour différents usages – amenée d’air neuf, chauffage et climatisation.
Système VAV : pour quelle utilisation ?
Tous les bâtiments doivent posséder un réseau destiné au renouvellement de l’air. Ce réseau doit pouvoir être en mesure d’apporter aux occupants des locaux un air neuf indispensable à leur bonne santé et à leur confort. Dans plusieurs bâtiments, et principalement dans les bâtiments tertiaires, ces besoins en air hygiénique varient selon le taux d’occupation des locaux, des bureaux et des salles de réunion. Le système VAV va alors permettre d’obtenir le renouvellement de l’air en s’adaptant aux évolutions des besoins au cours de la journée. Cette solution convient donc avant tout aux bâtiments occupés de façon intermittente. En raison de la complexité de l’installation et de son fonctionnement, le système VAV est toutefois particulièrement adapté aux grands espaces.
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Comment fonctionne un système de ventilation VAV ?
Les systèmes de ventilation VAV vous donnent l’opportunité de modifier le débit d’air soufflé en fonction de plusieurs paramètres – nombre d’occupants, température de l’air, taux de dioxyde de carbone…Pour ce faire, ces systèmes sont dotés de plusieurs équipements qui dépendent tous d’une centrale de traitement d’air (CTA) unique.
Les différents équipements du système
La centrale de traitement d’air
La centrale d’air a été conçue pour conditionner l’air traité dans le système de ventilation. Elle est généralement constituée d’un ou de plusieurs ventilateurs, d’un composant destiné au traitement de l’air (filtre, refroidisseur, humidificateur, dispositif de chauffage…) et d’un dispositif de contrôle.
Les caissons
Le système VAV fonctionne généralement avec un caisson central, qui assure un premier niveau de préparation de l’air selon les besoins en air de la pièce, et un second caisson. Le premier caisson est doté d’une batterie de post-chauffe et éventuellement d’un système d’humidification (pour le préparateur du réseau chaud) ; le deuxième caisson comprend une batterie de refroidissement (destinée au préparateur du réseau froid).
Des boîtes de mélange sont également installées à l’entrée de chaque pièce, ou zone partageant des besoins similaires, et pilotées par un thermostat d’ambiance. Ces équipements permettent de mélanger les deux flux d’air. Des gaines vont ensuite se charger de distribuer l’air dans la pièce.
Les capteurs
Des capteurs sont nécessaires afin de garantir aux occupants la meilleure qualité d’air dans la pièce. Un détecteur de présence, directement positionné dans le conduit ou dans la pièce mesure la concentration de dioxyde de carbone ou la température de l’air. Après détection, les capteurs envoient l’information au contrôleur du système.
Le contrôleur
Intégré à la CTA, le contrôleur va déterminer le fonctionnement des vannes motorisées. Ce sont ensuite les vannes qui vont se charger de diffuser le débit d’air nécessaire dans les gaines du système et d’ajuster la vitesse des ventilateurs.
Les capteurs et le contrôleur font partie de ce que l’on nomme le régulateur de débit. Le régulateur est l’équipement qui va permettre de moduler le débit de l’air en fonction des besoins spécifiques de chaque pièce du bâtiment.
Comment fonctionne concrètement un système VAV ?
Le fonctionnement d’un système de ventilation à débit variable est simple : la sonde de qualité d’air est installée dans le local pour mesurer ses besoins en termes de ventilation ; elle va envoyer un signal au registre à débit variable, qui ajuste le débit indépendamment de la pression du réseau en amont et actionne les ventilateurs. Les ventilateurs diffusent ensuite l’air dans le réseau aérauliques , qui vont se charger d’approvisionner les pièces en air neuf.
– Les différentes variantes technologiques
Il existe plusieurs modèles de systèmes de ventilation à débit variable. Parmi eux, on retrouve notamment les systèmes mono-gaine avec réchauffage terminal et les systèmes mono-gaine sans réchauffage terminal.
– Principe de fonctionnement des systèmes mono-gaine avec réchauffage terminal
Ce système s’adapte en fonction des saisons et des températures présentes dans les pièces. En hiver, le système pulse de l’air chaud ; en été, il envoie de l’air froid. Qu’il soit froid au chaud, l’air neuf va être préparé dans la centrale ; il sera ensuite modifié (réchauffé ou refroidi) par le régulateur installé dans chaque pièce en fonction de la température présente, en proposant un débit minimum ajusté au débit d’air hygiénique.
– Principe de fonctionnement des systèmes mono-gaine sans réchauffage terminal
Ce système fonctionne avec un circuit d’air froid pour tous les locaux ; ce circuit est complété par des batteries de chauffe pour les locaux situés en périphérie. Trois principes de fonctionnement sont possibles avec ce système :
o L’apport de chaleur peut être effectué par des convecteurs ou des radiateurs
Les corps de chauffe sont généralement situés sur les façades du bâtiment ou en périphérie.
o Les batteries de chauffe sont placées en série dans le réseau de conduits
o Les batteries sont placées en parallèle du local
Le débit d’air de chaque batterie varie en fonction du thermostat d’ambiance de la zone que la batterie alimente.
Quels sont les avantages du système de ventilation à débit variable ?
Grace à leur performance et leur principe de fonctionnement « à la demande », les systèmes de ventilation à débit d’air variable présentent plusieurs avantages pour les bâtiments qui en sont dotés.
Les avantages
La technologie VAV permet de renouveler constamment l’air intérieur d’une pièce en adaptant le débit en fonction de ses besoins réels. Les occupants ont ainsi l’opportunité de bénéficier constamment d’un air neuf adapté précisément à la température de la pièce, aux taux de concentration de CO² ainsi qu’aux conditions météorologiques. Ces caractéristiques avantageuses renforcent considérablement le confort thermique des occupants. Plusieurs études ont en effet démontré l’importance de la qualité de l’air pour le bien-être et la productivité des personnes.
Les systèmes de ventilation capables d’adapter le débit d’air en fonction des besoins réels de la pièce permettent d’économiser jusqu’à 80 % d’énergie. Grâce à la modulation du débit, la ventilation va en effet fonctionner de manière beaucoup moins fréquente et moins intense qu’avec un système à débit d’air constant – les ventilateurs fonctionnent au minimum pendant les périodes d’inoccupation des locaux. La consommation réduite en énergie aura bien sûr également une incidence directe sur le coût d’exploitation du système.
Certains systèmes VAV ont l’avantage de proposer une structure moins volumineuse que les systèmes de ventilation à débit constant, ou que les systèmes VAV tout air : les refroidisseurs et les unités de ventilation sont en effet généralement de plus petite taille. Cette caractéristique en fait un système pouvant être installé dans n’importe quel type de bâtiment, y compris les locaux de faible dimension.
Les systèmes de ventilation à débit variable ont pour caractéristique d’adapter leur consommation d’énergie en fonction de la demande. Ainsi, les ventilateurs ne sont utilisés qu’en cas de besoin réel et ne tournent pas constamment. Cette capacité de régulation du débit de l’air réduit fortement l’impact environnemental des systèmes de ventilation.
Quels sont les inconvénients du système de ventilation à débit variable ?
Malgré ses nombreux atouts, la ventilation à débit variable possède également quelques inconvénients à connaître avant d’opter pour un tel système.
Les inconvénients
Les systèmes VAV « tout air » ont la réputation d’être complexes à installer et à mettre en place. Ces dernières années, bien que l’évolution des technologies ait permis de réduire cette difficulté, l’installation d’une Ventilation A débit Variable peut toutefois être encore contraignante et non adaptée à toutes les situations.
Les systèmes SAV sont des solutions de ventilation dont l’installation est encore relativement coûteuse par rapport à d’autres technologies (notamment par rapport à l’installation de ventilo-convecteurs).
Bien que beaucoup moins encombrant qu’il y a quelques années, les systèmes à débit variable restent des installations relativement volumineuses (particulièrement lorsqu’il s’agit d’un système VAV tout air). Le système doit par ailleurs être intégré au bâtiment dès sa conception.
VAV : pour quel domaine d’application ?
Comme mentionné précédemment, les systèmes de ventilation à débit variable sont avant tout destinés aux bâtiments présentant un taux d’occupation intermittent. Il peut s’agir de groupes scolaires, de salles de spectacle, de bureaux d’entreprise ou d’établissements d’enseignement supérieur, par exemple. Toutefois, selon la configuration du système, certains bâtiments seront davantage compatibles que d’autres à une installation VAV. Il convient donc d’opter pour une version du système adaptée précisément aux besoins du bâtiment et à ses dimensions.
Le système VAV en version standard
Une installation VAV standard (modulation du débit d’air sans visée thermique) peut être utilisée dans un grand nombre de situations puisqu’il s’agit d’un simple réseau de ventilation mécanique ayant la capacité de moduler les débits d’air selon le local. L’encombrement du système est donc limité, ce qui lui permet de pouvoir être installé dans tous types de bâtiments à usage collectif.
La VAV intégrée à un système de climatisation tout air
Lorsque la VAV constitue la base d’un système de climatisation tout air, l’installation va être plus compliquée à mettre en place : avec cette technologie, les réseaux sont dimensionnées pour pouvoir refroidir tout le bâtiment. Il est donc nécessaire de posséder un espace important dédié à l’installation du système. De plus, une VAV intégré à un système de climatisation d’air présente un coût d’installation coûteux que les professionnels ne sont pas toujours en mesure de prendre en charge.
Cette version de la VAV est toutefois particulièrement justifiée lorsqu’une importante alimentation en air hygiénique est nécessaire, soit lorsque les pièces/locaux sont occupés par un grand nombre personnes. Il peut s’agir de grands bureaux paysagers, par exemple, de salles de conférence ou de larges plateformes avec locaux de réunion pour lesquels il est à la fois nécessaire d’apporter régulièrement de l’air neuf et de pouvoir refroidir toute l’année le centre du bâtiment.
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