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Approcher globalement la question de la ventilation

Cet article est, pour une large part, basé sur un document réalisé par la NAV (Netwerk ArchitectenVlaanderen) , l’organisation flamande des architectes, dans le cadre du projet d’amélioration de la qualité de l’air intérieur, en particulier dans les bâtiments scolaires initié par le département flamand de l’environnement en collaboration avec le VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek), l’institut flamand de recherche technologique. Cet ouvrage n’existe qu’en néerlandais et peut intégralement être téléchargé via ce lien.

Afin de concevoir un système de ventilation performant, il convient d’éviter ou de limiter drastiquement la présence d’agents tels que le CO2 et l’humidité émis par les personnes présentes, les polluants qui viennent de l’extérieur, les virus et les bactéries. Nous allons voir quelles sont les étapes et les aspects selon lesquels le type de ventilation est choisi.

1. Approche générale

Les professionnels du secteur de la construction doivent tout d’abord faire un état de la situation actuelle et/ou future du bâtiment à construire.

L’utilisateur

Le client doit être rencontré afin :

de l’informer de l’intérêt d’une ventilation efficace en faisant bien la distinction entre ventilation et système de refroidissement de l’air (climatisation, ventilateur, etc.) ;
de lui demander son niveau d’exigence en terme non seulement de confort, mais aussi de facilité de prise en main, d’utilisation et de maintenance du (des) système(s) de ventilation proposé(s) ;
de s’accorder sur un budget basé sur le coût de l’appareil, son installation, son entretien, ses réparations, maintenances et sa consommation en énergie ;
de déterminer le type d’activités prévues selon les pièces et leur taille ainsi que le type d’utilisateurs .

La situation existante

Pour évaluer le système de ventilation adéquat pour évacuer et remplacer l’air « vicié », il faudra calculer le débit d’évacuation de l’air impropre, de renouvellement et d’amélioration de la qualité d’air sain par personne. Pour ce faire, le responsable du bâtiment (responsable énergie ou technicien) devra prendre en compte l’environnement extérieur, l’environnement intérieur ainsi que la ventilation existante.

L’environnement extérieur

Il fera un état des lieux des sources et densité d’agents extérieurs polluants tels que :

Les gaz d’échappement liés à un trafic lourd et fréquent de véhicules à proximité,
l’activité agricole ou industrielle à proximité,
la pollution sonore et olfactive.

Certains types de ventilation tels que des grilles d’aération ne constituent pas une solution au renouvellement de l’air sain si la densité de ces agents extérieurs est trop élevée. Par exemple, l’aération des chambres d’un internat qui surplombe une autoroute, fait face à une forêt ou un littoral sera adapté à l’environnement extérieur.

L’environnement intérieur

Selon la densité moyenne d’occupants et le type d’activités, le responsable du bâtiment doit analyser les types d’agents émis en interne :

Des polluants émis par les futurs matériaux de construction,
des polluants émis par les matières utilisées pour la décoration et le parachèvement,
des bactéries, virus ou émissions de CO2 émis par les occupants,
l’humidité de source humaine, végétale ou liée aux installations existantes.

La ventilation existante

L’analyse de ces mêmes circonstances est incontournable en cas de rénovation du système de ventilation. Y seront ajoutées des questions concernant le bâtiment dans son ensemble, le système de ventilation et l’ampleur de la rénovation.

Le bâtiment

Quel est l’état de son enveloppe actuelle ? (fissures et fentes impliquant tantôt une perte d’énergie tantôt de la condensation, de l’humidité et de la moisissure) ;
Quels sont les matériaux de construction déjà présents ?

Le système de ventilation existant

La rénovation ou l’extension du système de ventilation déjà en place fera l’objet d’une analyse globale.

Est-ce un système mécanique de pulsation ou d’extraction ?
Existe-t-il des ouvertures naturelles ?
Quel est l’état de dégradation et d’usure de ses composants ? (grilles oxydées, tuyaux sales…) ?
La ventilation actuelle provoque-t-elle une nuisance sonore ? Si oui, est-elle quantifiable ?

L’ampleur de la rénovation

Le responsable du bâtiment devra faire une série d’inspections de la ventilation existante afin d’y apporter des améliorations plus ou moins radicales selon l’ampleur de la rénovation prévue par l’institution concernée.

Cela passera inévitablement par un calcul des débits et flux déjà présents. Selon les superficies et les volumes, quelle quantité d’air se renouvelle chaque heure ? Quelle est la complexité du bâtiment existant ?

Pour connaître tous ces détails, il est primordial d’avoir fait le point sur les questions liées aux utilisateurs du bâtiment déjà existant. On en revient alors aux mêmes questions que celles abordées précédemment sur les futurs utilisateurs. La question est d’autant plus simple que l’usager et ses habitudes sont déjà connus. D’autres aspects tels que la possible utilisation du bâtiment pendant les travaux doivent être mis sur la table.

Enfin, une modernisation importante de la ventilation peut s’avérer coûteuse en cas de bâtiments complexes. Cela peut impliquer une décentralisation des systèmes de ventilation pour augmenter le rythme et l’efficacité du renouvellement de l’air, en diminuer le volume sonore ou disperser des odeurs indésirables. Dans ce cas, il faut repasser par la case budget afin d’être le plus en accord possible avec l’institution concernée.

Les matériaux de construction

Que ce soit pour une rénovation ou une nouvelle construction, les matériaux doivent faire l’objet d’une analyse minutieuse avant de choisir un système de ventilation adéquat.

L’amiante

Des isolants en amiante non friable sont parfois encore présentes, notamment, pour protéger canalisations et tuyauteries. Elles dégagent ses fibres dans l’air et contaminent y compris les locaux qui n’étaient pas directement parachevés ou isolés à l’amiante.

Le retrait de l’amiante doit se faire dans de strictes conditions de sécurité pour les ouvriers, décrites par l’AGW du 17 juillet 2003 .

Les nouveaux matériaux de construction

Bien que les matériaux d’aujourd’hui soient le fruit de progrès en termes d’écologie, d’isolation et de durabilité, il subsiste encore de nombreux revêtements volatiles dont les évaporations sont tantôt minimales, tantôt significatives. Ces émissions peuvent persister jusqu’à plusieurs mois voire plusieurs années après les travaux. C’est pourquoi un choix de matériaux à faibles émissions ou un délai préalable à l’emménagement dans ces locaux sont à prévoir.

Citons deux exemples :

L’augmentation temporaire de concentration de polluants issus de certaines peintures va retomber à un seuil sain peu de temps après son application à condition de bien ventiler les pièces concernées.
Certaines résines utilisées contre l’humidité émettent des hydrocarbures qui polluent encore plusieurs années après leur installation.

Voici 2 liens utiles à consulter si vous souhaitez approfondir votre connaissance sur le sujet :

-> Les recommandations en matière de qualité et de renouvellement de l’air intérieur : comment limiter les polluants intérieurs ?

2. Concevoir le système de ventilation

Un système de renouvellement de l’air efficace doit garantir un air sain et confortable dans chaque classe, quelles que soient son utilisation, sa dimension et son occupation. Le gestionnaire du projet va calculer quels sont les débits prescrits en fonction des superficies, volumes et le type d’occupation prévu.

Il va croiser ses calculs afin de concevoir une construction à la fois étanche ET ventilée ! C’est pourquoi, pour des raisons sanitaires évidentes, il est important de passer par des experts en la matière pour contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air dans les classes.

Vous trouverez les infos générales sur le dimensionnement des systèmes de ventilation sur la page suivante.

Examinons ici la situation spécifique des salles de classe.

Voici un tableau récapitulatif provenant du décret flamand sur l’énergie qui prescrit les débits d’air par heure et par personne selon le volume de chaque type de pièce. Les exigences sont identiques à celles d’application en Wallonie.

Ces exigences doivent être combinées avec les prescriptions :

Du Code du Bien-être au travail, dont l’article 3 stipule que « L’employeur prend les mesures techniques et/ou organisationnelles nécessaires pour veiller à ce que la concentration de CO2 dans les locaux de travail soit généralement inférieure à 900 ppm ou qu’un débit minimal de ventilation de 40 m3/h par personne présente soit respecté ».
De la directive fédérale sur la qualité de l’air intérieur sur les lieux de travail , qui indique un débit de conception de minimum 25 m³/h par personne dans un local à pollution limitée.

De l’analyse au système de ventilation adapté

Une grille de lecture reprenant les étapes d’inspection de l’état actuel de la ventilation et des mesures à prendre en cas de besoins. Cette grille de lecture divise le processus en trois temps :

La détermination du type de bâtiment – ancien ou neuf,
une analyse des risques
et enfin, la détermination de l’humidité de l’air idéale.

Ancien ou nouveau bâtiment

Construire un nouveau bâtiment permettra de ne pas passer par une étude de l’analyse des risques existants. Une fois les volumes, surfaces et occupations connus, on conçoit les systèmes de ventilation en parallèle.

Pour les rénovations ou les extensions, l’analyse se subdivise par zone :

Zones humides ;
espaces de circulation ;
zones spéciales ;
locales pour déchets ménagers ;
salles techniques ;
cuisine ;
salles de classe avec fonction spéciale.

Pour chacun de ces locaux, des valeurs sont prescrites et l’audit pourra justifier deux types de mesures à mettre en place par le pouvoir organisateur :

Des actions techniques (rénovation, entretien, maintenance, réparation, etc.).
Des actions organisationnelles permanentes ou l’occupation limitée d’un lieu dans le temps.

Une analyse des risques

Une première analyse de risques doit se faire sur base des sources citées plus haut : occupation, situation existante, environnement intérieur et extérieur afin de bien définir quel(s) type(s) de ventilation est de mise selon :

L’occupation de personnes,
les matériaux existants,
la ventilation et traitement de l’air actuels,
l’entretien des ventilations,
le système de chauffage.

La détermination de l’humidité de l’air idéale

La stabilité d’un air ni trop humide ni trop sec dépend de l’occupation de chaque local.

On distingue :

L’occupation humaine : où les personnes passent le plus de temps,
l’occupation non humaine : où les personnes n’effectuent qu’un court passage,
les zones spéciales : cages d’ascenseurs, locaux techniques ou laboratoires.

Selon le Code du bien-être au travail, les valeurs usuellement retenues entre 40 et 60 % d’humidité peuvent être revues entre 35 et 70 % si le pouvoir organisateur sait justifier qu’aucun agent chimique ou biologique ne viendra atteindre la santé de ses occupants.

Par exemple, pour les locaux sanitaires, la ventilation doit prévoir un renouvellement de l’air de 25 m³/h par personne pour des urinoirs, 50 m³/h par personne pour des WC ou encore 75 m³/h par personne pour des douches.

Ces plages sont suffisamment larges pour ne pas justifier l’installation de déshumidification dans les salles de classe. A priori, il n’est pas nécessaire non plus de prévoir d’humidification. Cependant, si le groupe de ventilation n’est pas conçu pour ajuster son débit en cas, par exemple, de sous occupation des locaux, le risque d’un assèchement inconfortable est réel. Il pourrait alors être prudent de disposer, dans l’école, de quelques humidificateurs mobiles pour corriger des problèmes ponctuels.

Des mesures face aux contaminants

Suite à l’analyse des risques, des mesures doivent être prises par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur dans le cas d’une école afin de démontrer que les locaux garantissent une faible émission. Pour éradiquer ou diminuer drastiquement les contaminants (virus, CO2 et bactéries) ces mesures sont prises en concertation avec le personnel compétent en matière de sécurité .

Prévoir un plan d’action

Si l’analyse des risques le justifie, un plan d’action doit être mis en place par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur afin de contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air des différentes pièces et plus généralement du bâtiment public dans son ensemble en termes de :

Répartition de l’air,
fluctuation des températures,
nuisances sonores ,
vibrations,
entretien des installations de ventilation.

Une fois les actions définies, le type de ventilation pourra alors être choisi parmi 4 systèmes différents :A, B, C ou D :

Les ventilations A et B sont naturelles, mais le contrôle limité sur leur fonctionnement engendre des pertes énergétiques.
La ventilation C se base sur un renouvellement naturel de l’air combiné à une ventilation mécanique. Il est généralement conseillé pour les bâtiments scolaires.
La ventilation D réutilise la chaleur de l’air pollué avant de le rejeter vers l’extérieur. C’est un système qui correspond aux maisons dites « passives ».

Selon nous, l’expérience montre à suffisance que seuls les systèmes de ventilation mécanique avec récupération de chaleur sont en mesure d’assurer une qualité d’air adéquate sans générer d’inconfort thermique majeur. Ils sont donc à privilégier.

3. La ventilation : son installation et son exécution

Une fois le type de ventilation défini en fonction de tous les facteurs cités plus haut, viennent les phases d’installation et d’exécution.

L’emplacement des systèmes de ventilation

Indiqué sur le plan de rénovation ou de construction, le système de ventilation doit se situer dans un endroit accessible à l’installation et à l’entretien. Son emplacement doit être choisi aussi en fonction des nuisances sonores possibles ou thermiques .

L’emplacement des entrées et sorties d’air

Les entrées et sorties d’air peuvent se faire par différents moyens :

Grilles d’aspiration et d’extraction de l’air vers l’extérieur,
ouvertures qui permettent le passage de l’air entre une pièce sèche et une pièce humide,
conduits en gaines galvanisées à placer dans des puits, plafonds suspendus ou apparents dans des locaux occupés ou pas. Le dimensionnement des ouvertures naturelles ou mécaniques doit être conçu afin de ne pas gêner les occupants des locaux concernés.

Aussi, un plan en 3D permettra d’estimer les conséquences du poids de l’appareillage sur la résistance structurelle du bâtiment et autres installations :

Plafonds, planchers et poutres,
canalisations,
murs extérieurs et porteurs,
installations électriques.

Le but est d’éviter l’influence des systèmes de chauffage et refroidissement sur la ventilation. Afin d’optimiser l’équilibre entre, d’une part, les extractions ou les entrées d’air et, d’autre part, les changements thermiques qui en résultent, toute l’installation doit être pensée pour compenser ou compléter le système thermique choisi.

4. Le suivi et la maintenance

Tel que nous venons de le voir, l’installation d’un système de ventilation visant à améliorer l’air dans les différentes pièces ne peut se faire qu’en passant par une série d’étapes qui impliquent des aspects aussi bien quantitatifs que qualitatifs. C’est pourquoi tous les acteurs de ce processus se doivent de connaître tous les détails de l’installation une fois terminée.

Installé dans les faux plafonds, occultés derrière des parois ou accessibles via des locaux techniques, le système de ventilation n’est pas toujours accessible à des personnes non compétentes. Parfois, le but est d’éviter aux utilisateurs de modifier l’équilibre savamment calculé par les professionnels du secteur. Ils risqueraient de provoquer des effets indésirables sur le confort, le bien-être et la santé des occupants.

Le concepteur doit donc donner à son client les éléments nécessaires afin qu’il comprenne, surveille, nettoie et entretienne convenablement son installation . Parmi eux, citons entre autres les plans d’exécution, les fiches techniques des matériaux, les rapports d’inspection, de démarrage et les schémas électriques de la ventilation. Une fiche reprenant les coordonnées des entreprises et des responsables doit également être fournie à l’utilisateur final.

Si vous souhaitez aller plus loin dans la gestion de la ventilation afin de prévenir la dispersion d’agents pathogènes , n’hésitez à consulter l’article réalisé en juillet 2020 durant la pandémie du COVID-19.

Posted By : 25 Sep, 2007

Débits de ventilation dans les locaux annexes

Suivant les fabricants

Les débits indiqués ci-dessous sont soit des débits à extraire, soit des débits à pulser selon que le local présente des risques d’odeurs ou est considéré comme un local « sale » (selon l’arrêté royal relatif à l’hygiène générale des denrées alimentaires) ou non.

Ils nous ont été communiqués par un fabricant.

Local	Taux de renouvellement horaire (1/h)	Débit (m³/h)
Préparation froide	3 à 5	–
Légumerie	5 et 10 (*)	–
Pâtisserie	15	–
Boucherie	10	–
Stockage produits secs et boissons	3	–
Réserve vin	1	–
Stockage vaisselle	1	–
Local déchets	5 à 7	–
Local entretien	5	–
Self-service : comptoir bain-marie	–	100
Self-service : par chariot chauffant	–	50
Restaurant	6 à 8	–
Cafétéria	8	–

(*) : Pour les cuisines industrielles, il est demandé un extracteur à 2 vitesses assurant en temps normal un taux de renouvellement de 5 et en cas d’épluchage d’oignons un taux de 10.

Suivant la norme prEN 16282

Zones	Débits [m³/h par m²]
Préparation de la viande	25
Préparation du poisson	25
Préparation de la volaille	25
Préparation des légumes	25
Réserve sèche	6
Réserve à pain	6
Réserve non-alimentaire	6
Pièces pour le personnel	Voir annexe C3 de la PEB
Vestiaires, WC et douches	Voir annexe C3 de la PEB
Local à poubelles	6
Distribution des repas chauds	60

Posted By : 25 Sep, 2007

Organiser le recyclage de l’air

Organiser le recyclage de l'air

Organisation du recyclage de l’air

Le recyclage de l’air extrait du bâtiment par mélange dosé avec l’air neuf est énergétiquement très intéressant. En amélioration, il faut toutefois voir si techniquement c’est possible sachant que dans les bâtiments anciens l’extraction ne se trouve pas nécessairement à proximité immédiate de la pulsion. En effet, le recyclage de l’air n’est possible qu’avec un système double flux.

Imaginons une installation fonctionnant en « tout air neuf ».

Le coût d’une installation en « tout air neuf » est très élevé puisque le chauffage est assuré, en plein hiver, par de l’air extérieur qu’il faut réchauffer à grands frais.

Exemple.

pour apporter 1,5 kW de chaleur au local, un apport de 3,5 kW est demandé au caisson de traitement d’air : 2 kW pour porter l’air de 6° à 22°C, puis 1,5 kW pour l’amener à 40°C.

La température de 6°C correspond à la température moyenne de l’air extérieur.

Avantages

Le recyclage de l’air permet de réduire les débits d’air neuf et donc un groupe de ventilation plus petit peut être utilisé.

Par rapport aux systèmes de récupération d’énergie, le recyclage partiel de l’air extrait est très performant puisqu’il permet de valoriser aussi bien l’énergie sensible que l’énergie latente (chaleur et humidité).

Dans cette technique, il est toujours possible de moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants du ou des locaux. Par exemple, une sonde CO₂ placée dans le conduit d’air extrait peut moduler l’ouverture du registre d’air neuf. D’où une fameuse économie !

Si en mi-saison, un besoin de refroidissement se fait sentir et que la température extérieure est inférieure à la température intérieure, l’augmentation du taux d’air neuf permet de valoriser le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur.

Inconvénients

Technologiquement parlant, cette solution n’est possible que si les conduits de reprise sont très proches des conduits de pulsion d’air. À défaut, c’est vers des récupérateurs à plaques reliés par un circuit d’eau glycolée qu’il faut s’orienter.

De plus, cette solution présente l’inconvénient de mélanger et redistribuer de l’air extrait de locaux différents… Pour des raisons hygiéniques, elle sera exclue en milieu hospitalier par exemple. Dans les immeubles de bureaux, certains disent que le recyclage est à l’origine du « sick building syndrom », c.-à-d., en bref, de la propagation du rhume de la secrétaire à l’ensemble du personnel !

Ce qui est certain, c’est que si une telle installation est choisie, elle devra faire l’objet d’un entretien régulier et d’une attention toute particulière au niveau du système d’humidification et de filtration.

Finalement, un ventilateur supplémentaires (et donc des filtres et des silencieux) est généralement nécessaire !

Régulation

La régulation du taux d’air neuf est énergétiquement très importante. La régulation devra permettre de stopper l’arrivée d’air frais durant la période de remise en température du bâtiment, avant l’arrivée des occupants, de travailler en tout air neuf lorsque la température extérieure permet un rafraîchissement de l’ambiance, …

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le réseau de distribution d’air

Suppression des fuites

L’étanchéité des réseaux de ventilation existants est réputée comme étant très mauvaise. Il est cependant très difficile de procéder à l’étanchéification (bandes adhésives, mastic, …) de tout un réseau, même si celui-ci est apparent. Tout au plus peut-on remédier aux plus grosses fuites.

La solution est le remplacement complet des conduits de distribution rectangulaire par des conduits circulaires à double joint aux raccords.

Étanchéité des conduits de ventilation dans le bâtiment PROBE du CSTC :

1.	Situation initiale (conduits rectangulaires).
2 à 5.	Étanchéifications successives par bandes adhésives.
6.	Remplacement des conduits rectangulaires par des conduits circulaires à double joints aux raccords.

Équilibrage de l’installation

Tout enfant trouve plaisir à boucher de son doigt un jet d’une fontaine : la pression monte dans le réseau et tous les autres jets sont augmentés !

Il en est de même pour Josiane, la secrétaire, qui prétextant « un horrible courant d’air », a scotché sa grille de ventilation, doublant ainsi le débit chez sa voisine !

Équilibrer une installation, c’est assurer dans chaque local le débit d’air nécessaire. Ni plus, ni moins. Par souci de confort et d’économie d’énergie.

Cette opération est normalement effectuée par l’installateur avant la réception des travaux, pour ajuster les débits aux valeurs prévues par le bureau d’études. Mais une mise au point ultérieure par le gestionnaire est parfois nécessaire en fonction de l’occupation effective du bâtiment.

L’équilibrage est réalisé dans les conditions normales de fonctionnement, soit

Avec portes intérieures fermées, sauf si l’usage courant les destine à rester ouvertes,
avec portes et fenêtres extérieures fermées,
avec l’extraction en fonctionnement dans le cas d’un système double flux.

Il est grandement favorisé par l’existence d’organes de réglage des débits aux bouches et en tête des branches. À défaut, des diaphragmes de réglage peuvent être insérés dans les conduits, mais leur utilisation est moins souple.

Deux principes dirigent le travail :

Tous les débits d’une distribution restent proportionnels entre eux lorsque le débit en tête varie. Autrement dit, si une bouche est réglée pour diffuser un débit double de sa voisine, ce rapport restera quel que soit le débit qui les alimentera.Ce principe va entraîner le réglage proportionnel de toutes les bouches d’une branche, puis toutes les branches entre elles, sans se soucier du débit effectif. En fin de travail seulement, le débit total souhaité sera réglé au ventilateur… et donc automatiquement à toutes les bouches.
Après équilibrage de l’ensemble, la consommation d’électricité est la plus faible :
- Si au moins un organe de réglage de bouche est totalement ouvert (c’est la bouche la plus défavorisée),
- si au moins un organe de réglage de branche est totalement ouvert (c’est la branche la plus défavorisée),
- et si le registre du ventilateur est ouvert totalement (à partir du moment où le ventilateur a été correctement dimensionné).

Un exemple vaut mieux qu’un long discours :

Calculs

Un programme de simulation de l’équilibrage d’un réseau aéraulique vous permet de tester la méthode, en vous amusant !

Objectif ? En agissant sur les ouvertures de vannes, il faut obtenir les débits souhaités en adaptant les débits réels.

Suggestion :
Imprimer préalablement le mode d’emploi ci-dessous pour l’avoir à côté de soi lors de l’utilisation du programme.

Mode d’emploi de l’équilibrage

Commencer par ouvrir tous les organes d’équilibrage du réseau (bouches, têtes des branches, registre du ventilateur). Sur le terrain, il faudra maintenir le registre du ventilateur à une position proche de la fermeture pour ne pas dépasser la limite de charge du ventilateur (à contrôler par la mesure du courant absorbé par le moteur). Dans les réseaux à débit variable, placer les points de consigne des régulateurs de débit à leur valeur maximale.
Réaliser un premier ajustement des débits (régler approximativement le ventilateur pour que son débit soit légèrement supérieur (10 %) à sa valeur nominale, approcher l’équilibrage en tête des branches par un premier réglage grossier). Cette opération permet d’arriver plus facilement au bon résultat sur le terrain. Elle ne doit pas être faite sur le programme de simulation.
Attaquer une branche (de préférence la branche la plus défavorisée) : repérer la bouche la plus défavorisée (voir remarque ci-dessous), mesurer son débit, laisser son réglage ouvert à 100 %, puis régler le débit de toutes les autres bouches de la branche à un débit proportionnel à celui de la bouche la plus défavorisée. Tous les débits obtenus seront incorrects en valeur, mais corrects dans les proportions entre eux.
Procéder de même pour chaque branche.
Régler les registres des têtes de branches de la même manière : les proportions entre branches doivent être correctes, en vous référant à la demande de la branche la plus défavorisée pour laquelle le registre reste ouvert.
Enfin régler le débit du ventilateur à la valeur totale souhaitée. Normalement, si le ventilateur a été correctement dimensionné ou s’il dispose d’un régulateur de débit, le registre du ventilateur devrait rester ouvert à 100 %. Freiner après le ventilateur, c’est appuyer en même temps sur l’accélérateur et le frein d’une voiture…

Exemple pratique.

Dans le programme de simulation, prenons les 2 dernières bouches de la 3^ème branche : elles demandent toutes deux 800 m³/h de débit. Or, sans toucher aux autres organes de réglages, l’une donne 416 m³/h et l’autre 219 m³/h. Fermons l’avant-dernière bouche jusqu’à 82,2 % d’ouverture. Cette fois, les 2 dernières bouches donnent 285 m³/h. Ce n’est donc pas le débit demandé, mais le rapport des débits entre eux est correct : l’avant-dernière bouche donne 100 % de la dernière, l’objectif du réglage est atteint. Après avoir réalisé le même travail avec toutes les autres bouches, il suffira d’adapter le débit total pour que tous les débits soient corrects.

Remarques.

Toucher au débit d’une bouche, c’est modifier le débit de toutes les bouches ! Le réglage est donc plus facile à faire sur ordinateur que sur le terrain : l’ordinateur calcule en permanence le rapport entre tous les débits. Sur le terrain, il faut travailler à deux, l’un restant à la dernière bouche durant tout le réglage de la branche et communiquant à son collègue l’évolution du débit…

Le programme de simulation permet de visualiser de façon didactique les étapes d’un équilibrage de réseau. Il n’est pas destiné à prédire le réglage d’un réseau déterminé… On ne peut donc y intégrer les données particulières de son propre bâtiment.

Ce type de travail est bien adapté aux réseaux pour lesquels la perte de charge des bouches est importante par rapport à la perte de charge des conduits. C’est souvent le cas pour les installations de conditionnement d’air, ce sera sans doute plus difficile dans le cas des réseaux de ventilation.

A la fin d’un équilibrage, il est utile de consigner par écrit les valeurs réglées : débits des bouches, pressions en amont des registres, tension, intensité et vitesse du ventilateur, température du réseau lors de l’opération,…

Il existe des bouches auto-régulatrices : dans une plage de pression donnée, le débit est maintenu relativement constant, ce qui facilite fortement l’opération, voire la rend inutile…

On entend par « bouche la plus défavorisée », celle qui est soumise à la plus faible pression différentielle pour des débits réglés à leur valeur nominale : c’est souvent la bouche la plus éloignée, parce que le trajet le plus long entraîne les pertes de charges les plus élevées. Mais cela peut être parfois l’avant-dernière bouche qui aurait un débit plus élevé et donc également des pertes de charges plus importantes.

Calculs

Si vous faites partie de ceux qui vont toujours voir les réponses à la fin sans chercher, il est possible de visionner le résultat de l’équilibrage… déjà tout fait par un autre ! Il faut admettre que vous avez déjà lu jusqu’ ici…

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer des amenées d’air de ventilation

Placer des amenées d'air de ventilation

Si les châssis doivent être remplacés, on profitera de l’occasion pour placer des grilles de ventilation.

Celles-ci peuvent se trouver :

soit, dans la menuiserie même,
soit, entre le vitrage et le profilé de menuiserie,
soit entre les profilés de menuiserie,
soit, entre la menuiserie et la maçonnerie.

Grille verticale intégrée dans la menuiserie, entre le vitrage et la menuiserie et au-dessus du châssis, contre la battée.

Si l’on ne prévoit pas de remplacer les châssis, des grilles de ventilation doivent être placées dans la maçonnerie.

Grilles réglables à insérer dans la maçonnerie.

La maçonnerie est percée, la grille placée en donnant une légère pente vers l’extérieur et enfin on réalise un bon joint d’étanchéité entre maçonnerie et grille.

Il faudra penser à respecter l’Annexe C3 de la PEB. Les bouches d’alimentation d’air de ventilation pour les systèmes de ventilation naturelle ou les systèmes de ventilation mécaniques simple flux par extraction doivent être dotées d’un réglage manuel ou automatique. Elles doivent pouvoir être réglées en suffisamment de positions intermédiaires entre les positions « fermées » et « complètement ouverte ». Ce réglage peut se faire soit en continu, soit via au moins 3 positions intermédiaires.

Les bouches d’évacuation pour systèmes de ventilation naturelle ou système de ventilation mécanique simple flux par insufflation doivent répondre aux mêmes exigences.

Posted By : 25 Sep, 2007

Débits de ventilation dans la laverie

Les différentes méthodes ci-dessous nous ont été communiquées par un fabricant. Les débits donnés sont à extraire.

Méthode du renouvellement horaire en fonction du local

Selon la norme allemande VDI 20.52

Le débit est de 120 m³/h par m² de local.

Cette valeur n’est acceptable que pour les petites cuisines (< 300 repas).

Selon Recknagel

Le débit correspond à un renouvellement horaire de 10 à 15.

Ces valeurs sont relativement faibles. Un renouvellement horaire de 20 à 25 est préférable.

Ces valeurs ne sont acceptables que pour des laveries installées dans des locaux d’une certaine grandeur (> 300 repas).

Certains fabricants parlent même d’un renouvellement horaire de 20 à 40.

Méthode en fonction du type de machine à laver

Machines à capot

Les machines à capot sont installées dans les cuisines relativement petites (< 150 repas).

Une hotte pour vapeur non grasse doit être installée au-dessus de la machine. Son débit sera de 1 000 m³/h.

Machines à paniers

Dans un local avec machine à paniers, il faut prévoir :

un raccordement avec interposition d’un cône (*) à la tubulure d’évacuation de la machine,
une hotte de captation des buées à la sortie de la machine,
une extraction supplémentaire dans le local ou à l’entrée de la machine.

* le cône permet au ventilateur de la machine de régler exactement le débit à extraire dans la machine. Sans lui, le ventilateur en toiture risquerait de tout « régimenter ». Les débits extraits dans la machine seraient trop importants et risqueraient d’empêcher le séchage.

Les débits correspondant à ces 3 extractions sont donnés dans le tableau suivant :

Dimensions de la machine (paniers/h)	Raccordement à la tubulure d’échappement (m³/h)	Hotte à la sortie de la machine (m³/h)	Extraction dans le local (m³/h)	Total (m³/h)
90	700	300	1 500	2 500
120	900	300	2 000	3 200
160	1 000	300	2 000	3 300
200	1 200	300	2 500	4 000

Hotte à la sortie ou à l’entrée de la machine.

Machine à convoyeurs

Dans un local avec machine à convoyeurs, il faut prévoir :

Un raccordement avec interposition d’un cône (*) à la tubulure d’évacuation de la machine.
Une hotte de captation des buées à la sortie de la machine.
Une extraction supplémentaire dans le local ou à l’entrée de la machine.

Les débits correspondant à ces 3 extractions sont donnés dans le tableau suivant :

Dimensions de la machine (assiettes : diam. : 260mm)	Raccordement à la tubulure d’échappement (m³/h)	Hotte à la sortie de la machine (m³/h)	Extraction dans le local (m³/h)	Total (m³/h)
1 500	800	300	2 500	3 600
2 500	800	300	2 700	3 800
3 000	800	300	2 700	3 800
3 500	1 000	300	3 000	4 300
4 000	1 000	300	3 000	4 300
5 000	1 000	300	3 500	4 800

Méthode en fonction de la puissance de la machine à laver

Cette méthode se base sur la Norme allemande VDI 20.52. Elle s’appuie sur le dégagement calorifique spécifique des appareils. Elle considère les quantités de chaleur sensible et de chaleur latente dissipées dans l’ambiance pour 1 kW de puissance raccordée.

Elle prévoir un débit de 24 l/sec (86 m³/h) (hotte à extraction simple) par kW de puissance de la machine à laver.

Méthode en fonction des dégagements de chaleur des machines à laver

Cette méthode est utilisée pour une laverie importante ou une laverie industrielle.

Le fournisseur doit fournir les caractéristiques suivantes de la machine :

les pertes de chaleur des moteurs,
les pertes de chaleur par la carrosserie de la machine et du tunnel de séchage,
les pertes de chaleur du surchauffeur,
les fuites de vapeur,
les débits d’extraction à assurer à l’entrée et à la sortie de la machine.

L’extraction du local, complémentaire aux extractions à l’entrée et à la sortie de la machine, devra assurer la dissipation de toute la chaleur produite.

Exemple.

Une laverie industrielle assurant le lavage de la vaisselle d’une cuisine servant 2 500 repas est équipée de 2 machines à laver dont les caractéristiques sont les suivantes :

les pertes de chaleur des moteurs : 2 955 W,
les pertes de chaleur par la carrosserie de la machine : 880 W,
les pertes de chaleur par la carrosserie du tunnel de séchage : 12 000 W,
dont 50 % dans l’ambiance (6 000 W) et 50% repris par la hotte (6 000 W),
les pertes de chaleur du surchauffeur (pour le rinçage) : 490 W,
les fuites de vapeur : 7 056 W,
dont 20 % dans l’ambiance (1 410 W) et 80 % repris par la hotte (5 6460W),
débit d’extraction à assurer à l’entrée de la machine : 700 m³/h,
débit d’extraction à assurer à la sortie de la machine : 2 500 m³/h.

Calcul de l’extraction du local (complémentaire aux extractions à l’entrée (700 m³/h x 2) et à la sortie (2 500 m³/h x 2) de la machine) :

– Puissance dissipée dans l’ambiance :

(2 955 + 880 + 6 000 + 490 + 1 410) x 2 = 11 735 x 2 = 23 470 W

– Débit d’air à prévoir pour assurer l’évacuation de cette chaleur (pour une différence de température entre l’air ambiant et l’air soufflé de 10 K) :

P = q x c x δT

Où :

P : puissance dissipée dans l’ambiance (W)
q : débit d’air insufflé (m³/h)
c : chaleur spécifique de l’air (0,34 Wh/m³x°C)
δT : différence de température entre l’air ambiant et l’air soufflé (°C)

d’où,

	P		23 470
q =	______	=	________	=	6 904 m³/h
	c x dT		0,34 x 10

En plus des 1 400 m³/h (2 x 700) à extraire à l’entrée de la machine,
et des 5 000 m³/h (2 x 2 500) à extraire à la sortie de la machine.

Posted By : 25 Sep, 2007

Débits de ventilation dans la zone de cuisson

Objectifs

Le calcul des débits doit répondre à deux exigences :

Assurer le transfert thermique vers l’extérieur de la chaleur sensible et de la chaleur latente dégagée dans l’ambiance par les appareils de cuisson, afin de maintenir la température et l’hygrométrie à des valeurs acceptables pour le confort humain (rôle thermique).

Permettre, par une vitesse de captation suffisante, adaptée au mode de captage, d’entraîner le flux convectif chargé de particules lourdes vers les séparateurs de graisses (dont la surface de passage est fonction du type de filtration), hors de la zone de travail (rôle mécanique).

Mais attention, si la ventilation permet d’évacuer la chaleur qui se trouve dans l’air, elle ne peut cependant rien faire contre la chaleur rayonnante dégagée par les équipements.

Méthodes préliminaires

La norme prEN 16282, actuellement en projet, regroupe certaines recommandations de la VDI 2052 et de l’HACCP. Elle traite notamment de principes de dimensionnement et du calcul des débits de ventilation pour les cuisines collectives.

Les méthodes préliminaires permettent d’estimer, parfois très grossièrement, le débit de ventilation. Elles sont à écarter comme méthodes de dimensionnement car trop approximatives, mais peuvent servir de vérification ou de complément à d’autres méthodes. Dans tous les cas, la méthode détaillée est la méthode à utiliser dès que les appareils de cuisine sont définis !

La norme présente trois méthodes préliminaires :

Méthode suivant la surface du local

Le renouvellement horaire est défini en fonction de la surface au sol de la cuisine et du type de cuisson ou appareils employés, soit :

90 m³/h par m² en général,
120 m³/h par m² pour les zones de rôtisserie, de grill et de cuisson prolongée ou pour les zones de vaisselle.

Cette méthode ne présente pas de grand intérêt : le débit de ventilation est trop largement sous-estimé pour les zones de cuisson !

Méthode suivant la vitesse d’aspiration

L’évacuation correcte des particules en suspension dans l’air ainsi que des odeurs nécessite une vitesse d’air minimale au niveau frontal reliant l’avant du bloc de cuisson (piano) au bord inférieur de l’avancée de la hotte.

La figure ci-dessus indique la courbe type du profil de la vitesse d’air entre le piano et la hotte.

Cette vitesse se situe, selon le type d’appareil, de cuisson entre 0,15 et 0,30 m/s :

Charge	Vitesse	Appareils
Faible	0,15 m/s	fours à vapeur, bouilloires, bains-marie, fourneaux, etc.
Moyenne	0,225 m/s	friteuses, sauteuses, grills, etc.
Forte	0,3 m/s	barbecue au gaz, etc.

Le débit final peut alors être calculé comme suit :

q_e = v x 3 600 x P x h (m³/h)

Où :

q_e = débit d’extraction (m³/h)
v = vitesse de passage (m/s)
P = périmètre de la hotte (m)
h = différence de hauteur entre la hotte et le plan de cuisson (m)

Dans le cas d’une hotte rectangulaire adossée, le débit est plus faible sur les flancs latéraux de la hotte que sur l’avant. Une majoration du débit d’air doit être prévue afin de ne pas trop abaisser la vitesse de l’air à cet endroit.

Méthode pour les pièces auxiliaires

La norme recommande les débits d’air à prévoir pour les pièces auxiliaires suivant les m² de surface :

Zones	Débits [m³/h par m²]
Préparation de la viande	25
Préparation du poisson	25
Préparation de la volaille	25
Préparation des légumes	25
Réserve sèche	6
Réserve à pain	6
Réserve non-alimentaire	6
Pièces pour le personnel	Voir annexe C3 de la PEB
Vestiaires, WC et douches	Voir annexe C3 de la PEB
Local à poubelles	6
Distribution des repas chauds	60

Méthodes détailles

Les méthodes se basent sur la Norme allemande VDI 2052 d’avril 2006. C’est cette méthode détaillée qui est reprise par la prEN 16282. La VDI comporte des tables qui donnent les quantités de chaleur sensible et de chaleur latente dissipées dans l’ambiance pour 1 kW de puissance raccordée (gaz, électricité, vapeur) de chaque type d’appareil.

Méthode suivant la puissance des appareils de cuisson

Sur base de la chaleur sensible dégagée par les appareils de cuisson, il est possible de calculer le flux convectif, c’est-à-dire le débit d’air au dessus des appareils de cuisson induit par la différence de température ou de densité de l’air.
On calcul tout d’abord la quantité de chaleur sensible transmise par convection depuis chaque appareils de cuisson :

Q = 0,5 x P x Q_s

Où :

Q = quantité de chaleur transmise par convection (W)
P = puissance de l’appareil de cuisson (kW)
Q_s = émission de chaleur sensible (W/kW)

On peut ensuite calculer le débit d’extraction de la hotte située au-dessus d’un ou plusieurs appareils de cuisson :

q_e = k x ( ΣQ x φ )^1/3 x ( h + 3,4 x L x l / (L +l))^5/3 x r x a

Où :

q_e = débit d’air extrait (m³/h)
k = 18, coefficient empirique (m4/3.W-1/3.h-1)
ΣQ = somme des émissions de chaleur sensible des appareils situés sous la hotte (W/kW)
φ = coefficient de simultanéité (-)

Type de cuisine	Petite cuisine		Moyenne cuisine		Grande cuisine
Type de cuisine	Nombre de repas	coefficient de simultanéité φ	Nombre de repas	coefficient de simultanéité φ	Nombre de repas	coefficient de simultanéité φ
Snack-bars, restaurants, hôtels	<100	1,0	<250	0,7	>250	0,7
Hôpital (cuisine principale)	150	0,8	<500	0,6	>500	0,6
Hôpital (cuisine de distribution)	250	0,8	<650	0,6	>650	0,6
Institutions	40	1,0	–	–	–	–
Préparation, mixte	50	0,9	<400	0,6	>400	0,6
Industrielle	–	–	<3000	0,7	>3000	0,7

h = différence de hauteur entre la hotte et le plan de cuisson (m)
L = longueur du plan de cuisson (m)
l = largeur du plan de cuisson (m)
r = facteur de réduction pour tenir compte de la position de la hotte (-)

Emplacement de la hotte	Facteur de réduction r
Contre un mur	0,63
Au-dessus d’un ilot central	1

a = facteur de correction pour tenir compte du type de flux et de la présence d’air induit ou pas (-)

Type de flux	Facteur de correction a
Type de flux	Sans air induit	Avec air induit
Flux mixte – tangentiel	1,35	1,25
Flux mixte – plafond	1,30	1,20
Flux laminaire – déplacement	1,20	1,15
Flux laminaire – source	1,15	1,10

Méthode adaptée du Recknagel, 2e édition

La puissance en chaleur sensible va « permettre » de réchauffer un débit d’air (P [kW] = (q [m³/h] x cp [kWh/m³/°C] x T [°C]) / rendement [/]). On regarde quel débit d’air il faut pour que la différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit ne dépasse pas 8°C. Le rendement tient compte de l’efficacité de la hotte et du coefficient de simultanéité.

De même, la puissance en chaleur latente va permettre d’humidifier un débit d’air. On regarde quel débit est nécessaire pour que l’air ne s’humidifie pas de plus de 5 g. par kg.

Il faut, pour chaque appareil composant le piano, multiplier la puissance raccordée (kW) par les valeurs des colonnes en chaleur sensible et latente et effectuer les sommes. La plus grande des deux sommes correspond au débit d’introduction à mettre en œuvre.

Sur base de cette méthode, des fabricants ont établi des tableaux tenant compte des appareils de cuisson actuels et de l’efficacité de leurs propres hottes.

Il faut également tenir compte du coefficient de simultanéité φ et du facteur de correction a.

Autres méthodes

D’autres méthodes ont été développées dans le cadre de normes ou par les fabricants, adaptées au matériel vendu ou au type de cuisine. La plupart de ces méthodes se présentent sous forme de tableaux et de valeurs types et sont tirées ou déduites des méthodes précédentes. Elles permettent une évaluation rapide, mais pas toujours correcte, des débits d’extraction à atteindre pour la zone de cuisson d’une cuisine collective.

Méthode suivant l’importance du local

On se fixe un taux de renouvellement horaire en fonction de l’importance du local « cuisine ».

q_e = V x n

Où :

q_e : débit d’extraction ( m³/h).
V : volume (m³).
n : taux de renouvellement (1/h).

Le Recknagel adapté par la norme allemande VDI 2052 donne :

Type de cuisine	Hauteur (m)	Renouvellement horaire n (1/h)
Cuisines moyennes : Restaurants, hôtels, etc.	3 à 4	20 à 30
Cuisines moyennes : Restaurants, hôtels, etc.	4 à 6	15 à 20
Grandes cuisines : Casernes, hôpitaux, etc.	3 à 4	20 à 30
	4 à 6	15 à 20
	>6	10 à 15
Locaux de plonge	3 à 4	15 à 20
Locaux de plonge	4 à 6	10 à 15
Cuisine de préparation froide	3 à 4	5 à 8
Cuisine de préparation froide	4 à 6	4 à 6
Réserves	–	5 à 8

Méthode suivant la surface de cuisson

Cette méthode prescrit d’introduire un certain débit en fonction de la surface de cuisson, de la longueur du piano ou encore de la surface de la hotte.

Dimension repère	Débit d’air extrait
Pour la surface d’appareils de cuisson	300…333 l/s par m²
Pour la surface de la hotte	930 à 1 000 m³/h par m²
Pour la longueur du piano	1 000 à 1 500 m³/h par m

Méthode suivant le nombre de repas servis simultanément

Repas servis simultanément	Débit d’air neuf* (m³/h par repas)	Valeur minimale
Office relais	15	–
Moins de 150	25	–
De 150 à 500	20	3 750 m³/h
De 501 à 1 500	15	10 000 m³/h
Plus de 1500	10	22 500 m³/h
* Ces débits sont des débits d’air neuf à introduire. Il faudra majorer ces quantités de 20% pour obtenir les débits minimaux d’air à extraire, afin de maintenir le local en légère dépression.

Méthode suivant le type d’appareils de cuisson

Cette méthode est issue des règles de l’Art. Il existe différents tableaux selon les sources. On détermine le débit d’air nécessaire à chaque appareil selon le tableau ci-dessus, puis on additionne le tout.

Appareil	Type	Débit
Fourneau	gaz	1 500 m³/h par m²
Fourneau	électrique	1 000 m³/h par m²
Marmite	75 l	500 m³/h
	100 l	600 m³/h
	150 l	800 m³/h
	200 l	1 000 m³/h
	250 l	1 100 m³/h
	300 l	1 200
	500 l	1 500 m³/h
Sauteuse	gaz	1 500 m³/h
Sauteuse	électricité	1 000 m³/h
Rôtissoire	–	1 000 m³/h
Table chauffante	gaz	450 m³/h par m²
Table chauffante	électricité	300 m³/h par m²
Four à air pulsé	6 niveaux	1 000 m³/h
Four à air pulsé	20 niveaux	2 000 m³/h
Cuiseur à vapeur	petit modèle	1 000 m³/h
Cuiseur à vapeur	grand modèle	2 000 m³/h
Percolateur	–	450 m³/h
Grill	gaz	3 000 m³/h par m²
Grill	électrique	2 000 m³/h par m²
Four traditionnel	à convection naturelle	300 m³/h
Feux allumés	–	200 à 500 m³/h
Friteuse	<300 couverts	1 000 m³/h par 10 l d’huile
Friteuse	> 300 couverts	2 500 m³/h par 50 l d’huile

Source : « chaud froid plomberie n° 585 » – Novembre 1996.

Il y a lieu de tenir compte d’un coefficient de simultanéité φ qui prend en compte le non fonctionnement simultané de tous les appareils à pleine puissance.

Avantages et inconvénients

Méthodes	Avantages	Inconvénients
Méthodes préliminaires
suivant la surface du local	> Simple et rapide	> Estimation grossière !
suivant la vitesse d’air d’aspiration	> Permet le bon enlèvement des particules et des calories avec les hottes traditionnelles > Simple et rapide > Permet de vérifier les débits en déterminant la vitesse correspondante	> Ne peut s’appliquer qu’aux systèmes avec hottes. > Ne permet pas une prise en compte rationnelle des différents appareils et de leur puissance dissipée
Méthodes détaillées
suivant la puissance des appareils	> Rationnelle et scientifique basée sur le dégagement calorifique de chaque appareil > Base de données neutres	> Part du principe que la chaleur dissipée dans l’ambiance est directement proportionnelle à la puissance raccordée sans précision de limite. Or, au-delà d’une certaine puissance raccordée pour une surface donnée (appareils pour la grosse industrie) cette fonction n’est plus vraie (effets thermiques et vitesse de flux plus importante)
Autres méthodes
Suivant l’importance du local	> Permet de prédimensionner au début du projet et de vérifier la comptabilité entre le débit calculé par une autre méthode et le volume du local.	> Ne tient pas compte du matériel installé. > Estimation approximative.
Suivant la surface de cuisson	> Permet un calcul rapide au niveau de l’avant-projet. > Globalement fiable dans le cas d’ensembles de grandes dimensions composés d’appareils divers.	> Ne tient pas compte du matériel installé. > Valeurs faibles pour les appareils à dégagement de chaleur élevé.
Suivant le nombre de repas servis simultanément	> Simple quand on connaît le nombre de repas servis simultanément (pas toujours le cas dans les cuisines industrielle)	> Ne tient pas compte du matériel installé. > Le terme de repas n’est pas un indication suffisante et judicieuse. > Estimation commune à toute la cuisine (pas de zonage suivant le type de préparation)
Suivant le type d’appareils de cuisson	> Tient compte des appareils en place et est donc plus précise.	> Ne tient pas compte de la puissance des appareils.

Posted By : 25 Sep, 2007

Diminuer le niveau sonore [Ventilation]

Plan d’action

Soit le bruit est aérien

Évaluer

Après l’analyse de la situation sur le terrain, la logique à suivre est basée sur le type de bruit.

Puisqu’il est produit par l’écoulement de l’air et les turbulences qui y sont liées, on peut envisager de réduire la source du bruit, par exemple en diminuant la vitesse du ventilateur, en améliorant l’écoulement dans les bouches, dans les coudes,…

À défaut, puisque ce bruit dispose d’un spectre développé surtout dans les hautes fréquences, il est possible d’absorber le bruit par des matériaux fibreux : silencieux, parois de gaines absorbantes,…

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

Puisque ce sont les vibrations des équipements qui sont transmises, la diminution de vitesse permettra également de réduire les vibrations. Certaines sociétés de maintenance peuvent enregistrer les vibrations émises à l’arbre d’un ventilateur et dire si un balourd serait responsable du bruit en cause.

À défaut, on cherchera à couper toute transmission du bruit par le placement d’un matériau résilient entre l’équipement et son environnement: plots antivibratiles, manchettes souples, plancher flottant,…

Idéalement, c’est la coupure du matériau qui empêchera le mieux la transmission du son.

À défaut, il faudra interrompre le matériau dur par un matériau plus souple (dit » matériau résilient « ).

Modifier la disposition des locaux

De par la localisation des fonctions dans un immeuble, une grande part de l’isolement peut déjà se créer

disposition de locaux tampons entre locaux bruyants et locaux calmes (ex : couloir)
rassemblement des locaux bruyants (ex : locaux sanitaires et de services)
…

Dans un bâtiment existant, le déplacement du local de traitement d’air est difficilement réalisable, mais certaines réorganisations internes d’activité sont possibles.

Mais un bâtiment vit, des parois se déplacent,… les critères acoustiques peuvent parfois rentrer en compte dans le choix de la nouvelle disposition des locaux ?

Réaliser le doublage acoustique des parois

Si le son perturbateur est créé par du bruit aérien traversant une paroi, il est possible de doubler celle-ci.

Si la faute correspond à une insuffisance des éléments de construction, il est possible d’améliorer la situation jusqu’à 10 dB environ, à l’aide d’un panneau rapporté (plafond suspendu constitué de plâtre dépourvu de joint, panneaux de carton-plâtre rapportés devant les parois). Pour que le doublage, placé devant le mur, puisse faire son effet de cloison double, on privilégiera une fixation indépendante et des joints élastiques. À défaut, une fixation par colle. Au pire une fixation par clous,…

Schéma doublage acoustique des parois.

Exemple.

Une paroi de séparation entre un local technique et un bureau était constituée d’un mur en briques modulaires de 17,5 cm enduit sur les deux faces. Son isolement acoustique initial (frein de la paroi au passage du son) était de R = 48 dB. Le doublage au moyen de panneaux de carton-plâtre avec supports en profilés métalliques (pose indépendante du mur) a permis d’améliorer l’isolement jusqu’à 56 dB.

Insérer une gaine entre local et source sonore

Le placement d’une gaine permet l’absorption des bruits par les parois.

Exemple.

Dans un home, les occupants se plaignaient de la transmission du bruit d’une salle de bain à l’autre. Les investigations montrèrent que chaque salle de bain était équipée d’un ventilateur relié par un tuyau flexible aboutissant dans une gaine commune. Cette liaison permettait le passage latéral des sons, amenant ainsi l’isolement entre salle de bain à 42 dB.

À la place d’un tuyau flexible courant entre le ventilateur et la gaine, on a installé un tuyau flexible amortisseur de bruit. Vu le peu d’espace disponible, on ne put obtenir une réduction que de 9 dB. La différence était cependant sensible…

Placer un silencieux

Le placement de silencieux permet d’absorber le bruit véhiculé par le réseau.

Les silencieux doivent encadrer la source sonore (généralement le ventilateur), tant du côté réseau que du côté prise d’air extérieur. Afin d’éviter que le bruit du local technique ne « rentre » dans la gaine après le silencieux, celui-ci sera placé à la sortie du local.

Notons que l’installation d’un silencieux peut être difficile à réaliser sur un réseau de gaines déjà entièrement monté. Les silencieux doivent être placés dans des longueurs rectilignes (trémies, faux-plafonds en gyproc) qui sont parfois devenues inaccessibles du fait de l’architecture intérieure du bâtiment. On ne pourra donc pas toujours équiper correctement une installation bruyante déjà existante.

Idéalement, on choisira un silencieux à large bande spectrale, à faible perte de charge et à production de bruit (provoqué par l’écoulement interne de l’air) aussi faible que possible.

Règle de bonne pratique.

On dimensionnera le silencieux de telle sorte que la vitesse de l’air soit limitée à 10 m/s lors du passage entre les baffles acoustiques du silencieux. Si la section d’ouverture du silencieux est de …30 %… à …50 %…, cela induit que la vitesse faciale à l’entrée du silencieux devrait être de …3 m/s… à …5 m/s… environ.

On est parfois tenté de placer des silencieux exagérément dimensionnés (donc plus onéreux), qui génèrent tout au long de leur vie des pertes de charge et donc une consommation supplémentaire du ventilateur…

Une mesure du niveau sonore existant et une évaluation du niveau à atteindre permettra de dimensionner le silencieux de façon nettement plus précise.

Piège à son pour tourelle d’extraction ou de pulsion.

Tourelles d’extraction équipées d’un silencieux.

Garnir les conduits aérauliques de matériau absorbant

Solution courante

Un conduit provoque toujours une atténuation du son qu’il transporte. Mais celle-ci doit parfois être renforcée par le placement d’absorbants sur les parois internes : généralement, il s’agit de panneaux de laine minérale.

On choisira des panneaux avec protection contre la désagrégation (pour éviter un détachement des fibres du matériau acoustique), par exemple des panneaux de fibres minérales enduits au néoprène, dont l’épaisseur ne doit pas dépasser 0,1 mm sans quoi le pouvoir d’absorption est diminué.

Ces panneaux ont pour avantage de créer simultanément une isolation thermique entre le fluide et les locaux traversés… mais ont pour désavantages d’augmenter les pertes de charge, de retenir les poussières et de favoriser le développement de milieux peu hygiéniques…

Dés lors, on limitera si possible le placement de ces panneaux absorbants au droit des changements de direction (coudes) : c’est là qu’il y a le plus de réflexions de l’onde acoustique sur les parois et que l’absorption sera donc la plus efficace.

Mieux, on introduira un silencieux acoustique.

Baffle acoustique.

En milieu hospitalier

On évitera l’isolation interne car il y a, malgré tout, un risque non négligeable de développement de germes dans les conduites; les panneaux isolants servant de substrat. Si vraiment le problème est insoluble, on placera une isolation externe classique.

Placer des supports antivibratiles

Pour réduire la propagation des vibrations de certains appareils (compresseurs, ventilateurs,…) à la structure du bâtiment, on insère des supports élastiques antivibratiles.

Plot antivibratile.

L’ensemble « équipement-support » constitue un système « masse-ressort », soumis aux lois de la mécanique des vibrations, et disposant dès lors d’une fréquence propre.

Pour dimensionner correctement les plots antivibratiles, il faut connaître

la fréquence excitatrice liée à la vitesse de rotation du moteur,
la masse de l’équipement et sa répartition sur la dalle.

Pour une bonne efficacité, la fréquence propre du système antivibratile doit être 3 à 4 fois inférieure à la fréquence excitatrice. Dans certains cas il sera nécessaire d’alourdir la dalle sur laquelle sont fixés les équipements afin « d’écraser davantage les ressorts » et de garantir ainsi un meilleur amortissement des vibrations.

Exemple.

Un ventilateur tournant à une vitesse de rotation de 1 500 tours/minute provoque des vibrations de 25 Hz (puisque rotation de 25 tours/seconde). Les plots devront être calculés sur une fréquence propre de 6 à 8 Hz.

En pratique, on rencontre

des ressorts, utilisés pour toutes les fréquences propres mais surtout lorsqu’ elles sont inférieures à 8 Hz,

des plots à base de poudre de liège mélangée à un élastomère, pour des fréquences propres supérieures à 8 Hz,

des plots à base d’élastomères, pour les fréquences propres supérieures à 12 Hz,

un système de « dalle flottante », c’est-à-dire la construction d’un socle de béton sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aiguës.

Ce dernier système de dalle flottante est assez difficile à réaliser puisqu’en aucun endroit il ne peut y avoir de contact (raccords de mur, écoulement de sols, tuyauteries, conduits, …). Devant la nécessité d’exercer un contrôle quasi permanent durant les travaux, on préfère parfois la technique des éléments antivibratiles…! Ou alors un contrôle de la qualité acoustique de la dalle est imposé à la fin des travaux.

Exemples de ponts phoniques par le tuyau d’écoulement et la plinthe.

En général, il sera fait appel à un spécialiste de cette question pour le dimensionnement correct des plots.

Couper la transmission par les conduits

Des vibrations de ventilateurs ou de compresseurs peuvent également se transmettre au réseau de distribution. Pour l’éviter, il est utile de réaliser des raccordements souples entre les conduits (fluides, gaz, électricité…) et la machine qui vibre, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Il est également possible de suspendre élastiquement un conduit/une tuyauterie à un plafond.

On pense également au placement de manchettes de compensation de part et d’autre du caisson de ventilation.

Placer des bouches d’amenée d’air naturelle isophoniques

Dans le cas d’une ventilation avec amenées d’air naturelles (grilles réglables), il faut veiller à limiter la transmission des bruits extérieurs. Plus le milieu extérieur est bruyant, plus il est important de veiller à ce que la grille ne soit pas un pont acoustique trop important entre l’extérieur et l’intérieur. L’isolement acoustique des bouches doit être adapté à l’isolement acoustique global de la façade.

Il existe pour cela des grilles intégrant un absorbeur acoustique.

Grilles isophoniques.

Mais il est généralement plus efficace d’insérer les prises d’air dans l’épaisseur de la maçonnerie car l’espace disponible permet une atténuation acoustique plus importante.

Prises d’air à insérer dans la maçonnerie avec isolation phonique.

Si l’isolement souhaité est encore plus important, on sera contraint d’adopter un système de ventilation « double flux« .

Remarquons que le CSTC, dans sa NIT n°192 propose une méthode approximative pour le calcul de la diminution de l’isolation aux bruits aériens due à la mise en œuvre de grilles de ventilation.

En pratique, on peut estimer qu’une isolation acoustique de 30 .. 34 dB(A) est nécessaire en milieu urbain.

À titre de comparaison, pour les riverains de l’aéroport de Bierset, on recommande une isolation acoustique des grilles de ventilation, de 44 dB(A).

Posted By : 25 Sep, 2007

Exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation

Avertissement !

Le calcul détaillé des puissances sonores et des atténuations créées par chaque composant d’une installation dépasse la portée de cet outil. Nous nous contentons de reprendre ici les résultats d’un calcul développé dans le document très complet :
« Protection acoustique dans les installations du bâtiment » – Office fédéral des questions conjoncturelles, 3000 Berne, 1989″ où il peut être obtenu (adresse suffisante).

L’installation permet la ventilation d’une salle de réunion. On souhaite réaliser un niveau sonore global pondéré de 35 dB(A), quitte à insérer un silencieux supplémentaire.
Voici les détails techniques de l’installation :

Le ventilateur : radial, avec pales incurvées en arrière, débit = 2 000 m³/h, pression = 200 Pa, vitesse = 1 500 tr/min.

La bouche : grille murale avec lamelles réglables, section libre de 75 %, position d’étranglement ouvert 50 %, montage au milieu d’une paroi sous le plafond.

Le local : volume 450 m³, temps de réverbération de 1 sec à 1 000 Hz.

Les conduits : en tôle d’acier, parties absorbantes avec revêtement intérieur de 25 mm de laine minérale.

Le coude : avec tôles de guidage.

Résultats

Les bruits générés
(puissances acoustiques créées par l’écoulement, en dB)

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Bouche	36	36	35	31	24	14
Gaine 1	6	2	–	–	–	–
Gaine 2	37	34	30	26	21	15
Coude	51	47	43	37	–	–
Gaine 3	37	34	30	26	21	15
Ventilateur	72	76	69	65	59	52

Remarques.

On constate directement impact de la vitesse de l’air sur la production de bruit (la gaine 1 est parcourue à 2 m/s et la gaine 2 et 3 et parcourue à 8 m/s).

Le ventilateur est nettement le plus grand générateur de bruit, mais c’est aussi celui qui se trouve le plus éloigné par rapport aux locaux.

Heureusement que les additions de décibels sont des additions logarithmiques, sans quoi le bruit serait dramatique !

Les atténuations
(amortissements acoustiques créés par les composants, en dB)

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Local	10	10	10	10	10	10
Bouche	1	–	–	–	–	–
Gaine 1	2	2	8	18	11	7
Diffuseur	–	–	–	–	–	–
Gaine 2	6	5	3	2	2	2
Coude	0	0	3	5	4	6
Gaine 3	5	4	14	31	30	20

Remarques.

Les 10 dB d’atténuation du local correspondent au passage de la puissance acoustique de l’installation à la pression acoustique perçue au niveau de l’oreille de l’occupant ; on perçoit dès lors l’importance de l’absorption du local pour « étouffer » les bruits (la durée de réverbération ne doit pas être trop grande).

Ce sont les absorbants placés dans les gaines qui font le gros du travail.

Le niveau acoustique dans le local
Le calcul consiste à partir du local et à remonter vers le ventilateur en additionnant successivement les puissances acoustiques de chaque générateur de bruit et en retranchant toutes les absorptions successives du local et des équipements.

Exemple pour 125 Hz :

	Bruit généré	Atténuat.	Atténuation totale	Accroiss. du bruit	Bruit total
Local	–	10		0
Bouche	36	1	10	26	26
Gaine 1	6	2	11	0	26
Diffuseur	0	0	13	0	26
Gaine 2	37	6	13	24	28
Coude	51	0	19	32	33
Gaine 3	37	5	19	18	33
Ventilateur	72	0	24	48	48

Remarques.

L’atténuation d’un équipement n’est comptabilisée que pour amortir le bruit des équipements en amont, et non pour l’équipement lui-même ; exemple : le son de la gaine 2 (puissance de 37 dB) est atténué de 13 dB lorsqu’il est perçu par un occupant du local, il génère donc 24 dB (= 37-13) ; les 6 dB d’atténuation que la gaine 2 apporte n’entreront en compte que dans l’amortissement du bruit généré par le coude et les autres équipements en amont.

Les additions de bruit sont des additions nombres logarithmiques puisqu’exprimés en décibels ; exemple : les 24 dB de la gaine 2 viennent s’ajouter aux 26 dB créés par la bouche, ce qui donne 28 dB.

C’est finalement le ventilateur qui est responsable du bruit généré dans le local ; les 33 dB générés par les autres équipements sont sans importance par rapport au 48 dB du ventilateur à 125 Hz.

En faisant de même pour les autres fréquences, on obtient [en dB] :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Niveau sonore local	48	55	32	21	14	9

Résultats pondérés et analyse
Sachant que notre oreille présente une sensibilité plus faible aux basses fréquences, il est d’usage d’appliquer une pondération aux résultats en suivant les valeurs du filtre A :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
Niveau sonore local	48	55	32	21	14	9
Pondération filtre A	– 16	– 9	– 3	0	+ 1	+ 1
Niveau sonore pondéré	32	46	29	21	15	10

Constat : le niveau sonore dépasse les 35 dB attendus dans le local, tout particulièrement à 250 Hz (qui correspond « au bruit de sirène » du ventilateur). Un silencieux sera requis. Il sera placé après le coude et il doit être dimensionné pour atténuer le son d’un minimum de 11 dB à 250 Hz.

Posted By : 25 Sep, 2007

Placer un récupérateur de chaleur

Quantité d’énergie exploitable

Exemple.

Calculons l’énergie contenue dans 1 m^³ d’air rejeté à l’extérieur.

Soit de l’air à 22°C rejeté à l’extérieur où il fait 6°C.

La quantité de chaleur Q contenue dans ce m^³ d’air rejeté est égale au produit du volume d’air par la chaleur volumique de l’air (0,34 Wh/m³°C) et par l’écart de température entre l’air rejeté et l’air à l’extérieur (ΔT).

Q = 0,34 [Wh/m³°C] x 1 [m³] x (22 [°C] – 6 [°C]) = 5,4 Wh

En fait, l’énergie perdue est proportionnelle à l’écart de température et au taux d’humidité :

plus l’air rejeté est chaud (perte de chaleur sensible),
plus l’air rejeté est humide (perte de chaleur latente),
plus la température extérieure est basse.

Plus l’énergie contenue dans l’air rejeté est grande

Calculons l’énergie rejetée par heure par un groupe de ventilation ayant un débit de 10 000 m³/h.

Supposons que cet air de ventilation doit être simplement chauffé, et qu’il n’y a pas de contrôle d’humidité.

Ce groupe rejettera donc toutes les heures un potentiel énergétique de :

Énergie rejetée par heure : 5,4 [W/(m³/h)] x 10 000 [m³/h] = 54 [kWh]

Si le chauffage de l’air est assuré par une installation au mazout dont le rendement est de 70 % (rendement d’installation moyen), cela représente un équivalent combustible de :

54 [kWh] / 0,7 x 10 [kWh/litre] = 7,7 [litres]

Un récupérateur de chaleur sur l’air extrait permet, en gros, de récupérer 50 % de cette consommation, soit l’équivalent de 3,6 litres ou 1,35 € (à 0,375 €/litre) par heure de fonctionnement (certains récupérateurs permettent de récupérer 75 .. 90 % de cette consommation).

Installation sans récupération.

Installation avec récupération.

Calculs

Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur.

Rentabilité d’un récupérateur de chaleur

La rentabilité du récupérateur résulte de la comparaison entre « le bénéfice », c’est-à-dire le coût de l’énergie récupérée, et « les dépenses », c’est-à-dire

Les dépenses de capital pour l’achat et le placement des échangeurs, pompes, ventilateurs, … (dans une installation neuve il faudra également tenir compte de l’éventuelle possibilité de réduire la taille des autres équipements de chauffe, batteries, chaudières, …),
les frais d’exploitation en consommation d’énergie des pompes, ventilateurs et accessoires,
les coûts d’entretien des équipements.

Le point délicat dans le calcul de la rentabilité sera l’estimation correcte de l’économie d’énergie que l’on peut atteindre. Celle-ci étant en pratique dépendante des conditions de fonctionnement essentiellement variables de la ventilation.

L’optimalisation consiste à rechercher, parmi plusieurs solutions techniques, la sélection de l’équipement présentant le temps de retour le plus court et/ou l’économie maximale.

L’optimum peut être déterminé selon les deux critères suivants :

Énergie nette maximale récupérée, qui est l’énergie totale récupérée moins les consommations en énergie du récupérateur (accessoires, accroissement des pertes de charge et donc de la puissance du ventilateur).
Gain financier maximum, le système est alors optimisé par rapport au gain financier pendant la durée de vie estimée de l’équipement (10 ans).

En fait, l’optimalisation se réalisera entre un nombre limité de solutions : différents modèles d’un même type et différents types de récupérateurs compatibles avec l’application concernée (les critères technologiques ayant déjà permis une première sélection).

Exemple.

Envisageons ici un exemple de calcul de rentabilité :

Soit une installation de ventilation assurant un débit de 10 000 m^³/h et fonctionnant en tout air neuf 10 h par jour (de 8 h à 18 h), 5 jours par semaine et 35 semaines par saison de chauffe, soit 1 750 h.

Économie d’énergie

La température intérieure est de 22°C.

L’énergie nécessaire au chauffage de l’air neuf est de (8°C = température moyenne extérieure diurne durant la saison de chauffe et 0,8 est le rendement de l’installation de chauffage) :

0,34 [Wh/m³.°C] x 10 000 [m³/h] x (22 [°C] – 8 [°C]) x
1 750 [h/an] / 0,8 / 1 000 = 104 125 [kWh/an].

Soit un récupérateur dont le rendement de récupération est de 50 % (batteries à eau glycolée).

Cela implique une énergie récupérée de 52 062 kWh/an ou 5 200 litres fuel ou 3 235,4 €/an (à 0,622 €/litre).

Augmentation de la consommation électrique

La puissance électrique des ventilateurs GP et GE de l’installation de base est de :

0,4 [W/(m³/h)], soit 4 [kW]

Le placement du récupérateur entraîne une augmentation des pertes de charge et donc une augmentation de la puissance des ventilateurs pour maintenir le même débit :

Puissance électrique des ventilateurs GP et GE avec récupérateur = 5,7 kW

Ainsi qu’une consommation électrique d’auxiliaire pour la circulation du fluide caloporteur :

Puissance de la pompe de circulation = 0,3 kW

Le supplément de consommation électrique sera donc de :

5,7 [kW] + 0,3 [kW] – 4 [kW] = 2 [kW] x 1 750 [h] = 3 500 [kWh/an]

soit à 0,16 [€/kWh] (consommation de jour) = 560 [€/an]

L’économie annuelle réelle est donc de 1950 [€/an] – 402,5 [€/an] = 2674,4 [€/an]

Investissement

Dans une installation existante, le placement d’un récupérateur implique le coût du récupérateur mais aussi son intégration dans les caissons de ventilation existants, la modification de la vitesse du ventilateur (changement de poulies et peut-être du moteur) de manière à maintenir le débit de ventilation nominal et le placement d’un filtre sur l’air extrait pour protéger la batterie si celui-ci est absent.

Si on ne tient compte que du récupérateur et de son placement, on peut estimer l’investissement à 6 250 €. Le temps de retour est donc de :

6 250 [€] / 2674,4 [€/an] = 2,34 [ans]

On observe donc que la rentabilité est très dépendante du prix de revient du kWh thermique.

Les situations les plus favorables

Tout d’abord, si on remplace l’entièreté du groupe de traitement d’air, n’importe quel type de récupérateur peut être installé (à plaques, par accumulation, caloduc ou à eau glycolée). Au niveau du choix, on se retrouve quasiment dans la situation d’un bâtiment neuf.

Concevoir

Choix d’un récupérateur de chaleur dans le cas d’une installation neuve (pour les immeubles de bureaux).

Si on ne remplace pas le groupe de traitement d’air, seule la solution de l’échangeur à eau glycolée est réaliste avec un minimum d’intervention technique. Elle a aussi l’avantage de ne pas imposer la proximité entre les prises et les rejets d’air. Il faudra cependant parfois adapter la section des conduits au droit des batteries pour adapter éventuellement la vitesse de l’air (2,5 .. 3 m/s) (la batterie sur l’air neuf pourra être mise dans n’importe quelle position, la batterie sur l’air extrait devra être verticale pour permettre l’évacuation des condensats).

En outre, on obtiendra la meilleure rentabilité du récupérateur dans les cas suivants :

des débits élevés (+ de 10 000 m³/h),
un usage permanent de l’installation de ventilation (ex : hôpitaux),
des besoins thermiques élevés (ex : piscines),
une source de chaleur particulière et disponible (process industriel),
un ventilateur et son moteur surdimensionnés au départ, ce qui peut éviter de pourvoir au remplacement des poulies et du moteur pour maintenir les débits prescrits.

Exigences en milieu hospitalier

En milieu hospitalier il est impératif de limiter au maximum les risques de biocontamination. L’air est un vecteur important responsable des infections nosocomiales. Pour cette raison, la distribution d’air doit, au même titre que les démarches d’hygiène classique de chirurgie par exemple, suivre une marche en avant du plus « propre » vers le plus « sale » sans croisement possible de l’un vers l’autre.

En clair, un air extrait ne peut pas dans la majorité des cas se mélanger ou être contact avec l’air neuf.

Les échangeurs air/air, où l’air neuf et l’air vicié sont en contact physiquement (échangeur à accumulation par exemple) l’un et l’autre, doivent être évités là où il n’y a pas d’exigence de filtration absolue et où le réseau de distribution d’air alimente des zones à activités médicales multiples (contamination croisée).

Il est aussi difficile de modifier une installation existante sachant que souvent les groupes de pulsion et d’extraction sont assez éloignés les uns des autres. Que ce soit dans la conception « tour » ou « pavillonnaire », les groupes se trouvent aux extrémités opposées des plateaux des bâtiments.

On retiendra, qu’en milieu hospitalier, les récupérateurs les mieux appropriés sont des échangeurs :

à plaque pour autant que les groupes de pulsion et d’extraction soient proches les uns des autres,
à eau glycolée si les groupes sont éloignés.

Découvrez ce bon exemple de système de ventilation qui a été intégré au bâtiment de la société IVEG.

Posted By : 25 Sep, 2007

Améliorer le ventilateur

Amélioration du rendement du ventilateur

On peut remplacer le ventilateur existant par un ventilateur ayant un meilleur rendement. On examinera en premier lieu les ventilateurs de plus grosse puissance.

Remplacement d’un ventilateur à réaction par un ventilateur à réaction de même taille mais de meilleur rendement

Aubes arrières profilées.

On peut remplacer le ventilateur existant par un ventilateur de même type (remplacement d’une roue à action par une roue à réaction) mais ayant un meilleur rendement. En effet, l’évolution technologique des aubes (profils en aile d’avion) et des ouïes a permis d’optimaliser les écoulements d’air dans le ventilateur et donc d’en améliorer le rendement par rapport aux anciennes installations.

Lorsque l’on conserve le même type de roue, les modifications à apporter sont minimes, d’autant plus si on reste dans une même marque d’équipements. Ainsi, pour un raccordement ayant la même configuration, les nouveaux ventilateurs permettent d’obtenir le même point de fonctionnement avec une vitesse de rotation moindre et donc une puissance électrique et une puissance sonore moindre. Le remplacement d’un ventilateur existant ne demande donc comme aménagement complémentaire que la modification de la vitesse de rotation, donc un changement de poulie.

Pour évaluer le gain réalisable par le changement du ventilateur, il faut connaître le rendement ou la puissance absorbée par l’installation existante, ainsi que son point de fonctionnement.

Ces valeurs peuvent être obtenues par mesures.

Pour un même point de fonctionnement, on peut connaître la puissance à l’arbre du nouveau ventilateur, grâce aux courbes caractéristiques fournies par le fabricant. Pour être comparée à la puissance électrique mesurée avec le ventilateur existant, cette puissance doit être corrigée en tenant compte des pertes du moteur électrique, de la transmission et du réglage éventuel :

Puissance électrique = Puissance à l’arbre / (η moteur x η transmission x η réglage)

Les différents rendements peuvent être estimés à partir des valeurs courantes, en fonction des puissances développées. Le rendement du moteur à charge nominale peut aussi être déduit de sa plaque signalétique.

Exemple.

Un ventilateur de taille 400 mm débite 8 000 m³/h à 1 000 Pa, durant 2 500 h/an. La puissance électrique mesurée sur l’alimentation de son moteur est de 4 kW. On peut remplacer ce ventilateur par un ventilateur ayant un meilleur rendement. Le ventilateur choisi peut fournir le même débit avec un rendement de 81 % et une puissance à l’arbre de 2,8 kW, en tournant à une vitesse de 1 950 tr/min.

Si on estime le rendement du moteur à 86 % et celui de la transmission par courroie à 94 %, on peut estimer la puissance qui sera absorbée par la nouvelle installation à :

2,8 kW / 0,94 / 0,86 = 3,5 kW

L’économie réalisable s’élève donc à :

(4 kW – 3,5 kW) x 2 500 h/an x 0,16 €/kWh = 200 €/an

pour un investissement d’environ 500 €, ce qui correspond à un temps de retour de moins de 4 ans.

Une telle économie n’est cependant possible que si le point de fonctionnement à assurer se trouve dans la zone de rendement maximum du nouveau ventilateur, ce qui peut être délicat si l’on souhaite maintenir la taille du ventilateur.

Mise en garde : comparaison des courbes caractéristiques

Comparons par exemple le ventilateur centrifuge de taille 400 de la marque X pour un même point de fonctionnement 10 000 m³/h et 1 000 Pa, tel qu’il était commercialisé en 1976 et dans sa version de 1995.

Voici ce que mentionnent les courbes caractéristiques :

	Version 1976	Version 1995
Vitesse tr/min	2 150	2 125
Rendement du ventilateur	81,5 %	79 %
Puissance à l’arbre	3,4 kW	3,5 kW
Rendement maximum possible	83 %	81 %
Puissance sonore dB(A)	88	87

L’ancienne génération de ventilateur paraît plus efficace que la nouvelle.

Et pourtant les nouveaux ventilateurs de la marque X sont présentés comme nettement moins énergivores (« 30 % d’économie ») et nettement moins bruyants (« 50 % plus silencieux ») et cela se vérifie d’ailleurs sur des installations existantes pour lesquelles on a remplacé les anciennes roues par des roues de nouvelle génération.

D’où provient alors l’erreur ?

Il n’existe pas de norme universelle définissant la manière dont doivent être établies les courbes caractéristiques des ventilateurs. Les méthodes de mesures utilisées en 1976 étaient, de ce fait, différentes de celles utilisées en 1995. De même, il est rare de rencontrer plusieurs fabricants utilisant le même mode de détermination des caractéristiques. Par exemple, certains fabricants utilisent la norme DIN 24 163 « ventilateurs, mesure de puissance, bancs d’essai normalisés », d’autres utilisent une méthode de mesure qui leur est propre.

En conclusion, il est délicat de comparer précisément des ventilateurs uniquement sur base de leur courbe caractéristique, sauf si cette dernière a été établie suivant la même norme de mesure.

Remplacement d’un ventilateur à action par un ventilateur à réaction

Remplacement d’une roue à action (doubles ouïes) par une roue à réaction dans une même enveloppe.

Les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’avant (ventilateurs « à action »), couramment rencontrés dans les groupes de climatisation, ont un rendement maximum inférieur à celui des ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière (ventilateur « à réaction »).

On pourrait donc envisager leur remplacement en vue de diminuer les consommations électriques.

Il est possible :

De remplacer uniquement la roue à action par une roue à réaction de même taille en conservant l’enveloppe du ventilateur. Le gain de rendement est faible, car en admettant que le ventilateur à action ait été choisi pour fonctionner à son rendement maximum, le point de fonctionnement ne se situera pas au rendement maximum du ventilateur à réaction. De plus, la vitesse de rotation du ventilateur à réaction sera nettement plus élevée ce qui nécessite la modification de la transmission par courroie et surtout génère une puissance sonore plus importante. L’investissement à consentir est aussi relativement important en comparaison au prix d’un ventilateur complet. En effet, la pièce détachée coûte toujours plus que la pièce intégrée dans un ensemble. On en profitera aussi pour changer les roulements, …

De remplacer le ventilateur à action par un ventilateur à réaction de plus grande taille. L’investissement à consentir est plus important puisqu’il faut changer le ventilateur et son raccordement au réseau. Par contre, le nouveau ventilateur aura un bien meilleur rendement. L’économie d’énergie sera donc plus importante. La vitesse du nouveau ventilateur sera toujours plus élevée que celle du ventilateur à action, mais moindre que lorsqu’on ne remplace que la roue.

Exemple.

	Ventilateur à action taille 500 mm	Ventilateur à réaction taille 500 mm	Ventilateur à réaction taille 630 mm
Durée de fonctionnement (h/an)	2 500
Débit (m³/h)	10 000
Perte de charge (Pa)	1 000
Rendement (%)	65	68	83
Vitesse (tr/min)	1 000	2 150	1 400
Puissance moteur (kW)	6,7	6,4	5,2
Puissance acoustique (dB(A))	87	101	88
Coût de remplacement (€)		1000	1500
Consommation d’énergie (kWh/an)	16 750	16 000	13 000
Facture énergétique (€/an) (à 0,16 €/kWh)	2680	2560	2080
Économie (€/an)		120	600
Temps de retour (ans)*		21,3	3,5

*si l’entièreté de la consommation du ventilateur est perdue.

Attention, changer le type de roue du ventilateur implique aussi le changement de type de courbe caractéristique. On passe d’une courbe plate à une courbe pentue. Il faut dès lors se poser la question si le choix d’un ventilateur à courbe caractéristique plate n’était pas imposé par le mode de réglage des débits appliqué :

Si la courbe caractéristique du ventilateur est plate, l’économie d’énergie réalisée grâce à un réglage par étranglement est proportionnelle à la modification du débit. Cette économie sera moindre si la courbe caractéristique s’incline.

Le choix d’une courbe caractéristique plate se justifie parfois lorsqu’une régulation permet la coupure de la ventilation local par local en fonction des besoins. Le passage à une courbe caractéristique inclinée imposerait alors l’adjonction d’une variation de vitesse avec maintien de la pression en début de circuit.

Amélioration du rendement de la transmission

Le rendement du système de ventilation dépend du rendement du moteur, de la transmission et du ventilateur.

La transmission par courroies est source de pertes qui peuvent devenir importante dans le cas d’un mauvais réglage. Il y a lieu de vérifier la tension des courroies et l’alignement des poulies. Ces actions sont font partie de la maintenance indispensable à un fonctionnement économe de l’installation.

Vérification de l’alignement des poulies.

Vérification de la tension des courroies.

Category Archives: Ventilation

1. Approche générale

L’utilisateur

La situation existante

L’environnement extérieur

L’environnement intérieur

La ventilation existante

Le bâtiment

Le système de ventilation existant

L’ampleur de la rénovation

Les matériaux de construction

L’amiante

Les nouveaux matériaux de construction

2. Concevoir le système de ventilation

De l’analyse au système de ventilation adapté

Ancien ou nouveau bâtiment

Une analyse des risques

La détermination de l’humidité de l’air idéale

Des mesures face aux contaminants

Prévoir un plan d’action

3. La ventilation : son installation et son exécution

L’emplacement des systèmes de ventilation

L’emplacement des entrées et sorties d’air

4. Le suivi et la maintenance

Suivant les fabricants

Suivant la norme prEN 16282

Organisation du recyclage de l’air

Avantages

Inconvénients

Régulation

Suppression des fuites

Équilibrage de l’installation

Mode d’emploi de l’équilibrage

Méthode du renouvellement horaire en fonction du local

Selon la norme allemande VDI 20.52

Selon Recknagel

Méthode en fonction du type de machine à laver

Machines à capot

Machines à paniers

Machine à convoyeurs

Méthode en fonction de la puissance de la machine à laver

Méthode en fonction des dégagements de chaleur des machines à laver

Objectifs

Méthodes préliminaires

Méthode suivant la surface du local

Méthode suivant la vitesse d’aspiration

qe = v x 3 600 x P x h (m³/h)

Méthode pour les pièces auxiliaires

Méthodes détailles

Méthode suivant la puissance des appareils de cuisson

Q = 0,5 x P x Qs

qe = k x ( ΣQ x φ )1/3 x ( h + 3,4 x L x l / (L +l))5/3 x r x a

Méthode adaptée du Recknagel, 2e édition

Autres méthodes

Méthode suivant l’importance du local

qe = V x n

Méthode suivant la surface de cuisson

Méthode suivant le nombre de repas servis simultanément

Méthode suivant le type d’appareils de cuisson

Avantages et inconvénients

Plan d’action

Soit le bruit est aérien

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

Modifier la disposition des locaux

Réaliser le doublage acoustique des parois

Insérer une gaine entre local et source sonore

Placer un silencieux

Garnir les conduits aérauliques de matériau absorbant

Solution courante

En milieu hospitalier

Placer des supports antivibratiles

Couper la transmission par les conduits

Placer des bouches d’amenée d’air naturelle isophoniques

Résultats

Quantité d’énergie exploitable

Rentabilité d’un récupérateur de chaleur

Les situations les plus favorables

Exigences en milieu hospitalier

Amélioration du rendement du ventilateur

Remplacement d’un ventilateur à réaction par un ventilateur à réaction de même taille mais de meilleur rendement

q_e = v x 3 600 x P x h (m³/h)

Q = 0,5 x P x Q_s

q_e = k x ( ΣQ x φ )^1/3 x ( h + 3,4 x L x l / (L +l))^5/3 x r x a

q_e = V x n