Pourquoi ventiler?
Il est nécessaire de renouveler l'air intérieur d'une pièce habitée, d'un habitacle de véhicule, d'un élevage, d'une serre, tout d'abord parce que la respiration animale (ou végétale, la nuit) y diminue la quantité de dioxygène disponible, augmente la quantité de gaz carbonique et d'humidité. Ce renouvellement est particulièrement important dans les enceintes totalement fermées (station spatiale, véhicule spatial, sous-marin, certains avions, etc.).
- La présence d'humains ou d'animaux voire de certaines plantes génère des odeurs qui peuvent être désagréables (sueur, flatulences, etc.) ; d'autant plus que la promiscuité et la température sont élevées.
- L'activité humaine génère aussi de l'humidité (expiration, transpiration générant de la condensation sur les parois froides, condensations qui favorisent les moisissures );
- L'air intérieur se charge rapidement de particules, gaz et microbes (éventuellement pathogènes ; Cf. flore bactérienne ou fongique), virus, etc. notamment dans certains endroits (toilettes, cuisines, salle de bain, locaux poubelle, etc.) ;
- Certaines activités humaines génèrent des gaz ou des odeurs (cuisine, cheminées).
L'« Institut de la Terre » (Earth Institute) de L'université de Columbia estime qu'environ 1.5 million de personnes meurent chaque année dans le monde parce qu'elles sont exposées aux fumées, gaz et goudrons de foyer non fermé pour le chauffage ou la cuisine dans l'intérieur de leur logement (maison, hutte, tente, bidonville..)
- Les produits d'entretien, désinfectants ou produits divers utilisés pour la rénovation ou le travail peuvent être sources d'émanations gênantes à toxiques.
- Certaines activités génèrent des émanations dangereuses (risque toxique, corrosif, microbien ou d'explosion, avec dans le pire des cas Embrasement généralisé éclair ..) ;
- Les aménagements et matériaux modernes, notamment les colles de matières plastiques (moquettes, certains sols plastiques ou de linoléum, divers objets en plastique ou outils électroménagers, émettent des produits organiques volatils (POV), qui à long terme peuvent être toxiques (notamment cancérigènes ou reprotoxiques) ;
- Du radon peut s'accumuler dans les lieux fermés particulièrement dans les sous-sols et demi sous-sols d'où le radon s'infiltre dans les locaux occupés.
- La prolifération d'acariens peut générer des allergies chez les personnes allergiques (par contact avec leurs excréments).
En théorie, on estime que l'air d'une maison ancienne se renouvelle en ½ h, que celui d'une maison moderne non isolée se renouvelle en 1 h, et que sans ventilation, l'air d'une maison bien isolée se renouvelle en 10 heures, mais ce n'est pas toujours le cas en réalité. Ces problèmes ont souvent été exacerbés par l'isolation croissante des logements et par le temps croissant que nous passons dans les locaux et les habitacles de véhicules :
- L' isolation thermique se développe pour économiser l'énergie en évitant les fuites de chaleur dans les bâtiments à faible hauteur. Dans les édifices élevés, (à plusieurs étages) la ventilation mécanique est d'autant plus nécessaire que les vitres y sont souvent scellées.
- La climatisation en circuit fermé se développe ; mais un minimum d'air extérieur doit être introduit dans le bâtiment.
- L'isolation phonique plus fréquente et souvent nécessaire, diminue aussi le renouvellement d'air qui se faisait naturellement dans les maisons anciennes, mal isolées ou avec cheminées.
- Enfin, les systèmes de climatisation consistant à évacuer les calories à l'extérieur peuvent être responsables de bulles de chaleur auto-entretenues (le climatiseur renvoie la chaleur à l'extérieur, ce qui réchauffe l'environnement et l'habitat s'il est mal isolé, ce qui force le climatiseur à fonctionner en entretenant un cercle vicieux), notamment dans les quartiers urbains denses ou les cours fermées. La climatisation contribue au phénomène d'îlot de chaleur urbain
Solutions
Dans les pays où ces problèmes ont été pris en compte, des normes de construction fixent un débit minimal, en général on estime que la moitié de l'air d'une pièce doit être renouvelé par heure. S'il n'y a pas de circulation d'air spontanée, il faut avoir recours à une ventilation mécanique contrôlée (VMC).
Le principal problème consiste à concilier isolation et renouvellement d'air. En effet, un renouvellement spontané suppose une circulation d'air avec l'extérieur, et donc une fuite de chaleur (l'air chaud sort) ou d'air frais. Sans précaution, l'isolation phonique est également fortement diminuée. (Les sons pénètrent par les ouvertures permettant le passage de l'air). Il existe des entrées d'air dites « acoustiques » (ECA) permettant de laisser passer l'air tout en arrêtant les sons.
Pour le problème thermique, il existe plusieurs solutions :
- Le « puits canadien » (ou « puits provençal ») prélève l'air entrant à l'extérieur en le faisant passer dans un long tuyau situé sous terre jouant le rôle d'échangeur thermique passif (comme la température sous quelques dizaines de centimètres sous terre est globalement constante, l'air s'y réchauffe en hiver et se rafraîchit en été ; on perd de l'énergie par l'air sortant, mais on en dépense moins pour mettre l'air entrant à la température visée ;
- La ventilation mécanique à double flux : un échangeur de chaleur permet à l'air entrant de s'approcher de la température de l'air sortant ;
- La surventilation nocturne : dans les entreprises, on utilise un flux d'air modéré durant la journée, et on utilise un flux d'air important la nuit ; il y a trois avantages :
- L'électricité est en général moins chère la nuit ;
- Le bruit de la ventilation ne gêne personne ;
- En hiver, l'arrivée d'air froid ne gêne personne, il a le temps d'être réchauffé le matin à l'arrivée des employés ; en été, on prélève l'air au moment où il est le plus frais.
On peut aussi faire varier la ventilation en fonction du taux d'humidité utilisé ou du taux de CO2, le confort à une température donnée dépendant beaucoup du taux d'humidité et du CO2. On sait qu'un fort taux de CO2 diminue la vigilance et le rendement du personnel jusqu'à 15%.