VMC double flux

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https://lowtechlab.dokit.app/wiki/VMC_double_flux

Dernière modification le 27/12/2023

Difficulté

Medium Moyen

Durée

7 day(s) jour(s)

Coût

1600 EUR (€)

Description

Il s'agit de créer un système de VMC double flux low tech.

Sommaire

---

Introduction

Ayant une maison humide, j'ai tout de suite pensé "VMC". Oui mais pas n'importe quoi :

• du simple flux (extraction de l'air vicié des pièces humides + ouvertures dans les pièces de vie, généralement sur le cadre des fenêtres) : il y aura des pertes de chaleur très importantes

• du double flux (récupération des calories de l'air vicié extrait des pièces humides via un échangeur air/air qui préchauffe de l'air frais rentrant) : super sur le papier mais j'estime que les VMC DF du commerce sont très cher pour ce que c'est. On va de ~500€ (premier prix) sans véritable système de contrôle à plus de 2000€ avec un semblant de contrôleur, à cela il faut ajouter quelques billets pour les réseaux de gaines, mais quoi qu'il en soit on devient alors dépendant du fabriquant de la VMC, je ne parle même du système de filtration propriétaire.

Ce que je propose : un système complet de VMC double flux avec une gestion électronique fine (via Arduino) qui se commande à distance et qui vous reviendra au max ~ 1600€ (à ce prix là j'ai fait très peu de récup donc je pense qu'on peut réduire largement le coût), réseaux de gaines inclut. Ce système sera facile d'entretien et facile à réparer.

Pour les matériaux et les outils, le détail est dans le fichier Calc fourni (références, quantité, coût au moment de la conception et où je me suis fourni).

Le code source du programme Arduino est fourni ainsi que des schémas d'explications.

Outils & MatériauxFichiers

Matériaux

Les matériaux nécessaires sont détaillés étapes par étapes.

Outils

Les outils nécessaires sont détaillés étapes par étapes.

VMC_double_flux_vmc_df-combles.ods

VMC_double_flux_vmc_final_v2.ino

Étape 1 - Présentation générale de ce système

Voici de quoi ce compose ma VMC :

• un échangeur air/air à flux croisés
• deux caissons de filtration
  • un pour l'air vicié extrait des pièces humides qui fait également office de plénum (il collecte l'air de ma cuisine et de ma salle de bain)
  • un pour l'air frais qui vient de dehors
• deux caissons de ventilation
• un plénum/collecteur pour répartir l'air insufflé entre mes pièces de vie (salon et chambre)
• un système d'évacuation des condansats branché sur l'échangeur en direction de l'évacuation des eaux usées
• un contrôleur électronique (Arduino)
• deux réseaux de gaine (un pour l'extraction et un autre pour l'insufflation)
• un système de bypass de l'air insufflé

Étape 2 - Fabrication de l'échangeur

Le but est de réchauffer l'air frais avec les calories de l'air vicié extrait.

Mon échangeur est à courant croisés. C'est un échangeur fait avec des plaques de polypropylène où les flux (air vicié extrait et air frais) se croisent.

On aurait très bien pu prendre d'autres matériaux pour le faire (PVC, alu, acier, etc) ça dépendra de votre budget !

Sur cet échangeur on a 4 côtés qui ne devront pas être en contact direct (cf schéma) : l'air vicié rentrant (en haut à droite) et sortant en bas à gauche ne doit jamais être en contact de l'air frais rentrant (en haut à gauche) et sortant (en bas à droite). J'explique comment j'ai étanchéifié à l'étape de fabrication du caisson de l'échangeur.

Attention, mon échangeur est démesuré : 380x380x380

Plus il sera grand et plus grand devra être le caisson qui le contiendra !

Si je devais en refaire un :

• technologie des flux à contre courant pour plus de rendement.
• en PVC plutôt que PP (évite la galère du collage)
• plus petite dimensions

Pour fabriquer l'échangeur j'ai utilisé :

• 25 plaques de polypropylene alvéolé (j'ai fait avec plaques noires, j'ai lu que ce n'est pas l'ideal car ça serait moins solide dans le temps, si vous trouvez en en blanc c'est mieux)
• de la colle PU Sikaflex (avec un pistolet à colle)
• des cornières PVC à coller sur chaque arrètes du cube pour solidifier l'ensemble
• de l'acétone pour nettoyer les plaques et faciliter le collage plus tard
• un chalumeau pour aider au collage plus tard
• un bon ciseau pour découper les plaques
• des poids très lourd pour maintenir mes plaques collés (type poids de lestage pour tonelle ou parpaing)
• des sangles de maintien (pour aider au collage des cornières)
• une raboteuse (oui il y a des chances que ce ne soit pas parfait du premier coup donc il faut raboter)

Les étapes

1. découper vos plaques pour obtenir la dimensions souhaité (faites le mieux possible car sinon il faudra rattraper après le collage à la raboteuse)
2. nettoyer chaque plaque découpée à l'acétone (à faire dans un endroit très bien aéré !)
3. flammer les plaques au chalumeau (ne pas trop insister pour ne pas les faire fondre !)
4. coller les plaques en prenant soin de changer de sens à chaque fois (côté ouvert puis coté fermé, etc) et en étant le plus droit possible (sinon il faudra raboter !) (mettez des gants car ce genre de colle est difficile à enlever de la peau)
5. appliquer des poids au sommet de vos plaques collées (je devais être à au moins 30kg)
6. laisser sécher 24h voir plus
7. enlever les poids et raboter si besoin (ça fait vraiment beaucoup de poussières fines : mettez un masque FFP1 minimum)
8. découper les cornières et les coller : une par arrète. J'ai fait ça en deux étape car je n'avais pas assez de sangle pour le bon maintien

Explication sur pourquoi utiliser l'acétone et le chalumeau :

Le polypropylene est réputé difficile à coller, après plusieurs essai et pas mal de lecture sur Internet, j'ai retenu que le nettoyage à l'acétone + le flammage permet de changer une propriété du plastique. Cela fait que la colle tiendra.

A vous de faire vos essais chez vous pour vous rendre compte :

• collage au sikaflex seul (ça se décolle, on même enlever tout résidu de colle une fois sec)
• nettoyage à l'acétone + collage (ça se décolle idem)
• nettoyage à l'acétone + flammage + collage (il faut forcer très fort pour décoller)

Sinon il existe des colles spéciales PP et PE mais ça va exploser le budget.

Explication sur les technologies d'échangeur de VMC : https://www.fiabitat.com/les-echangeurs-de-chaleur/

Étape 3 - Fabrication des caissons

Pour fabriquer mes caissons j'ai utilisé :

• matériaux
  • des planches d'OSB en 15 et en 16mm (j'avais de la chute d'un autre projet).
  • de l'isolant PSE 50mm (clairement pas le mieux mais très bon marché)
  • des chutes de tasseaux 25x25mm (fait office d'équerre pour visser les caissons)
  • des vis à bois 4x30 et 3x20 (PZ2 et PZ1)
  • des brides de raccordement de différent diamètre (125, 100 et 75)
  • du scotch double face (pour faire tenir l'isolant au bois
  • du scotch très collant type Alfa Flex 153 (j'en ai mis là où j'ai creusé à la scie cloche)
  • des matériaux spécifiques que je détaille dans les étapes suivantes
• outils
  • une perceuse/visseuse sans fil
  • des embouts PZ2 et PZ1
  • des scies cloches de différents diamètres (125, 100 et 75)
  • un cutter pour couper l'isolant
  • une scie sauteuse (si vous voulez y passer 1 mois)
  • une scie circulaire plongeante avec un long rail de guidage
  • un aspirateur et un souffleur (pour bien enlever toutes les poussières de bois et d'isolant)
  • éventuellement une ponceuse
  • éventuellement une raboteuse

Sur la photo on voit le caisson de filtration/plenum pour l'extraction posé sur les caissons de ventilations.

Si je devais les refaire :

• contreplaqué 5mm, bien plus léger (surtout pour le caisson de l'échangeur qui est colossal).
• isolation en laine de chanvre entre deux parois de bois et enveloppe frein vapeur pour contenir la laine
• éventuellement une 2e filtration, plus fine que du G4, dans les caissons de ventilations (on peut fabriquer soi même les portes filtre en découpant et assemblant des profilés acier en U + plaques en acier à découper/trouer pour contenir le filtre)
• Pour les brides de raccordement à placer sur les trous : ça va dépendre des choix que vous ferez lorsque vous installerez les gaines, dans la pratique c'est souvent des entrées/sorties males et rarement femelles. Male = pas besoin de bride

Étape 4 - Fabrication des caissons - échangeur

C'est le plus gros des caissons qui sera à fabriquer.

Pour fabriquer ce caisson j'ai utilisé, en plus des autres matériaux et outils :

• des équerres de chaises pour fixer les plaques d'OSB

Les étapes :

1. Découper et assembler les plaques d'OSB
2. Découper l'isolant
3. Coller le avec du scotch double face à l'OSB
4. faites des rainures sur l'isolant pour que l'échangeur puisse s'y glisser et se maintenir (il sera en losange une fois en place et non à plat !)
5. si possible : appliquer de la colle dans les rainures pour une meilleur étancheité
6. identifier clairement les entrées sorties d'air (on est en diagonal air frais, diagonal air vicié)
7. en fonction d'où vous souhaitez faire vos entrées/sorties d'air, faites des trous à la scie cloche. Sur mon modèle :
   1. mon entrée d'air frais est sur le dessus à gauche en 100⌀
   2. ma sortie d'air frais est sur la partie droite en bas, en 100⌀
   3. mon entrée d'air vicié est sur la partie droite en haut, en 100⌀
   4. ma sortie d'air vicié est sur la partie gauche en bas, en 125⌀

Si je devais les refaire :

• Sur les photos on voit que j'ai commencé par m'occuper de l'isolant que j'ai collé aux cornières de l'échangeur et maintenu par des sangles en attendant le séchage. Je le déconseille car j'ai eu beaucoup de mal à adapter mes plaques d'OSB autour (j'ai du raboter et poncer)
• Pour un échangeur d'une telle taille je déconseille des plaques d'OSB aussi épaisse car ça sera très difficile à déplacer (mon installation est dans les combles) : préféré du contreplaqué 5mm !

Étape 5 - Fabrication des caissons - filtration

Pour fabriquer ces caissons j'ai utilisé, en plus des autres matériaux et outils :

• des portes filtres 405x202x24mm
• des filtres G4
• des charnières piano
• des fermetures à levier 50mm

Ce sont donc des coffres.

Les étapes :

1. Découper et assembler les plaques d'OSB avec des bouts de tasseaux à visser en quinconce (sauf la plaque d'ouverture)
2. Découper l'isolant
3. Coller le avec du scotch double face à l'OSB (sauf la partie où se fera l'ouverture)
4. Faites des rainures, sur l'isolant au milieu du caisson, qui serviront à accueillir le porte filtre (on doit pouvoir le retirer sans trop de difficulté afin de faciliter les maintenances de changement de filtre). Sur une des photos on voit que j'ai rainuré sur l'isolant du dessous (où le porte filtre reposera) et sur les isolants de côté. Il faut aussi rainurer sur l'isolant du dessus, celui qui est amovible où juste au dessus se fait l'ouverture.
5. Tester que votre porte filtre rentre et sorte comme il faut
6. Placer la dernière plaque d'OSB qui servira d'ouverture
7. Visser vos charnières du côté souhaité sur cette plaque et le caisson
8. Tester l'ouverture
9. Placer et tester les fermetures à levier
10. Visser les
11. Faites vos trous à la scie cloche, sur les miens:
    1. celui d'extraction, double entrée en 75 et sortie en 100
    2. celui d'insufflation, entrée en 125 et sortie en 100
12. Nettoyer et éventuellement mettre des brides de raccordement adaptées sur les trous

Si je devais les refaire : je suis satisfait de ce système de filtration. Il faut par contre bien réfléchir dans quel sens vous souhaitez pouvoir ouvrir, ça changera en fonction de l'emplacement de ces caissons.

Étape 6 - Fabrication des caissons - ventilation

Pourquoi faire ? Un caisson de ventilation permet de prendre/attirer de l'air en entrée pour l'expulser plus ou moins vite, en sortie.

Pour fabriquer ces caissons j'ai utilisé, en plus des autres matériaux et outils :

• des ventilateurs 4 broches PWM en 12V (120x120x25mm)
• du fil électrique pour maintenir les ventilateur
• une sonde DHT22 pour la ventilation d'insufflation

Mes schémas sont un peu différent de la réalité où j'ai fixé le ventilateur à la sortie du caisson à l'aide de fil électrique.

Les étapes :

1. Découper et assembler les plaques d'OSB avec des bouts de tasseaux à visser en quinconce (sauf la plaque du haut)
2. Découper l'isolant
3. Coller le avec du scotch double face à l'OSB (sauf la partie du haut)
4. Faites vos trous à la scie cloche, sur les miens je suis en 100 partout
5. Nettoyer
6. Placer et tester votre ventilateur. Chez moi, le ventilateur est à l'extrémité de la sortie du caisson et il souffle vers l'extérieur en prenant l'air à l'intérieur
7. Fixer le à l'aide de chute de fil électrique (j'utilise du 1.5mm²). Il faudra percer des trous de 2 ou 3mm sur les côtés + un trou pour faire sortir ses fils
8. Uniquement pour le caisson d'insufflation : fixer une sonde de température/humidité DHT22 à l'opposé du ventilateur, il faudra faire un petit trou pour faire sortir ses fils

Si je devais les refaire : je suis satisfait de ce système de ventilation.

Étape 7 - Fabrication des caissons - plénum

Pourquoi faire ? Un plenum ou collecteur, permet de redistribuer de l'air frais qui vient en entrée vers plusieurs sorties pour alimenter des pièces de vie. Ou également de collecter l'air vicié de plusieurs pièces humides vers une sortie unique.

Dans mon installation, un de mes plenum me sert aussi de caisson de filtration. Cette étape détail la fabrication d'un plenum simple.

C'est le type de caisson le plus simple à fabriquer.

  Les étapes :

1. Découper et assembler les plaques d'OSB avec des bouts de tasseaux à visser en quinconce (sauf la plaque du haut)
2. Découper l'isolant
3. Coller le avec du scotch double face à l'OSB (sauf la partie du haut)
4. Faites vos trous à la scie cloche, sur les miens je suis en 100 pour l'entrée et 80 pour les sorties, de l'autre côté du plenum. Sur ce modèle on peut aller jusqu'à 4 trous de sortie. Dans mon installation je n'en ai fait que 2 (pour mes 2 pièces de vie)
5. Nettoyer
6. Positionner la dernière plaque d'isolant puis visser la dernière plaque d'OSB

On aurait très bien pu faire plus simple dans ce cas où il y a peu de pièce de vie à alimenter en air frais (ou plus de pièce humide où il fait extraire l'air vicié) : plenum PVC avec un côté à 100 et de l'autre une réduction avec double sortie de 80, par exemple.

Si je devais les refaire : je suis satisfait de ce système de plenum qui permet un upgrade possible si on veut alimenter en air/collecter de l'air de plus de pièces plus tard.

Étape 8 - Gestion électronique

Pourquoi faire ? L'ajout de l'electronique va nous permettre de contrôler le système en jouant sur la puissance de ventilation

Attention à vous lors de la manipulation de la carte et des composants, notamment des ventilateurs et du relay ! Sur cette installation je suis branché sur le courant alternatif donc danger de mort si vous ne savez pas ce que vous faites !

1) Le choix des ventilateurs

• dimensions
• consommation (et donc coût à l'usage)
• temps moyen de fonctionnement avant panne (MTTF)
• courant alternatif ou courant continu ?
• voltage et ampérage max
• débit d'air
• vitesse
• possibilité de contrôler la vitesse
• niveau de bruit
• cablage (2, 3 ou 4 fils ?)
• températures de fonctionnement
• éventuellement un indice IP
• prix d'achat

Mon choix initial se porter sur des Noctua NF-F12 IPPC-2000 IP67 mais c'est 3x le prix de ceux que j'ai finalement adopter : des Artic P12 Max

Ces ventilateurs permettent une gestion de leur vitesse via le signal PWM.

2) Le choix de la carte électronique

Il y avait sûrement d'autre système qu'Arduino mais ça me paraissait le mieux pour ce projet. J'ai choisi une carte Elegoo R3 (sous marque)

3) Le choix des sondes

J'ai souhaité que ma VMC soit hygrovariable, pour cela j'ai branché une sonde DHT22 par pièce humide (une dans la cuisine et une dans la salle de bain/WC). Ces sondes calculeront l'humidité relative et en faisant une moyenne ça déclenchera plus ou moins vite les ventilateurs.

J'ai également placer une DHT22 dans mon caisson d'insufflation (on aurait pu la placer dans le caisson de filtration de l'air frais) afin de pouvoir connaitre la température et l'humidité de l'air frais de dehors.

Ca me permet aussi de déclencher une consigne qui arrête le ventilateur d'insufflation si la température est trop basse (pour protéger le ventilateur et de ne pas avoir de l'air trop froid qui rentre dans la maison).

Vous n'êtes pas obligé d'utiliser des sondes pour piloter votre VMC.

4) Le choix du pilotage

Pour des raisons d'économie et aussi parce que c'est plus pratique pour moi, j'ai fait le choix de piloter la VMC en bluetooth grace à un module HC-05 via l'application Serial Bluetooth Terminal.

5) L'alimentation des composants

On a deux circuits d'alimentation différents :

1. En 5V : pour la carte Arduino, les sondes et le module BT et le double relay
2. En 12V : pour les ventilateurs

Donc sur cette installation j'utilise deux alimentations différentes qui leur sont dédiées. Pour le 5V je branche directement sur le connecteur DC de la carte Arduino. Pour le 12V, j'utilise un adaptateur DC 2.1mm qui prend d'un côté l'alimentation et de l'autre un fil de phase et un fil de neutre que je branche à la breadboard.

Ces alimentations sont elles même reliées sur un circuit dédié de 1.5mm² via un disjoncteur Legrand C2.

Récapitulatif des matériaux et outils utilisés :

• Kit de base Arduino R3 (Elegoo)
• 3 sondes DHT22 (AZDelivery)
• Un module HC-05 (AZDelivery)
• Un relais double (Yizhet 5V)
• Deux ventilateurs Artic P12 Max
• Une alimentation 12V 2A (Semageek)
• Une alimentation 9V 0.5A (Semageek)
• Un adaptateur DC 2.1mm (Semageek)
• Une boite de dérivation 3 voies
• Un disjoncteur Legrand C2
• Une prise double Legrand (j'ai pris avec des plexo)
• Du fil électrique 1.5mm² (phase, neutre et éventuellement terre)
• Une pince à dénuder (style Jokari)
• Un tapis de travail pour carte électronique
• Un kit de sertissage câble Dupont (avec pince à sertir)
• Du fils 22AWG
• Des panneaux de bois
• Des tasseaux
• Un vitre plexiglass
• Une perceuse/visseuse

Les étapes :

1. Sans brancher d'alimentation : faites le branchement des composants entre eux via la breadboard
2. Brancher uniquement la carte Arduino via son port USB (5V)
3. Uploader le code source fourni via le logiciel Arduino IDE
4. Brancher le 12V
5. Tester (voir étape suivante)
6. Fabriquer vous un boitier pour l'ensemble
7. Trouer le boitier. J'ai fait des trous sur le côté où s'encastrent les connecteurs d'alimentation de la carte Arduino (donc j'ai 3 trous pour ça : un pour l'USB, un pour le 5V DC et un pour mon adaptateur DC pour mon 12V), d'autres trous pour le passage des fils des sondes et des fils des ventilateurs.
8. Fixer la carte et le relais : vis de 3mm
9. Fixer la breadboard : j'utilise une chute de fil électrique non dénudé et des vis pour bloquer la breadboard
10. Fermer le boitier avec une plaque de plexiglass ou équivalent

Note si la longeur de cable souhaité n'est pas suffisante (ce qui sera certainement le cas pour le branchement des ventilateurs et des sondes) :

Vous allez devoir fabriquer vous même vos propres câble à la longeur souhaité ! Pour cela j'ai plusieurs solutions :

1. Si la longeur est assez faible (disons max 1m) : tout en 22AWG
2. Si la longeur est >1m : fil de 1.5mm² + Wago (type S221) + 22AWG

Dans mon installation, j'utilise la solution 1 pour relier mes ventilateurs car ils sont très proche de la carte électronique. En revanche, j'utilise la solution 2 pour relier mes deux sondes DHT22 des pièces humides (car elles sont à plusieurs mètres de la carte).

Pour relier les sondes, on peut faire des économies de câbles 22AWG en mutualisant les 5V+ et les 5V- (voir schéma) : j'utilise la solution 2 avec du fil de 1.5mm² de mes sondes à la longeur souhaité jusqu'à un boitier 3 de dérivation 3 voies et là, au lieu d'avoir 2 fils d'alimentation 22AWG par sonde à la carte (donc 4 fils) j'en ai 2 au total.

On ne peut pas connecter directement du 1.5mm² sur les sondes (je ne pense pas que ça puisse se sertir avec du Dupont) d'où l'utilisation des Wago. Exemple : du + de la sonde de gauche au Wago, on est en 22AWG (distance très proche) puis de ce même Wago à celui plus haut on est en 1.5mm², (plusieurs mètres de distance) puis on repasse en 22AWG jusqu'à la carte Arduino ou au breadboard (distance très proche).

Fichier:VMC double flux vmc final v2.ino

Étape 9 - Installation des caissons

Étape 10 - Réseaux de gaines

Étape 11 - Système d'évacuation des condansats

Étape 12 - Installation des bouches

Étape 13 - Installation des chapeaux de toitures

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