Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Category Archives: Composants de la ventilation

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Boîte de détente [ventilation]

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).

Schéma principe boîte de détente en VAV.

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.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Bouches de pulsion et d’extraction

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.
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 [Δpt]  nécessaire en fonction
du débit [q]  désiré et la puissance acoustique [LWA] 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 LWA(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 LWNR (Noise Rating) ou LWNC illustrant le niveau de « confort acoustique » de la bouche (LW 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

Photo 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.

Schéma principe pulsion et extraction combinée.

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.

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.

Les fentes de diffusion

Phot 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

Photo 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.

Photo manchons souples perforés.

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).

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.

registre2.jpg (10895 octets)

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.

Author Image 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°.

Pente de toit < 23°.

Zone autorisée pour le placement d’un débouché
de cheminée (h1) en fonction des obstacles avoisinants (h2).

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Puits canadien

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) :

Author Image Posted By : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Sonde CO2

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.

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