Ventilation hygiénique Archives - Energie Plus Le Site

Groupe de ventilation

Composition

Le groupe de ventilation correspond à un caisson permettant de centraliser, en un même endroit accessible, la plupart des composants principaux de la ventilation hygiénique suivant le projet.

Dans le cas où le système permet de traiter l’air neuf et de climatiser les locaux on parlera plus souvent de caisson de traitement d’air (CTA).

Les principaux composants que l’on peut retrouver dans le groupe de ventilation ou le caisson de traitement d’air sont les suivant :

Accessibilité et emplacement

Le groupe de ventilation ou la centrale de traitement d’air rassemble un certains nombre des composants d’un réseau de ventilation. C’est pourquoi, peu importe son emplacement, il doit impérativement rester accessible afin de permettre les contrôles, entretiens, inspections, nettoyages, réglages, remplacements, … périodiques et nécessaires.

De manière générale, le groupe de ventilation peut se trouver :

soit à l’extérieur du bâtiment, bien souvent en toiture,
soit à l’intérieur d’un local technique, situé également en haut du bâtiment pour favoriser les prises et rejets d’air.

Mais le plus important est de savoir s’il se situe à l’intérieur ou à l’extérieur du volume protégé et isolé du bâtiment.

Situation dans le volume protégé

C’est la situation la plus recommandée.

Avantages

Si le groupe de ventilation est proche de l’enveloppe, le nombre et la longueur des conduits à isoler sont limités.
Le risque de condensation est réduit dans les conduits d’évacuation.
Le risque de givre est réduit pour la récupération de chaleur.
L’alimentation électrique est interne au bâtiment : pas de percement de l’enveloppe.

Inconvénients

Les conduits de prise et de rejet d’air à l’extérieur perce l’enveloppe isolée et étanche du bâtiment.
L’air froid extérieur entre vie les conduits; les parties de conduits situées entre l’enveloppe et le groupe de ventilation ou le caisson de traitement d’air doivent isolées pour éviter tout risque de condensation ou de refroidissement de l’ambiance intérieure.
De même ces portions de conduits doivent être limités au maximum ce qui peut s’opposer à un emplacement central du groupe de ventilation qui est bénéfique pour la distribution de l’air neuf au sein du bâtiment et à une limitation des pertes de charges.
Le local technique devrait être suffisamment grand, permettre l’accessibilité et l’entretien du caisson et être correctement isolé acoustiquement pour éviter la propagation des bruits des ventilateurs dans le bâtiment.

Situation hors du volume protégé

Il s’agit d’une situation courante mais peu recommandée.

Avantages

Si le groupe de ventilation est proche de l’enveloppe, le nombre et la longueur des conduits à isoler sont limités.
Le groupe est généralement situé en toiture (plate) ce qui permet de disposer de suffisamment de place et de limiter les portion de conduit de distribution à isoler.
Un local technique n’est pas nécessaire mais il faudra veiller à ce que le caisson de traitement d’air soit protéger des intempéries.
Les conduits de prises et rejets d’air sont limités à leur maximum voir quasi inexistants.

Inconvénients

Les conduits de distribution perce l’enveloppe isolée et étanche du bâtiment.
L’air traité au sein du groupe circule dans le conduits de distribution situé à l’extérieur; les parties de conduits situées entre l’enveloppe et le groupe de ventilation ou le caisson de traitement d’air doivent isolées pour éviter de détruire le traitement de l’air effectué au sein du caisson.
Un endroit suffisamment grand et accessible doit être disponible, ce qui n’est pas toujours le cas.
L’alimentation électrique est interne au bâtiment : de percement de l’enveloppe.
Le caisson de traitement d’air est parfois visible ce qui n’est pas toujours très au goût des occupants ou architectes.

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Ventilation hybride

Une alternance entre soit la ventilation naturelle, soit la ventilation mécanique :

Principe

On parle de ventilation hybride, ou de ventilation naturelle hybride, lorsque au sein d’un même bâtiment un système de ventilation naturelle et un système de ventilation mécanique sont disponibles et combinés. Il s’agit donc de favoriser et d’optimiser l’utilisation des forces motrices naturelles par une assistance mécanique à basse pression (ΔP ≤ 50 Pa).

Généralement un système de gestion intelligente sur base d’une horloge, d’une sonde (température extérieure, CO₂, humidité, …) ou de capteurs permet le passage d’un mode à l’autre au moment voulu afin de procurer le renouvellement d’air nécessaire à une bonne qualité de l’air intérieur.

Plus précisément on distingue trois types de ventilation hybride :

La ventilation naturelle assistée : des ventilateurs basse pression se mettent en marche lorsque les forces motrices naturelles (vent et tirage thermique) ne sont plus suffisantes pour permettre la circulation de l’air et les débits requis.
La ventilation mécanique assistée : qui correspond en réalité à un système de ventilation mécanique comportant des ventilateurs basse pression.
Une alternance entre la ventilation naturelle et mécanique : ce qui suppose que les deux systèmes sont totalement dissociés et que lorsque l’un fonctionne l’autre est à l’arrêt et inversement (voir illustration ci-dessus).

Avantages

La ventilation hybride permet d’utiliser au maximum les forces motrices de la nature pour la circulation de l’air et donc de réduire au minimum les consommations électriques des ventilateurs et auxiliaires associés.

Elle couple à la fois les avantages de la ventilation naturelle et mécanique :

Les éléments de ventilation naturelle demandent généralement très peu d’entretien et ne comprennent pas de ventilateurs bruyants.
La ventilation hybride est simple, et peu coûteuse à l’exploitation.
Elle demande peu de place utile dans les locaux techniques.
Les débits d’air extraits sont en partie contrôlés.

Inconvénients

La ventilation hybride semble un bon compromis entre la ventilation naturelle très économe en énergie et la ventilation mécanique qui permet de s’assurer les débits d’air recommandés. Toutefois, la ventilation hybride reste liée aux phénomènes naturels de mouvement de l’air, la qualité de l’air risque de ne pas être garantie dans tous les locaux. Le renouvellement d’air peut être fortement perturbé par le vent, par l’ouverture de fenêtres, … Il est donc nécessaire de trouver le juste milieu entre débits recommandés et économies d’énergie d’où l’importance de sa régulation !

En outre, comme pour la ventilation simple flux (extraction mécanique) :

L’air neuf n’est pas filtré et les grilles d’amenée d’air peuvent laisser filtrer les bruits extérieurs, ce qui peut être délicat en site urbain ou fortement pollué.
Les grilles d’ouvertures peuvent engendrer un inconfort, par exemple en plein hiver, sauf si la grille d’ouverture est placée à une hauteur supérieure à 1,80 m par rapport au sol ou derrière un corps de chauffe.

Les ouvertures entre locaux, favorisent le passage de bruits pouvant être très gênants. Un traitement acoustique des grilles doit alors être prévu. Mais en pratique, la présence d’absorbeur acoustique dans une ouverture augmente son épaisseur et sous-entend généralement que la grille doit être placée dans l’épaisseur du mur (et non dans le vitrage ou dans la porte).

Enfin, les ouvertures dans les façades ne sont pas toujours du goût des architectes !

Régulation

Par définition, la ventilation hybride suppose au minimum d’une régulation intelligente pour le passage d’un mode à un autre.

Mais, il est également plus qu’utile d’adapter le fonctionnement du ventilateur basse pression en période de ventilation mécanique pour s’approcher au plus proche des débits recommandés et donc de réduire la consommation d’électricité.

Finalement en mode naturelle, il existe plusieurs possibilités de réguler la ventilation hybride : bouches réglables, grilles hygroréglables, grilles commandées électriquement par exemple en fonction d’un horaire.

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Techniques de régulation

Pourquoi réguler les débits de ventilation ?

Il est plus qu’utile d’adapter le fonctionnement de la ventilation en fonction de la période d’occupation et de paramètres intérieurs : nombre de personnes présentes, température, CO₂ ou encore humidité. La régulation de la ventilation hygiénique a un réelle intérêt puisqu’elle permet de s’approcher au mieux des débits recommandés et necessaires en fonction de l’activité du local ou du bâtiment.

Elle permet :

de favoriser le confort des occupants grâce à une bonne qualité de l’air;
de s’assurer la salubrité du local et plus largement du bâtiment;
et de réaliser des économies d’énergie substantielles en limitant les débits et donc les consommations électriques.

Il existe différentes stratégies de régulation. Les possibilités vont varier entre la ventilation naturelle :

L’auto-régulation : grilles d’alimentation auto-réglable
La régulation manuelle : ouverture de fenêtre et réglage des bouches
La régulation automatique : ouverture motorisée en fonction d’un capteur ou d’une horloge

et la ventilation mécanique :

En pratique, la gestion de la ventilation agit sur la modulation des débits en modifiant la vitesse du ou des ventilateurs et/ou en modifiant l’ouverture de clapets au sein des conduits ou directement au droit d’une grille de pulsion ou d’extraction ou encore des amenées ou évacuations d’air naturelle.

Aucune régulation

Si aucune régulation n’est mise en place cela signifie que le système de ventilation hygiénique fonction constamment aux débits de conception maximum soit pour couvrir le débit minimum exigé par les normes. Cependant durant certaines période le local ou le bâtiment est en partie voir totalement inutilisé, c’est le cas de la nuit ou du weekend, les débits pourraient être adaptés ce qui permettrait des économies d’énergie importantes !

Cette stratégie de régulation n’est pas recommandées et doit être proscrite !

La régulation manuelle

Une gestion manuelle des débits de ventilation peut se faire de deux manières : soit en agissant directement sur le ventilateur et en variant sa vitesse soit en modifiant l’ouverture des amenées et évacuations d’air naturelles.

Pour les ouvertures naturelles

Les débits d’air sont régulés par la modification de l’ouverture des grilles soit par la modification de la section de passage d’air.

Les grilles d’amenées et d’évacuation d’air peuvent être réglées manuellement depuis une position complètement fermée jusqu’à une position complètement ouverte. Les positions intermédiaires doivent au minimum est au nombre de 3 mais peuvent aller jusqu’à un réglage en continu.

Pour les systèmes mécaniques

Dans ce cas-ci, un commutateur permet d’agir directement sur la vitesse du ventilateur, soit de moduler le débit à la base du système au sein du groupe de ventilation.
Trois positions minimales sont présentes:

fermé : position éteinte ou avec un débit minimale pour assurer une ventilation de base même en période d’inoccupation
vitesse moyenne : position intermédiaire pour une activité limitée.
vitesse maximale : position correspondante aux normes pour les périodes de grandes activités ou de forte pollution.

Les débits correspondant devront être correctement définis et le système correctement dimensionné pour garantir un fonctionnement correct.

La régulation manuelle est tributaire du comportement des occupants. Ce type de stratégie de régulation est interdit par les normes et législations dans les immeubles non-résidentiels !

La régulation par horloge

Cette stratégie de régulation permet d’automatiser le changement des positions du systèmes de ventilation et donc les débits en fonction d’un horaire, par exemple heure par heure. une horloge est placée sur le circuit électrique de la ventilation et est programmée afin d’adapter les débits de ventilation selon les temps d’activité supposés. Elle permet donc de faire la différence entre la nuit et de la journée, la semaine et du weekend et les différentes intensités d’activité en période d’utilisation du local.

Fonctionnement continu à grande vitesse.

Fonctionnement intermittent avec horloge.

Son principal désavantage est de fonctionner suivant un horaire d’activité supposé qui peut parfois être très éloigné de l’utilisation réelle du bâtiment.

Certains systèmes de régulation permettent de passer en manuelle pour pouvoir faire face à des cas de pollutions ou d’activité exceptionnel ou non prévu dans le schéma de base d’activité du bâtiment. Après un certain temps défini, le système se replace en régulation automatique.

La régulation par l’occupation

Une régulation par l’occupation permet d’activer le système de ventilation en tout ou rien suivant l’occupation ou non du local, mais sans différencier le nombre de personnes présentes !

Un détecteur de mouvement, de présence/absence ou un détecteur infrarouge peut être utilisé. L’enclenchement de la ventilation peut également être assujettit par l’interrupteur des luminaires.

La régulation par sonde ou capteur

La ventilation hygiénique doit permettre une bonne qualité de l’air des espaces intérieurs en évacuant les polluants présents dans l’air et en alimentant le local en air frais. C’est pourquoi il est utile de réguler les débits en fonction d’un ou plusieurs polluants. Le choix de la sonde ou du capteur se fait donc en fonction de l’utilisation du local :

Les détecteurs infrarouges permettent de réguler les débits en fonction de l’occupation du local.
Les sondes CO₂ permettent de rendre compte de l’activité humaine.
Les sondes COV rendent compte de la pollution de l’air.
Les capteurs d’humidité sont particulièrement adapter dans les espaces humides où une trop grande quantité d’humidité doit être évacuée.
La sonde de température peut également être utilisée et régule les débits en fonction de la température intérieur du local ou de la température de l’air extrait, cela peut être le cas dans les cuisines collectives par exemple.
De nombreux capteurs sont possibles et permettent de réguler les débits de ventilation.
Une combinaison de plusieurs types de sondes ou un multi-capteur (CO₂, température et humidité, principalement) au sein d’un bâtiment ou d’un même local permet de caractériser au mieux l’activité et la pollution et donc d’assurer un renouvellement suffisant de l’air pour garantir le confort.

Ce type de régulation permet d’adapter directement les débits en fonction de l’activité du local, on parle de ventilation à la demande. Cette stratégie de gestion permet de faire coïncider au mieux les débits réels aux débits prescrits et donc de ventiler efficacement énergétiquement.

Réduction des débits de ventilation à l’aide d’une régulation à la demande.

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Détecteur de mouvement et de présence/absence [Ventilation]

Utilisation

Les détecteurs de présence, associés ou pas à des boutons poussoirs, permettent d’aider les gestionnaires de bâtiments dans leur « quête » à l’économie d’énergie. Ces dernières années, leur domaine d’applications s’est considérablement étendu. En effet, outre la commande de la ventilation, ils sont actuellement utilisés pour la commande d’automatismes tels que :

la gestion de l’éclairage intérieur et extérieur ;
la régulation des installations de chauffage et de climatisation ;
le déclenchement de l’alarme, puisque ce même principe est utilisé pour la détection d’intrusion ;
jusqu’au déclenchement de la chasse des toilettes, … pour utiliser l’eau de ville à bon escient, bien sûr,… et non pour enregistrer la fréquence et la durée des utilisateurs !

À noter, toutefois, qu’un détecteur a sa consommation propre. S’il est de bonne qualité, cette consommation est réduite (< 1W).

Ce type de détecteur est peu pratique pour la gestion de la ventilation hygiénique puisqu’elle ne permet de régler que en tout ou rien ou suivant 2 positions prédéfinies, par exemple ventilation de base et ventilation maximale en occupation du local. Ils ne permettent pas d’adapter la régulation aux nombres de personnes présentes dans la pièce !

Principe de fonctionnement

Dans le jargon des professionnels, un détecteur de mouvements se différencie d’un détecteur de présence par sa grande sensibilité.

Différentes technologies existent sur le marché. La technologie à infrarouge (IR) est la plus répandue. Cependant, quelques applications de gestion, comme dans les sanitaires par exemple, font appel aux technologies ultrasoniques (US), combinées IR et US ou encore sonore.

En général, l’électronique des détecteurs permet de développer des logiques de gestion en détection de présence ou d’absence. En d’autres termes :

Pour une gestion de présence, le détecteur peut travailler seul. Dès qu’une personne entre dans la zone de détection, la ventilation est allumé sur une position/vitesse définie. Ce principe est applicable dans les locaux où les détections sont fréquentes, mais de courte durée.

Pour une gestion d’absence, le détecteur doit être combiné avec un système de commande volontaire (type bouton-poussoir). Une personne entrant dans un local peut choisir d’allumer ou pas la ventilation en fonction de son ressenti de la qualité de l’air : ce qui n’est pas du tout pratique ! Si elle choisit d’allumer, le détecteur ne coupera ou diminuera la ventilation qu’après un délai réglable d’absence de la personne. Ce principe permet, en général, de responsabiliser les occupant.

Ces détecteurs permettent en réalité d’imaginer toute sorte de fonctionnement.

Technologies des détecteurs

Détecteur à infrarouge (IR)

Ils détectent le mouvement du corps humain par la mesure du rayonnement infrarouge (= chaleur) émis par le corps humain.

Ils sont dits « passifs » car ils n’émettent aucune radiation, contrairement aux détecteurs à infrarouge actif de type « barrière ». Ils mesurent le rayonnement infrarouge émis par les surfaces chaudes.

Ils fournissent une indication de changement d’occupation d’un lieu : absence ou présence. Ils ne permettent pas de connaître le taux d’occupation d’un local ou le nombre d’occupants.

Plus précisément, les détecteurs de mouvement à infrarouge comportent un certain nombre de facettes sensibles. Leur rayon d’action est ainsi découpé en une série de segments. C’est le passage d’un corps (et donc de chaleur) du rayon de vision d’une facette vers celui d’une autre facette qui permet de détecter le mouvement.

La sensibilité d’un détecteur dépend donc du nombre de segments sensibles. Par exemple, un détecteur dont le rayon de détection est découpé en peu de segments risque de ne pas détecter une personne se dirigeant vers lui.

Pour certains modèles perfectionnés, cette sensibilité est réglable. Le réglage sera différent selon le type de local : dans un bureau où les mouvements sont parfois minimes (travail sur ordinateur, par exemple) on le réglera sur une forte sensibilité, tandis que dans un local sujet à des courants d’air, on le réglera sur une sensibilité plus faible.

La limite d’utilisation des détecteurs IR réside dans son incapacité à effectuer une détection au travers d’une paroi par exemple. C’est le cas dans les sanitaires ou les bureaux paysagers aménagés avec des cloisons antibruit ou des armoires hautes.

Détecteurs ultrasoniques (US)

Les détecteurs US sont de type émetteur/récepteur et fonctionne sur le principe de l’effet Doppler. Toute onde ultrasonique (32 kHz à 45 kHz) émise par le détecteur qui rencontre un objet sur son parcours, « rebondit » en direction inverse avec une fréquence différente. Le détecteur est capable de mesurer l’écart de fréquence et de générer ainsi un signal de présence. Les détecteurs US ont une portée limitée mais peuvent détecter des mouvements mineurs et ce même autour de certains obstacles.

Détecteurs à double technologie

Les détecteurs de présence à infrarouges risquent de ne pas détecter les mouvements légers. Par contre des détecteurs à ultrasons peuvent être trop sensibles et risquent de déclencher l’allumage de l’éclairage lors du passage « d’une mouche ». Pour éviter cet inconvénient tout en gardant une sensibilité importante, certains détecteurs, appelés « détecteurs à double technologie » combinent ultrasons et infrarouge.
Cette combinaison permet d’augmenter la fiabilité des détecteurs et élimine les détections indésirables.

Détecteurs sonores

Comme son nom l’indique les détecteurs sonores réagissent au bruit. Cette technologie pourra être utilisée dans les sanitaires par exemple. Pratiquement, on n’utilisera qu’un seul détecteur de ce type dans les communs des sanitaires sans être obligé d’en placer un dans chaque WC. Le moindre bruit émis au travers des parois des WC permettrait de pouvoir prolonger la lecture de son journal en toute quiétude (« pour les amateurs de sieste au WC, dorénavant s’abstenir ! »).

Détecteurs « intelligents »

Ce type de détecteur à double technologie enregistre pendant plusieurs mois le mode d’occupation du local et adapte automatiquement sa sensibilité.

Caractéristiques générales des détecteurs infrarouges (IR)

Un détecteur placé sur une paroi verticale est caractérisé par :

un angle de détection horizontal,
une portée latérale,
une portée frontale.

Un détecteur placé au plafond est caractérisé par :

un rayon d’action de 360°,
un diamètre de détection maximal (ou couverture maximale (en m²)) pour une hauteur maximale.

Lorsqu’on diminue la hauteur d’installation, la zone de couverture diminue, mais la sensibilité augmente.
Par contre, au-delà de la hauteur maximale, la sensibilité n’est plus suffisante.

Attention : le détecteur ne traverse aucune cloison, pas même en verre !

Si plusieurs détecteurs sont placés dans un même lieu, il est intéressant de prendre un modèle de détecteur avec un mécanisme « maître » (ou « master ») et un ou plusieurs avec mécanisme « esclave » (ou « slave »). Un détecteur avec mécanisme « maître » est plus cher, mais les mécanismes « esclave » sont beaucoup moins chers, ce qui rend l’ensemble intéressant économiquement.

Y a-t-il des différences entre détecteurs pour la gestion de l’éclairage et détecteurs pour la gestion de la ventilation ?

Les sondes utilisées dans un but de gestion de l’éclairage ne possèdent pas de temporisation à l’enclenchement/déclenchement. Le détecteur possède une temporisation après le dernier mouvement. Pour certains modèles, cette temporisation est réglable (de 5 secondes à 5 minutes par exemple). La temporisation peut aller jusqu’à 30′ pour les modèles perfectionnés.

De plus, elles intègrent souvent un détecteur de luminosité : en général, le détecteur comporte un interrupteur crépusculaire dont le seuil de luminosité peut être réglé (de 5 à 1 000 lux par exemple).

En éclairage, il existe deux types de mécanismes :

Un mécanisme avec triac qui ne permet de commander que des lampes à incandescence ou halogène 230 V.
Un mécanisme avec relais qui permet de commander également des lampes fluorescentes.

Si les sondes destinées à la régulation de la ventilation sont d’un principe identique, elles intègrent par contre des temporisations à l’enclenchement et au déclenchement nécessaires pour éviter des sollicitations trop fréquentes du système de ventilation.

Ces temporisations sont généralement réglables de quelques minutes à une dizaine de minutes.

À noter qu’il existe des bouches de soufflage qui intègrent une sonde de présence directement :

Emplacement

L’espace couvert par un détecteur détermine l’emplacement des détecteurs.

Les détecteurs doivent être placés de manière à couvrir tout l’espace à détecter.

Le choix de l’emplacement du détecteur a une grande importance sur son bon fonctionnement. Il ne faut pas que le détecteur soit influencé par un mouvement en-dehors de la zone commandée (ouverture de porte, …).

Posted By : Energie-Plus 25 Mar, 2015

Sonde d’humidité

Domaine d’application

Il s’agit d’une sonde permettant de mesurer l’humidité relative ou absolue et, donc, de réguler la ventilation en fonction de l’humidité de l’air.

Elle est particulièrement adaptée dans les locaux humides (sanitaires, cuisines, …) là où l’air est extrait.

Fonctionnement

Les sondes d’humidité utilisées en ventilation et climatisation sont des hygromètres permettant la mesure continue de l’humidité de l’air de la pièce, au contraire des psychomètres qui sont utilisés pour une mesure instantanée.

Il existe plusieurs technologies d’hygromètres électroniques :

à cellule hygroscopique pour la mesure de l’humidité absolue

Le plus connu est l’hygromètre à cellule hygroscopique au chlorure de lithium. Le chlorure de lithium est une solution saline (LiCl). Ses propriétés hygroscopiques lui font absorber constamment de la vapeur d’eau contenue dans l’air.

L’appareil comprend deux électrodes entourant une couche de fibre de verre imbibée de LiCl Le tout est monté sur un capteur de température.

Lorsque les électrodes sont sous tension, le courant circulant au travers du tissu imbibé de LiCl produit de la chaleur qui évapore une partie de l’eau. Par évaporation, la résistance électrique du tissu augmente (la conductivité du tissu diminue), la puissance calorifique diminue, donc aussi la température sur la sonde intérieure. Une température d’équilibre s’établit finalement sur la sonde.

Cette température est utilisée pour mesurer la pression partielle de vapeur d’eau de l’air et de là le niveau d’humidité absolue de l’air.

Cette technique réclame un entretien important, la solution de chlorure de lithium devant être régénérée régulièrement.

à variation de capacité pour la mesure de l’humidité relative

Les hygromètres électroniques à cellule capacitive sont basés sur la modification de la valeur d’un condensateur en fonction de l’humidité. Plus précisément, c’est le diélectrique du condensateur qui est sensible à l’humidité relative de l’air ambiant.

La variation de la capacité (et donc de son impédance) entraîne une variation d’un signal de tension.

L’appareil est fiable et ne demande un étalonnage que tous les 2 ans. La précision est de 3 %. Le temps de réponse est court (de l’ordre de la dizaine de secondes). Et la plage de mesure est large. Que demander de plus ?!

Si, ils ont un petit défaut : être sensible aux polluants chimiques ! On sera dès lors attentif à ne pas les nettoyer avec des solvants organiques (chlore,…).

Leur durée de vie est estimée à une dizaine d’années.

Plage de mesure et fiabilité

Les hygrostats utilisés en climatisation sont des régulateurs tout ou rien, utilisant des hygromètres électroniques à cellule hygroscopique (mesure de ) ou à cellule capacitive (mesure de l’humidité relative). Le différentiel enclenchement – déclenchement est de l’ordre de 3 à 5 % d’humidité relative.

De la précision de la mesure d’humidité dépend la qualité de la régulation et le montant de la facture énergétique, puisque l’influence du taux d’humidité sur la consommation de l’installation est non négligeable ! À ce titre, on privilégiera les sondes à mesure continue par rapport aux sondes à dépassement de seuil (basées sur l’allongement d’un fil synthétique), dont l’hystérésis peut être important (près de 15 %).

Emplacement

Il est préférable de choisir une sonde à placer en conduit aéraulique et de l’installer dans le conduit de reprise d’air. Ainsi, la mesure est plus représentative de l’humidité de l’air moyenne du local et la sonde est moins soumise aux perturbations locales et à l’empoussièrement.

Quelques recommandations pour une mesure de qualité en conduit :

Une distance minimale entre l’humidificateur et la sonde, d’une part pour s’assurer que toutes les gouttelettes sont bien évaporées (les gouttelettes ne sont pas prises en considération dans la mesure !), mais d’autre part parce que ces gouttelettes mènent à la destruction de la sonde, tout particulièrement celles au chlorure de lithium. On se renseignera auprès du constructeur.
Une distance minimale entre les batteries chaudes ou froides et la sonde : même si, faute de place, il n’est pas toujours facile de respecter la distance théorique, il y a lieu d’éloigner les sondes des batteries pour éviter l’effet de stratification (l’air humide a tendance à s’élever). Distance théorique minimale = 5 à 10 D, où D est . De plus, on placera les sondes à mi-hauteur du conduit aéraulique, et au centre de l’écoulement.
Une protection de l’élément sensible, soit par une grille si air propre, soit par un filtre en métal fritté si air avec poussières.
Une ouverture dans la gaine, à proximité de la sonde, pour pouvoir faire périodiquement une mesure de contrôle avec un appareil indépendant de l’indication de la sonde de régulation.
Une mesure dans la gaine de reprise située, si possible, en aval du ventilateur d’extraction si un risque de stratification de l’humidité est présent.
Un câble de raccordement électrique de la sonde suffisamment long pour permettre un entretien aisé.

Dans le cas où la sonde est placée dans le local, on sera attentif à

les éloigner des portes et fenêtres (pour éviter l’influence de l’air extérieur),
éviter les coins (mauvaise circulation de l’air).

Pour effectuer une mesure correcte, il faut que l’air soit en contact réel avec le capteur : il faut donc garantir un libre écoulement vers l’organe de mesure. Toutes les précautions de placement applicables aux sondes de température sont valables ici (température et humidité sont parfois dans le même boîtier). Elles ne devront pas être situées à proximité des climatiseurs, par exemple.

Output

Les sondes délivrent généralement un signal analogique standard : 0-10 V ou 4 – 20 mA. Elles sont alimentées par une tension continue de l’ordre de 24 V.

Maintenance

Principales mesures d’entretien

Dépoussiérage de l’élément sensible au pinceau doux, si l’air est chargé en poussières.
Remplacement des filtres en métal fritté.
Pas de nettoyage des sondes à capacité par un solvant organique, du type chloré par exemple.
Régénération des sondes à chlorure de lithium, par l’utilisateur.
Étalonnage des éléments sensibles tous les ans (ou tous les deux ans si la sensibilité à la variation de la consigne est faible). Un tel étalonnage peut être fait facilement grâce à l’existence de cartouches contenant des solutions salines. L’humidité relative au-dessus de la solution est pratiquement indépendante de la température.

Exemple.

Solution de chlorure de sodium (76 % HR), ou de carbonate de potassium (44 % HR).

Il est donc facile de recalibrer l’appareil (consulter le fournisseur pour connaître les solutions salines adéquates, certaines étant agressives pour les éléments sensibles)

Une autre possibilité d’étalonnage consiste à comparer la mesure à celle d’un autre appareil plus précis (de la l’intérêt de prévoir une petite ouverture dans la gaine, à proximité de la sonde).

Posted By : Sylvie 5 Nov, 2007

Absorbeurs acoustiques

Les silencieux à absorption

Le silencieux à absorption est le plus utilisé dans les installations de ventilation et de climatisation.

Physiquement, l’énergie acoustique du signal sonore est absorbée par les parois et convertie en chaleur.

gaine d’écoulement.
enveloppe perméable aux sons.
matériau d’absorption acoustique.

Le principe consiste à faire circuler l’air entre des plaques de matériau absorbant, appelées baffles (garnie de plaques métalliques dans le cas des silencieux pour basse fréquence). L’atténuation acoustique d’un silencieux est fonction de l’épaisseur des baffles, de l’écartement entre deux baffles et de la longueur de ces derniers

Silencieux composés de cinq baffles.
Baffle pour silencieux efficace pour les hautes fréquences.
Baffle pour silencieux, recouvert en partie d’une tôle métallique pour les basses fréquences.

Tourelles d’extraction équipées d’un silencieux.

Il existe également des baffles cylindriques dans lesquels le matériau absorbant est recouvert d’un tube perforé. Ceux-ci ne permettent pas une atténuation aussi importante que leurs homologues rectangulaires, mais provoquent moins de pertes de charges. Pour les plus grands diamètres, ce type de silencieux est en outre équipé d’un cylindre central (appelé bulbe) pour augmenter ses performances.

Silencieux cylindriques sans et avec bulbe.

Les silencieux actifs

L’absorption acoustique a comme principe de créer à l’aide d’un circuit électronique une onde déphasée par rapport à l’onde acoustique qui se propage dans le réseau, annulant cette dernière :

Le bruit incident dans la gaine est transmis par le microphone de détection (situé vers le ventilateur) au calculateur électronique. Celui-ci analyse ce signal entrant, le décompose, calcule le signal inverse et le restitue au haut-parleur. Ce dernier émet le bruit contraire ainsi créé dans le flux d’air qui interfère de manière destructive avec le bruit incident pour l’atténuer. Un microphone de contrôle (à l’opposé du ventilateur) transmet au calculateur le bruit atténué résultant pour qu’il corrige et optimise cette atténuation.

Silencieux actif.

L’énorme avantage de cette technique est de ne créer que peu de perte de charge, contrairement à tous les systèmes dits « passifs ».

Les silencieux actifs sont capables d’éliminer aussi bien des bruits complexes que des sons purs. Ils sont particulièrement efficaces dans l’atténuation des basses fréquence sans sélectivité.

Ils peuvent ainsi être complémentaire aux silencieux à absorption car leur association permet de réduire des niveaux de bruit sur de larges bandes allant des basses aux hautes fréquences.

Les silencieux actif s’insère directement sur un réseau de gaines circulaires mais, pour les gaines rectangulaires des pièces d’adaptation sont nécessaires.

Les turbulences au sein de l’écoulement d’air diminuent les performances de ce type de silencieux. Il faut donc être attentif à les placer dans une portion du réseau où l’air se répartit le plus uniformément sur toute sa section.

La manchette de compensation

La manchette de compensation, ou compensateur élastique, a pour mission de couper les bruits transmis par les solides, grâce à son élasticité.

Tout particulièrement, elle permet de stopper les vibrations générées par le ventilateur dans le caisson de climatisation.

Elle est réalisée en toile à voile, en tissu plastifié ou en matière synthétique.

Le revêtement absorbant de conduit

Un revêtement intérieur fibreux (généralement, il s’agit de panneaux de laine minérale) renforce l’atténuation du son transporté par un conduit d’air.

Il existe 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. Cet enduit ne doit pas dépasser 0,1 mm d’épaisseur, sans quoi le pouvoir d’absorption est diminué. Les panneaux pouvant émettre des fibres dans le réseau de ventilation sont, quant à eux, à éviter.

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…

Exemple : imaginons un conduit de 0,15 m x 0,15 m de section, d’une longueur de 11 m, munie d’un revêtement absorbant sur 1 m. Quelle sera l’atténuation sonore totale ?

Voici l’atténuation du niveau sonore annoncée par un fabricant de panneaux absorbants [en dB/m] :

Section du conduit	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
0,15 m x 0,15 m	4,5	4	11	16,5	19	17,5
0,30 m x 0,30 m	1,5	1,5	6	15	10	7
0,60 m x 0,60 m	1	1,5	5	12	7	4,5

Remarque.

On constate que l’absorption acoustique d’un matériau fibreux est nettement plus élevée pour les hautes fréquences (sons aigus) que les basses fréquences (sons graves). On constate également que le même absorbant est plus efficace dans un conduit de faible diamètre (la fréquence des chocs avec les parois est beaucoup plus élevée).

Voici l’atténuation linéaire [en dB/m] d’un conduit en tôle d’acier :

Section du conduit	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
0,15 m x 0,15 m	0,6	0,45	0,3	0,3	0,3	0,3

Additionnons les atténuations [en dB] sur les 11 m de conduit :

	125 Hz	250 Hz	500 Hz	1 000 Hz	2 000 Hz	4 000 Hz
10 m sans revêtement	6	4,5	3	3	3	3
1 m avec revêtement	4,5	4	11	16,5	19	17,5
Atténuation totale	10,5	8,5	14	19,5	22	20,5

Conclusions : Il est très frappant de voir l’efficacité de 1 m de matériau absorbant par rapport à 10 m de tôle non couverte ! En fait, les conduits en tôle avec revêtement absorbant ne sont rien d’autre que des silencieux à absorption…

Posted By : 25 Sep, 2007

Principes de base de la ventilation

La qualité d’air intérieur dépend notamment de :

L’air extérieur
Le mobilier
Les produits et équipements de construction
La ventilation
Le comportement des usagers

Pourquoi faut-il ventiler ?

Pour maitriser l’énergie

La ventilation hygiénique fait partie du trio indissociable formé avec l’étanchéité à l’air et l’isolation thermique permettant le bon achèvement d’un bâtiment confortable et performant énergétiquement. L’un ne va pas sans l’autre. En effet, augmenter l’isolation sans penser aux pertes dues au niveau d’étanchéité à l’air du bâtiment n’a pas de sens… Et dès lors que le bâtiment est suffisamment étanche à l’air, il devient impératif de ventiler pour assurer une bonne qualité de l’air intérieur et garantir des ambiances intérieures confortables.

Pour garantir une bonne qualité de l’air intérieur

Ainsi, l’être humain passe entre 80% et 90% de son temps dans un espace intérieur clos et y respire de l’air intérieur bien souvent plus pollué que l’air extérieur. Pour évacuer ces polluants présents dans l’air et garantir une bonne qualité de l’air pour notre confort respiratoire et notre santé, il est nécessaire de ventiler les locaux dans lesquels nous vivons. De même, il peut être nécessaire d’évacuer le surplus d’humidité des bâtiments afin d’éviter tous dégâts dus à la condensation et garantir la bonne santé du bâtiment autant que celle des occupants.

Pour oxygéner le bâtiment

Dès lors que le bâtiment est un tant soit peu étanche à l’air et que les appareils de combustion se trouve à l’intérieur du volume protégé, il devient nécessaire d’assurer l’alimentation en air et donc en oxygène du bâtiment pour permettre la combustion utile au système de chauffage.

Comment ventiler ?

Pour atteindre les débits d’air et les renouvellements d’air prévus par les normes ou ceux nécessaires afin de garantir le confort respiratoire et la santé des occupants et du bâtiment, un système de ventilation hygiénique de base doit prévoir :

une amenée d’air frais dans les locaux dits « secs » : bureaux, salle de réunion, salle de séjour, chambre…
une évacuation de l’air vicié et humide dans les locaux dits « humides » : sanitaires, vestiaires, cuisine, salle de bain…
un transfert de l’air des locaux secs aux locaux humides
une gestion efficace pour garantir les débits voulus tout en limitant les pertes énergétiques

Les locaux où l’air doit être fournit doivent donc disposer d’une alimentation en air et ceux où l’air doit être enlevé, d’une extraction. Celles-ci peuvent être naturels (simple ouverture vers l’extérieur) ou mécanique (équipée d’un ventilateur). Ceci donne lieu à une classification des systèmes de ventilation en 4 modes principaux :

Évacuation	Alimentation
Évacuation	Naturelle	Mécanique
Naturelle	Système A ou Ventilation naturelle	Système B ou Simple flux par insufflation
Mécanique	Système C ou Simple flux par extraction	Système D ou Double flux

Les dénominations A, B, C et D proviennent de la norme NBN D50-001 qui traitent des dispositifs de ventilation dans les bâtiments d’habitation et sont donc propres au milieu résidentiel. Cette norme distingue également trois type d’ouverture nécessaire à la ventilation correcte des locaux :

OAR	Ouverture d’amenée d’air réglable ou entrée d’air naturelle comportant au minimum 3 positions de réglage entre la position fermée et l’ouverture maximum (grille, vasistas, …).
OER	Ouverture d’évacuation d’air réglable ou évacuation naturelle d’air comportant au minimum 3 positions de réglage entre la position fermée et l’ouverture maximum (conduit vertical), la position fermée laissant passer un débit de fuite de 15 à 25 % du débit en position complètement ouverte.
OT	Ouverture de transfert ou ouverture permettant le transfert naturel d’air entre deux locaux (grille, interstice sous les portes, …)

Quels types de ventilation ?

La ventilation naturelle se fait par les interstices (infiltration) et par les ouvertures (ventilation) du bâtiment. L’air circule sous l’effet du vent, des différences de températures et des jeux de pressions. L’ouverture des grilles, bouches ou fenêtres peut se faire manuellement ou mécaniquement.
La ventilation mécanique utilise des composants motorisés, ventilateurs, pour forcer la circulation l’air à l’intérieur du bâtiment. On parle de simple flux par extraction si le ventilateur sert à faire sortir l’air du bâtiment, de simple-flux par insufflation s’il sert à faire entrer l’air ou de double flux si le système combine les deux.
La ventilation hybride correspond à une ventilation naturelle assistée ou remplacée mécaniquement sur certaines périodes de fonctionnement.
La ventilation de base consiste à alimenter le bâtiment en air frais en permanence durant les activités normales.
La ventilation intensive est nécessaire en cas d’occupation et de besoins particuliers comme une surchauffe exceptionnelle, un ensoleillement intensif, des activités exceptionnellement polluantes, … afin que le climat reste dans des limites acceptables.

Exemple de ventilation naturelle – Cas de l’hébergement

Amenées d’air naturel
Grille de transfert
Bouche d’extraction
Evacuation naturelle

L’air est introduit naturellement dans les chambres par des ouvertures en façade et évacué naturellement par des conduits verticaux dans les sanitaires.

Exemple de ventilation simple flux (pulsion) – Cas de l’hébergement

Prise d’air extérieur
Filtre
Préchauffage
Ventilateur
Gestion des débits
Evacuation naturelle
Bouche d’extraction
Bouche de pulsion
Grille de transfert

L’air est pulsé dans les chambres et évacué naturellement par des conduits verticaux dans les sanitaires.

Exemple de ventilation simple flux (extraction) – Cas d’une école

Amenée d’air naturelle
Grille de transfert
Gestion des débits
Ventilateur
Bouche d’extraction
Conduit

L’air est introduit naturellement dans les classes par des ouvertures en façade et évacué mécaniquement (en tout ou en partie) dans les sanitaires.

Exemple de ventilation double flux – Cas d’un immeuble de bureaux

Prise d’air extérieur
Filtre
Préchauffage
Ventilateur
Gestion des débits
Bouche d’extraction
Conduits
Grille de transfert

L’air est pulsé dans les bureaux évacué mécaniquement (en tout ou en partie) dans les sanitaires.

Posted By : 25 Sep, 2007

Grilles de transfert

Les dispositifs de transfert de l’air sont nécessaires pour permettre le passage de l’air entre les locaux dans lesquels l’air neuf est amené et les locaux dans lesquels l’air vicié est évacué.

Grilles dans les portes intérieures

Grille de transfert à placer dans une porte.

Le débit nominal de la grille est mentionné dans la documentation des fournisseurs pour une différence de pression de 2 Pa. Les grilles de transfert ne peuvent pas être réglées. Elles sont généralement composées de lamelles obliques formant écran à la vue.

Différentes possibilités de vision au travers d’une grille.

Sur le plan acoustique, les grilles intérieures courantes entraînent une diminution considérable de la valeur d’isolation de la porte. Il existe toutefois des modèles qui ont une meilleure valeur d’isolation acoustique. Elles sont composées d’une chicane enrobée d’une matériau absorbant.

Ouvertures de transfert acoustiques.

Grilles de transfert acoustiques.

Coupe dans une porte munie d’une ouverture de transfert acoustique garnie d’un matériau absorbant.

Grilles dans les murs intérieurs

Les grilles peuvent être encastrées dans les murs intérieurs mêmes. Comme ces derniers ont habituellement une épaisseur plus importante, ce genre d’ouverture de transfert offre plus de possibilités sur le plan des performances acoustiques. En outre, leur encastrement est plus esthétique et moins visible. Elles peuvent être disposées derrière un meuble, un radiateur. Leur inconvénient est qu’elles doivent généralement être prévues lors du gros œuvre.

Fentes sous les portes

Des simples fentes sous une porte peuvent également servir d’ouverture de transfert. La section nette de la totalité des fentes doit s’élever à au moins 70 cm² par local. Lors de l’installation de la porte, il importe de tenir compte du parachèvement du sol pour qu’en final subsiste une ouverture suffisante. Par exemple, lorsque le sol doit être ultérieurement recouvert de moquette, l’épaisseur du tapis à prendre en compte pour déterminer la hauteur de la fente est au moins de 10 mm (attention cependant à ce que ce relèvement de la porte ne soit considéré comme une erreur de finition !).

Les performances acoustiques des fentes sous une porte sont assez médiocres. Par exemple, une fente de 10 mm de hauteur correspond à une diminution de l’isolation acoustique de 11 dB.

Grilles coupe-feu

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 ».

Pour répondre à cette exigence, il existe des grilles dont les lames sont composées d’un matériau intumescent. Les lames gonflent lorsque la température s’élève (de l’ordre d’une centaine de degrés), obturant ainsi l’ouverture et fournissant une résistance au feu de l’ordre d’une heure.

Grille coupe-feu.

Posted By : 25 Sep, 2007

Registres et clapets

Clapets de réglage des débits.

Registres de réglage

Ces registres servent

Au réglage de débit d’air, par création d’une perte de charge variable, qui n’est pas directement proportionnelle à l’angle de pivotement des volets : la variation du débit dépend essentiellement de la pente de la courbe débit-pression du ventilateur ; si cette pente est fortement descendante, le débit diminuera lorsque le registre sera près de la fermeture (avec un risque de bruits importants).
À l’isolement entre un conduit d’air et un ou plusieurs autres. Par exemple, pour remplacer une alimentation en air recyclé par une alimentation en air neuf ou pour isoler un échangeur de température. Une étanchéité rigoureuse n’est généralement pas demandée.

En général de section rectangulaire, ils comportent plusieurs lames ou volets pivotant autour d’axes parallèles, depuis une position « ouvert » où ils présentent leur tranche à l’écoulement de l’air, jusqu’à une position « fermée » où leurs bords se rejoignent : comme chaque volet a un effet directionnel, on les actionnent de manière à ce que leur sens de pivotement soit contraire d’un volet à l’autre. On évite ainsi que la déviation du flux d’air aval ne perturbe trop l’écoulement loin à l’aval du registre.

Dans le cas de sections circulaires, on utilise parfois (pour une facilité d’approvisionnement et de fabrication) des registres de section carrée, dont les coins débordent. Un registre de section ronde à un seul volet rond créerait une dissymétrie perturbant trop l’écoulement aval. Les registres à deux volets semi-circulaires sont préférables.

Volets de réglage.

Il est difficile de réaliser des registres très étanches. Néanmoins, il est possible de réduire les fuites en position fermée à quelques pour-cent du débit normal avec des bords de volet se recouvrant et munis de joints souples. Le jeu entre volets et parois doit être réduit au minimum tout en restant compatible avec un pivotement facile des volets.

Dans les régions froides, des résistances électriques peuvent être incorporées aux bords des volets placés à l’extérieur.

Clapets d’obturation

Il s’agit des dispositifs permettant la fermeture quasi parfaite d’un conduit. Ils peuvent être actionnés mécaniquement et même automatiquement dès que la vitesse de l’air diminue ou tend à s’inverser. Ils ne comportent généralement qu’un seul volet dont la section est supérieure à celle du conduit. Ils reposent par leur pourtour sur un siège souvent garni d’un joint souple laissant libre une section égale à celle du conduit.

Clapet anti-retour et clapet de fermeture.

De tels clapets se rencontrent souvent au refoulement de ventilateurs, fonctionnant en parallèle, afin d’éviter un retour en arrière à travers un ventilateur arrêté. Sans ce dispositif le ventilateur risque d’avoir des temps de démarrage plus long provoquant un échauffement important du rotor du moteur électrique. De tels clapets s’imposent également quand un conduit doit être isolé pour des questions d’entretien ou de sécurité (désenfumage en cas d’incendie).

On utilise également des clapets plus légers dits « anti-retour » comprenant souvent plusieurs lames comme les registres, ces lames retombant sous leur propre poids quand la circulation d’air s’arrête ou s’inverse.

Diaphragmes de réglage

L’utilisation de diaphragmes fixes ou réglables est parfois nécessaire pour modifier la perte de charge d’un circuit pour équilibrer les débits réels par rapport aux prévisions.

Diaphragme de réglage des débits.

Les diaphragmes sont des sources de bruit et créent des zones d’accumulation de poussières. Ils sont réalisés sous des formes différentes

Lame plane pénétrant dans le conduit entre deux brides d’assemblage, fixée au montage ou coulissante dans des rainures pour obtenir un réglage. Sa position peut être bloquée par pose d’une goupille.
Lame fixée contre un côté intérieur du conduit et pouvant pivoter par déformation sous la poussée d’une tige articulée ressortant de la paroi. La lame est solidarisée à la paroi après obtention d’un réglage correct.
Grille, grillage ou tôle perforée qui répartissent mieux la perte de charge et ont l’avantage de ne perturber l’écoulement aval que sur une courte distance et d’homogénéiser le flux d’air.

Clapets coupe-feu

Lorsqu’un conduit de ventilation traverse une paroi présentant une exigence de résistance au feu, il est obligatoire de prévoir des équipements qui pallient à la faiblesse ainsi crée et permettent de bloquer la distribution des fumées. On recours pour cela à différents équipements selon la section du conduit:

si la section du conduit est > 130 cm² : 1 clapet coupe-feu est placé au droit de la paroi de la trémie. Grâce à un fusible thermique, il se fermera soit quand la température de l’air dépasse une certaine température (typiquement 80°C). Pour éviter une propagation des fumées à des températures moindres, certains sont équipés également d’une détection de fumée.

si la section du conduit est < 130 cm² : Des grilles foisonnantes ou intumescentes sont placées au droit de la paroi entourant la trémie. Elles gonfleront sous l’effet de la chaleur et bloqueront le passage du feu (usage unique !).

Posted By : 25 Sep, 2007

Entraînements pour ventilateurs

Ventilateur entraîné par courroies.

Entraînement direct

Dans ce cas, la roue est directement calée sur l’arbre du moteur. Avec de petits ventilateurs, on peut également caler la roue sur le rotor d’un moteur à rotor extérieur.

Ventilateur à entraînement direct.

Les avantages de l’entraînement direct proviennent de son coût d’investissement moindre, de son meilleur rendement (pertes de 2 à 5 % contre 2 à 10 % pour l’entraînement par courroies), de son encombrement réduit et de son faible coût d’entretien.

Son principal inconvénient provient sans aucun doute de l’impossibilité, sans disposer d’un variateur de vitesse, d’ajuster a posteriori la vitesse du ventilateur pour régler au plus juste le point de fonctionnement nominal, à quoi s’ajoute dans le cas des gros ventilateurs une plus importante sollicitation des paliers. Par ailleurs, ce type d’entraînement ne convient pas dans le cas de températures d’aspiration élevées.

Entraînement par accouplement élastique et coupleurs centrifuges ou hydrauliques

Les accouplements sont des liaisons d’arbres permanentes, tournant à la même vitesse.

C’est un type d’entraînement qui est principalement utilisé dans le cas de roues de grandes dimensions et dont la masse à mettre en mouvement est importante. Les paliers du ventilateur et du moteur sont alors indépendants.

Dans un accouplement élastique, un élément élastique est interposé entre les deux moitiés de l’accouplement. Dans les coupleurs centrifuges, la transmission du couple se fait grâce à la force centrifuge qui presse des éléments mobiles entraînés par l’arbre du moteur contre la partie du coupleur solidaire du ventilateur. Dans les coupleurs hydrauliques, c’est le déplacement d’un fluide qui assure la transmission du mouvement.

L’avantage des accouplements élastiques provient de l’amortissement des faibles mouvements d’arbre dans une direction longitudinale par suite de variations de température ou de pression d’aspiration. Celle-ci provient, particulièrement dans le cas de ventilateurs à simple ouïe d’aspiration, de ce que les fluctuations de pression amont modifient également la poussée axiale. Un autre avantage provient de l’équilibrage des vibrations produites par le couple moteur.

Les coupleurs permettent, eux, de faciliter le démarrage en réduisant la période de surcharge du réseau par un courant de démarrage élevé.

Comme pour l’entraînement direct, l’inconvénient de ces types d’entraînement tient au fait qu’on ne peut faire varier a posteriori la vitesse de rotation du ventilateur pour ajuster le point de fonctionnement nominal. On ne peut donc pas faire de correction du point de fonctionnement en agissant sur la vitesse de rotation.

Entraînement par coupleur élastique. et par courroies et coupleur centrifuge.

Remarquons qu’un entraînement par courroies peut être raccordé au moteur via un accouplement du type centrifuge.

Entraînement par courroies

n_ventilateur= n_moteurx (D_moteur/ D_ventilateur)

ou,

n_ventilateuret D_ventilateur= vitesse et diamètre de la poulie du ventilateur (fond de gorge).
n_moteuret D_moteur= vitesse et diamètre de la poulie du moteur (fond de gorge).

La vitesse du moteur est connue en lisant sa plaque signalétique.

Les courroies les plus courantes sont les courroies trapézoïdales étroites.

Son grand avantage réside dans le fait que l’on n’est pas lié aux vitesses de synchronisme, ce qui donne plus de latitude quant au choix du ventilateur. On peut par exemple choisir un moteur tournant plus vite donc moins coûteux. Il est en outre toujours possible d’effectuer ultérieurement des corrections du point de fonctionnement par échange des poulies. En prenant quelques mesures complémentaires appropriées, ce mode d’entraînement convient aussi très bien dans le cas de températures d’aspiration élevées.

Ses inconvénients viennent de son rendement pas très élevé ainsi que de l’usure des courroies, ce qui entraîne des frais d’entretien supplémentaires.

La tension de la courroie joue un rôle important sur son bon fonctionnement :

Une trop faible tension a pour conséquence un glissement élevé, donc un échauffement de la courroie et une usure prématurée.
Une trop forte tension entraîne la surcharge des paliers.

Bien réglée, un transmission par courroies a un rendement de l’ordre de 97 %. Ce rendement peut chuter à 80 % pour des poulies très petites.

Des entraînements par courroies trapézoïdales munis de poulies trop petites ou inutilement de courroies doubles et dont la tension est mal réglée entraînent des pertes de 10 à 20 %.

Un autre inconvénient est l’augmentation des frais d’entretien et de surveillance.

Lorsque l’on met deux courroies (ou plus) en parallèle, là où une seule suffirait, cela peut provoquer des vibrations, des bruits et une usure irrégulière. La durée de vie des courroies est réduite, ainsi que le rendement de transmission.

Entraînement direct par moteur à rotor extérieur

Le moteur à rotor extérieur est sans aucun doute d’une solution très bon marché et ne nécessitant que peu de maintenance pour entraîner de petits ventilateurs dont le gain de pression est faible. La vitesse de rotation de tels moteurs est réglable par variation de tension d’où la possibilité d’adapter en souplesse le fonctionnement du ventilateur aux exigences de l’installation.

Comme avantage complémentaire, on peut citer son encombrement réduit.

Au titre des inconvénients, on peut mentionner les faibles températures d’aspiration admissibles, qui se situent en général à 40 ou 50°C au maximum. Par ailleurs, le rendement global du ventilateur est relativement faible avec ce type d’entraînement.

Rendements

Mode d’entraînement	Pertes
Moteur à entraînement direct (roue de ventilateur directement calée sur l’arbre du moteur)	2 à 5 %
Entraînement par accouplement	3 à 8 %
Transmission par courroies	P_mot< 7,5 kW : 10 % 7,5 kW < P_mot< 11 kW : 8 % 11 kW < P_mot< 22 kW : 6 % 22 kW < P_mot< 30 kW : 5 % 30 kW < P_mot< 55 kW : 4 % 55 kW < P_mot< 75 kW : 3 % 75 kW < P_mot< 100 kW : 2,5 %

Posted By : 25 Sep, 2007

Amenées d’air naturelles

Amenées d'air naturelles

Amenées d’air naturelles : définition

Une amenée d’air naturelle est définie dans la norme NBN D 50-001 relative à la ventilation des locaux d’hébergement comme :

Une « ouverture d’alimentation réglable » ou « OAR »

C’est-à-dire une ouverture prévue dans une paroi extérieure, dans ou autour d’une fenêtre ou d’une porte extérieure dont la surface peut être modifiée manuellement ou automatiquement en continu ou au minimum en trois positions entre la position fermée et la position entièrement ouverte.

De plus, suivant la NBN D 50-001, une ouverture « de fuite » peut subsister en position fermée, pour permettre un certain renouvellement d’air même en cas de fermeture de toutes les alimentations d’air. En pratique, cette ouverture minimum équivaut à maximum 3 % de l’ouverture maximum.

La norme précise en outre qu’une ouverture d’alimentation réglable ne peut en aucun cas augmenter le risque d’effraction.

En pratique, une OAR est une grille ou un vasistas.

Les grilles de ventilation

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

Grilles réglables à insérer dans la maçonnerie et grille intégrée au dessus du châssis, contre la battée.

Les grilles de ventilation peuvent, en pratique, faire l’objet de nombreuses applications. On peut notamment les distinguer selon leur emplacement dans les façades extérieures

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

Leur débit nominal varie entre 30 et 180 m³/h par m courant (sous 2 Pa), les dimensions (principalement en épaisseur) étant d’autant plus importantes que le débit est grand. Le réglage manuel du débit d’air se fait soit par une glissière, un cylindre rotatif ou encore un clapet. La manipulation de la grille est possible grâce à une manette, une cordelette, une tringle ou encore une glissière pour les grilles disposées à des hauteurs difficilement accessibles.

Il existe également sur le marché :

Des grilles à coulisses

Les grilles à coulisse ne présentant pas de chicane sur le trajet de l’air. Ces grilles, de moins en moins utilisées, ne freinent pas le flux d’air, ce qui peut provoquer un léger courant d’air à proximité de la grille.

Grille à coulisse.

Des grilles à profilés minces

Les grilles pouvant s’adapter à toutes les épaisseurs usuelles de vitrage. Des grilles avec profilés plus minces s’adaptent également aux fenêtres coulissantes.

Grille autoréglable pour châssis coulissant.

Des grilles autoréglables

Les grilles dites « autoréglables » qui ont pour but de maintenir un débit constant quelle que soit la pression du vent. Ces grilles comprennent une bavette souple réduisant automatiquement la section d’ouverture quand la pression augmente. Elles permettent ainsi d’obtenir un débit d’air 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 (malgré tout nettement supérieure au débit de dimensionnement, puisqu’elles ne réagissent qu’à partir de 10 Pa alors que la pression de dimensionnement est de 2 Pa) mais elles évitent également que les utilisateurs ne bouchent complètement les grilles pour éviter les courants d’air inévitables par vent fort.

Exemple de grilles autoréglables.

Des grilles hygroréglables

Les grilles dites « hygroréglables » qui adaptent leur ouverture en fonction du degré d’humidité ambiante du local. Elles sont constituées d’un élément sensible à l’humidité relative (tresse de nylon) qui commande l’ouverture par sa dilatation. Leur bon fonctionnement est conditionné par l’absence d’influence de l’ambiance extérieure sur l’élément hygrosensible. Celui-ci doit être parcouru par de l’air intérieur et sa température doit être la plus proche possible de cet air.

Grille hygroréglable.

Des grilles à coupure thermique

Les grilles à coupure thermique (absence de contact ou matériau isolant) entre les matériaux en contact avec l’extérieur et les matériaux en contact avec l’intérieur. Ces grilles évitent qu’en position fermée des condensations n’apparaissent sur la face intérieure.

Des grilles isophoniques

Les grilles possédant aussi des systèmes d’insonorisation évitant la transmission trop importante des bruits extérieurs. Ces grilles possèdent des chicanes obligeant l’air à passer entre des surfaces garnies de matériaux absorbants.

Exemple de grilles isophoniques.

Des grilles motorisées

Avec ouverture motorisée ou des grilles assistées par un ventilateur interne et pouvant être raccordées à un régulateur (thermostats, hygrostat) commandant la mise en route en fonction des besoins en ventilation intensive.

Exemple de grille motorisée avec commande par potentiomètre ou thermostat – hygrostat.

Des grilles pour ventilation intensive

Les grilles d’aération traditionnelles suffisent pour assurer la ventilation hygiénique. Pour augmenter les débits d’air et pratiquer une ventilation intensive (rafraîchissement nocturne, évacuation d’un polluant occasionnel,…), il existe des grilles nettement plus grandes qui placée devant un ouvrant de fenêtre permettent des débits d’air important tout en protégeant le bâtiment contre l’intrusion, le passage des insectes, la pluie. Ces grilles se placent facilement de l’intérieur dans les ouvrants existants. Elles peuvent par exemple être installées en été et retirées en hiver. Une fois en place, la grille ne perturbe nullement l’ouverture de la fenêtre.

Grille de ventilation nocturne intensive.

Les vasistas

Les vasistas sont de petites fenêtres ouvrantes qui (dans la tradition belge) s’ouvrent généralement vers l’intérieur et s’articulent par le bas. Ce type de fenêtre se rencontre fréquemment dans les toilettes mais peut également être utilisé dans d’autres pièces. Aux Pays-Bas, les vasistas s’articulent par le haut et s’ouvrent vers l’extérieur. Ils servent souvent d’amenées d’air pour la ventilation de base.

Vasistas s’ouvrant vers l’extérieur ou vers l’intérieur.

Notons que se développent actuellement des systèmes plus sophistiqués permettant de régler assez précisément la position d’ouverture de ces fenêtres, soit manuellement, soit automatiquement.

Les portes et fenêtres

Les portes et les fenêtres ont depuis toujours été utilisées pour ventiler les bâtiments. Dans le cadre de la norme sur la ventilation, elles ne conviennent pas, car les débits amenés sont beaucoup trop élevés pour la ventilation de base. Leurs surfaces ouvertes génèrent des débits qui dépassent le débit maximum autorisé. En outre, les possibilités de réglage sont trop limitées. Dans l’esprit de la norme, les fenêtres et portes ouvertes ne peuvent donc servir que comme dispositifs de « ventilation périodique intensive ». Notons toutefois une exception pour les petits vasistas réglables.

Les conduits ouverts

Les conduits de ventilation ouverts (ouvertures non obturables dans les murs ou les sols) ne conviennent pas non plus, étant donné qu’ils engendrent de trop grands débits (plus du maximum autorisé de deux fois le débit nominal) et ne sont pas réglables. Les conduits ouverts peuvent dès lors être utilisés, dans le cadre de la norme, comme dispositifs pour les locaux ou espaces spéciaux : garages, les caves, les débarras, les chaufferies, les greniers, etc.

Posted By : 25 Sep, 2007

Ventilation naturelle

Amenée d’air naturel
Grille de transfert
Evacuation naturelle

Principe

Dans la ventilation naturelle, ou système A, suivant la norme NBN D50-001, aucun ventilateur n’intervient. L’air se déplace grâce aux différences de pression dues au vent qui existent entre les façades du bâtiment et grâce à la différence de masse volumique en fonction de sa température, c’est le tirage thermique ou l’effet cheminée. La circulation de l’air est donc totalement naturelle !

L’air peut pénétrer dans un bâtiment au travers des inétanchéités. On ne peut considérer à proprement parler ce phénomène comme de la ventilation. En effet, les débits d’air résultants sont tout à fait incontrôlables en fonction du vent, des ouvertures parasites… On parle dans ce cas d’infiltrations.

Des amenées d’air (grilles réglables, vasistas) doivent être disposées en façade pour les locaux dits « propres » (bureaux, séjours, …). Des ouvertures de transfert (détalonnage des portes ou grilles) permettent le passage de l’air vers les locaux dits « humides » ou « viciés » (sanitaires, cuisine, …). Dans ces derniers, l’air est évacué grâce à des conduits verticaux débouchant en toiture.

Air neuf
Air vicié

Avantages

La ventilation entièrement naturelle ne demande aucune consommation électrique, le moteur du déplacement d’air étant la pression du vent et les différences de température. Elle est en ce sens économique et réduit l’impact du bâtiment sur l’environnement.

En outre, les éléments de ventilation naturelle demandent généralement très peu d’entretien et ne comprennent pas de ventilateurs bruyants.

Inconvénients

Cette apparente économie d’énergie doit être mise en balance avec la garantie de performance que l’on peut obtenir avec un tel mode de ventilation. En effet, la ventilation naturelle étant liée aux phénomènes naturels de mouvement de l’air, la qualité de l’air risque de ne pas être garantie dans tous les locaux. Le renouvellement d’air peut être fortement perturbé par le vent, par l’ouverture de fenêtres… Les débits d’air recommandés par les normes sont ainsi difficilement atteignables sur la durée et la ventilation naturelle n’est jamais privilégiée lors d’une nouvelle construction.

Pour garantir un bon fonctionnement d’une évacuation naturelle, celle-ci doit consister en un conduit vertical débouchant correctement en toiture. Si cette condition, parfois difficile à mettre en œuvre, ne peut être remplie, l’évacuation naturelle doit être abandonnée.

Comme pour la ventilation simple flux (extraction mécanique) :

L’air neuf n’est pas filtré et les grilles d’amenée d’air peuvent laisser filtrer les bruits extérieurs, ce qui peut être délicat en site urbain ou fortement pollué.
Les grilles d’ouvertures peuvent engendrer un inconfort, par exemple en plein hiver, sauf si la grille d’ouverture est placée à une hauteur supérieure à 1,80 m par rapport au sol.

Les ouvertures entre locaux, favorisent le passage de bruits pouvant être très gênants. Un traitement acoustique des grilles doit alors être prévu. Mais en pratique, la présence d’absorbeur acoustique dans une ouverture augmente son épaisseur et sous-entend généralement que la grille doit être placée dans l’épaisseur du mur (et non dans le vitrage ou dans la porte).

Enfin, les ouvertures dans les façades ne sont pas toujours du goût des architectes !

Régulation

Il est plus qu’utile d’adapter le fonctionnement de la ventilation en fonction des besoins (en période d’occupation, la nuit, week-end). Il existe plusieurs possibilités de réguler la ventilation naturelle : bouches réglables, grilles hygroréglables, grilles commandées électriquement, bras mécaniques pour l’ouverture des fenêtres… par exemple en fonction d’un horaire ou d’une sonde CO₂.

Une ventilation naturelle par ouverture manuelle des fenêtres est également fortement conditionnée par le comportement des occupants et leur conscience du niveau de pollution du local. Il peut donc être utile d’utiliser un appareil avertisseur basé sur la concentration en CO₂ par exemple pour conscientiser l’usager sur la qualité de son air.

Découvrez cet exemple de prise en compte de la ventilation naturelle : le centre administratif de Powergen à Westwood.

Posted By : 25 Sep, 2007

Échangeur à régénération

Principe

Le principe général des récupérateurs par accumulation ou encore appelé récupérateurs à régénération est de récupérer la chaleur contenue dans l’air extrait en faisant transiter cet air au travers d’un matériau accumulateur. Ce matériau accumulateur est ensuite soumis au flux d’air neuf et lui cède sa chaleur.

Le matériau accumulateur peut être imprégné ou non d’un produit hygroscopique de manière à permettre les échanges tant de chaleur sensible que d’humidité.

Il existe plusieurs types de récupérateur applicant cette technique.

Les roues

Photo roues.

Échangeur rotatif.

Un matériau accumulateur cylindrique en rotation lente (de 5 à 20 tours/min) est traversé dans une direction par l’air rejeté et dans l’autre par l’air neuf. Il se compose d’un média de transfert en aluminium, acier inoxydable ou matériau synthétique formant de très nombreux petits canaux.

Le matériau accumulateur est alternativement traversé par l’air chaud rejeté où il se charge d’énergie, et l’air neuf froid où il se décharge. En vue d’éviter le mélange d’air neuf et d’air rejeté, il est prévu un secteur de nettoyage dans lequel l’air rejeté est chassé par l’air neuf. Une légère contamination est toutefois inévitable. Dans certains cas, le transfert d’humidité est aussi à l’origine de transferts d’odeurs ou de germes et ceci limite l’emploi de tels échangeurs.

Schéma principe roues.

Une faible consommation d’énergie électrique est nécessaire pour entraîner la rotation de la roue. Les pertes de charge sont assez faibles.

Les écoulements aérauliques d’air neuf et d’air repris doivent être disposés de telle façon que la circulation de l’air s’effectue à contre-courant. Sinon, étant donné la très fine structure du matériau accumulateur, le rotor pourrait s’encrasser très rapidement, tout particulièrement sur la face avant.

Par contre, un écoulement des veines d’air à contre-courant permet ce qu’on appelle un effet d’auto-nettoyage car toute poussière qui se serait déposée sur la face avant de chacune des moitiés du rotor (donc en amont de l’échangeur tant sur l’air neuf que sur l’air repris) serait délogée dans l’autre moitié du rotor puisque l’air y circule dans l’autre sens. C’est pourquoi, en règle générale, on ne prévoit pas de filtre en amont d’un échangeur rotatif et ce tant sur l’air neuf que sur l’air repris.

Par ailleurs, il est à signaler que la fine structure du matériau accumulateur du rotor l’oblige à tourner sans arrêt (à la vitesse minimale) ou tout au moins par intermittence même en période où l’on ne souhaite pas de récupération de chaleur ou de froid et ce afin d’éviter tout risque de colmatage par encrassement des petits canaux du matériau accumulateur.

Les régénérateurs statiques à clapet unique

Dans un régénérateur statique à clapet, le trajet de l’air est modifié par un clapet pour que le medium accumulateur soit alternativement traversé par l’air neuf et l’air recyclé.

Cycle de fonctionnement d’un régénérateur statique à clapet unique.

Par rapport à la roue, ce système présente 2 inconvénients au moment du basculement du clapet :

Les ventilateurs de pulsion et d’extraction se retrouvent durant un cours instant en série, créant des perturbations aérauliques.

La contamination peut être importante. Elle sera fonction de la distance qui sépare le récupérateur de la grille extérieure d’extraction. En effet, au moment de basculement, l’entièreté de l’air vicié contenu dans ce tronçon va être emporté avec l’air neuf.

Les régénérateurs statiques à volets

Le principe de fonctionnement de ces régénérateurs est identique au régénérateur à clapet unique, à la différence près que le jeu des volets permet de limiter le risque de contamination. La quantité d’air vicié entraîné dans l’air neuf au basculement des volets ne correspond plus qu’au contenu du récupérateur, soit environ 3 % de l’air pulsé.

Cycle de basculement des volets : environ toutes les minutes.

Facteur influençant le rendement

Prenons un exemple de roue :

Soit un débit de 15 000 m^³/h (4,2 m^³/s) pour un modèle de roue type 240 et un rapport Volume Air neuf / Volume air vicié de 1, le graphique du constructeur fournit un rendement de 80 %. soit le diagramme suivant fourni par le constructeur :

Courbe de rendement.

Le 2^èmegraphe permet également de calculer la température de sortie air neuf (t₂).

Pour une température d’air rejeté t₃= 22°C et d’air neuf t₁= – 10°C (t₃– t₁= 32°C), on trouve t₂= 17°C.

Dans le graphe ci-dessous on peut percevoir l’influence de la vitesse de rotation de la roue sur le rendement de l’échange.

Influence de la vitesse de rotation de la roue sur le rendement.

Les rendements d’échange sont généralement très élevés; ils sont essentiellement fonction de :

la nature du matériau accumulateur,
la vitesse de l’air et de la vitesse de rotation de la roue ou de basculement, ces deux dernières variables déterminant le temps de passage de l’air dans l’échangeur.

> l’efficacité thermique se situe généralement entre 75 – 95 %.

Avantages – Désavantages

Avantages

Dépendant du média de transfert choisi, l’énergie sensible et l’humidité peuvent être transférées, ce qui permet de diminuer la taille de l’humidificateur éventuel,
rendement très élevé (de 75 à 95%),
perte de charge relativement faible en comparaison de l’efficacité,
faible encombrement pour la roue,
fonctionnement été possible dans le cas de matériau hygroscopique,
pas d’évacuation de condensats,
encrassement et givrage limité du fait de l’inversion régulière du sens des flux d’air (la filtration reste cependant obligatoire).

Désavantages

Contamination de l’air neuf possible, principalement avec les régénérateurs statiques à clapet unique.
amenée et évacuation d’air doivent être adjacentes,
consommation d’énergie pour l’entraînement de la roue,
nécessité de l’entretien du système d’entraînement,
dans les roues la section de purge qui limite la contamination réduit l’efficacité de récupération,
le rendement est influencé par les positions relatives de l’échangeur de récupération et des ventilateurs de pulsion et de reprise.

Régulation

En demi-saison

Un système de régulation est nécessaire en mi-saison et en été pour éviter la surchauffe de l’air à la sortie du récupérateur : il faut réduire l’échange pour éviter que la température de l’air neuf devienne telle qu’elle contribue à surchauffer l’ambiance intérieure.

Lorsqu’en demi-saison il y a apparition de charges qui nécessitent de souffler dans les locaux de l’air plus froid que la température ambiante de consigne il est alors nécessaire de pouvoir réguler la puissance de l’échangeur de chaleur grâce à une variation de vitesse de rotation de la roue ou un by-pass du régénérateur.

En hiver

Dans les récupérateurs à batteries (échangeurs à plaques, à eau glycolée), si l’échange est tel que la température de l’air extrait chute sous 0°C, il faut réduire le transfert de chaleur pour éviter le givre de l’échangeur.

Dans les récupérateurs par accumulation, on peut partir de la règle empirique suivant laquelle il n’y a risque de gel que lorsque la moyenne des températures de l’air neuf et de l’air repris tombe en dessous de 0 °C et que, simultanément, il y a excès d’humidité dans l’accumulateur, c’est-à-dire que l’humidité qui s’est condensée côté air repris n’a pas pu être entièrement absorbée par l’air neuf.

Dans le cas contraire, le risque d’accumulation de givre du côté de l’air extrait est minime puisqu’à chaque cycle, ce côté est réchauffé. Ceci permet de profiter de la pleine puissance de récupération même pour des températures hivernales extrêmes et de tenir compte de cette puissance dans le dimensionnement des batteries de chauffage et des chaudières.

Dans certains cas particuliers (fonctionnement nocturne, faible température ambiante, rapport débit air neuf/air repris défavorable), il faut s’en remettre à l’expérience du fabricant. S’il y a risque de gel de l’échangeur, la solution consiste là aussi à faire varier la vitesse de rotation de la roue ou à by-passer l’accumulateur. Lorsqu’on diminue la puissance de récupération de la roue en hiver, la batterie de chauffage se trouvant après le récupérateur doit être dimensionnée en conséquence.

Entretien

Le contrôle de l’état de propreté de l’équipement de récupération est primordial.

En effet, l’encrassement des surfaces d’échange a deux conséquences néfastes sur la récupération : la réduction du coefficient d’échange de chaleur et la réduction des débits d’air.

Le tableau ci-dessous donne les différents points à contrôler lorsque l’on fait la maintenance :

Échangeur rotatif		v
1 –	État des surfaces d’échange (nettoyage régulier)	X
–	Contrôle des éventuelles fuites d’air	–
–	fuites externes	X
–	fuites internes	X
–	fuites par turbulences	X
–	fuites au niveau du clapet de by-pass	X
3 –	Contrôle de la régulation	–
–	régulation de la vitesse de rotation	X
–	régulation du / des clapets de by-pass	X
–	régulation antigel	X

Exemple

En vue de comparer les différents systèmes de récupération, nous développons ici le calcul du rendement de l’installation pour les différents systèmes de récupération présentés.

Prenons comme exemple une installation de traitement d’air d’un immeuble de bureaux, fonctionnant en tout air neuf, 10 heures/jour, 5 jours/semaine.

Les groupes de pulsion et d’extraction GP/GE sont de même débit : 21 000 m³/h – section de 1 525 x 1 525 mm, soit une vitesse d’air de 2,5 m/s.

Dans le cas d’un échangeur rotatif à régénération, on déduit du catalogue du constructeur :

le choix d’une roue sélectionnée au point de vue prix, dans sa configuration la plus chère, c.-à-d. avec caisson de visite en amont et en aval ainsi qu’avec sa régulation de vitesse,
le fonctionnement dans les conditions extrêmes :

l’évolution dans le diagramme de l’air humide :

On constate que l’air extrait donne chaleur et humidité à l’air neuf qui voit sa température augmenter ainsi que son taux d’humidité absolue.

l’efficacité thermique instantanée :

ε_t= t₂– t₁/ t₃– t₁= (14,3 – (- 10)) / (22 – (- 10)) = 0,76 = 76 %

L’équipement sélectionné a entraîné les températures de sortie des fluides. On en déduit que le récupérateur a donné un accroissement de température de l’air neuf de 76 % de l’écart maximal entre les fluides, soit 0.76 x 32° = 24,3°.

Remarque : cette fois, le rendement thermique (rapport des enthalpies) donnerait une valeur identique :

η = h₂– h₁/ h₃– h₁= (29,5 – (- 6,5)) / (41 – (- 6,5)) = 0,76 = 76 %

Ceci montre que 76 % de l’énergie latente à été transférée simultanément aux 76 % de transfert d’énergie sensible).

La puissance maximale récupérée doit être estimée par le bilan enthalpique :

P_{max. réc.}= 0,34 [W/(m³/h).°C] x 21 000 [m^³/h] x (29,5 – (- 6,5)) = 251 [kW]

0,34 [W/(m³/h).°C] = chaleur spécifique de l’air

Si l’humidification de l’air est réalisée via une pulvérisation d’eau froide, une réduction de la puissance de la chaudière à installer de 251 kW est à prévoir. Si par contre l’humidification est réalisée par pulvérisation de vapeur, la chaudière sera diminuée de la puissance sensible (170 kW) et le système de production de vapeur sera réduit de la puissance latente (81 kW).

L’efficacité thermique, calculée dans les conditions extrêmes (- 10°C), reste sensiblement identique aux autres températures de la saison de chauffe. Aussi, la température moyenne extérieure en journée étant de 8°C, la puissance moyenne récupérée sera de :

P_{moy. réc.}= 251 [kW] x (22° – (8°)) / (22° – (- 10°)) = 110 [kW]

Cela entraîne une économie thermique de :

E_réc= 110 [kW] x 10 [h/j] x 5 [j/sem] x 35 [sem] / 0,8 = 240 370 [kWh]

Le facteur 0.8 correspond au rendement saisonnier de la production de chaleur pour une installation nouvelle et dont les conduites sont isolées. On prendrait 0.7 pour une installation plus ancienne. 35 semaines correspondent à la durée de la saison de chauffe.

Suite à la présence du récupérateur, les puissances des ventilateurs sont modifiées comme suit :

Avant		Après
GE	GP	GE	GP
2,2 kW	5,2 kW	3,7 kW	6,2 kW

Ce à quoi il faut ajouter une puissance de 0,2 kW pour le moteur de la roue.

Visualisation de la récupération de la chaleur latente

Le diagramme ci-dessous fournit cette fois la courbe des fréquences cumulées des enthalpies tout au long d’une année. C’est le même principe que pour la courbe cumulée des températures mais cette fois-ci on pense en terme d’enthalpie pour tenir compte de l’énergie totale (latente + sensible).

On peut y lire le travail réalisé par un récupérateur de type « roue », dont l’efficacité a été choisie à 75 % (valeur maximale). L’air neuf est pulsé en permanence à 16° – 55 % HR, tandis que l’air vicié est extrait à 18° – 60 % HR.

Le « travail » du récupérateur y est visualisé, en hiver comme en été, et on peut y repérer également la régulation de la vitesse de rotation de la roue : pour ne pas entraîner de surchauffe en mi-saison, la roue est ralentie. En été, dès que l’enthalpie de l’air extrait devient inférieure à celle de l’air extérieur, la roue est remise à la vitesse maximale.

Exemple de fonctionnement d’un échangeur rotatif (Courbes d’enthalpies).

Posted By : 25 Sep, 2007

Échangeur à plaques

Principe

L’échangeur de chaleur est constitué de plaques, de tubes ou de gaufrages de type « nid d’abeilles », de faible épaisseur en aluminium ou matière plastique qui séparent les veines d’air. Le matériau utilisé pour la fabrication des plaques est variable, ce peut être du verre (il est insensible à la corrosion mais est lourd et cassant) ou bien de l’aluminium, de l’acier inoxydable ou un matériau synthétique.

Les plaques sont assemblées entre elles par collage ou soudage et placées dans un châssis rigide. L’épaisseur d’une plaque oscille généralement entre 0,1 et 0,8 mm, la distance entre les plaques est très faible, entre 5 et 10 mm, et les courants sont généralement croisés. Afin de maximiser l’échange convectif, les plaques peuvent être gaufrées et créer de la sorte une turbulence.

Echangeur à plaques.

En faisant varier la dimension des plaques et leur nombre, on peut obtenir de multiples variantes.

On peut également :

- Augmenter la longueur de l’échangeur ce qui à la place d’un échange classique à courants croisés autorise un échange mixte à courants croisés et contre-courant.

On parle d’échangeur à plaque double.

Monter en série deux échangeurs de chaleur fonctionnant là aussi en courants croisés / contre-courant.

Si les échangeurs de chaleur sont montés en série, les circulations des veines d’air sont telles que les raccordements tant de l’air neuf que de l’air repris restent au même niveau, ce qui est toujours préférable.

Pour prévenir une surchauffe, la récupération de chaleur doit pouvoir être interrompue en été ou en mi-saison : un by-pass devra être prévu.

Lorsque les surfaces de l’échangeur sont suffisamment froides (température inférieure à la température de rosée de l’air extrait), la vapeur d’eau contenue dans l’air extrait se refroidit et se condense, ce qui a pour conséquence l’augmentation du transfert de chaleur. Pour éliminer la condensation, les plaques sont souvent placées verticalement. Les groupes doivent alors être superposés, et des contraintes d’emplacement apparaissent.

Pour des températures extérieures très basses, les condensats peuvent même geler. Pour éviter ces problèmes de gel et de surchauffe une régulation est donc à prévoir.

De même, vu les risques d’encrassement, des filtres sont à prévoir, tant sur la veine d’air neuf que sur la veine d’air repris.

L’encrassement de l’installation pouvant provoquer outre une diminution de la transmission de chaleur, également un changement dans le type d’écoulement d’air. Il faut donc prévoir un entretien régulier du récupérateur.

Facteur influençant le rendement

Prenons un exemple :

Soit un débit d’air neuf de 100 m^³/h (+/- 28 dm^³/s).

Avec un débit d’air rejeté de 110 m^³/h (mise en dépression du local), le rapport V_an/V_av vaut 100 / 110 = 0.9. Sur le catalogue d’un constructeur, on déduit une efficacité de l’échangeur à plaques de +/- 67 %.

Courbes de rendement.

Le rendement de récupération est fonction de :

la configuration de l’écoulement de l’air,
l’écartement des plaques,
la surface des plaques,
l’état de surface des plaques (rugosité, …).

> l’efficacité thermique se situe généralement entre 50 – 85 %

Avantages – Désavantages

Avantages

Simple et fiable,
grande durée de vie et pratiquement pas de panne,
absence de pièces en mouvement, sécurité de fonctionnement,
peu de maintenance nécessaire,
faible risque de contamination de l’air frais en cas de bonne conception,
exécution en divers matériaux et nombreuses combinaisons possibles,
la solution la plus adaptée (rentabilité) aux petits débits d’air (< 5 000 m³/h).

Désavantages

Disposition Air neuf/Air rejeté proche,
sans by-pass, il n’y a pas de régulation de température et donc un risque de surchauffe en été,
danger de givre par température extérieure basse et par dépassement du point de rosée, il faut être attentif à la régulation si on souhaite tenir compte du récupérateur pour dimensionner les chaudières et les batteries de chauffe,
l’échangeur présente une perte de charge relativement importante, surtout à de grands débits,
en cas de panne des équipements mal conçus peuvent être source de bruit ainsi que de fuites et donc de contamination.

Régulation

Tous les types de récupérateurs nécessitent un système de régulation :

En hiver pour éviter le gel du côté de l’air extrait : si l’échange est tel que la température de l’air extrait chute sous 0°C, il faut réduire le transfert de chaleur pour éviter le givre de l’échangeur, ou pratiquer un dégivrage périodique.

En mi-saison et en été pour éviter la surchauffe de l’air à la sortie du récupérateur : il faut réduire l’échange pour éviter que la température de l’air neuf devienne telle qu’elle contribue à surchauffer l’ambiance intérieure.

Dans le cas d’un échangeur à plaques, seule une régulation par by-pass d’une partie de l’air neuf est possible. Au moyen de registres à volets conjugués, on diminue le débit d’air neuf qui transite dans l’échangeur tandis qu’on augmente simultanément le débit d’air neuf court-circuité . Il est ainsi possible de réduire en continu jusqu’à 0 % la puissance du récupérateur de chaleur.

En hiver

Du fait même de la technologie d’un échangeur de chaleur, les températures des deux veines d’air à la sortie de l’échangeur ne sont pas identiques. Et même lorsque la température de l’air rejeté est choisie de telle façon (par exemple + 3°C) que tout risque de gel soit exclu, il n’en reste pas moins qu’il existe à l’intérieur de l’échangeur des « coins froids » dans lesquels de l’air neuf froid se trouve en contact avec de l’air repris déjà refroidi ce qui fait que la température des plaques peut localement tomber en dessous de 0°C.

Si, en cet endroit, la température superficielle des plaques est inférieure à la température de rosée de l’air rejeté, une partie de la vapeur d’eau contenue dans cet air va se condenser et geler. Si l’on peut admettre le gel d’une petite partie de l’échangeur pendant un court laps de temps, il n’en est plus de même sur une longue durée car les particules de glace vont colmater les canaux et entraver la circulation de l’air, d’où une augmentation de la perte de charge et une plus grande consommation d’électricité du ventilateur si l’on souhaite maintenir le même débit d’air.

On peut définir une température extérieure en dessous de laquelle, compte tenu bien entendu de la température d’entrée de l’air repris dans l’échangeur et des débits mis en œuvre, il y a risque de gel à l’intérieur de l’échangeur (cette température est dite « température extérieure limite »).

Lorsque la température extérieure est telle qu’un risque de gel à l’intérieur de l’échangeur est à craindre (par exemple fonctionnement de nuit lorsque la température extérieure est plus basse, démarrage le matin lorsque la température a chuté la nuit ou tout simplement lorsque les conditions climatiques sont extrêmes), il est nécessaire de prendre un certain nombre de mesures pouvant consister :

À by-passer une partie de la veine d’air neuf ce qui permet de faire chuter le rapport des débits : air neuf / air repris. Mais la puissance de la batterie de réchauffage qui suit doit être alors plus importante.

À by-passer une partie de la veine d’air neuf et en parallèle réduire de débit d’air neuf au niveau du ventilateur (ventilateur à 2 vitesses ou à vitesse variable), lors de dégivrages périodiques de courte durée. Cela permet de ne pas surdimensionner la batterie de chauffe mais il faut rester dans des limites de confort respiratoire correctes.

À recycler entièrement l’air rejeter, durant une courte période de dégrivage et à le réinjecter du côté de l’air pulsé. Aucun surdimensionnement de la batterie de chauffe n’est alors nécessaire, mais l’air pulsé est momentanément contaminé par l’air vicié.

Recyclage de l’air extrait pour dégivrer le récupérateur.

À préchauffer l’air neuf à une température comprise entre – 10 et – 5°C au moyen d’une batterie à eau chaude ou électrique.

Pour détecter le gel d’une partie d’un échangeur de chaleur, on procède par mesure de la pression différentielle entre l’amont et l’aval de la veine d’air repris car au fur et à mesure que la couche de glace s’étend et s’épaissit, la perte de charge de l’échangeur sur la veine d’air repris augmente rapidement.

Entretien

Le contrôle de l’état de propreté de l’équipement de récupération est primordial.

En effet, l’encrassement des surfaces d’échange a deux conséquences néfastes sur la récupération : la réduction du coefficient d’échange de chaleur et la réduction des débits d’air.

Le tableau ci-dessous donne, pour les échangeurs à plaques, les différents points à contrôler lorsque l’on fait la maintenance :

Échangeur à plaques		v
1	État des surfaces d’échange (nettoyage régulier)	X
2	Contrôle des éventuelles fuites d’air	–
	fuites externes	X
	fuites internes	X
	fuites au niveau du clapet de by-pass	X
3	Contrôle de la régulation	–
	régulation du/des clapets de by-pass	X
	régulation antigel	X

Exemple

En vue de comparer les différents systèmes de récupération, nous développons ici le calcul du rendement de l’installation pour les différents systèmes de récupération présentés.

Prenons comme exemple une installation de traitement d’air d’un immeuble de bureaux, fonctionnant en tout air neuf, 10 heures/jour, 5 jours/semaine.

Les groupes de pulsion et d’extraction GP/GE sont de même débit : 21 000 m³/h – section de 1 525 x 1 525 mm, soit une vitesse d’air de 2,5 m/s.

Dans le cas d’un échangeur à plaques, on déduit du catalogue du constructeur :

le choix d’un récupérateur à plaques en Aluminium, avec by-pass.
le fonctionnement dans les conditions extrêmes :

l’évolution dans le diagramme de l’air humide :

On constate qu’une part de l’énergie thermique transmise à l’air neuf provient de la condensation de la vapeur d’eau de l’air extrait. Celui-ci ne reçoit aucune humidité et évolue donc à humidité absolue constante.

l’efficacité thermique instantanée :

ε_t= t₂– t₁/ t₃– t₁= (14 – (- 10)) / (22 – (- 10)) = 0,75 = 75 %

L’équipement sélectionné a entraîné les températures de sortie des fluides. On en déduit que le récupérateur a donné un accroissement de température de l’air neuf de 75 % de l’écart maximal entre les fluides, soit 0.75 x 32° = 24°.

Remarque : en réalité, le rendement thermique (rapport des enthalpies) donnerait :

η = h₂– h₁/ h₃– h₁= (17,5 – (- 6,5)) / (41 – (- 6,5)) = 0,51 = 51 %

Seulement 51 % du transfert maximal (en chaleur sensible et latente) est réalisé par le récupérateur).

La puissance maximale récupérée représente :

P_{max. réc.}= 0,34 [W/(m³/h).°C] x 21 000 [m³/h] x (14° – (- 10°)) = 167 [kW]

0,34 [W/(m³/h).°C] = chaleur spécifique de l’air.

Cette puissance pourra être déduite de la puissance de la chaudière à installer si la régulation du dégivrage le permet.

P_{moy. réc.}= 167 [kW] x (22° – (8°)) / (22° – (- 10°)) = 73 [kW]

Cela entraîne une économie thermique de :

E_réc= 73 [kW] x 10 [h/j] x 5 [j/sem] x 35 [sem] / 0,8 = 160 245 kWh

Le facteur 0.8 correspond au rendement saisonnier de la production de chaleur pour une installation nouvelle, dont les conduites sont isolées. On prendrait 0.7 pour une installation plus ancienne. 35 semaines correspondent à la durée de la saison de chauffe.

Suite à la présence du récupérateur (pertes de charge complémentaires), les puissances des ventilateurs sont modifiées comme suit :

Avant		Après
GE	GP	GE	GP
2,2 kW	5,2 kW	5,5 kW	6,6 kW

Intérêt pour le refroidissement

Dans un bâtiment climatisé en été, l’intérêt d’installer un récupérateur pour prérefroidir l’air neuf et diminuer les coûts de la climatisation est faible. En effet, la période durant laquelle cela peut se passer et la très faible différence de température entre l’air neuf et l’air vicié rend l’énergie totale récupérée en été négligeable.

Pour contourner cet obstacle, il existe des échangeurs à plaques dans lequel l’air vicié est refroidi plus fortement par humidification.

Techniques

Pour en savoir plus sur ce système refroidissement dit adiabatique.

Posted By : 25 Sep, 2007

Échangeur à caloduc

Principe

Le caloduc est un superconducteur de chaleur fonctionnant en cycle fermé selon le principe évaporation – condensation, avec retour de liquide soit par gravité, soit par capillarité.

Son intérêt provient de la valeur très élevée de la chaleur latente de changement de phase comparée à la chaleur spécifique.

Il est constitué d’une enceinte hermétiquement scellée, contenant un fluide frigorigène. Le choix du fluide caloporteur dépend de la température de travail prévue.

Caloduc.

Le flux d’air chaud circulant dans la partie inférieure du tube cède sa chaleur au fluide liquide et le porte à ébullition. La vapeur ainsi formée monte dans la partie haute du tube où elle se trouve en contact avec l’air froid. Le gaz va se condenser sur la paroi interne du tube en cédant sa chaleur de condensation, puis va retomber naturellement par gravité dans la partie inférieure pour un nouveau cycle.

De nombreux caloducs toujours en fonctionnement travaillent avec un fluide frigorigène de la catégorie des chlorofluorocarbures (CFC) actuellement interdits dans les nouveaux matériels.

La disposition verticale est caractéristique du type à gravité. Il existe également des tubes horizontaux où la circulation se fait par capillarité. Ce dernier système est alors réversible et peut donc fonctionner en été.

Ce type de récupérateur se caractérise par sa faible masse, l’absence de pièces en mouvement et un encombrement réduit. Les conduits d’air repris et d’air neuf doivent cependant être proches.

Concernant le fonctionnement, une régulation est à prévoir, de même il faut également prévoir un entretien du récupérateur.

Facteur influençant le rendement

Soit le diagramme suivant fourni par un constructeur :

Graphe de performance.

Ce diagramme est conçu en fonction d’une température entre l’air vicié et l’air neuf de 30°C mais peut cependant s’appliquer également avec une bonne fiabilité dans toute la plage comprise entre 20°C et 40°C. Le diagramme ci-dessus suppose que les débits d’air neuf et d’air vicié sont identiques.

Le rendement de récupération est donc fonction ici :

du débit d’air,
de la taille de l’échangeur.

> l’efficacité thermique se situe généralement entre 50-60 %.

Avantages – Désavantages

Avantages

Faible encombrement,
peu de maintenance,
système statique (pas d’énergie d’appoint),
réversibilité pour le type horizontal à capillarité.

Désavantages

Amenée et évacuation d’air doivent être adjacentes,
régulation de température limitée,
risque de givre mais seuil assez bas,
en cas de panne, il y a risque de contamination de l’air par le fluide frigorigène,
pas réversible, donc pas de fonctionnement d’été possible pour le type gravitaire.

Régulation

Tous les types de récupérateurs nécessitent un système de régulation :

En hiver pour éviter le gel du côté de l’air extrait : si l’échange est tel que la température de l’air extrait chute sous 0°C, il faut réduire le transfert de chaleur pour éviter le givre de l’échangeur.

En mi-saison et en été pour éviter la surchauffe de l’air à la sortie du récupérateur : il faut réduire l’échange pour éviter que la température de l’air neuf devienne telle qu’elle contribue à surchauffer l’ambiance intérieure.

Pour les échangeurs verticaux, la régulation antigel s’effectue par by-pass d’une partie de l’air neuf qui est injecté directement sans passer par le récupérateur. On limite ainsi la diminution de température de l’air rejeté. C’est en fonction de l’état de l’air repris que les diagrammes des fabricants permettent de déterminer les conditions pour lesquelles on risque d’atteindre la limite de gel. Il faut en outre tenir compte de cette possibilité de by-pass pour dimensionner la batterie de préchauffe complémentaire placée sur l’air neuf.

Pour réguler les échangeurs caloducs horizontaux, on le dispose sur une balance, de légères inclinaisons de +- 5 à 10 degrés accélérant le retour des condensats (augmentation de puissance) ou le ralentissement (diminution de puissance) progressivement. On parle de régulation par basculement.

Entretien

Le contrôle de l’état de propreté de l’équipement de récupération est primordial.

En effet, l’encrassement des surfaces d’échange a deux conséquences néfastes sur la récupération : la réduction du coefficient d’échange de chaleur et la réduction des débits d’air.

Le tableau ci-dessous donne, pour les caloducs, les différents points à contrôler lorsque l’on fait la maintenance :

Caloducs		v
1	État des surfaces d’échange (nettoyage régulier)	X
2	Contrôle des éventuelles fuites d’air	–
	fuites externes	X
	fuites internes	X
	fuites au niveau du clapet de by-pass	X
3	Contrôle de la régulation	–
	régulation à bascule	X
	régulation du/des clapets de by-pass	X
	régulation antigel	X
4	Contrôle du fluide caloporteur	–
	contrôle du remplissage du circuit	X

Exemple

En vue de comparer les différents systèmes de récupération, nous développons ici le calcul du rendement de l’installation pour les différents systèmes de récupération présentés.

Prenons comme exemple une installation de traitement d’air d’un immeuble de bureaux, fonctionnant en tout air neuf, 10 heures/jour, 5 jours/semaine.

Les groupes de pulsion et d’extraction GP/GE sont de même débit : 21 000 m³/h – section de 1 525 x 1 525 mm, soit une vitesse d’air de 2,5 m/s.

Dans le cas d’un échangeur à caloduc, on déduit du catalogue du constructeur :

le choix d’un caloduc en Cu/Al avec 8 rangs,
le fonctionnement dans les conditions extrêmes :

l’évolution dans le diagramme de l’air humide :

l’efficacité thermique instantanée :

ε_t= t₂ – t₁/ t₃– t₁= (9,6 – (- 10)) / (22 – (- 10)) = 0,61 = 61 %

L’équipement sélectionné a entraîné les températures de sortie des fluides. On en déduit que le récupérateur a donné un accroissement de température de l’air neuf de 61 % de l’écart maximal entre les fluides, soit 0.61 x 32° = 19,6°.

Remarque : en réalité, le rendement thermique (rapport des enthalpies) donnerait :

η = h₂– h₁/ h₃– h₁= (13,5 – (- 6,5)) / (41 – (- 6,5)) = 0,42 = 42 %

Seulement 42 % du transfert maximal (en chaleur sensible et latente) est réalisé par le récupérateur).

La puissance maximale récupérée représente :

P_{max. réc.} = 0,34 [W/(m³/h).°C] x 21 000 [m³/h] x (9,6° – (- 10°)) = 136 [kW]

0,34 [W/(m³/h).°C] = chaleur spécifique de l’air

Cette puissance pourra être déduite de la puissance de la chaudière à installer.

P_{moy. réc.}= 136 [kW] x (22° – (8°)) / (22° – (- 10°)) = 60 [kW]

Cela entraîne une économie thermique de

E_réc= 60 [kW] x 10 [h/j] x 5 [j/sem]. x 35 [sem] / 0,8 = 130 870 [kWh]

Le facteur 0.8 correspond au rendement saisonnier de la production de chaleur pour une installation de chauffage nouvelle et dont les conduites sont isolées. On prendrait 0.7 pour une installation plus ancienne. 35 semaines correspondent à la durée de la saison de chauffe.

Suite à la présence du récupérateur (pertes de charge complémentaires), les puissances des ventilateurs sont modifiées comme suit :

Avant

Après

2,2 kW

5,2 kW

4,4 kW

6,6 kW

Posted By : 25 Sep, 2007

Sonde COV

Domaine d’application

Il s’agit d’une sonde de qualité de l’air, permettant notamment de réguler la ventilation en fonction des besoins. La mesure des Composés Organiques Volatiles (« mixed-gas sensors » ou VOC en anglais) est surtout réalisée dans les lieux fortement pollués par la présence de fumée de tabac ou d’odeurs.

La sonde présente en effet une grande sensibilité aux odeurs d’origine humaine, à la fumée de cigarette et aux émissions provenant des matériaux d’ameublement et de décoration, aux produits d’entretien ménager,… Bref, aux bonnes comme aux mauvaises odeurs! Il ne faut donc pas interpréter trop vite l’emballement du ventilateur lorsque la secrétaire rentre dans son bureau : c’est seulement la puissance de son parfum !

Elle permet une mesure simple, peu onéreuse, bien adaptée aux applications qui réclament une évaluation non sélective des polluants dans les bâtiments. Sa concurrente directe est la sonde CO₂ plus fidèle pour détecter le nombre de personnes présentes dans un local, par exemple.

Fonctionnement

La sonde COV utilise le principe de Taguchi. Elle dispose d’un semi-conducteur (le plus souvent du dioxyde d’étain), mis en température par une résistance chauffante.

La surface du semi-conducteur est recouverte d’une très fine couche d’oxydes métalliques. Il s’y produit une oxydation des gaz et vapeurs, d’autant plus prononcée que le matériau est poreux et présente une surface d’échange importante. Sa résistance électrique varie en fonction de la quantité de molécules de composés organiques en contact. Le spectre des molécules auquel cet élément est sensible est très large, cette faible sélectivité (faible mais non nulle) la rend adaptée aux émanations humaines, à la fumée de tabac et à bien d’autres composés.

Suite à la variation de la résistance électrique du semi-conducteur, une simple mesure de tension électrique permet de connaître la quantité de gaz et de vapeur en présence.

Présentation

Il existe deux modèles de sondes COV : celles qui s’installent en paroi, dans le local et celles qui prennent place dans les conduits aérauliques.

Leurs présentations et leurs encombrements sont similaires à celles des sondes de température.

Emplacement

Il est préférable de choisir une sonde à placer en conduit aéraulique et de l’installer dans le conduit de reprise d’air. Ainsi, la mesure est plus représentative de la qualité d’air moyenne du local et la sonde n’est moins soumise aux perturbations locales et à l’empoussièrement.

Il convient toutefois de prendre quelques précautions. Les sondes ne doivent pas être installées ni trop loin, ni trop près de la grille de reprise, de façon à

éviter les dépôts sur la partie sensible de la sonde,
ne pas augmenter par trop le temps de réponse,
éviter les risques de condensation de vapeur d’eau sur la sonde,
garder un accès aisé.

Dans le cas où la sonde est placée dans le local, on sera attentif à

les éloigner des portes et fenêtres (pour éviter l’influence de l’air extérieur),
éviter les coins (mauvaise circulation de l’air).

Output

Ces sondes délivrent un signal analogique standard de type 0 – 10 V, proportionnel à la présence de composés organiques volatiles. Leur réponse est quelquefois exprimée en 0 – 100 % de qualité d’air.

Fiabilité

Des études ont montré une perte de sensibilité du semi-conducteur lors de son vieillissement. Par ailleurs, il semblerait que les conditions de température et d’humidité ambiante aient une influence sur la réponse.

Mise sue le marché au début des années 80, ces sondes ont connus des problèmes de jeunesses mais leur fiabilité s’est accrue depuis lors.

Les durées de remise en régime de ces sondes, d’une quinzaine de minutes au maximum, sont suffisantes pour recouvrer une réponse correcte et stable après interruption de l’alimentation électrique même de longue durée (plus d’une dizaine d’heures), contrairement aux indications des notices techniques.

Coût

Le prix moyen d’une sonde de COV est de 225 €.

Maintenance

Les mesures de composés organiques volatiles à semi-conducteurs requièrent un étalonnage fréquent bien qu’il ne soit pas toujours spécifié par les constructeurs. Une périodicité de 6 mois au plus est conseillée.

Le choix du mélange de référence est ouvert.

Le ré-étalonnage nécessite de prendre des précautions quant au choix du mélange de référence. Quelques notices techniques de fournisseurs préconisent de réaliser un étalonnage pour une concentration de méthane de 1 000 ppm. Il semble que l’acétone puisse être utilisée pour simuler les odeurs corporelles et le monoxyde de carbone pour la fumée de tabac.

Posted By : 25 Sep, 2007

Réglage du débit des ventilateurs

Principe

Pour rappel (Règles de similitude), le débit d’un ventilateur varie proportionnellement à la variation de sa vitesse, la pression proportionnellement au carré de sa vitesse et la puissance proportionnellement au cube de sa vitesse.
Ainsi, il existe plusieurs techniques de régulation du débit :

Régulation par étranglement

Il s’agit là du système le plus simple et le moins onéreux pour faire varier un débit. Grâce à un registre (appelé registre de laminage) placé dans un conduit d’air, on peut augmenter ou diminuer la perte de charge de l’installation. Le positionnement du registre peut se faire tant manuellement qu’automatiquement au moyen d’un servomoteur.

Régulateur automatique de débit.

Par exemple, si le registre se ferme, le point de fonctionnement de l’installation va passer de 1 à 2 par suite du laminage, ce qui va conduire à une modification de la courbe caractéristique du circuit (elle se redresse). Pour les ventilateurs à courbe caractéristique fort pentue, on constate qu’une augmentation de perte de charge relativement importante va entraîner une diminution de débit comparativement faible, ce débit-volume passant de q₁ à q₂. Pour avoir un réglage significatif, le clapet d’étranglement devra souvent fonctionner proche de la fermeture, avec les risques de bruit important que cela comporte. Le rectangle hachuré compris entre de p₂ et p₃est considéré comme la perte du système de réglage par rapport au réglage optimum représenté par le point de fonctionnement 3.

Le ventilateur à aubes recourbées vers l’avant, ayant une courbe caractéristique plus plate, est mieux adapté à une régulation par étranglement que le ventilateur à aubes recourbées vers l’arrière, pour lequel la puissance absorbée ne diminue que peu à cause de l’augmentation de pression statique.

Dans le cas de ventilateurs hélicoïdes, ce type de régulation peut devenir problématique lorsque le point de fonctionnement se déplace encore plus vers la gauche, car on peut atteindre facilement la zone de fonctionnement instable.

Si, pour un ventilateur, on choisit une régulation par étranglement, il faut alors veiller à ce que le point de fonctionnement le plus fréquent se trouve dans la zone de rendement optimal. Dans tous les cas, il faut choisir le débit maximal si possible à droite de la plage de rendement optimale. On reste ainsi dans le voisinage de ce dernier, lorsque la courbe caractéristique du circuit se déplace vers la gauche.

Réglage par by-pass

Le by-pass consiste à court-circuiter une partie du débit de ventilation via un conduit de dérivation, pour diminuer le débit alimentant les locaux.

Lorsque le registre de by-pass s’ouvre, le débit dans le réseau principal chute de q₁ à q₂. Le débit passant dans le by-pass est égal à (q₃ – q₂). Le rectangle hachuré compris entre (q₃ – q₂) est considéré comme la perte de ce système de réglage.

Régulation par aubage mobile de prérotation

Un aubage mobile de prérotation (appelé aussi distributeur, ventelles, aubes directrices) est un dispositif muni d’ailettes orientables au moyen d’un servomoteur. Il permet d’incliner les filets de fluide gazeux avant leur entrée dans la roue.

Aubage de prérotation sur l’ouïe d’aspiration.

Si le sens de prérotation de la veine de fluide est le même que le sens de rotation de la roue, on peut réduire le débit par rapport au débit nominal. Pour les ventilateurs hélicoïdes, on peut aussi opposer les deux sens de rotation. Dans ce cas, il y a augmentation du débit par rapport au débit nominal. Ce dernier réglage ne fonctionne pas pour les ventilateurs centrifuges.

La régulation par ventelles ne convient que pour des ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’arrière ou des ventilateurs hélicoïdes. Dans le cas de ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’avant, le mouvement rotatoire influencerait beaucoup trop l’écoulement tridimensionnel dans la roue, ce qui entraînerait une trop forte diminution du rendement.

Il existe différents types d’aubages mobiles de prérotation : intégré en amont du pavillon d’aspiration ou directement monté dans ce dernier.

Ventilateur centrifuge avec aubage de prérotation axial.

Ventilateur centrifuge à double ouïe d’aspiration avec aubage de prérotation radial.

A chaque angle de prérotation correspond une nouvelle courbe caractéristique du ventilateur qui va se situer en dessous de la courbe caractéristique correspondant à un aubage entièrement ouvert.

Si son angle de positionnement est nul, l’aubage de prérotation est réputé ouvert. S’il est égal à 90°, il est réputé fermé. Des mesures ont montré qu’entre les courbes caractéristiques d’un ventilateur sans aubage de prérotation et avec aubage incorporé en position d’ouverture maximale la différence était si faible qu’on pouvait facilement la négliger dans la pratique.

Un aubage de prérotation permet d’obtenir n’importe quelle courbe de réglage. Toutefois, et afin de conserver une caractéristique de réglage aussi sensible que possible, la courbe de réglage désirée doit pouvoir être obtenue avec un angle de calage de l’aubage ne dépassant pas 80°. En fonction du point de détermination de la courbe de réglage, cette position est obtenue pour un débit se situant entre 50 et 60 % du débit maximal. Notons en outre que lorsque la prérotation initiale est trop importante, l’entrée dans la roue ne peut plus se faire sans à-coups, si bien que les pertes deviennent encore plus importantes et qu’il faut alors compter sur une diminution du rendement. C’est pour cela que l’utilisation la plus rentable d’un aubage de prérotation se situe, à vitesse de rotation constante, entre 60 % et 100 % du débit nominal.

Pour obtenir un plus grande plage de réglage, on peut combiner des aubages de prérotation et des moteurs à deux vitesses. Pour des raisons de sensibilité de la régulation, on veillera à ce que le passage sur la plus petite vitesse de rotation s’effectue avant que l’angle de calage de l’aubage de prérotation n’atteigne 80°.

Réglage de la vitesse de rotation du ventilateur par variation de vitesse du moteur

La vitesse de rotation (n) d’un moteur asynchrone dépend de la fréquence du réseau (f), du nombre de paires de pôles du moteur (P) et du glissement (s) :

n [tr/min] = f [Hz ] x 60 x (1-s [-]) / P [-]

La régulation de la vitesse de rotation se fait en pratique en modifiant un de ces 3 paramètres.

Modification du nombre de paires de pôles

Il existe trois manières de modifier le nombre de paires de pôles d’un moteur asynchrone à cage d’écureuil. Le stator peut être équipé :

avec deux bobinages séparés ou plus ;
avec un bobinage à nombre de pôles commutable ;
avec une combinaison des deux solutions ci-dessus.

Nombre de paires de pôles	Vitesse synchrone à 50 Hz [tr/min]
1	3 000
2	1 500
3	1 000
4	750
1 + 2	3 000 / 1 500
2 + 3	1 500 / 1 000
3 + 4	1 000 / 750
2 + 3 + 4	1 500 / 1 000 / 750
3 + 4 + 5	1 000 / 750 / 600

Théoriquement, les combinaisons de vitesse de rotation sont illimitées. Cependant, pour des raisons de place, on voit rarement un nombre de paires de pôles supérieur à 4 (8 pôles) en combinaison avec d’autres bobinages. Autrement, les moteurs deviendraient trop gros pour une puissance donnée. Pour cette raison, il faudrait plus souvent envisager d’utiliser deux moteurs différents, directement reliés aux deux extrémités de l’arbre du ventilateur.

Bobinages séparés
Les moteurs à bobinages séparés sont plus gros à puissance égale. Par exemple, les moteurs à deux bobinages séparés utilisés en technique de ventilation peuvent délivrer à la grande vitesse, en première approximation, le 80 % de la puissance que pourrait délivrer un moteur de même taille à un seul bobinage, tournant au même régime. Le rendement d’un moteur à plusieurs bobinages, fonctionnant à la grande vitesse, est toujours un peu plus faible que le rendement d’un moteur à un seul bobinage délivrant la même puissance et tournant à la même vitesse. De plus, avec plusieurs bobinages, la vitesse la plus élevée a le meilleur rendement. Pour les autres vitesses, le rendement est plus faible, il diminue avec l’augmentation du nombre de pôles. Commutation entre deux séries de pôles : petite vitesse et grande vitesse.
Pôles commutables
Il existe plusieurs possibilités de rendre un bobinage commutable et obtenir ainsi une meilleure utilisation de la taille du moteur. Par souci de simplicité du système de commutation, on utilise en pratique soit le couplage Lindstrôm-Dahlander ou le couplage à modulation d’amplitude de pôle (PAM). Le couplage Dahlander permet un rapport de nombre de paires de pôles de 1 : 2. Le couplage PAM autorise d’autres possibilités et permet une meilleure utilisation de la taille du moteur. Commutation des raccordements des moteurs Dahlander : raccordement en série (petite vitesse), raccordement en parallèle (grande vitesse).

Commutateurs de vitesse pour moteur à pôles séparés ou moteur Dalhander.

Modification du glissement

Pour augmenter le glissement d’un moteur, il faut augmenter l’écart entre le champ magnétique tournant et la vitesse de rotation du moteur. Le principe de base, commun à tous ces systèmes est de faire chuter la tension, la fréquence et le nombre de pôles restants identiques.

Pour cela, on utilise des transformateurs (appelés auto-transformateurs) commandés par servomoteur ou des systèmes de hachage par triacs/thyristors (appelés régulateurs de vitesse électroniques).

Variateurs de tension manuel et automatique.

La grande majorité de ces systèmes équipent seulement de petits ventilateurs. Ils permettent un réglage de 0 à 100 %.

Attention, il faut cependant que le moteur soit au départ conçu pour fonctionner à tension variable. En effet sur les moteurs standards, la baisse de tension a pour conséquence une augmentation de l’intensité inadmissible pour le moteur.

Le système de réglage par hachage de phase crée des harmoniques qui non seulement perturbent le fonctionnement du moteur, mais polluent le réseau de distribution. Le réglage par transformateur ne crée par contre pas d’harmonique.

Le prix est le principal avantage de ces systèmes de régulation.

Les systèmes par transformateurs permettent une adaptation du régime par paliers, alors que les systèmes à hachage de phase autorisent un réglage progressif continu. Il faut toutefois prendre garde à ne pas démarrer sur un petit régime au risque de détruire le moteur.

Les performances énergétiques de ces systèmes ne sont pas bonnes, quoique quand même préférables à par exemple une régulation par étranglement ou by-pass.

Convertisseurs de fréquence

La régulation de vitesse la plus favorable du point de vue consommation d’énergie est celle obtenue avec un convertisseur de fréquence.

Gamme de convertisseurs de fréquence.

Les convertisseurs de fréquence comportent généralement les éléments suivants

Un redresseur transformant la tension alternative 50 Hz du réseau en tension continue.
Un onduleur transformant la tension continue fournie par le redresseur en une tension alternative (mono- ou triphasée) de fréquence réglable alimentant le ou les moteurs. Cette tension n’est pas une vraie sinusoïde : la sinusoïde est « reconstituée » par des trains d’impulsions de longueur modulée et de hauteur fixe.
L’amplitude de la tension est par ailleurs également réglable. C’est ce qui permet d’ajuster le cos φ pour les faibles charges et d’optimaliser les caractéristiques de démarrage en fonction du couple demandé.

Un régulateur permettant de piloter le convertisseur au moyen d’un signal de consigne variable. Ceci permet de faire dépendre la vitesse de n’importe quelle loi choisie en fonction de l’application. Par exemple :
- vitesse fonction d’une différence de pression;
- vitesse fonction d’une température;
- vitesse fonction d’une différence de température.

Mis à part le réglage de la vitesse, le convertisseur de fréquence présente les avantages suivants :

Grande fiabilité.
Permet le contrôle du démarrage du moteur (couple et intensité de courant). De ce fait, les contacteurs de démarrage étoile-triangle et leur commande ne sont pas nécessaires (économie de matériel, de place dans le tableau et de main-d’œuvre, dans le cas d’installations nouvelles).
Permet de fixer des limites hautes et basses de vitesse, pour définir une plage de réglage.
La vitesse nominale correspondant aux 50 Hz du réseau peut être dépassée.
Le cos φ est bon (environ 0,9). Une compensation n’est donc pas nécessaire.
Permet d’éviter des entraînements intermédiaires (poulies- courroies).
Offre la possibilité d’utiliser un convertisseur de puissance plus faible que la puissance nominale du moteur (adaptation à la puissance nécessaire dans les conditions réelles d’utilisation).
Peut régler la vitesse de plusieurs moteurs.
Accroît la longévité des roulements.
Permet de résoudre les problèmes de bruits dus à la mise en résonance de certaines parties de l’installation en ne modifiant que légèrement la vitesse de rotation.

Les inconvénients peuvent être (plus ou moins importants selon les marques) :

création d’harmoniques et d’interférences radio. Ceux-ci peuvent être gênants pour :
- Le réseau où ils engendrent des perturbations, nuisibles en particulier pour l’informatique. L’adjonction d’un filtre peut être nécessaire (coût supplémentaire).
- Les moteurs, car ils provoquent une augmentation des pertes par effet Joule, donc une élévation de température pouvant nécessiter une diminution de la puissance ou l’adjonction d’un ventilateur supplémentaire à vitesse fixe, surtout aux basses vitesses (< à 30 % du régime nominal). Ce « déclassement », de l’ordre de 10 %, peut être ramené à 5 % par l’utilisation de filtre antiharmonique.

En principe, le marquage CE garantit l’absence de ce type de problème et le respect de la directive européenne EMC. Cependant, la conformité des appareils portant ce marquage n’est pas vérifiée par un organisme tiers mais apposé par le fabricant.

Le rendement du convertisseur n’est pas de 100 % ; il est moindre à faible charge (0,75 à 20 Hz, par exemple) qu’à la puissance nominale où il peut dépasser 0,95. En outre lorsque le ventilateur est arrêté, il vaut la peine de mettre également hors service le convertisseur, de manière à supprimer les pertes de veille qui deviennent non négligeables lorsqu’on considère la consommation annuelle.

Sollicitation plus importante des isolants du moteur à cause des ondes de tension à flanc raide et à fréquence élevée, servant à générer la sinusoïde.

Lors d’une demande de prix et pour les comparaisons du matériel proposé par les différents fournisseurs, il faut être attentif aux possibilités de réglage et de signalisation offertes ainsi qu’au degré des inconvénients. En particulier, si le montage d’un filtre d’harmoniques est nécessaire, il peut renchérir sensiblement l’équipement.

Il existe 2 principaux types de convertisseurs de fréquence : le convertisseur à circuit intermédiaire piloté en fonction d’un courant et le convertisseur à circuit intermédiaire piloté en fonction d’une tension.

Pour autant que la puissance ne dépasse pas 500 kW, les deux systèmes sont d’un coût d’investissement à peu près identique.

Par contre, du point de vue rendement, celui d’un convertisseur à circuit intermédiaire tension est meilleur dans une plage de réglage allant de 100 % à 60 % de la vitesse de rotation nominale, alors qu’un convertisseur à circuit intermédiaire intensité est plus intéressant pour la plage de réglage allant de 60 % à 30 % de la vitesse de rotation nominale.

Variation de l’angle de calage des aubes des ventilateurs hélicoïdes

Si l’on excepte les petits ventilateurs régulés par transformateur, le système de régulation consistant à agir sur l’angle de calage des aubes de la roue constitue le moyen le plus courant de régulation d’un ventilateur hélicoïde.

La modication de positionnement des aubes peut se faire soit manuellement à l’arrêt (réglage à la mise en route), soit mécaniquement en cours de marche grâce à un servomoteur approprié. Toutefois, lorsqu’on parle de régulation par variation de l’angle de calage, on sous-entend presque toujours le positionnement automatique des aubes, opération qui s’effectue généralement au moyen de systèmes de type pneumatique.

À chaque angle de calage des aubes de la roue correspond, à vitesse de rotation constante, une nouvelle courbe caractéristique de ventilateur.

Toute diminution de l’angle de calage a pour conséquence de faire chuter le gain total de pression et, par conséquent, le débit. Mais contrairement à ce qui se passe avec un système de régulation par aubage de prérotation, le rendement varie peu sur une très large plage de mesure.

Il en résulte que, rapporté à la puissance nécessaire sur l’arbre du ventilateur, la puissance absorbée est très favorable.

Un autre avantage du système à aubage de prérotation provient de ce qu’il est tout à fait possible de faire varier le débit-volume entre 100 % et 0 %. Lorsque l’on désire maintenir un débit constant, ce mode de réglage ne pose aucun problème.

Il n’y a en fait que si on veut maintenir une pression constante qu’il faut prendre des précautions pour éviter la limite de pompage. Pour cela, il existe divers équipements de contrôle permettant d’éviter tout débordement dans la zone de pompage. Si le point de fonctionnement venait à se rapprocher de la zone critique, il y aurait immédiatement correction de l’angle de calage des aubes de telle façon que ce point de fonctionnement revienne vers la zone stable.

Quant à l’entretien, il est des plus réduits puisqu’il se résume à assurer une lubrification par bague de graissage.

Comparaison

Critères de comparaison

Les critères de choix d’un système de réglage sont en autres :

la plage de réglage,
l’économie d’énergie,
le bruit.

Plage de réglage

Plage de réglage des différents systèmes de régulation des ventilateurs
		Plage possible	Plage recommandée
Ventilateurs centrifuges et hélicoïdes	Etranglement	100 à 70 %	100 à 90 %
	By-pass	100 à 0 %	100 à 80 %
	Prérotation	100 à 40 %	100 à 60 %
	Boîte de vitesse	100 à 10 %	100 à 20 %
	Vitesse du moteur	100 à 20 %	100 à 20 %
Ventilateurs hélicoïdes	Calage des aubes	100 à 0 %	100 à 0 %

Tous les modes de réglage ne conviennent pas en fonction de la courbe de réglage choisie. En effet, lorsque le point de fonctionnement se déplace fortement vers la gauche, on risque de tomber dans la zone de fonctionnement instable du ventilateur, provoquant ainsi des bruits nuisant au confort.

Ce sera le cas par exemple :

Lorsque l’on désire maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur par exemple par variation de vitesse.
Lorsque l’on régule par étranglement un ventilateur hélicoïde.
Lorsque l’on fait varier les débits par variation de vitesse et que l’on désire maintenir une pression constante dans un local (cas des salles blanches). Dans ce cas, seul la variation de l’angle de calage des aubes et les aubages de prérotation peuvent convenir sur une grande plage de réglage du débit.

Réglage par variation de vitesse dans les installations à pression externe constante.

Réglage par aubage de prérotation dans les installations à pression externe constante.

Efficacité énergétique

Pour obtenir un même débit, la puissance absorbée par le moteur peut être tout à fait différente en fonction du système de réglage choisi.

Ces courbes ont été établies pour des ventilateurs centrifuges à aubes arrières. Elles ne sont donc qu’indicatives pour les autres ventilateurs. La variation de l’angle de calage des aubes des ventilateurs hélicoïdes a été intégrée au graphe à titre de comparaison.

La régulation par registre de laminage ne conduit pas à des économies d’énergie importantes. Étant donné son faible coût d’investissement, elle peut cependant être utilisée pour de très faibles diminutions de débit et dans le cas de ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant. Notons cependant que pour des petits ventilateurs, la régulation par étranglement peut, dans certains cas, être énergétiquement meilleure que la régulation de la vitesse de rotation (la différence peut être de 15 %), car les pertes de celle-ci pour des petits moteurs et de petits écarts par rapport au débit nominal, peuvent être plus grandes.

Une régulation par by-pass n’a pas sa place dans le cadre d’une utilisation rationnelle de l’énergie électrique, parce que si ce système permet de diminuer le débit dans le réseau de gaines, celui du ventilateur augmente entraînant, avec lui une augmentation de la puissance absorbée et de la consommation. L’augmentation de puissance absorbée peut être très conséquente et surcharge même dans certains cas le moteur.

La régulation par aubage mobile de prérotation permet une diminution importante de la puissance absorbée. Cependant, plus le débit diminue par rapport au débit nominal, plus le rendement du ventilateur diminue. Cette diminution est raisonnable pour les petites variations de débit. Pour des plus grandes plages de réglage la régulation par variation de vitesse est donc préférable.

La solution de réglage la plus élégante pour un ventilateur est celle par régulation de la vitesse de rotation. En effet, lorsque le réglage du débit doit suivre la courbe caractéristique du circuit de distribution, la variation de vitesse du ventilateur permet au ventilateur de toujours travailler à son meilleur rendement. Par contre, lorsque la pression doit rester constante, l’économie d’énergie est moins intéressante.

Sauf pour les très faibles variations de débit, c’est la solution du convertisseur de fréquence qui est énergétiquement le plus efficace. Les solutions par transformateurs ou modification du nombre de pôles présente de plus mauvais rendements (quoique meilleurs que le laminage et le by-pass).

Les progrès actuels et futurs dans le domaine de la régulation des moteurs donnent les meilleures chances d’avenir au ventilateur avec réglage de la vitesse de rotation.

Pour les ventilateurs hélicoïdes, la variation de l’angle de calage des aubes présente de très bon rendements. On peut dire que, du point de vue puissance absorbée, une régulation par variation de l’angle de calage des aubes se situe entre une régulation par aubage de prérotation et une régulation du moteur.

Classification des modes de réglage (dans l’ordre décroissant)
Économie d’énergie		Investissement
1	calage des aubes	1	variation de vitesse
2	variation de vitesse	2	calage des aubes
3	aubage de prérotation	3	aubage de prérotation
4	registre	4	registre

Bruit

Les registres d’étranglement posent clairement des problèmes de bruit et ne doivent donc être utilisés que pour de faibles réduction de débit. Cet inconvénient s’ajoute à la mauvaise efficacité énergétique du système.

Les aubages de prérotation, énergétiquement efficaces, peuvent aussi poser des problèmes de bruit.

Le comportement acoustique d’un système de régulation de ventilateur hélicoïde par variation de l’angle de calage des aubes est excellent et se rapproche de celui d’un système de régulation de la vitesse d’un moteur.

La diminution de la vitesse du ventilateur est quant à elle très favorable à la diminution de la puissance sonore.

Notons que le bruit du groupe moto-ventilateur ne peut être réduit à une valeur inférieure à celle du bruit du seul moteur utilisé.

Posted By : 25 Sep, 2007

Conduits d’air

Conduits d'air

Matériaux

Il existe des gaines de distribution en :

acier galvanisé,
aluminium,
inox,
matière synthétique,
ciment (les conduits en Eternit et boisseau ont une rugosité de 1,5 à 2 fois supérieure aux conduits galvanisés et donc des pertes de charge nettement plus élevées).

Forme et type de conduit

Les conduits cylindriques

Avantages

Demandant moins de matière pour une même section, ils sont plus légers et plus économiques.
Ils sont faciles et rapides à poser.
Ils se prêtent bien aux changements de direction en plan et en élévation.
Leur étanchéité est très bonne, particulièrement si les raccords entre conduits se fait avec double joint.

Inconvénients

Les piquages et le placement de bouches en parois sont plus compliqués.
Leur encombrement en hauteur est plus important

Conduit circulaire avec joint aux raccords.

Les conduits rectangulaires

Avantages

L’encombrement en hauteur peut être plus réduit.
Les piquages et les bouches en flanc de conduit sont faciles à réaliser.
Les coudes peuvent facilement être équipés d’aubes directrices.

Inconvénients

La quantité de matière utilisée est plus importante. Le réseau est donc plus lourd et plus coûteux.
Pour une même section, la perte de charge linéaire est donc aussi plus élevée pour un même débit.
La déformation des conduits est plus rapide.
L’étanchéité du réseau dépend très fort de la mise en œuvre et de la qualité des joints. Il est presque impossible d’atteindre l’étanchéité des conduits circulaires.

Adhésif d’étanchéité des conduits rectangulaires.

Les conduits oblongs

Ils sont un compromis entre les conduits circulaires et les conduits rectangulaires : ils sont faciles à placer et étanches et ils prennent moins de place en hauteur que les conduits circulaires.

Les conduits autoportants et isolants

Avantages

L’isolation du conduit est directement intégrée.

Inconvénients

Ce type de conduit est plus complexe et donc plus fragile, lors de sa mise en place et son nettoyage.

Conduits d’isolant

Les conduits souples ou semi-rigides

Les conduits souples ne sont pas recommandés car ils entrainent de pertes de charge importante par rapport à des conduits rigides.

Avantages

Ils sont utiles pour les raccords difficiles au niveau des bouches ou autres appareils.
Les vibrations et le bruit du au déplacement de l’air sont plus facilement absorbé ce qui en fait des conduits intéressant pour atteindre des performances acoustiques plus élevées.

Inconvénients

Les conduits souples entrainent des pertes de charge plus importantes qu’un conduit rigide ou semi-rigide.
De part le matériau utilisé, ce type de conduit est généralement fragile ce qui ne facilite pas son nettoyage.
Si l’intérieur du conduit n’est pas lisse, l’encrassement sera plus important.

Les conduits diffusants

Manchon perforé permettant la pulsion d’un débit d’air important à très haute vitesse (chaque trou sert de buse de soufflage).
La vitesse élevée de sortie assure un mélange rapide avec l’air ambiant par induction (ventilation des grands halls).

Avantages

Grâce aux perforations de la parois ou au textile, l’air est diffusé de façon homogène dans le local.
Ils combinent distribution et diffusion de l’air permettant ainsi de faire l’économie d’une ou de bouche(s) de pulsions.

Inconvénients

Ce type de conduit ne peut évidemment être utilisé que pour la pulsion et la diffusion de l’air, il devra donc être apparents et directement dans le local à désservir en air frais.
Ils ne peuvent pas être isolé thermiquement ou recouvert.

Coudes, changements de section, piquages

La forme des coudes, changements de direction, de section ou dérivations jouent un rôle important dans les pertes de charge du réseau de distribution.

Emplacement

Apparents

Avantages

La hauteur sous plafond est conservée.
Participe à l’esthétique de l’architecture ?
Les conduits n’entravent pas le gain énergétique du à l’inertie de la dalle.
Il est possible de placer un conduit diffusant et donc de se passer de bouche de pulsion.

Inconvénients

C’est rarement au goût des architectes… et des occupants.
Les conduits apparents participent à l’encombrement du local d’autant plus que le plafond est bas.

Dans un faux plafond ou plancher ou encastrés dans les murs

Avantages

Les conduits sont cachés au même titre que toutes les autres techniques.

Inconvénients

Pour effectuer le contrôle et le nettoyage des gaines, certaines parties doivent restées accessibles grâce à une trappe ou un plafond/plancher amovible.
Le faux plafond/plancher isole l’ambiance intérieur de la dalle et ne permet pas de faire participer activement son inertier.

Dans la chape

Avantages

L’inertie de la dalle est disponible.
Les conduits sont non-visibles.
L’étanchéité est assurée par la chape.

Inconvénients

Le réseau n’est plus accessible pour entretien, réparation, rénovation ou remplacement !

Isolation thermique

Dans le cas d’une ventilation double flux avec récupérateur de chaleur, il est utile d’isoler les conduits situé entre le groupe de ventilation et l’enveloppe extérieur du bâtiment, que le groupe soit situé à l’intérieur ou à l’extérieur du volume protégé. Cela pour limiter les pertes de chaleurs, et donc s’assurer la récupération maximale, et les risques de condensation.

Pour limiter les pertes thermiques lorsque le réseau véhicule de l’air chaud ou de l’air froid, il existe des conduits isolés thermiquement. L’isolant peut être apposé après pose des conduits. Les conduits peuvent également être directement composés du matériau isolant. Dans ce cas, une attention particulière sera portée sur la tenue mécanique de la surface interne du conduit qui ne doit pas présenter de rugosité excessive (augmentation des pertes de charge) et résister à l’arrachement.

Dans le cas de conduits véhiculant de l’air froid, les risques de condensation lors de la traversée d’un local plus chaud que l’air transporté sont éliminés au moyen d’un film pare-vapeur (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.

Isolation acoustique

Un système de ventilation est source de bruit. Les nuisances acoustiques sont principalement dues au fonctionnement du ventilateur et au déplacement de l’air dans les conduits.

Ainsi pour éviter la propagation de ces nuisances divers solutions sont possibles :

Isoler acoustiquement les conduits diminue le rayonnement du bruit dans les pièces.
Utiliser des supports anti-vibratiles pour le groupe de ventilation limite la propagation des bruits structurels.
Placer des dispositifs particulier tels que les absorbeurs acoustiques atténue le bruit transmis dans les conduits.
Concevoirle réseau sans obstacles réduit les turbulences et donc les sources de nuisances acoustiques.
Limiter la vitesse de l’air dans les conduits terminaux.
Disposer le groupe de ventilation dans un endroit reculé des pièces de séjour ou de travail.

Étanchéité à l’air

La norme NBN EN 12237 définit des classes d’étanchéité à l’air pour les conduits de ventilation en fonction d’un taux de fuite maximale admissible.

Le réseau de conduits doit être étanche à l’air pour limiter au maximum les fuites d’air afin :

de garantir les débits d’air définis,
d’éviter des sources de nuisances acoustiques,
de se protéger contre un encrassement ou de la condensation supplémentaire,
…

Il faut donc faire particulièrement attention aux endroits d’assemblage et de raccord entre les conduits entre eux et entre les conduits et un composants du système de ventilation : privilégier les joints montés en usine prévu dès la fabrication du conduits, assurer l’étanchéité finale par ruban adhésif (1,5 fois le contour du conduit) si nécessaire, limiter les découpes et les percements des conduits,…

Normalisation des sections

Le standard Eurovent 2/3 fixe la section des conduits de ventilation à des valeurs standards :

Conduits circulaires

Série des diamètres intérieurs (mm)
63	80	100	125	160	200	250
315	400	500	630	800	1 000	1 250

Rapport de grandeur entre 2 diamètres successifs
Diamètres (mm)	1,26
Sections (m²)	1,58
Vitesses (m/s)	1,58
Pressions dynamiques (Pa)	2,51
Pertes de charge linéaires (PA/m)	3,16

Conduits rectangulaires

Les conduits rectangulaires sont donnés en fonction de leurs côtés. La norme précise également la section obtenue A_c en m², le diamètre hydraulique d_h en mm, le diamètre équivalent d_e en mm et l’aire de surface latérale A_i en m²/m.

d_h = le diamètre du conduit circulaire ayant les mêmes pertes de charge pour une vitesse d’air identique.
d_e = le diamètre du conduit circulaire ayant les mêmes pertes de charge pour un débit identique (avec les mêmes coefficients de frottement).

Le standard Eurovent 2/3 fournit également les correspondances entre les dimensions des conduits rectangulaires, d_h, d_e, A_c et ai sous forme d’abaques.

Grand coté (mm)	Petit côté (mm)
Grand coté (mm)	100	150	200	250	300	400	500	600	800	1 000	1 200	–
200	0,020	0,030	0,040	–	–	–	–	–	–	–	–	A_c
	133	171	200	–	–	–	–	–	–	–	–	d_h
	149	186	218	–	–	–	–	–	–	–	–	d_e
	0,60	0,70	0,80	–	–	–	–	–	–	–	–	ai
250	0,025	0,038	0,050	0,063	–	–	–	–	–	–	–	A_c
	143	188	222	250	–	–	–	–	–	–	–	d_h
	165	206	241	273	–	–	–	–	–	–	–	d_e
	0,70	0,80	0,90	1,00	–	–	–	–	–	–	–	ai
300	0,030	0,045	0,060	0,075	0,090	–	–	–	–	–	–	A_c
	150	200	240	273	300	–	–	–	–	–	–	d_h
	180	224	262	296	327	–	–	–	–	–	–	d_e
	0,80	0,90	1,00	1,10	1,20	–	–	–	–	–	–	ai
400	0,040	0,060	0,080	0,100	0,120	0,160	–	–	–	–	–	A_c
	160	218	267	308	343	400	–	–	–	–	–	d_h
	205	255	299	337	373	436	–	–	–	–	–	d_e
	1,00	1,10	1,20	1,30	1,40	1,60	–	–	–	–	–	ai
500	–	0,075	0,100	0,125	0,150	0,200	0,250	–	–	–	–	A_c
	–	231	286	333	375	444	500	–	–	–	–	d_h
	–	283	331	374	413	483	545	–	–	–	–	d_e
	–	1,30	1,40	1,50	1,60	1,80	2,00	–	–	–	–	ai
600	–	0,090	0,120	0,150	0,180	0,240	0,300	0,360	–	–	–	A_c
	–	240	300	353	400	480	545	600	–	–	–	d_h
	–	307	359	406	448	524	592	654	–	–	–	d_e
	–	1,50	1,60	1,70	1,80	2,00	2,20	2,40	–	–	–	ai
800	–	–	0,160	0,200	0,240	0,320	0,400	0,480	0,640	–	–	A_c
	–	–	320	381	436	533	615	686	800	–	–	d_h
	–	–	410	463	511	598	675	745	872	–	–	d_e
	–	–	2,00	2,10	2,20	2,40	2,60	2,80	3,20	–	–	ai
1 000	–	–	–	0,250	0,300	0,400	0,500	0,600	0,800	1,000	–	A_c
	–	–	–	400	462	571	667	750	889	1 000	–	d_h
	–	–	–	512	566	662	747	825	965	1 090	–	d_e
	–	–	–	2,50	2,60	2,80	3,00	3,20	3,60	4,00	–	ai
1 200	–	–	–	–	0,360	0,480	0,600	0,720	0,960	1,200	1,440	A_c
	–	–	–	–	480	600	706	800	960	1 091	1 200	d_h
	–	–	–	–	614	719	812	896	1 049	1 184	1 308	d_e
	–	–	–	–	3,00	3,20	3,40	3,60	4,00	4,40	4,80	ai
1 400	–	–	–	–	–	0,560	0,700	0,840	1,120	1,400	1,680	A_c
	–	–	–	–	–	622	737	840	1 018	1 167	1 292	d_h
	–	–	–	–	–	771	871	962	1 125	1 270	1 403	d_e
	–	–	–	–	–	3,60	3,80	4,00	4,40	4,80	5,20	ai
1 600	–	–	–	–	–	0,640	0,800	0,960	1,280	1,600	1,920	A_c
	–	–	–	–	–	640	762	873	1 067	1 231	1 371	d_h
	–	–	–	–	–	819	925	1 022	1 195	1 350	1 491	d_e
	–	–	–	–	–	4,00	4,20	4,40	4,80	5,20	5,60	ai
1 800	–	–	–	–	–	–	0,900	1,080	1,440	1,800	2,160	A_c
	–	–	–	–	–	–	783	900	1 108	1 286	1 440	d_h
	–	–	–	–	–	–	976	1 078	1 261	1 424	1 573	d_e
	–	–	–	–	–	–	4,60	4,80	5,20	5,60	6,00	ai
2 000	–	–	–	–	–	–	1,000	1,200	1,600	2,000	2,400	A_c
	–	–	–	–	–	–	800	923	1 143	1 333	1 500	d_h
	–	–	–	–	–	–	1 024	1 131	1 323	1 494	1 650	d_e
	–	–	–	–	–	–	5,00	5,20	5,60	6,00	6,40	ai

Normalisation de l’étanchéité

Le standard EUROVENT 2/2 est basée sur des tests réalisés en laboratoire et sur site sur des conduits mis en œuvre suivant les codes de bonne pratique. Elle concerne le taux de fuite dans les conduits allant de la sortie de la centrale de traitement d’air aux éléments terminaux.

Un certain degré de fuite dans les réseaux de ventilation est inévitable (et toléré sauf évidemment dans les réseaux transportant des gaz dangereux). Il est en outre reconnu que le transport, le stockage et la mise en œuvre est source d’agravation des risques de fuite.

EUROVENT 2/2 définit des classes d’étanchéité basées sur le rapport entre la quantité de fuite dans les conduits et la surface du réseau de distribution d’air, bien que les fuites proviennent principalement des joints.

Classe d’étanchéité à l’air des conduits de ventilation selon EUROVENT 2/2
Mesure sur des conduits installés
Taux de fuite [l.s-1.m-2] p = pression statique d’essai [Pa]	Surface de fuite équivalente en cm² par m² de conduit	Classe EUROVENT
0.009 x p^0,65 <…< 0.027x p^0,65	0.21 <…< 0.64	A
0.003 x p^0,65 <…< 0.009 x p^0,65	0.07 <…< 0.21	B
< 0.003 x p^0,65	< 0.07	C
Mesure en laboratoire
Taux de fuite [l.s^-1.m^-2] p = pression statique d’essai [Pa]	Surface de fuite équivalente en cm² par m² de conduit	Classe EUROVENT
0.0045 x p^0,65 <…< 0.0135x p^0,65	0.21 <…< 0.64	A
0.0015 x p^0,65 <…< 0.0045 x p^0,65	0.07 <…< 0.21	B
< 0.0015 x p^0,65	< 0.07	C

Posted By : 25 Sep, 2007

Échangeur à eau glycolée

Principe

Le récupérateur à eau glycolée est constitué de deux batteries, en général constituées de tubes en cuivre et d’ailettes en aluminium (éventuellement cuivre/cuivre ou l’ensemble en acier galvanisé), placées l’une dans le groupe d’extraction, l’autre dans le groupe de pulsion.

La distance entre ailettes est de 1,6 mm à 6 mm ce qui, vu la longueur habituelle des échangeurs, nécessite tant sur l’air neuf que sur l’air repris, un filtre de classe G3 monté chaque fois en amont de l’échangeur.

Etant donné l’encombrement non seulement de chaque échangeur mais également du filtre et des pièces de transformations entre l’échangeur et les conduits aérauliques en amont et en aval ainsi que la place nécessaire 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, après coup, d’un échangeur, d’où la nécessité de veiller préalablement à ce point. Par ailleurs il est toujours judicieux de prévoir l’isolation thermique des pièces de raccordement aux conduits aérauliques.

Les batteries de pulsion et d’extraction sont reliées entre elles par un circuit de tuyauteries comprenant des vannes d’isolement, une pompe de circulation, un vase d’expansion, un orifice de remplissage et divers appareils de mesure (thermomètres et manomètre).

Dans le circuit ainsi constitué circule de l’eau glycolée (antigel). Ce fluide caloporteur sert de vecteur de transport des calories puisées dans l’air extrait (chaud, par ex : 20°C) vers l’air neuf (froid, par ex : – 10°C).

En descendant en dessous du point de rosée, la chaleur latente de la vapeur d’eau contenue dans l’air extrait peut être récupérée. Ce système n’assure cependant pas de transfert d’humidité. Il n’y a aucune contamination de l’air frais par l’air vicié.

Les circuits d’extraction et de pulsion peuvent être éloignés l’un de l’autre, ce qui peut être très avantageux.

Pour éviter la formation de glace sur l’échangeur de chaleur du conduit d’air rejeté, il faut éviter de refroidir trop l’air. Un by-pass avec vanne 3 voies sur le circuit d’eau permet de limiter la quantité de chaleur récupérée. Dans le calcul des frais d’exploitation, il faut tenir compte :

des pertes de charge créées par la présence des échangeurs dans les gainages et donc de la consommation d’énergie supplémentaire des ventilateurs,
de la consommation d’énergie de la pompe de circulation.

Le rendement est directement lié au nombre de tubes et de rangs des échangeurs. Il existe ainsi des récupérateurs à eau glycolée à haute performance dont les dimensions ont été majorées.

Puisque l’échange de chaleur se fait via l’utilisation d’un fluide intermédiaire (2 échangeurs en cascade et donc deux D T° ), le rendement maximum est assez faible.

Généralement, à cause de l’accroissement des pertes de charge avec l’augmentation de la surface d’échange, les rendements les plus élevés ne correspondent pas aux économies les plus importantes.

Le récupérateur à eau glycolée nécessite également une régulation pour éviter les surchauffes en été et les problèmes de gel en hiver.

De même, un entretien régulier concernant le circuit hydraulique du récupérateur doit être prévu.

Facteur influençant le rendement

Prenons un exemple :

Soit un groupe de ventilation de 5 000 m^³/h de section 78 x 78 cm soit 0.6 m². Le débit et la section de passage impliquent une vitesse d’air dans la batterie de 2,3 m/s (5 000 / (0,6 * 3 600)).

Sur le catalogue d’un constructeur, on sélectionne deux batteries, modèle 3-1, une sur l’air rejeté et une sur l’air frais (3 indique le nombre de rang de tube – 1 indique en mm l’espacement entre les ailettes).

Le graphique donne à partir des points 1 et 3 (débit), les points 2 et 4. À partir du point 4 une verticale est abaissée jusqu’à la courbe V_an/V_av, rapport entre le Volume d’air neuf et le Volume d’air vicié (ici on choisit V_an / V_av= q₁/ q₃= 0,9), le point 5 est obtenu.

À l’intersection de la verticale au point 2 et de l’horizontale au point 5, on trouve la valeur du rendement du récupérateur. Ici, +/- 61 %.

Graphe rendement du récupérateur.

Courbes de rendement.

On constate que l’efficacité de l’échange augmente si :

l’espacement entre les ailettes est réduit,
le volume d’air extrait est grand par rapport au volume d’air neuf,
le nombre de rang est élevé.

> l’efficacité thermique se situe généralement entre 40 – 80 %.

Avantages – Désavantages

Avantages

Les flux d’air neuf et d’air rejeté sont totalement séparés, il n’y a donc pas de risque de contamination,
flexibilité dans la disposition des gaines d’air neuf et d’air évacué,
régulation de température très simple à réaliser par une vanne 3 voies,
groupement possible de plusieurs installations (la source de chaleur ne doit pas forcément provenir de l’installation de ventilation).

Désavantages

Transfert de chaleur latente limité car la température du fluide glycolé est peu souvent en dessous de la température de rosée de l’air extrait,
l’énergie consommée pour la pompe eau glycolée réduit le rendement net de récupération. Une valeur de 5 % est un ordre de grandeur,
perte de charge relativement importante,
rendement généralement faible,
la boucle d’eau demande une surveillance et un entretien supplémentaire vu le risque de corrosion et la présence d’une pompe de circulation,
la présence de glycol comme antigel accroît la perte de charge côté eau et réduit le transfert de chaleur,
coûts importants pour des petites installations,
sans mesures appropriées, il y a risque de givre sur l’air extrait.

Régulation

Tous les types de récupérateurs nécessitent un système de régulation :

En hiver pour éviter le gel du côté de l’air extrait : si l’échange est tel que la température de l’air extrait chute sous 0°C, il faut réduire le transfert de chaleur pour éviter le givre de l’échangeur.

En mi-saison et en été pour éviter la surchauffe de l’air à la sortie du récupérateur : il faut réduire l’échange pour éviter que la température de l’air neuf devienne telle qu’elle contribue à surchauffer l’ambiance intérieure.

En demi-saison

La grandeur de réglage auxiliaire prépondérante est alors la température de soufflage. On utilise alors comme ensemble régleur une vanne à 3 voies. S’il faut réduire la puissance de l’échangeur, on diminue alors le débit d’eau glycolée en circulation dans l’échangeur sur l’air neuf. Dans les cas extrêmes, la vanne se ferme complètement et la pompe de circulation s’arrête.

En été

Lorsqu’en été la température extérieure augmente, la différence avec la température de reprise augmente également car même si l’on admet une température intérieure plus élevée, cette dernière augmente moins vite que la température extérieure. Il est donc tout à fait judicieux de récupérer du « froid » de l’air repris pour le transférer à l’air neuf. La pompe de circulation est alors mise en route en fonction de l’écart de température entre la température de l’air neuf et celle de l’air repris. La vanne 3 voies fonctionne alors en réglage simple (passage direct de l’eau sans mélange ni dérivation).

En hiver

Lorsque la température extérieure est basse, la température du fluide intermédiaire pourrait tomber en dessous de 0°C. En fonction de l’état de l’air repris, il n’est pas impossible que l’échangeur de chaleur sur lequel circule l’air repris se mette à geler. Pour éviter une telle situation et ses graves conséquences, on prévoit un thermostat antigel qui n’est autre qu’une sonde de température placée sur le conduit aéraulique en amont de l’échangeur. En fonction de ses indications, la vanne 3 voies réagit de façon à réduire le débit-masse de fluide intermédiaire qui circule dans l’échangeur de chaleur traversé par l’air neuf, d’où une diminution de la quantité de chaleur transférée. Il est donc bien évident que la puissance de la batterie de réchauffage classique prévue en aval de l’échangeur sur l’air soufflé doit être augmentée en conséquence.

Entretien

Le contrôle de l’état de propreté de l’équipement de récupération est primordial.

En effet, l’encrassement des surfaces d’échange a deux conséquences néfastes sur la récupération : la réduction du coefficient d’échange de chaleur et la réduction des débits d’air.

Le tableau ci-dessous donne, les différents points à contrôler lorsque l’on fait la maintenance :

Échangeur à boucle d’eau		v
1	État des surfaces d’échange (nettoyage régulier)	X
2	Contrôle des éventuelles fuites d’air	–
	fuites externes	X
3	Contrôle de la régulation
	régulation sur le circuit caloporteur	X
	régulation antigel	X
4	Contrôle du fluide caloporteur	–
	contrôle de la teneur en antigel (glycol)	X
	contrôle du remplissage du circuit	X
	contrôle du débit	X
	contrôle de la purge	X

Exemple

En vue de comparer les différents systèmes de récupération, nous développons ici le calcul du rendement de l’installation pour les différents systèmes de récupération présentés.

Prenons comme exemple une installation de traitement d’air d’un immeuble de bureaux, fonctionnant en tout air neuf, 10 heures/jour, 5 jours/semaine.

Les groupes de pulsion et d’extraction GP/GE sont de même débit : 21 000 m³/h – section de 1 525 x 1 525 mm, soit une vitesse d’air de 2,5 m/s.

Dans le cas d’un échangeur à eau glycolée, on déduit du catalogue du constructeur :

le choix de batteries avec boucle d’eau glycolée, en Cu/Al, avec 8 rangs,
le fonctionnement dans les conditions extrêmes :

l’évolution dans le diagramme de l’air humide :

l’efficacité thermique instantanée :

ε_t= t₂– t₁/ t₃– t₁= (3,8 – (- 10)) / (22 – (- 10)) = 0,43 = 43 %

L’équipement sélectionné a entraîné les températures de sortie des fluides. On en déduit que le récupérateur a donné un accroissement de température de l’air neuf de 43 % de l’écart maximal entre les fluides, soit 0,43 x 32° = 13,8°.

Remarque : en réalité, le rendement thermique (rapport des enthalpies) donnerait :

η = h₂– h₁/ h₃– h₁= (7,5 – (- 6,5)) / (41 – (- 6,5)) = 0,30 = 30 %

Seulement 30 % du transfert maximal (en chaleur sensible et latente) est réalisé par le récupérateur).

La puissance maximale récupérée représente :

P_{max. réc.}= 0,34 [W/(m³/h).°C] x 21 000 [m³/h] x (3,8 – (-10°)) = 96 [kW]

0,34 [W/(m³/h).°C] = chaleur spécifique de l’air

Cette puissance pourra être déduite de la puissance de la chaudière à installer.

L’efficacité thermique, calculée dans les conditions extrêmes (- 10°C), reste sensiblement identique aux autres températures de la saison de chauffe. La température moyenne extérieure en journée étant de 8°C, la puissance moyenne récupérée sera de :

P_{moy. réc.}= 96 [kW] x (22° – (8°)) / (22° – (- 10°)) = 96 x 0,44 = 42 [kW]

Cela entraîne une économie thermique de :

E_réc= 42 [kW] x 10 [h/j] x 5 [j/sem] x 35 [sem] / 0,8 = 92 140 [kWh]

Suite à la présence du récupérateur (pertes de charge complémentaires), les puissances des ventilateurs sont modifiées comme suit :

Avant		Après
GE	GP	GE	GP
2,2 kW	5,2 kW	4,5 kW	6,8 kW

ce à quoi il faut ajouter une puissance de 0,6 kW pour le circulateur de la boucle.

Posted By : 25 Sep, 2007

Filtres [ventilation]

Attention : la norme portant sur la classification des filtres à air a été mise à jour en 2017. Vous trouverez sur cette page toutes les informations concernant la norme ISO 16890. La classification des filtres G3, G4, M5, M6, F7, F8 et F9 a été modifié. on parle désormais de filtres grossiers, ePM10, ePM2,5 et ePM1.

Où peuvent se trouver les filtres

Sur les circuits d’aspiration d’air neuf extérieur,
sur les circuits d’air repris, avant recyclage,
sur les circuits de distribution d’air dans les locaux,
sur les circuits d’air repris, avant rejet vers l’extérieur,
sur les circuits d’air repris, avant batterie de récupération de chaleur.

Exemple

Les objectifs de la filtration

Débarrasser l’air des polluants : champignons et bactéries allergogènes et pathogènes, des particules de fibre de verre, …

Exemple.

Chez l’homme, la desquamation constante de la peau, la respiration, l’agitation des vêtements, entraînent par seconde une génération de 10 millions de particules de plus de 0,1μm , pour une personne en mouvement actif.

Protéger les équipements des locaux (électroniques, photographies,…) contre les poussières pour augmenter leur durée de vie et diminuer leur maintenance.

Protéger l’installation de ventilation elle-même. Sans filtration, des dépôts apparaissent dans les conduits, leurs joints, dans les bouches de distribution, sur les batteries d’échange, les ventilateurs, les registres et les sondes de régulation. L’accumulation de poussières peut provoquer la prolifération de champignons, bactéries, …

Exemple.

une installation de ventilation, située dans une ville industrielle, pulse un débit d’air neuf de 36 000 m³/h. La teneur en poussière de l’extérieur est de 0,25 mg/m³ (0,1 mg/m³ pour une ville classique). Le débit de poussière est donc de 9 g/h. En 12 mois de fonctionnement continu, l’installation a aspiré près de 80 kg de poussière dont la majorité s’est déposée dans les composants de l’installation (batteries, boues dans les humidificateurs, gaines, bouches de soufflage et peintures des plafonds).

Batterie protégée par un filtre de performance insuffisante.

Éviter la propagation d’incendie par les poussières et les risques d’explosion.

Protéger les terrasses et toitures en n’évacuant pas les particules directement vers l’extérieur.

Les filtres à couche poreuse

Fonctionnement

Dans ces filtres, l’air à épurer traverse une couche poreuse ou fibreuse dans laquelle il abandonne ses poussières. C’est le mode de filtration de l’air actuellement le plus répandu, tant pour la préfiltration « de protection » que pour la filtration de « confort », de salubrité (immeubles, bureaux), de haute et de très haute efficacité (salles blanches, salles d’opérations « stériles »).

Dans ce type de filtre, l’interception des poussières se fait par :

Tamisage (ou effet de crible)

Il faut que les pores de l’élément filtrant aient des dimensions inférieures à celles des particules : ce peut être un amas de particules arrêtées par le filtre qui constitue un tamis filtrant vis-à-vis des particules plus fines se présentant ultérieurement.

Impact (ou effet d’inertie)

Les particules lourdes ne peuvent pas accompagner le courant d’air quand celui-ci s’incurve autour d’une fibre. Elles s’attachent alors à la fibre à l’endroit de l’impact.

Interception (ou effet de barrage)

Les petites particules légères accompagnant le courant d’air seront interceptées si leur centre passe à une distance de la fibre inférieure à leur rayon. Ainsi, un média filtrant offrant un bon effet d’interception doit contenir un grand nombre de fibres fines, de même diamètre moyen que celui des particules à séparer.

Diffusion

Les particules dont le diamètre est inférieur à 1 μm ont un mouvement vibratoire dû aux mouvements des molécules d’air. Elles se fixent sur les fibres si elles entrent en contact avec elles. La probabilité d’impact croissant quand la vitesse, le diamètre des particules et le diamètre des fibres diminuent (l’amplitude du mouvement est de 7,4 μm pour une particule de 1 μ m et de 37 μm pour une particule de 0,1 μm).

Forces électrostatiques

Les forces électrostatiques peuvent prendre naissance soit sur les poussières soit sur les filtres. Elles provoquent l’agglomération des poussières entre elles et facilitent leur filtration. Pour favoriser ce principe de filtration, les fibres du filtre sont polarisées.

Attention : une erreur fort répandue consiste à penser que la filtration, c’est principalement un effet de tamisage et que le maillage de fibres doit être de plus en plus fin à mesure que la dimension des particules à arrêter diminue. Il n’en est rien. L’effet de tamisage n’a qu’une importance accessoire pour l’efficacité du filtre, encore qu’il puisse, dans le cas d’un filtre mal conçu, atténuer sa longévité (accroissement de perte de charge par effet de surface).

Filtre en cours de colmatage (agrandissement).

Classification

L’efficacité d’un filtre est synthétisée de façon précise par une série de grandeurs dépendant des caractéristiques de l’air entrant : température et humidité, teneur en poussières, granulométrie des poussières, nature et structure physique des poussières. Concrètement, cela se traduit par une classification des performances en fonction des particules à arrêter.

Les filtres sont classés en fonction de leur capacité à arrêter des particules de plus en plus petites. La dénomination de leur classe dépend de la méthode de mesure utilisée pour les essais. Par exemple, GRA signifie « méthode gravimétrique », OPA, « méthode opacimétrique ». Les filtres faisant l’objet d’un essai « DOP » atteignent 100 % d’efficacité par les méthodes opacimétrique et gravimétrique. Ce sont les filtres absolus.

Voici la correspondance de classification entre différentes normes de mesure (américaine, belge et européennes). Ce sont les principales dénominations que l’on retrouve dans la documentation des fabricants.

Filtres grossiers.

Filtres fins.

Filtres absolus.

Correspondance entre les filtres.

Efficacité

On classe les filtres à couche poreuse en fonction de leur efficacité :

Filtres à basse efficacité (classes G1 à G3)

Les filtres à chocs ou labyrinthe sont composés de profilés en quinconce qui interceptent les particules de graisse, principalement :

Par effet d’inertie : à chaque virage autour d’un profilé, les particules sont projetées en dehors du flux d’air.

Par condensation des particules sur les surfaces « froides ». Dès lors, le rendement s’accroît avec une diminution de la vitesse de l’air. Le filtre à choc est donc l’outil optimal pour la filtration de l’air dans des zones humides, genre laverie ou lave-casseroles.

Les filtres à treillis correspondent à des filtres plans composés d’un treillis de fils d’acier.Ils s’encrassent plus facilement que les filtres à choc et sont moins facilement nettoyés.

Ces types de filtres sont généralement utilisés pour effectuer une préfiltration.

Filtre à treillis métallique et filtre à choc.

Filtres à moyenne efficacité (classes G1 à G4)

La surface filtrante est composée de fibre de verre grossière ou de fibre synthétique maintenue dans des cadres en carton ou métallique. Les filtres peuvent être plan ou légèrement plissés pour augmenter la surface filtrante, donc la longévité. On trouve également des médias en mousse de polyuréthane ou polyester expansée, utilisée sous forme de couches planes ou des tricots en fil d’acier galvanisé ou inoxydable, montés dans des cadres.

Ils fonctionnent principalement par l’effet d’inertie des particules.

Filtre plan.

Filtres à haute efficacité (classes F5 à F9)

Ces filtres sont composés soit d’un papier-filtre plissé en cellulose ou en fibres de verre, soit de poches (on parle de filtres à poches) disposées dans un cadre sous forme de sacs flottants qui leur donnent une surface de filtration pouvant aller jusqu’à 27 fois la surface frontale.

Les filtres à poches ont une forte capacité de colmatage et un coût d’exploitation peu élevé.

Ils fonctionnent principalement par effet d’interception et de diffusion.
Ils sont largement utilisés pour la filtration de l’air dans les systèmes de ventilation.

Filtre à poches et filtre à dièdre.

Filtres à très haute efficacité ou absolus (classes H10 à H14)

Le milieu filtrant est constitué de papiers de fibres de verre maintenues par un liant, pour les plus hautes efficacités, ou bien d’un mélange de fibres de cellulose et de fibres minérales. Ces papiers sont plissés sur toute la profondeur du filtre. Chaque pli est parfois maintenu par un séparateur ondulé. La surface de filtration peut atteindre 100 fois la surface frontale pour les filtres dits absolus.

Dans ces filtres, c’est l’effet de diffusion qui devient prépondérant.

Filtres absolus.

Cas particulier : Filtres à nettoyage automatique

Il existe des filtres plans à déroulement automatique, en fonction de la perte de charge qu’ils engendrent.

Il existe également des filtres nettoyés automatiquement : les éléments filtrants sont montés sur une chaîne sans fin et viennent tremper successivement dans un bac où se fait leur nettoyage avant de reprendre place dans le courant d’air à filtrer. Le mouvement de rotation qui est très lent, peut être à commande manuelle et intermittent, ou mieux, mécanique et continu.

Il existe aussi des filtres en tricots métalliques ou plastiques nettoyés de façon cyclique par lavage à l’aide de rampes de pulvérisation d’eau.

Filtre à déroulement automatique.

Les filtres à surfaces de choc huilées

Dans ce type de filtres constitués par des empilages de tôles gaufrées, on donne aux filets d’air un tracé sinusoïdal entre deux surfaces humectées d’huile, afin que les effets de force centrifuge contraignent les poussières à venir se coller contre les parois. Le filtre est divisé en petits éléments dont le nettoyage s’effectue par trempage pendant quelques secondes dans un bac rempli d’huile. Afin de conserver une perte de charge constante à l’ensemble du filtre, on remplace en général un ou plusieurs éléments sales par jour de façon à ce que tous les éléments aient été nettoyés en une quinzaine de jours.

L’on peut classer dans cette catégorie des filtres où la tôle est remplacée par des feuilles de matière plastique percée de trous et gaufrée : le haut pouvoir diélectrique de la matière choisie peut ajouter un effet électrostatique de captation. L’huilage n’est pas indispensable, mais le pouvoir de captation est alors diminué.

Les filtres pour cuisine

Même si les principes de filtration restent identiques, les filtres utilisés dans les cuisines collectives pour les hottes ou les plafonds filtrant représentent une familles à part entière !

Les filtres pour cuisine doivent en effet pouvoir filtrer les graisses, les odeurs et les fumées émises lors de cuissons.

Techniques

Pour en savoir plus sur les appareils de traitement d’air spécifiques aux cuisines collectives

Les filtres à charbon actif

C’est un charbon traité qui a une structure poreuse très développée donc un pouvoir adsorbant important.

Ils sont utilisés pour la désodorisation dans le traitement de l’air des bureaux et des laboratoires.

Il est peu efficace pour les vapeurs de graisses. On a donc pas intérêt à l’utiliser pour le traitement principal de l’air d’extraction en cuisines collectives. Il peut cependant servir en finition pour éliminer les odeurs.

Filtre à charbon actif.

Résumé du domaine d’application des principaux filtres

Recommandations ASHRAE
Filtres grossiers
50 – 74 % GRA	installations de climatisation pour l’industrie textile batteries de chauffage, humidificateurs et ventilateurs installations de ventilation sans critère de pureté de l’air
75 – 84 % GRA	groupes de ventilation, batteries de chauffage, rideaux d’air chaud, climatiseurs de fenêtre ventilation des cabines haute tension, des garages, halls d’usine, sans critère de pureté d’air préfiltre pour filtres fins climatisation des véhicules
> 85 % GRA	installations avec déshumidification armoires de climatisation préfiltre pour installation de climatisation préfiltre pour filtres fins rideaux d’air pour magasins d’alimentation cuisines
Filtres fins
40 – 69 % OPA	installations de chauffage et de climatisation pour écoles, cuisines, salles d’archives, ateliers de mécanique de précision ventilation des machineries ascenseurs rideaux d’air chaud pour magasin d’alimentation chauffage à air chaud des églises des halls de sport climatisation des restaurants et salles de réception magasins d’alimentation
70 – 89 % OPA	installations de climatisation et de ventilation des laboratoires, salles de soins des hôpitaux, bureaux, abattoirs, théatres centrales téléphoniques, ateliers d’optique, studios de radio-télévision, salles d’ordinateur
90 – 98 % OPA	installations de climatisation pour salles blanches, salles d’opération et de stérilisation, vestiaires d’accès à ces salles, laboratoires de radiologie, animaleries, laboratoires pour produits pharmaceutiques, laboratoires d’optique et d’électronique, laboratoire de recherche
Filtres absolus
85 – 94 % OP	installations de climatisation desservant des laboratoires de mesure de haute précision, laboratoires photographiques salles d’opération, de stérilisation salles blanches et postes de travail stériles industrie horlogère
95 – 99 % OP	salles d’opération et de stérilisation salles blanches et postes de travail stériles industrie pharmaceutique centrales nucléaires
> 99,97 % OP	salles d’opération et de stérilisation postes de travail stériles salles blanches avec flux laminaire laboratoires bactériologiques, isotopiques

Recommandations SICC (Société suisse des ingénieurs en chauffage et climatisation)
Éléments à filtrer	Classe suivant EN 779	Applications
Insectes, fibres textiles, cheveux, sable, cendres, pollen, ciment	G1 G2	Utilisations simples (protection contre les insectes)
	G3 G4	Préfiltre et filtre pour les installations de protection civile Évacuation de l’air des cabines de peinture, des cuisines Protection anti-pollution pour les climatiseurs (par exemple de fenêtre) Préfiltre pour les classes de filtration F6 à F8
Pollen, ciment, particules salissantes (poussière), germes, poussières chargées de bactéries	F5	Filtre sur l’air neuf des locaux à faible exigence (ateliers, garages, entrepôts)
	F5 F6 F7	Préfiltre et filtre pour les centrales de traitement de l’air Filtre final dans les installations de climatisation pour magasins, bureaux et locaux de fabrication Préfiltre pour classes F9 à H12
Fumées d’huile et de suie agglomérées, fumée de tabac, fumée d’oxyde métallique	F7 F8 F9	Filtre final dans les installations de climatisation pour bureaux, locaux de fabrication, hôpitaux, centrales électriques, locaux ordinateurs Préfiltre pour filtres absolus et filtres à charbon actif
Germes, bactéries, virus, fumée de tabac, fumée d’oxyde métallique	H10 H11 et H12 H13 et H14 U15 et U16	Filtre final pour locaux à haute exigence, laboratoires, alimentation, pharmacies, mécanique de précision, industrie optique et électronique
	H11 et H12	Filtre final pour salles blanches
Vapeur d’huile et suie en formation, particules radioactives	H13 et H14 U15 et U16	Filtre final pour salles blanches Filtre final pour salle d’opération Filtre final pour évacuation d’air des installations nucléaires

Posted By : 25 Sep, 2007

Ventilateurs

Types de ventilateur

Classification 1 : en fonction de la direction de l’air pulsé

Les ventilateurs axiaux ou hélicoïdes : l’air est aspiré et propulsé parallèlement à l’axe de rotation du ventilateur.

Les ventilateurs radiaux ou centrifuges : l’air est aspiré parallèlement à l’axe de rotation et propulsé par force centrifuge perpendiculairement à ce même axe. Il existe des ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant (à aubages avant), à aubes recourbées vers l’arrière (à aubages arrière) ou à aubes radiales. Il existe aussi des ventilateurs centrifuges à deux ouïes d’aspiration. Ces roues plus larges, parfois composées de deux roues simple ouïe accolées, aspirent l’air de chaque côté de la roue.

Les ventilateurs tangentiels : l’air est aspiré et refoulé perpendiculairement à l’axe de rotation.

Ventilateur axial et ventilateur centrifuge.

Classification 2 : en fonction de la pression

Ventilateur basse pression	Δp < 1 500 Pa
Ventilateur moyenne pression	1 500 Pa < Δp < 3 600 Pa
Ventilateur haute pression	3 600 Pa < Δp < 10 000 Pa
(Compresseur)	(Δp > 10 000 Pa)

Les ventilateurs axiaux ou hélicoïdes

Les ventilateurs axiaux ou hélicoïdes permettent des débits importants mais ne peuvent en général assurer des différences de pression importantes que si la vitesse périphérique des pales est importante. Ils sont alors souvent bruyants. Des progrès récents permettent cependant à certains constructeurs d’obtenir des caractéristiques semblables aux ventilateurs centrifuges avec des niveaux de bruit à peine plus élevés. Ces ventilateurs sont en outre très simples à implanter et de faible coût.

Il n’y a pratiquement pas de limite dans les débits pouvant être atteints par ce type de ventilateur.

Ventilateur de conduit et ventilateur de paroi.

Il existe des ventilateurs axiaux :

De brassage sans enveloppe.
De paroi ou de fenêtres avec enveloppe. C’est principalement ce type de ventilateur qu’on appelle « hélicoïde ».
À enveloppe, avec hélice seule, distributeur (amont) et hélice, hélice et redresseur (dispositif placé en aval permettant d’augmenter le rendement), 2 hélices contre-rotatives (la première hélice joue le rôle de distributeur mobile et la deuxième de redresseur mobile).
À pales mobiles dont l’orientation peut être modifiée soit automatiquement en cours de fonctionnement, soit manuellement.

À toutes les variantes, on peut encore ajouter des pavillons et des diffuseurs.

On distingue ensuite les ventilateurs suivant le rapport de moyeu. On appelle rapport de moyeu le rapport entre le diamètre du moyeu de l’hélice et le diamètre extérieur de l’hélice. Plus le rapport de moyeu est grand, plus le ventilateur est capable de délivrer des pressions élevées.

Désignation	Rapport de moyeu	Gain de pression
Ventilateur basse pression	0,25 – 0,40	300 Pa
Ventilateur moyenne pression	0,40 – 0,50	3 000 Pa
Ventilateur haute pression	0,50 – 0,70	10 000 Pa

Les ventilateurs hélicoïdes haute pression sont parfois composés de deux ventilateurs en séries tournant en sens inverse. On parle alors de ventilateurs « contre-rotatifs ».

Profil de fonctionnement

La courbe caractéristique de ces ventilateurs présente une zone d’instabilité dans la zone des faibles débits (pompage), zone de travail qu’il faut éviter. Les problèmes de pompage apparaissent plus facilement lorsque plusieurs ventilateurs sont placés en parallèle ou au démarrage contre un circuit fermé.

Pour les débits plus élevés, la pression chute rapidement avec le débit. Ceci a pour intérêt de permettre d’importantes variations de pression sans modifier le débit. Ceci n’est pas possible avec un ventilateur centrifuge.

La puissance absorbée par un ventilateur hélicoïde diminue de façon semblable à la pression lorsque le débit augmente (à débit nul, la puissance absorbée est généralement plus élevée que dans la plage normale d’utilisation).

Courbes caractéristiques d’un ventilateur hélicoïde
avec ou sans pavillon à l’aspiration.

Remarque.

Les fabricants ne représentent pas tous les performances dans les mêmes conditions du fait des multiples possibilités d’équipements, telles que : diffuseurs, redresseurs, pavillons, etc. Il faut donc toujours bien vérifier dans quelles conditions sont données les caractéristiques pour pouvoir effectuer des comparaisons valables.

Rendement

Les ventilateurs hélicoïdes peuvent avoir des rendements très élevés (jusqu’à 90 %) mais sont très sensibles aux conditions d’alimentation, c’est-à-dire au profil de vitesse de l’air en amont du ventilateur.

Exemple

Type de ventilateur	Rendement
Ventilateur de paroi ou de conduit sans aubes directrices	40 à 65 %
Avec angle de calage des aubes variable mais sans aubes directrices	70 à 78 %
Avec angle de calage des aubes variable et avec aubes directrices	75 à 85 %
Ventilateurs contre-rotatifs à angle de calage des aubes variable	80 à 90 %

Possibilités de réglage

Les ventilateurs hélicoïdes peuvent être réglés par :

la variation de l’angle de calage des pales, au montage, à l’arrêt ou même en marche,
la variation du calage des aubes d’un inclineur placé en amont de la roue,
le réglage du débit d’un registre placé en aval.

Courbes caractéristiques et rendement d’un ventilateur hélicoïde
en fonction de la variation de l’angle de calage des pales.

Niveau de puissance sonore

Un ventilateur hélicoïde bien conçu peut avoir un niveau sonore proche des ventilateurs centrifuges. Un mauvais dessin peut cependant les rendre nettement plus bruyants. D’autres caractéristiques peuvent augmenter le bruit du ventilateur :

l’absence de pavillon à l’aspiration lorsqu’il fonctionne à l’air libre,
un grillage de protection placé en amont du ventilateur.

Puissance sonore d’un ventilateur hélicoïde avec ou sans pavillon à l’aspiration.

Domaines d’application

Les ventilateurs axiaux sont utilisés là où il n’existe pratiquement pas de canalisation. Ils peuvent aussi être insérés dans des conduits, là où se posent des problèmes d’encombrement.

Ventilateur hélicoïde de conduit et ventilateur hélicoïde mural.

Insertion d’un ventilateur hélicoïde dans un conduit.

Les ventilateurs centrifuges

À diamètre de roue égal, les ventilateurs centrifuges ont une capacité de débit inférieure aux ventilateurs hélicoïdes mais permettent des différences de pression nettement plus élevées. Si on veut augmenter le débit, il faut utiliser une roue double avec deux ouïes d’aspiration.

Il existe des ventilateurs centrifuges :

À aubes inclinées vers l’avant, appelés aussi « à action » ou « en cage d’écureuil » : la roue de ces ventilateurs comprend un nombre important d’aubes de faible hauteur. Elles sont inclinées dans le sens de rotation de la roue.
À aubes inclinées vers l’arrière, appelés aussi « à réaction » : la roue de ces ventilateurs comprend un nombre réduit d’aubes de plus grande hauteur. Elles sont inclinées dans le sens inverse de la rotation de la roue.
À aubes radiales : la roue de ces ventilateurs est composée d’aubes droites. Ce dernier type de ventilateur a un très mauvais rendement et est peu utilisé dans les installations de ventilation et de conditionnement d’air. Étant, de par sa forme, relativement insensible à l’encrassement, on l’utilise principalment dans l’industrie pour assurer le transport pneumatique de produits légers comme les copeaux, les poussières, …

Roue de ventilateur centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière
(double ouïe).

Roue de ventilateur centrifuge à aubes inclinées vers l’avant
(double ouïe).

Profil de fonctionnement

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

	Roue à pales couchées vers l’arrière	Roue à pales couchées vers l’avant
Type de courbe caractéristique	pentue	plate
Pour une grande variation de pression (par exemple fermeture d’un clapet d’étranglement, encrassement des filtres)	faible variation de débit et de la puissance absorbée	grande variation de débit et de la puissance absorbée

Rendement

Le rendement des ventilateurs à aubes inclinées vers l’avant ont un rendement maximum (60 à 75 %) inférieur aux ventilateurs à aubes inclinées vers l’arrière (75 à 85 %).

Possibilités de réglage

Les ventilateurs centrifuges se prêtent bien à un réglage du débit par création d’une rotation préalable de la veine d’air entrant dans la roue au moyen d’un aubage orientable dit « inclineur » ou « aubage de prérotation« . Cette technique disparaît cependant progressivement au profit de la variation de vitesse par convertisseur de fréquence.

Réglage du débit d’un ventilateur centrifuge par aubage de prérotation placé sur l’ouïe d’aspiration : à chaque valeur de l’inclinaison des aubes pouvant pivoter autour de leur axe, correspond une nouvelle valeur de la prérotation de l’air et deux nouvelles courbes de pression et de puissance.

Les roues centrifuges peuvent aussi être utilisées avec un registre réglable placé si possible en aval. Celui-ci introduit une perte de charge supplémentaire et modifie le point de fonctionnement de l’installation. La puissance va diminuer rapidement avec le débit, contrairement aux roues hélicoïdes.

Niveau de puissance sonore

Les ventilateurs centrifuges sont réputés plus silencieux que les hélicoïdes. Un ventilateur centrifuge de rendement médiocre peut cependant être plus bruyant qu’un hélicoïde spécialement conçu pour allier silence et rendement.

Pour un ventilateur centrifuge aspirant à l’air libre, il est souhaitable d’adapter un pavillon bien dessiné à son ouïe d’aspiration si son enveloppe n’en comporte pas à la construction. Son grillage de protection ne doit pas créer de sillages importants (bruits de sirène à l’entrée de la roue).

Comparaison entre les ventilateurs à aubes inclinées vers l’avant et à aubes inclinées vers l’arrière

Comparaison de deux ventilateurs de même taille (roues de diamètre 900 à double ouïe d’aspiration),
c’est-à-dire deux roues centrifuges pouvant être disposées dans une même enveloppe.

Pour un même point de fonctionnement (débit 60 000 m³/h et pression 1 000 PA) :

Pour un même point de fonctionnement, la roue avec aubes vers l’avant nécessite toujours une plus faible vitesse de rotation.

Le bruit produit par la roue avec aubes vers l’avant sera donc moins intense.

Lorsque la perte de charge varie dans le circuit aéraulique, la variation de débit qui en résulte est nettement plus importante pour les roues inclinées vers l’avant. Leur point théorique de fonctionnement doit donc être calculé avec beaucoup de rigueur. En effet, si la résistance réelle est inférieure à la résistance calculée, le ventilateur débitera nettement plus que prévu et sa consommation sera supérieure aux prévisions.

De plus, pour ces ventilateurs, une brusque diminution des pertes de charge va augmenter rapidement la puissance sur l’arbre. Le moteur s’en trouvera surchargé et grillera.

Le rendement de la roue avec pales vers l’avant est en général moins bon si bien que la puissance à l’arbre est supérieure.

Pour ce type de roue, la puissance absorbée augmente rapidement avec le débit. À l’inverse, elle varie relativement peu pour les pales inclinées vers l’arrière.

Pour une même pression (1000 PA) :

A l’inverse des roues inclinées vers l’arrière, la roue avec aubes vers l’avant ne demande pratiquement pas de variation de vitesse pour obtenir une augmentation importante de débit.

Comparaison de deux ventilateurs choisis pour fonctionner à leur rendement maximum

Par contre, si au stade du projet on peut choisir entre les deux types de roues, il faut effectuer la comparaison pour le meilleur rendement. Dans ce cas, le ventilateur à aubes recourbées vers l’arrière devra le plus souvent être d’une ou deux tailles plus grandes que l’autre.

Si on les compare pour même un point de fonctionnement, le ventilateur de deux tailles plus grand (évidemment aussi un peu plus cher) présente de gros avantages :

il absorbera une puissance nettement moindre;
tournant dans ce cas à plus faible vitesse, il devient moins bruyant que son homologue à aubes vers l’avant.

Domaines d’application

Aubes droites	Industrie textile, maritime, …
Aubes inclinées vers avant	Groupes de conditionnement d’air et là où le prix et l’encombrement sont primordiaux.
Aubes inclinées vers l’arrière	Applications industrielles où de grandes pressions statiques sont nécessaires. Partout où rendement, qualité, économie et énergie sont primordiaux. Partout où un débit fixe doit être maintenu coûte que coûte (salles blanches avec flux laminaire, …).

Les ventilateurs tangentiels

Il existe deux types de ventilateurs tangentiels :

Avec aubes directrices dans l’âme et sans aubes, mais avec une enveloppe spécialement formée.

Le principal défaut de ce type de ventilateur est son mauvais rendement qui ne dépasse pas 60 %. Il est malgré tout typiquement utilisé dans les appareils où la place disponible est très limitée tels que :

ventilo-convecteurs,
climatiseurs,
rideaux d’air.

Les extracteurs de toiture

Les extracteurs de toiture sont conçus pour s’adapter facilement sur le couronnement des conduits. Ils sont destinés à l’extraction de l’air vicié, soit directement, soit via un conduit vertical. On parle généralement de « tourelle d’extraction ». Ces tourelles peuvent être équipées d’une roue centrifuge ou hélicoïde et présentent donc les mêmes caractéristiques que ces deux grandes familles.

Extracteur de toiture : caisson fermé et ouvert.

Les critères de qualité d’un tel ventilateur sont :

la qualité du refoulement qui empêche toute retombée d’air vicié et de recyclage vers le bâtiment,
la résistance aux intempéries (étanchéité à la pluie),
le niveau de bruit, tant vers l’extérieur que vers l’intérieur,
le rendement.

Le rejet de l’air vicié dans l’atmosphère se fait de deux manières :

soit horizontalement,
soit verticalement.

Au niveau du bruit, le rejet vertical est toujours préférable au rejet horizontal car les ondes sonores sont plus facilement dispersées dans l’atmosphère.

Extracteurs de toiture .

Tourelle de pulsion.

Posted By : 25 Sep, 2007

Moteurs pour ventilateurs

Plaque signalétique

Exemple de plaque signalétique de moteur électrique.

Types de moteur

Les moteurs asynchrones

Moteur monophasé (puissance < 1 kw)	1^~
Moteur triphasé (puissance > 1 kW)	3^~

Les moteurs asynchrones sont alimentés directement par le réseau électrique en 1 x 230 V, 3 x 230 V ou 3 x 380 V.

Dans le moteur à cage d’écureuil (triphasé ou monophasé), le rotor est composé d’un cylindre feuilleté muni d’encoches dans lesquelles sont logées des barres, reliées des deux côtés par des couronnes qui les mettent en court-circuit. Pour que le moteur tourne, il faut que la fréquence de rotation du rotor soit plus faible que celle du champ tournant, c’est pourquoi le rotor tourne de façon asynchrone.

Le rendement du moteur dépend pour une part de la place disponible pour monter les bobinages du stator. Ceci explique pourquoi les moteurs à plusieurs enroulements séparés (deux ou trois vitesses) ont des rendements plus faibles.

Les moteurs à rotor extérieur sont largement répandus dans le domaine de la ventilation. Comme le bobinage se trouve dans le cœur du moteur, il est en règle générale nécessaire de restreindre sa taille. Le rotor extérieur tourne autour du stator qui lui reste fixe. Ceci présente un avantage pour la construction, car la roue du ventilateur peut être fixée directement sur le moteur.

Ce type de construction a l’avantage de supprimer la courroie de transmission toujours source de pertes d’énergie. Par contre, pour pouvoir diffuser largement ce type de moteurs, il fallait lui adjoindre un système permettant de régler la vitesse de rotation. Ceci est réalisé couramment à l’aide de systèmes de réglage agissant sur le glissement du moteur par réduction de la tension d’alimentation. La plupart de ces systèmes de réglage occasionnent des pertes d’énergie considérables et créent des harmoniques.

Les moteurs à courant continu

Les moteurs à courant continu sans balais sont apparus depuis peu sur le marché. La conversion du courant alternatif du réseau en courant continu est intégrée au moteur.

Ventilateur à entraînement direct et moteur à courant continu.

Pour les petites puissances (environ jusqu’à 1 kW), ces moteurs ont des rendements supérieurs aux moteurs à courant alternatif (jusqu’à 85%). Étant donné l’absence de balais, ils ne présentent plus d’usure mécanique et demandent très peu d’entretien (absence de balai).

L’amélioration sensible du rendement du moteur à courant continu s’explique par la suppression des pertes de glissement, des pertes d’excitation et la diminution des pertes dans le cuivre.

Les moteurs à courant continu offrent en outre des possibilités de réglage importantes de la vitesse (par action sur la tension), sans grande perte de rendement : par exemple, lorsque l’on passe de 1800 tr/min à 300 tr/min, le rendement passe de 85 % à 60 %. Ceci facilite évidemment le réglage du débit après installation, tout en profitant d’un moteur à entrainement direct, c’est-à-dire sans perte au niveau des courroies (un moteur triphasé à entraînement direct nécessite un variateur de vitesse pour son réglage ou d’autres systèmes plus énergivores).

Les moteurs à courant continu peuvent aussi bien être construits avec rotor intérieur qu’avec rotor extérieur. Les moteurs à rotor extérieur seraient, par leur compacité, bien indiqués dans la fabrication de ventilateurs. Ils peuvent être montés directement dans la roue du ventilateur. On peut ainsi supprimer la transmission par courroie tout en ayant de bons rendements.

Notons que les moteurs à courant continu ont les mêmes dimensions que les moteurs à courant alternatif et sont donc interchangeables, indépendamment du remplacement du ventilateur.

Normalisation

Les dimensions principales des moteurs ont été standardisées par les normes CENELEC (Comité européen de normalisation électrotechnique) et CEI (Commission électrotechnique internationale). Cette standardisation concerne les hauteurs et diamètres d’axe, les dimensions des supports, … . Elle assure donc l’interchangeabilité des moteurs entre les différentes marques.

Classification

La classification des moteurs est effectuée en fonction de la hauteur d’axe, d’un indice (S, M, L) décrivant la longueur de l’exécution et en fonction de la puissance nominale qui dépend elle encore du degré de protection.

Moteurs à cage d’écureuil à 4 pôles
Hauteur d’axe (mm)	Puissance nominale (kW)
	IP54	IP23
56	0,06	–
56	0,09	–
63	0,12	–
63	0,18	–
71	0,25	–
71	0,37	–
80	0,55	–
80	0,75	–
90S	1,1	–
90L	1,5	–
100L	2,2	–
100L	3	–
112M	4	–
132S	5,5	–
132M	7,5	–
160M	11	11
160L	15	15
160L	–	18,5
180M	18,5	22
180L	22	30
200M	–	–
200L	30	37
225S	37	45
225M	45	55

Puissance à l’axe

La puissance à l’axe, appelée aussi puissance moteur est la puissance utile au ventilateur. La puissance absorbée au réseau électrique et facturée par le distributeur est égale à la puissance moteur divisée par le rendement du moteur.

Degré de protection

Le degré de protection est repéré par l’abréviation IP suivie de 2 chiffres. Le premier chiffre représente la protection contre les contacts accidentels et l’introduction de particules solides et le deuxième chiffre représente la protection contre l’introduction de particules liquides.

Moteur	Degré de protection	1er chiffre		2ème chiffre
		Contre les contacts accidentels	Contre l’introduction de solides	Contre l’introduction de liquides
Refroidissement interne	IP21	contact avec les doigts	corps étrangers de taille moyenne d > 12 mm	eau en gouttelettes verticales
	IP22			eau en gouttelettes obliques (max 15°)
	IP23			eau de pluie (max 60°)
Refroidissement en surface	IP44	contact avec des outils et autres objets	petites particules d > 1 mm	projections d’eau de toutes directions
	IP54	protection totale contre les contacts accidentels	dépôts de poussière	projections d’eau de toutes directions
	IP55			jets d’eau dans toutes les directions
	IP65		étanche à la poussière	jets d’eau dans toutes les directions
	IP67			immersion

Système de refroidissement et classe d’isolation

La classe d’isolation définie selon CEI 85 indique la température maximum que peut atteindre le moteur.

Les moteurs de construction standard sont prévus pour une utilisation à température ambiante maximale de 40°C (et une altitude maximale du site de 1 000 m). Tout écart nécessite une correction des puissances nominales.

Température maximale admissible par le moteur (température ambiante 40°C + température d’échauffement)
Classe d’isolation	E	B	F	H
Température limite du bobinage	115°C	130°C	155°C	180°C

Lorsque le moteur est exposé à des températures ambiantes différentes de 40°C, on corrige la puissance à l’aide de la formule indiquée ci-après. Le facteur de correction dépend de la classe d’isolation. Il est ici indiqué pour les classes les plus courantes qui sont B et F.

P_M= C_t x P_N P_M= Puissance à température ambiante t P_N= Puissance nominale du moteur à 40°C CT = Facteur de correction pour la température t	Temp.ambiante t	Facteur de correction CT pour la classe d’isolation
	Temp.ambiante t	B	F
	30°C	1,06	1,05
	35°C	1,03	1,02
	40°C	1,00	1,00
	45°C	0,96	0,97
	50°C	0,92	0,94
	55°C	0,87	0,91
	60°C	0,82	0,87

Lors du choix du moteur, il ne faut pas oublier que c’est la puissance absorbée par la machine qui détermine la puissance délivrée par le moteur et donc aussi la puissance absorbée au réseau. Il faut donc prendre garde à ce que le moteur ait une puissance suffisante pour satisfaire dans toutes les situations les besoins de la machine qu’il entraîne.

Exemple.

Prenons un ventilateur ayant une puissance absorbée de 12 kW. Le moteur fournira ces 12 kW, indépendamment du fait qu’il soit conçu pour 10 kW ou 15 kW. Un moteur de 10 kW, devant fonctionner à 40°C, serait donc toujours surchargé de 20 %.

La conséquence directe d’une surcharge du moteur est une augmentation de la température du bobinage. Lorsqu’elle dépasse la température limite prévue qui assure pour la classe d’isolation choisie une durée de vie acceptable (30 000 h), la durée de vie de l’isolation diminue. Un dépassement de la température limite de 8-10°C, diminue la durée de vie de l’isolation d’environ la moitié. Des dépassements de 20°C signifient un raccourcissement de 75 %.

Une augmentation de la durée de vie d’un facteur 4 peut être obtenue en prenant le même moteur avec une classe d’isolation F, au lieu B.

Type de raccordement électrique

Lorsque la plaque signalétique d’un moteur triphasé indique la tension aussi bien pour un couplage en étoile que pour un couplage en triangle, cela signifie que le moteur peut être employé pour par exemple 220 V, mais aussi pour 380 V. A 220 V, le bobinage doit être raccordé en triangle. A 380 V, il est branché en étoile.

Tensions d’un réseau triphasé (L1, L2, L3 : 3 phases, N : neutre).

Couplage triangle 230 V et couplage étoile 400 V .

Caractéristiques de démarrage

À l’enclenchement, le moteur développe un couple de démarrage, et un courant de démarrage nécessaire à la mise en mouvement des masses et à l’accélération du moteur jusqu’à la vitesse nominale. Pendant la phase d’accélération, le courant diminue pour atteindre le courant nominal si le fonctionnement est à charge nominale.

La valeur du couple de rotation maximum (couple de décrochage) est une mesure de la capacité de surcharge possible du moteur, surcharge qui ne peut toutefois être sollicitée que pendant une courte durée pour des raisons thermiques.

Le démarrage provoque un échauffement important du moteur à cause de l’augmentation du courant pendant cette phase.

Le temps de démarrage dépend de l’inertie de la masse en mouvement, de la vitesse de rotation finale et du couple d’accélération du moteur.

Aides pour le démarrage

Plusieurs modes de démarrage sont disponibles pour adoucir le démarrage. La majorité des distributeurs d’électricité interdisent le démarrage direct de moteurs dont la puissance nominale est supérieure à 3 – 5 kW.

Avec le démarrage étoile-triangle, le moteur, par exemple bobiné pour 400 V. est mis en marche avec les bobines commutées en étoile. Pour cela, on ponte ensemble une des extrémités de chacune des trois bobines à l’aide d’un contacteur. Les trois autres extrémités sont connectées aux trois phases du réseau. La tension par bobinage est ainsi diminuée d’un facteur 1,73. Par conséquent, le courant est plus faible et le démarrage plus lent. Après un certain temps, on commute les bobines en triangle et le moteur fonctionne avec sa tension nominale et son courant nominal jusqu’à ce que couple moteur et couple résistant s’équilibrent pour établir le point de fonctionnement.

La pointe de courant qui survient au passage étoile/triangle n’est toutefois pas beaucoup plus petite que pour un démarrage direct. Sa durée est par contre beaucoup plus courte.

On peut aussi assurer un démarrage doux si on prévoit une régulation de vitesse du moteur ou une variation de la fréquence.

Vitesse de rotation

La vitesse de rotation (n) d’un moteur asynchrone dépend de la fréquence du réseau (f), du nombre de paires de pôles du moteur (P) et du glissement (s) :

n [tr/min] = f [Hz ] x 60 x (1-s [-]) / P [-]

Le glissement s = (n_s– n) / NS où NS est la vitesse synchrone et n la vitesse asynchrone. Il est proportionnel à la charge et proportionnel au carré de la tension d’alimentation.

La vitesse reprise sur la plaque signalétique correspond à la vitesse pour laquelle la puissance à l’axe du moteur est absorbée.

Rendement du moteur

Les données de la plaque signalétique, correspondant à un fonctionnement en régime, permettent de calculer le rendement à la puissance nominale :

η = P / (1,73 x U x I x cos φ)

ou,

η = Rendement [-],
P = Puissance [W],
U = Tension [V],
I = Courant [A],
cos φ = Facteur de puissance.

Exemple.

À partir de la plaque signalétique ci-dessus :

η = 4 000 / (1,73 x 400 x 8,1 x 0,9) = 0,79

Les pertes au niveau des moteurs asynchrones sont constituées

des pertes par effet joule dans les bobinages parcourus par le courant au niveau du stator (pertes cuivre et pertes fer),
des pertes dans d’induit au niveau du rotor,
des pertes par frottement et ventilation au niveau du rotor.

Les rendements donnés par les fabricants tiennent compte de toutes ces pertes.

Le rendement d’un moteur électrique est fortement influencé par sa puissance nominale. Cela signifie que le rendement atteignable augmente avec la puissance nominale du moteur. Dans la pratique le rendement d’un moteur asynchrone se situe entre 58 % et 96 % en fonction de la taille du moteur.

Le moteur à cage d’écureuil (même monophasé) a des rendements meilleurs que les moteurs à rotor en disque ou à rotor extérieur.

Ceci d’autant plus que la vitesse de ces derniers est réglée par un simple réglage de la tension d’alimentation, système de réglage présentant des pertes importantes.

Pour tous les moteurs, le rendement chute assez fort lorsqu’ils travaillent à charge partielle. Il faut donc se méfier des rendements maximums indiqués sans les rendements à charge partielle pour plusieurs points de fonctionnement différents.

Au niveau constructif, les rendements des moteurs asynchrones peuvent être améliorés par

La réduction des pertes du bobinage du stator en augmentant la section du cuivre.
La réduction des pertes dans le fer du stator en utilisant des aciers de meilleure qualité.
Une meilleure ventilation.
L’amélioration des roulements et du graissage.

Rappelons ici que les nouveaux moteurs à courant continu présentent des rendements nettement plus importants que leurs homologues asynchrones.

Facteur de puissance

Le moteur à induction ne tire pas seulement du réseau, de la puissance active qu’il transforme en travail mécanique, mais aussi de la puissance réactive nécessaire à l’excitation, mais avec laquelle il ne fournit pas réellement du travail. Il en résulte un cos φ inférieur à 1.

Suivant la taille du moteur et le nombre de pôles, la valeur de cos j se trouve entre 0,6 (pour petits moteurs et nombre de pôles élevés) et 0,9 (pour grands moteurs et petit nombre de pôles).

Posted By : 25 Sep, 2007

Ventilation simple flux

Amenée d’air naturel
Reprise d’air via grille de transfert
Extraction mécanique
Gestion
Réseau de gainage
Silencieux
Ventilateur

Principe

On parle de ventilation simple flux lorsque soit l’amenée d’air (pulsion), soit l’évacuation d’air (extraction) est réalisée grâce à un ventilateur (systèmes B ou C, pour la norme NBN D50-001).

La ventilation « simple flux » la plus rencontrée, consiste à créer un mouvement de circulation de l’air dans le bâtiment de telle sorte que l’air neuf entre naturellement par les locaux « propres » (bureaux, chambres d’hôtel,…) et que l’air soit extrait par un ventilateur dans les locaux « humides » (sanitaires, buanderies,…) ou « viciés » (WC, cuisines,…). L’air chemine ainsi à travers plusieurs locaux par ordre croissant de pollution, en passant sous les portes ou par des grilles de transfert.

Pour que cela se passe effectivement ainsi, il faut :

Que les locaux humides ou viciés soient mis en dépression par rapport au reste du bâtiment. Des extracteurs d’air (ou ventilateurs d’extraction) aspirent l’air des sanitaires, de la cafétéria, … on parle donc d’évacuation mécanique.
Que des ouvertures soient placées en façade (grilles dans les fenêtres ou dans les murs), pour diffuser de l’air dans les locaux « propres ».

Photo ouvertures en façade.

Que le transfert de l’air entre les locaux avec alimentation et les locaux avec évacuation soit organisé : fentes sous les portes, grilles dans les portes, transfert par les couloirs,…

Photo grilles dans les portes.

Si le bâtiment est important, on le découpera préalablement en zones de ventilation distinctes.
Voici quelques exemples :

Amenée d’air	Transfert	Évacuation
bureaux	couloirs	sanitaires, cafétéria
chambre d’hôtel		sanitaires
salle de sports	couloirs	vestiaires
salle de restaurant		cuisine collective, zone fumeurs

Une telle organisation permet « d’utiliser l’air deux fois », et donc d’avoir des débits importants tout en conservant une consommation limitée.

Certains locaux peuvent aussi avoir un système de ventilation complet et autonome. C’est par exemple le cas d’une pièce qui comprend à la fois des amenées d’air naturelle et une extraction d’air par un ventilateur. L’air extrait est directement rejeté à l’extérieur par un conduit sans passer par une autre pièce.

Exemples

Ventilation de bureaux

Air neuf
Air vicié

Des grilles sont prévues dans les châssis (une par module ou une par fenêtre).
Des portes limitent la zone en dépression (y compris la cage d’escalier).
Des extractions complémentaires peuvent être disposées dans les couloirs si le débit recommandé des sanitaires est inférieur à celui des bureaux.
Pour un hôtel ou un hôpital, chaque chambre avec sanitaire est autonome au niveau de sa ventilation (extraction dans chaque sanitaire).

Ventilation d’une cuisine collective

Restaurant
Cuisine
Vers extracteur

L’air est extrait dans la cuisine par une hotte au-dessus des appareils de cuisson.
L’air est introduit naturellement dans le restaurant (il pourrait aussi être introduit dans la cuisine même).

Avantages

La ventilation par simple extraction d’air est simple, et peu coûteuse à l’exploitation.
Elle demande peu de place utile dans les locaux techniques.
En général, la présence de faux plafonds peut être évitée, puisqu’il n’y a pas de distribution d’air dans les locaux. Une évacuation par conduit vertical n’est pas non plus nécessaire. Elle s’applique donc très bien à la rénovation.
Les débits d’air extraits sont contrôlés.
La mise au point est facile et se limite au réglage des débits extraits au moyen des bouches.

Inconvénients

La ventilation par simple extraction d’air n’est pas adaptée aux bâtiments profonds et de grande hauteur. Pas plus que pour ceux situés dans des environnements bruyants et pollués :

On rejette directement vers l’extérieur de l’air aux conditions intérieures, ce qui induit des pertes énergétiques importantes.
L’air neuf n’est pas filtré et les grilles d’amenée d’air peuvent laisser filtrer les bruits extérieurs, ce qui peut être délicat en site urbain ou fortement pollué.
Les débits réels d’air neuf sont parfois éloignés des valeurs théoriques. En effet, l’air extrait ne provient pas toujours de l’endroit souhaité, c’est à dire des grilles situées dans les locaux dits « propres ». Il suffit que quelqu’un ouvre sa fenêtre pour déstabiliser la distribution des flux, … ou que les portes vers la cage d’escalier restent toujours ouvertes… ! De plus, le vent peut perturber la ventilation en créant une pression différentielle entre les façades. Les façades exposées voient leur débit augmenter et les façades à l’abri voient leur débit diminuer (ou même s’inverser!). Ce système ne s’applique donc qu’aux bâtiments peu élevés et de taille moyenne.

Les grilles d’ouvertures peuvent engendrer un inconfort, par exemple en plein hiver, sauf si la grille d’ouverture est placée à une hauteur supérieure à 1,80 m par rapport au sol.

Les ouvertures entre locaux, favorisent le passage de bruits pouvant être très gênants. Un traitement acoustique des grilles doit alors être prévu. Mais en pratique, la présence d’absorbeur acoustique dans une ouverture augmente son épaisseur et sous-entend généralement que la grille doit être placée dans l’épaisseur du mur (et non dans le vitrage ou dans la porte).
Une simple extraction ne permet pas de réaliser du free cooling, en journée ou la nuit, les débits d’extraction étant généralement très insuffisants.
Les débits nécessaires pour les sanitaires sont généralement inférieurs à ceux requis pour la ventilation des bureaux. Il faudra soit augmenter les débits dans les locaux sanitaires, soit prévoir des extracteurs supplémentaires dans les espaces de circulation.
Enfin, les ouvertures dans les façades ne sont pas toujours du goût des architectes !

Régulation

Il est plus qu’utile d’adapter le fonctionnement de la ventilation la nuit et le week-end. Arrêt ? Allure réduite ? Un contrôle du ventilateur par horloge peut être envisagé. Si le bâtiment est à taux d’occupation très variable, le fonctionnement du ventilateur devrait être asservi à la détection d’une sonde COV ou CO₂, c’est à dire aux besoins réels d’air neuf ! On parle de ventilation « à la demande ».

Préchauffage de l’air neuf

Ventiler c’est la plupart du temps introduire de l’air frais ou froid à la température extérieur dans le bâtiment. Pour garantir le confort thermique des occupants, il est souvent nécessaire de préchauffer un minimum l’air entrant.

Dans le cas d’une ventilation simple flux par extraction, la solution la plus simple pour le chauffage consiste à placer des corps de chauffe alimentés en eau chaude. Ventilation et chauffage sont alors régulés tout à fait distinctement.

Si, pour des raisons de confort, la ventilation est intégrée dans le corps de chauffe (grille dans le mur en façade au dos du convecteur, par exemple), une précaution anti-gel devra être trouvée :

par une fermeture automatique de la grille (cher à l’investissement),
par un maintien d’une température d’eau minimale en période de gel extérieur (cher à l’exploitation, sauf si cela participe au maintien hors gel des locaux),
par le choix d’un corps de chauffe électrique (cher à l’exploitation suite au prix du kWh électrique).

Dans le cas d’une ventilation simple flux par pulsion, l’air induit dans le bâtiment peut passer par un caisson de traitement d’air où l’air peut être remonté en température grâce à des batteries de chauffe électriques ou à eau chaude.

Récupération de chaleur

Ventiler c’est aussi rejeter à l’extérieur de l’air chaud à température intérieur. Dans un soucis d’économie d’énergie, il est utile de récupérer cette chaleur au maximum.

Cependant, dans le cas de la ventilation simple flux, l’air entrant ne peut être réchauffé par l’air sortant grâce à une récupérateur de chaleur comme dans une ventilation double flux.

Actuellement, le seul moyen de récupérer la chaleur extraite du bâtiment par l’air de ventilation, dans le cas d’un simple flux par extraction, est de placer une pompe à chaleur air/eau sur le conduit d’extraction qui récupéra les calories contenues dans l’air pour chauffer l’eau chaude sanitaire ou de chauffage à basse température. La différence de température entre la source froide et chaude de la PAC étant réduite (par rapport à la température extérieure), le COP n’en sera que meilleur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Boîte de détente [ventilation]

Principe de fonctionnement

Imaginons que l’on veuille faire passer beaucoup d’air dans une paille, en soufflant. La vitesse de l’air va augmenter. Les forces de frottement aussi. Notre bouche devra donc augmenter le niveau de pression pour y arriver. Et un sifflement va apparaître.

De même, pour diminuer l’encombrement des conduits, on souhaite parfois transporter beaucoup d’air dans de faibles sections. Il faudra que la vitesse augmente. Le ventilateur va augmenter la pression en sortie. Mais il est alors impossible de propulser cet air directement au travers d’une bouche de local, sous peine de créer un sifflement, qui risque d’altérer le confort de travail du personnel.

La boîte de détente est l’élément qui permet de détendre l’air à la sortie d’un réseau de ventilation ou de conditionnement d’air à haute vitesse, avant de le diffuser dans un local.

Schéma principe boîte de détente.

Si en plus, on souhaite moduler les débits en fonction des besoins du local (VAV), on profitera de la boîte de détente comme organe de régulation. La boîte de détente sera alors au débit d’air ce que la vanne thermostatique est au débit d’eau.

Schéma principe boîte de détente - 02.

Détails technologiques

Une boîte de détente en VAV est constituée d’un clapet de réglage avec servomoteur et d’un caisson de détente. Celui-ci est réalisé en tôle d’acier galvanisée, tapissé intérieurement d’un matelas de laine minérale (isolation thermique et acoustique).

Chaque boîte remplit deux fonctions

adapter le débit d’air aux besoins,
garantir un débit d’air constant.

Malheureusement, la pression n’est pas stable dans le réseau, et à une position donnée du clapet ne correspond pas toujours une même valeur de la vitesse de l’air dans la bouche. Aussi, selon les fabricants, divers systèmes complémentaires sont utilisés pour s’assurer de l’adéquation du débit aux besoins, quelles que soient les variations de pression dans le réseau.

Voici deux exemples :

Des soufflets, sensibles à la pression existante dans la conduite, seront « gonflés » ou « déprimés », pour stabiliser le débit.

Un capteur de pression dynamique sera inséré, puisque celle-ci est proportionnelle au carré de la vitesse, la vitesse réelle du fluide sera connue. Un actionneur pourra modifier la position du siège du clapet et la consigne de débit sera ajustée.

Les servomoteurs peuvent être actionnés par :

de l’électricité (24 V alternatif),
de l’air comprimé (source externe),
l’air du système lui-même.

Le débit de fuite d’une boîte de détente ne peut excéder 3 % de son débit nominal, réglé sous la pression différentielle maximale admissible de la boîte.

Le réglage de la boîte de détente se fait généralement entre 30 et 100 % du débit nominal. En dessous de 30 %, la distribution de l’air froid ne se fait plus correctement (plus d’effet Coanda) et un risque de courant d’air apparaît.

Il existe des boîte dont on peut annuler le débit (fermeture totale), mais leur coût en est nettement plus élevé et est réservé aux zones occupées de façon intermittente et dans lesquelles le conditionnement d’air peut être arrêté.

Posted By : 25 Sep, 2007

Bouches de pulsion et d’extraction

Exemples de bouche de pulsion (de gauche à droite) : diffuseur plafonnier multicône circulaire et carré, diffuseur plafonnier à jet hélicoïdal, plafonnier perforé, diffuseur linéaire, buse de soufflage, grille murale à double déflecteur, bouche de sol.

Techniques de diffusion

Les bouches regroupent les ouvertures qui, en ventilation mécanique, permettent de diffuser l’air neuf pulsé dans les locaux ou d’en évacuer l’air vicié. Dans les descriptions qui suivent, l’accent est mis sur les bouches de pulsion car se sont elles qui conditionnent en grande partie le confort obtenu dans le local. De plus, la plupart des bouches de pulsion peuvent également fonctionner en extraction.

Il existe deux techniques de diffusion d’air : la diffusion par mélange et la diffusion par déplacement.

Diffusion par mélange

Ce sont les grilles et les diffuseurs. L’air soufflé est mélangé plus ou moins rapidement avec l’air ambiant par induction, pour obtenir une température et une concentration en polluants homogènes dans le local.

Bouches de pulsion (de gauche à droite) : diffuseur plafonnier multicône carré, diffuseur plafonnier à jet hélicoïdal, plafonnier perforé, diffuseur linéaire, buse de soufflage, grille murale à double déflecteur, bouche de sol.

Avantages	Inconvénients
Grande variété de matériel.	Difficulté de brassage en grande hauteur (surtout en chauffage).
Variété de positionnement possible (plafond, murs, sol).	Sélection spécifique dans le cas d’un système de climatisation VAV à forte variation de débit.
Variété de positionnement possible (plafond, murs, sol).	Dilution de la pollution avant son évacuation.

Diffusion par déplacement

Fonctionnement d’une bouche à déplacement.

Ce sont les bouches à déplacement. L’air froid est soufflé à basse vitesse, s’échauffe au contact de sources chaudes (occupants, matériel informatique, éclairage, …), s’élève entraînant les calories et les polluants et est extrait en partie haute du local.

Bouches à déplacement semi-circulaire, encastrable et de contremarche.

Avantages	Inconvénients
Économie d’énergie, surtout dans les locaux de grand volume ou hauteur, puisqu’on ne traite que la zone d’occupation.	Permet difficilement le chauffage et ne s’applique à la ventilation hygiénique que dans des cas biens spécifiques (salles d’opération, …)
Bonne évacuation des polluants, sans dilution (industrie, restaurants, …)	Intégration architecturale à étudier.
Peu de risques de courant d’air (faible vitesse d’air).
Convient bien au VAV.
Permet de ne pas tenir compte d’une partie des charges liées à l’éclairage (partie convective) dans l’estimation des charges thermiques à évacuer car celles-ci sont directement évacuées en partie haute sans influencer l’ambiance.
Particulièrement silencieux.

Les bouches à déplacement s’appliquent particulièrement bien aux locaux à plafond haut, comportant de nombreuses sources de chaleur (usines, salles de réunion, théâtre, cinéma, hall d’hôtel).

Attention cependant, il est fortement déconseillé d’utiliser ces bouches pour y pulser de l’air chaud. Étant donné, la faible vitesse de l’air, celui-ci montera directement au plafond.

Etude de cas.

Dans un auditoire d’un Institut Supérieur de Liège équipé de bouches à déplacement, les occupants se plaignaient d’un manque permanent de chaleur. Pour diagnostiquer le problème, un fumigène fut placé dans le groupe.

On a constaté que, dès la sortie des bouches (placées en bas de l’auditoire), l’air chaud montait au plafond, sans se mélanger à l’air ambiant. Il passait au-dessus de la tête des occupants avant d’être repris par les bouches d’extraction (en haut de la salle). On image très bien le bonheur du marchand de chaussettes norvégiennes qui a élu domicile en face de l’auditoire …

En fait, on a simplement choisi ici des bouches prévues pour la pulsion d’air froid pour faire du chauffage.

En effet, en mode « refroidissement », l’air frais aurait longé les gradins, se réchauffant au contact des étudiants avant d’être évacué.

Grandeurs caractéristiques d’une bouche

Le débit

Le débit, exprimé en m³/s ou en m³/h dans leur gamme normale d’utilisation. La plage de débit possible d’une bouche en fonction de la différence de pression entre l’amont et l’aval de la bouche (perte de charge de la bouche) est représentée par sa courbe caractéristique (débit-perte de charge).

Exemple d’abaque reprenant la perte de charge [Δp_t] nécessaire en fonction
du débit [q] désiré et la puissance acoustique [L_WA] associée.

Dans le cas de diffuseurs à recyclage interne, il sera précisé quel est le débit réaspiré dans le local et mélangé à l’air arrivant du conduit avant son éjection. Cette donnée permet d’envisager l’emploi d’un air plus froid ou plus chaud utilisé comme air primaire, auquel s’ajoutera l’air secondaire repris dans le local.

La puissance acoustique

Les bouches sont caractérisées par une production de bruit due au passage de l’air. Les catalogues reprennent aussi le niveau de la puissance acoustique L_WA(en dB(A)) émise par la bouche dans le local en fonction du débit. En association avec les courbes de puissance acoustique, on retrouve aussi parfois dans les abaques relatifs aux bouches, le niveau L_WNR (Noise Rating) ou L_WNC illustrant le niveau de « confort acoustique » de la bouche (L_W signifiant « puissance acoustique », il s’agit de la mesure au niveau même de la bouche et non dans le local).

Certaines bouches intègrent aussi une fonction d’insonorisation par rapport aux bruits véhiculés dans les réseaux de distribution.

La direction du jet d’air

Les différentes bouches de pulsion se caractérisent aussi par la direction du jet d’air :

Pulsion parallèle au plafond, favorisant l’effet Coanda (grilles, diffuseurs à soufflage horizontal).

Pulsion hélicoïdale qui est aussi une pulsion parallèle au plafond, mais favorisant le brassage d’air (diffuseurs hélicoïdaux).

Pulsion directionnelle favorisant la pénétration du jet d’air dans le local (bouche à longue portée).

Pulsion parallèle au sol pour extraire les polluants au niveau de leur source (diffuseurs à déplacement).

Les grilles de soufflage ou de reprise

En général, les grilles pulsent l’air de façon unidirectionnelle. Elles sont utilisées pour des débits soufflés à faible vitesse car elles se prêtent bien, par leur principe, à la réalisation de bouches de section de passage importante. On distingue :

des grilles de distribution d’air à ailettes fixes,

des grilles de distribution d’air à ailettes réglables, en un étage. Ces ailettes peuvent n’être réglées qu’une fois pour toutes, avant ou après montage ou, plus rarement, être réglées par les utilisateurs,

des grilles à deux étages d’ailettes disposés l’un devant l’autre, dans des directions perpendiculaires afin de pouvoir diriger le jet ou régler la distribution dans n’importe quelle direction,

Grille à deux étages d’ailettes.

des grilles montées dans un cadre circulaire, à ailettes éventuellement réglables,

des persiennages à volets pivotant sous l’effet d’une surpression.

Les grilles d’amenée d’air sont de type murale (exemple : dans les retombés des faux plafonds), ou de type plafonnier s’il existe des faux plafonds dans le local. Chaque bouche, avec généralement un plénum de détente, est raccordée au circuit de soufflage par un conduit souple en tête duquel est installé un registre de réglage des débits.

Beaucoup de grilles proposées par les constructeurs conviennent aussi bien à la reprise qu’au soufflage, avec des pressions en général légèrement différentes. Certaines sont cependant spécialement prévues pour la reprise. Elles peuvent comporter des volets de réglage, des grillages de protection, des filtres, …

Les diffuseurs

Le principe du diffuseur est de répartir l’air pulsé de façon plus homogène dans le local (diffusion multidirectionnelle). La frontière n’est pas nette entre les grilles et les diffuseurs, car certaines grilles assurent une diffusion et certains diffuseurs dits « linéaires » ont l’aspect d’une grille.

Diffuseurs à jet rectiligne

Suivant leurs formes, les diffuseurs à jet rectiligne comportent un certain nombre de cônes (ou pyramides) coaxiaux. Les diffuseurs à plusieurs cônes sont parfois prévus pour obtenir une modification du jet par un déplacement relatif de certains cônes.

Géométriquement, on peut les classer en diffuseurs circulaires, carrés, ou linéaires. Tous peuvent être montés en plafonnier. Dans ce cas, ils pulsent généralement l’air parallèlement au plafond par effet Coanda.

Effet Coanda avec un diffuseur plafonnier.

Les diffuseurs linéaires peuvent être montés en paroi ou en allège. On monte parfois en allège des diffuseurs demi-circulaires, ou triangulaires.

Diffuseurs à jet hélicoïdal ou jet torique

Il existe des diffuseurs provoquant un flux d’air hélicoïdal entraînant un mélange rapide entre l’air ambiant et l’air pulsé et donc une homogénéisation des températures : le fort taux d’induction de la bouche réduit la portée du jet d’air tout en permettant des grands taux de renouvellement d’air, avec peu de courant d’air.

Diffuseur hélicoïdal favorisant le mélange rapide entre l’air pulsé et l’air ambiant.

Diffuseurs à recyclage interne

Il existe des diffuseurs à recyclage interne. La disposition des cônes crée un effet d’aspiration par induction de l’air du local qui est mélangé à l’air amené par le conduit : si le rapport de mélange est de 0,5, on peut ainsi souffler dans une ambiance de 20°C de l’air à 15°C obtenus par mélange avec un air primaire arrivant à 10°C ou de l’air à 25°C à partir d’air primaire à 30°C, ce qui permet d’augmenter le débit d’air neuf, par exemple pour réaliser du free cooling diurne, sans créer de différences de températures élevées entre ambiance et soufflage.

Pulsion et extraction combinée

Il est aussi possible de pulser et d’extraire au travers d’un même diffuseur. Certains diffuseurs circulaires sont ainsi prévus pour évacuer dans leur partie centrale l’air repris dans le local et l’envoyer dans un circuit en dépression. Ce système donne une bonne homogénéisation des ambiances et permet de juxtaposer les gaines de pulsion et de reprise.

Extraction combinée à l’éclairage

L’extraction et l’éclairage peuvent aussi être combinés. L’intérêt de ces systèmes est de capter une partie du dégagement de chaleur (partie convective) de l’éclairage à sa source et de l’évacuer directement.

Luminaire avec extraction intégrée vers un plenum.

Luminaire pour tubes T5 avec extraction sur les bords.

Les bouches à déplacement

Le principe des bouches à déplacement est d’augmenter fortement la surface de diffusion de l’air pour permettre de souffler des débits importants à très faible vitesse sans inconfort dans la zone occupée (tant au niveau des vitesses d’air que de la puissance sonore). Elles sont principalement utilisées dans la pulsion d’air refroidi. Elles fonctionnent mal avec la ventilation purement hygiénique car les débits sont trop faibles et ne fonctionnent pas en chauffage car l’air chaud à basse vitesse monte directement vers le plafond.

Elles sont constituées de panneaux en tôle perforée ou de manchon en matériaux poreux (« chaussette »), placés soit en plafond soit contre les murs.

Manchon poreux permettant une diffusion d’un débit d’air important à très faible vitesse
(agroalimentaire, salles propres, …) .

Lorsqu’un panneau mural ou une bouche au sol pulse lentement de l’air plus froid que l’air ambiant, cet air neuf va se répartir au sol. Les sources de chaleur (machines, appareils électriques, personnes, …) vont le réchauffer. L’air va alors s’élever et être évacué en partie haute du local, en évacuant avec lui les polluants. La faible vitesse de l’air élimine toute sensation de courant d’air.

Fonctionnement d’une bouche à déplacement.

L’emplacement des bouches par rapport aux sources de chaleur est important. En effet, si de trop nombreuses sources de chaleur se succèdent (bureaux en rangées), les plus éloignées de la bouche risquent de ne pas profiter de l’air frais.

Les diffuseurs à déplacement sont aussi utilisés dans le cas de ventilation dite « à flux laminaire ». Dans ce cas, ils prennent la forme de plafond ou de panneau soufflant spécialement conçus pour les applications de diffusion à basses vitesses, inférieures à 0,6 m/s (certains ateliers, laboratoires, hôpitaux).

La faible vitesse de soufflage de ces diffuseurs engendre un flux sans turbulence et donc limite fort le mélange entre l’air neuf et l’air ambiant environnant. Une barrière dynamique de protection est ainsi créée entre la zone ventilée et son environnement.

Flux laminaire dans une salle d’opération : pulsion verticale à faible vitesse au dessus de la table d’opération

Flux laminaire au passage d’un scialytique
dans une salle d’opération.

Les différents plafonds soufflants se distinguent par leur vitesse de soufflage (inférieure à 0,1 m/s, entre 0,18 et 0,25 m/s, entre 0,3 et 0,6 m/s), par le débit d’air traité, par l’uniformité et la stabilité du flux, par la présence en périphérie du plafond soufflant d’un rideau d’air complémentaire permettant d’augmenter l’effet de barrière dynamique.

Les panneaux en tôle perforée peuvent également convenir pour la reprise. Il faut être attentif à leur facilité de nettoyage, principalement s’ils sont de couleur claire.

Etude de cas.

En fait, on a simplement choisi ici des bouches prévues pour la pulsion d’air froid pour faire du chauffage.

En effet, en mode « refroidissement », l’air frais aurait longé les gradins, se réchauffant au contact des étudiants avant d’être évacué.

Les fentes de diffusion

Alors que les grilles les plus allongées ont un rapport longueur/hauteur inférieur à 10, il existe des diffuseurs étroits et longs conçus pour souffler une lame d’air très mince pouvant même être parallèle à la surface sur laquelle ils sont posés. Une application type de ces fentes de soufflage est la pulsion le long de vitrages pour éviter des condensations en hiver : la vitesse d’éjection choisie fixe la perte de charge. Si elle est de 8 m/s, elle sera de 40 Pa environ si l’entrée dans la fente est correctement dessinée.

Ce type de bouche convient aussi pour la reprise.

Les bouches orientables à vitesse de soufflage élevée

Buse de soufflage à longue portée.

Les mouvements d’air sont créés par des jets de faible diamètre soufflant à des vitesses comprises entre de 10 et 20 m/s. La grande vitesse de pulsion induit un brassage important entre l’air ambiant et l’air pulsé, ce qui homogénise rapidement les températures. On utilise ces bouches dans les grands halls quand la distance entre le diffuseur et la zone de travail est grande (atrium, halls de sport, de stockage, …). Le fait que le jet soit orientable permet en outre de les prévoir dans des installations complexes où il est difficile de préjuger des mouvements d’air. En général, il faut éviter la position verticale. En effet, en pulsion froide, cela risque de provoquer une chute d’air froid et en pulsion chaude, le jet risque d’être freiné. Une position proche de l’horizontale est généralement conseillée, tout en tenant compte que la différence de température entre l’air soufflé et l’air ambiant dévient le jet soit vers le haut (air chaud), soit vers le bas (air froid).

Leurs débits s’échelonnent de 80 à 3 000 m³/h sous des pressions statiques de 50 à 200 PA pour des diamètres d’orifice de 100 à 400 mm.

Il existe également des manchons souples perforés dont chaque trou fait office d’une buse à haute vitesse et donc forte induction.

Les systèmes de réglage

Ajustage manuel au montage

Certaines bouches possèdent des persiennes ou volets réglables par déformation ou pivotement pour ajuster les débits en intensité et direction, mais ne possèdent pas de commande extérieure de ce réglage.

Lorsque le réglage direct de la bouche n’est pas possible, il existe aussi des bouches combinées à un registre placé en amont qui permet un ajustement des débits.

Registre réglable disposé en amont d’un diffuseur.
Le réglage du registre est accessible au travers du diffuseur.

Réglage par commande manuelle en cours de fonctionnement

La bouche peut comporter un levier ou un bouton modifiant la perte de charge par action sur des volets. La commande peut être séparée de la bouche et agir à distance par câble ou par commande électrique. Les volets réglables sont parfois montés dans le plénum ou le conduit alimentant la bouche.

Dans un ensemble tertiaire, il n’est cependant pas souhaitable que l’utilisateur puisse changer le débit de la bouche de son local. En effet, il risque de dérégler tous les débits de l’installation, phénomène que l’on rencontre lorsque l’on régule les débits de ventilation en fonction de la demande dans un système de ventilation multizone.

Les bouches automatiques

La gestion des débits de ventilation en fonction des besoins locaux demande l’utilisation soit de registres motorisés à l’entrée de chaque local, soit de bouches permettant un réglage en fonction d’une grandeur représentative (sous le contrôle d’un détecteur de présence, d’un thermostat, d’un hygrostat ou d’une horloge).

On peut répertorier 4 types de bouches (aussi bien en extraction qu’en pulsion) :

Les bouches régulées en tout ou rien
Les bouches évaluant le nombre de présences
Les bouches hygroréglables
Les bouches autoréglables

Les bouches régulées en tout ou rien

Certaines bouches intègrent directement un registre motorisé. Celui-ci peut être commandé en tout ou rien au départ d’une sonde de présence ou tout autre capteur représentatif des besoins de ventilation (signal 0-10 V).

Photo bouche avec détecteur infrarouge.

Certaines bouches possèdent directement leur propre détecteur infrarouge.

Il est également possible de régler manuellement le débit de la bouche en position ouverte, en fonction du nombre de personnes moyen se trouvant généralement dans le local

Les bouches évaluant le nombre de présences

Photo bouches avec compteur de présences.

Il existe des bouches intégrant un comptage du nombre de personnes présentes dans un local.

détecteur infrarouge compte le nombre de mouvements dans une pièce : chaque fois qu’une personne passe d’un segment de détection à un autre, le système comptabilise un mouvement. Le programme interne de l’appareil convertit ce nombre de mouvements en nombre de personnes et donc en débit d’air à fournir. Des repères disposés sur la face de la bouche indiquent le débit fourni par l’appareil.

Les bouches hygroréglables

Photo bouches hygroréglables.

Les bouches hygroréglables possèdent un volet mobile dont l’ouverture est commandée par un élément sensible au taux d’humidité ambiant (tresse en nylon). La variation de débit est ainsi proportionnelle à l’humidité ambiante. Ces bouches s’utilisent donc principalement pour l’extraction dans les locaux humides tels que toilettes, salle de bain ou cuisine.

Certaines bouches possèdent également une commande (électrique ou mécanique) court-circuitant l’élément hygroréglable et permettant un débit de pointe durant une période minutée.

Cette technologie est également appliquée dans des grilles d’amenée d’air naturelle.

Les bouches autoréglables

Photo bouches autoréglables.

Lorsque, dans un système de ventilation mécanique, il est possible de faire varier l’ouverture des bouches en fonction des besoins, des variations de pression et de débit apparaissent inévitablement au niveau des bouches restées ouvertes.

Pour éviter l’augmentation de débit et donc de bruit avec l’augmentation de pression, il existe des bouches autoréglables. Elles contiennent une membrane souple disposée dans le flux d’air qui ajuste automatiquement l’ouverture en fonction de la vitesse de l’air : lorsque la pression dans les conduits augmente, la membrane se gonfle. Elle réduit ainsi la section de la bouche et maintient le débit nominal.

Fonctionnement de la membrane de régulation
en fonction de la pression dans le conduit de distribution.

Le débit pulsé ou repris par ces bouches reste ainsi constant sur une large plage de pression.

Débit d’air fourni par une bouche autoréglable
en fonction de la pression.

La membrane de régulation peut aussi être insérée dans le conduit en amont de la bouche.

Posted By : 25 Sep, 2007

Évacuations d’air naturelles

Évacuations d'air naturelles

Évacuations d’air naturelles : définition

Une évacuation d’air naturelle est définie dans la norme NBN D 50-001 relative à la ventilation des locaux d’hébergement comme :

Une « ouverture d’évacuation d’air réglable » ou « OER »

Les évacuations d’air naturelles ne comprennent pas de ventilateur. Elles sont obligatoirement composées de grilles ou bouches réglables disposées dans les locaux d’où l’air vicié est évacué, de conduits d’allure verticale et de débouchés en toiture.

Cette définition exclut tout autre mode courant d’évacuation utilisé tel que les fenêtres, les portes, les grilles en façade, les vasistas,… . En effet aucun de ces systèmes ne donne la garantie que l’air sera réellement évacué. Par exemple, il est possible qu’une grille disposée dans un façade en surpression (face aux vents dominants) ne puisse pas évacuer l’air naturellement vers l’extérieur.

Ces systèmes ne sont utilisés que pour la ventilation transversale de locaux spéciaux comme des greniers ou des garages.

Ouvertures d’évacuation

Les ouvertures d’évacuation naturelles sont des ouvertures disposées dans les locaux d’où l’air vicié doit être évacué. Elles sont raccordées à des conduits verticaux débouchant en toiture.

Il existe de simples grilles ou des bouches profilées.

La section libre de l’ouverture doit au minimum être de 140 cm² (70 cm² dans un WC) et pouvoir être réglée (en continu ou en 3 positions intermédiaires) entre la position complètement ouverte et la position complètement fermée.

En position complètement fermée, une bouche d’évacuation naturelle doit encore laisser passer un certain débit de fuite. Pour cela, il faut que la section nette résiduelle en position fermée soit égale à 3 .. 5 % de la section en position complètement ouverte.

Conduits verticaux

Les conduits d’évacuation naturelle doivent présenter un tracé le plus vertical possible. Ils ne peuvent comprendre de déviations brusques, de fortes courbes ou encore des élargissement ou des rétrécissements soudains. Des angles de maximum 30° par rapport à la verticale sont cependant admis.

Raccordements possibles de plusieurs bouches d’évacuation sur un même conduit vertical.

Un même conduit peut desservir plusieurs locaux superposés ou adjacents, soit directement, soit via des conduits secondaires, soit via des évacuations shunt. Les deux dernières solutions sont obligatoires si la hauteur du dernier plancher par rapport au plancher de l’entrée principale est supérieure à 13 m, ceci pour éviter les risques de refoulement de local vers l’autre.

Les conduits secondaires doivent aussi avoir un tracé aussi vertical que possible. Le tracé ne peut être incliné de plus de 30° par rapport à la verticale sur un tronçon de plus d’un mètre. Le raccord avec le conduit principal doit être le plus régulier possible.

La section des conduits doit être supérieure à 2,8 cm² par m³/h de débit évacué.

Débouchés en toiture

Les conduits d’évacuation naturelle doivent déboucher en toiture sans qu’il y ait de risque de refoulement ni de grande modification du tirage quelles que soient la direction et la force du vent.

Débouché de toiture anti refoulant.

L’évacuation ne peut être gênée par la pente de la toiture ou par des bâtiments élevés avoisinants.

Les zones autorisées pour l’emplacement d’un débouché de toiture dépendent des obstacles avoisinant le bâtiment concerné et de la toiture elle-même.

Vue en plan horizontal : un bâtiment voisin est considéré comme un obstacle
s’il est compris dans un angle de plus de 15° par rapport au débouché de cheminée.

Vue en plan vertical : le débouché de cheminée doit avoir une hauteur minimum
en fonction de la pente de la toiture et de la distance au faîte.

Pente de toit < 23°.

Zone autorisée pour le placement d’un débouché
de cheminée (h₁) en fonction des obstacles avoisinants (h₂).

Posted By : 25 Sep, 2007

Ventilation double flux

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

Principe

La ventilation « double flux » (système D, pour la norme NBN D50-001) consiste à organiser :

la pulsion mécanique d’air neuf, filtré, dans les locaux,
l’extraction mécanique d’air vicié des locaux.

On peut pulser l’air neuf dans les locaux dits « propres » (bureaux, séjour, …) et extraire l’air dans les locaux « humides » ou « viciés » (sanitaires, cuisines).

En général, la ventilation double flux est centralisée ce qui permet de n’avoir qu’un seul groupe de pulsion/extraction pour le bâtiment ou partie de bâtiment. Toutefois, chaque local peut aussi disposer d’une pulsion et d’une extraction propres, on parle alors de ventilation double flux décentralisée. Des systèmes existent même depuis peu qui permettent de pulser et d’extraire l’air au niveau d’une pièce grâce à un seul appareil à insérer au niveau du châssis ou dans le mur.

Les locaux produisant des odeurs ou ayant des exigences sanitaires sont généralement maintenus en dépression de telle sorte que l’air vicié ne s’en échappe pas !

La pulsion se distribue via un réseau de conduites verticales et horizontales dans les faux plafonds. Les conduits verticaux d’évacuation d’air sont semblables aux conduits des systèmes « simple flux » et peuvent être disposés parallèlement aux conduits verticaux d’amenée d’air.

Les bouches d’amenée d’air sont de type murale (par exemple, dans les retombés des faux plafonds), ou de type plafonnier s’il existe des faux plafonds dans le local. Chaque bouche, avec généralement un plénum de détente, est raccordée au circuit de soufflage par un conduit en tête duquel est installé un registre de réglage des débits.

Grille murale et diffuseur plafonnier.

Plusieurs compléments peuvent apparaître :

une récupération de chaleur par échange entre l’air extrait et l’air neuf
un traitement en température et en humidité, pour assurer un confort optimal
un recyclage partiel de l’air, dans le cas où l’air de ventilation assure également le chauffage des locaux, le refroidissement, …

Mais on entre alors dans des techniques propres au conditionnement d’air, dont la ventilation n’est qu’un des objectifs …

Exemples

Pulsion et extraction dans chaque local

Air neuf
Air rejeté

Pulsion dans le local et extraction sanitaire

Une gaine de pulsion est prévue dans le faux plafond des couloirs.
Des extractions complémentaires peuvent être disposées dans les couloirs si le débit recommandé des sanitaires est inférieur à celui des bureaux.
Les locaux de bureaux sont maintenus à l’équilibre pulsion-extraction. Souvent, un léger excédent est donné à la pulsion pour maintenir les locaux en surpression et empêcher ainsi tout courant d’air par infiltration.
Pour un hôtel ou un hôpital, chaque chambre avec sanitaire est autonome au niveau de sa ventilation (pulsion dans la chambre et extraction dans chaque sanitaire).
La pulsion se fera dans une salle de sports et l’extraction dans les vestiaires… afin que l’odeur des baskets y reste confinée !

Avantages

C’est le système le plus « maîtrisable ». Quelles que soient les conditions climatiques extérieures (vent, température), il est possible de :
- capter l’air extérieur à un endroit « sain »,
- filtrer cet air,
- contrôler les débits de pulsion et d’extraction, indépendamment des influences externes,
- mettre à volonté certains locaux en surpression ou en dépression.
Il permet de prétraiter l’air pour l’amener dans des conditions de température proches de celles des locaux, ce qui évite tout inconfort.
De plus, il permet la récupération de la chaleur (et éventuellement du froid en été) contenu dans l’air extrait pour préchauffer l’air neuf pulsé.
L’organisation d’un recyclage de l’air est possible si les conditions d’hygiène le permettent et que les conduits de pulsion et d’extraction sont proches l’un de l’autre.
Si les conduites de distribution sont bien étudiées, les problèmes de transmission de bruit venant de l’extérieur sont limités (absence d’ouverture directe en façade).

Inconvénients

C’est un système coûteux à l’investissement en euros et en place ! Les conduits de soufflage doivent généralement trouver place dans des faux-plafonds et les gaines techniques verticales.
La pulsion de l’air dans les locaux peut engendrer du bruit, notamment au niveau des bouches de diffusion. Il faudra y être attentif dans le cahier des charges.
C’est un système très « maitrisable », mais au préalable il faut pouvoir l’équilibrer correctement et pouvoir réguler les débits afin de s’assurer les renouvellements d’air requis.
En outre, il est nécessaire de contrôler et limiter les entrées d’air parasites : infiltrations et ventilation. Il faudra donc veiller à ce que l’étanchéité à l’air du bâtiment soit suffisamment performante et à ce qu’il n’y ai pas d’ouvertures de fenêtres intempestives, ce qui n’est plaît pas toujours aux usagers…

Régulation

Préchauffage de l’air neuf

Dans la configuration « ventilation pure », un préchauffage de l’air neuf en hiver (au moyen d’une batterie à eau chaude ou d’une batterie électrique) est presque indispensable pour rapprocher la température de l’air soufflé de la température ambiante et éviter toute sensation de courant d’air. En été, l’air neuf soufflé ne doit pas être traité et est introduit à la température extérieure.

Dans ce cas, la ventilation et chauffage du local sont dissociés et régulés tout à fait distinctement. Ceci est logique puisque le débit d’air neuf hygiénique est souvent beaucoup plus faible que le débit nécessaire pour transporter de la chaleur et du froid. Pour assurer simultanément la ventilation et le chauffage (ou le refroidissement), il faut donc surdimensionner les équipements nécessaires au transport de l’air et un recyclage partiel de l’air doit dès lors être organisé.

Cette différence de débit s’amenuise lorsque le bâtiment est très bien isolé. Dans ce cas on peut combiner chauffage et ventilation, soit avec des batteries terminales au niveau des bouches de pulsion, soit en traitant l’air de façon centralisée.

Exemple.

Prenons un bureau au sein d’un immeuble. La largeur de façade du bureau est de 4 m , pour une hauteur de 3 m. La profondeur du local est de 5 m. Le bureau est entouré (au-dessus, en dessous et sur les côtés d’autres bureaux. La façade est composée de vitrages sur une hauteur de 2 m et de maçonnerie pour le mètre restant. La température intérieure de consigne est de 20°C.

Le débit d’air neuf recommandé est de 2,9 m³/h.m², soit pour ce bureau de 60 m³, 58 m³/h ou un renouvellement d’air de 1 vol/h.

En imaginant que la température de l’air pulsé soit au maximum de 35°C, la puissance calorifique maximum transportée par l’air de ventilation est de :

0,34 [W/(m³/h).K] x 58 [m³/h] x (35 [°C] – 20 [°C]) = 296 [W]

Puissance et débit nécessaire pour assurer le chauffage par – 9°C extérieurs
Type de façade	Puissance de chauffage	Débit d’air nécessaire (température de pulsion = 35°C)
Mur non isolé, simple vitrage	1 682 [W]	330 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage	673 [W]	132 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage HR	394 [W]	77 [m³/h]

On voit que pour un bâtiment non isolé, il faut multiplier le débit d’air hygiénique par 5 si on veut combiner chauffage et ventilation. Une majoration de moins de 50 % est seulement nécessaire pour des bâtiments bien isolés.

Récupération de chaleur

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. Au contraire de la ventilation simple flux, une récupération de chaleur via un récupérateur à chaleur est possible avec la ventilation double flux grâce au croisement du flux entrant avec le flux sortant : l’air extérieure pulsé est réchauffé par l’air intérieur extrait. On peut ainsi arriver à une récupération de 50 .. 90 % du budget de chauffage de l’air de ventilation.

La ventilation double flux décentralisée

En générale, la ventilation double flux est centralisé sur l’entièreté ou une partie du bâtiment. Mais il est également possible de décentralisé la ventilation au niveau d’un local ou d’un groupe de pièce restreintes (une chambre d’hôpital et sa salle de bain, par exemple). Il n’y a donc pas de transfert d’air depuis des locaux où il y a pulsion vers des locaux d’extraction.

La ventilation double flux décentralisée peut se réaliser soit grâce à un groupe de ventilation « classique propre » à la pièce soit grâce à un ou plusieurs groupe de ventilation « miniaturisé » disposé dans le mur ou au dessus d’une fenêtre comme une grille de ventilation naturelle. Ce dernier système joue donc un rôle de grille de ventilation complexe comprenant un système de pulsion et d’extraction ainsi qu’un récupérateur de chaleur et une variation des débits sur 5 niveaux. Il n’y a donc plus aucun conduit.

Avantages

La récupération de chaleur reste possible.
La décentralisation du système permet de réduire l’encombrement dû au conduits. Les conduits peuvent être réduits en taille (diamètre) puisque directement adaptés au débit d’une seule pièce et en longueur si les prises et rejets d’air se font directement à la sortie du local. La limitation des conduits permet aussi une installation plus aisée et une diminution de la taille des faux-plafonds et gaines. Moins de conduits c’est également moins d’entretien !
L’équilibrage des débits se fait uniquement en fonction de la pièce, il n’y a pas besoin de calibration.
La gestion des débits se fait également directement en fonction des conditions de la pièce (CO₂, COV, humidité, …) sans avoir d’impact sur toute la régulation du réseau et des débits voulus dans les autres pièces.
Le système de double flux décentralisé au niveau de la fenêtre ou du mur de façade permet aussi de réduire la place prise par le groupe de ventilation.

Inconvénients

L’encombrement des conduits est réduit mais il y a autant de groupes de ventilation que de pièces. L’investissement est donc plus important et cela en fait un système énergétiquement moins performant qu’un système double flux centralisé idéal.
Pour les systèmes « miniaturisés », plus la taille et les débits demandés de la pièce augmente, plus le nombre de module à installer sera important (au dessus des fenêtres ou dans le mur de façade). Dans le cas d’un système au-dessus de fenêtres, il faut en plus réduire d’environ 15 cm la hauteur du châssis pour placer le système et s’assurer de la bonne étanchéité à l’air de la pièce. Ce système interrompt la continuité châssis-isolation !
Les bruits restent importants à haut régime.

Posted By : 25 Sep, 2007

Gestion de la ventilation à la demande

Principe général

Un capteur évalue les besoins réels en ventilation, en fonction de l’occupation. Les débits d’air neuf sont alors adaptés en conséquence.

La variation de débit s’effectue principalement en agissant sur des registres local par local ou en modifiant la vitesse du ventilateur.

Ventilation d’un local indépendant (système unizone)

Le système de ventilation mécanique dessert soit un seul local (salle de conférence, salle de sport, …) soit une série de locaux de mode d’occupation tout à fait homogène (école dont toutes les classes sont occupées simultanément, ventilation simple flux avec extraction sanitaire commune à plusieurs locaux, …).

Dans ce cas, un détecteur de présence, une horloge, une sonde de qualité d’air commande directement le (simple flux) ou les (double flux) ventilateurs.

L’élément capteur (sonde CO₂, sonde COV, détecteur de présence,…) dispose d’un signal binaire ON-OFF ou d’un signal de sortie analogique 0-10 V ou 4-20 mA. Il attaque le moteur du ventilateur, soit par un commutateur à étages (petite/grande vitesse), soit par un réglage analogique de la vitesse (variation de fréquence, variation de tension, pales réglables, aubes directrices réglables, variation de glissement,…).

Gestion d’un système unizone double flux.

Gestion d’un système unizone simple flux.

Ventilation de plusieurs locaux (système multizone)

Le système de ventilation mécanique dessert plusieurs locaux (bureaux, classes, chambre d’hôpital, …) dont le mode d’occupation n’est pas homogène, soit par un système simple flux (une extraction dans chaque local), soit par un système double flux (une pulsion dans chaque local).

Dans ce cas, la gestion individuelle des locaux en fonction d’une grandeur représentative doit se faire au niveau soit des bouches d’extraction (simple flux), soit des bouches de pulsion (double flux).

Les bouches peuvent intégrer directement l’élément capteur (détection de présence, comptage, …) ou un capteur séparé peut agir sur un volet motorisé.

Bouche avec détecteur de présence intégré.

Circuits simples avec locaux alimentés en série

Prenons l’exemple d’une pulsion mécanique dans chaque local (le principe est semblable dans le cas d’une extraction dans chaque local).

Un détecteur de présence, une horloge, une sonde de qualité d’air gère l’ouverture de chaque bouche, via des registres motorisés séparés ou intégrés. L’objectif semble atteint : le débit d’air est modulé en fonction l’occupation.

Malheureusement,… une bouche qui se ferme influence toujours le débit de sa voisine : lorsqu’une bouche se ferme, la pression va augmenter au niveau des bouches encore ouvertes, augmentant leur débit et la production de bruit.

Répartition des débits lorsque toutes les bouches sont ouvertes.

Répartition des débits lorsqu’une des bouches
se ferme sous l’influence d’un détecteur de présence.

Il faut donc s’arranger pour réguler la pression dans le circuit de distribution en fonction de la fermeture des différentes bouches.

Exemple

Un ventilateur alimente 4 bureaux en série sur le même réseau de distribution. Il pulse 60 m³/h d’air neuf dans chaque bureau. Une pression de 50 Pa est nécessaire pour garantir ce débit au niveau de la dernière bouche. Pour cela, étant donné les pertes de charge du réseau, une pression de 150 PA est nécessaire à la sortie du ventilateur.

Solution 1

La première solution consiste à maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur (150 PA) :

Soit, avec un ventilateur centrifuge avec aubes à réaction, en faisant varier la vitesse du ventilateur en fonction d’une prise de pression.
Soit en utilisant un ventilateur à courbe caractéristique plate, c’est-à-dire un ventilateur centrifuge avec aubes à action.

Voici qualitativement comment va évoluer la pression au niveau des différentes bouches lorsqu’une des bouches se ferme (par exemple le n° 2 ou la n° 4) :

On constate que malgré la régulation de pression, la pression, donc le débit va augmenter au niveau de chaque bouche ouverte.

Quelle que soit la méthode de maintien de la pression à la sortie du ventilateur, l’économie réalisée sur la consommation du ventilateur est proportionnelle à la diminution du débit au niveau du ventilateur.

Solution 2

La deuxième solution consiste à maintenir une pression constante à la fin du circuit de distribution (50 PA), en faisant varier la vitesse du ventilateur (aubes à action et à réaction).

Voici qualitativement comment va évoluer la pression au niveau des différentes bouches lorsqu’une des bouches (par exemple le n°2 ou la n°4) :

On constate que malgré la régulation de pression, la pression, donc le débit va, la plupart du temps, diminuer au niveau de chaque bouche ouverte.

La pression à fournir par le ventilateur va également diminuer. Il en résulte une économie électrique plus importante que dans la première solution puisque la consommation du ventilateur est proportionnelle au produit (pression à la sortie du ventilateur x débit), la pression restant fixe dans la première solution.

Conclusion

On en conclut que dans les deux solutions, les pressions au droit des bouches restées ouvertes sont modifiées, donc leur débit aussi : augmentation dans le cas du maintien de pression en début de circuit (donc « surventilation ») et diminution dans le cas du maintien de pression en fin de circuit (donc « sousventilation »). Ce dernier cas est d’ailleurs le plus favorable au niveau de la consommation électrique du ventilateur puisque le terme (pression x débit) est minimum au niveau de ce dernier.

Quelle est alors la bonne solution ?

Proposition 1 : que l’on place la pression constante en début de circuit (par un ventilateur à caractéristique horizontale ou par variation de vitesse) ou en fin de circuit (par variation de vitesse) on doit équiper toutes les bouches d’un système avec débit autoréglable. Ces éléments maintiennent un débit constant, malgré la variation de pression dans le circuit. Ceci est valable pour peu que le circuit de distribution ne soit pas trop long et que les bouches soient commandées en tout ou rien (uniquement en ventilation hygiénique). En effet, dans le cas de trop grands circuits, les variations de pression au niveau des bouches risquent d’être telles que l’on sorte de la plage de débit constant de la bouche et dans le cas de bouches modulantes (système de climatisation VAV), l’élément autorégulant essayera de compenser la modification d’ouverture des bouches.

Les éléments autoréglables maintiennent un débit constant quelle que soit la pression dans le circuit : lorsque la pression augmente, la membrane se gonfle, empêchant l’augmentation de débit et vice versa.

Proposition 2 : on fait varier la vitesse du ventilateur avec maintien de la pression au 2/3 du réseau pour atténuer la diminution de pression au niveau des bouches en amont de ce point et l’augmentation de pression en aval et pour conserver une économie électrique par diminution de la pression du ventilateur.

Circuits ramifiés

Les conclusions précédentes sont valables pour les circuits alimentant en série les bouches de distribution. Si le ventilateur alimente un circuit avec plusieurs branches en parallèle, il n’est plus possible de commander sa vitesse en fonction de la pression en bout de circuit, puisqu’il est impossible de choisir la branche sur laquelle on peut se placer. Dans ce cas, la seule solution est de maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur :

Soit en faisant varier la vitesse du ventilateur (aubes à réaction) en fonction d’une prise de pression.
Soit en utilisant un ventilateur à courbe caractéristique plate (aubes à action).

Comme dans le cas de bouches en série, toutes les bouches doivent être équipées d’un élément autoréglable. Pour les réseaux importants, des éléments autoréglables sont également placés au début de chaque branche de circuit.

Modulation des débits

Lorsque les débits des différents locaux sont régulés non plus en tout ou rien, mais en modulation (barrière de comptage, sonde CO₂, …), il n’est plus possible d’utiliser les éléments autoréglables. En effet, si une bouche se ferme partiellement, l’élément autoréglable va modifier automatiquement son ouverture pour rétablir le débit d’origine.

Bouche avec comptage de mouvement intégré.

Il faut dès lors équiper soit toutes les bouches, soit au minimum les différentes branches d’un régulateur de pression motorisé (clapet avec prise de pression), ce qui est une solution coûteuse.

Combinaison pulsion – extraction

Pour pouvoir gérer individuellement la ventilation de chaque local, il faut pouvoir stabiliser la pression dans la gaine de pulsion quel que soit le degré d’ouverture des bouches. Dans la gaine de pulsion comme dans la gaine de reprise, car le débit d’extraction doit suivre le débit de pulsion !

Par exemple, le ventilateur de soufflage est commandé par la pression résultante dans la gaine de soufflage. Le ventilateur d’extraction est régulé, lui, selon le débit total introduit dans les locaux. Sa consigne est donnée par le débit soufflé moins une constante. Ainsi les locaux sont toujours en légère surpression.

La technologie utilisée est similaire à celle des systèmes de climatisation à débit variable.

Différents capteurs possibles

On distingue principalement

les horloges, pour programmer les temps de fonctionnement (si horaire stable et taux d’occupation constante),
les contacts de portes (ou les serrures électriques de portes),
les contacts de fenêtres,
les contacts de lumière, avec temporisation (WC, douches,…),
les délesteurs de charge, pour limiter la pointe quart-horaire,
les détecteurs de CO, pour les parkings de voiture,
les détecteurs de CO₂, sensible à la présence de gaz carbonique, et donc des personnes,
les détecteurs de COV (Composés Organiques Volatiles), encore appelés sondes de mélange de gaz, ou sonde de qualité d’air, sensibles aux odeurs les plus diverses, et donc à la fumée de cigarette,
les détecteurs de présence infrarouge, sensibles à la chaleur dégagée par les occupants,
les compteurs de passage placés aux portes d’accès des locaux (tourniquet, …),
les compteurs de mouvement par détection infrarouge,
les sondes d’humidité, si le besoin d’air neuf est requis pour évacuer l’humidité (buanderie, piscine,cuisines,…),
…

Il est possible de combiner les systèmes : un bouton poussoir pour l’enclenchement (démarche volontaire) et une détection de présence pour le déclenchement (oubli…), …

L’essentiel est de trouver l’indicateur du besoin de ventilation ! Ainsi, dans les salles de cinéma modernes, l’encodage de la vente de billets informe le public du nombre de places restantes et … module la vitesse de rotation du ventilateur de chaque salle.

Posted By : 25 Sep, 2007

Régulation d’un débit d’air variable dans un conduit

Principe

Le principe de base est de moduler le débit d’air en fonction des besoins.

La régulation locale du débit d’air pulsé

On peut adapter le débit par réglage de clapets : un servomoteur commande la position d’un clapet en fonction des besoins du local. Ce clapet est inséré dans une boîte de détente tapissée d’absorbants acoustiques pour réduire le niveau de bruit. L’air est ensuite réparti vers le local via des diffuseurs.

Il est également possible de faire varier le débit en agissant directement au niveau des diffuseurs. Le clapet est cette fois intégré dans le diffuseur. C’est la gaine de pulsion qui joue le rôle de plenum de distribution. Ici aussi, des absorbants acoustiques sont intégrés dans les parois des diffuseurs.

Malheureusement, la pression n’est pas tout à fait stable dans le réseau, et à une position donnée du clapet ne correspond pas toujours une même valeur de la vitesse de l’air dans la bouche. Aussi, selon les fabricants, divers systèmes complémentaires sont utilisés pour s’assurer de l’adéquation du débit aux besoins. Voici deux exemples :

Des soufflets, sensibles à la pression existante dans la conduite, seront automatiquement « gonflés » ou « déprimés » pour stabiliser le débit.
Un capteur de pression dynamique sera inséré; puisque celle-ci est proportionnelle au carré de la vitesse, la vitesse réelle du fluide sera connue. Un actionneur pourra modifier la position du siège du clapet et la consigne de débit sera ajustée.

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air pulsé

Lorsque plusieurs clapets se ferment, la pression monte dans le réseau. Les clapets encore ouverts sont perturbés dans leur régulation et de plus, ont tendance à augmenter leur niveau de bruit lors du passage de l’air.

Un capteur de pression sera dès lors placé sur la gaine et une régulation du ventilateur sera organisée en vue de pulser le débit juste nécessaire et de maintenir une pression constante dans le réseau.

La régulation locale du débit d’air repris

Si le débit d’air pulsé évolue, il faut que le débit d’air repris évolue conjointement. Il faudra agir localement sur le débit des bouches de reprise, puis globalement sur le débit du ventilateur de reprise.

Trois régulations sont possibles :

> soit le régulateur de température ambiante envoie le même signal au clapet de reprise qu’au clapet de pulsion,

> soit la sonde de débit d’air pulsé envoie son information vers le régulateur du clapet de reprise,

> soit enfin, on ajoute un capteur de pression dans le local pour réguler directement la surpression ou la dépression existante dans le local.

Cette dernière solution sera d’application lorsque l’on souhaitera maintenir volontairement la surpression ou la dépression d’un local (salle d’opération, salle blanche,…).

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air repris

Trois solutions sont possibles :

> soit les commandes des ventilateurs de pulsion et de reprise sont synchronisées (le variateur de vitesse agit sur les deux moteurs simultanément). Mais ce système impose que les ventilateurs aient des caractéristiques aérauliques semblables. Or, les deux réseaux sont différents. Des écarts de débit apparaissent et les locaux risquent de ne plus être maintenus en surpression…

> soit ce sont les pressions des deux réseaux qui sont comparés et le ventilateur de reprise est régulé de façon à maintenir en permanence une différence de pression donnée.

> soit enfin, ce sont les débits qui sont comparés entre pulsion et reprise et la régulation se fait en fonction d’un débit différentiel constant.

Dans les installations qui sont supervisées par une GTC (Gestion Technique Centralisée), le bus de communication peut signaler la position ou le débit réel de chaque boîte de détente. Le régulateur central somme alors ces débits pour définir le débit total des groupes de pulsion et d’extraction.

Emplacement des capteurs de pression

La difficulté consiste à trouver un emplacement pour le capteur de pression qui soit fidèle de l’évolution dans l’ensemble de la gaine.

La pression évolue dans la gaine : elle est maximale à la sortie du ventilateur et diminue au fur et à mesure que l’air avance dans le conduit, suite aux pertes de charge (pertes de frottement le long des parois).

Mais en plus, imaginons que plusieurs clapets se ferment : le niveau de pression va globalement remonter dans le conduit (cela peut s’interpréter en disant « puisque l’air ne sait plus sortir, la pression monte » ou « puisque le débit diminue, les pertes de charge diminuent »).

Choisir un emplacement pour le capteur, c’est définir à quel endroit on va imposer le niveau de consigne. Examinons les possibilités en ayant à l’esprit que plus la pression est faible, plus la consommation du ventilateur et le bruit généré seront faibles.

Solution 1 : le capteur est placé à l’extrémité du conduit

La pression en bout de gaine est maintenue en permanence. Si des clapets se ferment, la pression augmente en bout de gaine, le capteur le détecte et commande une diminution de pression au ventilateur.

La pression sera minimale en tout point du réseau. La consommation d’énergie sera minimale. Mais cette situation est instable : si un clapet s’ouvre à proximité du capteur, la pression chute et la réaction du ventilateur, arrivant avec retard (temps mort de l’ensemble de la gaine), sera disproportionnée. L’ensemble se met « à pomper »…

Schéma solution 1. ²²

Solution 2 : le capteur est placé à l’entrée du conduit

Cette fois la pression en sortie du ventilateur est constante quel que soit le débit. C’est une situation stable… mais l’objectif d’économie n’est pas atteint. De plus, la pression montant avec la fermeture des clapets, le niveau sonore est trop élevé;

Schéma solution 2.

Solution 3 : le conduit est placé entre la moitié et les deux tiers du réseau

C’est un compromis généralement rencontré, quitte à ce que le metteur au point de l’installation l’adapte en fonction de son expérience.

Schéma solution 3.

Solution 4 : placer deux sondes de pression

Cette solution, plus chère, est d’application lorsque le réseau est fort étendu. En fait, le premier capteur, placé en sortie du ventilateur (après la zone de turbulence), règle effectivement la pression.

Mais le défaut de montée de pression du réseau lorsque les clapets se ferment est éliminé par l’information donnée par la sonde d’extrémité de réseau. La consigne de pression en sortie de ventilateur va être diminuée afin de satisfaire « tout juste » la demande de fin de réseau.

Schéma solution 4.

Dans le cas d’un long réseau ramifié, c’est le respect de la demande minimale de chacune des sondes d’extrémité qui sera prise en compte pour définir la consigne en sortie de ventilateur.

Posted By : 25 Sep, 2007

Puits canadien

Principe et utilisation

Le puits canadiens (ou son homologue le « puits provençal ») permet de préchauffer (prérefroidir) l’air neuf d’un système de pulsion mécanique par l’intermédiaire d’un conduit d’amenée d’air enfoui dans le sol, en complément de la récupération de chaleur éventuelle.

En hiver, le sol, à cette profondeur, est plus chaud que la température extérieure : l’air froid est donc préchauffé lors de son passage dans les tuyaux. Avec ce système, l’air aspiré ne sera pas prélevé directement de l’extérieur, d’où une économie de chauffage.
En été, le sol est, à l’inverse, plus froid que la température extérieure : ce principe va donc utiliser la fraîcheur relative du sol pour le refroidissement naturel de l’air entrant dans le bâtiment.

Il semble que le puits canadien permette une économie de l’ordre de 20 .. 25 % de la consommation liée au chauffage de l’air neuf (5 .. 10 % de la consommation totale de chauffage) et permette un rafraîchissement naturel de l’air en été. Le coût du puits canadien dépend de la conception du bâtiment. Par exemple, l’intégration dans les fouilles du bâtiment ne demande pas d’excavation supplémentaire.

Cependant, vu l’investissement important qu’il requiert, les risques de condensation internes, les pertes de charges supplémentaires dans le système de ventilation qu’il amène et l’entretien, le puits canadien/provençal n’est généralement pas une priorité. En effet :

En hiver, il est en concurrence avec le récupérateur de chaleur.
En été, il permet certes d’améliorer le confort hivernal mais son rôle reste faible comparativement à d’autres stratégies passives de froid comme la bonne définition des surfaces vitrées, les protections solaires extérieures, la ventilation naturelle intensive ou l’inertie.

Saison	Récupérateur de chaleur sur l’air extrait uniquement	Puits canadien/provençal uniquement	Récupérateur de chaleur sur l’air extrait + puits canadien/provençal
Hiver
Été

Règles de conception

Les règles de conception suivante constituent une bonne pratique pour le secteur domestique :

la conduite sera enterrée entre 2 à 4 m de la surface du sol,
la vitesse de l’air dans le conduit ne dépassera pas 3 m/s (conseillé 2 m/s, voire moins),
le dimensionnement du conduit tiendra compte de la nature du sol,
le conduit comprendra une pente d’environ 2 % et une évacuation des condensats produits en été,
le conduit sera lisse et étanche, de manière à éviter l’infiltration d’eau et les développements bactériens,
l’entrée d’air sera équipée d’un ou plusieurs filtres et protégée contre l’intrusion des rongeurs, insectes et pollens,
l’entrée d’air sera située à une hauteur de 120 cm minimum ou dans un mur de soutènement,
le diamètre des conduits ne dépassera pas 20 cm,
si plusieurs conduits sont nécessaires, ils seront espacés d’au minimum 5 fois leur diamètre,
l’installation sera équipée d’un by-pass thermostatisé de manière à court-circuiter le conduit enterré lorsque la température extérieure est supérieure à la température du sol et en absence de besoin de rafraîchissement.

Toutes les garanties devront être prises pour assurer la qualité hygiénique du puits canadien. Il s’agit de permettre le nettoyage du système et éviter le développement bactérien consécutif aux condensations estivales.

Exemples de précautions :

Il est important de pouvoir accéder à la conduite pour un entretien, et un nettoyage fréquent (à prévoir dans l’entretien du bâtiment).
Les conduites doivent être en pente, l’eau éventuelle coule vers le point d’aspiration.
Une pompe peut être prévue au point d’aspiration pour évacuer l’eau éventuelle.
Dans le cas d’un gainage en béton, les cycles d’imprégnation et de séchage du béton peuvent limiter les risques.

Exemple

Voici les photos d’un puits canadien posé à l’entrée de l’arrivée d’air d’un immeuble de bureaux (bâtiment Worx – Kortrijk – conception Cenergie), en utilisant des conduits d’égout.

Une fois les travaux terminés, voici la vue de la prise d’air :

Résultats : évolution de la température dans le conduit (courbe rose « grondbuis »), au mois de mai (température du sol avoisinant les 10°C). La température de l’air en sortie de puits avoisine les 15°C :

Et quelques mois plus tard, lors d’une période de canicule (t° de l’air en sortie de puits de 22°C alors que l’air extérieur est à 35°C) :

Posted By : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Sonde CO2

Domaine d’application

Le CO₂, dioxyde de carbone, n’est pas un polluant pour les niveaux de concentration rencontrés normalement dans les bâtiments. Il est cependant représentatif du nombre d’occupants et donc, de façon indirecte, des polluants dégagés par les usagers, comme les odeurs. Par contre, il est peu sensible aux émanations de la combustion du tabac.

Le taux de CO₂ constitue donc un paramètre intéressant pour le réglage de la ventilation des locaux à occupation intermittente et variable comme les salles de conférences, de spectacle, d’enseignement… et les locaux où la fumée du tabac n’est pas le principal agent polluant. Dans ce dernier cas, c’est une « sonde de COV » (Composés Organiques Volatiles) ou « sonde de mélange de gaz » qui sera choisie.

A ne pas confondre avec les sondes CO, sondes qui détectent le monoxyde de carbone, principalement utilisées pour la ventilation des garages.

Fonctionnement

La mesure du CO₂ dans l’air est basée sur le fait que ce gaz absorbe le rayonnement infrarouge dans une plage donnée de longueurs d’onde.

L’importance de cette absorption (et donc la teneur en CO₂) est mesurée, soit par l’intermédiaire d’un microphone pour le procédé acoustique, soit par un détecteur infrarouge pour le procédé photométrique.

Le procédé acoustique est similaire. Un rayonnement infrarouge, modulé à quelques centaines de hertz, est émis. Son absorption par le CO₂ échauffe l’air. Les variations de température dans le volume fermé provoquent une variation de pression à la même fréquence. L’amplitude de cette variation de pression est mesurée par un microphone.

Le procédé photométrique consiste à mesurer l’intensité du flux infrarouge après son absorption par le CO₂ contenu dans le volume d’air.

Certains intègrent une petite pompe d’aspiration de l’air à mesurer.

Plage de mesure

Les sondes de CO₂ présentent généralement une plage de mesure de 0-2 000 ppm, satisfaisante pour la mesure des concentrations observées dans les bâtiments :

Parce que la teneur en CO₂ de l’air extérieur est de l’ordre de 400 ppm.
Parce que dès 800 ppm une diminution de la concentration et du confort s’observe déjà chez l’homme.
Parce que les réglementations limitent généralement à 1 000 … 1 500 ppm la teneur maximale dans les bâtiments tertiaires.

Seules, les sondes CO₂ présentes dans l’industrie pour détecter le dépassement des seuils de toxicité dépassent ces plages de mesure. Il s’agit d’assurer la sécurité du personnel dans les zones à risques (zones à pollution spécifique). La concentration maximale à laquelle un être humain peut être exposé pendant 8 h est fixée à 5 000 ppm dans de nombreux pays. Une concentration mortelle pour l’homme est atteinte autour des 200 000 ppm.

Le temps de réponse d’une sonde de CO₂ peut atteindre 5 à 10 minutes. Mais ceci crée un amortissement favorable pour la régulation d’un système de ventilation.

L’erreur de mesure des produits actuels varie entre 10 et 100 ppm.

Lors de la mise sous tension, il faut attendre la stabilisation de l’appareil (généralement 5 minutes, parfois beaucoup plus !).

Output

Elles sont dotées :

Soit d’une sortie analogique (de type 0 – 10 V ou 4 – 20 mA), ce qui permet une action modulante sur un volet d’admission d’air neuf ou sur un ventilateur à vitesse variable.
Soit d’une sortie tout ou rien, provoquant la mise en route d’une hotte de cuisine par exemple.

Mode de pose

Il existe des modèles adaptés à la pose en paroi dans un local, et d’autres prévus pour être placés dans la gaine de reprise. Cette deuxième solution est préférable pour l’homogénéité de l’air mesuré.

Il convient toutefois de prendre quelques précautions. Les sondes ne doivent pas être installées ni trop loin, ni trop près de la grille de reprise de façon à :

éviter les dépôts sur la partie sensible de la sonde,
ne pas augmenter par trop le temps de réponse,
éviter les risques de condensation de vapeur d’eau sur la sonde,
garder un accès aisé.

Dans le cas où la sonde est placée dans le local, on sera attentif à

les éloigner des portes et fenêtres (pour éviter l’influence de l’air extérieur et les courants d’air chauds ou froids),
ne pas placer les sondes de CO₂ trop près des individus et de rayonnement de chaleur (minimum 2 m),
éviter les coins (mauvaise circulation de l’air).

De plus en plus de systèmes disposent de LEDs colorées (verte, orange et rouge) pour indiquer divers seuils de pollutions. Par exemple :

verte < 800 ppm, pas de pollution l’air du local est « sain ».
orange entre 800 et 1200 ppm, la concentration de CO₂ commence à se faire sentir (odeurs), baisse de la concentration, des performances et du confort des occupants.
rouge > 1200 ppm, il est temps d’aérer le local !

Dans ce cas-ci, la sonde CO₂ doit être disposée à hauteur d’yeux.

Il faut aussi s’assurer que les ouvertures d’air du capteur ne sont pas obstruées.

Ces sondes doivent finalement être alimentées en permanence. Une coupure de l’alimentation provoque une longue durée d’indisponibilité de l’information fournie, cette durée de remise en régime est de plusieurs heures. Le raccordement de l’alimentation doit donc être réalisé en vue de minimiser les risques d’interruption.

Coût

Le prix d’une sonde de CO₂ adaptée à la régulation de la ventilation est couramment supérieur à 650…750 €.
Ces sondes sont distribuées par des fournisseurs :

de matériel de régulation,
de matériel de ventilation et de traitement d’air,
d’appareils de mesure.

Maintenance

Les sondes de CO₂ doivent être étalonnées régulièrement. Une périodicité de 12 mois est généralement conseillée.

À défaut, les sondes risquent d’être soumises à des dérives à long terme qui anéantiront les économies recherchées par la régulation de la ventilation « à la demande ».
L’étalonnage est effectué sur place, par comparaison avec un mélange de CO₂ à concentration connue, de l’ordre de 1 000 à 1 500 ppm.

L’étalonnage demande quelques précautions :

Il faut se tenir éloigné de la sonde de façon à ne pas fausser la mesure par ses propres émanations.
Le gaz étalon doit être présenté à la sonde avec une pression proche de la pression atmosphérique car la mesure peut varier en fonction de ce paramètre.
Il faut prendre le temps nécessaire pour cette opération puisque le temps de réponse de certaines des sondes de CO₂ peut atteindre 10 minutes. Elle doit être menée plusieurs heures après la mise sous tension, comme indiqué précédemment.

Découvrez cet exemple d’utilisation de sonde CO2 dans une salle de conférence.

Category Archives: Ventilation hygiénique

Composition

Accessibilité et emplacement

Situation dans le volume protégé

Avantages

Inconvénients

Situation hors du volume protégé

Avantages

Inconvénients

Principe

Avantages

Inconvénients

Régulation

Pourquoi réguler les débits de ventilation ?

Aucune régulation

La régulation manuelle

Pour les ouvertures naturelles

Pour les systèmes mécaniques

La régulation par horloge

La régulation par l’occupation

La régulation par sonde ou capteur

Utilisation

Principe de fonctionnement

Technologies des détecteurs

Détecteur à infrarouge (IR)

Détecteurs ultrasoniques (US)

Détecteurs à double technologie

Détecteurs sonores

Détecteurs « intelligents »

Caractéristiques générales des détecteurs infrarouges (IR)

Y a-t-il des différences entre détecteurs pour la gestion de l’éclairage et détecteurs pour la gestion de la ventilation ?

Emplacement

Domaine d’application

Fonctionnement

à cellule hygroscopique pour la mesure de l’humidité absolue

à variation de capacité pour la mesure de l’humidité relative

Plage de mesure et fiabilité

Emplacement

Output

Maintenance

Les silencieux à absorption

Les silencieux actifs

La manchette de compensation

Le revêtement absorbant de conduit

Pourquoi faut-il ventiler ?

Pour maitriser l’énergie

Pour garantir une bonne qualité de l’air intérieur

Pour oxygéner le bâtiment

Comment ventiler ?

Quels types de ventilation ?

Exemple de ventilation naturelle – Cas de l’hébergement

Exemple de ventilation simple flux (pulsion) – Cas de l’hébergement

Exemple de ventilation simple flux (extraction) – Cas d’une école

Exemple de ventilation double flux – Cas d’un immeuble de bureaux

Grilles dans les portes intérieures

Grilles dans les murs intérieurs

Fentes sous les portes

Grilles coupe-feu

Registres de réglage

Clapets d’obturation

Diaphragmes de réglage

Clapets coupe-feu

Entraînement direct

Entraînement par accouplement élastique et coupleurs centrifuges ou hydrauliques

Entraînement par courroies

nventilateur = nmoteur x (Dmoteur / Dventilateur)

Entraînement direct par moteur à rotor extérieur

Rendements

Amenées d’air naturelles : définition

Les grilles de ventilation

Des grilles à coulisses

Des grilles à profilés minces

Des grilles autoréglables

Des grilles hygroréglables

Des grilles à coupure thermique

Des grilles isophoniques

Des grilles motorisées

Des grilles pour ventilation intensive

Les vasistas

Les portes et fenêtres

n_ventilateur= n_moteurx (D_moteur/ D_ventilateur)