INSAINSA 4 GC

AERAULIQUE

VENTILATIONVENTILATION

Luc Adolphe- Claire Oms

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Plan du cours :

1. Notions de Mécanique des Fluides 2. Dimensionnement des réseaux d’air

- méthode à « j » constantj3. Ventilateurs4 Conduits d’air4. Conduits d air5. Soufflage

- caractéristiques d’un jet d’air- dispositifs de soufflage

6. Compléments - sécurité incendie

2- VMC

0. Introduction

Réseaux d’air : - ventilation - climatisation

Pour quoi faire ?- hygiène (air neuf air vicié)- hygiène (air neuf, air vicié)- sécurité (pollutions, fumées)

f t (t é t h ét i b it)- confort (température, hygrométrie, bruit)- qualité du bâtiment (condensation, énergie)

3

0. IntroductionAéraulique = systèmes tout air centralisés ou localisés

Traitement Ai N f

Aéraulique = systèmes tout air, centralisés ou localisés.

de l’airAir Neuf

Ai R léAir Soufflé

Air Rejeté

Air RecycléDéperditions

/ ChLocal

Air Rejeté / Charges

Dans les systèmes centralisés, l'air soufflé doit répondre à plusieurs critères :

1. Renouvellement d'air suffisant2. Maintien des conditions de température

4

3. Maintien des conditions d'humidité4. Qualité de la diffusion de l'air dans les locaux

1. Notions de mécanique des fluidesE ti d l’é iEquation de l’énergie :

2VP cte2gVzP

=+++ ξϖ

(en mCE)

cte2

2VzP =+++ ξρ.ϖ (en Pa)2

Pour mémoire : 105 Pa = 10 mCE = 1 bar

Dans le cas des gaz : 2VDans le cas des gaz :ϖ est petit d’où cte

2

2VP =++ ξρ

5Pression statique Pression dynamique

1. Notions de mécanique des fluidesPertes de charge linéaires :

P1 P2

j LL2V

li ==ρλξD

1 2

j.L.L2

.Dlin ==ξ

(en Pa)L (en Pa)

Facteurs influant sur j :

( )2Facteurs influant sur j :- les caractéristiques du fluide- les caractéristiques de la canalisation

( )5

2Q.2

SQ

.2V.j .8 ρλρλρλ

===6

5D.

D.

22.

Dj .2 ρ

π

Cas des canalisations circulaires droites en acier galvanisé1. Notions de mécanique des fluidesCas des canalisations circulaires droites en acier galvanisé

m)

mm

CE

/mj li

n(m

7Débit (m3/h)

1. Notions de mécanique des fluidesPertes de charge singulières :

2VK ρξ2

K.singρξ =(en Pa)

K K

8K K K K

2. Dimensionnement de réseaux d’airDéfinitions :- Tronçon

partie du circuit où le débit est constant

Définitions :

partie du circuit où le débit est constant

- Circuit i d t d i t d til tsuccession de tronçons conduisant du ventilateur

à une bouche de soufflage

- Réseauensemble des différents circuits

- Equilibrageégalisation des pertes de charge dans tous les circuitségalisation des pertes de charge dans tous les circuits

- Circuit le plus défavorisé

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pcircuit qui présente la perte de charge maximale avant équilibrage

2. Dimensionnement de réseaux d’airMéthode de calcul d’un réseau :

CTA

L l 1 L l 2Local 1 Local 2

0. Implanter le réseaup1. Numéroter les tronçons et calculer les débits2. Choix d’une vitesse dans le tronçon principalç p p3. Dimensionnement des circuits4. Choix du ventilateur

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4. Choix du ventilateur5. Equilibrage

2. Dimensionnement de réseaux d’airChoix des vitesses dans le tronçon principal :Choix des vitesses dans le tronçon principal :

Installations à basse vitesse (V < 8 à 10 m/s)

Installations à hautes vitesses (V >10 m/s)

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2. Dimensionnement de réseaux d’airDi i t éth d à j t tDimensionnement : méthode à « j constant »Principe :

Di i l t i i l (Q V )• Dimensionner le tronçon principal (Q, Vmax)• Déterminer j dans le tronçon principal• Dimensionner le réseau en conservant la valeur j « constante »Dimensionner le réseau en conservant la valeur j « constante »

dans tout le réseau

CTA 12

3Q1 = 3000 m3/h

Local 1 Local 2

Q2 = 1000 m3/hQ3 = 2000 m3/h

(Q1 et Vmax = 5 m/s) alors j1 = 0,9 Pa/m

12

on utilisera cette valeur de « j » pour le dimensionnement des circuits = utilisation de l’abaque

3. VentilateursDeux types principauxDeux types principaux

1) ventilateur centrifuge 2) ventilateur axial ou hélicoïde

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3. VentilateursDeux types principaux :1) ventilateur centrifuge- débit stable si les pertes de charges varient un peu- bon rendement

* Pales inclinées vers l’arrière- bruyant

Réseaux extensibles,filtres encrassésbruyant

* Pales inclinées vers l’avant

filtres encrassés

- peu bruyant- la puissance absorbée augmente avec le débit ( risq e de griller le mote r)

C.T.A., ventilo-convecteursle débit (= risque de « griller » le moteur)

2) ventilateur axial ou hélicoïdeb f ti t f ibl h

convecteurs

Faibles charges

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- bon fonctionnement sous faibles charges- rendement moyen

Faibles charges

3. VentilateursEx : ventilateur centrifuge à vitesse de rotation variable

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3. VentilateursEx : ventilateur hélicoïde avec pales à incidence réglable

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3. VentilateursMéthode de sélection d’un ventilateur :Principe :• Déterminer les pertes de charges totales ΔP (linéaires +

Méthode de sélection d’un ventilateur :

Déterminer les pertes de charges totales ΔP (linéaires +singulières) des différents circuits

• Repérer le circuit le plus défavorisé (ΔP max)• Sélectionner un ventilateur (ΔP, Débit)• Déterminer l’équilibrage du ventilateur et des différents circuits

Pstat ou Ptot

RéseauRéseauVentilateur

17Q

3. VentilateursEquilibrer ?

= créer des pertes de charges

Moyens :- registresregistres- bouches de soufflage / diffuseurs réglables

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4. Conduits d’air

Exemple : dispositif pour salle de gymnastique(solution constructeur)(solution constructeur)

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4. Conduits d’airConduits

rectangulaires : tôle acier galvanisé fibres de verre- rectangulaires : tôle acier galvanisé, fibres de verre- circulaires : tôle galvanisée (acier, alu), gaine textile

Tracé des conduits

- frais d’acquisition- frais d’exploitationp- espace disponible

- Dimensions- Echanges de chaleur (calorifugeage)

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- Pertes de charges

5. SoufflageCaractéristiques d’un jet d’air :

Axe du diffuseur

Zone d’occupation

Chute du jet

Portée du jetlongitudinalelongitudinale

Portée du jetDi t ib tilatérale Distributiondes vitesses

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5. SoufflageEffets complémentaires sur la forme d’un jet d’air

1 Eff t d

Axe du diffuseur

1. Effet coanda

Zone d’occupationd occupation

2 Effet d’induction Qi2. Effet d induction

QeQi

=τ Qi

QeLorsque τ augmente :- homogénéisation des T°

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- portée diminuée- vitesse résiduelle

5. SoufflageExemples qualitatifs pour la diffusion de l’air :

S S

R R

Eté Hiver

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S R S R

5. SoufflageExemples de dispositifs de soufflage :

G illGrilles

Diffuseurs plafonniers

24Doc. FranceAir

5. SoufflageExemples de dispositifs de soufflage :

Pl f d f é / ffl t léPlafond perforé / soufflant ou plénum

Gaines textiles

25Doc. FranceAir

6. ComplémentsLa protection incendie

• Limiter le transport de fumées et du feu entre locaux

- Clapet coupe-feu p p* positionné en gaine « terminale »* positionné en gaine « verticale »

- Bouche pare-flamme- Conduits en matériau incombustible- Conduits en matériau incombustible

• A priori, le désenfumage est assuré par

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A priori, le désenfumage est assuré parun réseau différent de la ventilation

6. ComplémentsL VMCPrincipe : La VMC

- amenée d’air neuf dans les pièces principales(au moins 1 entrée d’air par pièce principale)

extraction de l’air vicié dans les pièces de service- extraction de l air vicié dans les pièces de service

Deux types de ventilation mécanique

VMC : ventilation mécanique contrôléeVMC-gaz : arrêt de la chaudière gaz asservi

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à l’extracteur

6. ComplémentsVMC simple flux• autoréglable……..

h é l bldébit constant

• hygroréglable……débit = f(HR)

28Doc. CEDEO

6. Compléments

Bouche hygroréglable

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6. ComplémentsVMC double fluxavec/sans récupérateur

30Doc. CEDEO

6. ComplémentsExemple : Logement

Débits à extraire dans chaque pièce de service (simultanément q p (ou non). Les entrées d’air doivent permettre d’obtenir ces débits.

31DTU 68.1, Décrets ministériels 77-1042, Arrêtés « 1982 » Code de la Construction et de l’Habitation R111-9

6. ComplémentsExemple : Logement

Ces débits extraits peuvent être réduits réglementairement :Ces débits extraits peuvent être réduits réglementairement :- en présence de dispositifs de réglage (ex : VMC à 2 vitesses)

- en présence de VMC Hygroréglable

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6. ComplémentsExemple de solutionssimple et double fluxen logement collectifen logement collectif

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6. ComplémentsSolutions simple fluxen tertiaire(doc constr cte r)(doc. constructeur)

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6. ComplémentsS fSolutions double fluxen tertiaire (doc. constructeur)

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6. ComplémentsObj tif d l RT2005Objectifs de la RT2005

• amélioration de la performance de la construction neuve d'au moins 15% parconstruction neuve d au moins 15% par rapport aux bâtiments à la RT2000 (moins 40% en 2020), • limitation du recours à la climatisation • maîtrise de la demande en électricité.

Les exigences en ventilation - une meilleure isolation des réseaux de distribution,une meilleure isolation des réseaux de distribution,- un gain énergétique sur les déperditions de ventilation.

Ceci se traduit par :Ceci se traduit par :- isolation des conduits, - contrôle et gestion des débits,

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- systèmes de récupération (double-flux), - définition d’une puissance maxi. des ventilateurs.

6. ComplémentsTextes réglementaires (extrait) : Systèmes de référence

Art. 22. − Pour les locaux d’habitation :

Textes réglementaires (extrait) : Systèmes de référence

système par extraction d’air, prenant l’air directementà l’extérieur.

La somme des modules des entrées d’air est égale àLa somme des modules des entrées d air est égale à90 % de la valeur du débit maximal résultant des réglementations d’hygiène.g yg

Les débits à reprendre sont égaux aux débits minimaux résultant des réglementations d’h iè j é d ffi i t d

Les bouches d’extraction situées en cuisine sont à

d’hygiène majorés des coefficients de dépassement (Cd égal à 1,1 et Cfres égal à 1,05).

Les bouches d extraction situées en cuisine sont à2 débits et équipées d’un dispositif manuel degestion du débit. Les autres bouches sont à débit

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gfixe. Les puissances de référence des ventilateurssont de 0,25 watt par m3 et par heure de débit d’air.

6. ComplémentsT t é l t i S tè d éféTextes réglementaires : Systèmes de référence

Art. 23. − Pour les locaux d’habitation chauffés par effet Joule :

système de modulation des débits de ventilationpermettant de réduire de 25 % les déperditionspermettant de réduire de 25 % les déperditions énergétiques dues à la ventilation spécifique (…)

Pour les autres locaux d’habitation :Pour les autres locaux d’habitation : système de modulation des débits de ventilation ou de récupération de chaleur permettant de réduire de 10 %récupération de chaleur permettant de réduire de 10 % les déperditions énergétiques dues à la ventilation spécifique .

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6. ComplémentsSystèmes de référence pour les locaux d’habitationSystèmes de référence pour les locaux d’habitation Les réductions sont calculées par rapport à une solution VMC autoréglable et peuvent être obtenues par :autoréglable et peuvent être obtenues par :

- réduction des débits moyens : VMC hygroréglable A ou B- récupération des pertes : VMC double flux avec échangeur

(entrée + extraction

(entrée = hygrorég )

(entrée extraction = hygrorég.)

(entrée = hygrorég.)

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7. Conclusion

Le paradoxe de la ventilation

Très faible investissement,très fort impact sur la qualité ressentie

Vers le développement durable de la construction :durable de la construction :

la ventilation «naturelle» l f li

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ou le free-cooling