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Choisir le système de ventilation dans les classes

Air neuf
Air rejeté
Prise d’air extérieur
Bouches de pulsion
Reprise d’air via grille de transfert
Réseau de gainage
Bouches d’extraction
Silencieux
Ventilateur
Récupérateur de chaleur
Filtres

L’objectif principal de la ventilation des salles de classe est de créer des conditions environnementales intérieures qui réduisent le risque de problèmes de santé chez les élèves et minimisent leur inconfort, afin d’éliminer tout effet négatif sur l’apprentissage.

Des expériences récentes montrent que des taux de ventilation inadéquats dans les salles de classe peuvent entraîner une prévalence élevée de symptômes de santé aigus, réduire la vitesse à laquelle les tâches linguistiques et mathématiques typiques du travail scolaire sont exécutées par les élèves, et peut réduire les progrès de l’apprentissage tels que mesurés par le nombre d’élèves qui réussissent les tests standard de mathématiques et de langues. Elle peut également accroître l’absentéisme, ce qui est susceptible d’avoir des conséquences négatives sur l’apprentissage. Ces effets donnent lieu à des coûts socio-économiques importants.

Malgré cet ensemble croissant de preuves, la plupart des données publiées dans la littérature scientifique indiquent que la ventilation des salles de classe dans de nombreuses écoles est encore inadéquate et que les taux d’apport d’air extérieur dans les écoles sont considérablement plus faibles que dans les bureaux, voire dans de nombreux cas plus faibles que ceux observés dans les habitations.

Quel débit choisir dans une classe ?

Les taux de ventilation sont réglementés par le code de bien-être au travail et par des arrêtés royaux. Le minimum régional imposé par la PEB est clair, il vise un débit de 22 m3/h par personne. Le code du bien-être au travail demande quant à lui minimum 40 m3/h par personne, ce qui permet d’atteindre moins de 800 PPM dans une classe de taille moyenne (24 enfants). Cependant, le deuxième chiffre clé de la directive est le seuil limite de 900 PPM. Assurer un débit de 32m3/h par personne permet de supposer celui-ci respecté.

La directive du code du bien-être au travail propose également une dérogation pour pouvoir se limiter à un débit de 25 m3/h ou 1200 PPM. Cette dérogation demande une analyse de risques des polluants dans la classe et un plan d’action sur quelques années. Les sources de polluants sont nombreuses dans les classes (colles, revêtements, peintures, produits d’entretien…), rendant cette dérogation difficilement applicable. Si toutefois, vous envisagez une telle dérogation, adressez-vous au conseiller en prévention compétent.

Performances du système double-flux

Seul des systèmes de ventilation mécanique à double flux permettent de respecter ces débits réglementaires. Grâce à une récupération de la chaleur des flux sortants, le système D limite l’inconfort et les besoins de chauffe dans les classes, le rendant particulièrement adapté à la démarche zéro-carbone.

Le système de ventilation double flux, c’est-à-dire équipé d’une pulsion et d’une extraction mécanique ainsi qu’un échangeur de chaleur, est le meilleur en terme de maîtrise des débits dans les locaux.

Air neuf
Air rejeté
Air vicié

Ce système est pratiquement indispensable dans les écoles en site urbain.

La distribution de l’air neuf est assurée par un réseau de conduits placé par exemple dans les faux plafonds des zones de circulation.

La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque classe est obtenue par une ou plusieurs bouches, soit murales, soit plafonnières.

Classe
Couloir

L’extraction et le transfert se font comme pour le système simple flux. Vu l’importance des débits mis en jeu, l’extraction peut ne pas se limiter aux seuls sanitaires et se distribuer sur une partie des espaces de circulation, ceci pour éviter des courants d’air dans les sanitaires. Dans certains cas, l’extraction (ou une partie de celle-ci) pourra se faire directement dans les classes.

Concrètement, le choix du double flux par rapport au simple flux sera guidé par :

le souhait de garantir une répartition correcte des flux d’air,
le besoin de se protéger de l’ambiance extérieure (bruit et pollution),
le souhait de récupérer l’énergie de l’air extrait par un récupérateur de chaleur,

le besoin d’augmenter la température de l’air neuf.

Comme dit précédemment, la principale difficulté réside en l’encombrement des réseaux, qu’il n’est pas toujours possible d’intégrer dans un bâtiment existant. Dans certain cas, une décomposition du bâtiment en différentes zones équipées chacune de leur propre groupe et réseau de ventilation peut simplifier le problème : une ventilation avec pulsion et extraction mécanique là où c’est possible, une simple extraction ailleurs.Il peut aussi être préférable d’opter pour des systèmes D de ventilation décentralisés, limitant l’encombrement causé par les gaines et les consommations électriques.

Pour les principes généraux sur les systèmes centralisés/décentralisés, consultez la page suivante: Choisir un système de ventilation centralisé ou décentralisé

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.

Ventilation décentralisée ou centralisée dans la classe?

Avantages

Ventilation décentralisée

Appropriation de la machine localement par les utilisateurs des classes, principalement les professeurs.
Permet de gérer les machines séparément, classe par classe, en fonction des besoins spécifiques de chacune. Cette modulation maximum permet de faire de fortes économies d’énergie.
Permet un investissement par étape. Les projets de rénovation ou les projets à petit budgets pourront donc en bénéficier plus facilement.
Les gainages sont fortement limités, diminuant les consommations liées aux pertes de charges et les coûts d’entretien.

Ventilation centralisée

Ce sont des technologies qui ont quelques années déjà. Leur durabilité est donc garantie par une réparabilité quasi assurée.
Les travaux de maintenance sont centralisés en un seul endroit, au cœur de l’installation.

Inconvénients

La maintenance doit être faite sur chaque machine.
C’est une technologie encore très récente, rendant la question de la réparabilité difficile à évaluer. La technologie est vouée à se développer grandement, les pièces la constituant changeront donc probablement rapidement.
Nécessite de multiples percements en façade pour alimenter les groupes

Ce sont des installations complexes qui nécessitent une gestion attentive.
Les écoles font souvent appel à des sociétés extérieures pour la maintenance, car elles ne veulent pas prendre cette responsabilité, ce qui représente des coûts importants.
Les gainages sont très importants, nécessitant énormément de place.
Les groupes et gaines qui sont situés en extérieur périssent rapidement sous l’effet des intempéries.

Que prévoir comme régulation?

Une régulation sur base d’un horaire par local, pour éviter toute consommation en soirée et week-end. Pour affiner cela, possibilité d’une modulation du débit sur base d’une mesure CO² par classe, ce qui est bien plus simple dans un système décentralisé : en cas d’absences, de travail en plus petits groupes ou autres, réduire le débit permet d’éviter un air trop sec et de limiter le bruit généré par le système de ventilation.

Si possible : une modulation du débit dans la programmation, pour éviter le tout ou rien, car un fonctionnement à pleine charge risque d’être bruyant.Par exemple, demander un démarrage à débit réduit pour une concentration CO² de 500ppm, avec une montée progressive jusqu’au débit de dimensionnement lorsque la concentration atteint la cible de 900ppm.

Avoir une possibilité de dérogation (on/off) par local, moyennant une action simple de l’utilisateur, est recommandée. Cela permet de répondre à des besoins ponctuels imprévisible, et évite bien des frustrations. Une fonction de retour à la normale après un temps raisonnable doit évidemment suivre la dérogation.

Modifier la régulation pour la belle saison : ne démarrer par exemple que lorsque la concentration intérieure atteint le seuil de 900ppm. En combinant cette mesure à un message vers les enseignants du type “il fait beau, on ouvre les fenêtres ! “. L’idée étant d’éviter la consommation d’énergie liée aux ventilateurs ne laissant aux occupants la gestion de la qualité de l’air que par l’ouverture des fenêtres, la VMC restant en « backup » si, pour une raison ou l’autre, la qualité d’air n’est pas suffisante.Placer un afficheur CO² dans les classes peut être utile en soutient à la responsabilisation des occupants.

A ne pas oublier : les classes sont souvent sujettes à la surchauffe en fin de printemps et dans les premières semaines de l’année. Le décalage du calendrier scolaire vers le mois d’août va renforcer ce risque. Pour limiter cela, il faut pouvoir combiner des protections solaires et l’ouverture des fenêtres, ce qui n’est pas toujours évident. Dès lors, une fonction « Free-Cooling » sur la VMC est utile : un enclenchement de la ventilation au débit correspondant à une classe occupée lorsque la température intérieure monte (25 … 26°C°) alors que la température extérieure reste agréable.

Enfin, pensez à exiger un système qui vous permette un suivi à distance : visualisation des courbes de débits brassés, de qualité d’air, température et humidité dans les classes, avec des alarmes programmables et, si possible, une possibilité de modification des paramètres de régulation à distance

Autres systèmes

Si la réalisation d’un système D n’est pas envisageable dans le projet de rénovation, il existe d’autres moyens pour ventiler la classe. Toutefois, ces stratégies sont nettement moins efficaces et ne permettront pas d’atteindre les débits réglementaires. De plus, sans système D, il n’y a pas de récupération de chaleur possible, ce qui accentuera sensiblement les besoins de chaleur de l’école et donc indirectement les factures liées à la consommation énergétique de chauffage.

Limites de la ventilation par ouverture des fenêtres

La ventilation par ouverture des fenêtres est bien souvent l’unique moyen de ventilation utilisé dans la majorité des écoles actuelles, malgré qu’elle réponde difficilement aux critères d’hygiène et de confort exigés :

Le confinement de l’air d’une salle de classe normalement occupée et ventilée par ouverture des fenêtres aux intercours est atteint après un quart d’heure d’occupation. De plus, la ventilation est totalement liée à la bonne volonté des occupants.
L’ouverture des fenêtres engendre d’importants mouvements d’air froid, ce qui rend quasiment impossible la ventilation continue en période d’occupation, c’est-à-dire pendant la production des polluants. Durant cette période les inétanchéités des fenêtres sont, par contre, insuffisantes pour assurer les débits d’air recommandés

Ventilation simple flux avec extraction sanitaire

Lorsque l’ambiance extérieure (bruit et pollution limités) le permet, la solution la plus simple à mettre en œuvre est le système simple flux avec extraction sanitaire.

Air neuf
Air vicié

L’air neuf est de préférence introduit dans les bureaux au moyen de grilles autoréglables placées en façade dans les menuiseries ou la maçonnerie.

Grille intégrée entre le vitrage et la menuiserie Grille verticale intégrée dans la menuiserie

L’air vicié est évacué dans les sanitaires au moyen d’un ventilateur d’extraction.
Les transferts d’air entre classes et sanitaires se font, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.

Grille de transfert d’air

Exemple

Dans une école du Brabant wallon, l’air neuf est introduit dans les classes par des ouvertures auto réglables et transféré sous les portes vers les sanitaires.

Les circuits d’extraction (conduits et ventilateurs) sont, dans la plupart des cas, communs à plusieurs niveaux. Ils sont généralement conçus suivant le principe du “parapluie”. Les conduits verticaux empruntent les gaines techniques également verticales et les conduits horizontaux passent dans l’épaisseur des faux plafonds. Ces ensembles desservent à chaque niveau une ou plusieurs zones sanitaires.

Étant donné l’absence de conduit de distribution vers chaque classe, l’espace nécessaire aux locaux techniques et aux conduits d’air est peu important. Ceci prend toute son importance en regard des hauteurs de faux plafonds qui n’ont pas à tenir compte du passage de conduits d’air.

Ce système appliqué aux écoles présente comme inconvénients :

La nécessité d’un nombre important de grilles d’amenée d’air auto réglables : par exemple, une classe de 60 m² demande un débit de ventilation de : 8,6 [m³/h.m²] x 60 [m²] = 516 [m³/h]. Or le débit maximum obtenu par grille est de l’ordre de 30 à 180 m³/h par mètre courant (sous 2 Pa). Il faut donc intégrer de 5 à 20 m de grilles dans la façade, ce qui n’est pas toujours évident. Une alternative est d’utiliser ne fenêtre robotisée comme amenée d’air.
La transmission de bruit possible au travers des grilles de transfert.
Le risque de courants d’air froid dus au débit d’air frais introduit dans la classe. L’utilisation de fenêtres robotisées, basée sur une sonde CO², permettrait de moduler le débit aux besoins réels, réduisant (un peu) le risque de courant d’air. On peut même envisager de coupler cette robotisation à une sonde d’absence et une horloge, pour assurer une ventilation maximale pendant les récréations.
Le risque de perturbation du flux d’air en fonction de l’ouverture des fenêtres et des portes.
L’absence de filtration de l’air neuf en milieu urbain.

A lire également afin d’aller plus loin sur cette thématique : Les différents systèmes de ventilation expliqué aux responsables énergie

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Combiner la ventilation aux besoins hygrothermiques

Lorsqu’un système de ventilation avec pulsion et extraction mécanique est choisit, il est possible de compléter la centrale de traitement d’air d’élément de pré-traitement thermique. Dans certains cas, il peut être pertinent de l’utiliser pour assurer tout ou partie des besoins thermiques des locaux.

Différentes questions se posent donc :

Faut-il préchauffer l’air neuf en hiver ?

Il est évident que l’amenée d’air à basse température dans un local peut provoquer, dans certains cas, des situations inconfortables. Quelque soit la température de l’air, des recommandations existent pour limiter ce risque, telles que placer les grilles à plus de 1,8 m de haut et au-dessus des émetteurs de chaleur.

Dans les cas où le débit d’air neuf demandé est relativement bas, ces recommandations peuvent suffire à éviter les inconforts assez bas, même dans le cas d’une ventilation avec amenée d’air naturelle. Au contraire, dans les locaux à forte densité d’occupation (salle de réunion, de séminaire, …), l’importance des débits d’air neuf demandés risque de provoquer un certain inconfort thermique lorsque la température extérieure est basse.

Ainsi, dans tous les cas, pour éviter la sensation de courant d’air froid, l’idéal est de pouvoir amener l’air neuf à une température minimum (12 .. 16°C, température à régler en fonction des apports de chaleur gratuits) avant son arrivée dans le local. Dans le cas d’une pulsion mécanique, le préchauffage de l’air neuf a également pour but d’éviter de faire circuler de l’air trop froid dans les conduits, ce qui peut provoquer des condensations.

Différentes solutions existent pour réaliser le préchauffage de l’air. La solution évidente pour réaliser cet échauffement est le recours à un récupérateur de chaleur. Attention toutefois à choisir un mode de gestion du dégivrage du récupérateur qui permette de maintenir une température de pulsion suffisamment élevée à tout moment. Un puits canadien peut également être envisagé pour préchauffer l’air neuf, mais la température atteinte ne sera pas aussi élevée qu’avec un récupérateur de chaleur. En dernier recours, le chauffage de l’air neuf pourra se faire avec une batterie de chauffage.

Concevoir

Pour choisir le mode de préchauffage

Faut-il « neutraliser » l’air neuf ?

Lorsque le système de pulsion d’air neuf n’est pas intégré à la climatisation au travers d’une solution « tout air« , il est parfois conseillé de prétraiter l’air neuf. À défaut, il risque de créer de l’inconfort (courants d’air) menant parfois à l’obturation des bouches d’amenée d’air par les occupants.

Le développement des récupérateurs de chaleur limite ce risque, mais certaines pratique ont la vie dure. Qu’en est-il donc de cette pratique de « neutralisation de l’air neuf », qui consiste à s’assurer que l’air soit amené au local dans des conditions similaires à celles visées dans le local lui-même. Autrement dit, si vous souhaitez chauffer à 21°C, l’air sera amené à 21°C, à charge pour le radiateur de compenser les pertes par les parois.

Tout l’enjeu consiste à combiner le contrôle de la température des locaux et le contrôle de la température de l’air neuf hygiénique de manière à :

ne pas créer de courants d’air (on considère souvent qu’une température de 16°C minimum est nécessaire);

ne pas « casser l’énergie », c’est-à-dire ne pas chauffer l’air neuf et refroidir simultanément le local avec le ventilo-convecteur, ou inversement.

A priori, on pourrait penser que la température de pulsion de l’air neuf doit être « neutre » dans le bilan thermique du local et ne pas interférer avec la régulation des ventilos. On rencontre ainsi souvent une pulsion proche des 21°C toute l’année.

Effectivement, au niveau du bilan thermique du local le bilan est neutre, puisqu’il n’apporte ni chaud, ni froid.

En réalité, ce choix implique souvent qu’en mi-saison de l’énergie soit « cassée ». en effet, dans les immeubles de bureaux isolés, à partir d’une température extérieure de 12 à 14°C, il y a beaucoup de chances que le bâtiment soit en régime « refroidissement ». on va dès lors chauffer l’air neuf de 14 à 21°C, et simultanément évacuer l’énergie excédentaire du local avec le ventilo-convecteur. Cela représente une consommation énergétique importante comme le montre l’étude d’un bâtiment type. Il aurait mieux valu pulser directement cet air à 14°C dans le local.

Mais 14°C est une température de pulsion qui risque d’être trop faible et de créer de l’inconfort pour les occupants ?

Essayons dès lors de définir la régulation la plus adéquate :

On peut imaginer qu’en plein hiver, on pulse de l’air à 21°C et qu’à partir d’une température extérieure de 14°C, par exemple, la consigne de température de pulsion de l’air soit abaissée à 16°C.

Remarquons que dans la pratique, le basculement comprend un hystérésis de manière à stabiliser le fonctionnement des équipements au changement de saison. Par exemple, l’installation passe du chaud au froid à 14°, et du froid au chaud à 12°.

Toute la difficulté consiste pour le gestionnaire du bâtiment à définir le plus précisément possible la température extérieure de basculement entre le régime « été » et le régime « hiver ». En effet si celle-ci est trop élevée (par exemple, 18°C), une période de « casse d’énergie » subsiste puisque l’on chauffe l’air de ventilation pour le refroidir ensuite avec les ventilo-convecteurs.

Le problème est compliqué par le fait que tous les locaux ne sont pas soumis aux mêmes conditions d’équilibre.

Pour réduire ce risque, on peut dès lors imaginer de maintenir une température de pulsion minimum durant toute l’année. Choisissons une température de pulsion minimale de 16°C dans les locaux : si la température extérieure est inférieure à cette valeur, on préchauffe l’air et on le prérefroidit dans le cas contraire.

C’est une stratégie de régulation que l’on peut d’office utiliser dans les locaux que l’on refroidit toute l’année comme les zones intérieures d’un bâtiment (zones nullement influencées par les conditions atmosphériques).

Mais cette solution risque de créer de l’inconfort si les bouches de distribution ne sont pas prévues à haute induction.

Remarque : jusqu’à présent, on a toujours parlé en terme de température d’air neuf dans le local. Étant donné que l’air s’échauffe d’environ 1°C lors de son passage dans les conduits, on peut dire que fixer une consigne de température de 16°C sur l’air neuf équivaut à maintenir une température de 15°C à la sortie du groupe de traitement d’air.

Reste une difficulté : dans le local inoccupé dont l’occupant a arrêté le ventilo en quittant le local, c’est le débit d’air de ventilation qui va assurer la température de base durant son absence. Et au retour de l’occupant, le local sera fort froid… Cela ne paraît cependant pas remettre en question le principe d’une pulsion à 16°C car l’occupant a le loisir de remettre son local en température très rapidement dès son retour grâce à l’absence d’inertie du ventilo-convecteur (transfert rapide par l’air) et à la possibilité de positionner le ventilo en grande vitesse. Et si l’occupant n’apprécie pas la petite période d’inconfort qui en résulte, il y a beaucoup de chances qu’il ne soit pas du genre à arrêter son ventilo en quittant le local !

De plus, en période de relance, avant l’arrivée des occupants, la régulation centrale peut faire fonctionner le bâtiment en circuit fermé, sans apport d’air neuf.

Conclusions

En l’absence de préchauffe de l’air par récupération de chaleur, il n’y a pas de solution idéale à ce problème. Il faut chercher une réponse pour un bâtiment donné, sur base de ses températures d’équilibre. Notez que le récupérateur de chaleur peut lui aussi provoquer une surconsommation d’énergie en mi-saison, s’il n’est pas équipé d’un bypass qui permet de ne pas réchauffer l’air lorsque le local est de demande de froid.

Il est clair que de prévoir des est une garantie de pouvoir pulser l’air à basse température sans créer de courants d’air, et donc de ne pas détruire de l’énergie.

L’impact énergétique est énorme. Dans un bâtiment-type de bureau,

nous avons simulé 2 situations :

Une pulsion d’air neuf à une température permanente de 21°C en hiver et de 16°C lorsque la température extérieure dépasse 16°C : référence 100

une pulsion à une température permanente de 16°C, été comme hiver :
- – 37 % sur la consommation du traitement d’air,
- + 19 % de consommation de chauffage des locaux,
- – 13 % sur la consommation de froid des locaux,
- et finalement – 10 % sur la consommation totale du bâtiment.

Qui ne serait pas tenté de diminuer de 10 % la consommation d’un bâtiment rien qu’en réglant la consigne de l’air neuf ?

Un compromis peut consister à pulser suivant une consigne qui suit une relation linéaire entre les deux points suivants : par – 10°C extérieurs, pulsion à 23°C et par + 30°C extérieurs, pulsion à 16°C.

Cette solution génère une économie de 2 % par rapport à la référence 100 du bâtiment-type.

En tous cas, ne pas adopter une pulsion constante de 21°C toute l’année ! nous ne l’avons pas chiffrée, mais la surconsommation en été doit être très importante.

La ventilation est-elle suffisante pour vaincre les surchauffes ?

Dans les anciens immeubles de bureaux, non isolés, la ventilation hygiénique permettait de résoudre en partie les problèmes de surchauffe, avec une période d’inconfort limitée à quelques jours.

L’isolation des bâtiments n’a pas augmenté la puissance nécessaire au refroidissement mais la période d’inconfort « estival » commence plus tôt dans la saison. Ceci est renforcé par :

l’augmentation des charges internes par l’équipement électrique des bureaux,
la tendance actuelle des architectes d’accroître sensiblement le pourcentage de vitrage de la façade, et donc les apports solaires peu désirables,
la diminution de l’inertie des parois (cloisons légères mobiles, tapis au sol, faux plafond avec absorbeur acoustique),
une attente accrue de confort et de productivité du personnel.

Dans certaines situations et pour autant que l’on accepte quelques journées d’inconfort, il est cependant possible d’éviter une installation de conditionnement d’air

En choisissant les équipements les moins énergivores.
En utilisant des protections solaires et des vitrages performants.
En exploitant au maximum le pouvoir refroidissant de l’air extérieur lorsque celui-ci à une température inférieure à la température intérieure. On parlera alors de free cooling, soit naturel, soit mécanique.

Il est important de réaliser que les débits d’air mis en jeu par la ventilation hygiénique (de l’ordre de 0.5 à 1 renouvellement horaire) et ceux impliqués par une stratégie de free cooling (à partir de 4 renouvellements horaires) ne sont pas du même ordre. On parle d’ailleurs souvent, pour le free cooling, de ventilation intensive.

Débits différents signifie a priori techniques et équipements différents. Ainsi, une ventilation intensive naturelle ne se basera pas sur des aérateurs et une cheminée telle qu’utilisée pour la ventilation hygiénique, mais bien sur l’ouverture de fenêtres en différents endroits du bâtiment. Une ventilation intensive mécanique par contre pourrait utiliser le même réseau de conduits que la ventilation hygiénique, pour autant que celui-ci soit dimensionné sur base de l’usage le plus contraignant (le débit intensif donc) et permette une régulation à la baisse lorsque cette capacité n’est pas pleinement nécessaire.

Concevoir	Pour examiner en détail l’intérêt du free cooling comme alternative à la climatisation
Concevoir	Pour en savoir plus sur les techniques de refroidissement par ventilation intensive
Études de cas	Un confort d’été correct est obtenu dans le bâtiment Probe du CSTC grâce à un free cooling nocturne. Pour plus de détails sur ce bâtiment

Faut-il humidifier ou déshumidifier l’air de ventilation ?

En hiver, sans humidification de l’air neuf, l’humidité intérieure flirte rapidement avec les limites de confort thermique.

Ceci n’est pas lié au type de ventilation (naturel ou mécanique). Pourquoi ? Parce que, en l’absence de traitement d’air, l’humidité absolue de l’air pulsé n’est pas modifiée par son passage dans un aérateur ou un réseau de ventilation. Dans les deux cas, cette humidité sera celle de l’air extérieur, qui est basse en hiver (maximum 4 gr d’eau par kilo d’air à 0°C, soit en-dessous des 6 gr qui correspondent à 40% d’humidité pour 20°C). Le caractère asséchant de la ventilation est par contre lié au rapport entre le débit d’air neuf et le taux d’émission de vapeur dans l’ambiance, lié à l’occupation. En pratique, au plus le débit par personne sera élevé, au plus l’effet asséchant de l’air neuf sera important.

L’humidification de l’air neuf est un poste particulièrement énergivore. Il est dès lors peut-être utile de se demander si une humidification est toujours nécessaire, sachant qu’elle n’est pratiquement possible qu’en association avec un système de ventilation double flux.

Ce n’est d’ailleurs que si la pulsion de l’air est mécanique que le RGPT impose le respect d’une humidité ambiante minimum de 40%. Dans le cas d’une ventilation simple flux, le RGPT dit simplement qui si c’est possible technologiquement, un dispositif d’humidification permettant d’atteindre une humidité de 40% doit être mis en œuvre.

Évaluer

Pour estimer la consommation liée à l’humidification de l’air neuf.

Prenons un exemple.

La température extérieure est de 0°C pour une humidité relative de 85 % (1) (conditions couramment rencontrées chez nous) :

Si cet air est introduit dans un bureau individuel chauffée à 20°C, à raison de 30 m³/h.pers, on peut lire sur le diagramme de l’air humide que son humidité relative chutera à 23 % (2), ce qui est trop sec pour garantir le confort thermique. Si on y rajoute l’humidité produite par un occupant, à savoir environ 50 gr d’eau par h, l’humidité relative montera jusqu’à 33 % (3), soit à la limite des conditions de confort.
Par contre, si la chambre est chauffée à 24°C, comme c’est souvent le cas dans les hôpitaux, on atteindra plutôt au final une humidité relative d’environ 25%, ce qui est insuffisant.

Une humidification de l’air apparaît donc nécessaire pour garantir le confort durant les périodes les plus critiques de l’année (en hiver). Étant donné que les périodes durant lesquelles il existe un risque de voir chuter l’humidité intérieure en dessous du seuil de confort sont généralement courtes, il est recommandé d’asservir le fonctionnement de l’humidificateur à la température extérieure. Sous notre climat, on peut par exemple souvent l’arrêter lorsque la température extérieure dépasse 5°C.

Notons qu’humidifier l’air implique aussi automatiquement de le préchauffer, sinon le point de saturation est atteint directement.

Concevoir

Pour choisir le mode d’humidification.

Et en été, qu’en est-il? En Belgique, l’humidité absolue extérieure dépasse rarement les 15 gr d’eau par kilogramme d’air, ce qui, pour des températures de l’ordre de 25°C correspond à 70% d’humidité relative. Un tel niveau est acceptable, et cela correspond à l’intuition : il est rare que l’on ait, en été, une sensation d’humidité exagérée, comme on le ressent sous les tropiques. Mais…

Cela arrive malgré tout par temps orageux. Faut-il que, ces jours là, les systèmes de ventilation soient à même de ne pas répercuter cet inconfort à l’intérieur? C’est au maître d’ouvrage de se positionner. La question se pose de la même façon pour les vagues de chaleur et le risque d’une élévation de température. Quel est le prix du confort absolu ?

Si à l’humidité extérieure s’ajoute un dégagement d’humidité importante à l’intérieur, cela ne nous mène-t-il pas au-delà du confort? Oui, à moins de diluer cet apport intérieur d’humidité par un taux de ventilation très élevé, tel que le permet une ventilation intensive;

Si dans le local se trouve un émetteur de refroidissement qui n’autorise pas de condensations surfaciques, tel qu’un plafond rayonnant ou une dalle active, ne faut-il pas garantir un contrôle de l’humidité? Oui, bien sûr, pour éviter les dégâts liés à ces condensations.

Les situations où une déshumidification est à prévoir sont donc plus nombreuses que ne le laisse supposer une simple analyse climatique. En pratique, la déshumidification ira souvent de pair avec le recours à un refroidissement actif.

Concevoir	Pour en savoir plus sur la deshumidification
Gérer	Pour en savoir plus sur la régulation de la deshumidification

Utiliser la ventilation comme émetteur thermique ?

Dans les anciens immeubles de bureaux non isolés, la puissance nécessaire au chauffage est telle que le débit de ventilation hygiénique est insuffisant si on veut assurer avec celui-ci un chauffage aéraulique. La séparation des fonctions « ventilation hygiénique » et « chauffage » s’impose d’autant plus que le bâtiment est peu isolé et que les apports internes de chaleur (machines, éclairage, …) sont faibles.

Dans ces vieux bâtiments, si on veut combiner ventilation et chauffage, un recyclage partiel de l’air doit être organisé pour augmenter les débits pulsés, ce qui surdimensionne les équipements de ventilation.

Par contre, dans les bâtiments de bureaux plus modernes, bien isolés, fortement équipés (ordinateur, imprimante personnelle), la puissance de chauffage nécessaire se réduit fortement, et avec elle, les débits d’air nécessaires pour un chauffage aéraulique. Dans ce cas, il peut être logique d’envisager la combinaison du chauffage et de la ventilation. Il n’y a plus alors d’autres sources de chauffage. C’est la logique qui prévaut souvent dans les bâtiments conçus selon le « standard passif ».

En généralisant, ce raisonnement, on pourrait envisager d’assurer également le refroidissement par la pulsion d’air neuf refroidit dans la centrale de traitement d’air. On parlera alors de refroidissement « tout air« . Technologiquement, cela ne pose pas de problème. Mais il faut garder à l’esprit que les puissances qu’un local demande en refroidissement sont souvent plus importante qu’en chauffage. Pour un bureau, on sera souvent entre 50 et 100 W/m² de charge de refroidissement à compenser, une valeur peu influencée par l’amélioration actuelle des enveloppes. De telles puissances impliquent un surdimensionnement important du réseau de ventilation, comme le montre l’exemple ci-dessous. Une piste intéressante dans certains cas est celle du « top cooling« , où la capacité de refroidissement du réseau de ventilation hygiénique est utilisée sans surdimensionnement, en appoint d’un autre mode de refroidissement, ou comme « aide » pour franchir les périodes de canicule dans des locaux non climatisés.

Exemple.

La puissance thermique disponible sur une pulsion d’air ce calcule en multipliant le débit par la chaleur massique (0,34 [W/(m³/h)K]) et le delta de température entre l’air pulsé et l’ambiance. Considérons un local de bureau typique de 20m² occupé par deux personnes, pour lequel les règles de dimensionnement de la ventilation hygiénique recommandent 60 m³/h (RGPT).

La température maximale de pulsion est souvent fixée à 35°C dans une ambiance à 20°C, et la température minimale à 16°C dans une ambiance à 25°C. Quelles sont les puissances disponible en fonction d’un facteur de surdimensionnement de la ventilation ?

Puissance disponible grâce à de la pulsion d’air neuf dans un local de bureau type
Débit	Puissance de chauffage	Puissance de refroidissement
hygiénique: 60 m³/h	15 [W/m²]	9 [W/m²]
hygiénique x 2 : 120 m³/h	31 [W/m²]	18 [W/m²]
hygiénique x 5: 300 m³/h	77[W/m²]	46 [W/m²]

On voit que pour un bâtiment non isolé, il faut multiplier le débit d’air hygiénique par 5 si on veut atteinte l’ordre de grandeur des puissances de chauffage. Les 15W/m² disponibles « de base » devraient par contre être suffisant dans un bâtiment « passif ». Les puissances disponibles en refroidissement ne sont alors que tout juste capable de compenser la puissance des luminaires, ou celle des ordinateurs. En aucun cas les charges liées à l’ensoleillement…

Notons au passage que lorsqu’on fait un chauffage par la ventilation, il faut prévoir la possibilité de travailler en tout air recyclé pour optimaliser la relance matinale du système de chauffage aéraulique. L’apport d’air neuf n’étant enclenché qu’à l’arrivée des occupants.

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Choisir un système de ventilation centralisé ou décentralisé

Différents critères interviennent dans ce choix:

Les possibilités d’implantation

La facilité (ou difficulté) d’implantation d’un système de ventilation dépend d’abord de son type : les systèmes proposés se différencient par leur encombrement et les modifications qu’ils imposent dans un bâtiment existant, dans un bâtiment neuf, les libertés étant plus grandes.

Les systèmes naturels ou simple flux par extraction mécanique sont les plus faciles à implanter. Ils ne demandent aucun gainage de pulsion, celui d’extraction étant quant à lui généralement beaucoup plus court et facile à implanter. Le système naturelle demande cependant que cette extraction soit faite par des conduits verticaux respectant certaines prescriptions quant à leur tracé et leur débouché en toiture. Ce système peut donc être plus difficile à mettre en œuvre que l’extraction mécanique. Cette dernière devra d’ailleurs être choisie si une évacuation naturelle correcte ne peut être réalisée.

La pulsion mécanique impose, quant à elle, une distribution de l’air dans tous les locaux via un gainage. Dans les locaux aveugles, il n’est généralement pas possible de réaliser des amenées d’air naturelles correctes, ce qui impose la pulsion mécanique.

Quel que soit le mode de ventilation, l’implantation peut être facilitée si le système de ventilation se décompose en différents systèmes indépendants desservant chacun une partie du bâtiment. Ce découpage peut se faire sur base:

d’une logique spatiale : différentes ailes du bâtiments pourraient avoir chacune leur propre système. Dans ce cas, la séparation des systèmes permet de limiter la longueur des conduites, l’encombrement dans le bâtiment et les pertes de charges.

d’une logique d’occupation : des espaces présentant des profils d’occupation très différents peuvent justifier un réseau de ventilation spécifique, par exemple des salles de réunion regroupées dans un bâtiment de bureau, ou un amphithéâtre dans une école. Dans ce cas, la séparation des systèmes permet de faciliter la gestion des débits d’air : apporter exactement la bonne quantité d’air au bon endroit, au bon moment.

À l’extrême, chaque local pourrait disposer de son propre système de ventilation. Certains dispositifs de ventilation permettent d’ailleurs une pulsion et extraction mécanique avec récupération de chaleur par local.

Décentraliser peut donc dans certains cas limiter l’encombrement du réseau au sein du bâtiment. Par contre, cela implique de multiplier les groupes de ventilation qui prennent eux-aussi une place conséquente.

L’isolation acoustique entre locaux

Certaines activités de bureaux demandent une certaine confidencialité (bureau d’avocats, cabinet de médecin, …) qu’il peut être difficile d’atteindre du fait des ouvertures permanentes pratiquées pour le transfert de l’air. La question de l’isolation acoustique se pose aussi de façon pressante dans les bâtiments scolaires.

La conception d’un système de ventilation décentralisé pour ces locaux élimine le transfert d’air et la faiblesse acoustique liée au passage de l’air dans le bâtiment. Cette solution peut cependant générer une autre nuisance acoustique du fait de la présence des ventilateurs dans (ou à proximité) de ces locaux.

L’autre piste, est l’utilisation d’un réseau de ventilation centralisé, mais équipé de grilles de transfert acoustiques. Celles-ci, plus larges, se placent plus aisément dans les murs que dans les portes. Elles génèrent malheureusement plus de pertes de charge qu’une grille traditionnelle, avec un impact sur le consommation électrique des ventilateurs.

Ouverturetransfert2.gif (1351 octets) Ouverturetransfert3.gif (1519 octets)

Ouvertures de transfert acoustiques.

La protection incendie

L’A.R. du 19 décembre 97 impose que toute paroi séparant un lieu de travail d’un chemin d’évacuation (en gros les couloirs) soit classée « Rf 1/2 h ».

Cela signifie que les ouvertures de transfert prévues entre les bureaux où l’air neuf est amené et les couloirs par lesquels l’air transite vers les sanitaires doivent avoir la même résistance au feu. Cela est possible grâce à des grilles de transfert coupe-feu. Pour ce qui est du détalonnage des portes, cela peut prêter à discussion.

Plus globalement, la traversée d’une paroi, quelle qu’elle soit, par un conduit d’air ne peut pas amoindrir la résistance au feu de cette paroi : « La traversée par des conduites de fluides ou d’électricité et les joints de dilatation d’un élément de construction ne peuvent altérer le degré de résistance au feu exigé pour cet élément. » (AR du 7 juillet 1994).

Des résistances au feu minimales sont imposées aux séparations entre compartiments incendie. Un compartiment à une superficie de maximum 2 500 m² et est limité à un étage. Les parois séparant les compartiments doivent être « Rf min 1 h » (en fonction de la hauteur du bâtiment). Ceci implique notamment que tout transfert d’air entre deux étages est soit interdit (pas de pulsion à un étage et d’extraction à un autre), soit obturable automatiquement (porte coupe-feu automatique, clapet coupe-feu).

Cette règle s’applique donc également aux parois des trémies dans lesquelles se trouvent les conduits de ventilation des réseaux mécaniques. Ces parois doivent présenter une RF de 1h à 2h selon la hauteur du bâtiment (cas des trémies continues sur la hauteur du bâtiment).

On comprends facilement qu’une réflexion sur une décentralisation des systèmes de ventilation qui soit cohérente avec le découpage du bâtiment en compartiments incendie peut limiter le recours à ce type d’équipements et dans certains cas permettre une économie d’investissement.

Enfin, notons que pour les bâtiments d’une hauteur comprise entre 25 et 50 m, il est imposé de maintenir les cages d’escalier en surpression en cas d’incendie. À cela vient s’ajouter le désenfumage obligatoire des couloirs par pulsion et extraction pour les bâtiments de plus de 50 m de haut. Ces deux exigences se réalisent par un système de ventilation tout à fait indépendant de la ventilation hygiénique et qui met en œuvre des débits nettement plus importants, de l’ordre de 10 renouvellements d’air par heure.

L’impact énergétique

Dans le cas où un bâtiment inclut des espaces dont les besoins d’air sont variables (des locaux de même nature mais gérés différemment, ou des locaux abritant des fonctions différentes), subdiviser un système de ventilation peut favoriser les économies d’énergie électrique au niveau des ventilateurs. Pourquoi ?

La puissance électrique absorbée par un ventilateur dépend du débit d’air à mettre en mouvement et de la perte de pression à compenser. Considérons un réseau de ventilation alimentant un alignement de classes. Imaginons que les classes à l’extrémité du réseau soient utilisées en soirée pour des activités extra-scolaires, tandis que celles situées au milieu ou au début du réseau n’ont plus besoin d’air après les heures de cours.

En soirée, une gestion intelligente du débit fermera un clapet ou registre de réglage à l’entrée des premières classes. En conséquence, la pression va monter dans le réseau et le ventilateur, s’il détecte cette montée en pression, pourra moduler sa vitesse. Néanmoins, il devra toujours compenser les pertes de charge générées par la totalisé du réseau pour alimenter la classe utilisée en soirée.

Si chaque classe disposait de son propre système de ventilation, ou si cette seule classe à usage particulier disposait de son propre système, le fonctionnement en mode « soirée » n’impliquerait que cet unique groupe de ventilation, qui n’aurait pas à vaincre les pertes de charge d’une réseau collectif. Dès lors, la puissance absorbée pourrait théoriquement être moindre : même débit dans les deux situations, mais pertes de charge réduite dans le cas décentralisé.

Cette réflexion de principe est bien évidemment dépendante des choix de dimensionnement qui seraient faits dans les alternatives centralisées et décentralisée, de la finesse du mode de gestion dans le cas centralisé, des pertes de charges propres aux groupes de ventilation et de l’impact de la réduction du débit d’air sur ces pertes de charges dans le scénario centralisé, etc.

Le bénéfice énergétique de la décentralisation n’est pas nécessairement évident. C’est cependant une piste qui mérite d’être calculée en détail par les bureaux d’étude, maintenant que les consommations des ventilateurs représentent une part non négligeable du calcul PEB.

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Choisir un système de ventilation naturelle ou mécanique

Ventilation naturelle.

Ventilation mécanique.

Différents critères interviennent dans ce choix:

La garantie de résultat

L’efficacité d’une ventilation est sa capacité à évacuer réellement les polluants des locaux. Pour cela, il faut avoir la garantie que l’air neuf balaye correctement les bureaux et soit évacué après son mélange avec l’air ambiant.

La solution idéale est, mécaniquement, de pulser l’air neuf et d’évacuer l’air vicié directement dans chaque local indépendamment. Cette solution de ventilation indépendante de chaque local est cependant onéreuse et est réservée aux salles à forte affluence (salle de réunion, auditorium, …).

Le système double flux avec pulsion dans les bureaux et extraction dans les sanitaires et/ou zones de circulation garantit au minimum une amenée d’air neuf réelle dans les bureaux et une évacuation des odeurs dans les sanitaires.

Les systèmes de ventilation naturelle ou simple flux, quant à eux, ne garantissent pas toujours un renouvellement d’air correct dans tous les bureaux.

Prenons l’exemple d’une ventilation simple flux avec une simple extraction mécanique dans les sanitaires et des grilles d’amenée d’air naturel dans les châssis des bureaux :

L’air est paresseux, il préférera toujours le chemin le plus facile pour se mouvoir. Ainsi, s’il doit choisir entre les grilles placées dans les châssis des bureaux et un hall d’entrée (ou une fenêtre, …) largement ouvert vers l’extérieur, il est plus que probable que l’air extrait par les sanitaires provienne de ce dernier, plutôt que des bureaux. Ceux-ci ne seront alors pas ventilés correctement.

Schéma trajet de l'air dans un bâtiment.

Ce phénomène est aggravé :

en présence de couloirs maintenus ouverts vers les cages d’escalier ou hall d’entrée,
en présence de fenêtres et portes ouvertes dans certains bureaux,
en l’absence de moyens de transfert d’air au niveau des portes (grilles, détalonnage des portes).

En outre, dans des immeubles de bureaux, le compartimentage variable (location à des sociétés différentes) peut rendre encore plus difficile la coordination entre les entrées d’air et les évacuations.

De plus, les flux d’air véhiculés par les systèmes naturels ou simple flux sont dépendants des conditions atmosphériques (répartition du vent, des températures sur les façades) et donc difficilement contrôlables. Il est par exemple, possible que le flux d’air s’inverse dans une grille autoréglable si celle-ci est disposée sur une façade à l’abri des vents dominants (c’est-à-dire sur une façade en dépression). en effet, ce type de grille permet de limiter l’ouverture d’entrée d’air si elle est soumise à la pression du vent. Par contre, elle n’empêche pas un reflux d’air si elle est à l’abri du vent.

Le système de ventilation ne fonctionnera correctement que si le bâtiment est relativement étanche à l’air.

Dans son article « La ventilation et l’infiltration dans les bâtiments : la situation en Belgique » (1986), le CSTC, recommande d’améliorer l’étanchéité du bâtiment avant d’installer un système de ventilation contrôlée pour un taux de renouvellement de l’air à 50 Pa (n₅₀) inférieur à 5/h. Les recommandations actuelles d’étanchéité à l’air des construction sont cependant plus ambitieuses encore.

Évaluer

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L’ambiance extérieure

Si l’ambiance extérieure est particulièrement polluée et/ou bruyante (site urbain, industriel, route fort fréquentée, parking avec heures de pointe), les amenées d’air neuf doivent obligatoirement comporter des filtres et une isolation acoustique.

Notons que les locaux les plus sensibles au niveau de la pollution des routes sont les locaux situés à moins de 10 m du sol.

Les amenées d’air naturelles, même équipées de systèmes d’insonorisation laissent cependant filtrer les bruits extérieurs et surtout les poussières. Des recherches sont cependant menées pour améliorer les qualités acoustiques, de filtration et d’automatisation des entrées d’air naturelles. À terme, elles devraient conduire au développement sur le marché de produits permettant une protection contre la pollution extérieure et une régulation semblable à celle possible en ventilation double flux.

Dans les sites urbains fort fréquentés et/ou pour certains locaux demandant une pureté de l’air plus importante (salles d’ordinateur, hôpitaux, …), une pulsion mécanique, équipée de filtres s’impose donc, la prise d’air extérieure devant être disposée dans l’endroit le moins exposé (à l’arrière du bâtiment ou en toiture).

Concevoir

Pour choisir l’emplacement de la prise d’air neuf, cliquez ici !

Les possibilités d’implantation

Les différents systèmes de ventilation se différencient par leur encombrement et les modifications qu’ils imposent dans un bâtiment existant, dans un bâtiment neuf, les libertés étant plus grandes.

Les systèmes naturelle ou simple flux par extraction mécanique sont les plus faciles à implanter.

Ils ne demandent que peu de gainage. Un système naturel se limite à la création de conduits verticaux d’évacuation dans les locaux humides. Pour fonctionner efficacement, ceux-ci doivent cependant respecter certaines prescriptions quant à leur tracé et leur débouché en toiture, que l’on trouvera dans la norme (résidentielle) NBN D50-001. Ce système peut donc être plus difficile à mettre en œuvre qu’un système mécanique simple flux par extraction. Cette dernière devra d’ailleurs être choisie si une évacuation naturelle correcte ne peut être réalisée.

La pulsion mécanique impose, quant à elle, une distribution de l’air dans tous les locaux via un gainage, et parfois, à des fins d’équilibrage aéraulique, une reprise d’air qui ne se limite pas aux locaux sanitaires et prends la forme d’un second réseau de conduites.

Rappelons que dans le cas d’une pulsion mécanique, un principe de balayage peut être mis en place. L’air alimentant un local peut provenir d’un autre local, pour autant qu’il n’y ait une gradation dans la qualité de l’air: un local ne peut pas être alimenté par de l’air provenant d’un espace plus pollué que lui (voir à ce sujet la norme ISO « ventilation dans les bâtiments non-résidentiels » ). Dans les espaces résidentiels, cette possibilité est explicitement prévue par la norme NBN D50-001, qui autorise que l’air alimentant les salles de séjour provienne des chambres, des locaux d’étude et de loisir, des couloirs, des cages d’escalier, des halls. Ceci a l’avantage de diminuer les débits totaux d’air neuf à injecter dans le bâtiment et de préchauffer l’air avant son entrée dans les locaux de séjour. Dans les chambres et les locaux d’étude et de loisir, seul l’air extérieur est autorisé.

Dans les locaux aveugles, il n’est généralement pas possible de réaliser des amenées d’air naturelles correctes, ce qui impose la pulsion mécanique.

La consommation énergétique et les coûts

Il faut comparer les performances que l’on espère obtenir, l’investissement à consentir et les coûts d’exploitation du système.

Au niveau de l’investissement, plus la mécanisation est importante (du simple flux avec extraction sanitaire au double flux avec pulsion et extraction dans chaque local), plus l’investissement est important. Il en est de même pour les frais d’exploitation (consommation des ventilateurs, maintenance des réseaux). Les frais de chauffage de l’air neuf sont, quant à eux les mêmes, si on considère que tous les systèmes permettent d’assurer des débits équivalents corrects. si ce n’est qu’une ventilation double flux est généralement pourvue d’une récupération de chaleur sur l’air extrait qui modifie sensiblement le bilan énergétique et financier.

Pour situer la surconsommation électrique d’un système de ventilation entièrement mécanique par rapport à un système de ventilation entièrement naturel, on peut citer les chiffres de consommation des ventilateurs couramment rencontrés dans la littérature : pour un système de ventilation double flux, la puissance électrique absorbée par les ventilateurs dans leurs conditions nominales de fonctionnement est de l’ordre de :

2 * 0,14 (installation performante : SFP1) à 0,35 W (installation médiocre : SFP3) par m³/h d’air transporté

dont une partie se retrouvera sous forme de chaleur dans l’air pulsé.
Vous pouvez estimer la différence de consommation entre les différents principes de ventilation :

Calculs

Pour estimer la différence de consommation entre les différents types de ventilation, cliquez ici !

Par exemple, pour assurer un apport d’air neuf de 6 000 m³/h pendant 2 500 h/an, un système de ventilation mécanique double flux consommera en électricité environ :

2* (0,14 [W] .. 0,35 [W]) x 6 000 [m³/h] x 2 500 [h/an] = 4200 .. 10500 [kWh/an]

Par contre, le système double flux permet une meilleure maîtrise des débits, donc des déperditions de chaleur par ventilation. Les consommations peuvent en outre être réduites si on utilise un récupérateur de chaleur. Cette récupération de chaleur est énergétiquement très intéressante puisqu’elle permet de récupérer de 50% à 90% de l’énergie rejetée avec l’air extrait.

Le système double flux permet également une gestion automatique des débits de ventilation local par local en agissant directement au niveau des bouches de pulsion, par exemple en fonction de l’occupation des bureaux individuels. Ce niveau d’automatisation au niveau de chaque local est théoriquement possible en ventilation naturelle et simple flux si l’on utilise comme amenée d’air des fenêtres robotisées liées à des sondes de présence ou de CO₂. Mais ce type de systèmes est très peu utilisé à l’heure actuelle.

Notons également que des installations pilotes de ventilation naturelle avec récupération de chaleur ont été réalisées dans le cas du projet de recherche « NatVent » (pour plus de détail : NatVent, Overcoming barriers to natural, CD-Rom, P.Wouters, J.Demeester, CSTC, 02/655 77 11).

L’esthétique

Les grilles d’amenée d’air naturelles doivent s’intégrer dans l’esthétique des façades et demandent un travail de recherche lors de la conception. Les prises et évacuations extérieures des systèmes mécaniques peuvent souvent être disposées à des endroits moins visibles.

Amenée d’air naturelle disposée discrètement au dessus du châssis, contre la battée.

Posted By : Energie-Plus 22 Sep, 2014

Choisir le système de ventilation : critères généraux

La qualité d’air intérieur dépend notamment de :

L’air extérieur ;
le mobilier et matériel de bureau ;
les produits et matériaux de construction ;
la ventilation ;
le comportement des usagers.

Les normes recommandent une ventilation de base permanente ayant pour but d’évacuer les odeurs, l’humidité et les éventuelles substances nocives. Pour ce faire, différents systèmes de ventilation existent.

Aperçu des normes

En région wallonne, depuis le 1er mai 2010, tous les bâtiments neufs et assimilés doivent répondre à des exigences particulières. Les bâtiments non résidentiels (hors habitation et appartement) doivent respecter l’Annexe C3 de la PEB (elle-même basée sur la norme européenne EN 13 779 (Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation). Celle-ci impose une qualité d’air au moins égale à la catégorie INT 3 (débit minimum de 22 m³ par heure et par personne).

De plus, elle impose un taux d’occupation minimum (m² par personne) à prendre en compte pour le dimensionnement en fonction de l’usage de la pièce.

Pour déterminer le débit d’air neuf minimal à assurer dans chaque local, il faut donc multiplier le taux d’occupation (de conception ou minimum imposé) par le débit de ventilation (INT 3 minimum).

De plus, il faut respecter un débit de conception minimal pour les sanitaires : 25m³/h par WC ou urinoir ou 15m²/h par m² de surface si le nombre de WC n’est pas connu lors du dimensionnement.

Pour les hôpitaux, selon la norme NF S90-351, dans les zones à risques 1, c’est-à-dire concrètement sans risque d’aérobiocontamination (hospitalisation sans risque d’infection, certaines consultations, radiologie, ergothérapie, …), la ventilation se traite, en principe, sans exigence particulière en terme de filtration et de pression.

Dans les autres locaux (médico-techniques par exemple), la ventilation est organisée dans le même local où l’on retrouve à la fois des bouches de pulsion et d’extraction.

Typologie des systèmes de ventilation

Différentes dénominations sont utilisées pour caractériser des systèmes de ventilation.

Relativement au flux d’air, on distingue ventilation hygiénique et intensive sur base du débit:

Ventilation hygiénique, ou « de base » : il s’agit de la ventilation minimale nécessaire pour garantir une qualité de l’air suffisante, pour réduire la concentration des odeurs et de l’humidité. Elle requiert des débits d’air limités, appliqués de manière permanente. Ordre de grandeur : <1 renouvellement horaire de l’air.
Ventilation intensive : ventilation temporaire à grand débit (ordre de grandeur : >4 renouvellements horaires de l’air) nécessaire uniquement dans des circonstances plus ou moins exceptionnelles, comme lors d’activités générant une production élevée de substances nocives ou d’humidité (travaux de peinture, de nettoyage, certains loisirs,…), lors de chaleur persistante ou d’ensoleillement intensif qui provoque une surchauffe, ou lors d’une occupation extraordinaire, par exemple une fête, un nombre de fumeurs élevé, …

On distingue également infiltrations et ventilation sur base du caractère volontaire ou fortuit du mouvement d’air :

Infiltration : mouvement d’air involontaire et incontrôlé au travers des faiblesses de l’enveloppe d’un bâtiment
Ventilation : mouvement d’air volontaire et partiellement ou totalement contrôlé au travers de dispositifs spécifiques

Dans le logement, la norme NBN D50-001 parle de systèmes A, B, C ou D selon que l’amenée et/ou l’évacuation d’air est naturelle ou mécanique. Bien qu’exclusivement réservée aux logement, ces appellations sont parfois généralisées aux systèmes mis en œuvre dans les bâtiments tertiaires. Nous parlerons ici plus largement de :

ventilation naturelle lorsque l’ensemble du mouvement d’air se fait sans recours à des ventilateur
ventilation simple flux lorsque la pulsion ou l’extraction d’air est assurée par un ventilateur
ventilation double flux lorsque la pulsion et l’extraction sont assurées par des ventilateurs.

Les ventilations double flux peuvent ou non intégrer une récupération de chaleur sur l’air extrait.

Enfin, on parlera de ventilation hybride lorsqu’elle recours aux principe de la ventilation naturelle mais prévoit ponctuellement le support de ventilateurs et d’éléments réseaux de ventilation mécanique. Typiquement, il s’agit d’une ventilation naturelle dans laquelle un ventilateur d’appoint vient renforcer le tirage lorsque les forces naturelles font défaut.

Le premier choix à réaliser est donc, pour faire simple, entre une ventilation naturelle ou mécanique simple ou double flux. en conception neuve ou rénovation, c’est très souvent une ventilation mécanique qui sera choisie. Se posent alors deux autres questions :

faut-il créer un réseau de ventilation unique desservant tout le bâtiment (système de ventilation centralisé) ou distinguer les équipements de chaque local ou groupe de locaux (système de ventilation décentralisé) ?
A-t-on intérêt à utiliser ce système de ventilation pour traiter l’air neuf et/ou climatiser le local?

Concevoir	Pour départager les ventilation naturelles et mécaniques, cliquez ici !
Concevoir	Pour départager les systèmes de ventilation centralisés ou décentralisés, cliquez ici!
Concevoir	Pour examiner l’intérêt d’une combinaison de la ventilation avec le traitement thermique des locaux, cliquez ici

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les bureaux

Système de ventilation double flux dans les bureaux.

Configurations les plus courantes pour les immeubles de bureaux

Les bureaux ou zones de bureaux sont généralement desservis par des circulations donnant également accès à un ou plusieurs complexes sanitaires.

Ce type d’agencement très généralisé donne aux différents principes de ventilation retenus une orientation commune :

Air neuf
Air vicié

L’introduction d’air neuf dans les bureaux,
le transfert des volumes d’air introduits via les circulations,
l’évacuation vers l’extérieur de l’air vicié dans les locaux sanitaires.

Ventilation simple flux avec extraction sanitaire

Lorsque l’ambiance extérieure (bruit et pollution limités) le permet, la solution la plus simple à mettre en œuvre est le système simple flux avec extraction sanitaire.

Air neuf
Air vicié

L’air neuf est de préférence introduit dans les bureaux au moyen de grilles autoréglables placées en façade dans les menuiseries ou la maçonnerie.


Grille intégrée entre le vitrage et la menuiserie.	Grille verticale intégrée dans la menuiserie.

L’air vicié est évacué dans les sanitaires au moyen d’un ventilateur d’extraction.
Les transferts d’air entre bureaux et sanitaires se font, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.

Grille de transfert d’air.

Les circuits d’extraction (conduits et ventilateurs) sont dans la plupart des cas communs à plusieurs niveaux. Ils sont généralement conçus suivant le principe du « parapluie ». Les conduits verticaux empruntent les gaines techniques également verticales et les conduits horizontaux passent dans l’épaisseur des faux plafonds. Ces ensembles desservent à chaque niveau une ou plusieurs zones sanitaires. Pour peu que l’extraction d’air soit limitée aux zones sanitaires (pas d’extraction complémentaire dans les couloirs ou certains locaux spécifiques à des fins d’équilibrage), ce réseau horizontal restera limité en ampleur.

Étant donné l’absence de conduit de distribution vers chaque bureau, l’espace nécessaire aux conduits d’air est peu important. Ceci prend toute son importance en rénovation en regard des hauteurs de faux plafond qui ne doivent pas tenir compte du passage de conduits d’air.

Cependant, cette configuration souffre de certaines limites :

pour limiter l’influence du vent et des circulations d’air parasites, ce type d’installation ne s’applique qu’aux immeubles de taille moyenne et peu élevés : pour les nouveaux immeubles de plus de 13 m de haut (hauteur du plancher au dernier étage), la réglementation wallonne, demande ainsi, la preuve, étude à l’appui, qu’il est possible de garantir les débits d’air neufs recommandés au moyen d’amenées d’air naturelles.
ce type d’installation ne permet ni traitement de l’air (préchauffage ou rafraîchissement, gestion de l’humidité) ni récupération d’énergie. Il pourrait donc ne pas correspondre aux attentes de confort ou de performance énergétique.

Ventilation double flux avec extraction sanitaire

Le système de ventilation double flux, c’est-à-dire équipé d’une pulsion et d’une extraction mécanique est le meilleur en terme de maîtrise des débits dans les locaux : on a la garantie que les bureaux sont alimentés en air neuf et que l’air vicié des sanitaires est directement évacué vers l’extérieur.

Ce système est pratiquement indispensable dans les immeubles de bureaux importants en site urbain.

La distribution de l’air neuf est assurée par un réseau de conduits placé dans les faux plafonds des zones de circulation.

La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque bureau est obtenue par une ou plusieurs bouches, soit murales dans le cas d’une retombée des faux plafonds des circulations, soit plafonnières s’il existe un faux plafond dans le local.

Bureau
Couloir

Pulsion mécanique dans les bureaux soit via le faux plafond des bureaux,
soit via la retombée du faux plafond des couloirs.

L’extraction et le transfert se font comme pour le système simple flux.

Concrètement, le choix du double flux par rapport au simple flux sera guidé par

le souhait de garantir une répartition correcte des flux d’air,
le besoin de se protéger de l’ambiance extérieure (bruit et pollution),
le besoin de préchauffer et d’humidifier l’air neuf
le souhait de récupérer l’énergie de l’air extrait.

Études de cas

Une ventilation double flux a été mise en œuvre dans le bâtiment PROBE du CSTC à Limelette.

Posted By : 25 Sep, 2007

Connaître les paramètres principaux [ventilation]

Débits

Annexe C3 de la PEB

En région wallonne, depuis le 1er mai 2010, tous les bâtiments neufs et assimilés doivent répondre à des exigences particulières. Les bâtiments non résidentiels (hors habitation et appartement) doivent respecter l’Annexe C3 de la PEB (elle-même basée sur la norme européenne EN 13 779:Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation. Celle-ci impose une qualité d’air au moins égale à la catégorie INT 3 (débit minimum de 22 m³ par heure et par personne).

De plus, elle impose un taux d’occupation minimum (m² par personne) à prendre en compte pour le dimensionnement en fonction de l’usage de la pièce.

Finalement, il faut respecter un débit de conception minimal pour les sanitaires : 25m³/h par wc ou urinoir ou 15m²/h par m² de surface si le nombre de wc n’est pas connu lors du dimensionnement. un débit de 5m³/h par m² est à définir pour les douches et salles de bain avec un minimum de 50m³/h

L’Arrêté royal fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre (anciennement RGPT)

La dernière version de cet Arrêté royal ne prescrit plus un renouvellement d’air minimum par travailleur mais stipule que la concentration de CO₂ doit resté inférieur à 900 ppm dans des locaux de travail normaux. Ainsi, l’exigence est placée sur le résultat attendu et plus le moyens. Pour atteindre ce résultat, si on considère qu’une personne expire 20 litres de CO₂ par heure cela induit une renouvellement d’air de 25 m³/h par personne pour un air extérieur à 400 ppm de base. Les débits « exigés » sont donc assez bien augmentés ! Mais attention à tenir compte du taux d’absence, pour une salle de réunion par exemple.

Source : SPF Emploi, Directive pratique « Qualité de l’air intérieur dans les locaux de travail », version du 2 mai 2019 ((https://emploi.belgique.be/sites/default/files/content/documents/Bien-être%20au%20travail/Fichiers%20thémes/Directive%20pratique%20Qualité%20de%20l’air%20intérieur%20dans%20les%20locaux%20de%20travail%20%281%29.pdf))

Équilibre amenée d’air neuf – évacuation d’air vicié

Le débit total pour l’alimentation correspond à la somme des débits d’alimentation de conception du bâtiment et, de même, le débit total pour l’évacuation correspond à la somme des débits d’évacuation du bâtiment.

Dans les bâtiments tertiaires (immeubles de bureaux, écoles, …), on retrouve souvent une grande quantité de locaux dits « à pollution non spécifique » (bureaux), par rapport au nombre de sanitaires. Dans ce cas, le débit d’air neuf à introduire dans le bâtiment est nettement plus important que les débits à extraire recommandés dans les sanitaires.

Ni la norme NBN D50-001 (relative aux logements), ni la réglementation wallonne n’imposent d’équilibrer les débits d’extraction et d’amenée d’air. C’est cependant le moyen de garantir que les débits d’air neuf prévus soient effectivement introduits dans le bâtiment : l’air ne rentrera pas s’il ne peut sortir !

La norme et la réglementation doivent donc être considérées comme une ligne de conduite reprenant les exigences minimales à respecter. Les débits de conception doivent être au minimum identiques au débits exigés mais peuvent être augmenter pour équilibrer le système.

On peut par exemple fixer des débits d’extraction supplémentaires, pour correspondre au débits d’alimentation, dans des espaces sans débits minimum recommandés comme les cagibis, dressing, locaux techniques, réserves et stockage, etc.).

Dans la mesure du possible, il faut donc essayer d’équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, tout en laissant un léger surplus d’amenée d’air par rapport à l’extraction pour maintenir le bâtiment en surpression et éliminer les entrées d’air parasites. Pour donner un ordre de grandeur, on peut imaginer le critère suivant, fixant un rapport entre le débit de pulsion et d’extraction à atteindre :

(débit de pulsion – débit d’extraction) < (n x volume du bâtiment)

où n est le taux d’infiltration d’un bâtiment. On peut alors imaginer que l’excès de pulsion d’air pourra s’échapper du bâtiment par les inétanchéités.

Il faut cependant éviter de trop surdimensionner les extractions sanitaires sous peine de risque de courants d’air et d’inconfort dans ces derniers. On peut, dès lors :

Disposer des évacuations d’air complémentaires dans les circulations ou des locaux annexes comme des réserves, …

Extraction dans les sanitaires et les couloirs.

Équiper les locaux demandant des débits d’air neuf plus importants (salles de séminaire, salles de réunion) de leur propre extraction.

Extraction dans les sanitaires et les salles de réunion.

Ces deux pistes ont également comme avantage de permettre un meilleur contrôle de la distribution de l’air dans le bâtiment et de s’assurer que le cheminement de l’air ne soit pas aléatoire.

En dernier recours, un déséquilibre peut être assumé. Pour autant qu’il n’excède pas trop la capacité d’évacuation d’air par les inétanchéité, il n’aura pas d’impact majeur sur la capacité du réseau de pulsion à assurer le débit minimum attendu. La distribution d’air dans le bâtiment sera par contre difficile à prévoir, puisqu’elle dépendra de la distribution des inétanchéités de l’enveloppe. Des phénomènes de courant d’air peuvent aussi survenir lors d’ouvertures de portes ou fenêtres.

Études de cas

Un tel système de ventilation sans équilibrage a été mis en œuvre dans le bâtiment PROBE du CSTC à Limelette.

Perte de charge de base

La méthode principale de dimensionnement des réseaux de ventilation mécanique consiste à fixer une perte de charge linéaire constante (par exemple : 1 Pa/m) dans le tronçon le plus défavorisé.

À partir de cette valeur, en tenant compte du débit véhiculé par chaque branche du réseau et de la pression nécessaire au niveau des bouches, on pourra calculer pour chaque tronçon :

la section du conduit,
la vitesse de l’air,
la perte de charge.

Les pertes de charge de tout le réseau (conduits rectilignes, coudes, tés, …) sont alors additionnées aux pertes de charge des accessoires (batteries, filtres, prise d’air, ….) pour dimensionner le ventilateur.

Remarquons que, pour simplifier le calcul des réseaux complexes, on peut aussi se fixer une perte de charge dans tout le réseau et en déduire directement les diamètres des conduits. Le réseau ainsi constitué ne sera pas directement équilibré et devra être équipé d’organes de réglage.

Améliorer

Pour en savoir plus sur l’équilibrage des réseaux de distribution : cliquez ici !

Comme on le voit, c’est le choix de la vitesse ou de la perte de charge de départ qui conditionne le diamètre des conduits, donc, les pertes de charge totales, la consommation du ventilateur et l’investissement final.

Un compromis doit être trouvé entre consommation et investissement.
Exemple : le réseau suivant doit véhiculer un débit total de 12 600 m³/h.

Concevoir

Pour visualiser le dimensionnement complet de ce réseau suivant les méthodes de la perte de charge et de la vitesse constante, cliquez ici !

Voici les résultats du dimensionnement du réseau suivant la méthode de la perte de charge linéaire constante et suivant la méthode de la vitesse d’air constante :

Méthode de la perte de charge linéaire constante dans le tronçon le plus défavorisé (de A à a)
Perte de charge linéaire de base choisie [Pa/m]	0,5	1	1,5
Vitesse d’air max [m/s].	6,7	8,85	10,4
Vitesse d’air min [m/s].	4,49	5,93	6,97
Hauteur manométrique du ventilateur [Pa].	176	208	240
Consommation (pour un fonctionnement de 3 000 h/an) [kWh/an].	2 835	3 352	3 869
Facture énergétique (à 0,16 €/kWh) [€/an].	453,6	536,3	619
Surface de conduits [m²].	114	101	94
Investissement (à 27,5 €/m²) [€].	3 122,6	2 773	2 589,9
Coût sur 10 ans [€].	7 658,6	8 136	8 779,9
Coût relatif entre les solutions.	100 %	106 %	115 %

Par cet exemple, on constate que la valeur de 1 Pa/m choisie comme base de dimensionnement, peut être considérée comme une valeur maximum que l’on peut préciser dans le cahier des charges, les 6 % de différence avec la solution basée sur 0,5 Pa/m étant tempérée par le coût de l’argent sur 10 ans, qui n’est pas pris en compte ici.

Ordres de grandeur et recommandations

Un moyen de vérifier la qualité énergétique du dimensionnement est de comparer les vitesses d’air ou les pertes de charge obtenues dans les différents tronçons aux valeurs suivantes :

Vitesses maximums couramment admises pour limiter la production de bruit dans les conduits :

Vitesses maximales admissibles au niveau du bruit dans un réseau de distribution d’air [m/s]
Types de local	Conduit principal*	Dérivation	Grille, bouche	Entrée d’air
Chambre.	7	2-4	0,5-2	1
Bureau.	7	2-4	1-2	1

* dépend de la distance des locaux occupés par rapport à la gaine principale.

Vitesse maximum de l’air dans les conduits de ventilation imposée, dans certains cantons suisses, pour des raisons d’économie d’énergie. Notons que ces vitesses correspondent à une perte de charge de base inférieure à 1 Pa/m :

Vitesse maximum de l’air autorisée dans le canton de Zurich
Débit maximum	Vitesse maximum de l’air
< 1 000 [m³/h]	3 [m/s]
< 2 000 [m³/h]	4 [m/s]
< 4 000 [m³/h]	5 [m/s]
< 10 000 [m³/h]	6 [m/s]
> 10 000 [m³/h]	7 [m/s]

Pertes de charge maximum recommandées par SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes) pour l’ensemble d’un réseau de ventilation, ce qui comprend la pulsion, l’extraction et l’éventuelle récupération de chaleur :

Recommandations SIA V382/3 : pertes de charge totales du système
Pour toutes les installations.	1 200 [Pa]
Pour les installations énergétiquement très performantes.	900 [Pa]
À titre de comparaison, en moyenne dans les anciennes installations.	1 500 à 2 000 [Pa]

Paramètres de confort

Dans un nouveau projet, il est également important d’émettre des exigences en terme d’acoustique, de vitesse et de température d’air à respecter dans les zones de travail pour éviter que l’occupant ne condamne la ventilation pour des raisons d’inconfort. Ces exigences ont notamment une influence importante sur le choix des bouches de pulsion.

Bruit

Pour se prémunir des désagréments acoustiques liés aux installations de ventilation mécanique, il faut préciser dans le cahier des charges de la nouvelle installation, les exigences acoustiques que l’on désire obtenir dans les locaux, sachant que plus elles sont élevées, plus le silencieux sera important et donc les pertes de charge également.

Les exigences acoustiques peuvent être symbolisées par le niveau NR (Noise Rating) :

Exigences acoustiques
NR 20 – 30	Condition de séjour, de repos, de sommeil dans les chambres, …
NR 30 – 35	Bonnes conditions d’écoute dans les bureaux de direction, consultation, …
NR 35 – 40	Conditions d’écoute normales dans les grands bureaux, restaurants calmes, …
NR 40 – 45	Conditions d’écoute modérées dans les laboratoires, restaurants, …

On peut également imposer, dans les locaux, le niveau de pression acoustique maximum généré et/ou transmis par le système de ventilation. Voici les critères de conception proposés par la NBN EN 13779 (2007): Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Exigences de performances pour les systèmes de ventilation et de conditionnement d’air : suivant le type de bâtiment ou de local :

Type de bâtiment	Type de local	Niveau de pression acoustique en dB(A)
Type de bâtiment	Type de local	Plage type	Valeur par défaut
Résidentiel	salle de séjour	25-40	32
Résidentiel	chambre	20-35	26
Établissements dédiés aux enfants	écoles maternelles, crèches	30-45	40
Lieux publics	auditoriums	30-35	33
	bibliothèques	28-35	30
	cinémas	30-35	33
	tribunaux	30-40	35
	musées	28-35	30
Lieux commerciaux	magasins de détail	35-50	40
	grands magasins	40-50	45
	supermarchés	40-50	45
	grandes salles d’ordinateurs	40-60	50
	petites salles d’ordinateurs	40-50	45
Hôpitaux	couloirs	35-45	40
	salles d’opération	30-48	40
	salles de consultation	25-35	30
	chambre de nuit	20-35	30
	chambre de jour	25-40	30
Hôtels	accueil	35-45	40
	salles de réception	35-45	40
	chambres (pendant la nuit)	25-35	30
	chambres (pendant le jour)	30-40	35
Bureaux	petits bureaux	30-40	35
	salles de conférence	30-40	35
	bureaux paysagés	35-45	40
	bureaux compartimentés (cabines)	35-45	40
Restauration	cafétéria	35-50	40
	restaurants	35-50	45
	cuisines	40-60	55
Écoles	salles de classe	30-40	35
	couloirs	35-50	40
	gymnases	35-45	40
	salle des professeurs	30-40	35
Sport	stades couverts	35-50	45
Sport	piscines	40-50	45
Général	toilettes	40-50	45
Général	vestiaires	40-50	45

Vitesse et température d’air

Pour éviter les sensations de « courant d’air » ou de « masse d’air » dans la zone d’occupation, la diffusion de l’air doit respecter les performances suivantes (issues de la norme DIN 1946 et de la pratique) :

Grandeurs à respecter	Où ?	Combien ?
Vitesse de l’air.	Zone d’occupation (à 1,8 m de haut).	max : 0,2 m/s.
Vitesse de l’air.	Le long des murs (à 1,8 m de haut).	max : 0,4 m/s.
Écart de température dans l’ambiance.	Zone d’occupation.	max : + 1,5°C (chauffage).
Écart de température dans l’ambiance.	Zone d’occupation.	max : – 1°C (en refroidissement).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir un silencieux [ventilation]

Choix du silencieux

Le choix d’un silencieux est commandé par le niveau de bruit à atteindre dans les locaux (par exemple NR 35). Il dépend des caractéristiques des locaux, de tout le réseau de distribution, du ventilateur, … . Le choix est donc difficilement maîtrisable par le responsable du bâtiment. La sélection d’un silencieux s’effectue généralement par le fabricant lui-même. La sélection qu’il opère est d’abord guidée par l’atténuation acoustique souhaitée. Celle-ci permet de définir grâce à des abaques l’épaisseur des baffles, leur écartement et leur longueur.

Il faut ensuite veiller à optimiser la vitesse de l’air dans le silencieux :

Premièrement, pour limiter au maximum les pertes de charge dans le silencieux. Il faut trouver un juste compromis entre les pertes de charge, l’encombrement et l’investissement. En effet, plus les sections du silencieux sont importantes, plus la vitesse de passage de l’air est faible, mais plus encombrant et plus cher est le silencieux.

Ensuite, pour que l’écoulement de l’air dans le silencieux ne génère lui-même trop de bruit (ce serait un comble si le silencieux générait plus de bruit qu’il n’en atténue !). La valeur maximum du bruit régénéré que l’on tolère permet de définir la vitesse maximum de l’air dans le silencieux. On en déduit sa section frontale minimum en fonction du débit à véhiculer et son nombre de baffles.

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. Ceci conduit généralement à une perte de charge proche de 50 .. 80 Pa.

Pour limiter les pertes de charge du silencieux, on peut être attentif à :

À choisir les ventilateurs les moins bruyants, ce qui va de pair avec la recherche du rendement maximum.

Ne pas surestimer les besoins réels d’atténuation.

Choisir des silencieux circulaires, générant moins de pertes de charge. Ceci n’est pas toujours possible lorsque les débits deviennent importants, les silencieux circulaires n’apportant pas une atténuation suffisante.

Choisir des silencieux actifs, générant peu de pertes de charge, puisqu’ils n’utilisent pas de matériaux absorbants.

Emplacement du silencieux

La meilleure position d’un silencieux varie d’une installation à l’autre. On respectera les prescriptions suivantes

Le silencieux doit être le plus près possible du ventilateur, principalement si le gainage passe au-dessus d’un local critique juste en aval du ventilateur.

Si le gainage à la sortie du ventilateur traverse un local sans exigence acoustique (local technique, ..), il est préférable de placer le silencieux dans la cloison séparant ce local des locaux avec exigences acoustiques, pour éviter la transmission de bruit par by-pass du silencieux.

Mauvaise position du silencieux : le bruit du ventilateur by-passe le silencieux et bonne position du silencieux.

Si un clapet coupe-feu doit être installé dans le mur du local technique, le silencieux ne peut être placé dans la cloison et la portion de conduit entre le silencieux et le mur doit être garni d’un matériau absorbant.

Les silencieux doivent souvent encadrer la source sonore (généralement le ventilateur), tant du côté réseau que du côté prise d’air extérieur, pour limiter la transmission du bruit vers le voisinage.

Si le niveau de bruit demandé dans les locaux est très bas (NR 25 .. NR 30), il est souvent nécessaire de placer un deuxième silencieux en fin de réseau, de manière à atténuer les bruits générés par le réseau.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les ouvertures de transfert

Le débit d’air neuf

La somme des débits nominaux des ouvertures de transfert d’un même local doit être au moins équivalente au débit requis (soit environ 22 m³/h par bureau individuel). Le débit fourni par une grille de transfert doit être précisé par le fournisseur pour une différence de pression de 2 Pa.

En pratique la section requise par local est de l’ordre de 70 cm² minimum.

Possibilité de réglage

Les dispositifs de transfert d’air montés en intérieur doivent être fixes (non réglables).

L’intégration dans la structure existante

Les ouvertures de transfert peuvent être des grilles disposées dans le bas de portes ou encore dans les murs.

Une fente suffisamment grande sous une porte peut également convenir (une ouverture de 70 cm² équivaut à un jeu d’environ 1 cm sous une porte).

Illustration ouverture de transfert sur porte.

Transfert d’air au travers d’une porte ou par détalonnage.

Ces fentes peuvent être considérées comme des dispositifs de transfert d’air pour autant que la plus petite dimension de la fente soit au moins de 5 mm (la hauteur de la fente est mesurée à partir du niveau du plancher fini; si la finition de plancher n’est pas connue, on suppose qu’elle a une épaisseur de 10 mm). Dans ce cas, il faut tenir compte d’un débit de :

0,36 m³.h-1 par cm² de fente pour une différence de pression de 2 Pa ;
0,80 m³.h-1 par cm² de fente pour une différence de pression de 10 Pa.

Les ouvertures dans les murs sont plus discrètes, car elles peuvent être cachées sous un meuble, … Cependant, elles doivent être idéalement prévues dès la conception du gros œuvre.

La section d’une fente sous une porte doit correspondre aux exigences après parachèvement de sol. Par exemple, si le sol est ultérieurement recouvert de moquette, il faut rajouter une hauteur de 1 cm à la hauteur de la fente.

L’intimité

Dans la plupart des situations, on souhaite qu’une grille de transfert soit discrète. Pour cela, les grilles sont souvent constituées de lamelles obliques empêchant la vue vers le local voisin.

Différentes possibilité de vision au travers d’une grille.

De même, sur le plan acoustique, les grilles intérieures diminuent l’isolation d’une porte. Il existe cependant des modèles possédant un dispositif d’atténuation. Si la grille est disposée dans un mur intérieur, son traitement acoustique est plus aisé étant donné l’épaisseur de la grille.

Ouvertures de transfert acoustiques.

Coupe dans une grille de transfert acoustique garnie d’un matériau absorbant.

Protection incendie

L’A.R. du 19 décembre 97 impose que toute paroi séparant un lieu de travail d’un chemin d’évacuation (en gros les couloirs) soit classée « Rf 1/2 h ».

Cela est possible grâce à des grilles de transfert coupe-feu. Pour ce qui est du détalonnage des portes, cela peut prêter à discussion.

Grille coupe-feu : ouverte à température ambiante, elle se referme par foisonnement des lames (en matériau intumescent) à une température de 120°C et est dans ce cas Rf 1h.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le réseau de distribution [ventilation]

Ordre de grandeur

Voici les valeurs de pertes de charge maximum recommandées par SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes) pour l’ensemble d’un réseau de ventilation, ce qui comprend la pulsion, l’extraction et l’éventuelle récupération de chaleur :

Recommandations SIA V382/3 : pertes de charge totales du système
Pour toutes les installations	1 200 [Pa]
Pour les installations énergétiquement très performantes	900 [Pa]
À titre de comparaison, en moyenne dans les anciennes installations	1 500 à 2 000 [Pa]

Ces valeurs peuvent être comparées aux valeurs calculées par les concepteurs du nouveau réseau de ventilation.

Tracé du réseau

La règle générale est de dessiner le réseau le plus simple possible

Pour limiter au maximum les pertes de charge,
Pour faciliter l’équilibrage et la maintenance.

Tout d’abord, il faut toujours essayer d’obtenir le réseau le plus court possible.

Dans les grands réseaux, il peut être judicieux de subdiviser l’installation en plusieurs réseaux autonomes. Ceci peut permettre une gestion en fonction de zone à occupation homogène et facilite la protection au feu et les modifications ultérieures.

Ensuite, le tracé doit comporter un minimum de coudes, de dérivations, de changements de section. Le dessin de ces perturbations doit aussi faire l’objet d’une attention particulière.

Voici une série de tracés qui peuvent être considérés comme corrects et les tracés qu’il faut éviter pour limiter les pertes de charge :

Emplacement des conduits

Un réseau de conduit de ventilation peut prendre place à divers endroits dans le bâtiment. Suivant qu’il est apparent, caché ou inaccessible sont entretien et son éventuel remplacement sera plus facile ou impossible.

Les conduits apparents ont plusieurs avantages sur des conduits placés en faux plafonds (ou planchers ou encastrés dans les murs) ou noyés dans une chape : l’accessibilité est favorisée, l’inertie de la dalle n’est pas entravée et il est possible d’utiliser un conduit diffusant qui favorise une meilleure répartition de la température dans la pièce et permet de se passer de bouche de pulsion. Ce type de conduit est très efficace pour les salles hautes de grands volumes comme les salles de sports où une esthétique particulière n’est pas recherchée.

Les conduits cachés, argument esthétique par excellence, dans un faux plafond ou plancher ou encastrés dans les murs sont les solutions les plus courantes. Les conduits restent accessibles (via une trappe, trémie amovible ou armoire) pour en effectuer des contrôle et un nettoyage.

Le conduites noyés dans une chape de béton n’est pas une solution idéale dans la mesure où une fois les conduits installés et la dalle coulée, plus aucune modification ne pourra y être apporté !

Outre, l’emplacement des conduits, la position du groupe de ventilation ou du caisson de traitement d’air conditionnera aussi certains choix dont l’isolation thermique des conduits.

Forme et matériau des conduits

Il existe des conduits rectangulaires et des conduits circulaires. En regard des avantages et des inconvénients de ces deux types de conduit, il est préférable de favoriser, si l’encombrement le permet, le placement de conduits circulaires rigides avec joints (de préférence doubles) aux raccords :

Leur étanchéité est nettement supérieure. Étanchéifier correctement un conduit sur chantier relève de l’exploit. De plus, certains adhésifs vieillissent mal et certains mastics libèrent des solvants. Il est donc préférable de choisir des systèmes dont l’étanchéité se réalise directement et de façon durable par simple emboîtement, comme les conduits circulaires avec joints.
Leur placement est plus rapide, donc moins cher.
Pour une même section, leurs pertes de charge sont moindres, d’autant plus si les conduits sont rigides.

Exemple.

Si on passe d’une gaine circulaire à une gaine rectangulaire dont la rapport des côtés est égal à 4, la perte de charge est augmentée d’environ 30 %. Plus le rapport largeur/hauteur du conduit rectangulaire augmente, plus celui-ci sera défavorable au niveau des pertes de charge. Un rapport de plus de 5 : 1 doit absolument être évité.

Conduit circulaire avec joint aux raccords.

Conduit oblong : compromis entre la section circulaire et la section rectangulaire lorsque les faux plafonds sont peu épais.

Il faut de préférence installer des conduits galvanisés, pour leur faible rugosité et parce qu’ils ne sont pas sujets à l’arrachement de matière. Les conduits en asbeste ciment ont une rugosité 1,5 fois supérieure à ces derniers et les conduits isolés intérieurement, une rugosité 1,5 à 2 fois supérieure. Leur utilisation est interdite dans tous les bâtiments et en particulier dans les hôpitaux.

Conduits isolés (thermique et acoustique) intérieurement
au moyen de laine minérale recouverte de tissu de verre.

Section des conduits

Les pertes de charge diminuent comme le carré de la vitesse de l’air. Pour un même débit, on a donc intérêt à choisir les sections de gaines les plus grandes possible, tout en restant dans des limites admissibles.

Limite supérieure

Les grandes sections sont cependant limitées par :

les nécessités architecturales et l’encombrement,
le poids et donc le prix des conduits et de leurs supports (passer de 10 m/s à 6 m/s augmente le poids de 30 %),
le volume d’isolant en cas de conduits isolés thermiquement.

Limite inférieure

La vitesse de l’air dans les conduits ne peut dépasser une certaine valeur. Il en résulte une section minimum des conduits en dessous de laquelle il est déconseillé de descendre pour des raisons :

d’augmentation du bruit de bruissement de l’air dans les conduits droits et surtout au niveau des déviations;
d’augmentation des pertes de charge et de l’énergie consommée par le ventilateur. Par exemple, une diminution de moitié de la section double la vitesse de l’air, augmente les pertes de charge et la puissance absorbée par le ventilateur d’un facteur 4;
d’équilibre du circuit. Un circuit dont la vitesse de l’air au niveau des conduits est semblable à la vitesse de l’air au niveau des bouches est très sensible à l’ouverture et à la fermeture de celles-ci.

Vitesses maximales admissibles au niveau du bruit dans un réseau de distribution d’air [m/s]
Types de local	Gaine principale	Dérivation	Grille, bouche	Entrée d’air
Chambre (hôpital, hôtel, …)	5	2-4	0,5-2	1
Bureau	5-6	2-4	1-2	1
Atelier	8-10	6	1-5	2,5-4

Dans certains cantons suisses, la vitesse maximum de l’air dans les conduits de ventilation est imposée pour des raisons d’économie d’énergie.

Vitesse maximum de l’air autorisée dans le canton de Zurich
Débit maximum	Vitesse maximum de l’air
< 1 000 [m³/h]	3 [m/s]
< 2 000 [m³/h]	4 [m/s]
< 4 000 [m³/h]	5 [m/s]
< 10 000 [m³/h]	6 [m/s]
> 10 000 [m³/h]	7 [m/s]

Exemple

Le réseau de pulsion suivant a été dimensionné pour 3 vitesses d’air différentes dans le tronçon le plus défavorisé (de la prise d’air A à la bouche a) : 4, 6 et 8 m/s :

Vitesse de l’air [m/s]	4	6	8
Débit du ventilateur [m³/h]	12 600
Hauteur manométrique du ventilateur [Pa]	155	176	211
Durée d’utilisation [h/an]	3 000
Consommation (avec un rendement de 0,65) [kWh/an]	2 504	2 843	3 408
Facture énergétique (à 16 c€/kWh) [€/an]	400,6	454,9	545,3
Superficie totale des conduits [m²]	133	111	98
Investissement (à 1 100 €/m²) [€]	3649,2	3057,12	2704,15

L’intérêt de choisir la vitesse la plus faible possible dépend évidemment de la durée d’utilisation du groupe de pulsion.

Étanchéité

L’étanchéité des conduits de ventilation est particulièrement importante dans les zones où des risques d’aérocontamination sont présents. C’est par exemple le cas pour le réseau d’air repris et/ou recyclé. À ce titre ces derniers doivent d’ailleurs être les plus courts possible. Il faut également être attentif à l’étanchéité des trappes de nettoyage et éviter de placer des conduits dans les faux plafonds des zones à risque 3 et 4.

L’étanchéité des conduits dépend du matériel choisi et de sa mise en œuvre.

Photo étanchéité, bonne. Photo étanchéité, mauvaise.

Même placé par un professionnel aguerri, un réseau de distribution d’air composé de conduits rectangulaires est très difficile à rendre parfaitement étanche. Pour cela, on peut utiliser aux raccords des bandes adhésives et du mastic d’étanchéité. Ceci demande cependant une main d’œuvre importante et soigneuse.
photo réseau à conduits circulaires.

Dès lors, il faut dans la mesure du possible préférer un réseau à conduits circulaires avec doubles joints au niveau des raccords. Ces conduits permettent d’atteindre une étanchéité correcte, sans précaution particulière de mise en œuvre Ceci conduit à des installations moins chères et plus étanches.

Si la taille des conduits circulaires ne leur permet pas de s’insérer dans des faux plafonds peu épais, un compromis peut être trouvé grâce à des conduits oblongs présentant les mêmes caractéristiques de mise en œuvre que les conduits circulaires.

La norme EUROVENT, reprise par les normes NBN EN 12237 et prEN 1507, fixe trois classes d’étanchéité des conduits de distribution (K_A, K_B, K_C) par ordre croissant de qualité, la classe K_A étant la plus mauvaise et la classe K_C étant la meilleure. L’objectif est d’atteindre cette dernière.

Exemple.

Le bâtiment de bureaux « Probe » du CSTC à Limelette a été équipé d’un système de ventilation double flux (pulsion dans les bureaux et extraction dans les sanitaires). À l’origine, la distribution de l’air s’effectuait via des conduits rectangulaires. Malgré le soin apporté à la réalisation, cette installation présentait des débits de fuite importants. Par exemple, pour fournir 650 m³/h dans les bureaux, le ventilateur devait pulser environ 1 300 m³/h. L’étanchéification des raccords au moyen de bandes adhésives a permis d’améliorer la situation mais permis à peine d’atteindre les prescriptions de la classe K_A définie par Eurovent.

Adhésif d’étanchéité des conduits rectangulaires

Par contre, le remplacement complet des conduits rectangulaires par des conduits circulaires a permis de descendre presque jusqu’à la classe K_C, sans effort de mise en œuvre particulier.

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 au raccords.

Isolation

Tout conduit distribuant de l’air traité (chauffé ou refroidi) doit être isolé. En effet, un air traité à 16°C en centrale, risque d’arriver à 25°C dans le local à refroidir, de par son trajet dans les faux plafonds (souvent surchauffés, notamment par les luminaires). Ce qui est évidemment inadmissible.

En principe, les conduits d’extraction ne doivent, quant à eux, pas être isolés, sauf dans le cas où ils sont raccordés à un récupérateur de chaleur et que les conduits traversent des locaux non traités ou sont insérés dans une trémie en contact avec l’extérieur. Faute de quoi, tout l’intérêt du récupérateur risque d’être perdu.

Il est également indispensable d’isoler le tronçon séparant la prise d’air neuf du caisson de traitement d’air, surtout si ce tronçon est important. En effet le transport d’un air parfois très froid (- 10°C) risque de provoquer des condensations sur la face externe du conduit. Pour éviter cela, l’isolation doit être recouverte d’une protection pare-vapeur.

L’isolation doit être particulièrement soignée pour les conduits transportant de l’air froid, d’une part parce que les frigories coûtent plus cher et d’autre part à cause des risques de condensation lors de la traversée d’un local plus chaud que l’air véhiculé.

Par exemple, si un conduit nu véhicule de l’air à 16°C dans un local à 24°C, des condensations apparaîtront sur le conduit si l’humidité intérieure du local dépasse 58 %.

Dans ce cas, il faut isoler les conduits au moyen de matériaux présentant la plus faible sensibilité possible à l’humidité et en constituant une barrière « pare-vapeur » par l’application d’un film étanche sur l’isolant (tissu imprégné, film plastique ou métallique). Il existe des isolants déjà revêtus de tels films. Dans ce cas les joints doivent se refermer au moyen de ruban adhésif.

Il existe également des conduits rectangulaires directement composés de panneaux de laine minérale. Ceux-ci sont d’office enrobés d’un film pare-vapeur. Ces conduits ont par la même occasion des caractéristiques d’absorption acoustique.

Conduits composés de panneaux de laine minérale.

Isolant (épaisseur 25 mm) pour conduit
recouvert d’une feuille d’aluminium.

Plusieurs références permettent de définir la qualité thermique de l’isolant à mettre en œuvre. La réglementation thermique française impose une résistance thermique minimum du calorifuge de 0,6 m²K/W, ce qui équivaut à une épaisseur de 2,4 cm de laine minérale. Le cahier des charges 105 impose, lui, une résistance thermique de 0,65 m²K/W (2,6 cm de laine minérale) pour les conduits intérieurs, 1,5 m²K/W (6 cm de laine) pour les conduits extérieurs et 0,5 m²K/W (2 cm de laine) pour les conduits véhiculant de l’air extérieur.

Notons que pour répondre à la réglementation incendie, les matériaux constituant le conduit doivent être incombustibles (classés A0), ce qui est notamment le cas pour la laine minérale.

Pour obtenir un mise en œuvre correct de l’isolation des conduits de ventilation, il convient de faire attention à certains points :

Soit l’isolation fait partie de la constitution du conduit (matériau isolant non à base de fibre) soit elle est placée à l’extérieur du conduit;
Une membrane pare-vapeur dont les joints sont raccordés par du ruban adhésif est prévue si l’isolant ne présente pas une face externe à cellules fermées;
L’accessibilité est respectée pour les trappes de visite et les appareils de réglages;
L’isolation au droit de fixation du conduit doit être effectuée correctement et ne peut être interrompue;
Les joints entres éléments d’isolation doivent être traités pour ne pas déforcer celle-ci.

Acoustique

Une installation de ventilation crée de multiples ponts acoustiques dans le bâtiment

Tous les enfants ont pris un jour une feuille de papier, l’ont roulée en forme de tube, … et l’ont utilisée comme porte-voix vers l’oreille de leur malheureux voisin !

Un conduit transporte de l’air… mais véhicule en même temps des bruits

bruit du ventilateur de pulsion ou d’extraction,
bruit du local voisin,
….

Production de bruit par écoulement de l’air

Par lui-même, un conduit génère du bruit, surtout si la vitesse de l’air est élevée. Le simple fait de faire circuler de l’air dans un conduit entraîne la création d’un bruit d’écoulement.

Exemple.

Une gaine rectiligne de 0,5 m² parcourue par de l’air à 12 m/s génère une puissance acoustique de 58 dB. Mais cette puissance chute à 19 dB à 2 m/s, ce qui n’est plus audible dans un bureau.

Afin de limiter le bruit généré, on sera attentif :

À dimensionner l’installation avec une vitesse d’air maximale de 4 à 5 m/s dans les installations « basse pression » et de 8 à 10 m/s dans les installations « haute pression ». Dans ces cas de haute vitesse, on devra prévoir des boîtes de détente insonorisées et portant la bouche de ventilation. Une étude acoustique est alors fortement recommandée.

Calculs

Pour visualiser le résultat apporté par ce type de calcul, cliquez ici !

À éviter toute turbulence dans la gaine. Tous les critères d’application pour limiter les pertes de charges par un tracé du réseau harmonieux sont valables pour l’acoustique, par exemple l’introduction de cônes de diffusion lors des changements de section.

Règle de bonne pratique.

Pour limiter la génération de bruit, vérifier que la vitesse de l’air ne dépasse pas 5 m/s dans les coudes.

Atténuation des bruits par les conduites

Mais un conduit d’air peut atténuer le bruit qu’il transporte.

Les parois intérieures d’un conduit amortissent tant bien que mal le son intérieur : il faut imaginer que l’onde sonore avance dans le conduit en se cognant en permanence aux parois.

L’effet d’absorption peut être renforcé par la mise en place de matériaux fibreux absorbants, particulièrement efficaces pour absorber les sons de hautes fréquences (le sifflement de l’air sur les pales du ventilateur, par exemple).

On choisira des matériaux 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), ou encore des panneaux recouverts d’une tôle métallique perforée.

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…

Si l’absorption acoustique n’est pas recherchée, on privilégiera donc des conduits en matériau isolant thermique mais avec contact intérieur lisse.

Si l’absorption acoustique est souhaitée, on limitera si possible le placement de ces panneaux absorbants à la sortie d’un changement de direction (coude) : 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.

Il est également logique de traiter uniquement le dernier tronçon puisqu’il atténue tous les bruits venant de l’amont du réseau.

De plus, les coudes renvoient le son d’où il vient !

Lorsque le son rencontre un coude à 90°, il se réfléchit en partie et revient vers la source dont il est issu !

Pour favoriser cet effet, il est préférable de ne pas mettre d’aubages directionnels à l’intérieur d’un coude. Mais alors, ce sont les pertes de charge qui sont augmentées et donc la consommation d’énergie !

Que faire ? En guise de compromis, certains préconisent de ne pas placer d’aubages dans les coudes situés dans le local technique, mais bien dans les coudes suivants. D’autres placent une courbe à 90° sans aubage, avant la première grille de pulsion ou de reprise.

Placement de silencieux

Des silencieux peuvent être installés sur le réseau.

Si les dérivations, branchements, modifications de section et bouches de sortie ne permettent pas de garantir le niveau sonore imposé dans le local, il convient de placer des silencieux dans l’installation.

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.

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.

Concevoir

Pour choisir un silencieux, cliquez ici !

Remarque.

Il est très difficile de prévoir précisément le niveau sonore que fera une installation de distribution d’air. Aussi, par précaution, on est 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…

Si possible, il serait bénéfique de prévoir l’emplacement du silencieux mais de ne pas le placer, de faire une mise en service provisoire de l’installation avec mesure du niveau sonore, puis de dimensionner l’éventuel silencieux de façon nettement plus précise.

Dans certains cas, un caisson d’absorption peut être créé au sein du réseau, mesure simple, très efficace mais demandant de l’espace !

Transmission des bruits par les conduits

Sans précaution spécifique, on parle d’un effet « de téléphone interne ».

On veillera dès lors

À ne pas faire passer des gaines à travers des locaux à haut niveau sonore.
Soit à placer des silencieux au droit de la paroi de séparation si deux locaux sont ventilés par la même gaine (le silencieux devra apporter le même affaiblissement acoustique que la paroi elle-même), soit à utiliser des bouches performantes, avec anneaux acoustiques.
À ne pas solidariser les gaines avec les murs ou planchers traversés. Les évidements doivent être suffisamment grands pour permettre la mise en place d’une isolation après le montage de la gaine : soit des tresses de laine minérale, soit un mastic à élasticité permanente.
À fixer les conduits avec des raccordements souples. Un tel montage ne se justifie pas systématiquement pour l’ensemble des suspensions de gaines mais des suspensions isolées (couche élastique en Néoprène, par exemple) seront requises autour du caisson de traitement et pour le conduit principal. Des suspensions normales seront généralement suffisantes pour le réseau secondaire aux étages, d’autant qu’une bande d’acier étroite n’est absolument rigide et ne dispose pas d’une section de transmission du bruit suffisante.

Hygiène

Les risques d’aérocontamination présents surtout dans les hôpitaux demandent une attention particulière quant à l’hygiène des réseaux de distribution de l’air. Celle-ci repose sur différents principes :

Les espaces vides de la structure ne peuvent jamais servir pour pulser ou extraire de l’air. L’installation de conduits est indispensable.
La maintenance doit être facilitée par la présence de trappes de visite permettant l’inspection de la propreté des conduits et leur nettoyage. Le nombre de ces trappes doit cependant être limité parce qu’elles sont souvent source de fuite. Elles sont, en tout cas, indispensables dans les tronçons en aval de la filtration terminale à haute efficacité, qui nécessitent des désinfections et nettoyages réguliers.
Des clapets d’air étanches (débit de fuite de 10 m³/h max. sous 100 PA) doivent permettre la désinfection des conduits et des locaux en assurant la poursuite partielle des activités. Ces clapets permettent également d’isoler des zones d’exigence différentes situées sur un même réseau et évitent les mouvements d’air naturels dus au vent à l’arrêt des installations. On peut les disposer au niveau de la séparation entre les zones de différents risques, devant le filtre terminal pour faciliter sa maintenance pendant le fonctionnement de l’installation.
Lors de l’installation, une attention particulière doit être portée à la protection des conduits. Ceux-ci doivent être bouchonnés pour leur entreposage. La section montée doit aussi être obturée lors de l’interruption du chantier.
Les tronçons de conduit situés en amont du premier étage de filtration, c’est-à-dire non protégés doivent être les plus courts possibles et facilement nettoyables et désinfectés.
Le contrôle de la contamination en aval du filtre terminal doit être possible, de même que le contrôle de la qualité des filtres absolus et de leur montage au moyen d’aérosol injecté en amont du filtre.
L’air extrait des locaux où on utilise des isotopes ou des gaz anesthésiants doit être canalisé séparément.
La maintenance doit inclure la vérification de l’étanchéité des conduits, leur propreté et l’absence d’accumulation de poussières ou d’humidité. Le bon fonctionnement et l’étanchéité des registres doivent également faire l’objet d’un contrôle périodique, ce qui demande un accès possible et facilement repérable.

Robot de contrôle des conduits.

Dans les réseaux avec recyclage d’air, il est également important de contrôler le rapport air neuf/ air recyclé car il est garant du maintien du niveau de pression des locaux.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les bouches de pulsion et d’extraction

Bouches de ventilation (de gauche à droite) :
diffuseur plafonnier multicône circulaire et carré, diffuseur plafonnier à jet hélicoïdal,
plafonnier perforé, diffuseur linéaire, grille murale à double déflecteur.

Grandeurs caractéristiques conditionnant le confort

On peut résumer la qualité d’une installation de diffusion d’air en 3 phrases :

on se sent bien (qualité d’air et confort thermique),
on n’entend rien (confort acoustique),
on ne voit rien (intégration architecturale).

Cela se traduit par une série de critères à respecter tant pour diffusion d’air traité (systèmes de climatisation tout air) que pour la diffusion d’air hygiénique.

Bouches de pulsion

Le choix des bouches de pulsion et de leur position va fortement conditionner le confort dans le local. Il est donc important de ne pas choisir au hasard (comme prendre une bouche de telle taille parce que celle-ci correspond à l’ouverture existante dans le faux plafond…). La diffusion de l’air est complexe. L’idéal est donc de se référer aux spécialistes en la matière (bureau d’études, fabricant,…).

Exemples.

Alors que la vitesse résiduelle de l’air (vitesse au point 1) augmente lorsque la distance entre deux diffuseurs plafonniers à distribution radiale diminue, c’est parfois l’inverse avec des diffuseurs hélicoïdaux.

Un jet d’air horizontal est dévié vers le haut s’il est chaud et vers le bas s’il est froid. De même, un jet vertical vers le bas est freiné s’il est chaud …

Ceci montre la difficulté de choisir une bouche qui doit fonctionner aussi bien en chaud qu’en froid : la direction du jet ou la vitesse de l’air doit pouvoir être modifiée en fonction de la saison, vers le bas en hiver, vers le haut en été.

La vitesse de l’air à la sortie des diffuseurs plafonniers, liée à leur taille doit avoir une valeur minimum d’environ 2 m/s. Si ce n’est pas le cas, l’air froid ne profitera pas de l’effet Coanda et chutera verticalement, provoquant un courant d’air.

Schéma principe de l'effet Coanda.

Grandeurs caractéristiques

Quatre grandeurs vont ensuite guider le choix d’une bouche de pulsion : le débit, le bruit, la vitesse et la température. Les valeurs citées ci-après sont issues, soit de la pratique, soit de la norme DIN 1946 (vitesse dans la zone d’occupation).

Le débit demandé

En fonction de la pression dont on dispose en amont du diffuseur, on peut estimer le débit fourni par la bouche à partir des abaques des fabricants.

La production acoustique

Les grilles de distribution génèrent des bruits de sifflement provenant essentiellement de la vitesse d’air au travers de celles-ci. Ce bruit dépend de 4 paramètres :

le débit d’air aspiré ou rejeté,
la section efficace de passage de l’air,
la géométrie de la grille, et son type,
la présence éventuelle d’un registre de réglage de débit.

A priori, on choisira la bouche qui présente la puissance acoustique la plus faible pour le débit désiré, sachant cependant que la qualité acoustique de la bouche (annoncée par le constructeur) ne garantit pas le niveau sonore à lui seul. En effet, c’est parfois le bruit du ventilateur et des turbulences liées aux coudes du réseau que l’on entend au travers de la bouche. Un calcul complet de l’acoustique de l’installation doit alors être fait pour s’assurer qu’un silencieux ne doit pas être inséré. Notons également que les grilles peuvent aussi jouer le rôle d’atténuateur du niveau sonore (principalement des basses fréquences) provenant des gaines, lorsqu’elles sont correctement dimensionnées. Il y a réflexion des ondes sur les ailettes.

Calculs

Pour visualiser un exemple de ce type de calcul, cliquez ici !

Pour vérifier la qualité acoustique de la bouche choisie, on peut se référer au niveau de confort acoustique « NR » recommandé dans le local considéré. Dans un bureau, on recommande, dans la zone de travail, un niveau NR 35 ou NR 40. Ceci signifie en première approximation que la puissance acoustique émise par la bouche ne doit pas dépasser 40 à 45 dB(A).

Attention, cette valeur est issue de la pratique et n’a rien de scientifique. Elle est cependant proche de la réalité. Elle se base sur les hypothèses suivantes :

le niveau NR est voisin de dB(A) – 5, pour les types de bruit couramment rencontrés en ventilation,
dans la plupart des locaux, les bruits provenant du réseau de distribution compensent l’atténuation du bruit dans le local (absorption par les matériaux, atténuation avec la distance), ce qui signifie que la puissance émise par la bouche correspond plus ou moins au niveau sonore dans le local,
lorsque l’on se trouve sous une bouche, l’influence acoustique des bouches voisines est souvent négligeable, étant donné l’atténuation en fonction de la distance.

Remarque : parfois, le niveau NR ou NC (NR = NC + 2) est directement repris sur les abaques des fabricants de bouches.

La vitesse résiduelle en zone d’occupation

La zone d’occupation est souvent représentée par la surface du local de laquelle on a soustrait une bande de 50 cm le long des murs intérieurs et de 1 m le long des murs extérieurs, ce sur une hauteur de 1,8 m. Cette hauteur peut être plus faible si de toute façon les occupants sont toujours assis (dans un auditoire, …).

Dans cette zone, la vitesse de l’air ne peut dépasser 0,2 m/s (0,28 dans les locaux de passage) et le long des murs, à 1,8 m, elle ne peut dépasser 0,4 m/s :

Lorsque le taux de renouvellement d’air nécessaire dans un local est important ou lorsque la hauteur sous plafond est faible (< 2,5 m), il n’est plus possible de trouver des diffuseurs plafonniers à distribution radiale dont la vitesse d’air dans la zone d’occupation soit inférieure à 0,2 m/s. Dans ce cas, il faudra se tourner vers des diffuseurs à jet hélicoïdal qui favorisent pour un même débit, un brassage plus rapide entre l’air ambiant et l’air pulsé.

Notons que le cahier des charges type 105 pour les bâtiments de l’état définit des valeurs de vitesse d’air nettement plus sévères (vitesse d’air à 19°C maximum de 0,1 m/s dans une zone d’occupation de 2 m de haut) qui s’avèrent souvent difficiles à réaliser.

La portée

La portée est la longueur du jet pour laquelle on obtient une vitesse résiduelle donnée (généralement de l’ordre de 0,2 à 0,25 m/s).

Lorsque l’on pulse de l’air froid le long du plafond au moyen de grilles murales ou de diffuseurs plafonniers, il faut que la portée couvre au moins 80 % de la zone à traiter tout en ne dépassant pas cette dernière.

Portée inférieure à 80 % de la zone à traiter : la surchauffe persiste en bout de zone.

Portée supérieure à 80 % de la zone à traiter : toute la zone est refroidie.

Portée supérieure à la zone à traiter : le jet froid risque de gêner les occupants avant son mélange à l’air ambiant.

Attention, avec un système VAV, il faut vérifier qu’au débit minimum, la portée ne descende pas en dessous de 50 à 70 % de la zone à traiter.

Lorsque l’on pulse de l’air chaud sous le plafond, celui-ci aura tendance à stagner en partie supérieure du local, créant une stratification des températures et un manque de chaleur en zone d’occupation. Au-delà d’une hauteur sous plafond de 3 m, il faut dès lors utiliser des diffuseurs détruisant cette stratification : soufflage vertical, à forte induction, diffuseurs hélicoïdaux. Ceci montre la difficulté de choisir une bouche fonctionnant soit en refroidissement, soit en chauffage :

Soufflage chaud provoquant une stratification en partie haute.

Soufflage chaud vertical détruisant la stratification.

La différence de température dans la zone d’occupation

Lorsque l’air pulsé rentre dans la zone d’occupation, la différence de température entre le jet d’air pulsé et l’air ambiant ne peut être trop importante, sous peine de ressentir des variations d’ambiance thermique dans le local.

Dans la zone d’occupation, la différence de température entre l’air pulsé et l’air ambiant ne peut dépasser :

1,5°C avec de l’air pulsé chaud
1°C avec de l’air froid

Turbulence

Une autre grandeur caractérise le confort d’un occupant par rapport aux mouvements d’air, c’est la variation de la vitesse de l’air en un point donné ou la turbulence de l’air.

Cette donnée n’intervient cependant pas dans le choix des bouches car elle dépend de l’aménagement intérieur du local. L’inconfort, s’il y en a un, ne peut donc être constaté qu’a posteriori.

En résumé

En résumé
Grandeurs à respecter	Où ?	Combien ?
Débit	zone d’occupation	selon les besoins
Puissance acoustique	au niveau la bouche	max : 45 dB(A)
Vitesse de l’air	zone d’occupation (à 1,8 m de haut)	max : 0,2 m/s
Vitesse de l’air	le long des murs (à 1,8 m de haut)	max : 0,4 m/s
Écart de température dans l’air ambiant	zone d’occupation	max : + 1,5°C (chauffage)
Écart de température dans l’air ambiant	zone d’occupation	max : – 1°C (en refroidissement)

Exemple

Diffuseur de taille 600.

La combinaison de ces quatre grandeurs peut être vérifiée dans des abaques parfois repris dans les catalogues des fabricants.

Exemple : pour un diffuseur de la marque x de taille 600.

Données de départ
	Débit d’air à pulser par bouche, q = 1 080 [m³/h] Différence de température entre l’air pulsé et l’ambiance, ΔT_z = – 6 [°C] Écart entre 2 diffuseurs, A = 6,5 [m] Écart entre plafond (3 m de haut) et zone d’occupation (1,8 m de haut), H1 = 1,2 [m] Écart entre diffuseur et mur, X = 4 [m]
Abaque 1 : Calcul de la puissance acoustique au droit de la bouche et de la différence de pression nécessaire à l’obtention du débit désiré
	Puissance acoustique émise par la bouche, LWA = 39 [dB(A)] La différence de pression nécessaire au niveau de la bouche pour obtenir un débit de 1 080 m³/h, Δpt = 20 [Pa]
Abaque 2 : Calcul de l’écart de température entre l’air pulsé et l’air ambiant à l’entrée dans la zone d’occupation, ΔT_L
	Distance horizontale et verticale pour soufflage entre 2 diffuseurs, L = A/2 + H1 = 4,45 [m] Pour une bouche de taille 600, ΔT_L/ΔT_z = 0,15 ΔT_L = – 6° x 0,15 = – 0,9 [°C] (valeur recommandée : ΔT_L < – 1 [°C])
Abaque 3 : Calcul des vitesses de l’air au droit de la zone d’occupation
	Écart entre 2 diffuseurs, A = 6,5 [m] Écart entre plafond et zone de séjour, H1 = 1,2 [m] Vitesse de l’air dans la zone de séjour, V_H1 = 0,12 [m/s] (valeur recommandée : V_H1 < 0,2 [m/s]) Distance horizontale et verticale pour le soufflage le long du mur, L = X + H1 = 5,2 [m] Vitesse de l’air le long du mur, V_L = 0,22 [m/s] (valeur recommandée : V_L < 0,4 [m/s])

Bouches d’extraction

Une bouche d’extraction est choisie en fonction de son débit et de sa production acoustique, suivant des abaques semblables à celles des bouches de pulsion.

En extraction la vitesse de l’air dans le local n’est pas un critère important. En effet, la vitesse décroît très vite dès que l’on s’éloigne de la bouche.

La configuration de la bouche d’extraction a donc peu d’influence sur la distribution de l’air dans le local, pour peu que le local ne se trouve pas en dépression (il faut que le débit pulsé soit légèrement supérieur au débit repris). Si c’est le cas, la bouche d’extraction risque d’ « aspirer » directement l’air pulsé avant qu’il n’ait balayé le local.

Problème d’efficacité de la pulsion dans un local en dépression : la bouche d’extraction « aspire » directement l’air pulsé.

Répartition du flux d’air dans un local en surpression : bon balayage du local.

Température de pulsion

Idéalement, pour ne pas créer d’inconfort, l’air neuf de ventilation doit être pulsé à une température neutre. Par exemple : 20°C. Il doit donc être préchauffé durant une bonne partie de l’année.

Cependant, les besoins en refroidissement des locaux apparaissent bien avant que la température extérieure n’atteigne les 20°C. Dans les bâtiments modernes, le point d’équilibre entre les besoins en chauffage et en refroidissement se situe bien souvent aux environs des 12°C.

Dans ce cas, dans un local refroidi avec un système indépendant du système de ventilation (ventilo-convecteurs, plafonds froids, …), il y a de fortes chances, en mi-saison, que l’on détruise de l’énergie : en chauffant l’air neuf jusqu’à 20°C et ensuite en refroidissant l’ambiance avec l’unité terminale de climatisation.

Pour éviter ce gaspillage, il faut pouvoir pulser l’air neuf, en mi-saison, à la température la plus fraîche possible, sans créer d’inconfort. Une température de pulsion inférieure à 16°C semble être un seuil à ne pas dépasser dans ce type de local.

Dans ce cas, des bouches de pulsion à haut taux d’induction peuvent devenir nécessaires (bouches à jet hélicoïdal).

Concevoir

La simulation du traitement d’un local de bureau type a montré que la consommation globale du local chutait de 10% lorsque la consigne de pulsion de l’air neuf était fixée à 16°C en période de refroidissement, au lieu de 21°C.

Pour en savoir plus, cliquez ici !

Concevoir

Pour en savoir plus sur le traitement de l’air neuf en association avec :

des ventilo-convecteurs, cliquez ici !
des plafonds froids, cliquez ici !

Implantation des bouches de pulsion et d’extraction

Diffuseur ou grille ?

La première question que l’on se pose est : existe-t-il un faux plafond ou un faux plancher dans le local et/ou dans les couloirs ?

S’il y a un faux plafond dans le local, on choisira souvent comme bouches, des diffuseurs plafonniers. Ceux-ci permettront une meilleure répartition de la distribution d’air dans les locaux. Si on dispose uniquement d’une gaine technique dans les couloirs, on placera des grilles dans les retombées des faux plafonds, aucun gainage ne parcourant les locaux.

Deux possibilités de positionnement des bouches dans un local : en faux plafond (étage supérieur), dans les retombées des faux plafonds (étage inférieur).

Effet Coanda

Lorsque l’on pulse de l’air parallèlement au plafond, le jet d’air à tendance, sous certaines conditions, à « se coller » à ce dernier. C’est ce qu’on appelle l’effet Coanda.

Lorsque l’on pulse de l’air froid, ce phénomène doit être pris en compte lors du choix des bouches car :

Il modifie la portée des bouches par rapport à un jet totalement libre.

Il permet d’éviter qu’un jet d’air froid ne « tombe » sur les occupants. Pour que cela fonctionne correctement, il faut une vitesse de sortie d’air suffisante (minimum : 2 m/s) et il faut tenir compte des obstacles éventuels (luminaires, poutres, meubles, …) pouvant rabattre le jet d’air sur les occupants.

Position et portée par rapport aux fenêtres

Lorsque l’on pulse de l’air froid en direction d’une baie ensoleillée, la portée du jet sera réduite. À l’inverse, si la pulsion se fait dans l’autre sens, la direction du jet sera allongée. Ces deux situations poseront des problèmes d’inconfort.

Il est donc conseillé, soit de décentrer les diffuseurs symétriques, soit de sélectionner un diffuseur orienté vers la fenêtre ayant une portée supérieure.

Combinaison entrée et sortie d’air

L’emplacement des bouches de pulsion et d’extraction joue un rôle important sur la qualité du brassage de l’air d’un local. Il faut éviter :

que l’air pulsé soit directement aspiré par la reprise avant d’avoir pu céder ces calories ou frigories;
que des zones mortes occupées ne soit pas traitées.

À titre indicatif, voici une série de configurations et les résultats auxquels elles conduisent a priori. Attention, les mouvements d’air décrits ne sont qu’illustratifs. Les conditions de diffusion peuvent varier en fonction de la vitesse et de la portée de l’air pulsé et du degré de surpression dans le local. Rappelons cependant que si le local est en dépression (débit extrait supérieur au débit pulsé), il y a de fortes chances pour que l’air pulsé soit court-circuité par la bouche d’extraction, créant des zones mortes importantes.

	Légende
	Pulsion	Extraction
Grande vitesse
Petite vitesse

Soufflage en partie haute

Bonne diffusion de l’air	Diffusion de l’air médiocre

Bon : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en bas sur le même mur .	Médiocre : soufflage horizontal en haut à faible vitesse et faible portée, reprise en bas sur le même mur (création d’une zone morte).

Bon : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en haut sur le même mur.	Médiocre : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en haut sur le mur opposé (by-pass d’une partie du débit).

Bon : soufflage horizontal en haut à faible vitesse, reprise en bas sur le mur opposé.	Médiocre : soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en bas sur le mur opposé (création d’une zone morte).

Bon : soufflage sous plafond sous angle moyen, reprises hautes symétriques.	Médiocre : soufflage sous plafond sous angle moyen, reprises basses symétriques (création de zones mortes au plafond).

Bon : soufflage sous plafond sous 180°, reprises basses symétriques.	Médiocre : soufflage sous plafond sous 180°, reprises hautes symétriques (by-pass d’une partie du débit). Si la bouche de pulsion a une portée importante, le problème diminue.

Bon : soufflage sous plafond sous 180°, reprise concentrique.	Médiocre : soufflage sous plafond sous 180° à faible débit, reprises hautes symétriques (by-pass d’une partie du débit).

Soufflage en partie basse

Bonne diffusion de l’air	Diffusion de l’air médiocre

Bon : soufflage vertical grande vitesse en bas de mur, reprise au sol à l’opposé.	Médiocre : soufflage vertical à grande vitesse, reprise en haut du même côté (by-pass d’une partie du débit et création d’une zone morte).

Très bon : soufflage au sol à grande vitesse, reprise au sol du même côté.	Médiocre : soufflage vertical à grande vitesse, reprise en haut du mur opposé (création d’une zone morte au centre).

Bon : soufflage horizontal en bas de mur à vitesse moyenne, reprise en haut sur le mur opposé (petit risque de zone morte).	Médiocre : deux soufflages verticaux à grande vitesse, reprise au centre du plafond (balayage latéral correct mais création de deux zones mortes au centre).

Bon : soufflage horizontal en bas de mur à faible vitesse, reprise en haut sur le mur opposé par lent déplacement d’air.	Médiocre : soufflage vertical à vitesse moyenne, reprise en haut du mur opposé (création de zone morte).

Bon : soufflage horizontal en bas de mur à faible vitesse, reprise au bas du mur opposé par lent déplacement d’air (flux laminaire dans les salles blanches).	Médiocre : soufflage vertical à vitesse moyenne, reprise au sol du côté opposé (risque de création de deux zones mortes).

Bon : soufflage au bas d’un mur ou près de la zone de travail à très faible vitesse, reprise en haut par tirage thermique (principe du « déplacement »).

Acoustique

La configuration du réseau de distribution en amont de la bouche joue aussi un rôle sur le bruit émis par une bouche.

En présence d’un clapet de réglage

Si un registre de réglage de débit d’air est nécessaire, il doit se situer à une distance d’au moins trois fois le diamètre du conduit d’air par rapport à l’orifice de soufflage. Le bruit du registre n’est pas réduit mais bien les turbulences à l’entrée de la bouche et donc le bruit engendré par celle-ci.

Les clapets de réglage doivent se trouver à plus de 3 diamètres de conduit par rapport à la bouche de pulsion.

Règle de bonne pratique.
En général, si l’on maintient une différence de pression maximale de 100 PA (100 PA = 10 mm de Colonne d’Eau) aux bornes d’un clapet, le bruit généré reste très faible.

En présence d’un coude

Un conduit d’air relié à une bouche de soufflage doit être rectiligne sur une longueur d’au moins trois diamètres. Un conduit coudé provoque un flux d’air inégal à sa sortie et par conséquent du bruit car la vitesse devient très élevée à certains endroits de la bouche.

Une bouche de pulsion doit se trouver à plus de 3 diamètres de conduit par rapport à un coude.

Réglage

Certaines bouches possèdent un organe de réglage permettant d’ajuster leur débit à la juste valeur.

Si le réglage est accessible facilement (ou pas trop difficilement) aux utilisateurs, celui-ci risque d’être manipulé (principalement si le personnel ressent un inconfort). Des déséquilibres en découleront et ainsi, probablement, qu’un inconfort pour certains bureaux.

Pour éviter cet inconvénient, il faut soit que les bouches ne soient pas déréglables, soit disposer au droit des bouches un élément autoréglable maintenant le débit plus ou moins constant quelque que soit la pression du réseau. Ceci permet maintenir un débit correct dans les locaux, même si un occupant a décidé de boucher sa grille de ventilation.

Photo sur élément autoréglable d'une bouche.

Élément autoréglable maintenant un débit constant malgré la fermeture d’autres bouches.

Ces éléments ont en outre l’avantage de faciliter la mise au point du réseau. Le gain ainsi réalisé en main-d’œuvre compense largement l’investissement.

Propreté des diffuseurs

Malgré les précautions prises pour la filtration de l’air, au bout de plusieurs mois de fonctionnement, il peut se former des traces noires que l’on doit pouvoir nettoyer facilement. De plus, le fonctionnement ne doit pas être compromis si de la poussière se glisse entre les parties mobiles et les parties fixes de l’appareil.

La propreté des diffuseurs est particulièrement importante dans les locaux de soins. Ils doivent donc être de forme aérodynamique pour ne pas présenter d’obstacle pouvant retenir et accumuler les poussières. Leur conception devra aussi faciliter les opérations régulières de nettoyage.

Remarque.

Les plenums de soufflage sont aussi déconseillés car ils rendent le réglage des débits et des pressions plus difficile et peuvent provoquer des refoulements d’air.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le préchauffage de l’air neuf

Batterie à eau chaude ou résistance électrique ?

Une batterie à eau chaude est constituée d’un échangeur alimenté en eau chaude au départ d’une chaudière. La régulation se fait en agissant soit sur le débit d’eau (vanne deux voies, vanne trois voies en division), soit sur la température de l’eau (vanne trois voies en mélange) au départ d’une sonde placée dans la gaine de soufflage. La deuxième solution demande une pompe supplémentaire mais rend le réglage plus facile car la variation de puissance de la batterie est pratiquement proportionnelle à la température, tandis que dans le premier cas, la puissance échangée varie peu avec le débit lorsque celui-ci est proche du débit nominal et varie rapidement pour les faibles débits. Il faut en outre prévoir une sécurité antigel de la batterie forçant l’ouverture de la vanne, arrêtant la ventilation, fermant le clapet d’air neuf et enclenchant une alarme en fonction d’un thermostat situé après la batterie (alarme si la température de l’air pulsé chute sous 5°C).

Trois modes de régulation d’une batterie de préchauffe à eau chaude.

La solution de la résistance électrique est la plus simple, donc la moins chère à l’investissement. Par contre, elle conduit à un surcoût parfois important à l’exploitation.

Batteries électriques terminales.

Comparons le coût du préchauffage de l’air neuf avec une batterie à eau chaude et une résistance électrique pour un immeuble de bureaux de 50 personnes :

Type de préchauffage	Batterie à eau chaude	Résistance électrique
Débit d’air neuf.	1 500 [m³/h]
Durée de fonctionnement annuelle.	2 600 [h/an]
Température de soufflage.	16 [°C]
Consommation pour le préchauffage de l’air.	9 460 [kWh/an] (rendement du système : 70 %).	6 620 [kWh/an] (rendement du système : 100 %).
Coût du préchauffage.	588,4 [€/an] (à 0,622 €/litre de fuel).	1059,2 [€/an] (à 0,16 €/kWh).

Avec un gain de 500 €/an, le surcoût de la batterie à eau chaude raccordée à la chaudière existante peut rapidement être rentabilisé.

Calculs

Pour adapter ces valeurs à votre propre situation, cliquez ici !

Remarque : utilisation d’une pompe à chaleur réversible ?

Une alternative à l’utilisation d’une batterie électrique consiste à placer un échangeur en détente directe : pompe à chaleur en hiver et machine frigorifique en été. Le fonctionnement d’une pompe à chaleur est certainement plus performant que celui d’une résistance directe. Et en période de forte chaleur, un air prérefroidi peut être distribué dans les locaux. Mais :

Un tel système ne se conçoit qu’au sein d’un caisson de préparation d’air centralisé,
une température de pulsion commune à l’ensemble des locaux devra être trouvée,
le risque est alors grand de « casser » de l’énergie (en mi-saison, réchauffer l’air neuf à 22°C et … refroidir le local où cet air est pulsé !),
idéalement, il faudrait pulser de l’air à 16°C en hiver et refroidir l’air uniquement lorsque la température extérieure dépasse 24°C. Ce n’est que dans ce cas que l’air frais extérieur pourra être valorisé (free cooling).

Ce qu’il ne faut jamais faire : régler la température de l’air pulsé à une température « neutre » de 20°C …

Récupération passive de la chaleur

Il est possible de préchauffer l’air neuf hygiénique par récupération de chaleur :

Sur une zone tampon du bâtiment. Par exemple, une prise d’air placée dans un atrium captera de l’air déjà préchauffé par le bâtiment et/ou le soleil.
Sur un puits canadien dans le sol pour capter l’énergie géothermique. Un chauffage de 5 à 10 degrés est possible en hiver, mais également, un refroidissement de 5 à 10 degrés est possible en été !

Récupérateur de chaleur

Une partie du préchauffage de l’air extérieur peut être repris par un récupérateur de chaleur entre l’air extrait et l’air pulsé (échangeur à plaques, rotatif, à eau glycolée, …). Par exemple, si la température intérieure est de 20°C et que la température extérieure est de 0°C, un récupérateur de chaleur peut amener la température de l’air neuf aux environs des 10°C.

En milieu hospitalier, pour une question d’hygiène et de contamination croisée, on évitera l’échangeur de chaleur où les airs extraits et d’admission empruntent le même gainage (échangeur à accumulation croisée par exemple).

La récupération de chaleur sur l’air extrait est une solution énergétiquement très intéressante. Elle permet de récupérer de 50 à 95 % (en fonction du type du récupérateur choisi) de l’énergie rejetée par l’extraction d’air.

Dans une installation existante, étant donné les coûts élevés d’achat et de placement d’un récupérateur, l’augmentation de la consommation des ventilateurs avec les pertes de charge supplémentaires, la rentabilité à court terme du placement d’un récupérateur peut être difficile, sauf

pour des débits élevés (plus de 10 000 m³/h),
avec un usage permanent de l’installation.

Dans une nouvelle installation, dans la mesure où la récupération de chaleur fait partie de la conception initiale, la puissance de chauffage pourra être réduite et le surcoût initial sera rapidement amorti.

Concevoir	Pour choisir un récupérateur de chaleur, cliquez ici !
Calculs	Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur, cliquez ici !

Il faut également tenir compte du fait que le récupérateur ne peut à lui tout seul reprendre l’entièreté des besoins en préchauffage :

Premièrement, parce qu’en plein hiver, la température de l’air neuf atteinte risque d’être insuffisante. Si on récupère 50 % de l’énergie rejetée, la température atteinte, par – 10°C extérieur, ne sera que de 5°C (pour une température de l’air rejeté de 20°C).
Ensuite parce que par grand froid, l’air rejeté, en cédant sa chaleur, risque de descendre en dessous de 0°C, entraînant des risques de givre sur la batterie d’échange. Pour éviter cela, une régulation du récupérateur (exemple : cas d’un échangeur à eau glycolée) est nécessaire, ralentissant l’échange lorsque la température de l’air rejeté descend trop, c’est-à-dire par grand froid et donc lorsque les besoins en préchauffage sont les plus importants.

Il est donc, la plupart du temps, nécessaire de doubler le récupérateur par une batterie de préchauffage traditionnelle.

Schéma sur récupérateur et une batterie de préchauffage traditionnelle.

Pour éviter la formation de glace sur l’échangeur du conduit d’air rejeté, un by-pass avec vanne trois voies limite le transfert de chaleur lorsque l’air rejeté se refroidit trop.

Récupération de chaleur sur le condenseur d’une machine frigorifique

Lorsque le bâtiment traité possède une installation frigorifique devant fonctionner même en hiver, on pourrait imaginer de récupérer la chaleur évacuée au niveau du condenseur pour préchauffer l’air neuf de ventilation.

Cette idée paraît intéressante, puisqu’il s’agirait en fait d’un transfert de chaleur des zones à refroidir vers les zones à chauffer.

Dans la pratique, cependant, cette récupération de chaleur ne semble pas forcément engendrer des économies d’énergie. En effet :

La température de condensation de la machine frigorifique ne permet pas de produire de l’eau à très haute température (aux environs de 40°C). Une batterie de préchauffage travaillant à cette température devra être surdimensionnée et présentera donc des pertes de charge supérieures, synonymes de consommations électriques supplémentaires. Augmenter la température de condensation de la machine frigorifique aurait également une conséquence néfaste car cela détériorerait l’efficacité frigorifique.
Souvent, en plein hiver, le fonctionnement de la machine frigorifique sera réduit, voire nul, alors que les besoins de préchauffage augmentent. Une batterie traditionnelle complémentaire sera donc nécessaire pour assurer un préchauffage correct à l’arrêt du condenseur. On se retrouve donc avec 2 batteries provoquant des pertes de charge importantes et permanentes.

Concevoir

Pour plus de détails sur la récupération de chaleur au condenseur d’une machine frigorifique, cliquez ici !

Sélection d’une batterie

Lors de la sélection d’une batterie à eau chaude, l’objectif « URE » est de minimiser sa perte de charge côté « air » et par là, la consommation du ventilateur.

Une batterie chaude est d’abord sélectionnée pour fournir la puissance désirée en fonction du régime de température d’eau souhaité.

Batteries à eau chaude.

Pour une même puissance fournie, plus le régime de température choisi pour le dimensionnement est bas, plus la batterie possédera un nombre de rangs important et donc plus sa perte de charge sera importante. Il est donc conseillé de dimensionner les batteries chaudes pour un régime de température de 90°/70° de manière à limiter au maximum ces pertes de charge. Une régulation de la température d’eau en fonction des conditions climatiques permet en outre de limiter les pertes de distribution (et de production) de l’eau chaude.

De même, il faut être conscient qu’un installateur essayera souvent de diminuer le coût de la batterie sans se soucier de la conséquence sur la consommation du ventilateur. Il faut donc être attentif à lui imposer de minimiser les pertes de charge côté air lors de la sélection.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le mode de gestion des débits

Le principe

La réglementation prévoit un débit d’air neuf hygiénique minimum.

Mais elle n’oblige pas à apporter de l’air neuf lorsque le bâtiment n’est pas occupé ! Elle n’oblige pas non plus à fournir le débit nominal (maximum) lorsque le bâtiment est partiellement occupé …

Ce principe fait d’ailleurs l’objet d’une réglementation en France : « la ventilation doit pouvoir être réduite de 50 % dans le cas d’une occupation discontinue et être coupée en cas d’inoccupation ».

Gérer la ventilation « à la demande », c’est doser précisément le débit d’air neuf en fonction des besoins réels de ventilation. Par exemple, dans une salle de réunion, la ventilation ne fonctionnera que lorsque des personnes sont effectivement présentes.

Cette gestion permet des économies

Sur le chauffage de l’air neuf grâce à la diminution de la quantité d’air introduite dans le bâtiment.
Sur le refroidissement du bâtiment par le principe du free cooling mécanique
En fonction du mode de réglage choisi, sur la consommation électrique du ventilateur de pulsion et/ou d’extraction.

Évaluer

Exemple de répartition des coûts énergétiques de la ventilation : cliquez ici !

Le principe appliqué dans les différents schémas de gestion possible, consiste à évaluer les besoins réels en ventilation grâce à un capteur (simple horloge, sonde de présence, sonde CO₂, sonde COV , compteur de passage, sonde de température en cas de free cooling) et à adapter les débits d’air neuf en conséquence :

Pour un système de ventilation unizone, c’est-à-dire lorsqu’un groupe de ventilation (simple ou double flux) n’alimente qu’un seul local (simple extraction sanitaire, salle de conférence, …), la gestion se fera directement sur le débit du ventilateur.
Pour un système de ventilation multizone, c’est-à-dire lorsqu’un groupe de ventilation alimente plusieurs locaux (bureaux individuels, …), la gestion individuelle de chaque local se fera au niveau de l’ouverture des bouches de pulsion en double flux, le débit des ventilateurs étant adapté en conséquence. On parle alors de Ventilation à Volume d’Air Variable (VAV), dont les applications les plus fréquentes sont liées au refroidissement des locaux, mais dont le domaine d’application peut être élargit au chauffage au seul besoin d’air hygiénique dans des locaux à occupation variable.

Gestion d’un système unizone simple flux.

Gestion d’un système multizone double flux.

Ainsi, l’organisation d’une gestion de la ventilation « à la demande » consiste à :

trouver le capteur fidèle des besoins réels de ventilation,
adapter le débit des bouches en fonction de la lecture du capteur,
régler le débit des ventilateurs en fonction de l’ouverture des bouches ou directement en fonction du capteur.

Lorsque les réseaux de ventilation alimentent des locaux ou des zones d’occupation fortement différents, il peut être utile de pratiquer un zonage du système de ventilation. Par exemple, on peut imaginer dans un immeuble de bureaux une séparation entre la ventilation de la salle de réunion et la ventilation des bureaux et des sanitaires. La gestion de la salle de réunion se ferait comme pour un système unizone, par exemple avec allumage et extinction par détection de présence. Tandis que la ventilation des bureaux et des sanitaires serait simplement raccordée sur une horloge.

L’Annexe C3 de la PEB impose l’usage d’une régulation pour éviter que le système ne fonctionne constamment dés que l’on est en présence d’une ventilation mécanique. Parallèlement elle interdit le recours aux systèmes de régulation suivants :

les systèmes de régulation manuelle : le système fonctionne selon une commutation manuelle;
les systèmes de régulation basés sur la température de l’air et qui permettent de réduire le débit de ventilation sous le débit de conception minimal.

Cas des bureaux individuels à horaire commun fixe

C’est un cas très fréquent dans les immeubles de bureaux : tous les bureaux sont occupés simultanément avec un taux d’occupation et un horaire fixe.

Dans ce cas, la solution la plus simple et la plus rentable est de simplement équiper les ventilateurs d’une horloge.

Exemples.

Dans une installation de ventilation simple flux (grilles dans les menuiseries et extraction dans les sanitaires), l’extraction peut être automatiquement réduite durant les périodes d’inoccupation (une coupure complète risque de provoquer la propagation d’odeurs). Cette remarque peut conduire à prévoir des extractions à deux vitesses. Il est alors souhaitable de réaliser un zonage des besoins d’extraction afin que les zones intéressées puissent entrer dans un programme d’occupation des lieux fixé à l’avance (vertical ou horizontal).
Dans une installation double flux (pulsion dans les locaux et extraction dans les sanitaires, les extractions sanitaires peuvent passer en régime réduit en période d’inoccupation et dans le même temps les introductions d’air neuf sont arrêtées. Il y a alors une légère dépression dans l’ensemble des locaux intéressés. Les installations peuvent être sous le contrôle d’une ou plusieurs horloges pour la programmation des différents régimes de marche (hors gel, relance, marche normale).
Une horloge commande le passage de grande vitesse à petite vitesse dans un réfectoire, en fonction de l’horaire de la journée.

Cas des bureaux individuels à occupation variable

Ici, cela se complique. On se trouve dans une situation où plusieurs locaux à horaire d’occupation différents sont alimentés par un seul système de ventilation. On a donc un système multizone.

Si on veut gérer les apports d’air neuf bureau par bureau, on ne peut agir que sur l’ouverture des bouches de ventilation.

Si le système de ventilation choisi est un système simple flux, avec une extraction centralisée dans les sanitaires, une gestion local par local n’est actuellement pas possible. Des développements sont cependant en cours pour automatiser les amenées d’air naturelles.

Ne considérons donc que le cas d’un système double flux avec pulsion dans chaque bureau.

Le détecteur de présence par infrarouge semble le plus adéquat pour la gestion individuelle de multiples petits locaux, comme des bureaux, parce que son prix est faible, et qu’il peut influencer facilement le débit d’une bouche de pulsion par une action « Tout ou Rien ». On trouve sur le marché des bouches qui intègrent les détecteurs.

Bouche de pulsion avec détecteur de présence incorporé.

Il est possible de combiner les systèmes : un bouton poussoir pour l’enclenchement (démarche volontaire) et un détecteur de présence pour assurer le déclenchement après le départ des occupants (avec une temporisation de quelques minutes), … .

Études de cas

La régulation de la ventilation du bâtiment PROBE du CSTC à Limelette en fonction de détecteurs de présence.

Cas des salles de conférence

Les salles de conférence sont souvent ventilées par un système unizone c’est-à-dire au moyen d’un groupe de ventilation indépendant par local.

On peut évidemment y adapter une gestion par horloge comme dans le cas précédent.

Cependant, lorsque l’horaire d’occupation est aléatoire et que le taux d’occupation est variable (une même salle peut être occupée par 20 ou 200 personnes), on peut envisager une gestion qui tient compte du nombre d’occupants.

Dans ce cas, la sonde CO₂ est la plus fiable. Elle reflète mieux la présence effective de personnes dans un local puisqu’elle est directement proportionnelle à leur respiration. Mais elle est chère (minimum 750 €). Sa rentabilité n’est donc possible que pour la gestion d’un débit nécessaire important et relativement aléatoire.

Sonde COV et sonde CO_2.

Dans certains cas particuliers, on pourrait éventuellement envisager l’utilisation d’une sonde COV, sensible aux odeurs les plus diverses. La sonde COV (Composés Organiques Volatiles), encore appelée sonde de qualité d’air, n’est pas trop chère (+/- 225 €). Elle semble cependant difficile à paramétrer au départ (quelle valeur de consigne faut-il lui donner?) et capricieuse dans le temps. Elle nécessite donc un étalonnage régulier et une bonne information de l’exploitant sur son principe de fonctionnement. La sonde devra être entretenue (nettoyage et étalonnage périodique). Si cette maintenance est peu probable, ou si l’ambiance se révèle être trop chargée en poussières, on préférera une régulation à deux vitesses basée sur le dépassement d’un seuil critique, plutôt qu’une régulation analogique réglée sur le signal 0-10 V de la sonde.

Sonde COV ou sonde CO₂ ?

La comparaison des utilisations entre sonde COV et sonde CO₂ apparaît clairement par l’expérience menée par le COSTIC en France :

Schéma sur la comparaison des utilisations entre sonde COV et sonde CO2.

Correspondance entre la mesure d’une sonde COV et la mesure d’une sonde CO₂dans un bureau de 32 m³, sans ventilation :

Phase 1 : une seule personne est présente dans le bureau durant 1 heure. Deux cigarettes sont fumées successivement, après 15 et 45 minutes.
Phase 2 : après ventilation de la pièce, six personnes sont introduites dans le bureau durant 10 minutes et il leur est interdit de fumer

On observe très nettement la sensibilité de la sonde COV à la fumée de cigarette lors de la première phase. Par contre, la forte occupation de la phase 2 est mieux mise en évidence par la sonde CO₂.

En conclusion, les sondes de qualité d’air, sensibles à la fumée de cigarette et aux composés organiques odorants, sont adaptées aux salles de réunion pour fumeurs, aux restaurants, … . Les sondes CO_2,uniquement sensibles à la présence du dioxyde de carbone sont plus adaptées aux locaux dans lesquels la cause de la pollution est celle provoquée par l’occupation : salles de conférence, amphithéâtres, …

Études de cas

La régulation de la ventilation d’une salle de conférence par sonde CO_2.

Choix du mode de réglage des ventilateurs

Le réglage du débit des ventilateurs a pour but de diminuer la consommation électrique parallèlement à la diminution de la consommation de chauffage. Il s’applique

lorsqu’un groupe de ventilation assure l’apport d’air neuf d’un seul local (système unizone : salle de conférence, bureau paysager, …). Dans ce cas, la gestion de la ventilation en fonction des besoins peut s’effectuer en réglant directement le débit du ventilateur.
Lorsque plusieurs locaux sont desservis par un même ventilateur (système multizone : bureaux individuels, …), le réglage des débits locaux s’effectue en agissant sur l’ouverture des bouches. Dans ce cas, l’idéal est d’adapter le débit du ventilateur pour maintenir une répartition correcte des flux d’air dans les différents locaux.

Ventilation unizone

Plusieurs modes de réglage permettent d’adapter le débit des ventilateurs (de pulsion et/ou d’extraction) en fonction de la grandeur de référence :

Tous ces modes de réglage n’entraînent pas la même économie électrique. Le by-pass (l’équivalent de la soupape différentielle utilisée en chauffage) peut même conduire à une augmentation de la consommation.

Il ressort de la comparaison des différents types de réglage que la solution la plus intéressante d’un point de vue énergétique est la variation de la vitesse du ventilateur, soit par paliers grâce à des moteurs à plusieurs vitesses, soit de façon continue au moyen d’un convertisseur de fréquence.

Gamme de convertisseurs de fréquence.

Cependant, lorsque les plages de réglage souhaitées sont assez réduites, les solutions de l’étranglement (plage de réglage maximum de 100 à 85 %) ou des aubages de prérotation (réglage de 100 à 70 %, uniquement pour les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’arrière et les ventilateurs hélicoïdes) sont des solutions satisfaisantes.

Cette dernière solution, de moins en moins utilisée, peut cependant devenir plus intéressante que la variation de vitesse du ventilateur, pour les ventilateurs de très grosse puissance (40 .. 50 kW). En effet, un convertisseur de fréquence qui doit gérer une telle puissance est très coûteux.

Pour les ventilateurs hélicoïdes, la modification automatique de l’angle de calage des aubes conduit à une diminution de la consommation électrique presque équivalente à la variation de vitesse.

Ventilation multizone

En ventilation multizone, deux situations peuvent se présenter : une distribution des locaux en série ou une distribution en parallèle.

Distribution de l’air en série,
en pulsion mécanique : tous les locaux ventilés se trouvent les uns derrière les autres.

Distribution de l’air en parallèle,
en pulsion mécanique :
plusieurs séries de locaux sont raccordés directement à la sortie du ventilateur.

Lorsque toutes les bouches sont raccordées en série, la solution qui entraîne la plus grande économie d’énergie est le choix d’un ventilateur à aubage arrière équipé d’une variation de vitesse avec maintien de pression en fin de circuit et présence d’éléments autoréglables au niveau des différentes bouches. L’économie électrique réalisable par la gestion est cependant difficilement chiffrable puisque l’on ne connaît pas le débit moyen, ni la hauteur manométrique sur lesquels travaillera le ventilateur. L’investissement à réaliser sera quant à lui souvent important étant entendu le coût actuel d’un convertisseur de fréquence.

L’alternative à cette solution est l’emploi d’un ventilateur à courbe plate, c’est-à-dire à aubage avant. L’économie électrique réalisée sera moindre :

d’une part, parce que le ventilateur à aubage avant a un rendement maximum moindre que son homologue à aubage arrière, ce rendement pouvant d’ailleurs se détériorer avec la variation des débits;
d’autre part, parce que la hauteur manométrique du ventilateur restant constante avec la variation de débit total, l’économie électrique sera au maximum proportionnelle à la diminution du débit.

En contrepartie, l’investissement à consentir sera nettement moindre.
Dans le cas d’une distribution de la ventilation en plusieurs branches, il faut comparer les solutions :

ventilateur à aubage arrière équipé d’un convertisseur de fréquence avec variation de vitesse en fonction de la pression à la sortie du ventilateur,
ventilateur à aubage avant.

L’économie électrique réalisée grâce à la diminution des débits est identique pour les deux solutions puisqu’une pression constante devrait être maintenue à la sortie du ventilateur. Il faut donc comparer le gain de rendement que l’on peut obtenir en choisissant un ventilateur à aubage arrière avec le surcoût du convertisseur de fréquence, sur la durée de vie de l’installation.

Concevoir

Choix d’un ventilateur.

Exemples de rentabilité

Pour estimer, dans votre situation, la rentabilité de la gestion de la ventilation (réduction de l’horaire journalier de ventilation, variation de vitesse des ventilateurs en fonction d’une sonde CO₂, détection de présence dans chaque local) :

Calculs

Pour évaluer la consommation due à la ventilation, cliquez ici !

Voici, à titre d’exemple, comment peuvent être estimées les économies réalisables par une gestion de la ventilation à la demande et la rentabilité de tels projets.

Formules permettant de chiffrer l’économie réalisable

L’évaluation exacte du coût énergétique de la ventilation est relativement complexe. Elle nécessite soit un programme de simulation numérique (lors de la conception), soit des mesures détaillées (bâtiment existant). Cette consommation dépend du climat, du type de système de ventilation et de gestion, de l’isolation du bâtiment, des gains internes, des gains solaires, …

L’économie réalisée provient d’une part de la diminution des consommations de chauffage de l’air neuf et d’autre part de la diminution de la consommation électrique du ventilateur.

Consommation de chauffage

Une formule simplifiée permet de donner une valeur approximative de la consommation de chauffage due à la ventilation :

Cons_ch= 0,34 x q_vx ΔT_moyx t / η_ch

où,

0,34 W/m³.K est la capacité calorifique de l’air
q_v est le débit de ventilation en m³/h
ΔT_moy est la différence entre la température de consigne de l’ambiance et la température extérieure moyenne
t est le nombre d’heures de fonctionnement annuel
η_ch est le rendement de l’installation de chauffage à eau chaude (en moyenne : 0,7)

Consommation électrique du ventilateur

L’économie électrique réalisée grâce à la réduction du débit des ventilateurs est plus difficile à estimer. Tout au plus peut-on rechercher des ordres de grandeur réalistes : la consommation électrique d’un ventilateur peut être estimée suivant une règle de bonne pratique : la puissance électrique absorbée par une ventilation double flux dans ses conditions nominales de fonctionnement est de l’ordre de :

2 * 0,14 (installation performante : SFP1) à 0,35 W (installation médiocre : SFP3) par m³/h d’air transporté

En outre, les règles de similitudes des ventilateurs montrent que si on ne tient pas compte des pertes du système de réglage, la puissance absorbée par un ventilateur varie comme le cube de sa vitesse et donc comme le cube du débit.

Modification du point de fonctionnement et donc de la puissance absorbée par un ventilateur en fonction de sa vitesse (en passant de la vitesse n1 à n2).

Notons que lorsque la température extérieure est inférieure à la température ambiante, la consommation électrique des ventilateurs de pulsion est récupérée sous forme de chaleur dans l’air neuf et ne constitue donc plus une perte d’énergie. On remplace juste souvent un chauffage par combustible par un chauffage électrique.

Exemple 1 : mise à l’arrêt d’un ventilateur en période d’inoccupation, en fonction d’une horloge

Un ventilateur sanitaire extrait 1 000 m³/h, dans un immeuble de bureaux occupé de 8 à 18 h. Par rapport à un fonctionnement en continu, l’adaptation des horaires de ventilation à l’occupation permet d’économiser :

en électricité :

0,25 [W/(m³/h)] x 1 000 [m³/h] x 6 160 [h/an] = 1 540 [kWh/an]

où,

0,25 W/(m³/h) est un ordre de grandeur de puissance absorbée pour une extraction seule
6 160 h/an est le nombre d’heures d’inoccupation des bureaux durant l’année

en chauffage :

0,34 [W/m³.K] x 1 000 [m³/h] x (16 [°C] – 5 [°C]) x 4 130 [h/an] / 0,7 / 1 000 = 22 066 [kWh/an] ou 2 200 litres de fuel ou m³ de gaz par an

où,

16° est la température de consigne de chauffage en période de ralenti et 5° la température extérieure moyenne nocturne durant la saison de chauffe.
4 130 h/an est le nombre d’heures d’inoccupation des bureaux durant la saison de chauffe (35 semaines/an ou 5 880 h/an)

L’économie financière totale s’élève de 1614,8 [€/an] (à 0,622 €/ litre de fuel et 0,16 €/kWh en heures creuses).

L’investissement à consentir pour une horloge programmable est de l’ordre de quelques dizaines d’euros.

Exemple 2 : variation de la vitesse d’un ventilateur en fonction d’une sonde CO₂ dans une salle de conférence

Un système de ventilation double flux alimente une salle de conférence de 200 places. Le débit d’air de ventilation est de 4 000 m³/h lorsque la salle est remplie.

La ventilation de la salle n’est assurée qu’en semaine (soit 50 h/semaine, pendant 32 semaines ou 1 600 h/an), alors qu’en fait, elle est occupée 4 jours par semaine pendant 10 h (de 8h30 à 18h30) par 100 personnes en moyenne.

Si on stoppe la ventilation durant la journée d’inoccupation (soit 320 h/an), on peut déjà économiser :

en électricité :

0,5 [W/(m³/h)] x 4 000 [m³/h] x 320 [h/an] = 640 [kWh/an]

où,

0,5 W/(m³/h) est un ordre de grandeur de puissance absorbée pour une ventilation double flux de qualité moyenne

en chauffage :

0,34 [W/m³.K] x 4 000 [m³/h] x (20 [°C] – 8 [°C])
x 320 [h/an] / 0,7 / 1 000 = 7 460 [kWh/an] ou 746 [litres de fuel ou m³ de gaz]

où,

20° est la température de consigne de chauffage en journée et 8° la température extérieure moyenne diurne durant la saison de chauffe
notons que cette valeur peut être très légèrement diminuée (de l’ordre de 400 kWh/an) si on veut tenir compte du fait que la consommation du ventilateur de pulsion était récupérée sous forme de chaleur dans l’air neuf.

D’autre part, en période d’occupation (1 280 h/an), on peut réduire la vitesse et donc le débit du ventilateur en l’adaptant au taux réel d’occupation. Le débit moyen de ventilation deviendrait alors de l’ordre de 2 000 m³/h.

L’économie d’électricité est plus difficile à estimer. Puisque la puissance absorbée par un ventilateur varie comme le cube de la variation de sa vitesse donc de son débit, on peut grossièrement dire qu’au mieux, la consommation électrique va être divisée par 8 (= (4 000 / 2 000)³) :

consommation d’origine (en occupation) :

0,5 [W/m³/h] x 4 000 [m³/h] x 1 280 [h/an] = 2 560 [kWh/an]

consommation avec régulation de vitesse :

2 560 / 8 / 0,8 = 400 [kWh/an]

économie d’électricité :

2 160 [kWh/an]

où,

le facteur 0,8 tient compte du rendement du système de variation de vitesse qui n’est jamais de 100 %

En réduisant le débit d’air neuf de 4 000 m³/h à 2 000 m³/h, l’économie de chauffage durant la saison de chauffe (960 h/an) est estimée à

0,34 [W/m³.K] x 2 000 [m³/h] x (20 [°C] – 8 [°C]) x 960 [h/an] / 0,7 / 1 000 = 11 191 [kWh/an]

Si on veut être plus précis, il faut déduire de cette économie, l’économie d’électricité déjà réalisée sur le ventilateur de pulsion, de l’ordre de 1 400 kWh (soit environ 2/3 de l’économie électrique totale).

Récapitulatif : économie réalisable par une gestion de la vitesse des ventilateurs en fonction d’une sonde CO₂
		[kWh/an]	[€/an] (0,16 €/kWh élec, 0,0622 €/kWh_th ou 0,622 €/litre fuel)
Coupure de la ventilation en période d’inoccupation (320 h/an)	Électricité	640	102,4
	Chauffage	7 460 – 400 = 7 060	439,1
Réduction de la vitesse du ventilateur en période d’occupation	Électricité	2 160	337,0
	Chauffage	11 191 – 1 400 = 9 791	648,2
Économie totale		19 851	1526,7

L’économie totale varie en fonction de la qualité de départ de l’installation. Cette économie sera par ailleurs probablement encore réduite car le rendement du ventilateur risque aussi de varier légèrement lorsque l’on réduit sa vitesse.

L’investissement nécessaire à la gestion de cette salle de séminaire consiste en une sonde CO₂ commandant un convertisseur de fréquence agissant sur le moteur des deux ventilateurs d’extraction et de pulsion. Le coût estimé d’une telle installation est de l’ordre de 3000 €, soit un temps de retour de l’ordre de 2 ans.

Si on envisage la régulation avec variation de fréquence dès la conception de l’installation, le surcoût de l’installation régulée par rapport à l’installation fonctionnant en continu sera nettement moindre que cette somme. En effet, lorsque l’on équipe directement un ventilateur d’un convertisseur de fréquence, certains équipements deviennent superflus comme par exemple : les entraînements par courroies, le démarreur étoile-triangle nécessaire à la limitation du courant de démarrage et les clapets de régulation de pression.

Les coûts des deux installations risquent même d’être presque semblables.

En fonction du type de situation rencontrée, on peut envisager certaines variantes à ce projet. Lorsque le système de ventilation supporte également le chauffage et/ou le refroidissement, on peut envisager que la sonde agisse automatiquement sur le volet d’air neuf, réglant selon les besoins la répartition entre air neuf et air recyclé. En parallèle, la vitesse du ventilateur d’extraction s’adapte automatiquement à l’ouverture des volets. C’est entre autres ce mode de régulation que l’on peut rencontrer dans les piscines, la grandeur représentative utilisée étant l’humidité relative.

La régulation de vitesse peut aussi se faire par palier lorsque le moteur existant est un moteur à plusieurs vitesses.

Exemple 3 : Ventilation indépendante de bureaux en fonction de sondes de présence

Un immeuble de 20 bureaux individuels est ventilé par un système double flux (pulsion dans chacun des bureaux et extraction sanitaire). Quel est l’intérêt de choisir des bouches de pulsion avec détecteur de présence intégré ?

L’installation envisagée comprend pour chaque local une bouche de pulsion commandée en tout ou rien en fonction d’un détecteur de présence et un manchon autoréglable garantissant la constance des débits dans les locaux occupés, ce malgré la fermeture de certaines bouches dans le réseau. Le ventilateur choisi est un ventilateur à courbe caractéristique plate qui permet le maintien d’une pression constante au départ du circuit (on ne tient donc pas compte du coût d’un éventuel convertisseur de fréquence).

Le coût d’une bouche de pulsion avec détection de présence est de l’ordre de 150 €. On peut estimer le nombre minimum d’heures de coupure par bureau individuel nécessaire pour rentabiliser la régulation en un temps de retour inférieur à 5 ans.

L’économie annuelle doit être au minimum de 150 €/ 5 ans = 30 €/an.

> économie d’électricité :

0,5 [W/(m³/h)] x 30 [m³/h] x nb heures / 1 000 x 0,16 [€/kWh]

où,

0,5 W/(m³/h) est un ordre de grandeur de puissance absorbée pour une ventilation double flux de qualité moyenne
0,16 €/kWh = prix de l’énergie électrique
30 m³/h = débit de ventilation d’un bureau occupé. Puisque le ventilateur maintient une pression constante en début de circuit, la variation de consommation électrique reste plus ou moins proportionnelle à la variation de débit

Réduction de débit et de puissance (rectangle vert) d’un ventilateur à courbe caractéristique plate, lorsque qu’une bouche de pulsion du réseau se ferme.

Économie en chauffage :

0,34 [W/m³.K] x 30 [m³/h] x (20 [°C] – 8 [°C])
x NB heures / 0,7 / 1 000 x 0,0622 [€/kWh]

où,

30 m³/h = débit recommandé dans chaque bureau
20° = la température intérieure de consigne
8° = température extérieure moyenne diurne durant la saison de chauffe
NB heures = nombre d’heures annuel de coupure nécessaire pour rentabiliser la régulation
0,0622 €/kWh = prix du fuel (1 litres de fuel = 10 kWh = 0,622 €)

Il en résulte (en négligeant la récupération de la consommation du ventilateur de pulsion sous forme de chaleur) :

Économie totale = Economie en chauffage + Economie électrique = NB heures x (0,24 [c€/h] + 1,09 [c€/h])

Nombre d’heures d’inoccupation du bureau = NB heures = 30 [€/an] / 0,0133 [c€/h] = 2 256 [heures/an]

Si on imagine qu’en complément de la détection de présence par bureau, le ventilateur est mis à l’arrêt lorsque toutes les bouches sont fermées (la nuit et les week-ends), pour éviter que celui ne tourne dans son jus, le temps maximum de fonctionnement de l’installation de ventilation est estimé à 2 500 heures par an (250 journées de 10 h). L’investissement peut donc être facilement rentabilisé dans le temps prévu (5 ans), rien qu’en coupant la ventilation le weekend, la rentabilité est déjà atteinte !

En conclusion

La gestion de la ventilation à la demande (c’est-à-dire par sonde de qualité d’air ou détection de présence) ne peut se justifier que

pour des débits gérés par sondes suffisamment importants,
pour des temps de fonctionnement à régime réduits suffisamment importants par rapport au temps de fonctionnement total de l’installation de ventilation.

Dans les autres cas, il faut se contenter de systèmes très simples comme la simple horloge sur l’extraction.

Contrôle des heures de fonctionnement

Le contrôle le plus simple se fait via un compteur d’heures de marche du ventilateur ou un compteur d’heures de marche couplé avec un compteur du nombre d’enclenchements.

En faisant de temps en temps des relevés par pointage, à des intervalles courts, on voit très bien si le nombre d’heures et d’enclenchements est raisonnable ou non et si une amélioration de la gestion ne se justifie pas.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les locaux d’hébergement

Amenée d’air naturel
Grille de transfert
Evacuation naturelle

Chambres et sanitaires individuels

Dans les hôtels, auberges, pensionnats, … les plans de type « chambre et sanitaire individuels » présentent très souvent la même configuration : Chaque chambre représente un ensemble autonome composé de 3 zones

la chambre proprement dite (à un ou plusieurs lits),
la salle d’eau attenante, y compris WC,
l’entrée donnant accès aux deux premières zones et au couloir commun à toutes les chambres.

Disposition habituelle de chambres individuelles :
une gaine technique dessert les sanitaires contigus.
Le faux plafond de l’entrée et des sanitaires peut être plus bas que celui de la chambre,
ce qui permet le passage de gaines techniques, notamment pour la pulsion d’air mécanique.

On trouve une configuration équivalente dans les hôpitaux :

Généralement, deux salles d’eau contiguës ont en commun une gaine technique verticale. Un seul conduit d’extraction mécanique est habituellement placé dans celle-ci, desservant à chaque niveau deux ensembles contigus. Un extracteur en toiture peut ainsi reprendre l’extraction de 5 niveaux, c’est-à-dire 10 chambres. L’inconvénient de cette configuration est la transmission acoustique entre les différents ensembles.
L‘air neuf est introduit dans les chambres

Soit naturellement, au moyen de grilles autoréglables placées en façade dans les menuiseries ou la maçonnerie (ventilation simple flux). Lorsque l’ambiance extérieure (bruit et pollution limités) le permet, c’est la solution la plus simple à mettre en œuvre.

Grille intégrée entre le vitrage et la menuiserie et intégrée dans la menuiserie.

Soit mécaniquement, par un réseau de conduits placé dans le faux plafond des zones de circulation ou dans la gaine technique commune aux extractions. La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque bureau est alors obtenue par une grille murale placée au niveau de la retombée des faux plafonds des circulations ou de l’entrée.

Le transfert d’air entre la chambre et la salle d’eau se fait, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.

Grille de transfert d’air.

Chambres individuelles et sanitaires communs

Concevoir

On se retrouve dans une situation semblable à celle des immeubles de bureaux.

Les chambres sont desservies par des circulations donnant également accès à un ou plusieurs complexes sanitaires. Ce type d’agencement donne aux différents principes de ventilation retenus une orientation commune :

Air neuf
Air vicié

L’introduction d’air neuf dans les chambres,
le transfert des volumes d’air introduits via les circulations,
l’évacuation vers l’extérieur de l’air vicié dans les locaux sanitaires.

L’air neuf peut être amené dans les chambres par grilles autoréglables placées en façade dans les menuiseries ou la maçonnerie (ventilation de type C ou simple flux), l’air vicié étant évacué dans les sanitaires au moyen d’un ventilateur d’extraction.

Air neuf
Air vicié

Ventilation des locaux d’hébergement par ventilation simple flux (système C).

Les circuits d’extraction (conduits et ventilateurs) sont, dans la plupart des cas, communs à plusieurs niveaux. Ils sont généralement conçus suivant le principe du « parapluie ». Les conduits verticaux empruntent les gaines techniques également verticales et les conduits horizontaux passent dans l’épaisseur des faux plafonds. Ces ensembles desservent à chaque niveau une ou plusieurs zones sanitaires.

Étant donné l’absence de conduit de distribution vers chaque chambre, l’espace nécessaire aux locaux techniques et aux conduits d’air est peu important. Ceci prend toute son importance en regard des hauteurs de faux plafonds qui n’ont pas à tenir compte du passage de conduits d’air.

Cependant, pour limiter l’influence du vent et des circulations d’air parasites, ce type d’installation ne s’applique qu’aux immeubles de taille moyenne et peu élevés : immeubles de moins de 13 m de haut (hauteur au plancher du dernier étage).

Le système de ventilation D ou double flux, c’est-à-dire équipé d’une pulsion et d’une extraction mécanique, est quant à lui le meilleur en terme de maîtrise des débits dans les locaux : on a la garantie que les chambres sont bien alimentées en air neuf et que l’air vicié des sanitaires est directement évacué vers l’extérieur.

Air neuf
Air rejeté
Air vicié

Ventilation des locaux d’habitation par ventilation double flux (système D).

Ce système est pratiquement indispensable dans les immeubles importants en site urbain.

La distribution de l’air neuf est assurée par un réseau de conduits placé dans les faux plafonds des zones de circulation.

La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque chambre est obtenue par une grille murale placée au niveau de la retombée des faux plafonds des circulations, ou dans le cas de grandes chambres communes par des diffuseurs plafonniers répartis sur la surface du dortoir.

L’extraction et le transfert se font comme pour le système C.

Concrètement, le choix du système D par rapport au système C sera guidé par :

le souhait de garantir une répartition correcte des flux d’air,
le besoin de se protéger de l’ambiance extérieure (bruit et pollution),
le besoin de préchauffer ou d’humidifier l’air neuf.

Salles de séjour : principe du balayage

La ventilation des salles de séjour attenantes aux chambres doit assurer les débits recommandés par la norme NBN D50-001 (3,6 m³/h.m²). Il n’est cependant pas nécessaire de puiser cet air directement à l’extérieur. On peut appliquer, pour ces locaux, le principe dit « du balayage ». Celui-ci consiste à faire transiter par le séjour, l’air provenant des chambres, avant de l’évacuer dans les sanitaires. Si le débit nécessaire au séjour est supérieur au débit des chambres, des amenées d’air complémentaires doivent être ajoutées dans celui-ci.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le ventilateur

Ventilateur centrifuge et ventilateur hélicoïde ou axial.

Voici les éléments qui peuvent guider le choix :

Point de fonctionnement et rendement

Le dimensionnement du système de ventilation définit le débit à fournir par le ventilateur et la perte de charge du réseau que celui-ci doit vaincre.

Concevoir

Pour connaitre les paramètres de dimensionnement d’un système, cliquez ici !

Les courbes caractéristiques des ventilateurs donnent, en fonction du débit, la pression dynamique à fournir par le ventilateur pour mettre l’air en vitesse dans le réseau de distribution. Cette pression dynamique ajoutée à la perte de charge du réseau indique la hauteur manométrique du ventilateur.

Hauteur manométrique et débit ainsi déterminés constituent le point de fonctionnement du ventilateur.

Courbes caractéristiques d’un ventilateur centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière.
Pour fournir un débit de 8 000 m³/h, le ventilateur délivre une pression dynamique de 45 Pa.
Pour un réseau ayant, avec ce débit une perte de charge de 955 Pa, la hauteur manométrique
du ventilateur est de 1 000 Pa. Pour obtenir ce point de fonctionnement le ventilateur
doit tourner à 1 950 tr/min.
Pour ce point de fonctionnement, son rendement sera de 81 %
et la puissance à l’arbre sera proche de 2,8 kW.

On sélectionne donc d’abord les ventilateurs pouvant délivrer le débit et la perte de charge souhaitée. On sélectionnera ensuite, à partir des courbes caractéristiques, le ventilateur dont la pression dynamique est minimum au débit voulu, de manière à minimiser la hauteur manométrique totale à fournir. En fait, plus le ventilateur a une taille importante pour les performances voulues, plus sa pression dynamique sera faible. Ensuite on repère le ventilateur dont le rendement est maximum au point de fonctionnement.

Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments impose la pression dynamique maximum et le rendement minimum que doit atteindre le ventilateur choisi à son point de fonctionnement. Ces valeurs sont bien des valeurs minimales et sûrement pas optimales :

Type de ventilateur	% de pression dynamique max par rapport à la pression totale
Centrifuge à aubes inclinées vers l’avant.	20 %
Centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière.	10 %

Puissance utile	Rendement minimum
> 7,5 kW	80 %
7,5 kW > > 3,5 kW	75 %
3,5 kW > > 2 kW	70 %

L’Annexe C3 de la PEB exprime elle aussi des exigences quant au rendement des ventilateurs. Elle définit trois classes d’efficacité pour les ventilateurs en fonction de leur puissance spécifique (P_SFP) :

P_SFP = P/q_V[W.m^-3.s]

où :

P = puissance absorbée au moteur du ventilateur [W]
q_V = débit nominal à travers le ventilateur en [m³.s^-1]

Cette puissance spécifique doit toujours respecter la condition suivante :

P_SFP > 1250 [W.m^-3.s]

Bien entendu la puissance spécifique et le rendement (au point de fonctionnement nominal) sont liés par la formule suivante :

P_SFP = H_m/η [W.m^-3.s]

où :

H_m est la hauteur manométrique [Pa]
η est le rendement nominal [-]

La valeur de 1250 W.m^-3.s correspond à la valeur maximale acceptable (la plus défavorable du point de vue énergétique). La catégorie la plus efficace est elle caractérisée par une puissance spécifique inférieure ou égale à 500 W.m^-3.s.

Notons que pour les ventilateurs à débit variable, le « 105 » recommande d’envisager 2 points de fonctionnement pour lesquels il faut respecter ces rendements : le débit maximum et 60 % de celui-ci. Pour les installations comprenant un filtre, ces rendements doivent être respectés pour tous les points de fonctionnement compris entre la situation « filtre propre » et la situation « filtre sale ».

Attention, le rendement mentionné ici correspond au seul ventilateur et non à l’entièreté du système qui englobe également la transmission et le moteur.

Exemple.

Un ventilateur doit être sélectionné pour fournir un débit de 1,2 m³/s (4320 m³/h) et une hauteur manométrique de 1 000 Pa

Une recherche dans les catalogues fournit les deux possibilités suivantes :

Le premier ventilateur (aubages recourbés vers l’avant) demande 1,8 kW en fonctionnement nominal, suite à son rendement de 67 %. Prix d’achat : +/- 600 €
Le deuxième (aubages recourbés vers l’arrière) ne demande que 1,4 kW pour fournir le même débit sous le même D p, suite au rendement de 84 %,…mais son prix est 40 % plus élevé ! Prix d’achat : +/- 825 €

Ventilateur avec aubages recourbés vers l’avant.

Remarquons que la puissance électrique absorbée par le ventilateur est parfois directement donnée par le constructeur sous forme d’abaque. Elle peut aussi être rapidement calculée par la formule :

Puissance [W] = Débit [m³/s] x Pression [Pa] / Rendement

Réalisons le bilan annuel des consommations :

Gain de puissance : 1,8 [kW] – 1,4 [kW] = 0,4 [kW]
Économie de consommation : 0,4 [kW] x 24 [h] x 365 [j] x 0,16 [€/kWh] = 560,6 [€/an]
Temps de retour de l’investissement : (825 [€] – 600 [€]) / 560,6 [€/an] = 0,4 [an]
Bénéfice sur 10 ans de fonctionnement : 10 x 306,6 [€/an] – 275 [€] = 5331 [€] !

Calculs

Pour estimer un peu plus précisément l’impact du rendement du ventilateur sur la consommation de la ventilation, cliquez ici !

Lorsqu’une installation de ventilation est gérée en fonction de la demande

Lorsqu’un groupe de ventilation assure la qualité de l’air d’un seul local (salle de conférence, …), la gestion de la ventilation se fera principalement en agissant sur la vitesse du ventilateur. Dans ce cas le rendement de départ du ventilateur sera pratiquement conservé sur toute la plage de réglage.

Par contre, lorsqu’un groupe de ventilation alimente plusieurs locaux, le réglage des débits peut se faire en agissant sur l’ouverture des différentes bouches. Dans ce cas, la fermeture de bouches va entraîner le redressement de la courbe caractéristique du circuit. Le point de fonctionnement va se déplacer vers la gauche de la courbe caractéristique du ventilateur. Pour rester le plus longtemps possible dans la zone de rendement maximum, il est conseillé de choisir un ventilateur dont le maximum de rendement se trouve à gauche du point de débit maximum.

Evolution du point de fonctionnement d’un système de ventilation lorsqu’une régulation par étranglement est appliquée.

Remarques.

Les courbes caractéristiques reprises dans les catalogues sont données pour un ventilateur gainé au niveau de l’aspiration et du refoulement. Elles ne correspondent pas, par exemple, à une situation où la pulsion se fait librement dans un local. Dans ce cas, les corrections à apporter doivent être demandées au fabricant. Lorsque l’on installe un ventilateur dans un caisson, ce sont les courbes du ventilateur intégré qu’il faut demander et non celles du ventilateur nu.
Les courbes caractéristiques sont données avec une certaine tolérance d’erreur. Les seuils de tolérance sont donnés par la norme DIN 24166. La plupart des fabricants respectent les tolérances de niveau 2. Certains atteignent le niveau 1. D’autres, à l’inverse, ont un seuil de tolérance de 3 ou 4. Dans ce dernier cas, les fabricants se tiennent bien souvent de le mentionner dans leur documentation. En fonction de la sévérité que l’on veut imposer sur le résultat à obtenir, on peut mentionner dans le cahier des charges de l’installation, le niveau de tolérance souhaité suivant la DIN 24166.

Aubes recourbées vers l’avant ou vers l’arrière ?

Dans les immeubles tertiaires, on rencontre principalement des ventilateurs centrifuges, soit à aubes recourbées vers l’avant, soit à aubes recourbées vers l’arrière.

1^er critère : le rendement

A priori les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’arrière auront un meilleur rendement que les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant, mais ce n’est pas une règle tout à fait générale. Les premiers sont donc à conseiller sauf si un faible encombrement prime sur l’efficacité énergétique. Leur surcoût est très rapidement rentabilisé par la diminution des consommations électriques. Ce surcoût de ventilateur sera généralement minime si on le compare au coût global d’une nouvelle installation de ventilation. Par contre, le gain de rendement qui en résulte est déterminant pour les frais d’exploitation : plus de 50 % de la consommation électrique de la ventilation sont dus aux pertes de l’ensemble moteur-transmission-ventilateur.

Répartition des coûts d’un ventilateur.

Par exemple, pour des raisons d’efficacité énergétique, le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments n’autorise les ventilateurs à aubes inclinées vers l’avant que pour des débits inférieurs à 5 000 m³/h et des hauteurs manométriques inférieures à 600 Pa.

2^ème critère : l’allure de la courbe caractéristique

Dans les réseaux à débit constant

Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant ont une courbe caractéristique plutôt plate, c’est-à-dire que le débit varie fortement pour de faibles variations de pression. À l’inverse, les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière ont une courbe caractéristique fort penchée. Le débit varie donc peu pour de fortes variations de pression.

Courbe caractéristique d’un ventilateur à aubes recourbées vers l’avant
et à aubes recourbées vers l’arrière, pour un même point de fonctionnement.

En général, il est conseillé d’utiliser des ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière. En effet le débit de ventilation sera plus stable face aux perturbations de pression que l’on rencontre inévitablement (vent, encrassement des filtres, …).

Exemple.

La différence de perte de charge entre un filtre propre et un filtre sale est de l’ordre de 250 PA, la variation de débit entre ces deux situations peut dépasser 25 % dans la cas d’un ventilateur à action. Elle peut être inférieure à 10 % si on se trouve dans la partie descendante de la courbe d’un ventilateur à réaction.

Les ventilateurs à aubes arrières sont donc indispensables pour la ventilation de locaux ou un débit stable est important comme les salles blanches avec flux laminaire.

Dans les réseaux à débit variable

Avec une gestion des débits local par local dans un système de ventilation multizone, la fermeture de certaines bouches entraîne une augmentation de la pression dans le réseau de distribution et donc aussi une augmentation du débit et du bruit au niveau des bouches restées ouvertes. Dans certains cas

Soit en choisissant un ventilateur à aubes recourbées vers l’avant. Ceux-ci ayant une courbe caractéristique plutôt plate, ils permettent donc le maintien d’une pression plus ou moins constante lorsque l’on fait varier le débit, par exemple par fermeture de certaines bouches du réseau de distribution.
Soit en choisissant un ventilateur à aubes recourbées vers l’arrière associé à une variation de vitesse, maintenant une pression constante en un point du réseau.

Gestion du débit dans un réseau de ventilation,
soit avec ventilateur à action,
soit avec ventilateur à réaction et maintien de la pression en tête de réseau.

Il faut alors comparer le surcoût d’un ventilateur à aubage arrière et d’une variation de vitesse avec l’économie énergétique réalisée en choisissant un ventilateur à aubage arrière par rapport à un ventilateur à aubage avant.

Dans les systèmes de ventilation unizone, où on prévoit une régulation du débit par étranglement, solution par ailleurs peu recommandée, l’utilisation d’un ventilateur à aubes avant permet de grandes variations de débit avec des faibles mouvements du registre. À l’inverse, il arrive que l’utilisation d’un registre d’étranglement n’ait que peu d’impact sur le débit d’un ventilateur à aubes arrières.

Mode d’entraînement du ventilateur

Rendement global

Le rendement du ventilateur est une chose, il faut cependant aussi être attentif au rendement de l’ensemble formé par le ventilateur, son entraînement (moteur et transmission).

Pour comparer deux solutions de ventilateur, on peut demander à chaque fournisseur la puissance électrique absorbée par le moteur pour obtenir le débit et la hauteur manométrique voulus, le rendement étant égal à :

Rendement = Débit [m³/s] x Hauteur manométrique [Pa] / Puissance électrique [W]

Pour se faire une idée de la qualité des solutions, on peut comparer le rendement proposé aux valeurs minimum imposées en Suisse par la SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes). Pour les installations dites très performantes, on peut dépasser ces valeurs de 5 %.

Rendement préconisé par SIA.

Transmission

La meilleure transmission est sans conteste la transmission directe car ses pertes sont moindres (2 à 5 %) et il n’y a pas de frais d’installation de poulies et courroies, pas de surveillance, pas de remplacement de courroies. L’encombrement du système est de plus nettement moindre ce qui n’est pas négligeable dans le cas de groupes monoblocs.

Cela nécessite bien entendu un système de remplacement pour adapter la vitesse de rotation, comme un convertisseur de fréquence, ce qu’on verra de plus en plus, vu la démocratisation de ce genre d’appareil. Le convertisseur a l’avantage qu’à tout moment on peut régler une vitesse intermédiaire, le démarrage est doux et il permet directement une surveillance totale du moteur. Son coût reste cependant élevé dans le cas de puissance électrique importante. Attention, un réglage du débit par étranglement, souvent appliqué, est à déconseillé pour des raisons de surconsommation.

À l’inverse, si de toute façon, pour des raisons de gestion du débit à la demande, l’installation est équipée d’un convertisseur de fréquence, autant alors opter pour une transmission directe plutôt qu’une transmission par courroies ayant un moins bon rendement.

Lorsque l’on opte pour une transmission par courroies, il faut prendre des poulies aussi grandes que possible. Une grande poulie diminue l’usure de la courroie lorsqu’elle doit se tordre pour s’enrouler autour de la poulie. Elle permet en outre de transmettre plus de force qu’une petite poulie. Le choix de petites poulies n’est justifié par certains fabricants que par leur prix inférieur.

Il faut en outre éviter les courroies multiples. Il vaut mieux peu de courroies avec des grandes poulies que des petites poulies avec plus de courroies. Souvent, les fabricants prévoient des courroies multiples à cause de l’effort au démarrage. Avec les systèmes modernes de démarrage en douceur (convertisseurs), on peut réduire le nombre de courroies.

Il faut éviter les courroies de section trop faibles (SPZ), elles sont facilement surchargées et s’usent rapidement. Pour diminuer l’usure et la saleté dégagée par les courroies (poussière noire collante), il est possible d’utiliser des courroies trapézoïdales crantées, qui durent beaucoup plus longtemps (elles se plient mieux au moment de l’enroulement dans la poulie), mais qui sont bien évidemment plus chères, il s’agit des types XP… au lieu de SP…

Moteur

Les moteurs qui équipe la plupart des ventilateurs actuels sont des moteurs asynchrones. Ces derniers ne présentent pas entre eux de grandes différences de rendement. Depuis peu, sont apparus sur le marché, des moteurs à courant continu. Ces derniers présentent des rendements nettement supérieurs. Actuellement, du fait de leur production à faible échelle, les moteurs à courant continu sont plus chers que leurs homologues asynchrones. Par exemple, le coût supplémentaire d’un ventilateur domestique à courant continu est de l’ordre de 100 €. L’amortissement de ce surcoût peut être estimé en moyenne à 4 ans.

Le rendement élevé, la faible usure et les possibilités de réglage font des moteurs à courant continu une solution d’avenir pour l’entraînement des ventilateurs.

Intégration du ventilateur dans le réseau

L’intégration du ventilateur dans le circuit joue un rôle non négligeable sur le rendement global de l’installation.

Sortie du ventilateur

Il est très important de concevoir les entrées et les sorties d’air du ventilateur afin d’avoir un flux d’air le plus stable possible.

On évitera ainsi de placer un coude ou un piquage à une distance inférieure à deux fois le diamètre de la roue du ventilateur.

La section de sortie du ventilateur doit être le plus possible adaptée à la section du conduit de distribution. L’idéal est le ventilateur hélicoïde débitant dans un conduit de même section que son diamètre. En effet, dans ce cas la veine d’air garde une direction constante.

Pour minimiser les pertes, la section du raccord doit être comprise entre 87,5 % et 107,5 % de la section de sortie du ventilateur et l’angle du raccord ne peut dépasser 15° pour un convergent et 7° pour un divergent. Idéalement, cette pièce de transformation doit être placée à une distance du ventilateur supérieure à deux fois le diamètre de sa roue.

Exemple.

Voici trois exemples de ventilateur débitant dans un même circuit. On voit la hauteur manométrique (image de la puissance absorbée) nettement plus importante que doit avoir un ventilateur dont l’orifice de refoulement est trop petit par rapport à la section du conduit, même lorsqu’on l’équipe d’un divergent de longueur correcte.

La surconsommation du troisième cas par rapport au premier est de 11 %.

Dans le même ordre d’idées, il est préférable de raccorder le ventilateur directement au gainage de distribution plutôt que de laisser la sortie de ce dernier libre dans le caisson du groupe. En effet, dans ce dernier cas, la pression dynamique disponible à la sortie du ventilateur (dépendant de la vitesse du fluide) est totalement perdue et non transformée en pression statique, à cause de l’absence de contraction des veines d’air lorsque celles-ci débouchent dans le plenum du caisson. Cette perte de pression dynamique constitue une perte de charge supplémentaire du caisson, correspondant à une surconsommation.

Exemple.

Comparaison de l’évolution de la pression dans un caisson de ventilation monobloc,
sortie libre dans le caisson et sortie raccordée au gainage.

Il faut en outre prévoir à la sortie du ventilateur une section de gaine droite suffisamment longue avant le premier changement de direction (au moins deux fois le diamètre de la roue du ventilateur). En effet, le fonctionnement du ventilateur sera perturbé si un changement de direction intervient alors que le flux d’air sortant du ventilateur n’est pas encore homogénéisé.

Evolution du flux d’air à la sortie d’un ventilateur.

Aspiration du ventilateur

Les conditions d’entrée du ventilateur jouent un rôle encore plus important sur ses performances.

La situation idéale est l’introduction d’air dans le sens de l’axe de rotation de la roue, de façon uniforme et sans turbulence.

Si les turbulences rotatives à l’entrée sont dirigées dans le sens de rotation de la roue, cela réduit la puissance de sortie et le rendement du ventilateur. Lorsque la turbulence est dirigée dans le sens inverse du sens de rotation de la roue, la puissance du ventilateur n’est peut-être pas réduite, mais celui-ci consomme plus d’électricité.

Exemples.

Ventilateurs avec gainage à l’aspiration (ventilateurs d’extraction).

Turbulence prérotative et turbulence prérotative corrigée.

Turbulence contre-rotative et turbulence contre-rotative corrigée.

Si l’ouïe d’aspiration du ventilateur et le gainage sont de sections différentes, la section du raccord doit être comprise entre 92,5 % et 112,5 % de la section d’entrée du ventilateur et l’angle du raccord ne peut dépasser 15° pour un convergent vers l’ouïe et 7° pour un divergent.

Lorsque l’ouïe d’aspiration d’un ventilateur est placée le long d’une paroi plane, il faut veiller à ce que la distance à la paroi soit au moins égale au diamètre d’entrée pour éviter la création d’une perturbation de la veine d’air aspiré.

Acoustique

Le bruit des ventilateurs peut avoir diverses origines mécaniques ou aérauliques (les bruits de type aéraulique sont généralement les plus importants) :

le bruit de ronflement du moteur qui entraîne le ventilateur
le bruit de la transmission mécanique au niveau des accouplements
le bruit de crissement des courroies au démarrage
le bruit des roulements et des paliers
le bruit de balourd résultant d’un mauvais équilibrage du ventilateur
le bruit de frottement de l’écoulement turbulent de l’air sur les pales du ventilateur et les parties fixes du ventilateur (carcasse,… )
le bruit du ventilateur servant à refroidir le moteur du ventilateur.

Comment connaître le bruit que fera le ventilateur ?

Pour comparer la production de bruit de plusieurs ventilateurs, il faut comparer leur puissance acoustique. Comparer les niveaux de pression sonore est inutile car cette grandeur dépend des conditions de mesure qui sont différentes chez tous les fournisseurs.

La puissance acoustique L_W du ventilateur est reprise dans les courbes caractéristiques présentes dans les catalogues des fournisseurs. Il faut cependant vérifier l’endroit du ventilateur où a été prise la mesure (gaine de refoulement, aspiration, …).

Notons qu’un ventilateur qui fonctionne dans des conditions proches de son rendement maximum sera le plus silencieux.

Exemple.

Courbes caractéristiques d’un ventilateur.

Le bruit du ventilateur, un critère de choix important ?

La puissance acoustique du ventilateur est un critère de choix déterminant chaque fois que le ventilateur est en communication directe avec l’ambiance : extracteur d’air visible depuis le local, ventilateur d’aérotherme, ventilo-convecteur, etc…

Tourelles d’extraction d’air en toiture. Dans la vue éclatée, on reconnaît les pales du ventilateur en partie supérieure, posé sur un caisson acoustique pour absorber le sifflement créé par le frottement des pales sur l’air.

Si, par contre, un réseau d’air est installé entre le ventilateur et les locaux, la situation est moins critique : des réflexions internes de l’onde acoustique ont lieu, la gaine absorbe en partie le bruit (surtout les hautes fréquences) et la pose d’absorbants supplémentaires est possible (silencieux, …). Ainsi, on diminue fortement le bruit d’un climatiseur de local en le plaçant dans un local annexe et en lui raccordant une gaine de distribution.

Par exemple, pour ventiler un grand espace, la première situation va imposer le placement d’un silencieux. La deuxième situation est moins critique et donc le critère acoustique devient moins important dans le choix du ventilateur.

Un silencieux est obligatoire.

Un silencieux peut parfois être évité grâce à l’absorption et à la réflexion dans les conduits.

Calculs

Exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation : cliquez ici !

À noter cependant que la présence d’un silencieux va augmenter la perte de charges du réseau et donc la consommation du ventilateur durant toute la durée de vie de l’installation. Un bilan financier doit comparer le coût d’investissement d’un ventilateur de faible niveau sonore, avec celui d’un équipement plus bruyant complété d’un silencieux pour lequel il faut compter une consommation complémentaire …

Un niveau sonore lié à la hauteur manométrique

Si le niveau de puissance sonore n’est pas mentionné sur la documentation technique du fabricant, il peut être déduit de la formule de Beranek :

L_w= 37 + 10 log q_v+ 20 log (Δp) [dB]

où,

q_v= le débit volumique en m³/s.
Δp = la hauteur manométrique totale en PA.
L_w= le niveau global de puissance sonore du ventilateur en dB.

Cette formule s’applique aux ventilateurs dont le rendement minimal est de 70 %. Il faut ajouter 4 dB à chaque baisse de 10 % du rendement.

Cette formule fournit une valeur moyenne très approximative.

Elle permet cependant de mettre en évidence le niveau de bruit élevé des installations « haute pression ». Si, pour des raisons d’encombrement de gaines, il est décidé de réaliser un réseau à haute vitesse et haute pression, une étude acoustique préalable sérieuse s’impose.

Choisir un ventilateur à haut rendement et basse vitesse

La production de bruit d’un ventilateur est:

inversement proportionnelle à son rendement
proportionnel à sa vitesse

On a donc aussi tout intérêt, pour limiter la puissance sonore du ventilateur, à choisir le ventilateur ayant le meilleur rendement au point de fonctionnement. En fait, plus un ventilateur crée des turbulences, plus son rendement se dégrade, et plus il crée du bruit. À rendement égal, le ventilateur tournant le moins vite (c’est-à-dire le plus grand, si on compare 2 ventilateurs ayant le même type de roue), sera le plus silencieux.

Ceci a également pour conséquence une diminution de la taille de l’éventuel silencieux dont peut être équipé l’installation.

Bien choisir l’implantation du local technique ou de l’extracteur

Local technique

Le local technique est un local bruyant (… NR 75 …). Il faut tout d’abord veiller à confiner le bruit à sa source, par exemple en utilisant des caissons de traitement d’air à doubles parois. Les caractéristiques acoustiques de ces derniers peuvent être ajustées en jouant sur l’épaisseur des tôles et l’épaisseur de l’isolant intérieur. Ensuite, on essayera de limiter la transmission du bruit vers les locaux adjacents, principalement si ces derniers sont des locaux de travail.

Le local technique (où sera installé le ventilateur) sera placé de préférence sous les pièces de service, des circulations communes,… et non sous un local où le niveau sonore doit être limité. Latéralement, des espaces intermédiaires peuvent être prévus (couloirs, locaux de stockage, …).

Lorsque les locaux techniques ne peuvent être implantés qu’à proximité de locaux sensibles, les murs mitoyens doivent être de structure suffisamment lourde pour respecter l’objectif acoustique imposé dans les locaux sensibles. Il en va de même pour la dalle. L’indice d’affaiblissement des parois dépend du spectre du bruit des équipements installés dans les locaux techniques.

Si nécessaire, la pose de matériaux absorbants sur les parois du local technique permettra de limiter la réflexion des sons dans le local. De ce fait, le bruit global sera diminué puisqu’il n’y aura plus addition entre « le nouveau » bruit produit et « l’ancien » bruit réfléchi. À noter que les caractéristiques d’absorption des matériaux doivent être adaptées aux fréquences émises par les équipements.

Cette amélioration ne sera que partielle; ainsi, doubler la surface équivalente d’absorption dans le local ne diminue le niveau sonore que de 3 dB. Si le problème acoustique est limité à une seule paroi de contact, c’est d’abord celle-ci que l’on traitera (paroi très lourde ou paroi double avec effet masse-ressort-masse).

La taille du local technique joue également un rôle important en acoustique. En effet, un local trop exigu rendra difficile le positionnement des équipements et notamment des silencieux, capots, isolation acoustique des parois.

Portes d’entrée et d’accès pour le matériel

Les portes d’entrée au local technique peuvent constituer un pont acoustique important si aucune précaution n’est prise lors de leur choix : portes acoustiques, porte à doubles battants avec montant central fixe mais amovible, sas constitué de deux portes en enfilade et éventuellement équipé de matériau absorbant.

Pour pouvoir rénover ultérieurement le matériel technique, une accessibilité du local suffisamment importante doit être assurée. Elle ne sera utilisée que lors du montage et du remplacement des équipements. Pour éviter le placement de grandes portes acoustiques, on peut aussi poser des « murs fusibles », c’est-à-dire des murs qu’il est possible de démolir, plutôt que de prévoir des portes acoustiques de grande dimension.

Conduits

Les conduits constituent des ponts phoniques importants… à éviter si possible (ne pas les faire passer par les locaux techniques).

Garage collectif

On sera particulièrement attentif au groupe de ventilation d’un garage où un volume suffisant doit être prévu pour y placer un silencieux.

Extracteur extérieur

Ils doivent être placés le plus loin possibles des pièces de travail, et tout particulièrement de leurs fenêtres ! En fonction des règlements locaux en matière d’émission de bruit vers le voisinage, un traitement acoustique de l’extraction doit être prévu (silencieux, …).

Couper la transmission du bruit vers les supports

Pour réduire la propagation des vibrations des ventilateurs à la structure du bâtiment, on insère sous son socle des supports élastiques antivibratiles de manière à réaliser une dalle flottante.

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

Pour une bonne efficacité, la fréquence propre du système antivibratile doit être 3 à 4 fois inférieure à la fréquence excitatrice.

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 (sous l’équipement ou sur tout le local) sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aigües.

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.

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

À noter l’importance de réaliser des raccordements souples des gaines et des canalisations à la machine qui vibre, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Encombrement

Parfois des impératifs de place peuvent imposer le choix d’un ventilateur plus petit mais tournant à plus grande vitesse. Ce critère de choix va cependant à l’encontre des critères précédents. Pour un même point de fonctionnement, un ventilateur plus petit aura un plus mauvais rendement et produira plus de bruit.

Le ventilateur plus petit coûte évidemment moins cher à l’investissement, mais la surconsommation électrique qu’il engendre fait vite oublier ce bénéfice.

Posted By : 25 Sep, 2007

Dimensionner un réseau de ventilation

Le dimensionnement d’un réseau de ventilation consiste à calculer le diamètre de chaque conduit et d’en déduire la hauteur manométrique à fournir par le ventilateur.

Exemple de base

Les différentes méthodes de dimensionnement seront appliquées ci-après à l’exemple de réseau de distribution suivant :

Le débit à fournir par le ventilateur est de 12 600 m³/h. Il se répartit en 5 bouches de pulsion :

Bouche	Débit pulsé
Bouche a	3 600 [m³/h]
Bouche b	1 800 [m³/h]
Bouche c	1 800 [m³/h]
Bouche d	3 600 [m³/h]
Bouche e	1 800 [m³/h]

Pour pulser le débit souhaité, les bouches doivent être alimentées sous une pression de 50 Pa.

Méthode des pertes de charge constantes par branche

Cette méthode consiste à fixer la perte de charge linéaire dans la branche du réseau la plus résistante (a priori, la plus longue), par exemple à une valeur de 1 Pa/m (valeur courante de compromis entre les problèmes acoustiques liés à une vitesse trop élevée de l’air et l’investissement lié à la taille des conduits). Ensuite, en partant de la bouche la plus défavorisée, on égalise la perte de charge de chacune des branches parallèles, ce qui permet d’en déterminer le diamètre. On obtient ainsi en final un réseau directement équilibré.

Suivant des tables reprises dans la littérature, les accidents de parcours (coudes, changements de section, tés, bifurcations, …) sont assimilés à une longueur de conduite équivalente, c’est-à-dire ayant la même perte de charge.

En reprenant l’exemple de base :

Tronçon E-a

On fixe dans ce tronçon la perte de charge linéaire à 1 Pa/m. Connaissant la longueur des conduits et la longueur équivalente des accidents, on déduit immédiatement la perte de charge du tronçon. Ensuite, connaissant la perte de charge linéaire et le débit véhiculé par un tronçon, on peut immédiatement calculer sa section en fonction du débit, en se référant aux abaques couramment rencontrés dans la littérature (fonction de la forme du conduit et de sa composition).

L’exemple est ici donné pour des conduits circulaires. Il est semblable pour des conduites rectangulaires.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
E-F	12 600	3,5	1	1	1	1	–	–
F-G	12 600	3,5	2	1	2	3	710	8,85
G	12 600	3,5	7	1	7	10	710	8,85
G-H	12 600	3,5	3	1	3	13	710	8,85
H	12 600	3,5	7	1	7	20	710	8,85
H-I	12 600	3,5	4	1	4	24	710	8,85
I	12 600	3,5	7	1	7	31	710	8,85
I-J	5 400	1,5	8	1	8	39	506	7,47
J	5 400	1,5	5	1	5	44	506	7,47
J-K	5 400	1,5	1	1	1	45	506	7,47
K	5 400	1,5	5	1	5	50	506	7,47
K-L	3 600	1	9	1	9	59	430	6,89
L	3 600	1	4	1	4	63	430	6,89
L-a	3 600	1	2	1	2	65	430	6,89
a	3 600	1	–	–	(50)	115	–	–

Tronçon K-b

En E, la pression est de 115 Pa. En K, elle est de 115 – 45 = 70 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon K-b doit être identique à la perte de charge du tronçon K-a, à savoir 70 – 50 = 20 Pa

La longueur du tronçon K-b est de 9 m, à laquelle vient s’ajouter la longueur équivalente du coude (6 m), ce qui donne une longueur de 15 m pour une perte de charge de 20 Pa, soit une perte de charge linéaire de 1,33 Pa

On en déduit comme pour le tronçon précédent le diamètre des conduits en fonction du débit véhiculé.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
K-M	1 800	0,5	7	1,33	9	9	308	6,73
M	1 800	0,5	6	1,33	8	17	308	6,73
M-b	1 800	0,5	2	1,33	3	20	308	6,73
b	1 800	0,5	–	–	(50)	70	–	–

Tronçon I-c

En I, la pression est de 115 – 31 = 84 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon I-c doit être identique à la perte de charge du tronçon K-a, à savoir 84 – 50 = 34 Pa.

Le tronçon I-c comporte 13 m de section droite et 25 m de longueur équivalente due aux coudes et changement de section, ce qui donne une longueur de 38 m pour une perte de charge de 34 Pa, soit une perte de charge linéaire de 0,97 Pa On en déduit comme pour les tronçons précédents le diamètre des conduits en fonction du débit.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
I-N	7 200	2	2	0,97	2	2	571	7,82
N	7 200	2	6	0,97	6	8	571	7,82
N-O	7 200	2	1	0,97	1	9	571	7,82
O	7 200	2	6	0,97	6	15	571	7,82
O-P	7 200	2	3	0,97	3	17	571	7,82
P	7 200	2	4	0,97	4	21	571	7,82
P-Q	3 600	1	3	0,97	3	24	433	6,81
Q	1 800	0,5	3	0,97	3	27	328	5,93
Q-R	1 800	0,5	3	0,97	3	30	328	5,93
R	1 800	0,5	3	0,97	3	33	328	5,93
R-c	1 800	0,5	1	0,97	1	34	328	5,93
c	1 800	0,5	–	–	(50)	84	–	–

Tronçon P-e

En P, la pression est de 84 – 22 = 62 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon PE doit être identique à la perte de charge du tronçon P-c, à savoir 62 – 50 = 12 Pa.

Le tronçon PE comporte 6 m de section droite et 4 m de longueur équivalente due au coude, ce qui donne une longueur de 10 m pour une perte de charge de 12 Pa. La perte de charge linéaire est donc de 1,26 Pa.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
P-S	3 600	1	5	1,26	6	6	410	7,56
S	3 600	1	4	1,26	5	11	410	7,56
S-e	3 600	1	1	1,26	1	13	410	7,56
e	3 600	1	–	–	50	63	–	–

Tronçon Q-d

En Q, la perte de charge du tronçon Q-d doit être identique à la perte de charge du tronçon Q-c, à savoir 10 PA Le tronçon PE comporte 1 m de section droite et 3 m de longueur équivalente due au piquage, ce qui donne une longueur de 4 m pour une perte de charge de 10 Pa, soit une perte de charge linéaire de 2,43 Pa.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
Q	1 800	0,5	3	2,43	7	7	273	8,55
Q-d	1 800	0,5	1	2,43	2	10	273	8,55
d	1 800	0,5	–	–	50	60	–	–

Tronçon A-E

La pression nécessaire au niveau de la prise d’air extérieure est de 40 Pa La perte de charge du filtre est de 45 Pa (modification de section comprise). On se fixe dans ce premier tronçon une perte de charge de 0,5 Pa/m.

Tronçon	Débit	q	Longueur	Dp lin	Dp	Σ Dp	Diam	Vitesse
–	[m³/h]	[m³/s]	[m]	[Pa/m]	[Pa]	[Pa]	[mm]	[m/s]
A	12 600	3,5	–	–	(40)	40	–	–
A-B	12 600	3,5	4	0,5	2	42	815	6,70
B	12 600	3,5	8	0,5	4	46	815	6,70
B-C	12 600	3,5	2	0,5	1	47	815	6,70
C-D	12 600	3,5	–	–	(45)	92	–	–
D-E	12 600	3,5	–	–	(0,5)	92,5	–	–

Dimensionnement du ventilateur

Le ventilateur doit donc fournir un débit de 12 600 m³/h, avec une pression de 115 + 92,5 = 207,5 Pa

Méthode de la vitesse constante dans la branche la plus résistante

Plutôt que de se fixer une perte de charge linéaire constante dans le tronçon le plus défavorisé (E-a), on peut y fixer une vitesse (exemple : 6,5 m/s).

Puisque l’on connaît la vitesse dans ce tronçon, on peut calculer automatiquement les sections et les diamètres des conduits en fonction du débit véhiculé puisque :

Section = Débit / Vitesse

La perte de charge de chaque section est alors déterminée par des abaques en fonction du type de conduit choisi.

Une fois que l’on a déterminé les sections du premier tronçon, les sections et les pertes de charge de chaque tronçon sont calculées comme dans la méthode précédente.

Méthode des pertes de charge linéaires ou des vitesses dans toutes les branches

Pour simplifier le calcul, on peut également fixer soit la perte de charge linéaire, soit la vitesse dans l’entièreté du réseau de distribution. Les bouches sont alors choisies en fonction de la pression disponible en amont. Si cette pression est trop importante, il faudra diminuer la section du conduit du tronçon ou installer un registre de réglage. Cette méthode est plus simple mais demande quand même le calcul des pressions disponibles à chaque bouche. Leur choix et leur ajustement sont en outre plus complexes.

Outils informatiques

La complexité des réseaux peut rendre fastidieux le calcul d’un réseau complet, surtout si on veut multiplier les essais de manière à optimaliser la solution, en terme d’investissement, de consommation énergétique, de bruit, ….

Heureusement, il existe sur le marché des programmes informatiques qui intègrent les différentes méthodes de calcul et qui fournissent également comme résultats, les surfaces de réseau, son poids, les déperditions en fonction de la température du fluide transporté, des vitesses d’air et des matériaux.

Projet OPTIVENT

Pour les installations résidentielles, le CSTC a développé récemment lors du projet OPTIVENT un outil de calcul informatique gratuit permettent de concevoir, dimensionner et équilibrer un réseau de ventilation.

Posted By : 25 Sep, 2007

Check-list pour une installation [Ventilation URE]

Voici un résumé des points essentiels qui garantissent une installation de ventilation énergétiquement efficace et confortable.

On sera attentif à 3 aspects du projet :

Paramètres de dimensionnement

Exigences	Pour en savoir plus
Le débit d’air doit correspondre aux exigences des réglementations en vigueur (ni plus, ni moins).	Concevoir
Idéalement, les pertes de charge du réseau de distribution double flux ne doivent pas dépasser 900 Pa (recommandation SIA pour les installations très performantes).	Concevoir
La vitesse de l’air dans les conduits doit être limitée pour limiter les pertes de charge et la production acoustique.	Concevoir
Le niveau acoustique dans les locaux ne doit pas dépasser (grand standing/moyen/minimal):	Concevoir

Choix de matériel

Exigences

Pour en savoir plus

Tout bâtiment neuf doit comporter un dispositif de ventilation avec au minimum des amenées d’air neuf naturelles ou mécaniques dans les locaux de travail et une extraction d’air vicié dans les sanitaires (ventilation simple ou double flux).

Concevoir

Idéalement, une pulsion d’air neuf doit être accompagnée d’un préchauffage (T° de 12 .. 16°C), pour éviter les risques de courant d’air et les risques de condensation sur les conduits et d’une humidification en hiver.

Concevoir

Le debit nominal des amenées d’air doit correspondre aux réglementations pour une différence de pression de 2 Pa.

Concevoir

Pour éviter les risques de courant d’air, les grilles d’amenées d’air naturelles doivent comporter un système autoréglable maintenant le débit dans une plage acceptable.

Concevoir

Pour éviter les courants d’air, les grilles d’amenées d’air naturelles doivent être disposées à plus de 1,8 m de haut et de préférence au-dessus d’un corps de chauffe.

Concevoir

Le coefficient k des grilles d’amenées d’air en position fermée ne doit guère dépasser 3 W/m²K.

Concevoir

Dans les ambiances extérieures bruyantes, des grilles d’amenées d’air naturelles peuvent être équipées d’une isolation accoustique.

Concevoir

Pour assurer un balayage correct de locaux, des dispositifs de transfert (grilles ou détalonnage des portes) doivent être prévus entre les locaux nécessitant un apport d’air neuf et les locaux d’où l’air est évacué.

Concevoir

Pour éviter les risques de courant d’air, les bouches de pulsion doivent être choisies telles que :

En résumé
Grandeurs à respecter	Où ?	Combien ?
Débit	zone d’occupation	selon les besoins
Puissance acoustique	au niveau de la bouche	max : 45 dB(A)
Vitesse de l’air	zone d’occupation (à 1,8 m de haut)	max : 0,2 m/s
Vitesse de l’air	le long des murs (à 1,8 m de haut)	max : 0,4 m/s
Écart de température dans l’air ambiant	zone d’occupation	max : + 1,5°C (chauffage)
Écart de température dans l’air ambiant	zone d’occupation	max : – 1°C (en refroidissement)

Concevoir

Les entrées et les sorties d’air doivent être disposées de manière à garantir un balayage correct des locaux et l’évacuation des polluants.

Concevoir

Si les bouches de pulsion peuvent être fermées (automatiquement par détection de présence ou manuellement par les occupants), un système d’autoréglage des débits doit être prévu sur chacune des bouches.

Concevoir

Aucune perturbation ne doit être prévue aux abords des bouches (registre, coude, …) sous peine d’une production acoustique importante.

Concevoir

Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière sont en général à privilégier. Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant ne sont permis que pour des débits inférieurs à 5 000 m³/h.

Concevoir

Le ventilateur choisi doit avoir le rendement maximum au point de fonctionnement.

Exigences du cahier des charges 105 :

Puissance utile	Rendement minimum
> 7,5 kW	80 %
7,5 kW > > 3,5 kW	75 %
3,5 kW > > 2 kW	70 %

Concevoir

Le ventilateur choisi doit avoir une pression dynamique minimum au point de fonctionnement.

Exigences du cahier des charges 105 :

Type de ventilateur	% de pression dynamique max par rapport à la pression totale
centrifuge à aubes inclinées vers l’avant	20 %
centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière	10 %

Concevoir

L’entraînement direct des ventilateurs avec convertisseur de fréquence présente moins de perte que l’entraînement par courroies.

Concevoir

Dans le cas d’un entraînement par courroies, il faut choisir les poulies les plus grandes possibles ou augmenter le rendement de transmission.

Concevoir

Pour des puissances inférieures à 1 kW, les moteurs à courant continu ont de meilleurs rendements que les moteurs asynchrones.

Concevoir

Pour limiter les pertes de charge, la section du raccord entre le ventilateur et le réseau doit être comprise entre 87,5 % et 107,5 % de la section de sortie du ventilateur et l’angle du raccord ne peut dépasser 15° pour un convergent et 7° pour un divergent. La pièce de transformation doit être placée à une distance du ventilateur supérieure à deux fois le diamètre de sa roue.

Concevoir

Le réseau de distribution doit être dessiné pour en diminuer la longeur et donc pour limiter la hauteur manométrique du ventilateur : préférer les branches parallèles au réseau en série.

Concevoir

Le réseau ne peut comporter de brusques changements de section ou de direction. Des aubes directrices peuvent être disposées dans les coudes présents dans le local technique.

Concevoir

Les conduits circulaires avec joints aux raccords sont préférables aux conduits rectangulaires (meilleure étanchéité, facilité de placement, pertes de charge moindres).

Concevoir

La vitesse de l’air au niveau des batteries doit rester dans une plage allant de 2 à 4 m/s.

Concevoir

Les conduits ne doivent pas passer à travers des locaux à haut niveau sonore.

Concevoir

Des tresses de laine minérale ou un mastic à élasticité permanente doivent être placés entre les conduits et les murs ou planchers traversés pour limiter la transmission acoustique.

Concevoir

Des fixations souples (couche élastique en Néoprène, par exemple) sont requises autour du caisson de traitement et pour le conduit principal.

Concevoir

Un filtre à poches (à partir de 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air neuf est nécessaire et suffisant.

Concevoir

La perte de charge initiale des filtres ne doit pas dépasser 90 Pa pour un filtre F6 et 120 Pa pour un filtre F7.

Concevoir

Le filtre à poches choisi devra avoir le média filtrant le plus épais possible.

Concevoir

L’étanchéité du pourtour des filtres doit être soignée.

Concevoir

Les filtres doivent être faciles d’accès pour l’entretien.

Concevoir

Un manomètre différentiel doit mesurer en permanence la perte de charge des filtres et fournir une alarme si celle-ci dépasse la pression recommandée par le fabricant. Un affichage à proximité du filtre doit reprendre les données telles que type de filtre, pertes de charge initiale et finale, date du dernier remplacement …

Concevoir

Les prises d’air et les rejets d’air extérieurs doivent respecter une série de conditions quant à leur emplacement pour garantir la qualité de l’air neuf et éviter les gênes pour le voisinage.

Concevoir

Le préchauffage de l’air se fera de préférence au moyen d’une batterie à eau chaude et non d’une batterie électrique.

Concevoir

Un récupérateur sur l’air extrait est à conseillé d’un point de vue énergétique. De préférence (si possible) : un échangeur à plaque pour les petits débits (.. 5 000 .. m³/h), un échangeur rotatif pour les grands débits (.. 20 000 .. m³/h).

Concevoir

La régulation du récupérateur en mi-saison (surchauffe) et en hiver (givre) doit se faire de façon modulante pour maximaliser les temps de récupération.

Concevoir

Systèmes de commande

Exigence	Pour en savoir plus
Dans les bâtiments à horaire de travail fixe, la ventilation doit être coupée par une horloge en période d’inoccupation (maintien d’un débit minimum dans les sanitaires).	Concevoir
Dans les salles de réunion ou de conférence à taux d’occupation variable et ventilation double flux indépendante, une sonde CO₂ peut gérer la vitesse du ventilateur en fonction de l’occupation.	Concevoir
Dans des bâtiments avec des locaux à occupation variable, la ventilation peut être liée à un détecteur de présence dans chaque local.	Concevoir

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les espaces médicalisés

Principe général

Dans les zones non médicalisées, on se rapproche de la conception des bâtiments classiques du tertiaire tels que les bâtiments ou les plateaux de bureaux administratifs ou médicaux. Dans ces zones la ventilation naturelle peut être envisagée pour autant qu’elle n’interfère pas avec la ventilation mécanique des autres zones (zones administratives intégrées dans des zones médicalisées par exemple).

Configuration la plus courante

Généralement, la ventilation dans les unités d’hospitalisation à risque de contamination faible est une ventilation mécanique à distribution de type horizontale :

La prise d’air pour le groupe de traitement peut se faire à l’étage considéré ou en toiture.
La distribution est composée d’un réseau de conduits horizontaux placés dans le faux plafond des zones de circulation (faux plafonds du couloir) et distribuant l’air neuf au droit de chaque chambre.
La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque chambre est alors obtenue par une grille murale placée au niveau de la retombée des faux plafonds des circulations ou de l’entrée.
Le transfert d’air entre la chambre et la salle d’eau se fait, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.

Grille de transfert d’air.

L’extraction de l’air vicié se fait, via la salle d’eau et le réseau de conduits horizontal, en bout de plateau ou à travers des conduits verticaux en toiture.

Le système à distribution verticale est à éviter dans les unités d’hospitalisation et dans les hôpitaux en général de manière à éviter la biocontamination croisée entre étages dont la spécialité médicale est différente (la pneumologie pourrait-elle partager le même réseau de ventilation que la maternité ?).

Ventilation double flux verticale.

Air neuf
Air rejeté
Air vicié

Équilibre amenée d’air neuf – évacuation d’air vicié

Les normes de ventilation n’impose pas d’équilibrer les débits d’extraction et d’amenée d’air. C’est cependant le moyen de garantir que les débits d’air neuf prévus soient effectivement introduits dans le bâtiment : l’air ne rentrera pas s’il ne peut sortir !

La norme doit donc être considérée comme une ligne de conduite reprenant les exigences minimales à respecter. Elle ne garantit en aucun cas le débit réel de ventilation du bâtiment.

Dans la mesure du possible, il faut donc essayer d’équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, tout en laissant un léger surplus d’amenée d’air par rapport à l’extraction pour maintenir les chambres en surpression et éliminer les entrées d’air parasites venant du couloir et de l’extérieur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des prises et des rejets d’air extérieurs

Prises d’air

Les prises d’air neuf doivent :

Être les plus proches possible de la centrale de traitement de l’air. On sait que les pertes de charge en aspiration sont plus faibles qu’en refoulement, car il s’agit d’une mise en vitesse; mais le dessin des prises d’air doit néanmoins être bien tracé, car la perte de charge existe, elle est une source de bruit et elle peut avoir une grande influence sur le fonctionnement des équipements placés en aval : ventilateurs, filtres, échangeurs.

Pour minimiser les pertes de charge,
il faut assurer un passage progressif entre l’espace infini extérieur
et la section du conduit d’aspiration.

Ne pas aspirer du côté de rues à fort trafic.

Éviter les effets de by-pass entre prise d’air neuf et évacuation d’air vicié. Les aspirations doivent naturellement être faites loin des zones de refoulement d’air vicié. Les prises d’air neuf doivent être faites plus bas que les sorties des rejets d’air vicié. De même, il faut s’éloigner des orifices d’évacuation des fumées de parking et tours aéroréfrigérantes, tout en tenant compte des vents dominants.

Pour limiter les charges calorifiques inutiles, éviter de disposer les prises d’air dans des endroits fortement ensoleillés (toitures, terrasses, façade ensoleillée, …) sans protection.

Résister aux intempéries. Pour cela, les aspirations se font en général du bas vers le haut, sinon sous la protection d’une visière assez longue, car l’aspiration a évidemment tendance à entraîner la pluie ou la neige. Ne pas oublier que neige et brouillard givrant peuvent très vite obturer les grillages de protection et faire se coller les uns aux autres les volets mobiles des registres automatiques ou autobasculants.

Limiter le transfert des bruits. Il est fréquent de confier aux prises d’air une fonction d’insonorisation permettant non seulement de réduire le bruit extérieur pénétrant dans l’installation, mais également le bruit de celle-ci partant vers l’extérieur, en particulier celui des ventilateurs.

Prévoir un accès pour le nettoyage. Celui-ci peut être fréquent puisque les grilles de prise d’air extérieur ne sont pas protégées par des filtres.

Ne pas permettre l’intrusion de rongeurs par exemple grâce à un grillage. Celui-ci sera réalisé avec une section de câble la plus faible possible pour limiter les pertes de charge à l’entrée.

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les prises d’air extérieures :

Le placement préférentiel de la prise d’air est face aux vents dominants.

Le dimensionnement de la prise d’air non protégée s’effectue sur base d’une vitesse d’air maximum de 2 m/s.

Les principales distances à respecter par rapport à la prise d’air sont reprises dans le tableau suivant :

Exigences EN 13779	en [m]
Distance au sol	1,5 x l’épaisseur de neige maximum
Distance minimale des sources polluantes (point de ramassage d’ordure, parking de plus de 3 voitures, …)	8

Rejets d’air

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les rejets d’air vers l’extérieur.
Si une bouche de rejet d’air est disposée sur un mur, elle doit respecter les prescriptions suivantes :

Les rejets d’air doivent se trouver à plus de 8 m d’un immeuble voisin.

Les rejets d’air doivent se trouver à plus de 2 m d’une prise d’air neuf située sur le même mur et de préférence au-dessus de celle-ci.

Le débit d’air par bouche ne peut dépasser 0,5 m³/s et la vitesse de l’air au droit de la bouche doit dépasser 5 m/s.

Si une de ces conditions n’est pas respectée, les rejets d’air doivent être installés en toiture.
L’Annexe C3 de la PEB complète la EN 13779 en imposant que dans le cas d’une ventilation naturelle, les bouches d’évacuation soient raccordées à un conduit d’évacuation qui débouche au-dessus du toit. Les conduits d’évacuation doivent avoir un tracé vertical autant que possible. Des déviations de maximum 30° par rapport à la verticale sont admises.

Combinaison rejet-entrée d’air

Distance minimum entre entrée et rejet d’air pour un air de ventilation courant à faible niveau de pollution (norme EN 13779).

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les salles de sport

Apport d’air neuf

L’apport d’air neuf nécessaire à la respiration des occupants et à l’évacuation des polluants doit être calculé en fonction du nombre des occupants potentiels et non en fonction d’un taux de renouvellement d’air, comme c’est parfois fait. Calculer les débits d’air en fonction d’un taux de renouvellement d’air de l’ordre de 3 à 4 [vol/h] conduit à des surdébits importants donc à un surdimensionnement et une surconsommation importants.

En France, l’arrêté du 12 mars 76 (toujours d’application) impose un débit de débit de 25 [m³/h par sportif]. En Belgique, l’annexe C3 de la PEB impose une valeur minimale générale de 22 m³/h par personne, sans distinction entre spectateurs et sportifs, et un taux d’occupation minimal de 3.5 m²/personne.

Dans les vestiaires, l’annexe C3 de la PEB impose un débit minimum de 25 m³/h par WC ou de 15 m³/h par m² et un débit de 5 m³/h par m² pour les douches avec un minimum de 50 m³/h.

Exemple.

Considérons une salle de sport de 7 000 m³. L’occupation maximum de la salle est de 24 sportifs (une classe) et 50 spectateurs.

Méthode de dimensionnement des apports d’air neuf	Dimensionnement	Débit d’air à assurer	Taux de renouvellement d’air
En fonction du nombre de personnes : 25 [m³/h.sportif] et 22 [m³/h.spectateur]	25 [m³/h.sportif] x 24 [sportifs] + 22 [m³/h.spectateur] x 50 [spectateurs]	1 700 m³/h]	0,24 [vol/h]
en fonction du taux de renouvellement d’air : 4 [vol/h] (valeur couramment rencontrée)	4 [vol/h] x 7 000 [m³]	28 000 [m³/h]	4 [vol/h]

Chauffage avec air recyclé

Dans les installations de chauffage à air, l’apport d’air de ventilation est souvent combiné au chauffage de la salle (chauffage par aérothermes avec prise d’air extérieure). Le débit d’air brassé par les émetteurs de chaleur est nettement plus élevé que les débits d’air hygiéniques recommandés. Il est donc important, pour des raisons d’économie d’énergie, de recycler une part importante de l’air de la salle, l’air neuf ne devant servir qu’à la ventilation hygiénique de la salle.

Le débit d’air neuf peut être surdimensionné uniquement pour les situations d’inconfort d’été ou de très forte affluence pour évacuer les calories excédentaires.

Modulation des apports d’air neuf

L’occupation d’une salle de sport est souvent variable (occupée en journée par une classe et en soirée par une compétition avec spectateur). Les débits d’air neuf nécessaires varient en conséquence. Il est dès lors intéressant de prévoir une possibilité d’adaptation des débits, soit automatique, soit manuelle. La ventilation doit en tout cas être arrêtée en période d’inoccupation.

Exemple.

Une salle de 44 x 22 m avec 150 places de gradins a une fréquentation maximum estimée à 300 personnes. En temps ordinaire, l’occupation ne dépasse pas 60 personnes (deux classes de collège). voici comment on pourrait envisager la ventilation :

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation normale de 10 à 60 personnes.

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation faible de 0 à 10 personnes.

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation forte de 60 à 300 personnes.

Le souhait de moduler et d’arrêter la ventilation en fonction de l’occupation impose de pouvoir découpler le fonctionnement du chauffage et de la ventilation, par exemple lors de la relance du chauffage avant occupation.

Infiltrations d’air

Les apports d’air neuf incontrôlés coûtent cher et provoquent des inconforts par courant d’air froid. Sans attention particulière, ceux-ci peuvent rapidement être importants (effet cheminée entre les entrées et la toiture …).

On aura donc soin de créer des sas d’entrée ou des espaces tampons non chauffés (hall d’entrée) et de munir les portes de dispositifs de fermeture automatique.

Une attention particulière doit être portée à l’étanchéité des tourelles d’extraction à l’arrêt, surtout en combinaison avec un chauffage à air chaud. Elles doivent au minimum comprendre des clapets de fermeture automatiques à l’arrêt des ventilateurs. Les extracteurs en toitures sont d’ailleurs à déconseiller lorsque l’on utilise un chauffage à air chaud, sauf s’il est prévu de les faire uniquement fonctionner à la demande (par exemple pour limiter les surchauffes par très forte affluence).

Balayage

Le principe du balayage consiste à ventiler les locaux annexes (vestiaires, douches, sanitaires) avec de l’air en provenance de la salle. L’air neuf est introduit dans cette dernière et transféré vers les locaux annexes d’où il est extrait. Ceci permet en outre de préchauffer l’air neuf avant son introduction dans les vestiaires et limite ainsi les risques de courant d’air.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les amenées d’air naturelles

Types de systèmes possibles

Systèmes inadéquats : les fuites, les fentes, les fenêtres et les conduits ouverts

L’URE consiste à assurer le confort des occupants, tout en maîtrisant les consommations énergétiques. Il faut donc limiter les apports d’air extérieurs à la quantité nécessaire et suffisante (ni plus, ni moins !) pour maintenir la qualité de l’air intérieur.

Or, les débits d’air frais entrant dans le bâtiment via les infiltrations (fuites et fentes) sont tout à fait incontrôlables (en quantité, en température, en direction et en durée) et varient fortement avec les conditions atmosphériques

Les fuites et les fentes représentent des ouvertures accidentelles et involontaires n’offrant aucune garantie quant au débit de fuite atteint.
Les fuites et les fentes constituent des dispositifs d’amenée d’air tout à fait incontrôlable, car sans réglage possible. Par grand vent, les risques de courant d’air sont importants et les pertes d’énergie sont incontrôlables. À l’inverse, par temps calme, les débits d’air neuf peuvent être insuffisants.
La surface totale des fuites d’un bâtiment est souvent insuffisante pour atteindre les débits exigés par la norme.
Les inétanchéités du bâtiment sont souvent mal réparties, conduisant à des inégalités de ventilation entre les locaux.

La ventilation par les fenêtres peut quant à elle servir de ventilation intensive périodique qui permet une élimination rapide des polluants émis dans l’ambiance.

Elle est inadéquate pour assurer une ventilation de base continue car :

Elle est liée à la bonne volonté des occupants ;
Elle est intermittente, ce qui signifie qu’entre les périodes d’ouverture le taux de CO₂ dans le local va fluctuer fortement entre les périodes d’ouverture et les périodes de fermeture et dépassera bien souvent la valeur couramment admise de 1 000 ppm ;
Elle est source d’inconfort pour les occupants étant donné les débits importants d’air neuf, souvent froid ;

Les conduits de ventilation ouverts (ouvertures non obturables dans les murs ou le sol) fournissent des débits souvent trop importants et non réglables. Ils ne peuvent servir qu’à la ventilation de locaux spéciaux comme les garages, les caves, les chaufferies, les greniers, …

Systèmes adéquats : les grilles de ventilation

La norme NBN D50-001 décrit les exigences relatives aux amenées d’air naturelles. Bien que son application ne soit obligatoire que pour les locaux d’hébergement, elle peut servir de base pour définir les caractéristiques minimums à respecter en la matière. La solution la plus élégante est la grille d’amenée d’air disposée en façade, soit dans les murs, soit dans les menuiseries.

Les critères de choix d’une grille d’amenée d’air naturelle sont

L’intégration dans la structure existante
Le débit d’air neuf
Les possibilités de réglage
L’étanchéité
L’isolation thermique
L’isolation acoustique
La facilité d’entretien et vieillissement
La sécurité anti-effraction
L’emplacement
L’agrément technique

L’intégration dans la structure existante

En fonction des situations, les grilles d’aération doivent avoir un profil s’intégrant dans les structures existantes, soit entre vitrage et châssis (plusieurs possibilités en fonction de l’épaisseur du vitrage), soit dans la menuiserie, soit dans la maçonnerie.

Quel que soit le mode de placement, il faut que les jonctions avec la grille soient étanches.

Lorsque les grilles sont placées dans des fenêtres, elles ne peuvent entraver l’ouverture de ces dernières

des grilles moins épaisses sont prévues pour châssis coulissants,
pour les fenêtres battantes, les grilles ne peuvent heurter le mur adjacent.

Grilles dans le châssis.

Souvent, les grilles d’amenée d’air naturelle perturbent l’esthétique des menuiseries extérieures. L’aspect visuel joue donc un rôle non négligeable dans le choix d’une grille. On peut exploiter la grille dans l’esthétique de la fenêtre ou essayer de la rendre la plus discrète possible. Il existe ainsi des grilles extrêmement discrètes. Par contre, plus le débit exigé par grille est important, plus celle-ci sera imposante. De même, les grilles isophoniques, par la présence de l’isolant acoustique, dépassent nettement du plan de la fenêtre.


Intégration entre le châssis et le vitrage.	Intégration dans la menuiserie.	Intégration au dessus du châssis, contre la battée.

Dans le cas de fenêtres cintrées, la grille devra bien souvent se placer en partie basse, avec les risques de courant d’air que cela peut provoquer si la grille ne se trouve pas au niveau des radiateurs.

Il n’existe pas de dimension standard pour les grilles. Leur hauteur varie en fonction du débit par mètre recherché. La longueur d’une grille est fonction des dimensions du châssis (elle est coupée sur mesure en usine). La longueur est cependant limitée par la rigidité des mécanismes de réglage intérieurs.

Le débit d’air neuf

Suivant les normes, la somme des débits nominaux des grilles d’un même local doit être au moins équivalente au débit requis par la réglementation wallonne. Inversement, avec les grilles en position complètement ouvertes, ces débits ne peuvent dépasser le double des débits réglementaires.

Comme le débit varie avec les conditions atmosphériques, avec l’étanchéité à l’air du bâtiment, … , le débit mentionné par les fabricants dans leur documentation doit avoir été mesuré conformément à l’Annexe C3 de la PEB, c’est-à-dire pour une différence de pression de part et d’autre de la grille de 2 Pa. Cette différence de pression correspond aux pressions moyennes de vent au droit des fuites et des dispositifs de ventilation dans des conditions climatiques normales.

Le respect des normes par les fabricants pour définir les débits est important pour comparer les différents produits.

Exemple.

aux Pays-Bas, le débit nominal des grilles est défini par la norme néerlandaise pour une différence de pression de 1 Pa. Une même grille a donc, en Belgique, un débit « catalogue » de 40 % supérieur au débit « catalogue » néerlandais (le débit varie comme la racine carrée de la pression : racine de 2 = 1,4).

Les possibilités de réglage

L’Annexe C3 de la PEB impose que l’ouverture de la grille doit pouvoir être réglée manuellement ou automatiquement soit en continu soit via au moins 3 positions entre la position ouverte et la position fermée. Étant donné que la plupart du temps, les grilles sont situées sur le haut des châssis, il est intéressant de disposer d’un système de cordelette, de tringle ou de glissière permettant un réglage facile et accessible. Il existe également des grilles motorisées pour les emplacements difficiles d’accès.

Grille motorisée avec commande par potentiomètre.

Grille à coulisse réglable.

Si un local comprend plusieurs grilles, le réglage peut se faire par ouverture/fermeture de certaines d’entre elles. Chaque grille prise individuellement ne doit pas posséder un réglage propre.

On sait que les débits de ventilation naturelle varient constamment en fonction des conditions atmosphériques (vent, température) et de l’utilisation du bâtiment (ouverture de fenêtres,…). Pour limiter ces influences sur le débit d’air neuf, il est pertinent de placer des grilles dites « autoréglables ». Ces dernières, équipées d’une membrane mobile, permettent d’obtenir un débit de passage relativement constant dans une plage de pression différentielle de 10 à 200 Pa. Non seulement elles assurent une alimentation en air plus ou moins constante, mais elles évitent également que les utilisateurs ne bouchent complètement les grilles pour éviter les courants d’air inévitables par vent fort.

Grille autoréglable.

L’étanchéité

À l’air

La norme NBN D50-001 fixe également le débit maximum de fuite en position fermée. Pratiquement, la section nette résiduelle d’une grille en position fermée ne peut dépasser 3 % de la section en position ouverte.

À l’eau

De plus, la grille doit être étanche à la pluie quelle que soit la direction et la force du vent (un vent violent équivaut à une différence de pression entre intérieur et extérieur d’environ 50 PA).

Ainsi, dans les endroits fortement exposés au vent et à la pluie, il est impératif de choisir une grille, dont la prise d’air extérieure est protégée par un capot.

À ce sujet, l’Annexe C3 de la PEB recommande pour empêcher dans la mesure du possible l’infiltration d’eau par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, de ne pas avoir de pénétration d’eau possible pour une différence de pression inférieure ou égale à 150 Pa en position « Fermée » et pour une différence de pression inférieure ou égale à 20 Pa en position « Complètement ouverte ».
Pour les fenêtres qui sont spécifiquement conçues comme bouche d’alimentation, la position « Complètement ouverte » doit être comprise comme la position d’ouverture maximale pour la ventilation (et non la position d’ouverture maximale de la fenêtre).
En l’absence de normes spécifiques, la détermination de l’étanchéité à l’eau des bouches d’alimentation s’effectue selon la norme NBN EN 13141-1. Les tests sont effectués selon la norme NBN EN 1027. La méthode d’essais retenue est la méthode 1A.
Pour les bouches d’alimentation qui ont des dimensions variables, les tests doivent être effectués sur un échantillon dont la mesure-jour de chaque dimension variable est de 1 m. Si la dimension maximale disponible est plus petite que 1 m, le test doit être effectuée sur un échantillon dont la dimension est maximale.

Aux animaux

En position ouverte, certaines grilles disposent d’un moustiquaire empêchant le passage des insectes.

Pour empêcher dans la mesure du possible la pénétration d’animaux indésirables par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, l’Annexe C3 de la PEB recommande qu’il ne soit pas possible de faire passer les objets suivants à travers la bouche d’alimentation, soit depuis l’intérieur vers l’extérieur, soit dans l’autre sens :

une petite boule en métal avec un diamètre de 4 mm
un petit disque en métal avec un diamètre de 10 mm et une épaisseur de 3 mm

Cette exigence est valable pour chaque position d’ouverture.

L’isolation thermique

En position fermée, la face intérieure de la grille ne peut constituer un point froid sur lequel des condensations peuvent apparaître. Il ne faut donc pas que la grille constitue un pont thermique par rapport aux matériaux qui l’entourent.

Pour cela, la grille doit comporter une coupure thermique (absence de contact ou matériau isolant) entre les matériaux en contact avec l’extérieur et les matériaux en contact avec l’intérieur. La qualité d’isolation de la grille se mesure par son coefficient de transmission thermique k. Par exemple, une grille placée dans un double vitrage doit avoir un coefficient U semblable à celui du châssis, c’est-à-dire au plus 3 W/m²K.

Dans la pratique toutes les grilles prévues sur le marché pour être associées à un double vitrage comportent une coupure thermique. Il faut cependant être attentif à ne pas placer une grille prévue pour des usages spécifiques (simple vitrage) qui n’en posséderait pas.

L’isolation acoustique

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.
Des absorbeurs acoustiques peuvent être prévus dans la grille de ventilation.

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).

La facilité d’entretien et le vieillissement

L’aspect extérieur de la grille doit être garanti dans le temps.

L’idéal est de pouvoir entretenir la grille à partir de l’intérieur des locaux. Les pièces doivent donc être facilement démontables et également remplaçables en cas de détérioration, particulièrement pour le dispositif anti-insecte et les dispositifs d’atténuation acoustique que l’on ne peut nettoyer correctement.

Un mode d’emploi clair doit être joint au matériel.

La sécurité anti-effraction

La présence d’une grille de ventilation ne doit pas faciliter l’intrusion dans le bâtiment.

L’emplacement

Les ouvertures en façade ne doivent pas être source de courant d’air froid pour les occupants. Deux possibilités existent pour éviter cet inconvénient.

Les ouvertures peuvent être placées à plus de 1,80 m du sol. Dans ce premier cas, le risque de courant d’air est encore minimisé si l’ouverture se situe au-dessus d’un corps de chauffe, créant ainsi un mélange rapide entre l’air frais et l’air chaud.

En plus des courants d’air, la position basse de la grille a comme inconvénients de la soumettre au poids du vitrage et d’augmenter les risques d’infiltration d’eau ou de neige.

On peut aussi placer les grilles à l’arrière des corps de chauffe. Dans ce cas l’air neuf est automatiquement préchauffé et entraîné par convection naturelle. Il y a cependant un risque de gel des corps de chauffe à eau, si ceux-ci sont à l’arrêt. Il existe également des convecteurs et climatiseurs possédant une prise d’air frais directement à l’extérieur.

Placement de la grille (et de la tige pour l’actionner), avant la pose du radiateur.

Détail grille.

Mise en œuvre

Voici quelques erreurs à ne pas commettre lors de la mise œuvre de grilles d’amenée d’air.

Positionnement inverse de la grille :
pénétration d’eau, courants d’air, difficulté de réglage.

Mauvais positionnement des joints en néoprène entre la grille et le vitrage :
inétanchéités.

Position basse de la grille :
résistance mécanique de la grille, déformation, courants d’air.

Mauvaise étanchéité entre la grille et la maçonnerie,
un joint souple (silicone) est souvent nécessaire.

Mauvais reserrage des baies :
entrée de poussières d’isolant, de maçonnerie.

Cas particulier de la ventilation intensive de nuit

On peut pratiquer une ventilation intensive de nuit de manière à décharger le bâtiment de la chaleur emmagasinée durant la journée et diminuer ainsi les surchauffes. On parle alors de free cooling.

Attention : les débits d’air de refroidissement nocturne doivent être beaucoup plus élevés que ceux nécessaires à l’apport d’air neuf hygiénique. En pratique, un taux de renouvellement d’air horaire de l’ordre de 4 … 6 doit être assuré pour obtenir l’effet refroidissant. Alors qu’un seul renouvellement d’air horaire est généralement suffisant pour l’apport d’air hygiénique.

Dans le cas d’une utilisation de la ventilation intensive pour pratiquer un refroidissement nocturne du bâtiment, il est recommandé de choisir des systèmes

empêchant l’intrusion d’insectes,
garantissant une protection contre les effractions,
limitant le risque de pénétration de pluie,
évitant la gêne acoustique de l’extérieur.

Les châssis tombants sont adéquats pour la ventilation de nuit. Ils sont étanches à la pluie et protègent assez bien le bâtiment de l’intrusion.

Grille de ventilation nocturne intensive.

Il existe également des systèmes de grilles fixes que l’on peut disposer par l’intérieur dans les châssis ouvrants, permettant ainsi une ventilation intensive par ouverture complète des fenêtres sans risque d’effraction et d’intrusion de pluie. Ces grilles peuvent être facilement placées en été et retirées en hiver, selon les besoins de refroidissement nocturne du bâtiment.

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir un récupérateur de chaleur

Récupérateur à plaques dans
un caisson de traitement d’air.

Intérêt d’un récupérateur

L’air neuf de ventilation, après avoir été porté à la température de confort à l’intérieur du bâtiment, est rejeté à l’extérieur alors qu’il possède un niveau énergétique supérieur à l’air extérieur que l’on introduit. On parle d’une enthalpie (un contenu en chaleur) plus importante que l’air extérieur.

L’idée est de transférer cette chaleur de l’air extrait vers l’air neuf. On peut ainsi arriver à une récupération de 50 .. 95 % du budget de chauffage de l’air de ventilation.

Calculs

Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur, cliquez ici !

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 (certains récupérateurs permettent de récupérer 75 .. 95 % de cette consommation), soit l’équivalent de 3,6 litres ou 2,24 € (à 0,622 €/litre) par heure de fonctionnement.

Installation sans récupération.

Installation avec récupération.

Synoptique des récupérateurs

Il existe 4 types de récupérateurs :


Les caloducs.	Les échangeurs à plaques (simples ou doubles, avec refroidissement adiabatique indirect).

Les échangeurs à eau glycolée (simples ou à haute performance).	Les échangeurs à régénération (roues, à clapets simples ou multiples).

Nous reprenons ci-après les critères de choix entre ces différents types de récupérateur.

Rentabilité d’un récupérateur

En fonction du type de système, le rendement de récupération varie de 50 à 95 %.

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 :

Le coût du récupérateur (y compris le coût lié à son encombrement), tenant compte de la possibilité de réduire la puissance thermique des autres équipements thermiques (batteries, chaudières, humidificateurs). Cette possibilité augmente avec la performance du récupérateur, mais dépend aussi du type de récupérateur et de son mode de régulation, notamment en hiver (risque de givre).

L’augmentation de la consommation des ventilateurs liée à la perte de charge du récupérateur. Cette perte de charge n’est pas directement liée à la performance du récupérateur. Bien sûr un double échangeur à plaques aura plus de pertes de charge qu’un simple échangeur. Mais un caloduc présentera lui des pertes de charge importantes alors que ses performances sont plutôt médiocres.

Les coûts d’entretien, tous les récupérateurs n’ayant pas la même accessibilité.

Comme on le voit, il est difficile de tirer des règles générales quant à la rentabilité d’un récupérateur, ni quant à la performance du récupérateur à installer. Sans compter qu’il reste un point délicat dans le calcul de la rentabilité du fait des conditions de fonctionnement essentiellement variables de la ventilation.

L’optimalisation consiste à rechercher, parmi plusieurs solutions techniques applicables à la situation concernée, l’équipement présentant le temps de retour le plus court et/ou l’économie maximale. Une étude devra ainsi être menée par le concepteur tenant compte :

Du rendement de récupération tant en température qu’en humidité. Le rendement considéré sera établi suivant la norme EN 308 et correspondra au matériel réellement installé,

du mode de régulation de la récupération,

du risque de givre côté air extrait et du mode de dégivrage appliqué,

de la possibilité de réduire la puissance de production de chaud, de froid et d’humidité et de réduire la puissance des batteries de chaud et de froid. Cette possibilité dépend du rendement du récupérateur et de son mode de régulation (régulation modulante ou tout ou rien), de la régulation de vitesse du ventilateur,

de la perte de charge supplémentaire du récupérateur et de la consommation électrique qui en résulte,

de l’encombrement dû au récupérateur et du surinvestissement qu’il entraîne,

du coût du récupérateur.

Exemple simplifié.

Envisageons ici un exemple de calcul succinct 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 %.

Cela implique une énergie récupérée de 52 062 kWh/an ou 5 200 litres fuel ou 3 234 €/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 3 234 [€/an] – 560 [€/an] = 2674 [€/an].

Investissement

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 [€/an] = 2,4 [ans]

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

Même si un récupérateur n’est pas toujours rentable dans le sens des financiers qui exigent un retour de 3 ans, en aucun cas un récupérateur ne représente pas une dépense, puisqu’il se récupère toujours sur sa durée de vie par les économies d’énergie générées. Investissons donc dans la technologie plutôt que dans le combustible…

De plus, quel est le financier qui s’engagerait sur le prix de l’énergie dans 20 ans ? Pour une nouvelle installation, le placement d’un récupérateur représente un investissement raisonnable.

C’est pourquoi, aujourd’hui l’installation d’un récupérateur de chaleur sur l’air extrait d’une installation de ventilation double flux est systématique si le débit d’air neuf du groupe de pulsion dépasse 10 000 m³/h en usage diurne (10 heures par jour, 5 jours par semaine) ou 4 000 m³/h en usage continu. On peut même conseiller l’installation à partir de débits de l’ordre de 5 000 m³/h en usage diurne ou 2 000 m³/h en usage continu.

Caractéristiques de l’air extrait et de l’air pulsé

Un récupérateur de chaleur sera d’autant plus rentable qu’il permet de récupérer la chaleur sensible et la chaleur latente (« chaleur d’humidification ») de l’air extrait.

Récupération de l’humidité

L’humidification de l’air neuf en hiver est énergivore (on peut estimer que l’humidification est responsable de 25 % la consommation liée au traitement de l’air neuf en hiver).

Ainsi lorsque l’air neuf doit être humidifié, on a tout intérêt à ce que l’on puisse récupérer l’humidité de l’air extrait. Cela permet de réduire la taille de l’humidificateur et améliore la rentabilité du récupérateur.

Cette récupération de l’humidité n’est possible qu’avec les récupérateurs par accumulation (roue hygroscopique échangeur à régénération) ou le recyclage de l’air extrait (caisson de mélange). Cependant, ces récupérateurs ne sont admis que si on peut admettre un risque de contamination de l’air neuf par l’air extrait.

Condensation de l’air extrait

On peut aussi récupérer la chaleur latente contenue dans l’air extrait en condensant la vapeur d’eau qu’elle contient, ce que font les autres récupérateurs. La récupération et donc la rentabilité du récupérateur est d’autant plus importante que l’air extrait :

est humide,
est chaud,
c’est-à-dire que l’air extrait contient beaucoup d’énergie ou que son enthalpie est élevée.

Pour illustrer cela, prenons comme l’exemple d’une récupération faite sur trois types d’air différents :

Par exemple, considérons que l’air extérieur possède les caractéristiques moyennes suivantes :

Température	Humidité relative	Enthalpie
6°C	90 %	19 [kJ/kg]

Prenons trois types d’air intérieur :

		Température	Humidité relative	Enthalpie
1°	Air intérieur très sec.	20°C	35 %	33 [kJ/kg]
2°	Air intérieur normal (bureaux).	20°C	60 %	42 [kJ/kg]
3°	Air intérieur très humide (piscines).	28°C	65 %	68 [kJ/kg]

En comparant les enthalpies entre air entrant et air sortant, et en tablant sur une récupération moyenne de 50 %, on obtient :

		Écart d’enthalpie	Récupération de chaleur uniquement	Récupération de chaleur et d’humidité
1°	Air intérieur très sec.	14 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]
2°	Air intérieur normal (bureaux).	23 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]	11,5 [kJ/kg]
3°	Air intérieur très humide (piscines).	49 [kJ/kg]	7 [kJ/kg]	24,5 [kJ/kg]

La connaissance des caractéristiques de la source de chaleur (température et humidité ) joue donc un rôle essentiel lors du choix de la récupération.

Rendement des récupérateurs

Tous les types de récupérateur ne permettent pas la même quantité d’énergie récupérée.

Efficacité thermique des récupérateurs
Échangeur à plaques	50 .. 85 %
Échangeur à eau glycolée	40 .. 80 %
Caloduc	50 .. 60 %
Échangeur par accumulation	75 .. 95 %

En fonction de l’énergie récupérée et de l’investissement à consentir, la rentabilité de chaque type de récupérateur varie en fonction du débit d’air à traiter. Ainsi, pour les faibles débits (… 5 000 m³/h …), ce sont les échangeurs à plaques simples qui sont les plus rentables. Les échangeurs par accumulation sont quant à eux fort onéreux pour les petites installations. Il n’en va pas de même pour les plus grosses installations (… 20 000 m³/h …) pour lesquelles ils deviennent plus que concurrentiels.

Cela montre qu’il est intéressant lors de chaque projet d’envisager attentivement différents types d’installation et d’en évaluer la rentabilité.

Emplacement des réseaux de ventilation et encombrement

L’encombrement et le coût (coût supplémentaire du groupe de traitement d’air) sont des facteurs non négligeables dans le choix d’un système de récupération (n’oublions pas qu’il faut aussi prévoir un filtre sur l’air extrait pour protéger la batterie !).

À titre d’exemple, on donne dans le tableau ci-dessous l’encombrement relatif des différents systèmes de récupération, pour un même débit d’air de 10 000 m³

Type de récupérateur	Boucle à eau glycolée	Échangeur à plaques	Caloduc	Échangeur par accumulation
Encombrement spécifique en m pour 10 000 m³/h	0,5 – 1	1,5 – 2	0,5	0,5 – 2

On remarque que c’est l’échangeur à plaques qui prend le plus de place. Si l’utilisateur opte pour ce type d’échangeur, il doit tenir compte de l’espace dont il dispose sachant que ce type d’échangeur peut prendre deux à trois fois plus de place.

De plus il faut prévoir également un espace suffisant permettant la maintenance de l’installation.

La proximité des circuits de pulsion et d’extraction peut aussi être un facteur favorisant le choix d’un type de récupérateur.
Si les conduits d’extraction et de pulsion sont éloignés et difficilement rapprochables, on choisira alors un récupérateur à eau glycolée.

Risques de contamination

Le recyclage de l’air est sans conteste la technique la plus rentable en matière de récupération de la chaleur de l’air. Cependant, les attentes toujours plus exigeantes en ventilation et en qualité d’air entraînent des débits d’air neuf en hausse et parfois un sentiment de réticence s’installe quant à la sécurité du recyclage.

Ceci dit, on voit de plus en plus de nouveaux projets de conception de zones à risque de contamination élevé prévue avec recyclage. L’argument en faveur d’un recyclage de l’air est qu’en phase aseptique (la plupart du temps) une filtration terminale bien suivie suffit à garantir une qualité d’air excellente. De plus, le réseau de ventilation étant dédicacé à une seule zone de même activité on craint moins les contaminations croisées responsables d’infections nosocomiales.

Par contre, dans les zones à risque de contamination faible, le risque de contamination croisée, lui, n’est pas négligeable par le fait que la centrale de traitement d’air dessert plusieurs zones à activités différentes.

Dans cette optique, les systèmes de récupération sans recyclage (à savoir, l’échangeur à eau glycolée, l’échangeur à plaques, l’échangeur à caloduc) offrent un plus grand intérêt et proposent une récupération sans contact entre air neuf et air vicié, donc sans contamination possible. Notons cependant que pour les échangeurs à plaques, un contact entre l’air vicié et l’air neuf peut se produire en cas de détérioration de l’échangeur par corrosion par exemple. Il est donc à éviter dans les zones sensibles, comme dans les zones hospitalières à contamination contrôlées.

Les systèmes de récupération par accumulation ne conviennent pas, lorsque la qualité d’air est une exigence prioritaire. En effet, ils présentent tous un risque d’injection d’air vicié dans l’air pulsé. On parle de « cross-over ». Celui-ci est cependant différent en fonction des systèmes :

Pour les régénérateurs rotatifs, le « cross-over » augmentera si le joint entre les deux flux d’air est mal entretenu.

Pour les régénérateurs à clapet unique, le « cross-over » augmente avec la distance entre le récupérateur et la bouche d’extraction. En effet, lors du basculement du clapet, l’air vicié se trouvant dans ce conduit sera réinjecté dans le bâtiment comme étant de l’air neuf.

Pour les régénérateurs à clapets multiples, la quantité d’air vicié réinjecté avec l’air neuf au moment du basculement équivaut uniquement à la quantité d’air contenue dans le récupérateur. On évalue alors le « cross-over » à environ 3 % du débit de pulsion (3 % du débit d’air pulsé est de l’air recyclé).

Type de récupérateur	Risque de contamination des flux d’air
Échangeur à plaques.	Faible.
Échangeur à eau glycolée.	Nul.
Caloduc.	Nul.
Échangeur rotatif.	Probable.
Régénérateur à clapet unique.	Certain – dépend de la taille du conduit d’extraction en aval de récupérateur.
Régénérateur à clapets multiples.	Certain – 3 % d’air recyclé.

Régulation des récupérateurs

Tous les types de récupérateurs nécessitent un système de régulation :

En hiver pour éviter le gel du côté de l’air extrait : lorsque la température extérieure devient négative, il est possible qu’en certains endroits de l’échangeur la température de l’air extrait chute sous 0°C. Du givre apparaît alors sur l’échangeur, réduisant les performances du récupérateur et augmentant les pertes de charge. Dans ce cas, il faut soit réduire la puissance de récupération, soit organiser des cycles de dégivrage.

En mi-saison et en été pour éviter la surchauffe de l’air à la sortie du récupérateur : lorsque la température intérieure est plus élevée que la température extérieure et qu’un besoin de refroidissement se fait ressentir dans les locaux, la récupération de chaleur doit être réduite, voire annulée pour éviter que l’air neuf ne contribue à surchauffer l’ambiance intérieure et pour permettre un free cooling avant l’enclenchement de la production de froid.

Régulation d’hiver

Du type de régulation dépendra, entre autres, la possibilité de réduire la puissance des batteries de chauffe, des chaudières et des humidificateurs, ce qui a une influence non négligeable sur l’investissement total et donc sur la rentabilité du récupérateur.

Si la régulation entraîne un arrêt de la récupération lorsque du givre apparaît, c’est-à-dire pour les températures les plus froides, il est hors de question de réduire la puissance des batteries de chauffe puisque lorsque les besoins de chauffe sont maximaux, le récupérateur est inopérant.

Il est cependant possible de contourner ce problème :

Les systèmes de récupération par accumulation (y compris les roues) ne présentent pas de risque de givre. Ils permettent donc de réduire la puissance des équipements de chauffe et d’humidification.

Pour les autres systèmes, voici les modes de régulation possible :

Le by-pass : la batterie de récupération est by-passée lorsqu’il y a un risque de givre. La présence de givre est mesurée soit par ΔP sur la batterie ou de façon « fixe » en fonction de l’humidité relative et de la température extérieure. On peut moduler le by-pass (ou la vanne de régulation dans le cas d’un circuit intermédiaire à eau glycolée) et en parallèle moduler la vitesse du ventilateur de pulsion. La solution de base est un ventilateur à deux vitesses. Ainsi, en période de dégivrage, au moment où l’on réduit pour un court instant la puissance de récupération, le débit d’air pulsé est réduit pour ne pas créer d’inconfort thermique, même avec une batterie de chauffe de taille réduite. Cette façon de faire a cependant ses limites. En effet, en présence d’un récupérateur à haut rendement, la diminution de débit pulsé en période de dégivrage pour maintenir une température de pulsion correcte devient trop grande pour assurer un confort continu. Un certain surdimensionnement de la batterie de chauffe par rapport au minimum requis est alors à prévoir. Il est cependant difficile de tirer une règle de conduite claire. En effet, les périodes de dégivrage peuvent être courtes, dépendent de la configuration de l’échangeur et des caractéristiques de l’air extrait. Les risques de givre n’apparaissent également que quelques semaines par an.

Une deuxième solution est le recyclage de l’air extrait vers l’air pulsé : après son passage dans l’échangeur, l’air vicié est directement réinjecté dans le récupérateur, entraînant son dégivrage. L’inconvénient de cette technique est que durant la courte période de dégivrage, l’air pulsé est entièrement contaminé par de l’air vicié (on travaille en recyclage total). Par contre, l’intérêt de cette technique est qu’aucun surdimensionnement de la batterie de chauffe n’est à prévoir.

Technique de dégivrage par recyclage.

La troisième solution applicable aux échangeurs à plaques est le système de dégivrage par « latte mobile ». Il s’agit d’une latte, qui va se déplacer sur toute la largeur de l’échangeur et boucher 3 à 4 plaques au niveau de l’air neuf , et permettre ainsi le dégivrage de ces plaques du côté de l’air extrait. On utilisera ce système soit dans le cas où le recyclage n’est pas autorisé (salles blanches ou d’opérations…), soit dans le cas où il est interdit de diminuer pendant quelques minutes le débit d’air neuf. Par ce système, on conserve en permanence une certaine puissance de récupération.

Notons en outre que lorsque le bâtiment comporte de nombreux groupes, on peut miser sur la non simultanéité des risques de givre sur chaque groupe pour limiter les coefficients de sécurité pris sur le dimensionnement des chaudières et peut-être ainsi diminuer légèrement l’investissement total même si le mode de régulation des récupérateurs empêche de réduire la puissance de chaque batterie de chauffe.

Régulation d’été

Lorsque des besoins en refroidissement se font ressentir pour des températures extérieures relativement fraîches, il est intéressant de réduire la récupération de chaleur pour éviter la surchauffe et profiter au maximum du free cooling.

Les solutions suivantes sont envisageables (suivants les cas) :

Un clapet de by-pass tout ou rien qui est le système le plus simple mais qui limite fortement la récupération.

Modification du débit d’air par clapet de by-pass modulant.

Modulation sur le débit d’eau glycolée par vanne 3 voies.

Basculement du caloduc (ce procédé se rapproche très fort d’un système tout ou rien).

Réduction de la vitesse de rotation du rotor de l’échangeur rotatif.

Régulation de la puissance de récupération
par bypass de la batterie réchauffant l’air neuf.

Régulation de la puissance de récupération
par recyclage d’une partie de l’air rejeté.

Régulation de la puissance de récupération
par modification du débit de fluide caloporteur (échangeur à eau glycolée).

Ici aussi, il est préférable d’adopter une régulation modulante de la récupération. En effet, si la récupération était purement et simplement mise à l’arrêt à partir d’une certaine température extérieure, l’air neuf risque, en fonction de cette température, d’être pulsé à trop froid et imposer le recours à une batterie de chauffe.

Il existe également sur le marché des récupérateurs à plaque dits « à refroidissement adiabatique indirect ». Dans ceux-ci, l’air extrait est refroidi par évaporation (de l’eau est pulvérisée dans le flux d’air extrait). Celui-ci refroidit à son tour l’air neuf pulsé, ce qui permet d’augmenter la période pendant laquelle on peut pratiquer du free cooling et d’éviter le recours à une batterie froide.

Dans ce cas la régulation suivra la séquence suivante en fonction de l’augmentation de la température extérieure et des besoins en refroidissement :

si la température de l’air pulsé après le récupérateur est inférieure à la température intérieure, ouverture maximale des volets d’air neuf (cas d’une installation avec recyclage d’air (climatisation « tout air »)),
diminution de la récupération de façon modulante,
pulsion de l’air neuf, sans traitement,
mise en route du refroidissement adiabatique indirect,
réduction du débit d’air neuf au minimum hygiénique et enclenchement de la batterie froide éventuelle.

Régulation tout ou rien ou modulante

En fonction du type de régulation appliqué, on a le choix entre :

Une régulation en tout ou rien par arrêt total de la récupération. Par exemple, lorsque la température extérieure chute sous – 3°C, il y a risque de gel sur la batterie de récupération et le récupérateur est totalement mis à l’arrêt. Le préchauffage de l’air est entièrement repris par la batterie de préchauffe. La mise à l’arrêt intervient également lorsque la température de l’air neuf à la sortie du récupérateur dépasse, par exemple, 18°C.

Une régulation modulante qui ajuste la puissance de récupération en fonction des risques de gel et de surchauffe. Par exemple, lorsque la température de l’air neuf après récupération atteint 18°C, la puissance de récupération est ajustée pour maintenir cette température.

Cette seconde possibilité est préférable.

On l’a vu, dans certaines situations, la régulation modulante permet de tenir compte de la présence du récupérateur dans le dimensionnement des équipements de chauffe.

Elle augmente, par la même occasion, les périodes de récupération et donc la quantité totale d’énergie récupérée durant l’année. Cela se visualise très bien sur les courbes des températures cumulées reprises ci-après.

Sur ces courbes, la surface colorée correspond à l’énergie annuelle récupérée. On voit très bien le nombre d’heures supplémentaires de récupération que l’on peut obtenir avec une régulation modulante par rapport à une régulation tout ou rien.

Cependant, d’une manière générale, les régulations modulantes sont évidemment plus coûteuses.

Réglage par by-pass du récupérateur
lorsque T° air_neuf < – 3°C et T° _{air neuf sortie} > 18°C.

Réglage progressif lorsque t_{air neuf} < – 3°C et t_{air neuf sortie} > 18°C .

Maintenance

La maintenance du système de récupération de chaleur est un point important qui contribue à atteindre les gains d’énergie annoncés sur la durée de vie de l’équipement.

Les différents systèmes de récupération nécessitent chacun une maintenance bien spécifique, qui est fonction de leur technologie.

Le tableau ci-dessous donne pour chaque type de récupérateur les différents points à contrôler lorsque l’on fait la maintenance

Échangeur à boucle d’eau		∇
Échangeur à plaques			∇
Caloducs				∇
Échangeur par accumulation					∇
1	État des surfaces d’échange (nettoyage régulier)	X	X	X	X
2	Contrôle des éventuelles fuites d’air
	fuites externes	X	X	X	X
	fuites internes		X	X	X
	fuites par turbulences				X
	fuites au niveau du clapet de by-pass		X	X	X
3	Contrôle de la régulation
	régulation à bascule			X
	régulation de la vitesse de rotation				X
	régulation sur le circuit caloporteur	X
	régulation du/des clapets de by-pass		X	X	X
	régulation antigel	X	X	X	X
4	Contrôle du fluide caloporteur
	contrôle de la teneur en antigel (glycol)	X
	contrôle du remplissage du circuit	X		X
	contrôle du débit	X
	contrôle de la purge	X

On doit donc tenir compte lors du calcul de la rentabilité financière du système de récupération, que les coûts de maintenance sont différents d’un système à l’autre.

Pour s’assurer du maintien des performances de la récupération, il y aura lieu de prévoir un contrôle régulier du fonctionnement, par mesure des températures entrée – sortie du récupérateur et comparaison avec les performances annoncées par le constructeur dans la notice technique.

Le contrôle de l’état de propreté de l’équipement de récupération est primordial.
En effet, l’encrassement des surfaces d’échange aura deux conséquences néfastes sur la récupération :

la réduction du coefficient d’échange de chaleur,
la réduction des débits d’air.

C’est dans ce but qu’un filtre doit être placé sur l’extraction, en supplément de celui déjà existant sur la pulsion. Filtres dont l’entretien est à assurer.

À noter aussi qu’il faut prévoir suffisamment d’espace pour permettre un entretien correct de l’installation.

Exemple.

Par exemple, dans le cas de l’échangeur à eau glycolée, pour changer le filtre et nettoyer l’échangeur on doit pouvoir disposer d’une longueur totale de 3,5 à 4 m, distance dont on ne dispose pas toujours pour l’installation d’où la nécessité de veiller préalablement à ce point.

Le contrôle du vieillissement (présence de points de corrosion, présence de fuites) sera prévu annuellement ou lorsqu’une dérive de fonctionnement est constatée. Les réparations éventuelles seront réalisées le plus rapidement possible.

Résumé des critères de choix

Dans le cadre de l’élaboration d’un projet, il est nécessaire d’avoir à l’esprit certaines questions :

Au niveau des principes de conception

Est-ce que le mélange d’air recyclé est possible ?
Y a-t-il de la chaleur perdue à disposition ?
Est-il nécessaire de prévoir une sécurité absolue contre la contamination ?
Est-ce qu’une autre récupération que la chaleur est possible ou souhaitable ? (froid, humidité)

Au niveau technique

Les gaines d’air neuf et d’air vicié peuvent-elles être rassemblées ?
La place nécessaire pour le récupérateur est-elle existante ?
Quelles sont les modifications de l’installation existante à prévoir ?
Existe-t-il un accès facile au récupérateur pour l’entretien et le nettoyage ?
Y a-t-il des situations spécifiques de montage à considérer ?
Y a-t-il des matériaux spécifiques de construction requis ?
Faut-il prévoir une protection spéciale contre la corrosion ?
Quelle disposition faut-il prendre pour éviter le gel ?
Quelles seront les conditions de fonctionnement en phase de démarrage ?
Quelles seront les mesures à prendre en cas de panne ?
Faut-il prévoir un by-pass côté air (surtout pour le gel) ?

Au niveau du mode de fonctionnement

Quels sont les états de l’air évacué, de l’air neuf et éventuellement de l’air recyclé ?
Quels sont les temps de fonctionnement de l’installation (moment et durée) ?
Les volumes d’air sont-ils constants ou variables ?
Quelle est la température de pulsion maximum admissible après le récupérateur ?

Autant de questions et de réponses qui orienteront le choix final du récupérateur.

L’ordinogramme qui suit, basé sur les questions de principe de conception ci-avant, donne un premier canevas de solution :

(*) récupérateur rotatif à rotation lente avec raccordement adéquat du ventilateur.

(**) échangeur à circulation : prévoir une couche de protection sur l’échangeur de l’air évacué si celui-ci est agressif.

(1) Motif : mélange d’air recyclé, pas de système de récupération de chaleur, cependant la façon la plus fonctionnelle d’économiser de l’énergie.

(2) Motif : données de construction :

Distance entre les gaines d’air neuf et air évacué.
Place nécessaire et coûts pour le rassemblement des gaines d’air neuf et d’air évacué (principalement par des quantités d’air importantes).

(3) Motif : toute sorte d’air évacué contaminé.

(4) Motif : échangeur à rotation rapide utilisable uniquement pour des petits débits d’air.

(5) Motif : quantité minimale d’air neuf par personne.

(6) Motif : air évacué non dangereux et peu chargé d’odeurs.

(7) Motif : air évacué chargé d’odeurs, contaminé, radioactif ou agressif. Pour des raisons de sécurité, séparation complète des gaines d’air neuf et d’air évacué. Egalement pour des raisons de panne (dommages de gel ou montage, vibrations, vieillissement des masses d’étanchéité, déformation des matières plastiques.

Résumé des caractéristiques des récupérateurs

	Boucle à eau glycolée	Échangeur à plaques	Caloduc	Échangeur par accumulation
Nécessité de placer les conduits d’air côtes-à-côtes	non	oui	oui	oui
Possibilité d’échange d’humidité	non	non	non	oui
Existence de pièces en mouvement (risque de panne)	oui	non	non	oui
Rendement en chaleur sensible	40 – 80 %	50 – 85 %	50 – 60 %	75 – 95 %
Encombrement spécifique en m pour 10 000 m³/h	0,5 – 1	1,5 – 2	0,5	0,5 – 2
Danger de gel	oui	oui	oui	non
Mélange entre l’air neuf et l’air vicié	non	non	non	oui
Perte de charge type en Pa	150 – 250	120 – 250	180	150

Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les filtres

Degré de filtration minimum

Filtre en entrée de centrale

À l’entrée d’air neuf, l’utilisation d’un filtre de faible efficacité (moins de 45 % OPA ou F5) est pratiquement inutile, que ce soit comme préfiltre et a fortiori comme seul étage de filtration. Un tel filtre (filtre plan, filtre à déroulement, filtre métallique) n’apporte aucune protection réelle contre la pénétration des particules de 1 μm et moins qui constituent pourtant 99 % du nombre de particules présentes dans l’air extérieur. Par contre, ils provoquent une perte de charge non négligeable.
Les batteries en aval de ces filtres vont donc rapidement emmagasiner les impuretés, augmentant leur perte de charge et diminuant fortement leur efficacité thermique.

Batterie protégée par un filtre de performance insuffisante.

Le tableau qui suit montre l’accroissement de longévité d’un filtre à haute efficacité grâce à l’utilisation d’un préfiltre grossier, mais aussi l’accroissement des frais d’exploitation dû au deuxième filtre :

Filtre sur l’entrée d’air neuf (préfiltre)	Filtre à la sortie du caisson de traitement d’air (filtre finisseur)	Accroissement relatif de la longévité du filtre principal	Accroissement relatif du coût d’exploitation global
95 % OPA (F9)	(aucun)	1	1
85 % GRA à Déroulement (G3)	95 % OPA (F9)	3 à 3,5	1,4

(Source : La filtration de l’air de J-Y Rault).

Si on compare les coûts d’exploitation globaux (coût de remplacement des filtres et augmentation de la consommation électrique pour maintenir un débit constant), la solution préfiltre grossier + filtre fin coûte nettement plus cher (plus de 40 %) que la solution comprenant un seul filtre fin au niveau de l’entrée d’air, du fait de la perte de charge complémentaire qu’il engendre. C’est la conséquence du fait que la consommation électrique d’un filtre est plus élevée que son coût d’investissement.
Par contre, dans un milieu urbain très poussiéreux, l’encrassement du filtre principal est tellement rapide que l’usage d’un préfiltre devient un bon choix, les deux filtres étant placés à l’entrée de l’installation.

Degré de filtration minimum

C’est le degré de filtration du filtre « finisseur » qui détermine la qualité finale de la zone.
Dans des conditions atmosphériques usuelles, un filtre fin (à partir de 60 % OPA (F6) ou 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air est nécessaire. Plus il est fin, plus il coûtera cher à l’investissement et à l’exploitation (consommation d’énergie).
La norme européenne ISO Ventilation for buildings – Performance requirements for ventilation and air-conditionning systems recommande un choix de filtre en fonction de la qualité d’air intérieure exigée et de la qualité de l’air neuf soit de l’air extérieur. Idéalement, la norme propose de choisir pour le préfiltre la classe F7 et pour le filtre finisseur la classe F9.

Qualité de l’air intérieur	Qualité de l’air neuf
Qualité de l’air intérieur	Air pur	Poussière	Concentration très élevée
Élevée	F9	F7+F9	F5+GF*+F9
Moyenne	F8	F6+F8	F5+GF*+F9
Modérée	F7	F5+F7	F5+F7
Basse	F6	F5+F6	F5+F6
* GF = Filtre à gaz

Compte tenu de la difficulté et du coût du nettoyage ultérieur des conduits, un filtre F7 est à recommander.

Filtre en sortie de centrale

Il faut éviter en outre d’avoir des sources de pollution en aval du dernier élément filtrant.
La solution d’un filtre unique sur l’entrée d’air neuf n’est idéale qu’en cas d’absence de pollution en aval du filtre. Ces sources de pollution peuvent par exemple être un humidificateur à ruissellement (peu utilisé chez nous) ou un recyclage d’air. Dans ces cas, un filtre complémentaire peut être nécessaire à la sortie du groupe de traitement d’air pour protéger le réseau de distribution de l’air (au minimum 85 % OPA ou F7). La longévité de ce dernier sera extrêmement importante et économique.
Le placement de ce deuxième filtre dans le caisson de traitement d’air est cependant difficile à réaliser, si on veut limiter les pertes de charge.

Exemple.

Comparaison de l’évolution de la pression dans un caisson de ventilation monobloc,
sortie libre dans le caisson avec filtre après le ventilateur et sortie raccordée au gainage avec filtre avant le ventilateur.

On voit dans l’exemple précédent que si le filtre est raccordé en aval du ventilateur et que ce dernier débite librement dans le caisson, la perte de charge (chute de pression totale dans le caisson), donc la consommation est plus importante.
Idéalement, si on place un filtre, dans le caisson après le ventilateur, le raccordement avec la sortie du ventilateur et avec l’entrée du conduit devrait se faire de manière à éviter les brusques changements de section générateurs de pertes de charge.

Ceci augmente malheureusement la taille du caisson.
Cette difficulté implique que dans la pratique courante, un deuxième étage de filtration en aval du ventilateur, n’est utilisé que dans des bâtiments spécifiques comme les hôpitaux.
Dans le cas d’un réseau de distribution pouvant présenter d’importantes fuites, un dernier filtre peut également être placé le plus près possible du local à traiter.

Degré de filtration maximum

Plus un filtre est performant plus il est coûteux en exploitation (coût de remplacement et consommation électrique du ventilateur).
Exemple.

Coût d’exploitation de différents filtres sur le marché : débit moyen de l’installation (en fonction de la perte de charge moyenne des filtres) = 54 000 m³/h, rendement du ventilateur = 0,6 Coût électrique = Δp [Pa] x [heures/an] x 6,5 [c€/kWh] x 54 000 [m³/h] / 0,6 / 3,6 10⁶
–	Filtre à panneaux 80 % GRA	Filtre à déroulement 80/85 % GRA	Filtre à poches 85 % GRA	Filtre à poches 90 % GRA	Filtre à poches 55 % OPA	Filtre à poches 85 % OPA	Filtre à poches 95 % OPA
Nb de filtres	16	1	16	16	16	16	16
Débit/filtre [m³/h]	3 375	54 000	3 375	3 375	3 375	3 375	3 375
Coût d’un filtre de rechange [€]	5,25	420	31	38,5	75,15	86,55	96
Coût total d’un remplacement [€]	84	420	506,4	616,8	1 202,4	1 348,8	1 536
Perte de charge initiale [Pa]	60	–	25	35	60	85	130
Perte de charge finale [Pa]	160	–	150	200	300	300	300
Perte de charge moyenne [Pa]	110	140	88	118	180	193	215
Durée de vie [h]	500	4 000	6 500	4 000	12 000	9 000	6 500
Durée de fonctionnement [h/an]	4 000
NB de changement par an	8	1	0,6	1	0,33	0,44	0,61
Coût des rechanges [€/an]	672	420	303,75	616,8	396,75	609,3	936,9
Consommation par an [€/an]	1 237,5	1 575	990	1 327,5	2 025	2 171,25	2 418,75
Coût total [€/an]	1 909,5	1 995	1 293,75	1 944,3	2 421,75	2 780,75	3 355,65

En jaune sont repris les filtres couramment utilisés en ventilation dans les zones à risque de contamination élevé.

Choix de la taille et du type de filtre

Deux éléments vont conditionner le coût d’exploitation lié à la filtration :

La perte de charge moyenne du filtre durant la période de fonctionnement et donc la puissance électrique moyenne absorbée par le ventilateur pour vaincre celle-ci.
La longévité du filtre, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle le filtre atteindra la perte de charge finale recommandée par le fabricant et donc devra être remplacé.

À titre d’exemple, le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments limite la perte de charge initiale des filtres en fonction de leur efficacité. Ces valeurs peuvent être considérées comme des ordres de grandeur économiquement raisonnables :

Classe suivant NBN X44-001	Perte de charge initiale maximale au début d’utilisation [Pa]
G70	40
G80	40
G85	50
G95	50
F50	80
F70	90
F85	120
F95	150
U95	150
U99.97	225
U99.99	225

Première règle : choisir des filtres à poches

À efficacité égale, un filtre à poches coûte nettement moins cher (investissement + exploitation) qu’un filtre à déroulement ou qu’un filtre plan. Ceci s’explique par la plus grande surface filtrante du premier par rapport aux autres. Sa longévité est donc nettement plus grande (atteinte de la perte de charge maximum plus tardive). Le nombre de remplacements moindre compense donc un coût d’achat plus important.
À l’inverse, pour un coût d’exploitation semblable, on peut se permettre un filtre à poches plus efficace que les filtres plans ou à déroulement (40 % d’efficacité en plus sur les particules de 1 μm).
De même, à efficacité égale, on a intérêt à choisir le filtre à poches avec les poches les plus grandes.
Exemple : Dans une même gamme de filtres à poches de la marque « x », on retrouve des filtres F7 avec des poches de 700 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 80 PA pour un débit de 3 400 m³/h et des poches de 600 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 100 PA pour le même débit.

Deuxième règle : choisir le filtre le plus épais

À efficacité égale, il faut préférer les éléments filtrants les plus épais. En effet, ces derniers peuvent emmagasiner une quantité plus importante de particules avant d’atteindre la perte de charge finale recommandée. Ainsi pour une même efficacité et une même perte de charge moyenne, le filtre plus épais sera remplacé moins souvent.

Mise en œuvre de la filtration

L’efficacité de la filtration est fortement conditionnée par l’étanchéité du montage. Le degré de filtration peut baisser de plusieurs classes s’il y a by-pass d’air autour des filtres ou trop de fuites.
Voici 3 points auxquels il faut être attentif :

Le filtre doit remplir tout l’espace du gainage dans lequel il s’insère, des panneaux étanches doivent fermer les espaces libres.
Lorsque la filtration est réalisée par plusieurs filtres placés côte à côte, un joint d’étanchéité doit être disposé entre chacun d’eux. Ce joint doit être remis en place lors du remplacement des filtres.
Lorsque le filtre est maintenu dans une glissière, celle-ci doit laisser le moins de jeu possible.

Entretien

Le colmatage des filtres entraîne une augmentation des pertes de charge de l’installation (augmentation de 100 .. 200 Pa par rapport à la situation filtre propre). Cette augmentation entraîne :

Une diminution des débits et donc une perte d’efficacité de l’installation de ventilation.

Une augmentation du débit d’air non filtré passant par les espaces presque inévitables existant entre les éléments actifs des filtres et leurs supports, dans les joints entre gaines et ventilateurs. Le débit d’air non- filtré peut amener un noircissement rapide des bouches et l’apparition de traînées noires en chaque point où les gaines de distribution d’air ne sont pas rigoureusement étanches.

La facilité d’entretien conditionne souvent sa fréquence. Pour éviter que l’entretien des filtres ne soit négligé à cause de sa difficulté, on convient de prévoir dans l’installation :

Des éléments de filtration ayant des dimensions et un poids qui ne rendent pas pénibles les manipulations nécessitées par le nettoyage. Le mode de fixation des éléments sur leur cadre fixe doit permettre un démontage et un remontage aisés en assurant une parfaite étanchéité entre éléments et cadre.

Des filtres ayant par leur épaisseur et leur surface de filtration, la capacité d’emmagasinage la plus grande possible, ce qui réduit les fréquences d’entretien.
Un accès facile à la section « filtre » au moyen d’une porte ou d’un panneau aisément démontable, construit en fonction des filtres à y introduire.
Un manomètre différentiel indiquant la perte de charge maximum que peut atteindre le filtre. Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments recommande que la valeur repère « filtre sale » du manomètre soit rapatriée au niveau d’un tableau électrique sous la forme d’une lampe rouge.
Un affichage à proximité du filtre reprenant : l’efficacité, le débit nominal, les pertes de charge initiale et finale et la date du dernier remplacement.

Autres critères de choix

Résistance à la corrosion

Les filtres traitent souvent quotidiennement des dizaines de tonnes d’air : aussi, toutes leurs parties constitutives doivent résister parfaitement aux agents de corrosion contenus dans l’air atmosphérique : vapeurs d’eau, vapeurs et gaz industriels, humidité saline.

Tenue au feu

Les filtres ne devraient pas être la source de fumée ni de gaz irritant ou toxique s’ils sont pris dans un incendie.

Category Archives: Ventilation

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Débits

Annexe C3 de la PEB

L’Arrêté royal fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre (anciennement RGPT)

Équilibre amenée d’air neuf – évacuation d’air vicié

Perte de charge de base

Ordres de grandeur et recommandations

Paramètres de confort

Bruit

Vitesse et température d’air

Choix du silencieux

Emplacement du silencieux

Le débit d’air neuf

Possibilité de réglage

L’intégration dans la structure existante

L’intimité

Protection incendie

Ordre de grandeur

Tracé du réseau

Emplacement des conduits

Forme et matériau des conduits

Section des conduits

Limite supérieure

Limite inférieure

Exemple

Étanchéité

Isolation

Acoustique

Une installation de ventilation crée de multiples ponts acoustiques dans le bâtiment

Production de bruit par écoulement de l’air

Atténuation des bruits par les conduites

Placement de silencieux

Transmission des bruits par les conduits

Hygiène

Grandeurs caractéristiques conditionnant le confort

Bouches de pulsion

Grandeurs caractéristiques

Le débit demandé

La production acoustique

La vitesse résiduelle en zone d’occupation

La portée

La différence de température dans la zone d’occupation

Turbulence

En résumé

Exemple

Bouches d’extraction

Température de pulsion

Implantation des bouches de pulsion et d’extraction

Diffuseur ou grille ?

Effet Coanda

Position et portée par rapport aux fenêtres

Combinaison entrée et sortie d’air

Soufflage en partie haute

Soufflage en partie basse

Sonde COV ou sonde CO₂ ?

Cons_ch= 0,34 x q_vx ΔT_moyx t / η_ch

Exemple 2 : variation de la vitesse d’un ventilateur en fonction d’une sonde CO₂ dans une salle de conférence

1^er critère : le rendement

2^ème critère : l’allure de la courbe caractéristique