Les technologies des VMC double flux haut rendement

En hiver, le réchauffement de l'air neuf froid entrant dans le logement représente une part très importante des besoins de chauffage : 25 à 35% pour une habitation courante, 50% pour une habitation très bien isolée. Pour remédier à ce problème, il convient de : limiter les infiltrations parasites du logement mettre en œuvre des solutions économes comme la ventilation double flux à haut rendement.
Une VMC double flux haut rendement a l'avantage de pouvoir s'accoupler à un échangeur thermique (ou récupérateur sur air vicié) permettant l'hiver de préchauffer l'air entrant à l'aide de l'air sortant et, pour une maison climatisée, l'été de rafraîchir cet air.

L'échangeur thermique et la VMC double flux haut rendement

En hiver, la VMC double flux associée à un échangeur thermique permet de récupérer une partie de l'énergie qui serait perdue par le renouvellement de l'air avec une VMC simple flux. Pour une récupération de 95% et quand il fait -5 °C dehors, l'air entrant est alors de l’ordre de 16 à 17 °C, ce qui rafraîchit beaucoup moins l'atmosphère des pièces. De même, en été, la VMC double flux haut rendement va permettre de rafraîchir l'air entrant, si la température de la maison est plus basse que celle extérieure, et éventuellement permettre d'économiser l'énergie nécessaire à la climatisation.

L'hiver lorsque les températures sont fortement négatives l'échangeur thermique peut être pris en glace, l'air sortant chargé en humidité gèle au contact de l'air entrant. La VMC double flux haut rendement doit alors être munie d'un système adapté sous peine de la rendre temporairement inutilisable. L'admission de l'air via un tube souterrain du type puits canadien (puits canadien à air ou puits canadien géothermique), ou un système de by-pass régulé ou enfin ou au travers d'une batterie électrique permet d'avoir une arrivée d'air à température positive toute l'année et d'optimiser son fonctionnement pendant les périodes les plus froides.

Performances de l’échangeur à haut rendement

Actuellement on arrive à fabriquer des échangeurs pour VMC double flux à haut rendement > 95%. Mais attention, le rendement réel de l'échangeur haut rendement dépend de l'étanchéité du bâtiment, il n'est donc pas égal au rendement donné par le fournisseur. Plus le bâtiment est perméable à l'air, plus le rendement réel de l'échangeur d'une VMC double flux haut rendement diminuera par rapport au rendement fournisseur. On peut effectuer une mesure de l'étanchéité de la maison en la mettant sous pression. Un ordre de grandeur pour une habitation passive est de 0,6 Vol/h à 50 Pa.

Les types d’échangeurs
Les fabricants de VMC double flux annoncent des rendements de récupération de chaleur qui vont varier selon la technologie de leur échangeur. On peut classer les échangeurs de VMC double flux à haut rendement selon 4 technologies :

Fonctionnement d’une VMC double flux avec échangeur à courants croisés.
L’échangeur fait simplement croiser les flux d’air neuf avec l’air extrait, le rendement de récupération de chaleur est donc proche de 50-60%. On voit sur le schéma que la température de l’air soufflé dans les pièces de vie culmine à 10°C en cas de température négative extérieure.

Fonctionnement d’une VMC double flux avec échangeur à contre courants.
Les flux ne sont ici pas simplement croisés. Sur une partie du trajet de l’air, les flux sont croisés à contre courant, ce qui permet d’augmenter le rendement d’échange par rapport à l’échangeur à courants croisés. La température de soufflage est donc plus élevée : ici 17°C contre 10°C précédemment.

En plus de la récupération de chaleur par l’échangeur à contre courant haut rendement, une membrane transfère l’humidité de l’air extrait à l’air neuf. Les échangeurs de VMC double flux enthalpiques sont souvent annoncés à de meilleurs rendements thermiques que les échangeurs de VMC double flux à contre courant standards de l’ordre de 10 à 25% supérieure. Cette augmentation de rendement est liée à la condensation de la vapeur d'eau qui se produit dans l'échangeur sur l'air extrait, qui en changeant d'état produit un dégagement de chaleur, ce que l'on appelle la chaleur latente.
La seule vraie différence entre les technologies est le fait que la membrane fait transiter une partie de cette eau condensée sous forme moléculaire vers l'air neuf, ce qui permet d'augmenter l'humidité relative de la pièce.
Cet échangeur à haut rendement est donc utile en cas de niveaux de ventilation élevés, qui gênèrent un assèchement de l'air, et dans les climats ou les températures extérieures sont froides (ambiances sèches plus fréquentes). Cet échangeur limite également la formation de givre dans l'échangeur.

Surtout utilisé sur des grands volumes et dans les pays scandinaves en maison individuelle. Une roue composée de plaques métalliques très rapprochées tourne sur un axe ou passe d'un coté l'air neuf et de l'autre l'air vicié, de manière compartimentée. Lorsque l'air vicié traverse la roue, il réchauffe sa surface d'échange. Celle ci tournant, l'air entrant est alors réchauffé au passage de la roue, qui se refroidit. La VMC double flux à échangeur rotatif présente pour avantage le fait qu'il ne génère pas de condensation et ne nécessite pas de by pass en été (arrêter la roue stoppe l'échange sans empêcher la ventilation), et comme désavantage que son fonctionnement nécessite une consommation électrique, ainsi que des fuites internes air insufflé/air extrait sont possibles.