Un système de ventilation avec récupération de chaleur peut-il économiser de l'énergie pour les bâtiments ?

Comment un système de ventilation avec récupération de chaleur réduit la consommation énergétique du bâtiment

Comprendre le rôle de la récupération de chaleur dans la réduction des charges de chauffage et de refroidissement à l'aide de systèmes de récupération d'énergie

Les systèmes de ventilation équipés d'une technologie de récupération de chaleur réduisent les besoins énergétiques en transférant l'énergie thermique de l'air extrait vers l'air frais entrant. Ces systèmes, appelés VRC (ventilations à récupération de chaleur) et VRE (ventilations à récupération d'énergie), fonctionnent grâce à des échangeurs thermiques spéciaux qui récupèrent environ 80 pour cent de la chaleur perdue dans l'air intérieur. Cette chaleur captée sert ensuite à préchauffer ou prérefroidir l'air extérieur avant qu'il n'atteigne le système principal de chauffage, ventilation et climatisation. Le département américain de l'Énergie estime que ces systèmes peuvent vraiment faire une différence, en réduisant considérablement le besoin de cycles complets de chauffage ou de refroidissement. En conséquence, les bâtiments consomment environ 30 à peut-être même 50 pour cent d'énergie en moins pour leurs opérations de CVC au total.

Économie d'énergie par échange d'air continu sans perte thermique

Les systèmes de ventilation traditionnels rejettent simplement l'air conditionné et gaspillent des tonnes d'énergie, mais les systèmes modernes de récupération de chaleur maintiennent l'air intérieur frais sans laisser échapper toute cette chaleur. Lorsque le système fonctionne correctement, il équilibre les flux d'air entrant et sortant grâce à un composant spécial appelé échangeur de chaleur, généralement fabriqué à partir de matériaux céramiques ou de certains types de polymères plastiques. Entre 60 et 90 pour cent de la chaleur est récupérée pendant ce processus d'échange. Que signifie cela dans des applications réelles ? Les bâtiments perdent chaque année environ deux fois à quatre fois moins d'énergie en coûts de ventilation, de sorte que les occupants ressentent des températures plus stables tout au long des saisons, plutôt que d'être confrontés à ces variations de température inconfortables auxquelles nous nous sommes tous habitués avec les anciens systèmes.

Comment les échangeurs de chaleur dans les VHR/VRE préconditionnent l'air entrant pour maintenir la stabilité de la température intérieure

Durant les mois d'hiver, lorsque les températures extérieures descendent à environ -5 degrés Celsius, le système fonctionne en puisant la chaleur de l'air d'évacuation plus chaud (environ 20 °C) pour la transférer vers l'air froid extérieur. Ce qui sort est déjà préchauffé à environ 11 °C avant même d'entrer dans le bâtiment. Cet échange de chaleur simple réduit la quantité d'énergie que les ménages doivent consommer pour le chauffage chaque jour, permettant une économie comprise entre 3 et peut-être 5 kilowattheures. En été, la situation s'inverse. Le processus reste le même, mais il aide désormais à refroidir l'air brûlant entrant de l'extérieur en transférant l'excès de chaleur vers le flux d'extraction. Cela signifie que l'intérieur des bâtiments reste confortable sans que les unités de climatisation n'aient besoin de fonctionner constamment toute la journée. Les gens remarquent effectivement une meilleure stabilité de la température dans leurs logements tout en dépensant moins d'argent pour leurs factures de chauffage, ventilation et climatisation à la fin du mois.

Analyse des données : Réduction moyenne de 50 à 70 % de la consommation énergétique pour le chauffage et la climatisation dans les bâtiments résidentiels

Des études menées par la fondation THESEF montrent que les bâtiments résidentiels équipés d'une ventilation à récupération de chaleur consomment 50 à 70 % d'énergie en moins pour le chauffage et la climatisation par rapport à ceux dotés de systèmes conventionnels. Dans les maisons passives, où les VRC sont standard, les besoins de chauffage tombent souvent en dessous de 15 kWh/m²/an, ce qui représente une réduction de 80 % par rapport aux habitations classiques.

Performance des systèmes de ventilation à récupération de chaleur dans différents climats

Impact des VRC sur la dimensionnement des systèmes CVC et l'efficacité énergétique dans les climats froids

Lorsque les températures descendent en dessous du point de congélation, les VHR réduisent la demande de chauffage de 38 % environ à près de la moitié, ce qui signifie que les systèmes CVC peuvent être conçus plus petits et fonctionner plus efficacement. La technologie de l'échangeur de chaleur à contre-courant réchauffe effectivement l'air frais entrant d'environ 8 à 12 degrés Celsius par rapport à la température extérieure, permettant ainsi aux ingénieurs de ne plus installer de grosses unités de chauffage, économisant potentiellement l'équivalent de 1 ou 2 tonnes d'équipement tout en obtenant des résultats satisfaisants. Ces fonctions modernes de contrôle du givre permettent un fonctionnement fluide la plupart du temps, même par grand froid, atteignant environ 89 % de disponibilité à -25 degrés Celsius. Cela rend les VHR des solutions pratiques également dans les régions aux conditions hivernales rigoureuses. Une étude publiée en 2022 dans Renewable and Sustainable Energy Reviews confirme cette efficacité en climat extrême.

Efficacité de la ventilation à récupération de chaleur dans les climats humides et mixtes

Les systèmes ERV excellent particulièrement dans les zones chaudes et humides ainsi que dans les régions aux conditions météorologiques variées, car ils gèrent simultanément le contrôle de la température et celui de l'humidité. Ces unités peuvent réduire d'environ 18 à 27 pour cent le besoin de refroidissement supplémentaire grâce à leur capacité à transférer sélectivement l'humidité d'un côté à l'autre, ce qui les rend nettement plus efficaces que les systèmes classiques pour maintenir les espaces au sec. En ce qui concerne spécifiquement les climats de type méditerranéen, les modèles à double cœur fonctionnent remarquablement bien pendant les mois froids en récupérant environ 74 % de la chaleur autrement perdue. Par ailleurs, ces systèmes empêchent l'air intérieur de devenir trop humide durant les saisons plus chaudes. Cela revêt une importance particulière, car les installations classiques de climatisation gaspillent souvent entre 20 et 30 pour cent d'énergie lorsqu'elles ventilent excessivement, une situation fréquente dans de nombreux foyers et bâtiments.

Étude de cas : Économies d'énergie dans une maison passive canadienne utilisant un système VHR sur une période de 12 mois

Une ancienne maison en Saskatchewan a été rénovée en maison passive avec un système de ventilation à récupération de chaleur fonctionnant à environ 92 % d'efficacité. Cette amélioration a réduit les factures de chauffage d'un peu moins des deux tiers, ce qui représente une économie annuelle d'environ 1 240 $ par rapport à l'époque où ils n'avaient que des ventilateurs d'extraction ordinaires. Selon une étude publiée dans la revue Energy and Buildings, cette habitation a maintenu les niveaux de dioxyde de carbone en dessous de 800 parties par million tout en réduisant sa consommation énergétique globale d'environ 42 %. C'est en réalité 31 points de mieux que ce que les normes ASHRAE 62.2 exigent pour une ventilation adéquate. Des résultats impressionnants pour une amélioration aussi significative en termes de confort et d'économies.

Maximiser les économies d'énergie grâce à une intégration précoce dans la conception du bâtiment

Réduction de la charge du système de chauffage, ventilation et climatisation par l'intégration du système de ventilation avec récupération de chaleur durant la phase de conception

Lorsque les architectes intègrent dès le départ des systèmes de ventilation à récupération de chaleur dans leurs conceptions, les bâtiments affichent généralement une performance HVAC améliorée de 30 à 50 % par rapport à l'ajout ultérieur de ces systèmes. Bien faire cela en amont permet aux concepteurs de planifier correctement les conduits et d'ajuster la taille des échangeurs thermiques aux besoins réels du bâtiment. Sinon, les bâtiments qui installent ces systèmes après la construction perdent souvent entre 15 et 25 % d'efficacité, car tous les éléments ne s'emboîtent pas aussi bien. Le ministère américain de l'Énergie mentionne un phénomène similaire dans ses ressources énergétiques tribales. Les bâtiments dotés de systèmes correctement intégrés conservent de très bonnes performances tout au long des saisons, en maintenant une efficacité comprise entre 80 et 90 %, même lorsque les températures extérieures varient fortement.

Analyse de tendance : Adoption de la ventilation à récupération de chaleur dans les bâtiments à énergie nette nulle

Environ les deux tiers de tous les bâtiments à énergie nette nulle dans le pays intègrent désormais des systèmes de ventilation à récupération de chaleur, en grande partie grâce aux directives du Département de l'énergie sur la conception intégrée des bâtiments. Lorsque les constructeurs intègrent correctement ces systèmes, ils peuvent réduire d'environ moitié les besoins en équipements de chauffage dans les climats froids et diminuer d'environ un tiers la demande de refroidissement dans les zones à forte humidité. Pour les constructions certifiées Passive House spécifiquement, l'installation précoce d'un système VRC permet de maintenir une excellente qualité de l'air intérieur sans compromettre les joints étanches nécessaires à l'efficacité énergétique. Cet équilibre entre la circulation d'air frais et le maintien d'une enveloppe étanche reste essentiel pour atteindre ces objectifs ambitieux de neutralité énergétique.