Auto-Construction d'une VMC double flux

Introduction

J'ai réalisé ces derniers jours une ventilation double flux "faite maison" qui semble plutôt bien fonctionner. Une petite contribution pour sauver les ressources de la planète ...

Elle a une efficacité mesurée d'environ 65% : l'air extérieur à 10°C est réchauffé à 16°C-17°C pour une T° intérieure de 20°C, ( voir autres mesures plus bas ).

Le coût de l'installation totale est d'environ 1000 EUR. Elle représente une économie de chauffage d'environ 15 % par rapport à une ventilation simple flux mais elle apporte surtout un confort appréciable parceque l'air est plus sain.

L'échangeur est un échangeur à plaques d’aluminium à flux croisés. Il a été construit à partir de plaques et languettes d’aluminium collées avec de la colle polymère. Il y a 80 plaques de 350x350 mm soit une surface d’échange de 19 m2.

Pour ceux qui préfèrent la pratique à la théorie allez voir directement les étapes de construction en photos tout en bas.

Configuration générale

L’air vicié arrive de la salle de bain, du wc et de la cuisine dans un caisson de répartition avec filtre, il est ensuite envoyé dans un échangeur à plaques d’aluminium (voir ci-dessous).

L’air frais est filtré dans un autre caisson et est envoyé dans l’échangeur où il se réchauffe. L’air réchauffé est ensuite réparti à partir de l’échangeur vers les chambres et le salon.

Etude

Débits

Pour estimer le nombre de m3 à renouveler par heure, la plupart des théories se basent sur le volume des pieces et leur taux d'humidité. Cependant je suis convaincu, comme beaucoup d'autres, que la ventilation ne devrait pas etre fonction du nombre de m3 habitable mais du nombre de personnes et du nombre de pieces d'eau .. la source de polution et d'humidité dans une habitation étant nous les humains en plus grande partie ..

Il y a ici une très bonne analyse concernant la polution humaine : http://www.lamaisondurable.com/2009/01/vmc-et-co2.html et http://www.canalblog.com/cf/fe/tb/?bid=464556&pid=11989316

Le problème est que la plupart des estimations sont basées sur les m2 ou m3 habitables .. y compris pour les normes de la région wallonne .. (voir pdf ci-dessous page 14) pour une maison normal ca revient au meme mais pour 2 personnes dans un grosse maison ca serait trop ..

http://energie.wallonie.be/servlet/Repository/guide-mecanique.pdf?ID=10993&saveFile=true

Un pré-requis important est évidemment que la maison soit étanche .. pas d'ouverture au dessus des chassis, pas de courants d'air sous les portes extérieures ... il ne faut pas un thermo mais un minimum d'étanchéité. L'air est un paresseux, il prendra toujours le chemin le plus facile.

Un bon rapport à ce sujet est disponible également sur le site de la région wallonne :

http://www.energie-ren.com/2009/bilan/pdfs/CETE_etude_2006.pdf

Quoi qu'il en soit je renouvelle l'air des chambres et du bureau à raison de 45 m3/h; le salon, la cuisine et la sdb : 75 m3/h et le wc 30 m3/h. Soit un total de 210 m3 insuflé contre 180 m3 aspiré ce qui met la maison en légère surpression.

Attention si vous avez un poêle à bois, il faut éventuellement prévoir une ouverture supplémentaire directe pour le tirage. Un poêle à bois consomme 8 m3 par kilo de bois brulé ca fait donc environ 30 m3/h par heure à prévoir. Soit vous déséquilibrez la VMC pour apporter ce surplus d'air, soit vous prévoyez un apport direct d'air. La différence de calorie qui seraient perdues en apportant de l'air déjà réchauffé est négligeable.

Réseau de gaines

J'ai remarqué qu'il y avait deux principaux types de configurations VMC :

La configuration traditionnelle avec gaine Galva et T que j'appelerai configuration A
La configuration centralisée avec caisson de répartition que j'appelerai configuration B

Les deux configurations sont valables mais c'est à mon avis la configuration avec caisson de répartition qui a le plus d'avantages comme je le résume ci-dessous.

La configuration A est la plus installée et la plus éprouvée parcequ'elle est utilisée depuis toujours ( climatisations, ventilations de batiments...) Elle n'est cependant pas nécessairement la plus adaptée à une VMC double flux parceque il y a plus de risque d'avoir du bruit et des pertes de charges aux "T" si on ne travaille pas avec des section suffisantes dans certaines gaines communes (voir zones oranges) Si on travail toujours avec de bonnes sections on arrive à la configuration C où là il y a le moins de pertes de charges.

La configuration B est pour moi celle qui comporte le plus d'avantages en VMC. C'est celle que j'ai appliquée dans mon installation et elle est utilisée par certains installateurs professionnels. Elle est facile à installer. Elle diminue les bruits et le risque de pertes de charge après la sortie du caisson n'est pas très important puisque les vitesses sont faibles et qu'il n'y a plus de "T" jusqu'a la bouche. Il n'y a aussi aucun risque d'avoir du bruit d'une piece à l'autre comme dans une configuration A. Le caisson quant à lui occasionne bien entendu des pertes de charges importantes mais qui restent raisonnables (les seuls chiffres que j'ai trouvé étant de 50pa à 300m3/h pour un caisson cubic plat cf confotube page 4: http://www.ventilatie.com/01/MyDocum...1_6_180609.pdf). Si les débits sont trop importants on peut multiplier les gaines quitte à avoir deux arrivées par piece. Cette configuration peut donc permettre de travailler également avec des ventilateurs peu puissants et sans risque de bruit ce qui a tout son sens dans le cadre d'une VMC DF ... Cependant elle augmente sensible le coût puisqu'on multiplie les metres de gaines ...

La configuration C serait optimale au niveau des pertes de charges. C'est pour moi une configuration A optimale. Mais elle comporte d'autres désavantages, compliqué
à mettre en place, beaucoup de différentes sections ..

Un mix des deux configurations est aussi possible ... à étudier en fonction de chaque cas .. Aucune configuration n'est réellement mauvaise si les sections sont adaptées aux débits.

La plupart des installateurs conservent un reseau de gaine Galva mais de plus en plus proposent des réseaux avec gaines PVC rigides ou flexibles et caisson de répartition. On peut également faire un réseau galva avec répartition c'est ce que je souhaiterais faire dans la VMC de ma nouvelle construction.

Par contre mon caisson est cubic et a des changements de directions à 90° ce qui implique pas mal de pertes de charges ... le mieux serait de construire un caisson optimisé avec des sorties à 45° et des diminutions de sections. Le caisson optimisé devrait ressembler à ceci :

Je publierai un autre billet sur un caisson de répartition fait maison pas cher et assez performant. Si vous avez des idées sur le sujet merci de me les laisser en commentaire.

Pertes de charges

Une attention particulière pour diminuer au maximum les pertes de charges est également très importante parcequ'elle permettra de diminuer la puissance des ventilateurs et donc la consommation électrique.

J'ai lu ici : http://www.camfilfarr.com/cou_fra/news/normeEN13053.cfm
que : "un filtre fonctionnant à 3400m3/h, 12h par jour, 7j/7 montre que :1Pa = 1 Euro"

On ne travaille pas à ces débit heureusement ... mais ceci pour dire que les pertes de charges peuvent vite chiffrer .. faites votre calcul en fonction des débits sachant que la VMC a deux ventilateurs qui tournent 24 h par jour ...
Puis il faut aussi tabler sur le fait qu'on épargne sur le prix de la VMC moins puissante si on diminue les pertes ..

Le calcul dépend de chaque cas. Voici le mien pour exemple. Mes cours de mécanique des fluides étant bien trop loin .. j'ai utilisé un logiciel gratuit de chez Helios. Les calculs semblent coller à la réalité à l'exception de ceux du caisson de répartition qui sont à mon avis beaucoup trop optimistes ..

Un calcul des pertes de charge et du dimensionnement des ventilateurs est primordial !!.. (sans quoi il risque de ne rien sortir de certaines bouches ...).

Filtres

Attention aux filtres .. plus ils sont petits plus les pertes de charges sont élevées .. et elles augmenteront d'autant plus vite avec le temps parceque les filtres vont s'encrasser d'autant plus vite ... Quand je vois que certaines VMC commerciales ont des filtres de la taille d'une gaine .. c'est un scandal !

Mon caisson de répartition a en outre l'avantage de jouer le rôle de filtre. J'y ai mis un filtres de type G3 de 53x53cm ! ... ce qui est très grand. Il y en a également un dans le caisson d'admission.

Bruit

Enfin un dernier point à ne pas négliger est le bruit. Le bruit de la VMC peut ne pas être un problème, tout dépend où la VMC peut etre placée. Si on peut la placer dans une cave, un garage ou un grenier ca ira. Personellement mes ventilateurs font beaucoup de bruit mais étant dans les combles isolés et étant reliés par des tubes isolant sonoflex dont l'aténuation sonore est d'environ 20db sur 1m pour la plupart des fréquences... je n'entant quasi rien du tout ... il faut vraiment tendre l'oreille. (On m'a cependant dit que ces gaines avaient tendance à s'écraser avec le temps ..zut!) Ce qu'on entend le plus c'est la grille extérieure si la fenêtre est ouverte ... mais comme on ouvre pas les fenetre avec une VMC .. ca résoud le problème !

Le bruit des gaines est dû aux changements de vitesse et direction de l'air. En dessous de 2m/s ca ne reste acceptable. Avec la configuration avec caisson on réduits les bruits sensiblemement. Avec d'autres configurations il faut faire attention aux "T" qui seraient trop près d'une bouche.

Remarque concernant les sonoflex : attention ces tubes flexibles ont l'inconvénient de provoquer des pertes de charges fortes à hauts debits mais si les débits sont faibles il n'y a aucun problème. Sinon il y aussi la possiblité de placer seulement 2 m de fexible isolant à la sortie de la VMC ou juste avant le dernier coude ou encore ajouter un silencieux. On m'a également dit que ces gaines avaient tendance à s'écraser avec le temps ..

Echangeur

L'échangeur est un échangeur à plaques d’aluminium à flux croisés. L'air chaud vicié passe une plaque sur deux et l'air froid frais qui passe dans l'autre sens perpendiculaire est réchauffé.

L’échangeur a été construit à partir de plaques et languettes d’aluminium collées avec de la colle polymère. Il y a 80 plaques de 350x350 mm soit une surface d’échange de 19 m2. L'écartement entre les plaques est de 3mm.

Il existe deux types principaux d'échangeur : flux croisés et flux à contre courant.

Les flux croisés on un rendement estimé de 50-70% contre 80-95% pour les contre courant. Je n'ai pas réalisé un échangeur à contre courant parceque c'est plus complexe à mettre en oeuvre et je ne voulais pas investir trop de temps. Mais maintenant que je vois que ca fonctionne je regrette de ne pas avoir construit un échangeur à contre courant. Il aurait cependant probablement nécessité des ventilateurs un rien plus puissants parceque les pertes de charges doivent etre plus importantes.

Le principe des flux croisés et contre courant est très bien expliqué dans ce schema tiré de la documentation de NED-Air qui entre nous fait de bonnes VMC ..

sources : documentation NED Air

Les matériaux utilisés pour les échangeurs sont généralement le PVC/PE ou l'Aluminium. Le type de matériau a peu d'influence sur le rendement de l'échangeur, en effet la conductivité de la lame d'air est bien inférieure à celle du matériau utilisé pour l'échangeur. En d'autres termes la couche d'air à la surface de la plaque est beaucoup plus isolante que la plaque elle meme et donc l'isolation totale couche d'air + plaque + couche d'air n'est pas fort différente avec un materiau ou un autre (pour autant qu'il soit plus conducteur que l'air !).

J'ai choisi l'aluminium pour deux raisons :

diminution des pertes de charges. En effet je n'ai pas d'alvéoles entre mes plaques d'Alu comme on en trouve dans les échangeurs PVC. Les flux d'air subissent donc moins de pertes de charge.
sa longévité .. l'aluminum résistera mieux au changements de t° à l'humidité et au gel possible des condensats

Ventilateurs

Deux ventilateurs de gaine un de 45 W et un de 65 W qui ont respectivement des débits de 260 et 340 m3/h à pression 0 pa. En analysant leurs courbes de perte de pression, j'ai suffisamment de débit pour le pertes de charges estimées donc c'est bon.

Gainage

Le gainage est réalisé avec des gaines flexibles isolées de type sonoflex. Elles ont l'avantage d'aténuer quasi complètement le bruit. Elles provoquent cependant des pertes de charges plus importantes si on travaille avec de gros débits. Afin de réguler les débits, j'ai inséré des clapets à débit d'air constant de ce type dans les gaines :

Isolation

J'ai mis l'accent sur une isolation parfaite des conduits. (conduits isolés + 6 cm de laines de verre sur les conduits) une photo suivra. En effet il ne suffit pas d'avoir un échangeur performant .. encore faut il bien isoler les conduits pour ne pas perdre les précieuses calories récupérées et pour éviter toute condensation dans les conduits d'extraction ... Même si les conduits se trouvent dans un grenier isolé ou une cave, il est absurde de chauffer ces espaces qui ne sont pas des espaces de vie. Par contre, si les conduits sont dans l'enveloppe de l'espace de vie alors il n'est effectivement pas nécessaire d'isoler.
Le caisson de répartition est isolé de l'intérieur par 2 cm de polyurétane et par l'extérieur.
Le caisson d'admission n'est pas isolé parceque c'est inutil
L'échangeur et le ventilateur d'aspiration sont également isolé avec du polyuréthane.
Le ventilateur d'insulfation est également isolé mais plus pour des questions acoutiques que thermiques ..

Coût

Le coût total s'élève à environ 1000 euros tout compris (gaines, ventilateur, bouches .. et tous les matériaux) ... et une petite semaine de bricolage acharné ... Le coût peut être sensiblement réduit en utilisant des plaques de PVC alvéolé comme proposé ici

Protection antigel

En cas de gel fort, les condensats peuvent geler au contact indirect de l'air galcial entrant. Pour éviter que tout l'échangeur soit ainsi pris dans la glace il y a plusieurs solutions :

puiser l'air à l'intérieur des combles .. ca peut désiquilibre la VMC et il faut qu'il ne gel pas trop fort dans les combles
court circuiter une partie du flux sortant dans le flux rentrant (ca polue un peu l'air mais ca le réchauffe gratuitement)
réchauffer l'air entrant avec une résistance .. ca consomme de l'électricité
diminuer la vitesse du flux entrant .. ca désiquilibre la ventilation ...

Bref pas de solution parfaite ... J'ai finalement opté pour un régulateur thermostatique. C'est un variateur de tension muni d'une sonde de température. La température, la rampe de température ainsi que la vitesse mimimum sont configurables.

Résultats

J'ai mis la ventilation en marche il y a quelques jours et il est encore un peu tôt pour tirer des conclusions mais je peux déjà dire que :

l'air est très respirable .. une sensation d'avoir la maison aérée en permanence sans trop la refroidir qui est vraiment agréable. La maison est déjà beaucoup plus sèche .. et on sent le matin que l'air est plus sec. Les murs etant plus secs j'imagine qu'on va également gagner en isolation .. rien de plus conducteur que des murs humides ...
une premiere mesure grossiere donne : température intérieur 20°C, extérieur 10°C et température d'air insuflé à 16°C ...
soit une efficacité thermique de : (Tins-Text)/(Tint-Text) = 60°C % pil !
plutôt encourageant ...
une deuxieme mesure text 10.5°C, tint 19.5°C et de l'air à 15.5°C soit un rendement de 56% un peu moins bon mais mon thermometre prend un temps fou a se stabiliser ... je vais acheter un thermometre digne de ce nom ..
text 13°C tint 19°C tins 17° => 67%; Taux d'humidité 55%; ca remonte;
text 16°C tint 21°C tins 19° => 60% ; Taux d'humidité 58%
text 13°C tint 19°C tins 17° => 67% ; Taux d'humidité 60%; comme hier matin
text 15°C tint 21°C tins 19° => 67% ; taux d'humidité 57%.. ca se confirme mais je dois absolument acheter un thermomètre plus précis ..
text 13°C tint 20°C tins 18° => 71%; taux d'humidité 65 %
text 10°C tint 19°C tins 16°C => 67%; taux d'humidité 67% (il pleut ce matin)
text 9°C tint 19°C tins 15°C => 60%;(après une absence d'une 1/2 journée chauffage minimum)
text 7°C tint 18°C tins 14°C => 64%; (51% d'humidité, matinée un peu plus fraîche ...)
text 8°C tint 20°C tins 15°C => 58%;
text 7.8°C tint 17.2 tins 13.5°C =>60% (nouveau themometre .. pas beaucoup plus précis et beaucoup plus lent à se stabliser ... (-! )

J'ai ensuite surisolé les caissons avec 6 cm de polyurétane et j'ai acheté deux nouvelles sondes de température ainsi qu'un anénometre Testo. Je publierai de nouvelles mesures prochainement :

Premiere mesure :

text -2.1°C, tint 15.4°C, tins 9.8°C => 68%

Les efficacités annoncées par les constructeurs de VMC sont mesurées dans des conditions optimales à la sortie de l'échangeur ... j'ai mesuré dans des conditions plus défavorables : la température de l'air exterieur dans le caisson d'admission d'air, la température intérieure à son arrivée à l'échangeur dans le caisson de répartition et la température insulfée à une bouche de soufflage

quelques gouttes de condensats hors de l'échangeur ... aucune condensation dans le caisson de répartition. Yesss !
pour mesurer les débuts j'ai tout d'abord utilisé un anénomètre de chez Décalton qui ne donne que des mesures très approximatives ...j'ai ensuite acheté un anémometre testo 410 beaucoup plus précis qui me donne des vitesses qui correspondent aux débits calculés.
des puissances mesurées des ventilateurs. P = U*I*cos(phi) (ventilateur=> cos(phi)~=0.7) et par mesure avec un ampermetre j'ai +/- 50 et 35 W consommés. Il faudrait un wattmetre pour connaitre le déphasage exact.

Motivations

J'ai bricolé cette VMC pour plusieures raisons :

un accès limité aux combles rendant impossible le passage d'une VMC commerciale
système modulable et robuste. la seule chose que je devrai éventuellement remplacer dans le futur c'est un ventilateur .. les filtres s'ecrasseront lentement vu leurs tailles et sont facile à remplacer.
maison bien isolée mais pas K45 donc impossible d'avoir la prime
le prix (tout compris gaines, materiaux, ventilos ...) pour 1000 eur. Les VMC bas prix du commerce ne ventilent pas suffisemment et ont des échangeurs encore moins performants. Et de toute facon rien que la VMC coute déjà plus de 1000 eur
l'amusement, le défi et la fierté du bricoleur ! ...(ne vous lancez pas dans l'aventure si vous n'aimez pas bricoler !!) ...

Maitenant il faut rester honnête .. les bonnes VMC commerciales offrent d'autres fonctionalités notamment en terme de régulation automatique de débit, protections antigel ... et celles qui sont basées sur des flux à contre courant ont une meilleure efficacité thermique.

Autres projets similaires

Jean-Pierre a construit un échangeur à base de plaques plastique alvéolées :
http://www.autoconstruction.info/La-fabrication-d-un-recuperateur.html
Joël a entreprit une construction d'un échangeur à contre courant en alu :
http://www.autoconstruction.info/Fabriquer-un-recuperateur-de.html
Le projet Mission "troglo" a également fabriqué une VMC avec échangeur à base de plaques alvéolées, il a également fait un super calcul des pertes de charges très instructif :
http://missiontroglo.canalblog.com/archives/ventilation/index.html

Merci à eux pour leurs sources d'inspiration ..

Description détaillée et photos

Construction de l'échangeur

Rassembler des plaques d'aluminium et des languettes coupées à bonne dimension. J'ai acheté les plaques chez un grossiste de ma région http://www.ironsaleeurope.be/index_fr.html (très sympa ..) Une cartouche de colle polymère Tec 7 devrait suffire.

Les plaques sont collées avec de la colle polymère (Tec7) . J'ai fait des tests, les soudures à froid et autres colles ne sont pas assez résitantes (la pire étant la Soudal)..

Des calles de 3mm sont placées afin d'obtenir une pression sur l'ensemble de la plaque.

Il faut mettre les plaques collées sous pression pendant 24h.

Des languettes en coin sont placées aux coins du cube pour assurer l'étanchéité de l'échangeur dans son caisson et en augmenter la solidité. Le cube est sanglé pour bien fixer les coins. Les bords d'attaque des plaques sont profilés à la fraiseuse pour diminuer les pertes de charge.

Compter 4-5 h pour réaliser le cube ... Le mieux est de le faire en 3-4 x pour ne pas que la colle sèche trop avant la mise en pression.

Caisson de l'échangeur

L'échangeur est placé dans un caisson en bois. Le caisson est rendu étanche avec des bâches de caoutchouc (aquaplan.be) et des bandes de caoutchouc.

Des picages droits sont vissés pour le raccord des gaines.

Une sortie est prévue pour la récupération des condensats.

Caisson de répartition et filtre

Le caisson de répartition de l'air collectant l'air vicié est également construit en bois et isolé pour éviter toute condensation de l'air avant son arrivée dans l'échangeur.