M1 070915 Dim Chauffage

institut suprieur d'architecture st luc rue dirlande 57 B -1060 Bruxelles

Les installations techniques dans les btiments. Ph. Gruloos - J-F. Roger France - J. Claessens

SEPTEMBRE 2007

Dimensionnement du chauffage des btiments. 1. Le chauffage eau chaude 2. Le chauffage air chaud 3. Pompes et ventilateurs

Dimensionnement Chauffage 2

1. Le chauffage eau chaude.

1.1. Rappel des technologies et organisation gnrale dune installation de chauffage centralise.

1. On dfinit les diffrents besoins de chaleur du btiment : Les zones thermiques homognes du btiment (locaux au Sud, locaux au Nord, salles de

runion, cafeteria, ) L'eau chaude sanitaire Le(s) groupe(s) de prparation d'air chaud Des circuits distincts d'eau chaude alimenteront chacun de ces utilisateurs (dits : circuits "secondaires")

2. En chaufferie, ils seront raccords sur les collecteurs "dpart" et "retour" de la boucle primaire, elle-mme raccorde une ou plusieurs chaudires.

3. Dans les locaux, on choisira le type d'metteur (convecteur, radiateur, ).

4. Ensuite, on dfinira le rseau de distribution. Deux exemples frquents :

soit on profite du niveau de cave pour faire circuler un rseau horizontal. Et sur celui-ci, on vient piquer les conduites verticales (= "colonnes montantes" le long des faades), puis les radiateurs raccords en bitubes.

soit une conduite principale est intgre dans une trmie verticale, d'o on part chaque tage pour alimenter les metteurs d'un mme plateau, via un circuit "pieuvre" en chape, par exemple.

Plus d'info dans le cours de BAC 3 (ftp://ftp.arch.ucl.ac.be) !

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1.2. Rsum des lments prvoir et dimensionner


1.3. La dtermination rapide des besoins de chaleur

1.3.1. Principe du dimensionnement. Imaginons un saut rempli deau. Il est perc :

par tous les trous, de leau schappe.

On dsire maintenir un niveau deau constant dans le seau. Aussi, on place une alimentation deau pour combler les pertes.

Si le niveau deau est stable, cest que lapport du robinet compense exactement les pertes.

Il en est de mme pour le chauffage dun local. En permanence, des fuites de chaleur se produisent par les parois du local vers lextrieur. Le radiateur apporte de la chaleur pour combler ces pertes. Si le niveau de temprature est stable, cela signifie qu'il y a galit entre la chaleur perdue par le local et la chaleur apporte par le radiateur.

Comment dimensionner le radiateur ? On se place dans la situation la plus critique: il gle

pierre fendre dehors, il y a du vent froid qui sintroduit par les fentes du chssis, .... Et mme ce moment, on souhaite quil fasse 20 dans la pice. Le radiateur aura donc une puissance telle quil puisse compenser les pertes maximales du local.

Dimensionner une installation de chauffage, cest donc estimer les dperditions maximales du local par temps trs froid, et slectionner les radiateurs et la chaudire qui pourront apporter une puissance de chauffe quivalente. Tous les autres jours de l'anne, la rgulation se chargera de moduler cette puissance en fonction des besoins rels qui varient tout au long de la saison de chauffe. En pratique, elle ralentira le dbit d'eau dans le radiateur, par exemple via une vanne thermostatique. A noter que cette mthode gnre un surdimensionnement permanent puisque la prsence des personnes, de l'clairage, des quipements lectriques, fournira une chaleur qui diminuera la puissance rellement ncessaire. Mais par "scurit" on ne la prend pas en compte.

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1.3.2. La mthode par ratio

Ratios du chauffagiste press qui ne veut rien calculer :

Btiment bien isol

(K55)1

Btiment ancien mais partiellement isol (toiture, par ex) (K 80)

Btiment "passoire" (K120)

30 W/m 50 W/m 70 W/m

Ratios de l'architecte qui sort de St Luc :

Btiment bien isol (K55)

Btiment ancien mais partiellement isol (toiture et double vitrage, par ex) (K 80)


25 W/m 35 W/m 45 W/m

Ratios de l'architecte qui sort de St Luc et qui se dit que dans le centre d'un immeuble appartements ou d'un immeuble de bureaux, il y a beaucoup de m intrieurs qui ne doivent pas tre chauffs puisqu'ils ne sont pas en contact avec les faades dperditives :

Btiment bien isol (K55)

Btiment ancien mais partiellement isol (toiture et double vitrage, par ex) (K 80)


gros immeuble (compacit = 34)

15 W/m 20 W/m 30 W/m

habitation individuelle (compacit = 1)

25 W/m 35W/m 45 W/m

1.3.3. Le calcul prcis sur base de la norme NBN 62-003 Le calcul de dperditions dun btiment se fait en principe par le bureau d'tudes en suivant la norme NBN 62-003. Elle prvoit un calcul local par local, notamment pour pouvoir dimensionner chaque radiateur.

Les dperditions calorifiques normalises Qn dun local sont calcules laide de la formule suivante :

Qn = (Qt + Qv) (1 + Mo + Mcw) (Watts)

o Qt = dperditions de base par transmission des parois dun local Qv = dperditions de base par ventilation et infiltration dun local

Mo = facteur de majoration pour tenir compte de lorientation du local (par exemple : +5% pour les locaux orients au Nord)

Mcw = facteur de majoration pour compenser leffet de parois froides dans un local ( oublier aujourd'hui suite l'arrive des vitrages isolants).

Pour dterminer les dperditions totales du btiment, on additionne les puissances des locaux.

1.3.4. La mthode approche suivant la NBN B 62 301 (= "K55") Larchitecte doit vrifier la qualit thermique du btiment en faisant la vrification du niveau K55.

Il dispose donc dj dun calcul simplifi des pertes de lenveloppe. Il lui suffit dadditionner les pertes par ventilation pour connatre les pertes nettes totales du btiment.

Puissance de chauffe de chaudire (Pchaudire) =

Puissance pour compenser les dperditions par parois (Pparois) + Puissance pour chauffer l'air de ventilation (Pvent) / rendement de l'installation de chauffage.

1 Si aujourdhui (2007) on vous parle de ce niveau disolation thermique, cest quil est toujours en vigueur dans les 3

rgions du pays. Cependant, dans un avenir proche, ce niveau disolation thermique se limitera K45 voire K40 en Rgion de Bruxelles Capitale.


D'o lquation :

Pb = Pchaudire = ((Pparois + Pvent) / ( x 1000) [KW]

avec - Pparois = S (ai x ki x Si) x ( T int consigne - Text de base) [W]

o : - ai, facteur de pondration tenant compte que des parois ne sparent pas le volume

protg de l'ambiance extrieure, gal (voir NBN B 62-301) : 1 lorsque la paroi spare le volume de lair extrieur 0,66 lorsque la paroi spare le volume dun local non chauff 0,33 lorsque la paroi spare le volume dun terre -plein 0 lorsque la paroi spare le volume de locaux intrieurs chauffs

- Text de base = - 8C Bruxelles, - 10C dans le centre, - 12C en Ardennes - T int consigne = Temprature intrieure de consigne du chauffage (20C gnralement)

- Pvent. = 0,34 x x V x ( T int consigne - Text de base) [W]

o : 0,34 = 0,34 Wh/m.K, capacit thermique de l'air

= taux de renouvellement d'air horaire du volume du local

(selon la NBN 62 003, = 1, mme si 0,5 correspond mieux la ralit) V = Volume du btiment

- = 0,9 (c'est le rendement de l'installation en tenant compte des pertes par distribution, par mission et par rgulation. Ce coefficient ne tient pas compte du rendement de la chaudire (pertes par les fumes), puisque lorsqu'on achte une chaudire de 100 kW, c'est que 100 kW de chaleur sont fournis dans l'eau la sortie de la chaudire).

Remarque : cette puissance doit tre complte d'une puissance de "relance" pour remettre le btiment en temprature aprs une coupure du chauffage. En effet, imaginons le lundi matin aprs une coupure de WE : il faudra non seulement vaincre les dperditions mais galement remettre les parois du btiment en temprature. Le cahier des charges-type 105 de la Rgie des Btiments prvoit 27% de surpuissance dans ce but. (Qu'en pensez-vous ? La chaudire n'est-elle pas dj surdimensionne 364 jours par an ? d'accord, les -10 extrieurs pourraient se produire un lundi, aprs l'arrt du WE )

Ce facteur de relance est d'autant plus important que le btiment est bien isol (pourquoi ? Rflchissez au fait que l'isolation augmente mais que la masse des murs reste constante).

Alternative : dans les immeubles de bureaux, pour viter la puissance de relance, une technique consiste arrter le dbit d'air neuf de ventilation avant l'arrive des occupants du lundi : les besoins de chauffage de l'air de ventilation sont nuls et toute la puissance de chauffe est consacre la remise en temprature du btiment. Il ne faut pas installer de surpuissance de relance.

1.3.5. La mthode par abaque partir de la NBN B 62 301 Vous avez calcul le Coefficient "K" du btiment. Il est infrieur ou gal K55 pour un btiment neuf. Vous connaissez galement le facteur de compacit (V/A = Volume/Surface de dperditions) du btiment (calcul intermdiaire). L'abaque qui suit vous facilite la tche. Il permet de calculer directement un ratio de puissance en W/m.

Il a t estim sur base des hypothses suivantes : T = 30 K, = 0,9 (distribution, mission et rgulation), taux de renouvellement de l'air = 0,5 volume/heure.

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Exemple : Si la compacit du btiment est de 2, si le btiment est de niveau K55, la puissance de

chauffe installer sera de 18 W/m (ratio un peu plus prcis que celui du 1.3.2)


1.4. Dterminer le nombre de chaudires. A partir de la puissance Pb estime par la NBN B 62-003, la NBN D 30-001 prvoit la rpartition suivante :

chaudire 1 chaudire 2 chaudire 3 P < 200 kW 1,1 x P - -

200 < P < 600 kW 0,6 x P 0,6 x P - P > 600 kW (*) 0,33 x P 0,33 x P 0,5 x P

(*) par souci de standardisation, on peut galement prvoir 3 chaudires identiques de 0,39 x P.

Remarque : Dans les immeubles tertiaires, il tait autrefois courant de dcomposer la puissance de chauffe en plusieurs chaudires. L'ide tait que les petites chaudires avaient moins de pertes que les grosses, et donc une "mise en cascade" de petites chaudires tait bnfique.

Aujourd'hui, les chaudires ayant une isolation minimale de 10 cm de laine minrale et les brleurs tant devenus modulants de 10 100% de leur puissance, dcomposer la puissance en plusieurs units n'est plus nergtiquement avantageux. Il reste le risque de panne dont on peut minimiser l'impact en installant 2 x 60% de la puissance.

Mais un tel surcot serait beaucoup mieux utilis dans une rgulation performante !

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1.5. Dimensionner la chaufferie.

Les dimensions de la chaufferie seront dtermines en fonction de la puissance totale des chaudires Pchaudires = .. ((kW) l'aide de l'quation suivante :

Achaufferie = ( 167 + 2,088 x Pchaudires(kW)) - 8,9 [m]

Hauteur (augment de 600 mm si un chemin de passage est souhait au-dessus des chaudires) et surface de la chaufferie


1.6. Dimensionner les chemines.

Les chemines seront dtermines en fonction de la puissance de chaque chaudire, de la hauteur de la chemine, du combustible utilis, du type de foyer (ouvert, ferm ...) prvus pour les chaudires et

en utilisant les abaques 2ci-aprs

puissance de la chaudire (kW)

section circulaire de la chemine

+2x5 (cm)

section carre de la chemine

+(2x4)+(2x5)(cm)

chaudire 1

chaudire 2

chaudire 3

Figure 32 :. Dimensions des chemines pour des chaudires de P < 50 kW pour foyer brleur atmosphrique. Des chemines individuelles Des chemines collectives

2 extrait NBN B 61-001 : Chemines et chaufferies.

Il est recommand de consulter aussi la NBN B 61-002 qui concerne les Chaudires de chauffage central dont la puissance nominale est infrieure 70 kW Prescriptions concernant leur espace d'installation, leur amene d'air et leur vacuation des produits de combustion . Les types (multiples) de chemines et leurs prescriptions y sont dcrites.

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Figure 33. Dimensions des chemines pour des chaudires de P< 50kW avec chambres de combustion tanche.

Figure 34 : dimensions des chemines pour des chaudires de P>50Kw

Chaudire gaz, brleur atmosphrique Chaudire gaz ou fuel, brleur air puls


1.7. Dimensionner la ventilation basse et la ventilation haute de la chaufferie.

- la section de la ventilation haute d'une chaufferie (pour liminer des fumes ventuelles)

A ventilation haute = Achemines / 2

Exemple : si la section de la chemine est de 2.500 cm, la ventilation haute sera de 1.250 cm

- la section de la ventilation basse d'une chaufferie (pour apporter l'oxygne de la combustion)

A ventilation basse = 1 dm par 17,5 kW de puissance chaudire

Exemple : si la puissance totale des chaudires est de 350 kW, la ventilation basse sera de 20 dm

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1.8. Dterminer la consommation de combustible et donc la quantit de combustible stocker.

1.8.1. La consommation horaire Qhor de gaz naturel pour les chaudires au gaz est :

Qhor = (Pchaudire [kW] x 1 [h]) / (PCI gaz ) [mgaz/h]

avec PCI gaz = Pouvoir Calorifique Infrieur du gaz = 10 kWh/m

Exemple : Un chaudire de 200 kW consomme 20 m de gaz l'heure.

1.8.2. Le type de rseau de gaz :

si Q 20 m/ h, alors alimentation par le rseau basse pression

si Q 20 m/ h, alors alimentation par le rseau moyenne pression par l'intermdiaire d'un poste de dtente gaz ayant les dimensions suivantes :

quantit Q (m3/h) de combustible

longueur (m) du local pour le poste de dtente gaz

profondeur (m) du local pour le poste de dtente gaz

Q 100 m3/h 4 1,5

100 m3/h Q 200 m3/h 4,5 2

200 m3/h Q 400 m3/h 5,2 2

400 m3/h Q 800 m3/h 5,5 2,5

800 m3/h Q 1600 m3/h 6,7 3

1600 m3/h Q 3200 m3/h 3,5 8

1.8.3. La consommation annuelle Qan pour tous types de combustibles (voir cours de Physique de BAC2) :

Qan = ( Pb [kW] x degj15/15 x 24 [h/jour] ) / (T x PCI ) [l fuel ou m gaz / an]

o

- Pb = puissance de chauffe calcule du btiment ;

- degj15/15 = degrs -jours en base 15/15 = 2000 DJ Uccle et 3000 DJ Malmdy

- T = 28 K ou 32 K selon le cas (calcul de la puissance chaudire fait sous -8 Uccle et sous -12 extrieur Malmdy.) ;

- PCI mazout = 10 kWh/l et PCI gaz = 10 kWh/m

Pour Uccle, on arriverait la mme valeur partir de :

Qan = ( Pb [kW] x (15 - 6,5) x 242 [j] x 24 [h/jour] ) / (T x PCI) [l fuel ou m gaz / an] o

- 15C est la temprature intrieure moyenne, compte tenu des apports gratuits ;

- 6,5C est la temprature extrieure moyenne Uccle

- 242 jours est la dure de la saison de chauffe, du 15 septembre au 15 mai.


1.8.3. Le local de stockage pour des combustibles liquides ou gazeux (GPL) Le Matre d'ouvrage choisira la capacit de la cuve en fonction de cette consommation annuelle et de la scurit d'approvisionnement qu'il souhaite (une autonomie de 2/3 d'anne est souvent un minimum).

Pour dterminer les dimensions du local de stockage, utilisez l'abaque3 ci-dessous :

3 extrait de TN4/79 - A. Bowyer, 'Space allowances for building services' BSRIA, p.11 - fig .6

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1.9. Dimensionner les corps de chauffe Rappel de 1.3.1 : la puissance du corps de chauffe doit tre gale au besoin de chaleur maximum demand par le local, cd la somme des pertes par transmission par les parois et des pertes par ventilation du local.

L'mission de chaleur d'un radiateur est donne par le fabricant selon les spcifications dcrites dans la norme NBN D 13-001 :

temprature ambiante de 20C

temprature moyenne de l'eau de 80C (rgime d'eau "classique" de 90 - 70C)

dbit d'eau constant (fonctionnement en rgime)

On parle d'une mission normalise E60 (car T = 60 K d'cart entre le radiateur et l'ambiance) Cette mission doit tre adapte pour tenir compte des conditions de pose et de la temprature effective de l'eau d'alimentation du radiateur.

Erel = f1 x f2 x E60

O : - f1 : est la correction pour tenir compte de l'cart rel de temprature entre l'eau et l'ambiance. En

bonne approximation, il est donn par :

f1 = [(Tmoy eau - Tamb) / 60] 1,3

- f2 : est la correction pour tenir compte du fait que l'mission du radiateur est ventuel-lement limite par la prsence d'une tablette, d'une grille pour le cacher, f2 est donn dans le tableau ci-aprs.


Exemple 1 :

D'aprs le catalogue du constructeur (voir ci-aprs) le radiateur Type21/450 met une puissance par mtre courant de 1686 Watts dans les conditions nominales. On souhaite l'alimenter un rgime de temprature

70C - 50C, Tmoy eau = 60C T = 40C

D'o un facteur de correction f1 = [(60 - 20) / 60] 1,3

= 0,59

On en dduit une puissance relle P = 1686 W 0,59 = 995 W/mtre courant

Conclusions : il faudra surdimensionner le radiateur d'environ 40% !

Exemple 2 : Le calcul des dperditions d'un local fournit une valeur de 740 Watts installer. Le local doit tre chauff 22C et le rgime 70C - 50C est souhait pour favoriser le bon fonctionnement de la chaudire condensation (retour d'eau la plus basse temprature possible). Une tablette est dispose 5 cm au-dessus du radiateur. La hauteur disponible est de 60 cm et la longueur maximale "esthtique" est de 180 cm.

Quel sera le radiateur slectionn ?

Rponse : f1 = [(60 - 22) / 60] 1,3

= 0,55 et f2 = 0,95 La puissance E60 installe sera de : 740 / (0,55 x 0,95) = 1.416 Watts. La puissance E60 par mtre courant tant de 798 Watts pour le modle Type10/600, un radiateur de 1,8 m sera slectionn.


1.10 Dimensionner les canalisations.

Si le radiateur doit mettre P Watts, et qu'il fonctionne sous un cart de temprature entre-sortie de

T (gnralement 20 K), le dbit est donn par :

Puissance = dbit x capacit thermique de l'eau x T [Watt]

dbit = Puissance / (capacit thermique de l'eau x T) [litre/h]

dbit = P / (1,16 x T ) [litre/h]

puisque la chaleur volumique de l'eau = 1,16 Wh/(litre.K)

1.10.1 Le diamtre de la canalisation du radiateur se dduit de :

section = dbit / vitesse [m]

du moins si le dbit est exprim en m/s et la vitesse en m/s !

diamtre = 2 x section / [m]

o la vitesse varie de 0,4 m/s (dans le local) 1 m/s (en cave o le bruit est moins gnant).

De mme, si la canalisation alimente en eau plusieurs radiateurs, on partira de la puissance totale des metteurs. Par exemple, la tuyauterie de dpart de la zone Sud sera calcule pour alimenter tous les radiateurs de la zone : sa section sera dimensionne en fonction de cette puissance totale. Mais la vitesse de l'eau peut tre plus leve (1 m/s) si ce tuyau est en cave ou en trmie.

1.10.2 Lencombrement "En" ou dimension de mise en uvre (DMO) de ces canalisations est gal :

En ou DMO = (mm) + 2 x paisseur disolant (mm) + 5 cm (pour les fixations).

Ces encombrements sont donns en mm dans le tableau ci-dessous :

DN 10 12 16 20 25 32 40 50 65

(63) 80 100 125 160

p.ISOLANT (mm)

30 30 30 40 40 40 50 50 50 60 60 60 60

DMO(mm) 130 130 130 160 170 170 200 210 230 260 290 310 340

DEBIT ECS (l/min)

6 12 20 40 70 100 160 260 390 750 1200 1800

PUISSANCE ECC

T=15K, (kW) 2,6 3,1 4,4 8 15 30 55 115 195 270 450 690 1000

Exemple : Une tuyauterie dans un local alimente 2 radiateurs de 1.800 et 3.500 Watts. Le rgime souhait est un rgime 80 - 65C (T = 15K). Le dbit d'eau ncessaire sera de :

Le dbit = (1.800 + 3.500) / (1,16 x 15) = 305 [litres/h ou kg/h]

1. section calcule :

section = 0,305 [m/h] / (0,4 [m/s] x 3600 [s/h]) = 0,00021 [m] = 2,1 [cm]

diamtre = 2 x (section / ) = 1,64 [cm]. Ce qui est peine suprieur un DN 16. DMO = DMO130mm soit un encombrement total de 130mm.

2. section lue dans le tableau : pour un dbit de 5,3 kW il faut une canalisation DN20. Celle-ci une DMO de 160mm

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1.11. La reprsentation graphique de l'installation de chauffage 1.11.1. Conventions d'criture :

Une conduite de retour est dessine en trait interrompu : " vient d'en bas "

" part vers le haut "

" vient d'en haut "

" part vers le bas "

1.11.2. Exemple de reprsentation d'un raccordement de tuyauteries et de conduits

d'air (vue en plan, E = Extraction, P = Pulsion).

Lecture du plan : commenons par un zoom sur la partie chauffage :

on constate qu'il y a 3 radiateurs dont 1 (situ dans le coin douche) n'est pas poch,

ce sont des radiateurs de type 22 (voir chapitre dimensionnement) dont la hauteur est de 750 mm,

2 ont une puissance de 1200 W et 1 a une puissance de 700 W

le circuit "aller" se dessine en traits pleins, le circuit "retour" se dessine en traits interrompus,

les tuyaux sont en DN 15

les tuyaux viennent de l'tage infrieur et repartent l'tage infrieur

les colonnes verticales ne se poursuivent pas vers l'tage suprieur


.

Si nous revenons l'ensemble des quipements reprsents, on trouvera de haut en bas, - dans une gaine technique situe derrire la salle de douche :

un conduit de diamtre 315 mm qui va vers le groupe d'extraction d'air "GE2b" de 825 m/h

un conduit identique qui apporte 875 m/h depuis le groupe de pulsion d'air "GP2b"

des tuyaux transportant de l'eau froide depuis la Sous-Station situe l'tage 2 en DN 100. Ces tuyaux s'arrtent cet tage.

des tuyaux transportant de l'eau chaude depuis le Local Technique situe l'tage +5 en DN 150. Ces tuyaux s'arrtent cet tage.

des tuyaux d'eau alimentant les batteries des groupes de pulsion n15 et n2, en DN 40. Ces tuyaux traversent seulement le local.

- intgrs dans une paroi :

des conduits d'air rectangulaires, de section 150 sur 600 greffs sur le groupe de pulsion GP2b et le groupe d'extraction GE2b

On constate que l'air n'est pas utilis cet tage puisque les dbits entrant et sortant sont identiques. Ce sont simplement des coupes dans les conduits qui sont reprsents.

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2. Le chauffage air chaud 2.1 Rappel des technologies.

Les chaudires chauffant directement de l'air chaud sont rares, excepts dans certains grands halls, sportifs ou industriels.

Arotherme

Gnrateur d'air chaud

Par contre, on rencontre frquemment des caissons de prparation d'air chaud, que ce soit de l'air de ventilation hyginique ou de l'air de chauffage. Le caisson intgre alors une ou deux batteries de chauffage de l'air.

2.2 Dimensionnement du dbit d'air chaud puls dans le local

Le dbit d'air doit apporter la puissance de chauffe souhaite. Ds lors, puisque

Puissance de chauffe de l'air = dbit d'air x capacit thermique de l'air x Tair [Watt]

Dbit d'air = Puissance de chauffe / ( cair x Tair ) [m3/h]

O la puissance de chauffe est celle qui correspond aux dperditions du local.

Deux possibilits apparaissent : - soit l'air hyginique est apport directement dans le local (par des grilles dans les chssis par

exemple) et la puissance de chauffe doit compenser les pertes par les parois et par la ventilation.

- soit l'arrive d'air neuf hyginique est intgre dans le dbit d'air puls et la puissance de chauffe est uniquement celle perdue par les parois du local par -10 extrieur.

cair = capacit thermique volumique de l'air = 0,34 Wh/m.K

le T est l'cart de temprature entre l'air puls et l'ambiance (ex : si l'air est puls 35C et que le local est 21C, T = 14 K). En gnral, on essaie de limiter la temprature de pulsion 35C pour limiter l'effet de stratification des tempratures dans le local (mais la tentation est grande d'augmenter cette temprature pour limiter le dbit !)


Exemple : Dimensionnement du chauffage air chaud d'un hall sportif (consigne 15C) Exemple 1 : Les dperditions par les parois sont de 30 kW, La ventilation se fait par des grilles de

ventilation dans les chssis et extraction dans les sanitaires. Le dbit d'air est de 2.000 m/h. La puissance pour la ventilation est de 2.000 x 0,34 x (15 (-10)) = 17 kW.

La puissance de chauffe totale fournir est donc de 47 kW. Si l'air est puls 35C, le dbit sera de

Dbit d'air = 47.000 W / (0,34 x (35 15)) = 6.911 m/h

Exemple 2 : La ventilation est intgre dans le dbit d'air puls. La puissance de chauffe fournir dans le

local est donc de 30 kW. Si l'air est puls 35C, le dbit sera de

Dbit d'air = 30.000 W/ (0,34 x (35 15)) = 4.411 m/h

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2.3 Dimensionnement de la puissance de la batterie de chauffe

Le caisson ne comprend d'une batterie de chauffe (pas d'humidification).

On utilise la formule de base :

air air

Cette fois le T correspond l'cart de temprature entre T de l'air avant et T de l'air aprs la batterie.

Reprenons la situation du hall sportif ci-dessus : Exemple 1 : l'air arrive 15 et sort 35 C. La puissance de la batterie de chauffe est de P = 6.911 m/h x 0,34 x (35-15) = 47.000 W

Exemple 2 : l'air qui entre dans le caisson est issu d'un mlange entre l'air du local recycl (2.411 m/h) et l'air extrieur (2.000 m/h). La temprature du mlange est donc de :

T = (2.411 x 15 + 2.000 x (-10) ) / 4.411 = 3,66 C. La puissance de la batterie de chauffe est de P = 4.411 m/h x 0,34 x (35-3,66) = 47.000 W Dans les 2 cas, la puissance de la batterie de chauffe est identique bien sr ! (pourquoi ?)


2.4 Energie d'humidification de l'air.

Un air sec peut tre trs dsagrable (gorge, lvres, lentilles occulaires, )

Mais au niveau nergtique, l'humidification de l'air reprsente un cot. Lorsqu'on chauffe de l'air, on dit qu'on lui apporte de la "chaleur sensible", et lorsqu'on humidifie de l'air on lui apporte de la "chaleur latente".

Comment valuer cette consommation ?

2.4.1 Une premire mthode Elle consiste partir de la chaleur de vaporisation de l'eau : 2,25 kJ/greau soit encore 0,63 Wh/greau

Exemple : soit 1 kg d'air extrieur 1C et 100% d'humidit. S'il est simplement chauff, il va atteindre 20 et 28% d'humidit relative (voir utilisation du diagramme de l'air humide dans le cours de physique de BAC 1 2

me semestre)

Consommation de chauffage : (1 kg d'air / 1,2 kg/m) x 0,34 Wh/m.K x (20 - 1) = 5,5 Wh

S'il est en plus humidifi, l'air peut atteindre 20 et 50 % HR. Son humidit absolue monte de 4 7,5 greau par kg air.

Consommation d'humidification : 3,5 gr x 0,63 Wh/greau = 2,2 Wh

Consommation totale = 7,7 Wh pour chauffer et humidifier 1 kg d'air.

L'apport de chaleur latente reprsente donc environ 30 % du cot du chauffage et de l'humidification de l'air !

2.4.2. Une deuxime mthode. Elle consiste utiliser une chelle d'valuation de l'nergie contenue dans l'air.

On peut la percevoir sur le diagramme de l'air humide. Le niveau nergtique de l'air est indiqu sur une droite de biais par rapport au diagramme. C'est l'"enthalpie" de l'air dsign par la lettre-symbole "h". Un diagramme dtaill est repris dans le formulaire de thermique de BAC 1.

Exemple : Reprenons l'air extrieur 1C et 100% d'humidit. Il a une enthalpie de 11 kJ/kgair. S'il est simplement chauff 20 et 28% d'humidit relative, son enthalpie devient 30 kJ/kg. S'il est en plus humidifi, l'air peut atteindre 20 et 50 % HR, avec une enthalpie correspondante de 39 kJ/kg. L'apport total de chaleur reprsente 28 kJ/kg. Soit 7,7 Wh/kg.

Application : Pour calculer le chauffage et l'humidification de 5.000 m d'air, de 1C et 100% HR 20 et 50 % HR, on obtient directement le rsultat sur base de la diffrence d'enthalpie de l'air, avant et aprs traitement :

5.000 m x 1,2 kg/m x (39 - 11) kJ/kgair 168.000 kJ .

25

2.4.3. Deux techniques d'humidification de l'air.

Lorsque de l'air extrieur froid est chauff en hiver, il en ressort trs sec en humidit relative. Dans les centrales de traitement d'air des immeubles de bureaux, par exemple, un poste humidification est prvu.

Deux technologies existent :

Soit un "laveur d'air", cd un caisson dans lequel de l'eau froide est pulvrise en micro-gouttelettes et forme un vritable brouillard. L'air qui passe au travers de cet quipement en ressort mouill !

Soit un humidificateur vapeur est plac et c'est de la vapeur 100C qui est diffuse dans le caisson.

humidificateur "laveur d'air" humidificateur vapeur

Deux trajectoires sont possibles dans le diagramme de l'air humide, en fonction de la technologie applique :

1. Si Humidificateur eau froide :

Lorsque l'air s'humidifie dans le laveur d'air, l'eau prend sa chaleur de vaporisation l'air : l'air se refroidit, mais au total (eau + air) tout se passe niveau nergtique gal (l'nergie de l'air chaud et sec en Y est gal l'nergie de l'air froid et humide en X). A noter qu'il faudra une deuxime


batterie de chauffe pour porter l'air sa temprature de soufflage S. Voil pourquoi on retrouve souvent 2 batteries de chauffe dans un caisson de traitement d'air.

2. Si Humidificateur vapeur :

Par contre, lorsque de la vapeur est diffuse dans l'air, elle contient dj son nergie de vaporisation. L'air s'chauffe un tout petit peu car la vapeur est 100C mais ce ne sont pas quelques gouttes qui vont chauffer une grande quantit d'air : en premire approximation l'humidification se fait temprature constante (d'o la verticale dans le diagramme de l'air humide).

Finalement, on constate que la consommation lie l'humidification est identique malgr que l'air suive un chemin tout fait diffrent dans le diagramme de l'air humide : hS - hE est constant. A noter que le budget financier n'est pas le mme : dans le premier cas, la chaleur d'humidification est faite par les batteries d'eau chaude, alors que dans le second, c'est une nergie lectrique qui est utilise.

Application :

Un dbit de ventilation de 1200 m/h est puls dans un muse de 1800 m aprs avoir t chauff et humidifi 22C et 60% HR. A l'extrieur, l'air est 2C et 80 % HR. Le mme air, vici, est extrait par les sanitaires. Le chauffage du local est assur par des radiateurs. Quel est le dbit horaire d'eau puls par l'humidificateur ? X1 = 0,6 x Xs 22C = 0,6 x 16.6 = 9,96 gr/kg X2 = 0,8 x Xs 2C = 0,8 x 4,37 = 3,50 gr/kg

Humidification de l'air = X1 X2 = 6,46 gr/kg Dbit de ventilation = 1200 m/h 22C = 1200 x 1,17 kg/m = 1404 kg/h Dbit d'eau puls par l'humidificateur = 6,46 gr/kg x 1404 kg/h = 9070 gr/h = 9,07 litres/h.

27

2.5. Chauffage en tout air neuf ou avec recyclage ? Partons directement d'un exemple qui concrtisera en mme temps les paragraphes prcdents.

Plaons-nous dans les conditions moyennes de fonctionnement :

- un bureau de 5 m x 4 m x 3 m = 60 m,

- une consigne 22C et 50 % d'humidit relative (enthalpie de 43,2 kJ/kg),

- de l'air extrieur 6C et 90 % d'humidit relative (enthalpie de 19,1 kJ/kg),

- des besoins de chauffage lis aux seules dperditions par les parois estims 1 500 Watts pour le local.

Remarque : on nglige d'ventuels apports en eau dans le local.

Solution 1 :

Un chauffage par radiateur est install et de l'air neuf hyginique est prtrait (chauff et humidifi) en centrale.

Un taux horaire de renouvellement hyginique de l'air de 1 est choisi, soit une pulsion de 60 m/h. Cet air est port aux conditions de l'ambiance soit 22C et 50 % HR. La puissance demande dans le caisson de traitement d'air sera de :

Puissance = dbit x poids volumique de l'air x (diffrence des enthalpies)

Puissance = 60 [m/h] x 1,1 [kg/m] x (43,2 - 19,1) [kJ/kg] / 3 600 [s/h] = 442 [Watts]


Solution 2 :

On travaille en "tout air neuf" et le chauffage du local est apport par l'air chaud puls.

Cette fois, le dbit d'air sera nettement plus lev que le dbit d'air hyginique. La valeur du dbit est fonction de la temprature de pulsion choisie. Prenons une temprature de pulsion de 40C.

Si les apports en eau du local sont ngligs, on pulsera un air dont l'humidit absolue est identique celle de la consigne du local, soit un air situ sur le diagramme de l'air humide 40 et 18 % HR (enthalpie : 61,2 kJ/kg).

Prcisons le dbit de pulsion ncessaire pour vaincre les 1 500 W de dperditions :

Dbit massique = dperditions / (diffrence des enthalpies)

Dbit massique = 1,5 [kW] / (61,2 - 43,2) [kJ/kg] = 0,083 [kg/s]

Exprimons ce dbit en volume :

Dbit volumique = dbit massique x volume massique 40C

Dbit volumique = 0,083 [kg/s] x 0,9 [m/kg] x 3 600 [s/h] = 270 [m/h]

Le taux de brassage s'en dduit :

Taux de brassage de l'air du local = 270 [m/h] / 60 [m] = 4,5

La puissance en centrale devient :

Puissance dbit massique x (diffrence des enthalpies)

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 - 19,1) [kJ/kg] = 3,51 kW !

Soit plus du double de la puissance ncessaire pour le local !

Pourquoi ? En fait, les 270 m d'air puls comportent 60 m d'air neuf hyginique et 210 m d'air utilis comme "fluide caloporteur". Cet air tant froid, il faut d'abord le rchauffer la temprature de consigne avant de pouvoir lui faire porter la charge thermique du local, ce qui est nergivore.

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Solution 3 :

Si les conditions hyginiques le permettent, on prfrera une solution de recyclage partiel de l'air et d'apport d'air neuf minimal.

Supposons que 210 m/h (0,065 kg/s) soient recycls et 60 m/h (0,018 kg/s) d'air neuf soient injects, on obtiendra un air mlang dont l'enthalpie est de :

Enthalpie du mlange = [0,065 x 43,2 + 0,018 x 19,1] / 0,083 = 37,9 [kJ/kg]

On peut alors calculer la puissance en centrale :

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 - 37,9) [kJ/kg] = 1,93 kW !

On y retrouve, en toute logique, la puissance de 1,5 kW correspondant aux dperditions des parois et la puissance de 0,43 kW pour le traitement des 60 m/h d'air neuf...

Par rapport au "tout air neuf", le recyclage partiel de l'air a permis (3,51 - 1,93) / 3,51 = 45 % d'conomie !

Remarque : sur le graphe, dans un souci de simplification, les dbits ont t exprims en m/h en respectant la conservation de ces dbits (210 + 60 = 270 m/h). En ralit, seuls les dbits massiques sont conservs (en kg/h).


2.6 Dimensionner les canalisations.

Le dbit d'air doit apporter la puissance de chauffe souhaite. Ds lors, puisque

Puissance de chauffe de l'air = dbit d'air x capacit thermique de l'air x Tair [Watt]

Dbit d'air = Puissance de chauffe / ( cair x Tair ) [m3/h]

Dbit = P / (0,34 x T ) [m3/h]

ou Dbit = P / (0,34 x T x 3600) [m

3/s]

puisque la chaleur volumique de l'air = 0,34 Wh/(m

3.K) et avec un T qui sera de 15 K (temprature

intrieure = 20C et temprature de soufflage = 35C). Il y a 3600 secondes par heure.

2.6.1 Le diamtre de la canalisation du radiateur se dduit de :

section = dbit / vitesse [m]

du moins si le dbit est exprim en m/s et la vitesse en m/s !

diamtre = 2 x section / [m]

o la vitesse varie de 2 m/s 8 m/s. Au plus la vitesse est leve au plus elle cre du bruit dcoulement. Dans les btiments de logements, elle se limite 4m/s dans les trmies et 2 m/s voire 1 m/s dans les espaces habits. Dans les bureaux, elle se limite 6 voire 8 m/s dans les trmies ou locaux techniques et 2m/s dans les espaces occups.

2.6.2 Lencombrement "En" ou dimension de mise en uvre (DMO) de ces canalisations est gal :

En ou DMO = (mm) + 2 x paisseur disolant (mm) + 5 cm (pour les fixations).

Ces encombrements sont donns en mm dans le tableau ci-dessous (DN63 DN 560):

DN mm 63 80 100 125 160 200 250 315 355 400 450 500 560

Section droite dm2 0,31 0,50 0,79 1,23 2,01 3,14 4,91 7,79 9,90 12,57 15,90 19,63 24,63

Dbit en m3/h avec une vitesse

v=

1m/s 11 18 28 44 72 113 177 281 356 452 573 707 887

2m/s 22 36 57 88 145 226 353 561 713 905 1 145 1 414 1 773

3m/s 34 54 85 133 217 339 530 842 1 069 1 357 1 718 2 121 2 660

6m/s 679 1 060 1 683 2 138 2 714 3 435 4 241 5 320

DMO Circullaire

mm 180 200 220 240 280 310 370 430 470 520 570 620 680

Section rectanglaire

mm 125 150 175 200 250 300 300 350

mm 300 400 500 600 600 600 800 800

DMO Rectangulaire

mm 240 260 290 310 360 410 410 460

mm 410 510 610 710 710 710 910 910

Les dimensions de mise en uvre tiennent compte dun isolant thermique de 30mm dpaisseur.

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et pour les DN600 DN 1600

DN mm 600 630 710 800 900 1000 1120 1250 1400 1500 1600

Section droite dm2 28,27 31,17 39,59 50,27 63,62 78,54 98,52 122,72 153,94 176,71 201,06

Dbit en m3/h avec une

vitesse v=

1m/s 1 018 1 122 1 425 1 810 2 290 2 827 3 547 4 418 5 542 6 362 7 238

2m/s 2 036 2 244 2 851 3 619 4 580 5 655 7 093 8 836 11 084 12 723 14 476

3m/s 3 054 3 367 4 276 5 429 6 871 8 482 10 640 13 254 16 625 19 085 21 715

6m/s 6 107 6 733 8 552 10 857 13 741 16 965 21 280 26 507 33 251 38 170 43 429

DMO

Circullaire mm 720 750 830 920 1 020 1 120 1 240 1 370 1 520 1 620 1 720

Section

rectanglaire

mm 350 400 400 500 600 700 800 900 1200 1200 1400

mm 1000 900 1200 1200 1200 1200 1400 1600 1400 1600 1600

DMO

Rectangulaire

mm 460 510 510 610 710 810 910 1010 1310 1310 1510

mm 1110 1010 1310 1310 1310 1310 1510 1710 1510 1710 1710

Les dimensions de mise en uvre tiennent compte dun isolant thermique de 30mm dpaisseur.

Exemple : Reprenons lexemple 1 du point 2.2

Les dperditions par les parois sont de 30 kW, La ventilation se fait par des grilles de ventilation dans les chssis et extraction dans les sanitaires. Le dbit d'air est de 2.000 m/h. La puissance pour la ventilation est de 2.000 x 0,34 x (15 (-10)) = 17 kW. La puissance de chauffe totale fournir est donc de 47 kW. Si l'air est puls 35C, le dbit dair sera = 47.000 W / (0,34 x (35 15)) = 6.911 m/h

Le dbit par seconde est = 6.911 / 3.600 = 1,92 m3/s

La vitesse de lair dans le conduit principal peut tre de 6m/s.

1. Dfinir la section et le diamtre par calcul :

section [m2] = 1,92 / 6 = 0,32 m2

2. Dfinir le diamtre par calcul :

diamtre [m] = 2 x section / = 2 x (0,32 / 3,14) = 0,64 m

3. Dfinir le diamtre par les tableaux.

Pour un dbit de 6.911 (m/h), il faut prvoir : - soit un conduit circulaire de DN710mm ayant une DMO de 830mm. - soit un conduit rectangulaire de 400 x 1.200 ayant une DMO de 510 x 1.310mm.


3. Pompes et ventilateurs

3.1 Pertes de charge linaires.

Les liquides et les gaz rels possdent une certaine viscosit (rsultante des frottements internes). A trs faible vitesse, l'coulement est fluide, il est dit "laminaire"; mais si la vitesse augmente, il devient turbulent (formation de turbulences hauteur d'un obstacle par exemple).

Dcollement et turbulences causes par un cylindre

Une partie de l'nergie du fluide est utilise pour vaincre les forces de frottement et n'est plus rcuprable.

3.1.2. Application une circulation d'eau dans un conduit.

Comparez la pression disponible la sortie du robinet du jardin et celle encore existante au bout d'un long tuyau d'arrosage de 30 m que vous seriez venu brancher au robinet ... !

La perte de pression, appele "perte de charge", rsulte des frottements qu'il a fallu vaincre tout au long du tuyau. Et plus la section est petite, plus les pertes de charges augmentent et plus le dbit diminue.

L'eau a perdu de l'nergie en s'coulant dans le tuyau. Plus exactement (puisque l'nergie ne se perd jamais mais se transforme), une partie de l'nergie de l'eau a t convertie en chaleur.

Si l'on souhaite que l'eau avance dans un tuyau horizontal, il faudra donner de l'nergie une pompe pour vaincre les pertes de frottement. Et cette nergie augmente en fonction du carr de la vitesse

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En pratique, des abaques fournissent la perte de charge par unit de longueur de tuyauterie pour une section dtermine et pour un type de tuyau (acier, cuivre, ...). On appelle cela la perte de charge linaire (voir page suivante).

Par exemple, pour un dbit de 61 l/h et pour un diamtre intrieur d'une conduite en acier de 16 mm, l'abaque donne une perte de 10 Pa (Pascal) par mtre. La pompe qui devra assurer ce dbit pour une tuyauterie de 100 m de long devra vaincre une perte de charge de 10 x 100 = 1.000 Pa.

Si le dbit est doubl, la perte de charge de la tuyauterie sera de 35 x 100 = 3.500 Pa.

De mme, si l'on souhaite faire passer le mme dbit de 61 l/h dans un tuyau de 12,5 mm de diamtre, la perte de charge passera 3.200 Pa.

3.2.2.Application au fonctionnement d'une pompe.

Imaginons une pompe qui dlivre une diffrence de pression de 1.000 Pa entre l'entre et la sortie. Elle est raccorde au tuyau de 100 m de l'exemple prcdent (diam de 16mm) :

- Si le robinet est ouvert : p2 = patm p1 = patm + 1000 Pa (absolu)

(pour l'exemple, la pompe a t raccorde au sommet du rservoir afin que seule la pression atmosphrique lui soit soumise, en ralit, c'est bien sr la base du rservoir qu'on le fixera mais alors la pression de la colonne d'eau du rservoir viendra s'ajouter la pression de la pompe).

La perte de charge linaire disponible sera de 1.000 / 100 = 10 Pa/m. Le dbit va donc s'tablir une valeur de 61 l/h. Toute la pression dlivre par la pompe va servir vaincre les pertes de charge de la tuyauterie.


- Si le robinet est ferm : la pression va sgaliser dans la tuyauterie puisque la vitesse de leau est nulle et donc les pertes de charges galement. p1 = p2 = pression l'entre du robinet = patm + 1000 Pa

- Si le tuyau est relev de 10 m :

Si le tuyau monte, la pompe devra en plus donner la masse d'eau l'nergie potentielle dans le champ de la gravit (voir cours de physique BAC 1 1

er Semestre).

La pression de la pompe va dabord servir vaincre la pression hydrostatique de la colonne deau dans le tuyau montant. Or, si le tuyau tait rempli, la pression de la colonne d'eau vaudrait

p = . g . h = 1000 kg/m x 9,81 x 10 m = 98.100 Pa > > > 1.000 Pa disponibles ! La pression disponible en sortie du circulateur est trop faible. L'eau ne s'coulera plus ... ( quelle hauteur s'arrtera-t-elle ?) (rp : 10,2 cm.)

- Si le tuyau effectue un circuit boucl sur lui-mme de 100 m de longueur et de 20 m de

dnivellation :

Cette fois, l'eau circulera avec un dbit de 61 l/h car la pompe ne doit plus vaincre que les pertes de charges dues au frottement. La dnivellation n'entre pas en ligne de compte car le poids de la colonne descendante exerce une pousse gale celle de la colonne montante. C'est la situation d'un circulateur de chauffage !

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3.1.3. Application au fonctionnement d'une circulation d'air.

Jusqu'ici, nous avons tudi la perte de charges cre par un conduit sur l'eau qui le traverse et compense par une pompe. Mais nous aurions pu faire le mme type de raisonnement en parlant de la perte de charges cre par un conduit sur l'air qui le traverse et compense par la pression d'un ventilateur.

L'air ne se dplace que sous l'impulsion d'une diffrence de pression. Par exemple, lorsque l'on perce un ballon de plastique, l'air s'chappe de l'enceinte haute pression vers l'extrieur qui est la pression atmosphrique. Lorsque les pressions intrieures et extrieures se sont quilibres, il faudra appuyer sur le ballon pour encore en faire sortir l'air restant.

De mme, pour dplacer de l'air entre deux points se trouvant la pression atmosphrique, un ventilateur doit d'abord l'aspirer et ensuite le pousser en augmentant la pression.

Tout au long de son trajet dans les conduites de distribution la pression de l'air va chuter. Autrement dit, le ventilateur doit donner au dpart une pression suffisante l'air pour qu'il puisse vaincre la rsistance du rseau de distribution (forces de fortement).

Imaginez deux conduits d'un systme de conditionnement d'air qui transportent de l'air chaud : le premier est en aluminium bien lisse. le deuxime aussi, mais a t capitonn par l'intrieur de panneaux en laine de roche

comprime, afin de raliser une isolation acoustique et thermique.

Les pertes de charge de l'air dans le 2me cas seront beaucoup plus leves puisque la paroi est rugueuse.

Le mme ventilateur crera un dbit plus faible dans le deuxime cas que dans le premier. O encore, pour crer un dbit d'air identique dans les 2 conduits, il faudra donner une puissance lectrique plus leve au ventilateur dans le deuxime cas.

3.2 Pertes de charges locales

En fait, il n'y a pas que les parois qui crent des pertes de charges dans les rseaux de conduits d'air ou deau, il y a aussi toutes les perturbations qui sont prsentes sur le parcours du fluide. Ainsi, un coude, un rtrcissement de section, un passage dans une vanne, crent des tourbillons dans le fluide et donc des pertes de charge Lorsque l'air doit traverser un filtre ou un changeur de chaleur, il doit vaincre l aussi une perte de charge locale. Nous nallons pas dtailler ce type de calcul ici, il faut bien laisser quelque chose aux ingnieurs des bureaux dtudes ! Dailleurs, il existe un truc pour tous les coudes, drivations, : en pratique, on calcule les pertes de charges en ligne (par les abaques des pertes de charge linaires) et puis forfaitairement, on multiplie cette valeur par 2 pour tenir compte des perturbations diverses En gros, a marche ! Il est nanmoins ncessaire de comprendre le principe des pertes de charges locales.


3.3 Puissance d'une pompe ou d'un ventilateur En multipliant le dbit du fluide (eau ou air) par la perte de charge vaincre, on obtient la puissance demande pour la circulation du fluide. En effet :

p . qv = Force

Surface x Surface x vitesse

= Force x dplacement

temps

= travailtemps

= puissance d'o la formule :

P = p . qv [Watts]

Attention : la diffrence de pression doit tre exprime en Pascals et le dbit en m/s. Un ventilateur qui fournit une pression de 1 Pa un dbit d'air de 1 m/s dveloppe une puissance d'1 Watt. Ceci permet de dimensionner la puissance ncessaire pour un circulateur de chauffage, une pompe, un ventilateur, ...

3.4 Applications :

1 Visualiser l'encrassement d'un filtre

Voici un caisson de prparation d'air qui rchauffe l'air d'une salle de confrence :

Ouvrons-le :

L'air neuf arrive gauche, est mlang avec de l'air recycl de la salle, est filtr (filtres roses derrire la premire porte ouverte), est chauff, refroidi ou humidifi, puis est puls par le ventilateur (deuxime porte ouverte) vers le conduit de pulsion droite.

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Attardons-nous seulement un appareil plac sur la paroi extrieure du caisson, au droit du filtre :

Deux tuyaux sont raccords depuis le sommet de la bote vers l'amont et l'aval du filtre. Et ces 2 tuyaux sont connects un liquide qui peut se dplacer devant une chelle gradue. Ils mesurent la diffrence de pression de part et d'autres du filtre. Ceci permet de visualiser son tat d'encrassement. Pourquoi ?


2 - Le principe d'un plnum

Imaginons un faux plafond micro-perfor aliment par une gaine de pulsion dair. La pression de lair sera-t-elle plus forte prs de larrive de la bouche quau bout du faux plafond ?

Non, la pression sera peu prs la mme partout. En effet, ce qui cote le plus de force de pression, cest de franchir la perte de charge cre par le petit trou. Par contre, aller de la bouche vers le trou, dans une si large section, cela ne consomme pas beaucoup de pression. Cest un peu comme quand on souffle dans un ballon, la pression est la mme partout (cest pour cela que le ballon est rond...) et le dbit dair lorsque lon fait un petit trou est identique que lon soit proche de la bouche du souffleur ou non. A noter que les praticiens parlent d'un "plnum" de distribution de l'air dans le faux-plafond.

C'est ce que l'on fait pour apporter de l'air dans une salle de spectacle : l'espace sous les gradins sert de plnum et des grilles disposes sous les siges ou dans les marches distribuent uniformment l'air.

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3 - L'quilibrage hydraulique des installations

C'est toujours celui qui est dans la chambre la plus loigne qui a le plus froid !...

Comment faire en sorte que tous les radiateurs de la maison soient bien aliments en eau ?

Tous les radiateurs sont placs en parallle entre la tuyauterie de dpart et celle de retour. Si lon souhaite quautant deau passe dans le premier radiateur que le second, il faudra que leau rencontre une difficult identique passer dans le premier que dans le dernier. En termes de mcanique des fluides, on dira que la perte de charges de chacun des parcours que ralise leau doit tre identique.

= En pratique,

soit le diamtre de la tuyauterie de raccordement du premier radiateur (1) sera plus petit que le dernier,

soit on placera un coude de rglage sur la sortie du premier radiateur (2) pour crer une perte de charge supplmentaire. On parle de "T de rglage".

Dvissez le capuchon : vous trouverez un pas de vis fermer si on veut augmenter la perte de charge locale. Donc si vous avez froid dans votre chambre, allez serrer un tour de plus aux autres radiateurs ! Remarque : Un homme astucieux, Mr Tickelman, a propos un montage qui porte aujourdhui son nom. Quen pensez-vous ?

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4. Exercices

1. De l'eau passe dans un tuyau de 5 cm de diamtre la vitesse de 2 mtres par seconde. Que vaut le dbit ?

rp. : qv = 3,92 . 10-3 m3/s = 3,92 l/s 2. Quelle puissance un ventilateur doit-il produire pour transporter 1,5 m d'air par

seconde avec une perte de pression de 200 mm de colonne d'eau et un rendement de 65% ?

rp. : P = 4528 W. 3. Quelle perte de pression et quelle vitesse d'aspiration un ventilateur produit-il

lorsqu'il transporte chaque seconde 0,8 m d'air travers des tubes d'une section de 1200 cm et s'il a besoin d'une puissance lectrique de commande de 8 kW (son rendement est de 0.7) ?

rp. : p = 7000 Pa , v = 6,67 m/s ______________________________________

Solutions :

1. qv = S . v = D2

4 . v avec D = 0,05 m

2. P = p q v.

avec qv = 1,5 m/s

p = 200 mm H2O = gh

= 10 . 9,81 . 0,2 = 1962 Pa

= 0,65

3. P = p q v. p =

P

q v

.

qv = Vt = S . v v =

q

S

v

avec qv = 0,8 m/s ,

S = 0,12 m ,

= 0,7 P = 8000 W

M1 070915 Dim Chauffage

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