installations ventilltuion energetique

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Office fédéral des questions conjoncturelles 1994 724.307 f Installations de ventilation énergétiquement performantes

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Page 1: Installations Ventilltuion Energetique

Office fédéral des questions conjoncturelles

1994 724.307 f

Installationsde ventilation

énergétiquementperformantes

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Installationsde ventilationénergétiquementperformantes

Les études de cas effectuées dans le cadre du pro-jet RAVEL montrent que les installations de ventila-tion énergétiquement très performantes occasion-nent jusqu’à huit fois moins de frais en électricitéque des installations dimensionnées selon des cri-tères traditionnels.De telles installations ne permettent pas seulementde diminuer les frais d’exploitation, mais coûtentaussi souvent nettement moins cher.Quelles sont les étapes à franchir pour réaliser laplanification d’une installation énergétiquementperformante? Quelles sont les exigences posées àces installations par les recommandations SIAV382/1-3? Comment améliorer l’écoulement de l’airdans les installations ? Comment éviter le surdi-mensionnement des moteurs ou des ventilateurs?Quels sont les nouveaux systèmes – par exemplerefroidissement des dalles en béton, registre ter-restre à air, sonde géothermique – qui peuvent aiderà diminuer la consommation d’électricité?Le présent document répond à ces questions etdonne des indications concrètes sur les points àobserver lors de la planification des installations etle choix des composants. Il indique en outre auxarchitectes et aux maîtres de l’ouvrage à quelmoment de la planification faire appel au spécialisteen ventilation, mais aussi l’influence d’une bonneplanification sur le confort et la consommationd’énergie.De plus, cette documentation montre à l’utilisateurcomment, par des mesures bon marché, diminuerla consommation d’énergie.Des aide-mémoire sur les thèmes «Conception dubâtiment», «Conception des installations de venti-lation et de climatisation», «Conception de compo-sants particuliers », « Exploitation des équipe-ments» complètent cette documentation et en fontun outil de travail quotidien fort utile.

ISBN3-905233-53-3Edition originale : ISBN 3-905233-40-1

1994, 154 pagesN° de commande 724.307 f

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Programme d'impulsions RAVELOffice fédéral des questions conjoncturelles

Installations de ventilation

énergétiquement performantes

Page 4: Installations Ventilltuion Energetique

Associations de soutien

ASCV Association suisse des entreprises de chauffage et de ventilation

Astech Association des techniciens en chauffage,climatisation et froid

SBHI Ingénieurs-conseils suisses de la tech-nique du bâtiment et de l’énergie

SIA Société suisse des ingénieurs et des architectes

SICC Société suisse des ingénieurs en chauf-fage et climatisation

UTS Union technique suisse

UVACIM Union vaudoises des associationscommerciales, industrielles et des métiers

Direction du projet

Urs Steinemann, Ingenieurbüro US8832 Wollerau

Auteurs

Anton De Martin, Aicher De Martin Zweng AG6006 Luzern

Robert Meierhans, Meierhans & Partner AG8117 Fällanden

Urs Steinemann, Ingenieurbüro US8832 Wollerau

ISBN 3-905233-53-3Edition originale : ISBN 3-905233-40-1

Préparation du projet

• Thomas Baumgartner, Ingenieurbüro für Haustechnik,8600 Dübendorf

• Fritz W. Berg, ABB Normelectric AG, 8953 Dietikon• Christophe Brunner, E + B Concept,

1113 St-Saphorin s/Morges• Rudolf Furter, ZTL, 6048 Horw• Heinrich Gugerli, INTEP, 8034 Zürich• Werner Hochstrasser, Hochstrasser Consulting AG,

8152 Glattbrugg• Miklos Kiss, Elektrowatt Ingenieurunternehmung AG,

8022 Zürich• Jürg Nipkow, ARENA, 8006 Zürich• Erich Schadegg, Gruenberg & Partner AG,

8027 Zürich• Bendicht Schütz, ZTL, 6048 Horw• Heinz Villa, Amt für technische Anlagen und

Lufthygiene, 8090 Zürich• Charles Weinmann, Weinmann-Energies SA,

1040 Echallens• Daniel Wolfisberg, Team-Kader AG, 6304 Zug

Traduction et adaptation de la version française

Christophe Brunner, E + B Concept, 1113 St-Saphorin s/Morges

Mise en page et composition

Consortium Dac/City Comp SAMorges et Lausanne

Copyright © 1994 Office fédéral des questions conjonc-turelles, 3003 Berne, mai 1994.Reproduction d’extraits autorisée avec indication de lasource.Diffusion : Coordination romande du programme d’action«Construction et Energie», EPFL-LESO, Case postale 12,1015 Lausanne (Numéro de commande 724.307 f)

Form 724.307 f 05.94 300 U18183

Page 5: Installations Ventilltuion Energetique

Installations de ventilation énergétiquement performantes

Avant-propos

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D’une durée totale de 6 ans (1990-95), le programmed’action «Construction et Energie» se compose destrois programmes d’impulsions suivants :

• PI-BAT – Entretien et rénovation desconstructions

• RAVEL – Utilisation rationnelle de l’électricité

• PACER – Energies renouvelables

Ces trois programmes d’impulsions sont réalisésen étroite collaboration avec l’économie privée, lesécoles et la Confédération. Leur but est de favori-ser une croissance économique qualitative. Dansce sens ils doivent conduire à une plus faible utili-sation des matières premières et de l’énergie, avecpour corollaire un plus large recours au savoir-faireet à la matière grise.

Le programme RAVEL cherche principalement àaméliorer la compétence des professionnels à utili-ser l’énergie électrique à bon escient. Outre lesaspects de la sécurité et de la production, qui étaientprioritaires jusqu’ici, il est aujourd’hui indispen-sable de s’intéresser davantage aux rendements.RAVEL a établi une matrice de consommation quidéfinit dans leurs grandes lignes les thèmes à trai-ter. Les procédés utilisés dans l’industrie, le com-merce et le secteur tertiaire sont à considérer paral-lèlement aux utilisations de l’électricité dans lesbâtiments. Dans ce contexte, les groupes-ciblesconcernés sont les spécialistes de tous les niveauxde formation et les décideurs qui doivent gérer lesinvestissements en matière d’équipements et deprocédés.

Cours, manifestations, publications,vidéos, etc.Les objectifs de RAVEL sont poursuivis par des pro-jets de recherche et de diffusion des connaissancesde base, par des cycles de formation et de perfec-tionnement, ainsi que par l’information. Le transfertdes nouvelles connaissances est orienté vers unemise en pratique dans le travail quotidien. Il reposeprincipalement sur des publications, des cours etdes réunions. Une journée d’information annuelleRAVEL permet de présenter et de discuter des nou-veaux résultats, développements et tendances decette discipline fascinante qu’est l’utilisation ration-nelle de l’électricité. Les personnes intéressées trou-

veront dans le bulletin «Construction et Energie» deplus amples informations sur le vaste éventail despossibilités en matière de formation continueoffertes aux groupes-cibles. Ce bulletin paraît troisfois l’an et peut être obtenu gratuitement en s’adres-sant à la Coordination romande du programmed’action « Construction et Energie », EPFL-LESO,Case postale 12, 1015 Lausanne. En outre, chaqueparticipant à un cours, ou autre manifestation duprogramme, reçoit une publication spécialementélaborée à cet effet. Toutes ces publications peuventégalement être obtenues en s’adressant directe-ment à la Coordination romande du programmed’action « Construction et Energie », EPFL-LESO,Case postale 12, 1015 Lausanne.

CompétencesAfin de maîtriser cet ambitieux programme de for-mation, il a été fait appel à des spécialistes desdivers domaines concernés ; ceux-ci appartiennentau secteur privé, aux écoles, ou aux associationsprofessionnelles. Ces spécialistes sont épaulés parune commission qui comprend également desreprésentants des associations, des écoles et desbranches professionnelles concernées.

Ce sont les associations professionnelles qui pren-nent en charge l’organisation des cours et desautres activités proposées. Pour la préparation deces activités, une direction de projet a été mise enplace ; elle se compose du Dr Roland Walthert, deM. Werner Böhi, du Dr Eric Bush, de MM. Jean-MarcChuard, Hans-Ruedi Gabathuler, Jürg Nipkow,Ruedi Spalinger, du Dr Daniel Spreng, de M. FelixWalter, du Dr Charles Weinmann et de M. EricMosimann de l’OFQC. Une très large part des acti-vités est confiée à des groupes de travail qui sontresponsables du contenu, de même que du main-tien des coûts et des délais.

DocumentationLa présente documentation traite des principauxaspects dont il faut tenir compte lors de la planifi-cation, de l’exploitation et de l’entretien d’instal-lations de ventilation et de climatisation, afin queles conditions ambiantes prévues puissent êtresatisfaites en utilisant un minimum d’énergie. Les

Page 6: Installations Ventilltuion Energetique

Installations de ventilation énergétiquement performantes

auteurs ont également attaché beaucoup d’impor-tance à présenter les dernières connaissances etles nouveaux développements. Il faut mentionnerpar exemple les recommandations SIA V382/1-3publiées en 1993, les connaissances tirées du pro-gramme de recherche « Ventilation et énergiedans le bâtiment» (VEB), ainsi que divers autresnouveaux systèmes et composants.

Le présent document a fait l’objet d’une procédurede consultation ; il a également été soumis àl’appréciation des participants lors d’un courspilote, ce qui a permis aux auteurs d’effectuer lescorrections nécessaires. Ceux-ci ont toutefois

gardé leur liberté d’appréciation pour les ques-tions où les avis divergeaient. Ils assument doncaussi la responsabilité de leurs textes. Des amé-liorations sont encore possibles et des sugges-tions éventuelles peuvent être adressées soit àl’Office fédéral pour les questions conjoncturelles,soit au directeur de projet responsable (voir p. 2).

Office fédéral des questions conjoncturellesService de la technologie

Dr B. Hotz-HartVice-directeur

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Page 7: Installations Ventilltuion Energetique

1. Contenu et but de la documentation

1. Contenu et but de la documentation

1.1 Contexte, domaine d’application 11

1.2 But de la documentation 11

1.3 Comment utiliser cette documentation 11

1.4 Autres documents et projets 12

1.4.1 Normes et recommandations SIA 12

1.4.2 Programme de recherche VEB 13

1.4.3 Publications 15

Bibliographie chapitre 1 15

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Page 8: Installations Ventilltuion Energetique

1.1 Contexte, domaine d’application

Différentes études montrent qu’on ne peut pasnégliger la consommation d’électricité des instal-lations de ventilation. Grâce, en particulier, auxactivités du programme d’impulsion RAVEL, plu-sieurs installations ont pu être mesurées et analy-sées. Certaines servent d’exemples lors du coursdonné en relation avec cette brochure. Lesexemples font l’objet d’une documentation sépa-rée remise aux participants pendant le cours [1.7].On constate que pour des bâtiments dont l’affec-tation et les exigences en matière de ventilationsont similaires, la consommation d’électricitévarie beaucoup. Cela laisse entrevoir un trèsgrand potentiel d’économie pour beaucoup d’ins-tallations existantes. La commission SIA 380/4«L’énergie électrique dans le bâtiment» travaillesur les exigences fondamentales à formuler enmatière de consommation d’électricité en fonc-tion de l’utilisation d’un bâtiment. Le premier pro-jet de cette recommandation SIA a subi une phasetest jusqu’à fin 1992 et est retravaillé actuellement[1.1].

La présente brochure, ainsi que les autres docu-ments du programme d’impulsion RAVEL et larecommandation SIA 380/4 devraient à l’aveniraider à diminuer la consommation d’électricitédes installations de ventilation en Suisse, qu’ellessoient neuves ou existantes. Le contenu de la bro-chure s’applique en premier lieu aux installationsde ventilation et de climatisation de locaux habi-tés (bureau, administration, salle de réunion,école, habitation, etc.). Il est largement possible etsouhaitable de l’appliquer par analogie aux ins-tallations spéciales telles qu’industries, hôpitaux,équipements routiers, restaurants, protectioncivile, etc., pour autant qu’on tienne compte desexigences particulières de ce type d’installations.Les questions relatives à la production du froid nesont pas traitées par ce document.

1.2 But de la documentation

La documentation passe complètement en revueles différents aspects des installations de ventila-tion ayant une influence sur la consommationd’électricité. Elle est destinée en premier lieu àceux qui s’occupent de planification d’installationsde ventilation. Beaucoup d’informations pourrontaussi être utiles aux fabricants, aux architectes,aux maîtres d’ouvrages et aux exploitants.

1.3 Comment utiliser cette documentation

Au début de la brochure, les pages 5 et 6 présen-tent une table des matières générale offrant la vued’ensemble des thèmes abordés. Chaque chapitrecommence ensuite par une table des matières spé-cifique et se termine par une liste de publicationsse rapportant aux thèmes traités. Un résumé desnotions principales se trouve au début de chaquesous-chapitre important.

Dans bien des cas, les aide-mémoire du chapitre 7s’avèrent également très utiles pour avoir un pre-mier aperçu. Ils concernent les thèmes suivants:

– Conception du bâtiment.

– Conception des installations de ventilation etde climatisation.

– Conception de composants particuliers.

– Exploitation des équipements.

1. Contenu et but de la documentation

1. Contenu et but de la documentation

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Page 9: Installations Ventilltuion Energetique

1. Contenu et but de la documentation

1.4 Autres documents et projets

1.4.1 Normes et recommandations SIA

La société suisse des ingénieurs et des architectesa publié trois recommandations qui traitent desinstallations de ventilation et de climatisation :

Recommandation SIA V382/1« Performances techniques requises pourles installations de ventilation et declimatisation » [1.2]

– Désignation des flux d’air et des types d’instal-lations.

– Performances requises pour les installationsde ventilation et de climatisation, tenantcompte des questions de confort, d’hygiène etde consommation d’énergie.

– Définition des valeurs de garantie et procédurede réception.

– Indications générales pour la planification etl’exécution d’installations de ventilation et declimatisation.

Recommandation SIA V382/2« Puissance de réfrigération à installerdans le bâtiment » [1.33]

– Procédure de calcul pour le dimensionnementdes installations, afin de garantir le condition-nement des locaux.

– Indications concernant les principales condi-tions et charges thermiques externes.

– Valeurs typiques de charges thermiques inter-nes.

Recommandation SIA V382/3« Preuve des besoins pour les installationsde ventilation et climatisation » [1.5]

– Preuve du besoin pour une réfrigération de l’air(y compris mesures constructives requises).

– Preuve du besoin pour une humidification del’air.

– Conditions cadres pour installations énergéti-quement performantes.

Une première édition des recommandations SIAV382/1 et V382/3 fut publiée en avril 1989 et sou-mise à une consultation prolongée jusqu’à fin1991. La nouvelle édition de 1992 tient compte desexpériences ainsi faites et des nouvelles connais-sances acquises dans l’intervalle.

La recommandation SIA V382/2 remplace la docu-mentation SIA D 70 « Kühlleistungsbedarf vonGebäuden » (en allemand seulement) de 1983.Une description complète des méthodes de calculutilisées dans SIA V382/2 se trouve dans la docu-mentation SIA D 088 [1.4].

Les recommandations SIA V382/1, V382/2 et éven-tuellement aussi V382/3, seront remplacées dansquelques années par les normes européennesCEN. Les travaux correspondants CEN/TC 156sont effectués en collaboration avec la Suisse.C’est pourquoi, les trois recommandations SIAont été publiée en version V (jaune). Elles corres-pondent à l’état actuel des connaissances et doi-vent être utilisées jusqu’à la parution des normesrespectives du CEN.

La recommandation SIA 380/4 devrait fortementcontribuer à faire diminuer la consommationd’électricité des bâtiments :

Recommandation SIA 380/4«L’énergie électrique dans le bâtiment»[1.1]

– Détermination préalable de la consommationd’électricité.

– Meilleures valeurs et valeurs cibles pour jugerla consommation d’électricité calculée oumesurée.

– Mise en place et suivi d’un budget énergétique.

– Directives de planification et d’exploitation.

Le projet de la recommandation SIA 380/4 a subiune phase d’essai jusqu’à fin 1992 (paragraphe 3.5).

12

Page 10: Installations Ventilltuion Energetique

1. Contenu et but de la documentation

1.4.2 Programme de recherche VEB

Le programme de recherche «Ventilation et éner-gie dans le bâtiment» (VEB - ERL en allemand) futdéveloppé en 1985 ; sa réalisation a débuté en1986. Les thèmes principaux du programme derecherche sont le transport de l’air et des pol-luants à l’intérieur des bâtiments et dans leurenvironnement immédiat, plus particulièrementsous l’aspect énergétique.

Le but de ce programme de recherche VEB est demettre à disposition des planificateurs des instru-ments de travail qui leurs permettent de détermi-ner, déjà dans les phases de planification, tous lesparamètres déterminants de la circulation de l’airdans et autour du bâtiment, pour :

– garantir le bien-être, le confort et la sécuritédes utilisateurs ;

– concevoir des systèmes de ventilation et dechauffage ayant un bon rendement ;

– exploiter au maximum le rayonnement solaireet les apports de chaleur ;

– utiliser l’énergie de façon optimale.

On a particulièrement tenu compte des conditionsclimatiques et météorologiques propres à la

Suisse ainsi que des types de constructions enusage dans notre pays.

Pour atteindre ces buts, il a fallu procéder de lafaçon suivante :

– Description mathématique du transport de l’airet des polluants à l’intérieur d’un local ou entreles différentes zones d’un bâtiment.

– Préparation de méthodes de mesure de lavitesse de l’air, de ses variations, de la tempé-rature de l’air et de la concentration en sub-stances nocives.

– Description de divers systèmes de ventilation,chauffage et climatisation pour différentstypes de bâtiments.

– Transposition des résultats en documents deplanification pouvant, dans la mesure du pos-sible, être utilisables sans moyens informa-tiques lourds.

La publication de la collection documentaire VEBen sept volumes (voir tableau 1.1) est la transpo-sition, dans la pratique, des nombreux résultatsdu programme de recherche VEB. La vente de cesdocuments se fera dès début 1994 par l’ASCV.

13

N˚ Titre Contenu

VEB 1 Vue d’ensemble VEB – Introduction, contexte– Objectifs– Organisation et déroulement (coordination, organigramme, budget,

déroulement)– Travaux et résultats des différents domaines (résumé)– Diffusion (concept, groupes cibles, manifestations, documentation pour

la pratique)– Perspectives (prestations, projets futurs)

VEB 1A Annexe – Liste des différents projets– Liste des institutions associées au projet– Liste des publications– Liste des abréviations

VEB 2 Lexique – Lexique des notions importantes en ventilationde la ventilation – Liste des mots spécifiques à la branche

– Bibliographie

Page 11: Installations Ventilltuion Energetique

1. Contenu et but de la documentation

14

N˚ Titre Contenu

VEB 3 Aéraulique – IntroductionBases physiques – Physique de l’écoulement de l’air dans un local (notions fondamentales)

– Ecoulement de l’air dans le local– Echanges d’air et d’impuretés entre les différentes zones d’un

bâtiment et entre le bâtiment et l’extérieur– Echanges thermiques avec l’enveloppe du bâtiment– Confort thermique et qualité de l’air– Critères pour jauger les systèmes de ventilation– Bibliographie

VEB 4 Atlas de la ventilation – Introduction– Bases numériques et physiques– Types d’écoulement d’air pour différents systèmes de ventilation– Structure de l’atlas– Interpolation des résultats et étude de sensibilité– Bibliographie

VEB 4A Annexe – Atlas avec marche à suivre pour systèmes à déplacement d’air (Quellüftung) et à induction

VEB 5 Programmes de calcul – Introductiondes flux d’air dans – Vue d’ensemble et marche à suivreles bâtiments – Modèles monozones

– Modèles multizones– Couplages entre modèles monozones et multizones

VEB 5A Annexe – Exemples de calcul avec le programme multizones– Exemples de couplages entre modèles monozones et multizones

VEB 6 Ventilation, – Introductionénergie et confort – Choix de la méthode de mesure appropriéeMéthodes de mesure – Moyens de mesure

– Mesure de la température et de la vitesse de l’air pour le confort– Mesures pour juger un local– Mesures pour juger une installation de ventilation– Mesures dans des bâtiments à plusieurs zones– Bibliographie/index

VEB 7 Les systèmes de – Confort thermiqueventilation modernes – Qualité de l’air ambiantConnaissances actuelles – Ecoulement du flux d’air dans une pièceet marche à suivre – Choix du système et domaine d’applicationpour la planification de – Ventilation par déplacement d’air (Quellüftung)bâtiments de services – Ventilation par induction

– Plafonds froids

Tableau 1.1 :Table des matières de la collection VEB [1.6].

Page 12: Installations Ventilltuion Energetique

1. Contenu et but de la documentation

1.4.3 Publications

Chaque chapitre principal contient à la fin uneliste d’ouvrages se rapportant au thème traité. Lespublications dont le titre est donné dans une autrelangue que le français, n’existent que dans lalangue indiquée.

15

Bibliographie chapitre 1

[1.1] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAL’énergie électrique dans le bâtimentRecommandation SIA 380/4, projet pour une phase d’essai de janvier à décembre 1992

[1.2] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPerformances techniques requises pour les installations de ventilation et de climatisationRecommandation SIA V382/1, édition 1992

[1.3] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPuissance de réfrigération à installer dans le bâtimentRecommandation SIA V382/2, édition 1992

[1.4] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAErgänzungen zur Berechnungsmethodik in der Empfehlung SIA V382/2Dokumentation D 088, édition 1992

[1.5] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPreuve des besoins pour les installations de ventilation et de climatisationRecommandation SIA V382/3, édition 1992

[1.6] Association suisse des entreprises de chauffage et de ventilation ASCVCollection documentaire pour le programme de recherches « Ventilation et énergie dans le bâtiment»VEB 1 Vue d’ensembleVEB 2 Lexique de la ventilationVEB 3 Aéraulique – Bases physiquesVEB 4 Atlas de la ventilationVEB 5 Programmes de calcul des flux d’air dans les bâtimentsVEB 6 Ventilation énergie et confort – Méthodes de mesureVEB 7 Les systèmes de ventilation modernes

[1.7] Ch. Weinmann, Chr. BrunnerEtudes de casDocuments pour le cours RAVEL « Installations de ventilation énergétiquement performantes»

Page 13: Installations Ventilltuion Energetique

2. Consommation d’électricité et potentiel d’économie

2. Consommation d’électricitéet potentiel d’économie

2.1 Consommation finale d’énergie en Suisse 19

2.2 La consommation d’électricité en fonction de son utilisation 19

2.3 Potentiel d’économie des installations de ventilation 19

Bibliographie chapitre 2 20

17

Page 14: Installations Ventilltuion Energetique

2. Consommation d’électricité et potentiel d’économie

2. Consommation d’électricité et potentiel d’économie

19

2.1 Consommation finaled’énergie en Suisse

La figure 2.1 présente la consommation finaled’énergie en fonction des vecteurs énergétiques,en Suisse, de 1910 à 1990.

La consommation finale d’énergie augmente defaçon continue depuis le milieu de ce siècle. Laseule petite diminution observée est due à la crisepétrolière du début des années septantes. L’élec-tricité fait partie des vecteurs énergétiques dont lacroissance est ininterrompue. La croissance annu-elle a été de presque 3% en moyenne pendant lesannées huitantes. Pour les années nonantes, ons’attend encore à une augmentation, si possibleatténuée, de la consommation d’électricité. Unestabilisation ne semble possible qu’au tournantdu siècle.

2.2 La consommation d’électricité en fonctionde son utilisation

La figure 2.2 représente, à partir d’une estimationgrossière, la répartition de la consommationd’électricité en Suisse. On y voit que les installa-tions techniques du bâtiment sont à l’origine d’unquart de la consommation totale d’électricité enSuisse, c’est-à-dire tout juste 12 500 sur un totalde 50 000 GWh/a.

L’énergie électrique utilisée pour les moteurs depompes et de ventilateurs, organes de com-mandes et ascenseurs, est estimée à 8% du totalde la consommation, soit 4000 GWh/a.

2.3 Potentiel d’économie desinstallations de ventilation

Les installations de ventilation sont, sans aucundoute, susceptibles de dégager un fort potentield’économie d’électricité. Des mesures de consom-mation électrique effectuées sur des installationsd’usage similaire montrent que les valeurs spéci-fiques de consommation d’électricité varient dansun rapport 1 :5 pour le transport de l’air seul, et

Figure 2.1 :Energie finale consommée de 1910 à 1990 selon les vecteurs énergétiques [2.1].

Figure 2.2 :Matrice de consommation de l’électricité en Suisse [2.2].

Installations techniquesdes bâtiments (25%)

Processus dans le secteur tertiaire (14%)

Processus industriels (30%)

Transports (7%)

Utilisation domestique (24%)

TJ800 000

600 000

400 000

200 000

0

1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990

Chaufffage à distance

Electricité

Gaz

Carburants

Mazout

Déchets industrielsCharbonBois

Page 15: Installations Ventilltuion Energetique

2. Consommation d’électricité et potentiel d’économie

dans un rapport 1 :8 pour la consommation globaled’électricité [2.3].

Les principales mesures pour réduire la consom-mation d’électricité des installations de ventila-tion sont les suivantes :– Créer les conditions cadres nécessaires au

niveau de la construction du bâtiment, de l’ex-ploitation et de l’organisation pour obtenir desinstallations à faible consommation d’énergie.

– Tester systématiquement la nécessité des ins-tallations prévues.

– Fixer les critères de dimensionnement en fonc-tion des besoins. Renoncer aux fonctions nonnécessaires ainsi qu’aux installations et appa-reils surdimensionnés.

– Utiliser des composants ayant un bon rende-ment sur toute la plage de travail.

– Concevoir les installations en tenant comptedes problèmes qui pourraient se poser à l’en-tretien et exploiter les installations selon lesconditions fixées. Bien des économies sontdéjà possibles avec une simple horloge.

– Rendre possible la mesure des paramètresdéterminants de l’installation et sa consom-mation d’énergie. Pendant l’exploitation, pro-céder régulièrement aux mesures de contrôle.Faire une comptabilité énergétique.

20

Bibliographie chapitre 2

[2.1] Office fédéral des questions conjoncturellesManuel RAVELL’électricité à bon escientISBN 3-905233-12-6, 1993

[2.2] Office fédéral des questions conjoncturellesProgramme d’impulsions RAVELConcept 89

[2.3] Ch. Weinmann, Chr. BrunnerEtudes de casDocuments pour le cours RAVEL « Installations de ventilation énergétiquement performantes »

Page 16: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3. Données de base

3.1 Confort 23

3.1.1 Généralités 23

3.1.2 Zone de séjour 23

3.1.3 Confort thermique 24

3.1.4 Qualité de l’air des locaux 28

3.1.5 Exigences concernant l’acoustique 32

3.2 Calcul des charges frigorifiques 33

3.2.1 Généralités 33

3.2.2 Déroulement du calcul 36

3.2.3 Débit d’air nécessaire pour évacuer la chaleur 37

3.3 Détermination du débit d’air 38

3.4 Besoins en énergie pour le transport de l’air 40

3.4.1 Exigences selon SIA V382/3 40

3.4.2 Puissance spécifique 40

3.4.3 Consommation spécifique d’énergie 42

3.4.4 Mesures pour réduire les pertes de charges 43

3.5 SIA 380/4 « L’énergie électrique dans le bâtiment» 46

3.5.1 Buts 46

3.5.2 Avancement du projet de recommandation 46

3.5.3 Idées de base 46

3.5.4 Budget énergétique pour la lumière, le travail mécaniqueet le fonctionnement des équipements de production 47

3.5.5 Performance globale requise 48

Bibliographie chapitre 3 50

21

Page 17: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3. Données de base

23

3.1 Confort

3.1.1 Généralités

Les installations de ventilation et de climatisationont une influence déterminante sur :– le confort thermique ;– la qualité de l’air ;– le niveau d’intensité sonore.

D’autre part, le bien-être d’une personne dans unlocal et son efficacité au travail sont fonction dedivers facteurs, tels que :– le type d’activité et l’aménagement des places

de travail ;– la grandeur du local et l’ameublement ;– l’éclairage et les couleurs ;– la vue sur l’extérieur ;– l’ambiance de travail ;– le bien-être.

Basés sur les connaissances actuelles en matièrede confort, les chiffres 3.1.3 à 3.1.5 formulent lesconditions à respecter dans la zone de séjour quiest définie sous chiffre 3.1.2. Ces données sonttirées de la recommandation SIA V382/1 [3.8].

Même en satisfaisant aux exigences mentionnéesci-après, on a remarqué que des situations d’incon-fort peuvent se produire en raison d’une mauvaiseconception ergonomique des places de travail (parexemple une posture figée). Il est recommandédans ce cas de réorganiser les places et les condi-tions de travail. Des demandes pour des exigencesaccrues de confort ne devraient être accordéesqu’exceptionnellement.

Les exigences quant au confort thermique sontdéterminées sous chiffre 3.1.3, par analogie à SIAV382/1, pour un indice PPD de 10 %, moyennantquelques simplifications. Pour plus de détails, sereporter à ISO 7730 [3.2].

3.1.2 Zone de séjour

Les modalités sur le confort prescrites par la suite,ne s’appliquent pas à la totalité de la pièce, maisseulement à la zone de séjour. Par conséquent, onprocédera aux mensurations de réception dans lazone de séjour.

Résumé

– Les modalités du confort et la définition de la zonede séjour doivent être fixées à temps et de façonexhaustive avec le maître de l’ouvrage. En géné-ral on partira des conditions arrêtées dans SIAV382/1.

– Des exigences accrues signifient dans la plupartdes cas une augmentation de la consommationd’énergie. Il ne faut donc les satisfaire qu’excep-tionnellement, où cela se justifie.

Page 18: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

24

La définition de la zone de séjour dépend de l’uti-lisation des locaux. Il est donc parfois nécessairede la préciser.

De manière générale, elle peut être définie de lafaçon suivante (voir figure 3.1) :– à 1,00 m de distance des fenêtres ;– à 0,50 m de distance des parois internes et des

parois externes non vitrées ;– à 0,10 m de distance du plancher (limite infé-

rieure) ;– à 1,30 m de distance du plancher pour une acti-

vité assise ;– à 1,80 m de distance du plancher pour une acti-

vité debout.

En l’absence d’arrangement particulier, les espacessuivants ne font pas partie de la zone de séjour:– les zones de passage ;– les endroits à proximité des portes ouvertes ou

utilisées fréquemment ;– les environs des bouches d’aération (par

exemple des diffuseurs de sol) ;– la proximité des appareils dégageant beau-

coup de chaleur ou provoquant une forteconvection (par exemple photocopieur ouordinateur).

3.1.3 Confort thermique

La notion de confort thermique dans un local estfonctiona) du local lui-même:

– par la température moyenne des surfaces(température de rayonnement) ;

– par les sources rayonnant de la chaleur.

b) des occupants :– selon leurs activités, c’est-à-dire de leur

dégagement de chaleur ;– en fonction de leur habillement, c’est-à-dire

de leur isolation thermique.

c) des prestations des installations de ventilationet de climatisation :– par la température de l’air ambiant ;– par le brassage de l’air (vitesse, direction,

turbulences) ;– par l’humidité relative de l’air ambiant.

Les principes fondamentaux du confort thermi-que sont exposés dans la norme SIA 180 « Isola-tion thermique des bâtiments» [3.4].

1,00 0,50

0,10

1,30

Figure 3.1 :Zone de séjour [3.8].

Page 19: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

Les définitions ci-dessous, extraites de la recom-mandations SIA V382/1, s’appliquent en complé-ment aux locaux équipés d’une installation deventilation.

Dans les bureaux, les calculs sont effectués sur labase d’un coefficient d’activité de 1,2 met et d’uncoefficient d’habillement de 1,0 clo en hiver ou de0,5 clo en été.

L’exploitation hivernale comprend tous lesétats de fonctionnement avec production de cha-leur pour la ventilation ou le chauffage statique,pour autant que ce dernier ne serve pas essentiel-lement à améliorer le confort à proximité desvitrages. Le transport de chaleur provenant desurplus d’énergie ou d’installations de récupéra-tion de chaleur n’est pas considéré comme exploi-tation hivernale.

L’exploitation estivale comprend tous les étatsde fonctionnement d’une installation de ventila-tion, avec et sans réfrigération, à l’exclusion de ladistribution de chaleur. Lorsque les charges ther-miques intérieures sont importantes, il est mêmepossible d’avoir une exploitation estivale en hiver.

3.1.3.1 Température de l’air ambiant tiet température du local tR(résultante)

Le rayonnement de chaleur émis par le corpshumain dépend de la température des surfacesenvironnantes, alors que la chaleur émise parconvection dépend de la température et de lavitesse de l’air.

La température résultante du local tR, selon SIA 180(dénommée operative temperature selonISO 7730), est la grandeur caractéristique permet-tant de juger des conditions de confort pour lerayonnement du corps humain. La températurerésultante tR diffère de la température de l’airambiant ti. Leur différence varie dans l’espace etdans le temps.

La température de l’air ambiant ti est considéréecomme premier critère de confort étant donnéque le dimensionnement et le réglage des instal-lations de ventilation s’effectue sur la base de ti.C’est la température contrôlée lors de la récep-tion, tout comme doivent l’être, en complément,la température du local tR et la température

25

Page 20: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

moyenne de surface toi, afin de satisfaire leconfort par rayonnement.

Température de l’air ambiant tipour la planificationDans une construction bien isolée, équipée deprotections solaires adéquates, les valeurs de pla-nification de la température de l’air ambiant ti sontdéfinies au tableau 3.1 pour une activité normalede bureau (valeur met =1,2) et un habillementadapté, pour l’hiver (valeur clo = 1,0) et l’été(valeur clo = 0,5). Ces valeurs tiennent compte dela sensibilité à la chaleur de tout le corps.

Dans le cas d’applications particulières avecd’autres valeurs clo et met, les valeurs de planifi-cation à prendre en compte pour la températurede l’air ambiant peuvent être déterminées d’aprèsISO 7730, par analogie au tableau 3.1.

Les modalités de dimensionnement décrites dansla recommandation SIA V 382/2 doivent se basersur les températures planifiées.

Contrôle du confort par rayonnementEn hiver, des retombées d’air froid à proximitédes fenêtres peuvent se faire sentir. Il est néces-saire de respecter les exigences de la recomman-dation SIA 384/2 [3.12].

Afin de garantir le confort thermique souhaité enété, il faut que la différence entre la températuremoyenne des surfaces intérieures et celle de l’airambiant soit inférieure à 4 K et que la températurerésultante tR du local soit comprise entre 22 et28° C. De plus, la vitesse d’air dans le local nedevrait pas dépasser les valeurs limites indiquéessous 3.1.3.2. Dans ces conditions, la températuredu local résulte de la moyenne entre la tempéra-ture de l’air et la température moyenne des sur-faces intérieures (voir aussi norme SIA 180 [3.4]).

tR Température résultante du localti Température de l’air ambianttoi Température moyenne pondérée des surfaces

intérieures

La figure 3.2 représente les plages admissibles dela température moyenne des surfaces toi en

tR =ti + toi

2

26

Figure 3.2 :Plages admissibles de la température moyenne dessurfaces toi en exploitation estivale, en fonction de latempérature de l’air ti [3.8].

Tableau 3.1 :Température de l’air ambiant ti planifiée et en exploita-tion, dans un bureau (1,2 met) [3.8].

Exploitation hivernaleclo = 1,0

Exploitation estivaleclo = 0,5

Température planifiée = 20°C

Température en exploitation = 19-24°C

Température planifiée = 26°C

Température en exploitation = 22-28°C *

* Pendant la canicule (te max> 30°C), la température ambiante peutdépasser 28° C. Dans cette situation exceptionnelle, la température inté-rieure ne peut être garantie.

Plage de travail en «exploitation

estivale»

Température de l’air ambiant ti [° C]

Tem

pér

atu

re m

oye

nn

e d

es s

urf

aces

inté

rieu

res

t oi[°

C]

Page 21: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

27

exploitation estivale, en fonction de la tempéra-ture de l’air ambiant ti. La température du local tRqui en résulte y est également mentionnée.

3.1.3.2 Vitesse de l’air dans le localL’air diffusé dans un local crée des mouvementsd’air turbulents dont les vitesses sont variablesdans le temps. Le degré de turbulence Tu caracté-rise les turbulences du mouvement de l’air.

Tu = Degré de turbulence [-]w84 % = Vitesse limite de l’air non dépassée pen-

dant les 84 % du temps de mesurew50 % = Vitesse limite de l’air non dépassée pen-

dant les 50 % du temps de mesure

Avec des faibles turbulences (par exemple sallesblanches) les vitesses de l’air peuvent être plusélevées. Avec de fortes turbulences, les vitessesadmises sont moindres.

De façon générale, les vitesses d’air admissiblessont plus élevées pour des températures ambian-tes élevées que pour des températures ambiantesbasses. La figure 3.3 montre ces relations, baséessur un modèle développé par le CEN/TC 156/WG 6.Elles sont valables pour des personnes au com-portement thermique globalement neutre.

Dans des locaux ventilés de façon convention-nelle, le degré de turbulence se situe entre 0,3 et0,6. Dans ces conditions on applique les valeurslimites du tableau 3.2.

Les vitesses de l’air susmentionnées correspon-dent à des exigences sévères ne pouvant être res-pectées qu’au moyen d’investissements appro-priés.

Ces conditions sont nécessaires pour garantir leconfort avec les températures d’air ambiant dutableau 3.1.

Une pré-étude du système de ventilation en labo-ratoire est recommandée pour les locaux critiques(par exemple un local avec de grandes surfacesvitrées ou de géométrie complexe).

Tu =w84% – w50%

w50%

Tableau 3.2 :Valeurs admissibles de la vitesse limite de l’air, nondépassée durant 50% du temps et pour une activité debureau (1,2 met) [3.8].

Figure 3.3 :Vitesse de l’air admissible en fonction de la températureambiante et du degré de turbulence [3.8].

Exploitation hivernaleclo = 1,0

Exploitation estivaleclo = 0,5

ti = 19 - 24° C0,12 m/s

ti = 22 - 28° C0,15 m/s

Vitesse d’air admissible dans le local(Base : Draught Risk DR = 10%)

Température de l’air ambiant [° C]

Degré de turbulence Tu

Vit

esse

mo

yen

ne

de

l’air

dan

s le

loca

l [m

/s]

Page 22: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.1.3.3 Humidité de l’air du localEntre 19 et 28° C, la part d’évaporation nécessaireau maintien et à la régulation de la températuredu corps humain est faible. C’est pourquoi l’humi-dité relative de la zone de confort se situe entreϕi = 30% h.r. (en hiver avec ti = 19-24° C) et 65%h.r. (en été avec ti = 22-28° C). Des valeurs infé-rieures jusqu’à 20 % h.r. ou supérieures jusqu’à75 % h.r., peuvent, du point de vue physiologique,être tolérées occasionnellement pendant quel-ques jours par an.

L’humidification de l’air n’est en général pasnécessaire s’il n’y a pas d’exigences particulièresrelatives à l’ambiance du local (voir recommanda-tion SIA V 382/3 [3.11]). Pratiquement, on constateque les plaintes dues à un air trop sec sont souventcausées, soit par des températures trop élevées,soit par trop d’air frais, soit par une teneur enpoussière trop élevée de l’air ou encore par la pré-sence d’autres impuretés, par exemple la formal-déhyde. On effectuera la purification de l’air à lasource, au moyen de techniques appropriées.

Pour autant qu’une humidification soit exigée,l’emploi d’un humidificateur local se révèle sou-vent plus efficace qu’une humidification généraleinsérée dans l’installation de ventilation et de cli-matisation.

Le refroidissement de l’air peut entraîner un effetde déshumidification. Une déshumidification ouune humidification complémentaire ne se justifieque pour les locaux à exigences particulières.

3.1.4 Qualité de l’air des locaux

L’air du local doit être traité de manière à éviter :

– tout problème de santé ;

– tout préjudice au bien-être ;

– tout dommage causé aux locaux.

Parallèlement, les besoins énergétiques des ins-tallations de ventilation et de climatisation doi-vent être réduits au minimum.

La seconde exigence consiste en une réduction desémissions nocives à la source, afin qu’elles soientsuffisamment réduites pour que l’apport d’air neufsuffise à les diluer. Ceci est en particulier valable

28

Page 23: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

concernant les émissions des équipements inté-rieurs, matériaux de construction et travaux de net-toyage, ainsi que contre les infiltrations de radondans les locaux habités. Si des sources ponctuellesd’émissions nocives persistent, il convient d’amé-nager une protection ou une bouche d’aspirationau bon endroit, de manière à ce qu’elles ne soientplus décelables dans le reste du local.

Les clauses suivantes relatives à la qualité de l’airambiant s’appliquent à la zone de séjour selon3.1.2.

Le taux de renouvellement d’air des locaux nonfumeurs est déterminé par les odeurs corporellestransmises à l’air ambiant et, selon les régions etla température extérieure, par le taux d’humidité.La teneur en dioxyde de carbone est un bon indi-cateur du niveau des émanations corporelles.

On peut aussi utiliser le Dezipol pour l’apprécia-tion ressentie de la qualité de l’air et l’Olf commeunité de base pour le taux de pollution de l’air. Lesvaleurs Dezipol et l’acceptation de la qualité del’air sont liées, comme le sont le taux de renou-vellement d’air et son acceptation. Ainsi, on peutadjoindre à chaque valeur Dezipol, la quantitéd’air extérieur à apporter pour obtenir la qualitéd’air requise. Il faut savoir, que seules les pollu-tions ressenties sont prises en considération lorsde l’appréciation de la qualité de l’air à l’aide deDezipol ; le cumul de pollutions de nature diffé-rente peut être problématique.

Les locaux où l’on fume nécessitent un plus grandrenouvellement d’air. L’utilisation de critères pourla fumée de tabac, comme par exemple le mono-xyde de carbone, est discutable.

En effet, les détecteurs dédiés à cet usage ne per-mettent que de déterminer une concentrationmoyenne dans la pièce, et non pas la concentra-tion dans l’environnement immédiat des fumeurs,laquelle est déterminante pour l’incommodationdue à la fumée.

Pour les émissions inévitables comme le CO2, lesodeurs, l’humidité et éventuellement la fumée detabac, il convient de se conformer au taux derenouvellement d’air figurant sous 3.1.4.1 ainsique sous 3.1.4.2. Un bon système de remplace-ment de l’air, permet d’obtenir la qualité de l’airrequise, tout en opérant avec un faible taux derenouvellement.

29

Page 24: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.1.4.1 Taux de renouvellementd’air conseillé

Le taux de renouvellement d’air dans les locauxnon fumeurs est fonction des exigences de confortdésiré. De façon générale, l’installation de ventila-tion sera dimensionnée pour une teneur endioxyde de carbone de 0,10 %, (correspondant àune différence de 0,06-0,07% entre l’air intérieur etextérieur) ce qui correspond à un taux de renou-vellement d’air de 25 à 30 m3 par heure et par per-sonne. Du seul point de vue hygiénique, uneteneur en dioxyde de carbone de 0,15 % (corres-pondant ainsi à une différence de 0,11 %-0,12%)est encore tout à fait acceptable ; 12 à 15 m3 parheure et par personne sont alors nécessaires.

Des enquêtes ont rapporté qu’avec une teneur de0,15% en dioxyde de carbone dans un local, laqualité de l’air était considérée comme suffisantepar 85% des occupants.

Pour une même arrivée d’air, plus le volume d’unlocal est grand, plus la teneur en dioxyde de car-bone augmente lentement, jusqu’à une stabilisa-tion de la concentration. Les débits d’air recom-mandés pour respecter les concentrations endioxyde de carbone de 0,10 %, respectivement0,15%, ont été établis sur la base d’une installa-tion d’aération conventionnelle. Une optimisationde l’insufflation et de la diffusion de l’air permet-trait de diminuer l’apport d’air extérieur.

Dans les locaux fumeurs, 30 à 40m3 par heure etpar personne sont nécessaires pour éviter des irri-tations aiguës et environ 60 à 70m3 par heure etpar personne pour éviter tout désagrément. Dansles grands locaux publics ou dans les grandsbureaux pourvus d’installations de ventilation, ilconvient d’ajuster l’apport d’air extérieur en fonc-tion du nombre de cigarettes fumées à l’heure.Pour éviter tout désagrément ou toute atteinte à lasanté, une interdiction de fumer s’impose. Il estfortement conseillé d’aménager des fumoirs oudes bureaux pour fumeurs, là où cela est possible.

Dans les locaux de petite taille (jusqu’à environ100m3), il est possible d’installer des purificateursd’air afin de réduire les nuisances dues au tabac.Cela nécessite toutefois des filtres performants,un entretien régulier et un taux de brassage d’aumoins deux à trois fois par heure.

Si les principes de diminution des émissions nesont pas suffisamment respectés, l’air du local

30

Page 25: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

risque d’être pollué pendant les 2 à 3 premièresannées d’exploitation par des substances orga-niques gênantes, voire même nocives, exigeantalors une intensification de l’aération.

En respectant les taux de renouvellement d’aircités précédemment, les dégâts dus à l’humiditéet l’apparition de moisissures peuvent être évitésdans les habitations et les bureaux conformes à lanorme SIA 180.

Le tableau 3.3 résume les taux de renouvellementd’air recommandés.

Dans les locaux peu ou pas occupés, on recom-mande, pour des raisons d’hygiène, un taux derenouvellement d’air d’au moins 0,3 h-1 ou une aéra-tion suffisante du local avant chaque occupation.

3.1.4.2 Qualité de l’air extérieurL’air pulsé dans les habitations et dans lesbureaux devrait répondre aux exigences del’ordonnance sur la protection de l’air (OPair). Lecritère guide permettant d’apprécier la qualité del’air extérieur est la teneur en dioxyde d’azoteNO2. L’annexe 7 de l’OPair fixe les valeurs limitesd’immission suivantes pour le NO2.

Les valeurs limites selon OPair sont valables pourla nuisance globale qu’on peut mesurer, prove-nant de diverses sources et en prenant en consi-dération les nuisances pré-éxistantes. Les ser-vices cantonaux sont généralement en mesure derenseigner sur les immissions du site concerné.

Le taux de NO2 dans les locaux ventilés naturelle-ment, ou équipés d’une ventilation mécaniquesans filtres spéciaux, atteignent à peu près la moi-tié de la concentration contenue dans l’air exté-rieur, pour autant qu’il n y ait pas de sourcesd’émissions d’oxyde d’azote importantes. Desnuisances de l’air extérieur avec un concentrationdu double des valeurs limites OPair n’existentpratiquement plus aujourd’hui en Suisse. Une ins-tallation de ventilation créée uniquement à caused’une teneur élevée de l’air extérieur en polluants,n’a donc plus de raison d’être, à moins qu’il nes’agisse d’une situation exceptionnelle, parexemple la présence anormale d’odeurs et depoussières.

31

Fumée Taux de renouvellement d’air extérieurrecommandé par personne

interdit pour 0,15% CO2: v = 12-15 m3/h et personne

pour 0,10% CO2: v = 25-30 m3/h et personne*

autorisé v = 30-70 m3/h et personne

* Base générale pour locaux non fumeurs.

Tableau 3.3 :Renouvellement d’air recommandé par personne [3.8].

Tableau 3.4 :Valeurs limites d’immission selon OPAIR pour le NO2[3.13].

80 µg NO2/m3 moyenne par 24h ; ne doit en aucuncas être dépassé plus d’une fois parannée

100 µg NO2/m3 95% des moyennes semi-horairesd’une année ≤ 100 µg/m3

30 µg NO2/m3 moyenne annuelle(moyenne arithmétique)

Valeur limited’immission

Définition statistique

Page 26: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.1.5 Exigences concernant l’acoustique

La norme SIA 181 [3.5] fixe les exigences concer-nant la protection contre le bruit dans les bâti-ments (y compris installations techniques desimmeubles) ayant des locaux sensibles au bruit,en provenance de l’extérieur ou de l’intérieur. Leslocaux d’habitation et les bureaux sont en généralconsidérés comme ayant une sensibilité au bruitde classe moyenne. En l’absence de conventionspéciale on appliquera les exigences minimalesde la norme SIA 181 [3.5].

L’ordonnance fédérale sur la protection contre lebruit OPB a pour but de protéger, contre le bruitnuisible ou incommodant, les zones extérieuresainsi que les locaux dont les fenêtres sontouvertes. Les émissions de bruit extérieur sonttrop fortes, lorsque les valeurs limites d’immis-sion selon OPB pour le degré de sensibilité consi-déré sont dépassées. Dans ce cas, une installationde ventilation peut se justifier, afin de garantirl’apport d’air frais fenêtres fermées. On bénéficieaujourd’hui, pour la plupart des zones, decadastres de bruit dont on peut tirer des valeursutiles.

32

Page 27: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.2 Calcul des charges frigorifiques

3.2.1 Généralités

Le calcul de la charge frigorifique d’un local oud’un bâtiment est un travail déjà passablementcomplexe pour lequel il existe aujourd’hui diffé-rents modèles de simulation dynamique. Il en vade même lorsqu’il faut évaluer la températureintérieure à laquelle il faut s’attendre en été, sansclimatisation.

A l’EMPA, deux programmes se sont entre autresrévélés pratiques pour réaliser ce genre de calcul,il s’agit de DOE-2 et HELIOS.

Programme informatique HELIOSIl a été développé par le département de physiquedu bâtiment de l’EMPA et est aujourd’hui proposéen version PC. Il s’agit d’un modèle de simulationdynamique à une zone, permettant de saisir lecomportement thermique d’immeubles, par pasd’une heure. Il tient compte du comportement durayonnement à longue et courte longueur d’onde.Le modèle de calcul utilise la méthode du bilanénergétique ; les phénomènes d’accumulationnon stationnaires sont résolus à l’aide de laméthode des facteurs de réponse.

Le programme ne tient pas compte, entre autres,du comportement en humidité du bâtiment, desponts thermiques, des calculs de lumière du jour,des calculs d’ombre, de l’influence des divers sys-tèmes de climatisation.

Le programme HELIOS est relativement facile àmaîtriser, en particulier pour l’utilisateur peuentraîné. Il est bien adapté pour le calcul descharges frigorifiques et thermiques de zones indi-viduelles ainsi que pour évaluer les équipementsde protection thermique d’été, respectivementpour établir la preuve du besoin pour une instal-lation de climatisation.

Programme informatique DOE-2Il s’agit d’un logiciel de simulation pour la tech-nique du bâtiment, qui décrit le comportementthermique du bâtiment au cours du temps, par

33

Résumé

– Avant de procéder au calcul des charges frigori-fiques, il faut prouver qu’une installation de froidse justifie. La procédure à suivre est décrite dansSIA V382/3 et dans les règlements officiels.

– La méthode de calcul est décrite dans SIA V382/2.On peut effectuer le calcul à la main ou à l’aided’un programme informatique.

– Des mesures adéquates touchant la constructionpermettent également de minimiser la charge fri-gorifique. Il s’agit en particulier d’avoir une pro-tection solaire extérieure efficace et une fortecapacité d’accumulation thermique de la cons-truction.

– On calcule les composants individuels de la chargefrigorifique heure par heure. Tenir en particuliercompte du déroulement journalier effectif descharges internes auxquelles on peut s’attendre.

– La charge frigorifique totale d’un bâtiment ne cor-respond pas à la somme des charges maximalespar local, mais à la somme des profils individuels.

Page 28: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

pas d’une heure. Il a été développé par le Simula-tion Research Group du Lawrence Berkeley Labo-ratory à Berkeley, CA, USA, en collaboration avecd’autres instituts et avec l’aide de contributionsfinancières du US Departement of Energy.

La première version du programme date de 1978(DOE-1). Le programme a été continuellementamélioré et développé depuis. En particulier,diverses sociétés américaines de distributiond’énergie soutiennent le développement d’exten-sions du programme, afin de pouvoir faire face àde nouvelles exigences. La présente version DOE-2.1 D actuellement en usage existe depuis 1989.

Le programme, originalement développé sous lesystème d’exploitation UNIX, est maintenant pro-posé depuis plusieurs années pour PC, grâce à aumoins un fournisseur privé indépendant. Pour PC,seule la version «DX» compilée avec «ExtendedDOS» est en mesure d’utiliser toutes les fonction-nalités du programme.

Le programme est aujourd’hui très largement uti-lisé aux USA, mais est aussi assez répandu dansle reste du monde. Le programme est utilisé enSuisse depuis de nombreuses années par l’EMPA,dans le cadre de projets de recherche et de man-dats de calculs. Il est également utilisé depuisquelques années – surtout depuis la sortie de laversion PC – par un nombre croissant (environ 30début 1992) de bureaux d’ingénieurs et d’entre-prises de conseil en énergie. Dès lors, l’EMPA selimite à supporter les utilisateurs externes en lesconseillant en cas de problèmes, met à disposi-tion des données météo Suisse, s’occupe de nou-velles versions du programme et de documenta-tion, ainsi que des améliorations nécessaires duprogramme.

Le programme DOE-2, du fait de ces multiplespossibilités, exige un assez long apprentissage etun travail de préparation des données et d’ana-lyse de plausibilité des résultats, qu’il ne faut passous-estimer. La version DOE-PLUS ayant uneinterface à menus devrait apporter une certainesimplification. De plus, l’EMPA met à dispositiondes fichiers de données standards pour les castypiques.

Recommandation SIA V382/2En Suisse, on effectue le calcul des charge frigori-fiques de locaux individuels et de bâtiments

34

Page 29: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

entiers à l’aide de la recommandation SIA V382/2« Puissance de réfrigération à installer dans lebâtiment» [3.9]. Elle décrit une méthode de calculmanuelle utilisant des différences de tempéra-tures virtuelles et des facteurs de capacité d’accu-mulation, déterminés par l’EMPA pour des castypiques, à l’aide du programme DOE-2. Elledécrit en parallèle, les conditions limites à utiliserpour le calcul de la charge frigorifique à l’aide duprogramme DOE-2 ou d’autres programmes desimulation. La documentation SIA D 088 « Ergän-zungen zur Berechnungsmethodik in der Empfeh-lung SIA V382/2» [3.10] (seulement en allemand)décrit de façon exhaustive les conditions limiteset les calculs effectués.

Données météorologiquesSelon SIA V382/2, on effectue le calcul pour lesmois de juillet (été) et septembre (automne). Ils’agit de données synthétiques avec les valeurslimites suivantes :

– Température extérieure

Déroulement journalier sinusoïdal

Juillet : Moyenne = 22,5° CMaximum = 30,0° C

Septembre : Moyenne = 19,0° CMaximum = 26,0° C

Le calcul est effectué en régime stationnaire (5e jour).

– RayonnementDonnées pour jours clairs pour le 23 juillet (été)et le 23 septembre (automne). La recomman-dation SIA V382/2 contient ces données sousforme de tableau pour la station Zurich - Klo-ten. En complément on peut utiliser le pro-gramme SOLAR 1 (à commander auprès de laSIA) qui permet de calculer ces données pourn’importe quel endroit en Suisse et pour dessurfaces d’orientation quelconque.

Si nécessaire, l’EMPA dispose encore d’autressets de données climatiques.

35

Page 30: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.2.2 Déroulement du calcul

La puissance frigorifique d’un local se composede :– la chaleur produite dans le local même (charge

interne) et– la chaleur pénétrant depuis l’extérieur dans le

local (charge externe).

A l’état stationnaire, à température ambianteconstante, la chaleur dissipée dans le local estdirectement évacuée par la ventilation. Les char-ges internes et externes sont calculées avec lesigne positif, lorsqu’elles augmentent la chargethermique du local.

La charge de refroidissement globale d’un bâti-ment se compose d’un grand nombre de sourcesindividuelles, qu’il faut soigneusement calculer.En particulier, on veillera à tenir compte de la fré-quence et de la durée dans le temps des chargesthermiques, ainsi que de la simultanéité entre lesdifférents locaux.

Les sources de chaleur suivantes sont prises enconsidération :

Charges internes (section 6 dans SIA V382/2)

Chaleur dégagée par les personnes PP

Gains de chaleur dus à l’éclairage PL

Gains de chaleur des appareils PA

Transmission par les surfaces internes PPl

Gains provenant d’autres sources Pdiv

Charges externes (section 7 dans SIA V382/2)

Transmission par parois extérieures opaques PPE, T

Transmission par les fenêtres PF

Rayonnement solaire à travers les fenêtres PRF

La puissance thermique sensible à évacuer dulocal, resp. de l’immeuble entier, par l’installationde ventilation, resp. de climatisation s’écrit :

P = (PP + PL + PA + PPl + Pdiv) +

(PPE + PT + PF + PRF)

36

Page 31: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.2.3 Débit d’air nécessaire pour évacuer la chaleur

Le débit d’air nécessaire pour évacuer la puis-sance thermique P définie en 3.2.2 se calcule àl’aide de l’équation suivante :

VAS Débit d’air soufflé [m3/h]

P Puissance thermique sensible [W]

ρ Densité de l’air [kg/m3]

c Chaleur spécifique de l’air [J/Kg · K]

ti Température ambiante [° C]

tAS Température de l’air soufflé mesuré à la grillede pulsion [° C]

Pour simplifier, on peut utiliser les équations sui-vantes :

Pour le plateau Suisse

A 1000 m s. M.

VAS = P0,30 ⋅ ti – tAS

VAS = P0,32 ⋅ ti – tAS

VAS = P ⋅ 3600ρ ⋅ c ⋅ ti – tAS

37

.

Page 32: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.3 Détermination du débit d’air

Les divers critères suivants permettent de déter-miner le débit d’air nécessaire :

– Débits d’air nécessaires par personne (chiffre3.1.4).

– Evacuation de la chaleur à l’aide de la ventila-tion (chiffre 3.2.3).

– Evacuation de polluants et d’humidité.

– Ecoulement de l’air dans le local.

D’un point de vue énergétique, il est souhaitablede déterminer le débit d’air frais en fonction dudébit d’air nécessaire par personne et de renoncerà l’air de roulement, ce qui signifie : Air pulsé = Airfrais. S’il n’est pas possible d’évacuer la chargethermique avec ce débit, il faut tester la possibilitéd’installer un système complémentaire à eau ouun appareil recyclant l’air localement. Il ne devraitnormalement pas être nécessaire, dans des locauxd’habitation ou des bureaux, d’augmenter cesdébits pour évacuer des polluants, de l’humiditéou pour réaliser l’écoulement d’air désiré dans lelocal.

La figure 3.4 représente les débits d’air hygié-niques nécessaires, exprimés en renouvellementshoraires pour un local de 2,5 m de hauteur.

Pour une occupation moyenne de bureau de10 m2 par personne, on obtient, par exemple pourun débit d’air frais de 50 m3/h par personne, untaux de renouvellement horaire de l’air frais dedeux fois par heure. Avec une différence de tem-pérature de 10 K entre l’air frais et l’air vicié, onpeut donc évacuer une charge sensible constantede 16 W/m2.

38

Résumé

– Déterminer le débit d’air en fonction des débitsnécessaires par personne.

– Réduire les sources de chaleur, de polluants etd’humidité, ou les aspirer à la source.

– Lorsque la charge frigorifique est élevée, utiliserl’eau comme caloporteur ou installer localementun appareil travaillant en air de roulement.

Page 33: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

39

Figure 3.4 :Taux de renouvellement d’air typiques (hauteur libre du local = 2,5 m).

D’un point de vue énergétique, il est souhaitable de déterminer le débit d’air frais en fonction du débit d’air néces-saire par personne et de renoncer à l’air de roulement. S’il n’est pas possible d’évacuer la charge thermique avecce débit, il faut tester la possibilité d’installer un système complémentaire à circulation d’eau.

Taux de renouvellement pour l’amenée d’air frais

Taux de renouvellement pour l’évacuation de chaleur

Tau

x d

e re

no

uve

llem

ent

[1/h

]T

aux

de

ren

ou

velle

men

t [1

/h]

Débit d’air frais [m3/h par personne]

Occupation du sol [m2/personne]

Charge thermique sensible [W/m2]

Différence de température ti - tAS [K]

Page 34: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.4 Besoins en énergie pourle transport de l’air

3.4.1 Exigences selon SIA V382/3

La recommandation SIA V382/3 [3.11] définit lesexigences de base et les exigences accrues, déter-minantes pour réduire la puissance nécessaire autransport de l’air :

3.4.2 Puissance spécifique

La puissance spécifique pour le transport de l’air,rapportée à la surface au sol nette, s’exprime :

PRN Puissance pour le transport de l’air parm2 de surface au sol nette [W/m2]

v Débit d’air neuf par personne [m3/h et personne]

∆p Perte de charge [Pa] (pulsion + aspiration)

Occupation Nombre de m2 par personne [m2 nets/personne]

ηtot Rendement total ventilateur, moteur,entraînement [–] (moyenne entre ventila-teur de pulsion et aspiration)

PRN =v ⋅ ∆p

Occupation ⋅ ηtot ⋅ 3600

40

Résumé

– Le transport de l’air est un des principaux con-sommateurs d’électricité des installations de ven-tilation.

– Les mesures suivantes permettent de réduire laconsommation d’énergie :

• Minimiser le nombre d’heures de fonctionne-ment.

• Réduire les débits d’air au minimum effective-ment nécessaire, donc entre autre éviter lesémissions inutiles de chaleur, d’humidité et depolluants dans les locaux (voir chiffre 3.3).

• Lorsque l’installation doit satisfaire à des condi-tions changeantes, piloter le débit d’air frais àl’aide par exemple de sondes de CO2 ou desondes détectant un mélange de gaz.

• Minimiser les pertes de charge en travaillant àbasse vitesse dans les canaux et les monoblocs,avec des réseaux courts et des pièces de formede dimensions favorables.

• Utiliser des ventilateurs et des moteurs ayantun rendement élevé sur la plage de travail laplus utilisée.

– La répartition effective de l’air dans les différentslocaux doit correspondre aussi précisément quepossible aux débits prévus. Ceci est particulière-ment important pour les installations dont ledébit d’air est calculé en fonction des besoinshygiéniques.

– Il est nécessaire d’effectuer un calcul de pertes decharges, aussi précis que possible, de manière àpouvoir se passer d’organes d’étranglement etpour pouvoir dimensionner les ventilateurs et lesmoteurs aussi précisément que possible.

Exigences selon SIA V382/3

Paramètres de base(chiffre 5 4)

accrues(chiffre 5 2 6 2)

Perte de charge totale(pulsion + aspiration) ≤ 1200 Pa ≤ 900 Pa

Débit d’air frais/personne– fumeurs– non fumeurs

≤70 m3/h·pers≤30 m3/h·pers

≤50 m3/h·pers≤25 m3/h·pers

Rendement global aupoint de fonctionnementoptimal, en fonction dudébit> 15 000 m3/h

10 000 m3/h5000 m3/h

> 65 %> 60 %> 55 %

> 70 %> 65 %> 60 %

Tableau 3.5 :Exigences permettant de réduire la puissance néces-saire pour transporter l’air [3.11].

Page 35: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

41

Figure 3.5 :Puissance nécessaire pour transporter l’air (Rendement global du système moto-ventilateur = 0,65).

Débit d’air frais = 25 m3/h · personne

Débit d’air frais = 50 m3/h · personne

Pu

issa

nce

to

tale

(p

uls

ion

+éva

cuat

ion

) [W

/m2 ]

Pu

issa

nce

to

tale

(p

uls

ion

+éva

cuat

ion

) [W

/m2 ]

Perte de charge totale côté air [Pa]

Perte de charge totale côté air [Pa]

Occupation du sol [m2/personne]

Occupation du sol [m2/personne]

Puissance nécessaire pour le transport de l’airRendement global du système moto-ventilateur = .65

Puissance nécessaire pour le transport de l’airRendement global du système moto-ventilateur = .65

Page 36: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

La figure 3.5 représente la puissance nécessaireau transport de l’air, pour un débit de 50 m3/h parpersonne (graphique du bas, exigences accruesselon tableau 3.5, fumeurs) et pour un débit de 25m3/h par personne (graphique du haut, exigencesaccrues, non-fumeurs).

3.4.3 Consommation spécifique d’énergie

La puissance nécessaire au transport de l’air a étédécrite au chiffre 3.4.2. Si le régime reste constantpendant l’utilisation, on peut calculer de la façonsuivante la consommation d’énergie annuelle dueau transport de l’air. Cette valeur est rapportée,conformément aux définitions de la future recom-mandation SIA 380/4 (chiffre 3.5) à la surface deréférence énergétique (surface brute).

ETA Consommation d’énergie pour le transport de l’air [MJ/m2·a] (rapportée à la surface brute)

v Débit d’air neuf par personne [m3/h et personne]

∆p Perte de charge [Pa] (pulsion + aspiration, y.c. RC)

hb Temps d’utilisation annuel de l’installation [h/a]

Occupation Nombre de m2 par personne[m2nets/personne]

ηtot Rendement total ventilateur, moteur,entraînement [–] (moyenne entre ventila-teur de pulsion et aspiration)

SRE/SN Rapport de la surface de référenceénergétique (surface brute) à la surface nette [–] (typiquement = 1,1).

Dans certaines installations, on peut by-passer larécupération de chaleur en été, ce qui réduit laperte de charge. Ceci n’est utile que dans lamesure où on peut maintenir le débit constant enréduisant la vitesse de rotation du ventilateur.

En analysant la formule susmentionnée, on cons-tate que la consommation d’énergie pour letransport de l’air peut être réduite en appliquantles mesures suivantes :

ETA =v ⋅ ∆p ⋅ hb

Occupation ⋅ ηtot ⋅ SRE/SN ⋅ 106

42

Page 37: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

– Minimiser le nombre d’heures de fonctionne-ment.

– Réduire le débit d’air au minimum effective-ment nécessaire.

– Minimiser les pertes de charges.– Utiliser des ventilateurs et des moteurs ayant un

rendement élevé sur toute la plage de travail.

3.4.4 Mesures pour réduire les pertesde charges

La recommandation SIA V382/3 spécifie que laperte de charge totale (pulsion + aspiration) nedevrait plus dépasser 1200 Pa. Cette limite estabaissée à 900 Pa pour les installations énergéti-quement très performantes (chiffre 3.4.1). Pour yparvenir, il est nécessaire de tenir compte desdirectives suivantes.

3.4.4.1 Position des centralesPour éviter des pertes de charges inutiles, il fautveiller à ce que les trajets entre centrales et prised’air frais/air évacué, ainsi qu’entre centrales etlocaux restent aussi courts que possible.

La prise d’air frais doit être proche de la centraleet placée de manière à aspirer de l’air peu chargéen polluants. Prendre garde aux points suivants :– Ne pas aspirer du côté de rues à fort trafic.– Veiller à éviter les effets de by-pass entre prise

d’air neuf et éjection de l’air vicié ou autres pol-luants.

– Ne pas aspirer directement au niveau du sol,respecter une distance d’au moins un mètre.

– Prévoir un accès pour le nettoyage.

Dans le cas de grandes installations, il peutparaître judicieux de subdiviser les installations etles gaines techniques. Prendre également gardeaux problèmes de cloisonnement coupe-feu. Plusla subdivision est poussée, plus la protection feuet les modifications ultérieures du réseau devien-nent faciles.

3.4.4.2 FiltrationUne filtration de classe EU 5/6 est le plus souventsuffisante pour des installations desservant desimmeubles administratifs. Les préfiltres (par

43

Page 38: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

exemple filtres grossiers EU 3) augmentent laperte de charge et n’apportent en général pasd’augmentation de la durée de vie des filtressitués en aval. Les filtres devraient de toute façonêtre changés au plus tard après une année ou uneannée et demie, pour exclure tous problèmesd’odeurs.

L’efficacité de la filtration est fortement condition-née par l’étanchéité du montage. Il en va de mêmepour les monoblocs et les réseaux de gaines. Laclasse de filtration peut même baisser de deuxcrans s’il y a by-pass d’air autour des filtres outrop de fuites.

Pour déterminer la résistance du filtre lors dudimensionnement de l’installation, il faut partird’une résistance finale plus faible que celle indi-quée normalement par le fabricant. A recomman-der, pour un filtre EU 5/6 de résistance initiale 70 Pa,une résistance finale de 150 Pa, respectivement unerésistance de 100 Pa pour le dimensionnement.

3.4.4.3 Appareil de traitement d’airLors du choix de l’appareil de traitement de l’air,il faut veiller à éviter tout dispositif qui augmentela vitesse localement, augmente les pertes decharge par des resserrements inutiles et irriguemal le ventilateur.

Des recherches sur les frais d’exploitation annuelstotaux d’appareils de traitement d’air en fonctionde la vitesse, ont montré qu’ils étaient minimumpour des vitesses comprises entre 2 et 4 m/s (voirexemple figure 3.6). C’est pourquoi, du point devue énergétique, on recommande aujourd’huigénéralement pour les installations de ventilationdes bâtiments administratifs, une vitesse de 2 m/sdans les appareils de traitement d’air (sur la sec-tion nette du monobloc). Dans le canton deZurich, cette vitesse est prescrite [3.3]. Dans cer-tains cas particuliers, par exemple temps de fonc-tionnement particulièrement long ou court, lavitesse de l’air optimale peut s’éloigner de cettevaleur-cible, pour autant qu’on puisse le prouver.

Pour autant qu’ils soient nécessaires, les amortis-seurs de bruit montés à l’aspiration devraient êtreplacés dans les appareils de traitement d’air, carla vitesse de l’air y est plus faible et donc lespertes de charge réduites.

44

Figure 3.6 :Frais annuels en fonction de la vitesse de l’air dansl’appareil de traitement d’air (exemple calculé tiré de[3.1]).

Capital et entretien

Energie

Coûts annuels

kFr./a

Vitesse de l’air

Total

Page 39: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.4.4.4 Réseau de gainesLes pertes de charge du réseau peuvent êtremaintenues à un minimum avec des cheminscourts, une vitesse réduite, respectivement despertes de charge réparties et singulières faibles. Ilest aussi important que les calculs de perte decharge soient fiables, de manière à pouvoirrenoncer aux organes d’équilibrage.

La figure 3.7 présente un exemple de fraisd’exploitation totaux en fonction de la vitesse del’air dans le réseau de gaines. Comme pour lesappareils de traitement d’air, une zone plate appa-raît dans la courbe des frais totaux. Du point devue énergétique, la vitesse d’air devrait êtreréduite jusqu’à ce qu’on note une nette augmen-tation des frais totaux.

Dans le canton de Zurich, la vitesse de l’air dansles canaux d’installation de ventilation et de cli-matisation ne doit pas dépasser les valeurs sui-vantes :

jusqu’à 1000 m3/h 3 m/s

jusqu’à 2000 m3/h 4 m/s

jusqu’à 4000 m3/h 5 m/s

jusqu’à 10 000 m3/h 6 m/s

plus de 10 000 m3/h 7 m/s

Il faut accorder une importance particulière àl’écoulement dans les pièces de forme et lespièces droites.

– A surface, vitesse et rugosité égales, lescanaux ronds présentent les pertes de chargeles plus faibles. Plus le rapport largeur-hauteurdevient grand, plus les canaux rectangulairesdeviennent défavorables. Un rapport de plusde 5 :1 doit absolument être évité.

– La rugosité des canaux Eternit est 1,5 fois, celledes canaux isolés intérieurement 1,5 à 2 fois,supérieure à celle des canaux galvanisés.

– Les coudes rectangulaires devraient êtrearrondis à l’intérieur et munis d’aubes de gui-dage.

– Les coudes de section circulaire devraient êtrecomposés d’autant de segments que possible.

45

Figure 3.7 :Frais annuels en fonction de la vitesse de l’air dans leréseau de gaines (exemple calculé tiré de [3.1]).

Energie

Capital et entretien

Coûts annuels

Vitesse de l’air

Total

Page 40: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.5 SIA 380/4 « L’énergie électrique dans le bâtiment»

3.5.1 Buts

Le but de la recommandation SIA 380/4 «L’énergieélectrique dans le bâtiment» est d’utiliser ration-nellement l’énergie électrique pour la lumière, letravail mécanique et le fonctionnement des équipe-ments de production dans le bâtiment. Elle com-plète la recommandation SIA 380/1 «L’énergie dansle bâtiment » [3.6], qui traite essentiellement del’utilisation de l’énergie thermique. La recomman-dation SIA 380/4 est un instrument global pourdéterminer de manière simplifiée la consommationd’énergie électrique. Elle ne remplace pourtant pasles recommandations SIA 382/1-3 ou toutes autresnormes et recommandations existantes.

3.5.2 Avancement du projet de recommandation

La recommandation SIA 380/4 a été mise enconsultation du 1.1.1992 au 31.12.1992. Elle estactuellement remaniée sur la base des résultatsde cette consultation.

3.5.3 Idées de base

Contrairement au domaine de la chaleur, la con-sommation d’électricité est déterminée par ungrand nombre d’utilisateurs. Les indices de dépensed’énergie électrique de différents bâtiments ne peu-vent être comparés que si l’utilisation en est simi-laire.

On peut comparer les prestations des divers équi-pements s’ils sont séparés par affectation commele montre la figure 3.8.

En conséquence, il faut comparer les perfor-mances moyennes par prestation avec les valeurslimites, respectivement les meilleures valeurs. Iln’y a pas d’exigences concernant l’indice dedépense d’énergie. Toutes les valeurs sont rap-portées à des surfaces brutes.

Ci-après, quelques explications sur le budgeténergétique et la performance globale requise.

46

Résumé

– La recommandation SIA 380/4 « L’énergie élec-trique dans le bâtiment » est pour l’instant encoreen phase de développement.

– La SIA 380/4 est un outil permettant de saisir et decaractériser, de manière simplifiée, la consom-mation globale d’énergie électrique.

– Pour permettre la comparaison des indices deconsommation, ils sont classés par prestation (p.ex. transport de l’air frais, climatisation) et pourune affectation identique (p. ex. bureaux).

– Pour pouvoir juger de l’indice de consommation,on a indiqué des valeurs limites et des meilleuresvaleurs. Ces valeurs peuvent être respectées si lebâtiment et l’installation sont performants dupoint de vue énergétique. Avec les connaissancesactuelles, les meilleures valeurs peuvent êtreatteintes si on combine les meilleurs composantsavec les meilleurs systèmes connus.

Page 41: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.5.4 Budget énergétique pour la lumière, le travail mécaniqueet le fonctionnement des équipements de production

Dans le budget énergétique (tableau 3.6), on décom-pose la valeur absolue de l’énergie consommée parprestation et pour chaque unité d’exploitation.

3.5.4.1 Prestation des équipementsLa prestation de chaque équipement est un ser-vice fourni par un système technique. Il en résulteune consommation d’énergie.La figure 3.8 pré-sente les différentes prestations et leur attributionaux recommandations SIA 380/1 et 380/4.

47

Tableau 3.6 :Budget énergétique selon SIA 380/4 [3.7].

Figure 3.8 :Les prestations et leur attribution aux recommandations SIA 380/1 et 380/4.

Remarques :*) Les meilleures-valeurs ou les valeurs-limites se rapportent ainsi au seul renouvellement d’air, lorsqu’il n’y a pas de conditionnement du climat

ambiant des locaux. Dans le cas de conditionnement des locaux, ces valeurs concernent l’apport complet d’air.

Prestations des équipementsdans le bâtiment

Equipements de production EP

Installations dans lebâtimentIB

Energieutile :

Chaleur380/1

Lumière, travail mécanique,énergie deproduction380/4

Energieutile :

1 Chauffage des locaux (production et déperditions de chaleursubies dans les conduites de distribution)CH

2 Production d’eau chaude (production de chaleur, déperditionsde chaleur subies dans les conduites de distribution)ECS

3 Divers (énergie auxiliaire de chauffage, divers utilisateursd’électricité, par exemple les communications, les transports,les déperditions subies par les conducteurs)DT

4 Renouvellement d’air (apport de la quantité minimale d’air frais)RN

5 Conditionnement du climat ambiant des locaux (apport d’air ycompris renouvellement d’air frais*), circulation d’eau, réfrigération, humidification, déshumidification)CO

6 Eclairage (éclairage général et décoratif)LU

7 Equipements individuels (équipement de production répartis surles surfaces principales)EI

8 Services centralisés (équipements de production situés dansles surfaces spéciales, centre de calcul, imprimerie, etc.)SC

Budget énergétique [1000 kWh/a]

Objet, lieu:Date:Ingénieur

Surface de référence: m2 Indices de dépense Eeib (3-6): MJ/M2aChauffage (1): MWh/a d’énergie Eél (3-8): MJ/M2aEau chaude (2): MWh/a Ech (1-2): MJ/M2a

Prestation Equipements deproduction EP

Total

Bureau

DT RN CO LU EI SC IB IB+EP

Installations du bâtiment IB

Unitéd’exploitation

Remplir soit RN (4) soit CO (5)

Page 42: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.5.4.2 Unité d’exploitationL’unité d’exploitation est une partie d’un bâti-ment, caractérisée par un genre d’utilisation, parexemple– bureau ;– surface de vente ;– salle de cours ;– restaurant ;– cuisine, etc.

3.5.4.3 Application pratiqueLe budget énergétique est le fil conducteur d’unprojet. Il est contrôlé lors de certaines phases oulors de modifications notoires du projet. On peutainsi plus facilement s’apercevoir d’un écart et yremédier de façon appropriée.

Le budget énergétique permet de déterminer desvaleurs de contrôle. Celles-ci doivent être techni-quement mesurables, et mesurées lorsque l’ins-tallation est en service.

Le but de ces contrôles est de comparer les valeursà l’exploitation avec celles du projet et de corrigerles erreurs de fonctionnement. Le relevé pério-dique du budget énergétique devrait permettre desaisir l’influence des modifications effectuées.

En règle générale, on ne mesure pas une consom-mation d’énergie à la réception de l’installation,mais plutôt des puissances ou des valeurs,comme par exemple des pertes de charge ou desdébits d’air, qu’on peut ensuite comparer avec lesvaleurs utilisées pour les calculs préalables.

3.5.5 Performance globale requise

La performance globale requise représente lalimite maximale de la puissance moyenne del’unité d’exploitation rapportée au temps d’utili-sation normal. Elle s’exprime en W/m2.

Les gros consommateurs d’énergie (valeur spéci-fique) ressortent grâce au tableau des puissancesmoyennes en W/m2.

La recommandation SIA 380/4 propose des for-mulaires pour une présentation unifiée et unemeilleure compréhension de ces valeurs.

48

Page 43: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

3.5.5.1 ClassificationLa recommandation SIA 380/4 définit des classespour les différents niveaux de chaque prestation ;par exemple pour le conditionnement des locaux(CO) de bureaux, la classification suivante est pro-posée :

3.5.5.2 Valeur-limite et meilleure valeur

Valeur-limiteLa valeur-limite est un niveau d’exigence, auqueldoit répondre toute construction ou installation debonne qualité énergétique, satisfaisant les besoinsdu maître de l’ouvrage, construite et exploitée demanière économique. Dans la démarche utilisantles performances globales requises, la valeur-limite doit être respectée.

Meilleure valeurLa meilleure valeur peut être obtenue par la meil-leure combinaison possible des meilleurs compo-sants ou des systèmes mis au point sur le plantechnique. Un supplément d’investissement peutêtre nécessaire par rapport à l’optimum écono-mique. La faisabilité doit être examinée de cas encas. Le terme «meilleure valeur» ne correspondpas au terme «valeur-cible » de la SIA 380/1.

Valeur de l’ouvrageLa valeur de l’ouvrage est déterminée pendantl’étude ou mesurée pendant l’exploitation. Elledevrait se situer entre la valeur-limite et la meil-leure valeur.

3.5.5.3 Application pratiqueOn oppose des valeurs de références à la valeurde l’ouvrage. La valeur-limite tient lieu d’exigenceminimale à respecter. La qualité énergétique de laplanification est donnée par la classe et la valeurde l’ouvrage.

49

Conditionnement des locaux de bureaux

Classe Apport de chaleur

CO1

CO2

0-20 W/m2

20-30 W/m2

Tableau 3.7 :Classification des apports de chaleur des bureaux [3.7].

Page 44: Installations Ventilltuion Energetique

3. Données de base

Bibliographie chapitre 3

[3.1] Office fédéral des questions conjoncturellesManuel RAVELL’électricité à bon escientISBN 3-905233-12-6, 1993

[3.2] ISO/IS 7730Moderate thermal environments - determination of the PMW and PPD indices and specifications of theconditions for thermal comfortA commander à : Schweizerische Normenvereinigung SNV, 8032 Zürich

[3.3] Regierungsrat des Kantons ZürichBesondere Bauverordnung IEdition mars 1991

[3.4] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAIsolation thermique des bâtimentsNorme SIA 180, édition 1988

[3.5] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAProtection contre le bruit dans le bâtimentNorme SIA 181, édition 1988

[3.6] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAL’énergie dans le bâtimentRecommandation SIA 380/1, édition 1988

[3.7] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAL’énergie électrique dans le bâtimentRecommandation SIA 380/4, projet pour une phase d’essai de janvier à décembre 1992

[3.8] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPerformances techniques requises pour les installations de ventilation et de climatisationRecommandation SIA V382/1, édition 1992

[3.9] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPuissance de réfrigération à installer dans le bâtimentRecommandation SIA V382/2, édition 1992

[3.10] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAErgänzungen zur Berechnungsmethodik in der Empfehlung SIA V382/2Dokumentation D 088, édition 1992

[3.11] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPreuve des besoins pour les installations de ventilation et de climatisationRecommandation SIA V382/3, édition 1992

[3.12] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPuissance thermique à installerRecommandation SIA 384/2, édition 1982

[3.13] Conseil fédéral suisseOrdonnance sur la protection de l’air du 16 décembre 1985 avec modification du 20 novembre 1991(OPAIR 1992)

50

Page 45: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.1 Prestations de planification 534.1.1 Mise au concours 534.1.2 Travaux de conception préalable 534.1.3 Planification d’installations énergétiquement performantes 544.1.4 Mise en service, réception et contrôles ultérieurs 55

4.2 Choix des installations 564.2.1 Possibilités et limites de la ventilation par les fenêtres 584.2.2 Extraction mécanique 594.2.3 Installations de ventilation et de climatisation avec air pulsé et air évacué 604.2.4 Extraction de chaleur et de substances nocives 60

4.3 Récupération de chaleur (RC) 63

4.4 Ventilation de logements 68

4.5 Nécessité du refroidissement de l’air ambiant 71

4.6 Nécessité d’humidifier l’air ambiant 71

4.7 Aération nocturne 72

4.8 Refroidissement de dalle en béton 73

4.9 Plafonds froids 75

4.10 Registre terrestre à air 76

4.11 Sondes géothermiques 794.11.1 Chauffage en hiver 714.11.2 Refroidissement en été 80

4.12 Commande et régulation en fonction des besoins 81

4.13 Installations à débit variable (VAV) 82

Bibliographie chapitre 4 83

51

Page 46: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

53

4.1 Prestations de planification

4.1.1 Mise au concours

Lors d’une mise au concours, il faudrait que l’aspectconsommation d’énergie fasse partie du cahier descharges et qu’au moment du dépouillement, cesproblèmes soient effectivement pris en compte parle jury, au même titre que les aspects architectu-raux. Il ne s’agit pas de produire un concept détaillédes installations techniques du bâtiment, mais bienplus d’en poser et contrôler les principes détermi-nants. Pour analyser les projets, il faut tenir comptedes critères d’analyse suivants :– Concept énergétique (technologies prévues,

utilisation de sources d’énergie renouvelables,faisabilité, complexité). Un concept tenant biencompte de la lumière du jour, permet des solu-tions avantageuses du point de vue des instal-lations techniques du bâtiment. Un bon concepténergétique fait appel à la capacité d’accumula-tion thermique du bâtiment en complément auxinstallations techniques habituelles (chauffage,ventilation, éventuellement climatisation).

– Répartition en zones en fonction du type delocal, respectivement de son utilisation (par-tage en zones à ventilation naturelle et méca-nique aux exigences différentes).

– Concept de centrales et de gaines techniques(raccordements horizontaux et verticaux),devant permettre des liaisons aussi courtesque possible entre prise d’air extérieur, cen-trale et locaux.

– Possibilités de modifications ultérieures.– Investissement et rentabilité.

Pour atteindre ces buts, il faudrait qu’un expert enénergie et installations du bâtiment collabore à larédaction du cahier de concours et qu’il soit repré-senté dans le jury.

4.1.2 Travaux de conception préalable

Encore aujourd’hui, pour beaucoup de projets deconstruction, on n’effectue pas ou seulement defaçon très rudimentaire, des études préalablesconcernant le genre et la nécessité d’installationsde ventilation ou de climatisation. Il en va demême pour d’autres études en matière de concep-tion d’installations du bâtiment, en particulier

Résumé

– L’analyse de l’interaction entre le bâtiment et sesinstallations techniques est primordial, lorsqu’onveut étudier globalement les besoins en énergie.

– Beaucoup de problèmes fondamentaux en matièred’énergie doivent être traités tout au début du pro-jet. L’architecte et l’ingénieur spécialisé doiventdonc travailler ensemble le plus tôt possible !

– Les travaux de planification sérieux prennent dutemps. Ces travaux méritent d’être rétribués cor-rectement. Souvent, une rétribution sur la seulebase du montant des travaux offre peu d’attraitspour planifier des installations énergétiquementperformantes.

– Pour qu’une installation fonctionne comme prévu,il est nécessaire de procéder à des contrôlesapprofondis lors de la mise en service, de la récep-tion, ainsi que lors des contrôles ultérieurs.

Page 47: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

54

concernant le lien entre les installations du bâti-ment et le bâtiment lui-même (concept global). Laraison provient certainement du fait qu’à ce jour,la rémunération d’un tel travail n’est pas réglée defaçon satisfaisante et que, par conséquent on nes’attache pas les services d’un ingénieur spécialisépour ces tâches.

Ce problème de rémunération adéquate du travailde conception préalable peut être résolu dans lecadre du règlement des honoraires SIA 108 [4.16]en adjoignant ces travaux à la phase 0 (phase desétudes préalables) et en les indemnisant séparé-ment.

La nécessité de ces études préalables n’est sou-vent pas assez reconnue, tant par les maîtres del’ouvrage, que par les architectes et mêmes cer-tains ingénieurs spécialisés. La solution d’honorerla phase 0 et de déduire ensuite ce montant sur lesphases suivantes n’est pas satisfaisante. Avec detelles pratiques, il deviendrait difficile d’avoir desavis neutres et fondés et dans le cas où on s’adjointun conseiller séparé pour la phase 0, il pourrait seproduire des conflits inutiles avec l’ingénieur spé-cialisé des phases suivantes.

4.1.3 Planification d’installationsénergétiquement performantes

Une installation conçue pour économiser l’énergieet dimensionnée au plus juste, réduit en général lescoûts d’investissement, mais occasionne parcontre plus de travail de planification et est souventliée à un risque plus élevé pour l’ingénieur spécia-lisé. L’intérêt des planificateurs pour concevoir desinstallations économes en énergie est donc sou-vent limité, car ils craignent des frais plus élevéspour des honoraires plus bas. L’extrême se pro-duisant lorsque la conclusion des études montreque grâce à toutes les mesures planifiées, on peutse passer d’installation de ventilation. Commenthonorer les travaux de l’ingénieur dans ce cas?

A longue échéance, il faudra revoir le règlementpour les honoraires en fonction de ce problème. Ilexiste une solution avec le règlement pour leshonoraires actuel. Il faut pour cela, tout d’abord,que les mandants soient convaincus que les ins-tallations plus simples ou dimensionnées au plusjuste correspondent à un degré de difficulté plusélevé que des installations conventionnelles lar-gement dimensionnées. D’autre part, les planifi-cateurs devront être assez performants pour

Page 48: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

concevoir même des installations simples avec unniveau technique élevé. Par là, on entend bien sûrune planification d’un niveau technique élevé etnon une installation avec des équipementsluxueux et très techniques (donc chers).

4.1.4 Mise en service, réception et contrôles ultérieurs

Les principes de base de la réception d’installationsde ventilation et de climatisation sont définis auchapitre 4 de la recommandation SIA V382/1 [4.17].

En effectuant des mesures sur des installationsexistantes, même conventionnelles, on constatequ’elles ne fonctionnent le plus souvent pascomme prévu. Le peu de mesures effectuées engénéral, laisse supposer que ces défauts restentsouvent ignorés, faute d’avoir effectué desmesures exhaustives lors de la réception.

Le règlement concernant les prestations et hono-raires SIA 108 prévoit pour la ventilation, une partde 10% des honoraires pour direction techniquedes travaux y compris réception, dans la prestationpartielle 12 et une autre part de 10% pour la phasefinale, y compris direction des travaux de garantie.Ces honoraires devraient permettre d’effectuer uneréception fiable ainsi que le contrôle des défauts àéliminer. La difficulté réside peut-être plutôt dansl’absence de contrôle réciproque entre le concep-teur et l’installateur.

Pour améliorer cette situation, on peut observer lesdeux points suivants :– Appliquer de façon plus conséquente la procé-

dure de réception, c’est-à-dire remplir complè-tement les procès-verbaux de réception SICC88-1 F [4.20] et effectuer toutes les mesures ettous les constats nécessaires pour chaque ins-tallation de ventilation ou de climatisation.

– Effectuer un contrôle ultérieur. Ceci peut êtrefait par le maître de l’ouvrage, le planificateurou une tierce personne indépendante. Dans cedernier cas, ce serait un atout si ce tiers con-naissait déjà l’installation, par exemple au tra-vers d’une collaboration lors de la phase 0. Onpeut par exemple rémunérer ces contrôles ulté-rieurs de la façon suivante: premier contrôle àla charge du M.O. Si le contrôle révèle desdéfauts, les contrôles ultérieurs sont à la chargede celui auquel les défauts constatés sont impu-tables.

55

Page 49: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.2 Choix des installations

La figure 4.1 donne un aperçu de la procéduregénérale à suivre lors de la planification selon SIA V382/3 [4.19].

Les trois stratégies de ventilation – aération par lesfenêtres, installation mécanique d’extraction d’air,installation de ventilation et climatisation avec airpulsé et évacué – sont en principe possibles, pourautant qu’il y ait des fenêtres et que leur ouverturen’occasionne pas de nuisances excessives (voir3.1.4 de ce document, respectivement chiffre 3 deSIA V382/3, en particulier le bruit).

La construction d’installations de ventilation oud’extraction d’air est justifiée, si les nuisancesextérieures sont élevées, lorsque les locaux sontborgnes ou si les exigences quant à l’exploitationsont élevées.

Ces arguments seuls ne justifient pas le refroidis-sement ou l’humidification de l’air ambiant. Cespoints doivent être justifiés séparément, selonSIA V382/3 (chiffres 4.5 et 4.6).

56

Résumé

– A l’avenir, avec l’aide de nouvelles lois sur l’éner-gie et des recommandations SIA V382/1-3, ondevrait pouvoir planifier des installations de ven-tilation et de climatisation performantes du pointde vue énergétique, ainsi que vérifier de façon cri-tique la nécessité de refroidir ou d’humidifier l’airambiant.

– Des concepteurs peu regardants jusqu’ici, serontsurtout confrontés à des changements dans leurplanification. Pour la plupart des installations, desrecommandations limitant la vitesse maximalede l’air ou de la perte de charge sont indiquées(chiffre 3.4.4). Une déviation vers le haut ou versle bas est toutefois admissible dans certains casisolés, lorsqu’on peut le justifier.

– Pour l’analyse globale des besoins en énergie, ilfaut tenir compte de la polyvalence de l’énergieélectrique. D’une façon générale, il faut la pondé-rer (par exemple pour le transport de l’air) avecun facteur 3, et l’énergie thermique pour chauf-fage et refroidissement avec un facteur 1.

– Il faut insister pour que le débit d’air pulsé soitégal au débit d’air frais hygiénique, réduire autantque possible toutes les sources de chaleur et depolluants à l’intérieur des locaux (réduction à lasource). Si le débit d’air pulsé est malgré toutinsuffisant pour évacuer toute la charge ther-mique, il faut prévoir un refroidissement parrayonnement ou un système de refroidissementrecyclant l’air localement (chiffre 3.3).

Page 50: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

57

Figure 4.1 :Démarches à effectuer lors de la conception selon SIA V382/3 [4.19]. (Les indications de paragraphe se rapportent àSIA V382/3.)

START

y a-t-il desfenêtres ?

nuisanceextérieurechiffre 3

exigencesrespectées ?

ventilationpar les

fenêtres

extractionmécanique

de l’air

installationde ventilation

considérerremarqueschapitre 4

donnéesde base

chapitre 5.1

refroidissementenvisagé ?

humidificationenvisagée ?

preuve desbesoins derefroidiss.

chapitre 5.2

pas derefroidissement

besoinconfirmé ?

preuve desbesoins

d’humidific.chapitre 5.3

pas d’humidification

besoinconfirmé ?

conditionstechniques

cadreschapitre 5.4

FIN

oui

oui

non

non

oui

non

non

non

oui

oui

oui

non

Page 51: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.2.1 Possibilités et limites de la ventilation par les fenêtres

Lors de l’ouverture des fenêtres, le renouvelle-ment de l’air se fait par à-coups.

En hiver, lorsque l’air extérieur est plus froid quel’air intérieur, et lorsqu’il n’y a pas de vent, l’airfroid pénètre par la partie inférieure de l’ouverture,alors que l’air chaud s’en va par la partie supé-rieure. Il est alors impossible d’éviter les courantsd’air, même dans les locaux équipés de radiateurssous les fenêtres. Le renouvellement de l’air doitdonc être rapide et de courte durée. Ce systèmen’est pas adéquat pour une aération continue enhiver. Il est par contre valable du point de vue éner-gétique pour une aération courte et intensive car ilévite un refroidissement excessif du bâtiment.

En été, l’intensité de la ventilation par les fenêtresdépend essentiellement du vent, mais aussi de ladifférence de température des façades due àl’ensoleillement.

Lorsque la ventilation est transversale, c’est-à-dire qu’on ouvre en même temps des fenêtres surplusieurs côtés du bâtiment, le renouvellement del’air est particulièrement rapide et il peut, en quel-ques minutes, être complet.

Le tableau 4.1 contient des valeurs indicatives gros-sières du renouvellement horaire moyen qu’on peutobtenir avec la ventilation par les fenêtres.

La ventilation la plus favorable s’obtient aumoyen de fenêtres coulissantes ou avec d’autressystèmes permettant de modifier la taille de l’ou-verture en fonction des besoins. Mais même cesystème de ventilation (utilisé en continu) ne peutpas garantir un renouvellement d’air donné.

Avantages de la ventilation par les fenêtres– Le renouvellement d’air le plus simple et le meil-

leur marché.– Pas de consommation d’énergie pour le trans-

port de l’air.– Bien acceptée par les utilisateurs.– En été, possibilité d’aérer de façon intensive la

nuit et le matin.

Inconvénients de la ventilation par les fenêtres– Pas de contrôle du renouvellement d’air.– Courants d’air en hiver.

58

Tableau 4.1 :Valeurs indicatives grossières pour le taux de renouvel-lement d’air obtenu par ouverture des fenêtres [4.13].

Position des fenêtres Renouvellementd’air

Fenêtres, portes fermées*Fenêtres basculées, pas destoresFenêtres à moitié ouvertesFenêtres complètementouvertesFenêtres ouvertes sur façadesopposées

0 – 0,5 h-1

0,3 – 1,5 h-1

5 – 10 h-1

10 – 15 h-1

jusqu’à 40 h-1

* Infiltration par les joints de battues.

Page 52: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

– Eventuellement conflits dans des bureaux col-lectifs.

– Pas de récupération de chaleur.– Pas de traitement de l’air.– Eventuellement nuisances dues au bruit et à la

pollution.– Eventuellement problèmes de sécurité (aéra-

tion nocturne).

Lorsqu’il est question de remplacer la ventilationpar les fenêtres, par une ventilation mécanique, ilfaut comparer l’économie d’énergie qu’offre enhiver la récupération de chaleur, avec la dépensed’énergie nécessaire au transport de l’air. Selonles données du paragraphe 5.2.6 de la recom-mandation SIA V382/3 pour la définition d’instal-lations énergétiquement très performantes, il fautpondérer l’énergie électrique nécessaire pour letransport de fluides (air et eau) avec un facteur 3,l’énergie thermique pour le chauffage, et le caséchéant le refroidissement, avec un facteur 1.

Du point de vue énergétique, on atteint en généralles limites de la ventilation par les fenêtres, lorsquel’apport d’air extérieur nécessaire durant l’occupa-tion d’un local dépasse environ 1,7 m3/hm2 (ce quicorrespond à un renouvellement moyen d’environ0,7 h-1 pour une hauteur libre de 2,50 m). La causepeut être due à une occupation dense (moinsd’environ 15 m2/pers.) ou une émission intense desubstances nocives (si, par exemple, on fume surune surface spécifique de moins de 30 m2/pers.).Ce problème est illustré par des exemples de cal-culs en [4.22].

Pour des bureaux individuels ou petits bureauxcollectifs, la ventilation par les fenêtres est engénéral la solution la mieux acceptée par les utili-sateurs. On peut voir surgir des conflits si trop depersonnes doivent se mettre d’accord pour ouvrirles fenêtres.

4.2.2 Extraction mécanique

L’air du local est aspiré par un ventilateur etexpulsé à l’air libre pendant que, par suite de ladépression provoquée, l’air des locaux voisins oude l’extérieur pénètre par des ouvertures crééesintentionnellement ou involontairement. Si onveille à un bon cheminement de l’air, l’extractionmécanique est alors le moyen le plus simple pouraméliorer la qualité de l’air.

59

Page 53: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

Pour ces installations sans traitement d’air et sansamenée mécanique d’air frais, il y a lieu, selon chif-fre 4 de SIA V382/3 [4.19], d’observer les principessuivants :

– L’installation d’extraction mécanique doit êtrepilotée de manière à permettre l’évacuation del’air de chaque local raccordé, en fonction deses besoins.

– Lorsqu’il s’agit d’installations d’évacuation cen-tralisées, le dimensionnement du ventilateurdoit tenir compte du facteur de simultanéité del’utilisation. Un entraînement à plusieurs alluresou à vitesse variable est souhaitable, afin depermettre l’adaptation de l’exploitation auxbesoins variables.

– Lorsque les débits d’air extraits de locaux chauf-fés dépassent 2500 m3/h, il faut envisager uneinstallation de récupération de chaleur permet-tant de préchauffer l’alimentation d’air neuf.

– Prendre garde à respecter les cloisonnementscoupe-feu.

4.2.3 Installations de ventilation et de climatisation avec air pulsé et air évacué

Selon SIA V382/1, les installations de ventilationet de climatisation comprennent un système d’airpulsé et un système d’air repris. On différenciequatre types d’installations, en fonction du traite-ment de l’air appliqué, selon tableau 4.2.

Les locaux ne devraient être refroidis ou humidi-fiés que si c’est vraiment nécessaire. Les direc-tives relatives à ce sujet se trouvent aux para-graphes 4.5 et 4.6.

4.2.4 Extraction de chaleur et de substances nocives

Le principe de base, pour réaliser une installationaéraulique performante au niveau énergétique,c’est d’utiliser toutes les possibilités pour dimi-nuer les émissions/immissions de chaleur ou desubstances nocives survenant dans le local (luttecontre les sources). Il faut éviter d’augmenter leflux d’air uniquement pour diluer et évacuer desémissions qu’on aurait pu empêcher.

60

Tableau 4.2 :Opérations mises en jeu dans les installations de venti-lation et de climatisation [4.17].

* F = filtrationC = chauffageH = humidificationR = refroidissement, déshumidification (réglée individuellement

ou associée au processus de refroidissement)

Type d’installation

Installation de ventilation

Installation de ventilation avec humidification

Installation de ventilation avec réfrigération

Installation de climatisation

Traitement de l’air soufflé*

F C H R

● ●

● ● ●

● ● ●

● ● ● ●

Page 54: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

Mesures pour réduire la charge thermique dans lelocal :– Toutes les surfaces vitrées d’un local refroidi

doivent disposer d’une protection solaire effi-cace. En général, on essaie d’atteindre un tauxde passage d’énergie globale, y compris pro-tection solaire, de g = 0,15 ou moins. Desvaleurs indicatives pour différents types deconstruction se trouvent sous chiffre 7 3 2 de larecommandation SIA V 382/2 (voir aussi para-graphe 4.5).

– Choix de machines et d’appareils économisantl’énergie, concept d’éclairage adéquat. Utilisa-tion seulement en fonction des besoins.

– Lorsqu’il y a des sources ponctuelles importan-tes, il faut envisager un refroidissement à eauou une extraction directe par un systèmed’aération autonome ou une hotte d’aspiration,afin que la chaleur ne se dissipe pas dans toutle local. Il est éventuellement aussi possible demettre les appareils à fort dégagement de cha-leur dans un local adjacent où on peut admettreune température ambiante plus élevée.

Mesures pour la réduction de l’émission de sub-stances nocives dans le local :– Choisir des matériaux de construction et des

installations intérieures pauvres en émissionsde substances nocives. Des informations surles émissions des principaux matériaux deconstruction seront publiées par la SIA.

– Si de plus grandes sources de substances noci-ves ne peuvent pas être évitées, il faut envisa-ger une extraction directe par un systèmed’aération fermé ou par une hotte d’aspiration.Il peut aussi être utile de placer une telle sourcedans un local adjacent.

– Si on est confronté à différentes sortes d’émis-sions de substances nocives (par exempleavec et sans fumeurs), il faut envisager uneséparation physique des locaux.

Si, pour répondre aux critères hygiéniques, il fautaugmenter le débit d’air pour évacuer la chargethermique, il est alors conseillé sur le plan éner-gétique, d’utiliser localement des appareils derefroidissement, fonctionnant en air de roulementou par rayonnement, avec de l’eau comme calo-porteur.

Le mouvement d’air dans le local, et par là mêmel’efficacité de la ventilation, sont déterminés par laposition et le type des ouvertures d’insufflation et

61

Page 55: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

de reprise, le type et la disposition des sources dechaleur, ainsi que la température des surfaces del’enceinte. Du point de vue énergétique, il fautchoisir des systèmes qui sont efficaces sans qu’ondépasse le taux d’air extérieur hygiénique néces-saire. Ceci peut se faire avec les systèmes tradi-tionnels de ventilation par induction, tout commeavec le système, de plus en plus utilisé, de venti-lation par déplacement d’air (Quellüftung). Il fautéviter les effets de court-circuit, où l’air pulsépasse directement dans l’air vicié, sans avoir ven-tilé la zone occupée.

Dans le cas d’une ventilation par déplacementd’air, le mouvement d’air sera dominé par un fluxascendant, en présence de sources de chaleurdans le local. Sans sources de chaleur, l’air pulséplus froid, et donc plus lourd, s’écoule doucementau niveau du sol et force l’air ambiant plus chaudvers le haut dans les grilles d’évacuation. Ce mou-vement ne doit pas être confondu avec le fluxlaminaire des salles blanches.

Ces dernières années, on a entrepris en Suisse, surla base de recherches norvégiennes et danoises[4.10], de gros efforts pour mieux comprendre lesphénomènes de mouvement d’air dans des locauxventilés et les effets de nouveaux systèmescomme la ventilation par déplacement d’air ou lesplafonds froids. Les résultats de ce programme derecherche « Ventilation et énergie dans le bâti-ment» seront publiés pour le praticien dans unecollection documentaire de sept volumes (voirparagraphe 1.4.2, en particulier VEB 7).

62

Page 56: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.3 Récupération de chaleur(RC)

Pour des raisons énergétiques, il faut prêter atten-tion aux effets suivants d’une installation de RC :

– Réduction de la demande en énergie pourréchauffer et éventuellement humidifier l’airextérieur.

– Augmentation de la demande en énergie pourle transport de l’air par suite de la perte decharge des systèmes RC (éventuellement ycompris filtres air évacué). Peut-être qu’il yaura aussi une demande accrue d’énergie élec-trique pour des installations auxiliaires (parexemple circuit intermédiaire à eau glycolée).

Les installations RC économisent de l’énergie dechauffage. Si leur dimensionnement est adéquat,d’autres composants de l’installation pourrontêtre choisis plus petits. En effet, le système RC a lemeilleur rendement aux conditions extrêmes (dif-férence de température, respectivement d’enthal-pie, la plus grande), ce qui lui permet de couper lespointes de charge.

Pour planifier correctement une installation deRC, il convient de connaître non seulement le ren-dement des composants au point d’exploitationidéal, mais aussi leur comportement lors de con-ditions d’exploitation différentes.

Comme les installations RC utilisent aussi del’énergie, il faut finalement s’intéresser au produitnet. C’est pourquoi les installations RC ne doiventpas être calculées en fonctions des conditionsextrêmes, mais pour le meilleur gain annuel.

On fait une différence entre le rendement maxi-mal possible et le rendement optimal de la récu-pération. Dans une installation de ventilation,l’installation RC optimale sera différente s’il y abeaucoup ou peu de charges internes à récupérer.

Lors de la conception, il faut aussi tenir compte debien des conditions non techniques, comme leprix pour combustibles fossiles et électricité, letaux de renchérissement, l’intérêt du capitalactuel et futur, le temps d’amortissement et lesbuts généraux de l’effort d’économie.

63

Résumé

– A quelques exceptions près, les installations deventilation et de climatisation seront équipées de RC.

– Le choix du système se fait en fonction des condi-tions cadres spécifiques à l’objet. Il n’existe pasde système qui satisfasse à tous les besoins.

– Le succès d’une RC dépend du soin apporté à sondimensionnement. Le critère déterminant est legain annuel net en énergie. Ne pas oublier de pon-dérer l’éventuelle demande en énergie électriqueavec un facteur de 3 (énergie thermique = fact.1).

– Du point de vue économique, une installation deRC judicieusement dimensionnée est, dans lamajorité des cas, un investissement rentable,même au prix actuel (trop bas) de l’énergie.

Page 57: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

L’installation de RC optimale n’est donc pas seu-lement déterminée par des données techniques,mais aussi par des hypothèses économiques etécologiques.

Avant de planifier une installation RC, il faut toutd’abord procéder à une analyse de minimisationdes besoins. D’autre part, une répartition ration-nelle des installations, ainsi que des moyens decommande et de régulation adaptés, sont desconditions importantes pour un fonctionnementéconome et conforme aux besoins.

Pour les études préliminaires, le concepteur peuts’appuyer sur différentes publications récentes.Des données utiles se trouvent dans la brochure[4.8], ainsi que dans la directive 89-1 F de la SICC[4.21] que tout concepteur devrait connaître.

La figure 4.2 donne un premier aperçu des diffé-rents systèmes RC possibles selon les situations.

64

Figure 4.2 :Tableau de critères pour la sélection grossière d’un système [4.8 complété].

Systèmes RC possibles

Avec airtransféré(air neuf

avec RC)**

RoL (F)Ror (F)

ECEECaETNEPRoL

ECEECaETD

ECE*ECa*ETD

ECE ECE*PACdans airévacué

CouplageterrestreAN parregistreterrestreà air**

Gaines de pulsion etd’extraction pouvant

être rassemblées(construction nouvelle)

Pas d’air tansférétoléré

Petitequantité

d’air transférétolérée

Grandequantité

d’air transférétolérée

Faible transfert

d’humiditétoléré

Transfertd’humiditésouhaité

Air évacué

non agressif

Air évacuéagressif

Gaines de pulsion et d’extraction ne pouvantpas être rassemblées

(rénovation)

RoL/Ror Récupérateur rotatif à rotation lente/rapideEP Echangeur à plaquesECE Echangeur à circulation d’eau

* Echangeur AE avec couche de protection.** Utilisation d’air de roulement et système RC saisonnier avec passage de l’air neuf à travers un registre terrestre à air ne sont pas, par défi-

nition, des méthodes de RC officielles, mais elles remplissent le même rôle.

(F) avec couche hygroscopiqueETN/ETD Echangeur à tubes (verre ou plastique)

normal/dense

ECa Echangeur à coloducsPAC Pompe à chaleur

Air évacué

non agressif

Air évacuéagressif

Page 58: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

Les différents systèmes de RC entrant en ligne decompte devraient être dimensionnés et optimisésà l’aide des données des fabricants, en fonctiondes conditions cadres déterminées par le site etles techniques utilisées.

Malheureusement, à ce jour, seuls les échangeursà circulation d’eau se laissent optimiser de façonsûre par calcul. Pour les autres systèmes (en par-ticulier pour les échangeurs rotatifs régénératifs),les bases manquent encore, respectivement sontencore à l’étude.

La figure 4.3 montre que les rendements et lespertes de charge des différents systèmes de RCdoivent être comparés à vitesse d’air identique.

Dans la pratique, les limites sont souvent donnéespar la place disponible. Celles-ci font que les com-paraisons doivent être relativisées. Par exemple, sil’on veut comparer l’échangeur à circulation avecl’échangeur rotatif, il faut d’abord déterminer lesvitesses d’air dans les échangeurs.

Dans un monobloc, la vitesse frontale sur le rotorest environ 1,5 à 1,7 fois supérieure à celle d’unebatterie à eau glycolée, où la place à dispositionpeut mieux être exploitée. Cette augmentation devitesse due au manque de place, réduit de 5 à 10 %l’efficacité du système rotatif. De telles relations,qu’on ne reconnaît souvent pas tout de suite lorsd’un travail de routine, font apparaître la nécessitéde comparer uniquement des solutions concrètes.

Pour des raisons économiques, l’échangeur à pla-ques est pratiquement la seule solution pour depetites installations. Mais même pour ce système,il manque encore à ce jour des données de plani-fication satisfaisantes. En particulier, les fabri-cants devraient publier des données plus précisessur le danger de gel et les contre-mesures corres-pondantes [4.2].

Dans le travail pratique de conception, l’ingénieuravance normalement par étapes. Un instrumentutile pour les premières études de systèmes est lacourbe de fréquence de températures cumuléesdu site choisi (voir figure 4.4). Si on doit aussijouer avec l’humidification et la déshumidifica-tion, la courbe cumulée pour l’humidité absolueest aussi utile. Contrairement à l’utilisation de la

65

Figure 4.3 :Exemple de comparaison de performances [4.8].

1 Echangeur rotatif ET12, RT10, PT102 Echangeur rotatif ET7, PT53 Echangeur à eau glycolée 10RR /2,5 mm, A (net) = h · B4 Caloduc 6RR /3,2 mm, droit* Selon prospectus, invraisemblable

VITESSE DE L’AIR (SUR LA SURFACE NETTE [M/S]

PE

RT

E D

E C

HA

RG

E ∆

Pv

[Pa]

RE

ND

EM

EN

T Φ

[%]

Page 59: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

courbe de fréquence d’enthalpie cumulée, onpourra montrer et juger de façon différenciée,l’incidence de variations de température et d’humi-dité. Des données météorologiques pour différentslieux de Suisse se trouvent en [4.14].

Dans le cas N° 2 de l’exemple de la figure 4.4 (tem-pérature-cible de 12° C) une RC de 50 % suffit toutautant (ou même mieux) qu’une RC de 75% dansle cas no 1, où l’air doit être chauffé à une tempé-rature-cible de 20° C.

A ce stade, l’estimation des rendements des diffé-rentes systèmes est suffisamment précise. Il n’estpas rare qu’un tel travail de préparation amène àréétudier le système général et par là, à améliorerles conditions limites.

Un des avantages de cette méthode est de per-mettre la comparaison graphique des degrés-heures (DH) résultants par année pour différentessolutions. La quantité de chaleur annuelle se calculeen multipliant les DH par le flux massique et par lachaleur spécifique moyenne. Lorsqu’il faut tenircompte de l’humidification, respectivement déshu-midification, on introduit en plus la courbe cumuléede l’humidité absolue, la surface équivalente étantexprimée par des grammes-heures par an.

Lorsqu’on dispose de ces études, il est judicieuxde prendre contact avec les fournisseurs des dif-férents équipements. Suivant leurs connaissan-ces et leurs possibilités techniques, ils pourrontproposer une optimisation plus ou moins fiable.Au plus tard, au début de l’étude d’exécution, leconcepteur doit clairement faire savoir que seulsentrent en ligne de compte des composants pourlesquels les fournisseurs sont en mesure derépondre aux questions précises suivantes :

– pour des installations moyennes à grandes,optimisation détaillée, vérifiable, dans le cadredes différentes variantes d’exécution, selon lescritères d’optimisation choisis. Dans ce domainese trouvent par exemple, les variations géomé-triques des lamelles, des formes de plaques, desondulations, des schémas hydrauliques du calo-porteur, des résistances, la consommationd’énergie auxiliaire, l’amortissement, etc.

– indications sur la protection contre la corro-sion et la durée de vie espérée, en précisant dequelle manière celles-ci influencent la puis-sance, et les frais d’acquisition.

66

Figure 4.4 :Exemple pour le dimensionnement d’un système de RCavec courbes cumulées de température et d’humidité.

x [g

/kg

]

≅ 1000 g h / kg a

Humidificateur

Temp. air évacué = 24° C

Ex. 1: Temp. cible = 20° C

Ex. 2 : Temp. cible = 12° C

✝ air [°C]

✝ a

ir [

°C]

[h / a]

chauffage d’appoint

Page 60: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

– indications sur l’énergie utilisée et les coûts surl’environnement lors de la fabrication et l’éli-mination des différentes composants.

La figure 4.5 montre la relation de l’énergie netterécupérée en fonction du rendement pour deuxtempératures limites différentes. Dans l’installa-tion A, la chaleur n’est utilisée que jusqu’à unetempérature de 12° C, car on mélange à l’air exté-rieur traité, par exemple, de l’air de roulement.Ceci signifie que l’installation de RC ne fonctionneque pour une température extérieure inférieure àenviron 11° C. Le rendement optimal est def = 60%. Pour l’installation B par contre, la chaleurpeut être utilisée jusqu’à une température de20° C. Cela donne un rendement optimal de f = 82%, dont la limite est due au fait que l’airrejeté ne peut pas être refroidi plus, à cause durisque de gel.

Une installation de RC ne devrait donc jamais êtredéfinie qu’avec une puissance ou un rendementpour un seul point de fonctionnement, mais parl’énergie nette récupérée annuellement. Il faut yprendre garde lors de l’élaboration du cahier desoumission (voir [4.21]).

67

Figure 4.5 :Optimisation de l’exécution en fonction du domained’application [4.8].

pour TAS max. = 20° C

pour TAS max. = 12° C

Dan

ger

de

gel

Exé

cuti

on

ch

ois

ie

Réc

up

érat

ion

net

te [

kWh

/a]

Page 61: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.4 Ventilation de logements

Supprimer les ponts de froid et les isolations insuf-fisantes réduit non seulement la consommationd’énergie et la pollution de l’environnement, maisaugmente aussi le confort, à savoir :

– Des températures des surfaces intérieures plusélevées donnent une sensation de confortmême avec une température ambiante plusbasse.

– Si le corps de chauffe produit moins de cha-leur, il provoque aussi moins de tourbillonsd’air et de poussière.

– Une température ambiante plus basse, ainsiqu’une charge en particules de poussièreréduite, font en sorte qu’une humidité ambiantemoins élevée paraît encore confortable.

– Des températures de corps de chauffe plus bas-ses permettent l’emploi de producteurs de cha-leur ayant un niveau de température moinsélevé, et donc l’utilisation de chaleur ambianteou rejetée, à l’aide d’une pompe à chaleur.

Les fenêtres énergétiquement performantes, équi-pées de protections solaires ont les avantages sui-vants :

– Elles laissent entrer suffisamment de chaleuren hiver et évitent une trop grande insolationen été.

– De bonnes fenêtres étanches et à fort pouvoirisolant, permettent non seulement de dimi-nuer la taille des corps de chauffe, mais ausside changer leur répartition sur la façade et dene plus en installer sous chaque fenêtre.

La façon dont l’air extérieur pénètre dans le bâti-ment, puis ressort en emmenant les différentesémissions dépend de diverses conditions. Pour laventilation de logement, il faut différencier sui-vant le type de maison et s’il s’agit de locatairesou de propriétaires.

Un autre paramètre, qu’il ne faut pas négliger, estl’occupation du logement, plus ou moins continuetout au long de la journée, ou avec de longuespériodes d’absences pour raisons profession-nelles.

L’architecte de maisons familiales peut souventcombiner l’approvisionnement en air frais hygié-

68

Résumé

– La ventilation de logements se fait traditionnelle-ment en Suisse par l’ouverture plus ou moinscensée des fenêtres et par les inétanchéités de laconstruction. Il n’est pas possible de récupérer dela chaleur de cette façon.

– Dans les pays à longue période de chauffage, laventilation de base se fait en général par desimples installations mécaniques avec RC.

– Lorsqu’on examine l’utilisation de ventilationmécanique des logements (bruit, pollution, sécu-rité, besoin total en énergie réduit), il faut tenircompte de l’énergie électrique d’appoint néces-saire et de sa valeur énergétique (voir encart à lafin du chapitre).

– Du point de vue strictement économique, uneventilation mécanique de logement à double fluxavec RC fait partie des investissements peu ren-tables au prix actuel de l’énergie. Toutefois, elleaide à réduire la consommation d’énergie dansles bâtiments si le dimensionnement est adéquatet permet de maintenir la salubrité de locauxhabités par des personnes qui n’ouvrent pas outrop peu les fenêtres (par exemple moisissuressur les parois).

Page 62: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

nique avec de l’énergie solaire passive, de sorteque cet air puisse être aspiré sous des élémentsde façades réchauffés par le soleil. En général, lessurfaces de «collecteurs» et la place pour fairepasser l’air sont de dimensions suffisantes pourpouvoir se passer de ventilateur électrique. Lahauteur de construction, ainsi que des liaisonsinternes sur plusieurs étages permettent de tirerprofit des courants ascendants naturels.

Ces efforts lors de la conception des installationssont pourtant très utiles, car une maison de typefamilial est de toute façon énergétiquementmoins favorable qu’une construction plus com-pacte. Des ventilateurs, de quelque type que sesoit, ne devraient être employés que lorsque l’onpeut garantir un bon facteur d’amplification ther-mique (voir encart en fin de chapitre).

Le système d’aération d’un immeuble à plusieursappartements est en général mécanique, cecipour des raisons de place et de taux d’occupationplus élevé. Le concepteur doit donc décider entreune solution centralisée ou décentralisée. Il va desoi, qu’ici aussi, il faut minimiser l’apport d’airfrais. La prise d’air évacué doit se concentrer surles locaux pour lesquels il est nécessaire derenouveler l’air fréquemment, c’est-à-dire la cui-sine, la salle de bain et les WC.

Si on oublie l’investissement de planification et desurveillance de chantier supérieur, une solutioncentralisée de ventilation judicieusement conçue ades avantages notoires par rapport à une solutiondécentralisée :

– La prise d’air extérieur ainsi que celles de l’airextrait peuvent mieux être contrôlées du pointde vue hygiénique.

– Les cycles saisonniers ainsi que jour/nuit peu-vent être utilisés pour la RC (par exempleregistre terrestre).

– Un grand système de RC est plus efficace queplusieurs petites unités.

– De grands ventilateurs et leur entraînement ontun rendement nettement supérieur à de petitsventilateurs.

– Les pertes de charge plus élevées du réseau dedistribution offrent l’avantage d’être moins faci-lement perturbées par des éléments extérieurstels que le vent ou des courants ascendants.

69

Page 63: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

– Le filtrage de l’air est plus rationnel.

– Les dépenses et les produits d’une installationcentralisée peuvent être plus facilement mesu-rés et interprétés.

Sur le plan économique/écologique, la ventilationmécanique d’habitations ne devrait pas coûterplus de Fr. 450. – par mégawatt-heure/an écono-misé (valeur expérimentale de la délégation àl’énergie du canton de Zurich, 1992).

Pour utiliser rationnellement l’énergie électrique,il est important de vérifier le facteur d’amplifica-tion électrothermique (aussi appelé coefficient deperformance) du système choisi.

70

Le concept d’amplificateur électrothermique a étéintroduit et défini dans [4.4]. Il s’agit du rapport entrel’énergie thermique produite ou l’énergie fossile éco-nomisée et l’énergie électrique consommée. Ce fac-teur est aussi plus usuellement appelé «coefficientde performances (COP) ». Ce facteur d’amplificationa les valeurs typiques suivantes :COP = ~ 3 PAC à moteur électriqueCOP = ~ 7-25 Récupération de chaleur ou utilisa-

tion de rejetsCOP = ~ 5-10 Installations modernes de renou-

vellement d’air en comparaisonavec des installations convention-nelles

COP = ~ 7,5-15 Voitures électriques légères en com-paraison avec des voitures conven-tionnelles à moteur à benzine.

Le facteur d’amplification thermique moyen de systè-mes rationnels ne devrait pas être inférieur à 3 pourtenir compte de la grande valeur de l’énergie électri-que et des pertes survenant lors de sa transformation.

Page 64: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.5 Nécessité du refroidissement de l’air ambiant

71

Résumé

– Les critères pour juger de la nécessité de refroidirl’air ambiant se trouvent sous chiffre 5.2 de larecommandation SIA V 382/3 [4.19]. D’autre part, ilfaut aussi observer les prescriptions des autorités.

– La condition préalable à toute preuve du besoinde refroidissement de l’air ambiant est l’observa-tion d’exigences minimales en matière de cons-truction. Il s’agit en particulier d’une protectionextérieure efficace contre le soleil et d’une capa-cité suffisante d’accumulation de chaleur de laconstruction.

– Le refroidissement de l’air ambiant est accordélorsqu’un des critères suivants est satisfait :• Cas spécial avec conditions particulières concer-

nant le climat ambiant.• Charges internes élevées.• La température ambiante estivale maximale est

trop élevée sans refroidissement (comparaisonavec paragraphe 3.1.3.1).

• Installation énergétiquement très performante,même avec refroidissement. Lorsqu’on appli-que les nouvelles technologies telles que refroi-dissement par rayonnement et utilisation de lamasse du bâtiment comme volant thermique, lerefroidissement n’augmente souvent pas laconsommation totale d’énergie.

– La demande d’énergie pour un refroidissementmécanique peut être réduite, voire même élimi-née, si on applique les techniques suivantes :• Aération nocturne (paragraphe 4.7).• Refroidissement de dalle en béton (paragraphe

4.8).• Plafond froid (paragraphe 4.9).• Registre terrestre à air (paragraphe 4.10).• Sonde géothermique (paragraphe 4.11).

4.6 Nécessité d’humidifierl’air ambiant

Résumé

– Les critères pour juger de la nécessité d’humidifierl’air ambiant se trouvent sous chiffre 5.3 de larecommandation SIA V 382/3 [4.19]. D’autre part, ilfaut aussi observer les prescriptions des autorités.

– L’humidification de l’air ambiant est accordéelorsqu’un des critères suivants est satisfait :• Cas spécial avec conditions particulières concer-

nant le climat ambiant.• Humidité minimale de l’air ambiant trop basse

sans humidification (voir aussi paragraphe3.1.3.3).

– En général, il n’est pas nécessaire d’humidifierdes bureaux ou des logements. L’impression quel’air est trop sec, et les réclamations qui en décou-lent, est souvent due à une température ambianteou un apport d’air extérieur trop élevés, une tropgrande densité de poussière dans l’air ou toutautre élément étranger.

Page 65: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.7 Aération nocturne

Par le passé, on a souvent installé, sans trop y pen-ser, des équipements de ventilation avec refroidis-sement. Aujourd’hui, on essaie de remédier àl’inconfort dû à une température ambiante trop éle-vée autrement que par un refroidissement méca-nique. L’une des solutions est l’aération nocturne.

Celui qui a la chance de pouvoir laisser ses fenêtresouvertes lors des grandes chaleurs estivales, con-naît le bienfait de la fraîcheur nocturne. La massedu bâtiment et le mobilier rendent à l’air nocturnela chaleur qu’ils ont accumulée durant la journée.Le lendemain, le processus peut recommenceravec une masse d’accumulation refroidie, sans quela température ambiante monte de façon excessive.

La figure 4.6 montre le déroulement journalier dela température de l’air extérieur par un jour chaud,avec un maximum de 30° C et une amplitude de7,5K [4.18]. La température extérieure maximalesurvient vers 16 heures, le minimum vers 4 heures(heure d’été).Pour une aération nocturne efficace, les condi-tions suivantes doivent être remplies :– L’air extérieur doit être plus frais d’au moins 2 K

que l’air ambiant. Selon la figure 4.6, ces condi-tions sont remplies en général entre 23 heureset le début du travail.

– La construction doit être au moins moyenne-ment lourde, avec une masse spécifique d’accu-mulation de m >350kg/m2 selon SIA V 382/2chiffre 5.2. Le béton visible (nu) et les murs mas-sifs sont particulièrement favorables, alors quedes revêtements thermiques ou acoustiquessur la face interne sont défavorables.

– L’air nocturne frais doit s’écouler le plus direc-tement possible le long des éléments accumu-lateurs. Pour une aération nocturne efficace, lerenouvellement d’air doit être d’au moins 3 h-1.Elle peut être réalisée soit au moyen d’une aéra-tion par les fenêtres (transversale) ou à l’aided’une installation de ventilation. Dans le cas del’aération par fenêtres, il faut prêter attentionaux points suivants : sécurité, intempéries, bruitet pollution. En cas de ventilation mécanique, ilfaut tenir compte de la demande d’énergie pourle transport de l’air. Afin de la minimiser, les élé-ments de traitement de l’air devraient êtrebipassés. La seule utilisation du système d’éva-cuation de l’air peut aussi être suffisante. Iciaussi, le coefficient d’amplification électrother-mique (paragraphe 4.4) doit être pris en compte.

72

Résumé

– En été, on peut activer l’accumulation de chaleurde la construction et du mobilier à l’aide d’uneaération nocturne judicieuse. Par là, on peutabaisser de manière sensible la températureambiante maximale en été.

– Pour que l’aération nocturne soit efficace, laconstruction doit posséder une capacité d’accu-mulation suffisante et il faut atteindre un renou-vellement d’air extérieur d’au moins 3 h-1 aumoyen de l’ouverture des fenêtres ou à l’aided’une installation de ventilation.

– Lorsqu’on décide d’installer une ventilation noc-turne, il faut tenir compte, dans le cas d’une ven-tilation mécanique, de la consommation d’éner-gie pour le transport de l’air.

Figure 4.6 :Déroulement journalier de la température de l’air exté-rieur par un jour d’été chaud [4.18].

Tem

pér

atu

re d

e l’a

ir e

xtér

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[°C

]

Heure du jour (heure d’été)

Page 66: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.8 Refroidissement de dalleen béton

En comparaison avec l’aération nocturne décriteau paragraphe 4.7, le refroidissement de dalle enbéton permet d’améliorer sensiblement la capa-cité d’accumulation de chaleur du béton.

L’évacuation de la chaleur accumulée durant lajournée se fait à partir de conduites de refroidis-sement noyées dans le béton. Pour cela on utilisede l’eau, dont l’efficacité est bien meilleurequ’avec l’air et la capacité de transport plusgrande. La chaleur accumulée par l’eau peut êtreévacuée dans l’air nocturne au moyen d’un aéro-refroidisseur. On peut souvent aussi utiliser leradier, car souvent la température du sous-solsuffit déjà à amener l’eau à la température désiréede 19° C. Dans ce cas, le coefficient d’amplifica-tion électrothermique sera encore plus favorablequ’avec un aérorefroidisseur.

La figure 4.7 montre une simulation dynamique àune dimension d’une dalle en béton refroidied’une part en surface par l’air et, d’autre part pardes conduites d’eau noyées dans la masse. Si l’onadmet que l’air est à 17° C, et que l’eau, à causedes pertes dans l’échangeur de chaleur, est à19° C, la supériorité du refroidissement de la dallepar conduites noyées, par rapport à un refroidis-sement nocturne conventionnel, devient claire.

73

Résumé

– Comparée à l’aération nocturne, on peut encoremieux activer la capacité d’accumulation de cha-leur si on refroidit la dalle par des conduites d’eauenrobées dans le noyau de béton (béton contrelocal nu). Cette solution a deux avantages décisifs :• Le transport de la chaleur se fait au moyen d’eau

bien plus efficace que l’air.• On évacue la chaleur d’accumulation la nuit,

lorsque l’air frais est à disposition pour le free –cooling.

– Contrairement au plafond froid à rayonnementdirect, disposé sous la dalle (paragraphe 4.9), lerefroidissement de dalle en béton rend impos-sible tout comportement négligent de l’exploi-tant, puisqu’il n’y a pas de machine frigorifiquepour éliminer les charges.

Page 67: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

74

Figure 4.7 :Comparaison du refroidissement d’une dalle en béton par air en surface et par des conduites d’eau noyées dans lamasse, pour différents pas de temps [4.11] (M = minutes, h = heures).

Air en hautAh

Air en basAb

Valeur de départ = 26 [C] ; α-Air = 8 [W/m2K]

Refroidissement en surface par air 17 [C]

Couches de haut en bas

Ah AhAb AbN

Refroidissement du noyau par eau 20 [C]

Noyau

[C]

Page 68: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.9 Plafonds froids

La ventilation par faux-plafond perforé est passéde mode il y a dix ou quinze ans, surtout pour desraisons hygiéniques. Elle a été remplacée par dessystèmes qui amenaient l’air par des canaux oudes conduites jusqu’aux bouches d’insufflation.Personne ne s’est rendu compte qu’en mêmetemps, on perdait une surface de refroidissementefficace. En effet, l’air pulsé à 16° C dans le vide dufaux-plafond abaissait la température de ce der-nier pour en faire, en quelque sorte, un plafondfroid.

Après avoir oublié ces «plafonds froids» durantquelques années, ils furent redécouverts sous uneautre forme. A la place du refroidissement par air,on a installé un refroidissement par eau, nette-ment plus efficace pour des charges élevées.

Il est clair qu’il est plus efficace d’évacuer la cha-leur par un plafond froid à eau, que par un simplesystème à air.

On ne prête souvent pas attention au fait que cesplafonds froids, commodes et efficaces, incitent àdes exigences plus élevées en matière de confortet à une utilisation moins réfléchie du froid. Parexemple tarder à baisser un store n’amène plusimmédiatement un sentiment d’inconfort !

Il faut relever que les plafonds rayonnants met-tent la production de froid à contribution juste aumoment où il fait le plus chaud et où la consom-mation d’électricité est la plus élevée.

Pour répondre à des cas difficiles de refroidisse-ment, le système moderne de plafonds froids estle bienvenu. Toutefois, il faut s’assurer que ledimensionnement répond bien aux exigences etne pas oublier que la couche de béton située justeau-dessus peut jouer sans entraves son rôle devolant thermique.

75

Résumé

– Le plafond froid est formé d’éléments creux, dis-posés sous la dalle et traversés soit par de l’eau,soit par de l’air. C’est un moyen doux mais effi-cace pour refroidir un local.

– Lors du dimensionnement, il faut prendre garde àéviter toute formation d’eau de condensation.

– La commodité et la grande capacité des plafondsfroids incitent l’utilisateur à de plus grandes exi-gences en matière de confort et partant, à un gas-pillage de froid. Pour éviter une consommationd’énergie inutile, il faut limiter la puissance derefroidissement à la quantité réellement néces-saire.

Page 69: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.10 Registre terrestre à air

Dans une installation de renouvellement d’airavec registre terrestre, l’air extérieur est aspiré autravers de conduites enterrées, par exemple sousle radier. Par ce moyen, on réchauffe l’air exté-rieur en hiver et on le refroidit en été. La tempéra-ture du sol autour des conduites, et par là le ren-dement du registre, est fortement influencée parla nature du sol (teneur en eau) et par la tempéra-ture du local situé directement au-dessus (cavesou garages non chauffés). Le registre terrestre àair est bien indiqué pour gommer les brèvespointes de charge estivales ou hivernales.

La figure 4.8 montre l’exemple d’un registre ter-restre à air dans sa phase de construction ; ce sont43 tuyaux posés dans la nappe phréatique. Cha-que tuyau en matière synthétique a une longueurde 23 m et un diamètre intérieur de 23 cm. Ils sontdisposés à 1,15 m les uns des autres, perpendicu-lairement au bâtiment et à 0,80 m sous la dalle,avec de la pente.

Avec cette installation, on a atteint les rende-ments suivants (valeurs mesurées) :

– Eté (température extérieure = 32° C) :température de sortie de l’air = 22° Cpuissance de froid = 55 kW (17 150 m3/h)

– Hiver (température extérieure = -11° C) :température de sortie de l’air = 6° Cpuissance de chauffe = 65 kW (12 000 m3/h)

Le registre terrestre à air est rentable, en combi-naison avec une ventilation nocturne, si on peutrenoncer à une installation frigorifique méca-nique. On peut alors construire des bâtimentséconomes en énergie, qui offrent pourtant unhaut niveau de confort, comme par exemple :– bâtiments de bureaux ;– constructions industrielles ou commerciales ;– écoles ;– maisons familiales ou immeubles à usage

locatif.

Le registre terrestre à air fonctionne en hiver et enété. A l’entre-saison, lorsque la température del’air extérieur se situe entre 6 et 21° C, le registreterrestre à air n’est pas en fonction, car la récupé-ration de chaleur suffit à garantir la température

76

Résumé

– Dans un registre terrestre à air, on aspire l’airextérieur au travers d’un système de conduitesenterrées, pour réchauffer l’air extérieur en hiveret le refroidir en été.

– Le potentiel énergétique est très élevé, car lesdépenses complémentaires en énergie d’appoint(électricité) sont réduites.

– Pour éviter toute baisse de qualité du niveauhygiénique de l’air frais, il faut éviter toute pochede condensation, et garantir les possibilités decontrôle et de nettoyage du registre.

Figure 4.8 :Exemple d’un registre terrestre à air lors de sa phase deconstruction.

Page 70: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

de l’air pulsé. En été, il n’est mis en service quelorsque la température de l’air ambiant dépasseune certaine limite (par exemple 24° C).

En hiver, la régulation de la température de l’airpulsé se fait en cascade avec tout d’abord la récu-pération de chaleur, puis le registre terrestre à air(régulation progressive des clapets), et enfin lecas échéant la batterie de post chauffage. Si destempératures de l’air pulsé ≤16° C sont suffi-santes, on peut renoncer à la batterie de postchauffage, pour autant que le dimensionnementdu registre terrestre à air soit correct.

A l’aide du registre terrestre à air, on peut main-tenir la température de l’air pulsé toujours en des-sous de la température de l’air ambiant (conditionpour une ventilation par déplacement d’air).

Les quelques indications de dimensionnementsuivantes devraient être observées lors du prédi-mensionnement et pour une première estimationdes coûts.– Vitesse d’air maximale :

<4 m/s– Canalisations :

tuyau ciment (sol sec)tuyau PE Haute Pression (sol mouillé)

– Longueur minimale des tuyaux :sol sec >30 msol mouillé >20 m

– Diamètre optimal des tuyaux :sol sec ≥30 cmsol mouillé <25 cm

– Ecartement latéral des tuyaux :minimum 1 moptimal >2 m

– Distance au radier :aussi grande que possible (minimum 0,6 m)

Il faut encore tenir compte des remarques sui-vantes :– Les tuyaux et les collecteurs doivent être posés

avec pente, afin de pouvoir évacuer toute eaude condensation.

– Les collecteurs doivent être visitables afin depouvoir contrôler visuellement les tuyaux etleurs raccordements.

– Dans un sol mouillé, les raccords des tuyaux auxcollecteurs doivent être réalisés au moyen de 2manchettes d’étanchéité posées à l’extérieur.

77

Figure 4.9 :Cheminement de l’air dans un bâtiment administratifdisposant d’un registre terrestre à air.

Centrale de ventilation

Local de référence 1

Local de référence 2

Air frais

Air évacué

Sonde detempérature

Air frais

Registre terrestre à air

Page 71: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

Dans le cadre de projet de recherches, il est prévude mettre à la disposition des planificateurs unprogramme PC pour le dimensionnement deregistres terrestres à air pour sol sec et humide.Ce programme permettra de calculer heure parheure la puissance du registre terrestre à air entenant compte des conditions cadres principales(système de ventilation, sol, bâtiment).

78

Les registres terrestres à air montrent un facteurd’amplification électrothermique optimal (défini-tion voir paragraphe 4.4). En comparaison avec dessystèmes conventionnels, les registres terrestres àair atteignent, en hiver et en été, un facteur d’ampli-fication électrothermique de 60-80 (coefficient deperformance de pompes à chaleur <4 et de machi-nes frigorifiques <3).

Figure 4.10 :Schéma de principe d’une installation de renouvellement d’air avec registre terrestre à air.

AS

AR

AN

AE

Registre terrestre à air

Page 72: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.11 Sondes géothermiques

4.11.1 Chauffage en hiver

Pour l’exploitation de la chaleur terrestre dans desprofondeurs allant de quelques dizaines àquelques centaines de mètres («géothermie àfaible profondeur»), on emploie des sondes géo-thermiques verticales. Dans ce domaine, l’énergieutilisable est présente normalement sous formede chaleur de moins de 20° C. Une sonde géo-thermique est formée pour l’essentiel d’un circuitd’eau fermé, le circuit primaire. Les tuyaux néces-saires sont amenés en profondeur par une sériede forages, généralement verticaux. Le fluidecaloporteur, de l’eau avec environ 25% vol. d’anti-gel, est pompé à travers le système pour en reti-rer de la chaleur. Le mélange d’eau glycolée rendensuite, en passant par un échangeur, la chaleurextraite du sol à une pompe à chaleur. Il n’y aaucun contact direct entre l’agent frigorifiquedans la PAC et le fluide caloporteur de la sonde.L’énergie retirée de cette façon du circuit primaireest alors amené par la PAC à la températurenécessaire pour le chauffage. Par ce système, onpeut atteindre des coefficients de performancesmoyens, de plus de 3 [4.3, 4.15].

Données critiques de dimensionnementLa répartition des températures du sol varie nonseulement durant la journée, mais aussi à pluslongue durée ; c’est-à-dire que la source d’énergievarie et rend en cela le dimensionnement optimald’une installation à sonde géothermique difficile.Il faut donc tenir compte des données suivanteslors de la planification d’une telle installation :– La demande d’énergie de la maison. Elle est

déterminée par la taille et la nature de la cons-truction, son orientation, ainsi que sa situationclimatique.

– La température la plus haute exigée par le cir-cuit de chauffage. Elle est influencée par lechoix du système (par exemple chauffage àbasse température) et son dimensionnement.

– L’économie d’énergie visée. Moins on désireconsommer d’énergie auxiliaire, plus lesinvestissements sont élevés.

– La température du circuit primaire. En gros,elle est déterminée par la géométrie de lasonde, le débit du circuit, ainsi que par la

79

Résumé

– Les sondes géothermiques sont des sondes verti-cales par lesquelles on peut exploiter la tempéra-ture plus ou moins constante du sol à des pro-fondeurs allant de quelques dizaines à quelquescentaines de mètres.

– De cette façon, on peut tirer de la chaleur du solen hiver, et lui en redonner en été. Pour atteindreles températures nécessaires, il faut une pompe àchaleur en hiver. En été, le mélange eau/glycolqui circule dans les sondes géothermiques peutêtre directement utilisé pour le refroidissement, àl’aide d’un échangeur de chaleur.

– Lorsqu’on examine l’opportunité d’une installa-tion de sondes géothermiques, il faut tenir comptede la demande en énergie électrique pour le trans-port des fluides.

Figure 4.11 :Esquisse de principe d’une installation à sonde géo-thermique.

Circuit PAC(fluide frigorigène)

Circuit primaire(eau + év. antigel)

RendementViser une puissancefaible (environ 50 W/m),par conséquent unesonde plus longue, cequi donne une tempéra-ture plus élevée de lasource.

Circuit secondaire(eau)

Chauffage à basse

température

Pompe à chaleur

Page 73: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

nature du sol. Valeur indicative : pour un tempsde fonctionnement de la PAC de 2000 h/a envi-ron, il faut calculer environ 20 m de longueurde sonde par kW de puissance thermique dési-rée (50 W/m).

Puissance de chauffage de la pompe à chaleurIl ne faut pas calculer la puissance de chauffage dela PAC de façon trop juste. Un dimensionnementtrop serré a pour conséquence une longue duréede fonctionnement, et donc une surcharge de lasonde géothermique. Si le temps de « rétablisse-ment » (flux de chaleur) manque, la températureutile de la source de chaleur chute et donc la puis-sance de chauffage aussi. La rentabilité diminueet les températures ambiantes ne peuvent plusêtre atteintes.

Pour mémoire, il est utile de rappeler que plusl’écart entre la température d’évaporation et cellede condensation augmente, plus le coefficient deperformance chute.

4.11.2 Refroidissement en été

Les sondes géothermiques, qui sont utilisées enhiver comme source de chaleur pour les PAC, peu-vent aussi servir en été à refroidir l’air extérieur. Iln’existe pas de données sûres sur les perfor-mances auxquelles on peut s’attendre, car aucunesmesures systématiques n’ont été faites jusqu’àprésent. On estime que pour environ 1000 heuresde fonctionnement en été, on atteint une puissancede froid d’environ 50% de la puissance de chauffede l’hiver, c’est-à-dire environ 25 W/m.

En retirant de la chaleur en hiver pour le chauffageet en apportant de la chaleur en été pour le refroi-dissement, on améliore le rendement de lapompe à chaleur.

La puissance absorbée pour l’entraînement despompes de circulation et des ventilateurs (résis-tance plus élevée des refroidisseurs car la surfaced’échange est plus grande et la température del’eau de refroidissement plus élevée) est augmen-tée de 10-15% par rapport à une installation fri-gorifique traditionnelle.

80

Page 74: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.12 Commande et régulationen fonction des besoins

La façon la plus simple d’adapter le fonctionne-ment de l’installation de ventilation aux besoinsest encore la mise en- et hors-service. Cela peut sefaire de la manière suivante :

– Interrupteur manuelA actionner lorsqu’on entre ou on sort d’unlocal, ou lors de l’aération par les fenêtres. Sonefficacité varie en fonction de la discipline desutilisateurs.

– HorlogeElle rend de grands services pour peu d’efforts,pourvu qu’elle soit réglée pour des périodes dejour et de semaine bien définies.

– Contact d’ouverture de fenêtreSi on ouvre la fenêtre alors que l’installation deventilation fonctionne, de l’énergie est gas-pillée. Un contact d’ouverture de fenêtre per-met l’arrêt automatique de l’installation si l’onouvre une fenêtre.

– Détecteur de mouvementUn détecteur de mouvement (détecteur infra-rouge) peut révéler la présence de personnesdans un local. Ce moyen est assez sûr pourpouvoir servir de commande à une installationde ventilation.

Si l’utilisation est variable, on peut régler la quan-tité d’air sur la base d’un détecteur de polluants,de façon que certaines valeurs limites soient res-pectées. Comme détecteur de polluants, on peutemployer :

– Détecteur de CO2

Des détecteurs de CO2 sont adaptés à deslocaux où on ne fume pas (valeur limite éprou-vée = 800 ppm CO2 + balayage du local avantl’utilisation).

– Détecteur de mélange de gazDe tels détecteurs sont indiqués pour deslocaux où on peut fumer.

81

Résumé

– Il faut tout d’abord s’assurer, par des mesuresappropriées, que les installations de ventilation etde climatisation ne sont en service que lorsquec’est nécessaire.

– Lors du fonctionnement des installations, il fautveiller à ce qu’elles travaillent en fonction desbesoins et avec le minimum d’énergie nécessaire.

– Les mesures les plus simples, comme interrup-teur manuel et horloge, sont souvent aussi lesplus efficaces. Si l’installation a été dimensionnéeau plus juste des solutions coûteuses à débitvariable ont moins d’importance qu’on ne leurprêtait il y a encore quelques années.

Page 75: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

4.13 Installations à débit variable (VAV)

A l’époque où on utilisait l’air pulsé à températureconstante pour satisfaire à toutes les demandesde rafraîchissement, on était obligé de varier ledébit d’air pour régler la puissance.

La construction d’une installation VAV est judi-cieuse pour permettre un fonctionnement selon lesbesoins lors d’utilisations très variées. Si le dimen-sionnement de l’installation est adéquat, une ins-tallation VAV ne se justifie plus que pour ces casparticuliers.

On exige d’une installation VAV qu’à tout momentelle puisse livrer individuellement à chaque localle débit d’air nécessaire. Pour cela, il faut dimen-sionner tous les composants en fonction du débitd’air variable.

Régulateur de débit d’airLes régulateurs de débit d’air doivent garantir quechaque local reçoive le débit nécessaire, indépen-damment de la pression qui règne momentané-ment dans le réseau de distribution.

La figure 4.12 montre le principe d’un régulateurde débit d’air avec mesure du débit (p. ex. aumoyen d’un diaphragme). La figure 4.13 montre leprincipe d’un régulateur de débit d’air mécanique,avec réglage directement à l’aide de la pressiondu canal.

Lors du choix du régulateur, il faut noter que lapression primaire minimale nécessaire à la régu-lation doit rester aussi basse que possible. Commecelle-ci est nettement plus élevée pour un régula-teur VAV mécanique que pour un régulateur VAVà dispositif de mesure, il faut éviter les régulateursmécaniques pour des raisons énergétiques.

VentilateurLe ventilateur doit aussi pouvoir s’adapter auxbesoins.

Dans tout le réseau de canaux, la pression doitêtre suffisante pour que les régulateurs de débitpuissent fonctionner. Il est possible que plusieurspoints de mesure soient nécessaires.

82

Figure 4.12 :Régulateur VAV avec dispositif de mesure(∆pmin = environ 20 Pa).

Résumé

– Des installations VAV sont indiquées pour deslocaux à utilisations très variées, afin d’obtenir unfonctionnement adapté aux besoins. Si le dimen-sionnement de l’installation est adéquat, une ins-tallation VAV ne se justifie alors que dans ces casparticuliers.

– Dans une installation VAV, il faut dimensionnertous les composants en fonction du débit varia-ble. Des régulations VAV mécaniques doiventêtre évitées en raison de leurs grosses pertes decharge.

Figure 4.13 :Régulateur VAV mécanique (∆pmin = environ 80 Pa au volume d’air minimum).

1 Régulateur de débit2 Mesure (diaphragme, croix)3 Clapet4 Régulateur5 Servo-moteur

1 Régulateur de débit2 Cône de réglage3 Ressort

Page 76: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

Bouches de pulsionLors du choix de la bouche de pulsion et de sondimensionnement, il faut veiller à ce qu’elle soitadaptée aux différents débits d’air (100%-30%),afin que le balayage du local soit encore suffisanten charge partielle.

Les bouches à forte induction et les ventilations àdéplacement d’air remplissent ces conditionssans aide mécanique particulière.

83

Bibliographie chapitre 4

[4.1] Arbeitsgemeinschaft Wärmepumpen AWPTechnische Dokumentation der TK über WärmepumpenheizungsanlagenAWP Zürich, Oktober 1991

[4.2] E. BeckÜber das Einfrieren von PlattenwärmetauschernHLH Band 43 (1992) Nr.7, Seiten 370-374

[4.3] Office fédéral de l’énergie OFENErdwärmesonden-HeizanlagenStudie Nr.46, September 1989

[4.4] Office fédéral des questions conjoncturellesRAVEL domaine chaleur - cahier 1Elektrizität und WärmeBestell-Nr.724.357-d

[4.5] Office fédéral des questions conjoncturellesRAVEL domaine chaleur - cahier 2Wärmerückgewinnung end AbwärmenutzungBestell-Nr.724.355-d

[4.6] Office fédéral des questions conjoncturellesRAVEL domaine chaleur - cahier 3WärmepumpenBestell-Nr.724.356-d

[4.7] Office fédéral des questions conjoncturellesRAVEL domaine chaleur - cahier 4WärmekraftkopplungBestell-Nr.724.358-d

[4.8] Office fédéral des questions conjoncturellesProgramme d’impulsion installations du bâtiment 1987Wärmerückgewinnung in Lüftungs- und KlimaanlagenForm.724.709d 12.87 1000 41945

[4.9] F. Haberda, V. Meyringer, L. TrepteBestandsaufnahme zur Ausführung von Lüftungsanlagen im WohnungsbauBundesministerium für Forschung und Technologie BMFT-FB-T 86-230

[4.10] Hans Martin MathisenAnalysis and Evaluation of Displacement VentilationDissertation NTH TrondheimVVS-rapport 1989 :2

Page 77: Installations Ventilltuion Energetique

4. Systèmes de ventilation et de climatisation

84

[4.11] R. Meierhans, D. BrühwilerIntensive Nutzung der Gebäudespeichermasse zur Nächtlichen Kühlung7. Schweizerisches Statusseminar 1992Energieforschung im Hochbau

[4.12] V. MeyringerVoraussetzungen für den energiewirtschaftlich sinnvollen Einsatz von Lüftungsanlagen in WohnungsbauBundesministerium für Forschung und Technologie BMFT-FB-T 86-240

[4.13] Recknagel, Sprenger, HönmannManuel pratique du génie climatiquePyc Edition Paris, édition 1986. ISBN 2-85330-084-6

[4.14] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAMeteocaten für die HaustechnikDokumentation D 012, Januar 1987

[4.15] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIA et Office fédéral de l’énergie OFENBase de dimensionnement des systèmes exploitant la chaleur du sol à basse températureDocumentation D 025, Mai 1988

[4.16] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIARèglement concernant les prestations et honoraires des ingénieurs mécaniciens et électriciens, ainsi quedes ingénieurs spécialisés dans les installations du bâtimentRèglement SIA 108, édition 1984

[4.17] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPerformances techniques requises pour les installations de ventilation et de climatisation.Recommandation SIA V382/1, édition 1992

[4.18] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPuissance de réfrigération à installer dans le bâtimentRecommandation SIA V382/2, édition 1992

[4.19] Société suisse des ingénieurs et des architectes SIAPreuve des besoins pour les installations de ventilation et de climatisationRecommandation SIA V382/3, édition 1992

[4.20] Société suisse des ingénieurs en chauffage et climatisation SICCProcès-verbaux de réceptionDirectives 88-1 F, SICC

[4.21] Société suisse des ingénieurs en chauffage et climatisation SICCSystèmes de récupération de chaleurDirectives 89-1 F, SICC

[4.22] Urs SteinemannArbeitsbericht zur Definition energetisch guter lüftungstechnischer AnlagenBericht US 92-14-01 vom Dezember 1992 im Auftrag des SIA und des BEW

[4.23] TüV RheinlandLüftung im WohnungsbauBericht Statusseminar, ISBN 3-88585-172-5

[4.24] Carl-Georg UngerlandDie Lüftung als notwendige Voraussetzung für ein gesundes WohnklimaBuchenweg 7, D-8200 Rosenheim

[4.25] H. Werner, W. FiesFortschrittliche Systeme für die Wohnungslüftung, Teil BIPB-Bericht EB-21, 1989Fraunhoferinstitut für Bauphysik, Stuttgart

Page 78: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5. Ventilateurs

5.1 Types de ventilateurs 88

5.1.1 Standardisation 88

5.1.2 Pression, débit et rendement 90

5.1.3 Bruit 93

5.2 Courbes caractéristiques 94

5.2.1 Ventilateurs radiaux 94

5.2.2 Ventilateurs axiaux 97

5.2.3 Ventilateurs tangentiels 100

5.3 Règles de similitude 101

5.3.1 Influence du poids spécifique de l’air 101

5.3.2 Lois de proportionnalité 103

5.3.3 Lois d’affinité 103

5.4 Courbe caractéristique du réseau et point de fonctionnement 104

5.5 Régulation du débit 105

5.6 Pertes lors du montage 112

Bibliographie chapitre 5 112

85

Page 79: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5. Ventilateurs

87

Un ventilateur est une machine qui transforme del’énergie électrique en débit d’air et pression. Il estsouhaitable que cette transformation se fasseavec le moins de pertes possibles et aussi silen-cieusement que possible. Jusqu’à environ 25 kPaon parle de ventilateur, au-delà de soufflante.

La consommation d’énergie électrique occasion-née par le transport de l’air est actuellement aucentre des efforts d’économie, depuis que lesbesoins en énergie pour le chauffage ou la réfrigé-ration ont pu être beaucoup diminués, ces der-nières années, grâce aux améliorations effectuéesen matière de protection thermique aussi bienhivernale qu’estivale.

La consommation d’énergie pour le transport del’air est actuellement souvent beaucoup trop éle-vée. Pour améliorer cette situation, il est néces-saire de choisir plus soigneusement les ventila-teurs, d’adapter les systèmes d’entraînement etde les exploiter sur la plage de rendement opti-male. Il est fréquent de trouver des rendementsglobaux de l’ordre de 25 %, lorsqu’on mesure despetits ventilateurs.

Il est essentiel, pour pouvoir réaliser une installa-tion énergétiquement performante, d’avoir la pos-sibilité de régler les débits en fonction des besoins,et ainsi les limiter au minimum. De plus, il fautréduire les pertes de charge au minimum écono-miquement admissible. Il faut encore noter que,pour bien choisir un ventilateur ou un moteur, ilfaut pouvoir s’appuyer sur des calculs de perte decharge fiables.

Page 80: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

88

5.1 Types de ventilateurs

5.1.1 Standardisation

Bien que les différents types de construction deventilateurs se recoupent, on fait une premièredistinction entre les ventilateurs axiaux et les ven-tilateurs radiaux.

Ventilateurs axiaux

Ce type de construction s’étend depuis le ventila-teur plafonnier « Casablanca » à rotation lentejusqu’au ventilateur hélicoïde à enveloppe en pas-sant par le ventilateur hélicoïde de paroi.

Figure 5.1 :Ventilateur « Casablanca» à rotation lente.

Figure 5.2 :Ventilateur hélicoïde de paroi.

Figure 5.3 :Ventilateur axial à hautes performances avec distribu-teur (amont) et angle de calage de pale réglable à l’arrêt.

Page 81: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Ventilateurs radiaux

Ce type de construction s’étend du ventilateur àaubes recourbées vers l’avant, de construction rela-tivement légère, jusqu’au ventilateur radial à hautepression, en passant par le ventilateur à haut ren-dement à aubes recourbées vers l’arrière, munid’un aubage de prérotation.

89

Figure 5.4 :Ventilateur radial à aubes recourbées vers l’avant.

Figure 5.5 :Ventilateur radial à haute pression.

Page 82: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Une autre variante du ventilateur radial est le ven-tilateur tangentiel. Il est essentiellement employédans les climatiseurs et les ventilo-convecteurs.

5.1.2 Pression, débit et rendement

Le ventilateur radial à aubes recourbées versl’arrière (profilées ou non profilées) se distinguedes autres types de ventilateurs radiaux, par sonrendement nettement meilleur et sa courbe carac-téristique plus raide. De plus, il peut couvrir undomaine de pression bien plus étendu. Par contre,le ventilateur à aubes recourbées vers l’avantlivre, à taille égale, presque deux fois le débit d’aird’un ventilateur à aubes recourbées vers l’arrière[5.3].

90

Figure 5.6 :Ventilateur radial à aubes recourbées vers l’arrière(aubes profilées ou non profilées).

Figure 5.7 :Ventilateur tangentiel.

Page 83: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

91

Figure 5.8 :Domaine d’application et rendement maximum de ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant (types-TE, à gauche)et de ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière (types-ME, à droite) [5.5].

Figure 5.9 :Champ de courbes caractéristiques d’un ventilateur à aubes recourbées vers l’avant (TE 31, à gauche) et d’un venti-lateur à aubes recourbées vers l’arrière (ME 31, à droite) [5.5].

Types TEPression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Pression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Pression totale

Débit

Vitesse de circulation

Pression dynamique

Vit

esse

de

rota

tio

n

Pression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Types ME

Puis

sanc

e so

nore

LW

A [d

BA]

Puis

sanc

e so

nore

LW

A [d

BA]

Page 84: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Le ventilateur axial a en général des courbes débit– pression encore plus raides que les ventilateursradiaux à aubes recourbées vers l’arrière.

92

Figure 5.10 :Domaine d’utilisation de ventilateurs axiaux [5.4].

Page 85: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.1.3 Bruit

Lorsqu’on compare le bruit que produisent diffé-rents types de ventilateurs fonctionnant à leurmeilleur rendement, on remarque qu’il n’est paspossible de mettre en évidence de différence sys-tématique. On doit alors d’autant plus tenircompte des indications des fabricants, car desdétails d’exécution ou des tolérances de construc-tion peuvent créer des différences sensibles.

Dans les cas limites, il vaut la peine de prévoir uneplace de réserve pour pouvoir plus tard, si celas’avère nécessaire, prolonger l’amortisseur debruit. D’une façon générale, on admet que le bruitsupplémentaire généré par le ventilateur, dû àl’augmentation de pression nécessaire pourvaincre les pertes de charge de l’amortisseur estenviron dix fois plus faible que l’atténuationacoustique provoquée par l’amortisseur.

93

Page 86: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.2 Courbes caractéristiques

Pour pouvoir juger des qualités spécifiques desdifférents ventilateurs et les employer correcte-ment, il est nécessaire de connaître les notions lesplus importantes. Afin de rester au niveau d’uneaide pratique, toute la théorie détaillée qui peutêtre relue dans les manuels traitant de ce domainea été laissée de côté.

5.2.1 Ventilateurs radiaux

On effectue la première différenciation des venti-lateurs radiaux suivant l’angle de l’aubage à lasortie de la roue.

La roue à aubes recourbées vers l’arrière a le meil-leur rendement, alors que celle à aubes recour-bées vers l’avant obtient la même pression sta-tique pour une vitesse périphérique inférieure. Ataille, débit et pression égale, le ventilateur àaubes recourbées vers l’avant produit donc moinsde bruit, mais son rendement est moins bon et sapuissance absorbée plus élevée que celle du ven-tilateur à aubes recourbées vers l’arrière. Cettecomparaison est faite très couramment, mais n’estplus vraie lorqu’on considère les éléments déve-loppés aux figures 5.16 et 5.17.

Les ventilateurs à aubes radiales étant relative-ment insensibles à l’encrassement, ils sont princi-palement utilisés pour le transport pneumatiquede produits légers. On ne reviendra donc pas surce ventilateur dans la suite de ce document.

Représentation des courbes caractéristiquesLa représentation des courbes caractéristiques sefait en général en coordonnées bi – logarith-miques, pour gagner de la place. On a ainsi éga-lement l’avantage d’avoir la caractéristique deréseau et les lignes d’égal rendement sous formede droites, parallèles. La représentation est limi-tée au domaine où les performances du ventila-teur sont optimales.

Le fabricant indique en général, outre les courbescaractéristiques du ventilateur pour différentesvitesses de rotation, les courbes de : puissanceabsorbée à l’arbre du ventilateur, rendement,puissance sonore.

94

Résumé

– Des ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrièrebien choisis sont plus silencieux et plus économesen énergie que les ventilateurs à aubes recour-bées vers l’avant, qui sont meilleur marché.

– Dans les applications usuelles de ventilation, lesventilateurs axiaux ont aussi souvent un rende-ment inférieur à celui des ventilateurs à aubesrecourbées vers l’arrière.

Figure 5.11 :Roue avec aubes recourbées vers l’arrière [5.3] (rende-ment 70-85%).

Figure 5.12 :Roue à aubes radiales [5.3] (pour le transport de pro-duits légers).

Page 87: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Puissance absorbée à l’arbre du ventilateurLa puissance absorbée à l’arbre du ventilateur secalcule de la façon suivante :

P Puissance absorbée à l’arbre du ventilateur [W]

∆ptot Pression totale [Pa]

V Débit d’air [m3/h]

ηv Rendement du ventilateur [–]

La puissance absorbée des ventilateurs à aubesrecourbées vers l’avant augmente fortementlorsque le débit augmente. On peut voir ce phé-nomène sur le diagramme, car les courbes depuissance absorbée recoupent très nettementcelles de caractéristique du ventilateur. Dans lecas des ventilateurs à aubes recourbées versl’arrière, les courbes de puissance absorbée et decaractéristique de ventilateur sont subparallèle,ainsi la puissance augmente peu lorsque le débitaugmente.

P =V ⋅ ∆ptot

ηv ⋅ 3600

95

Figure 5.13 :Roue à aubes recourbées vers l’avant [5.3] (rendement50-70%).

Figure 5.14 :Exemple de champ de courbes caractéristiques [5.5].

Page 88: Installations Ventilltuion Energetique

Roue munie d’aubesprofilées inclinées

vers l’arrière

5. Ventilateurs

Comparaison entre ventilateur à aubesrecourbées vers l’avant et vers l’arrièreLes comparaisons effectuées ci-après permettentde mieux comprendre les propriétés de chaquetype.

Dans la plupart des ouvrages, on compare les ven-tilateurs des deux types à taille égale, ce qui créesouvent des confusions et des erreurs d’apprécia-tion. La figure 5.16 montre une telle comparaison.On voit immédiatement que les droites de meilleurrendement sont très écartées l’une de l’autre pourles deux types. Il n’est donc également pas pos-sible d’utiliser les deux ventilateurs pour le mêmepoint de fonctionnement.

Lorsqu’on veut augmenter la pression d’un venti-lateur existant à aubes recourbées vers l’avant, ilest souvent judicieux de mettre une roue à aubesrecourbées vers l’arrière à la place, dans la mêmecarcasse.

Exemple :Admettons que les conditions initiales de fonc-tionnement se trouvaient à 2500 m3/h et une pres-sion totale de 300 Pa. Si on augmente maintenantseulement faiblement la perte de charge totale à400 Pa, on obtient le même rendement pour lesdeux types de roue (58 % = pas le meilleur). Enaugmentant la pression progressivement jusqu’à1500 Pa, on constate que le rendement du venti-lateur à aubes recourbées vers l’arrière devienttoujours meilleur, alors que celui de l’autre faiblitde plus en plus.

96

Figure 5.15 :Comparaison entre roue à aubes recourbées versl’avant et vers l’arrière.

Figure 5.16 :Comparaison de courbes de ventilateurs à aubes recour-bées vers l’avant et vers l’arrière de même taille [5.5].

Tableau 5.1 :Comparaison des caractéristiques du ventilateur à aubesrecourbées vers l’avant TE 31 et vers l’arrière ME 31 [5.5].

Caractéristiques TE31 ME31 TE31 ME31 TE31 ME31

V [m3/h] 2500 2500 2500 2500 2500 2500

300 300 500 500 1200 1200

60,0 52,0 60,5 60,5 55,0 71,0

72,5 87,5 76,5 88,0 86,0 92,0

830 2000 1120 2300 1780 3000

345 400 575 575 1515 1175

∆ptot [Pa]

ηv [%]

LWA [dB(A)]

n [min-1]

P [W]

Roue dite «en caged’écureuil» à aubes

inclinées vers l’avant

Puis

sanc

e so

nore

LW

A [d

BA]

Pression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Page 89: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Par contre, si au stade du projet on peut choisirentre les deux types de roues, il faut effectuer lacomparaison pour le meilleur rendement. On voitqu’ainsi le ventilateur à aubes recourbées versl’arrière devra le plus souvent être d’une ou deuxtailles plus grandes que l’autre.

En comparant le ventilateur TE 31 avec le ME 45représentés à la figure 5.17 on voit que les lignesde meilleur rendement sont maintenant proches.

Si on les compare pour un point de fonctionne-ment réaliste, il devient évident, que le ventilateurde deux tailles plus grand (évidemment aussi unpeu plus cher) présente de gros avantages.

A 4500 m3/h et 800 Pa, P = 1430 W au lieu de2025W et LW = 77,5 dB (A) au lieu de 84,5 dB (A).Dans cette situation, le ventilateur à aubes recour-bées vers l’arrière, est non seulement meilleur dupoint de vue énergétique, mais aussi plus silen-cieux ! C’est seulement lorsqu’on travaille avecdes registres de laminage que le ventilateur àaubes recourbées vers l’avant peut redeveniravantageux (voir chapitre 5.5).

5.2.2 Ventilateurs axiaux

Les ventilateurs axiaux sont d’abord classés selonla subdivision suivante (affectation) :– Hélices ou ventilateurs de brassage sans enve-

loppe.– Ventilateurs de paroi ou de fenêtres avec enve-

loppe.– Ventilateurs axiaux à enveloppe, exécution avec:

• hélice seule ;• distributeur (amont) + hélice ;• hélice + redresseur (aval) ;• 2 hélices contra-rotatives.

A toutes les variantes on peut encore ajouter despavillons et des diffuseurs.

97

Figure 5.17 :Comparaison de courbes de ventilateurs à aubes recour-bées vers l’avant et vers l’arrière de taille différente [5.5].

Figure 5.18 :Types de ventilateurs axiaux (plafonnier, de paroi, à enveloppe simple, à enveloppe avec redresseur et carter moteur).

Pression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Puis

sanc

e so

nore

LW

A [d

BA]

Page 90: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

On distingue ensuite les ventilateurs suivant lerapport de moyeu. On appelle rapport de moyeule rapport entre le diamètre du moyeu de l’héliceet le diamètre extérieur de l’hélice. Plus le rapportde moyeu est grand, plus le ventilateur est capa-ble de délivrer des pressions élevées.

98

Désignation Rapport demoyeu

Gain de pression

Ventilateur bassepression 0,25 – 0,40 ~ 300 Pa

Ventilateurmoyenne pression 0,40 – 0,50 ~ 3000 Pa

Ventilateur hautepression 0,50 – 0,70 ~ 10 000 Pa

Tableau 5.2 :Classification des ventilateurs axiaux selon leur rapportde moyeu [5.3].

Figure 5.19 :Hélices de ventilateur avec et sans distributeur.

Figure 5.20 :Représentation schématique des conditions d’écoule-ment dans un ventilateur axial en fonction de l’étran-glement du débit.

Dans le ventilateur axial, l’air pulsé possède unecomposante de vitesse radiale, ce qui provoqueun mouvement de giration. Cette giration peutêtre annulée par l’adjonction d’un distributeur oud’un redresseur ou par un ventilateur à hélicescontra-rotatives où la première hélice fait office dedistributeur mobile pour la seconde, et la secondede redresseur mobile pour la première. La sup-pression de l’effet de giration permet de convertirune partie de l’énergie cinétique en énergie sta-tique, améliorant ainsi grandement le rendementde ce type de ventilateur (+5 à maximum 10%).

Si les pales de l’hélice sont symétriques, il est pos-sible d’inverser le flux d’air. Ce dispositif occa-sionne par contre une chute du rendement, car nor-malement les pales ne sont pas symétriques.

Les ventilateurs axiaux, par opposition aux radiauxont un domaine de fonctionnement instable (pom-page) assez étendu. Dans la plupart des champsde courbes caractéristiques cette zone n’est pasreprésentée. Le danger provient du fait que lesmeilleurs rendements sont en général près de lazone de pompage, ce qui nécessite des calculspréliminaires précis et une bonne surveillancelors de la mise en service.

Si c’est possible, il vaut mieux prévoir un ventila-teur avec l’angle de calage réglable à l’arrêt plutôtqu’un seul angle fixe.

Pour limiter le pompage, il serait possible de mon-ter des anneaux stabilisateurs, particulièrement

a A débit nul, les tourbillons remplissent tout le volume dis-ponible tant à l’aspiration qu’au refoulement.

b Décollements au dos des pales et à l’entrée.c Décollements au dos des pales.d Fonctionnement au rendement maximum, écoulement

régulier.e Fonctionnement en surcharge, déviation du flux d’air en

direction du cœur.

Hélice = 11 pales

Distributeur = 17 pales Hélice = 10 pales

Page 91: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

lors de fonctionnement parallèle de deux ou plu-sieurs ventilateurs.

Le pompage est avant tout un problème aumoment du démarrage (contre réseau fermé),mais doit également être surveillé en marche nor-male. Il existe différents systèmes de surveillancepar pression différentielle ou microphone.

Représentation des courbes caractéristiquesLes fabricants ne représentent pas tous les per-formances dans les mêmes conditions du fait desmultiples possibilités d’équipements, telles que :diffuseurs, redresseurs, pavillons, etc. Il faut donctoujours bien vérifier dans quelles conditions sontdonnées les caractéristiques pour pouvoir effec-tuer des comparaisons valables.

99

Figure 5.21 :Exemples de courbes caractéristiques de ventilateurs axiaux, avec 6 pales (gauche) et 8 pales (droite), avec angle decalage réglable [5.4].

Page 92: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Puissance absorbée à l’arbre du ventilateurLa puissance absorbée à l’arbre du ventilateur secalcule de la même façon que pour les autres ven-tilateurs, voir 5.2.1.

La courbe caractéristique des ventilateurs axiauxétant généralement très raide, il s’en suit, que lapuissance absorbée diminue avec l’augmentationde débit du fait de la très forte chute de la pressiondisponible.

La raideur de la courbe caractéristique présentel’avantage de permettre de grosses variations depression sans grande variation du débit (particu-lièrement avec les ventilateurs contra-rotatifs), ceque le ventilateur radial ne permet pas.

Les rendements qu’on peut généralement consi-dérer sont les suivants :

P =V ⋅ ∆ptot

ηv ⋅ 3600

100

5.2.3 Ventilateurs tangentiels

Il existe deux types de ventilateurs tangentiels :– avec aubes directrices dans l’âme (figure 5.22).– sans aubes, mais avec une enveloppe spécia-

lement formée (figure 5.23).

La figure 5.24 représente un exemple de courbecaractéristique d’un ventilateur du type de celuide la figure 5.23.

Le principal défaut de ce type de ventilateur est sonmauvais rendement qui ne dépasse pas 60%. Il estmalgré tout typiquement utilisé dans les appareilsoù la place disponible est très limitée tels que:– ventilo-convecteurs ;– climatiseurs ;– rideaux d’air.

Type de ventilateur Rendement

Ventilateur de paroi ou de conduitsans aubes directrices 40 à 65%

Avec angle de calage des aubesvariable mais sans aubes directrices 70 à 78%

Avec angle de calage des aubesvariable et avec aubes directrices 75 à 85%

Ventilateurs contra-rotatifs à anglede calage des aubes variable 80 à 90%

Tableau 5.3 :Plages de rendement des différents types de ventila-teurs hélicoïdes [5.3].

Figure 5.24 :Champ de courbes caractéristiques d’un ventilateurtangentiel à enveloppe [5.2].

Figure 5.23 :Ventilateur tangentiel à enveloppe [5.2].

Figure 5.22 :Ventilateur tangentiel avec aubes directrices dans l’âme [5.2].

Tour

billo

ns

Page 93: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.3 Règles de similitude

5.3.1 Influence du poids spécifique de l’air

Les indications du fabricant sont toujours valablespour un poids spécifique donné, précisé sur lesdocuments.

Le débit d’air reste constant lorsque, à vitesse derotation constante, le poids spécifique de l’airchange (respectivement la température absolue dumême fluide change). Pour cette raison, on désigneaussi parfois les ventilateurs comme des machinesvolumétriques. La pression (statique, dynamique,totale), et par là même le besoin en puissance, semodifie proportionnellement à la variation dupoids spécifique (donc du débit masse).

V = constant

P1

P2

=ρ1

ρ2=

T2

T1

∆p1

∆p2

=ρ1

ρ2=

T2

T1

Liste des symboles utilisés :

V Débit volume [m3/h] à diviser par 3600 ou le[m3/s] (à ne pas confondre avec le débitmasse)

∆p Perte de charge [Pa]

ρ Poids spécifique de l’air [kg/m3]

T Température absolue (0°C = 273 K) [K]

P Puissance absorbée du ventilateur [W]

n Vitesse de rotation [t/min ou min-1]

η Rendement [–]

d Ø ouïe d’aspiration [mm ou m]

101

Résumé

– Ces règles permettent de simuler le comporte-ment de réseaux et de ventilateurs (plus grandsou plus petits) pour différents points de fonction-nement.

Page 94: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.3.2 Lois de proportionnalité

On applique les lois de proportionnalité lorsqu’onmodifie la vitesse de rotation d’un ventilateurdonné.

Pour un ventilateur donné tournant à vitessevariable, on déduit de la déformation du triangledes vitesses que le débit varie comme la vitesse derotation, la pression comme le carré de la vitessede rotation et la puissance absorbée comme lecube de la vitesse de rotation.

P1

P2

=n1

n2

3

∆p1

∆p2

=n1

n2

2

V1

V2

=n1

n2

1

102

Exemple

Un ventilateur tourne à 2000 min-1 et ne débite que80% du débit d’air désiré. A quelle vitesse doit-iltourner pour atteindre le débit nominal souhaité?

Exemple

Grâce à une modification du système d’insufflationdans le local, le débit d’air de 3600 m3/h d’un venti-lateur peut être ramené à la moitié. A 3600 m3/h, ilavait un rendement global de 70 % et une pressiontotale de 400 Pa.

L’exemple ci-dessus a été réalisé à rendementconstant, ce qui n’est jamais vraiment le cas. Il fautdonc contrôler si le rendement du ventilateur dupremier point de fonctionnement est toujoursvalable, ou s’il faut tenir compte des différencesrendement (voir chapitre 6 pour l’influence de lavariation de rendement du moteur, de la transmis-sion, etc.). Ce calcul se fait de la façon suivante :

P2 eff =P2 ⋅ η1

η2

=> P2 =P1

8= 571

8= 71 W

P1

P2

=n1

n2

3= 23 = 8

V1

V2

=n1

n2= 3600

1800= 2

P1 =∆ptot ⋅ V

η = 400 ⋅ 36000,7 ⋅ 3600

= 571 W

n2 = 2000 ⋅ 10080

= 2500 min–1

=> n2 =n1 ⋅ V2

V1

V1

V2

=n1

n2

Page 95: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.3.3 Lois d’affinité

Ces lois s’appliquent à des ventilateurs tournant àmême vitesse et géométriquement semblables,dont on agrandit ou diminue toutes les dimen-sions proportionnellement :

P1

P2

=d1

d2

5

∆ptot 1

∆ptot 2

=d1

d2

2

V1

V2

=d1

d2

3

103

Exemple

Un ventilateur dont le diamètre de l’ouïe d’aspira-tion est de d1 = 315 mm, débite V1 = 1500 m3/h pourune vitesse de rotation de n = 1000 min-1. A quellevitesse doit tourner un ventilateur semblable, si lediamètre de l’ouïe d’aspiration est d2 = 250 mm etsi le débit reste identique?

D’après les lois d’affinité :

D’après les lois de proportionnalité :

n2 = 1000750 / 1500

= 2000 min–1

=> n2 =n2’

V2’ / V2

n2’n2

=V2’

V2

V2’ =1500

315 / 250 3= 750 m3/h

=> V2’ =V1

d1 / d23

V1

V2’=

d1

d2

3

Page 96: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.4 Courbe caractéristiquedu réseau et point de fonctionnement

La perte de charge d’un réseau se compose del’addition de toutes les pertes de charges indivi-duelles se trouvant sur le trajet, qu’elles soientsingulières ou réparties.

Le mémento des pertes de charge de I.E. Idel’cikest l’ouvrage à peu près le plus complet traitant dece sujet, il existe en français, voir [5.7].

La plupart des éléments du réseau sont traversésen régime turbulent, si bien que la résistance aupassage est proportionnelle à la pression dyna-mique et donc au carré du rapport des débits. Despertes de charge singulières en régime laminaire,avec une relation linéaire entre la perte de pres-sion et le débit, sont très rares, du fait des vitessesrencontrées usuellement. On ne les rencontre pra-tiquement que dans les ultrafiltres, où la vitessedans le substrat du filtre est de l’ordre de 2 cm/s.

Dans la figure 5.26, le point de fonctionnement duventilateur se trouve à l’intersection de la courbecaractéristique du réseau et de celle du ventilateur.

On peut trouver une présentation des diversescombinaisons de courbes de réseaux et de venti-lateurs dans par exemple [5.1, chapitre 7.7].

104

Résumé

– L’analyse de la courbe caractéristique du réseau etdu point de fonctionnement permet de comprendreles relations qui régissent le comportement aérau-lique d’une installation. Dans le cadre de RAVEL, cesujet n’est pas autrement développé. Une listed’ouvrages à consulter se trouve à la fin du chapitre.

Figure 5.26 :Point de fonctionnement, à l’intersection de la courbecaractéristique du réseau et de celle du ventilateur.1 : Caractéristique du réseau sans perte de charge externe constante.2 : Caractéristique du réseau avec perte de charge externe constante.3 : Courbe caractéristique du ventilateur.

Figure 5.25 :Courbe caractéristique du réseau, écoulement turbulent.1 : sans perte de charge externe constante.2 : avec perte de charge externe constante, (par exemple pour régula-

tion de débit d’air.)

Figure 5.27 :Représentation de courbes caractéristiques en coor-données bilogarithmiques.

Dif

fére

nce

de

pre

ssio

n [

%]

Dif

fére

nce

de

pre

ssio

n [

%]

Dif

fére

nce

de

pre

ssio

n [

%]

Débit V [%]

Débit V [%]

Débit V [%]

Page 97: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.5 Régulation du débit

Dans les installations de ventilation modernes, ily a plusieurs raisons pour choisir une variation dedébit en continu ou par paliers. Lors de conditionsatmosphériques extrêmes en été ou en hiver, undébit d’air bien adapté permet une réduction de laconsommation d’énergie. Comme on l’a vu auparagraphe 5.3.2, la puissance absorbée à l’arbredu ventilateur varie en fonction du cube du rap-port des vitesses de rotation, respectivement dedébit d’air ; il est alors clair qu’un réglage en fonc-tion des besoins prend tout son sens lorsqu’ils’agit de réduire la consommation d’énergie dutransport de l’air.

Pour les ventilateurs radiaux, il existe les possibi-lités de régulation suivantes :

– Régulation de la vitesse de rotation :• courroies ajustables ;• variation de la vitesse du moteur (chapitre 6).

– Régulation par aubage mobile de prérotation :• prérotation à l’ouïe d’aspiration.

– Régulation par bipasse :• clapet court-circuit.

– Régulation par étranglement :• clapet d’étranglement.

Pour une utilisation rationnelle de l’électricité, ilne suffit pas de prendre en compte la puissancenécessaire à l’arbre du ventilateur, mais aussi lapuissance électrique qui sera tirée du réseau. Lesfigures suivantes donnent un aperçu qualitatif dela problématique. L’observation des figures de lapage suivante montre que la régulation de lavitesse de rotation est avantageuse non seule-ment en regard de l’économie d’énergie, maisaussi du niveau de bruit.

105

Résumé

La capacité de régler le débit joue un rôle très impor-tant dans les possibilités d’économie d’énergie élec-trique.

– Eviter les régulations par bipasse

– La régulation par aubage mobile de prérotation aun champ d’application très réduit pour les venti-lateurs radiaux. En raison de la complexité méca-nique du système, elle est de plus en plus rem-placée par la régulation de la vitesse de rotation.

– La régulation du débit par étranglement peut sejustifier pour de petits ventilateurs à aubesrecourbées vers l’avant.

– Pour les ventilateurs, la régulation de la vitesse derotation est la solution la plus élégante.

Page 98: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

106

Figure 5.28 :Puissance absorbée à l’arbre pour différents systèmesde réglage de débit.

Figure 5.29 :Puissance électrique absorbée pour différents systèmesde réglage de débit [5.3].

Figure 5.30 :Variation du niveau de bruit pour différents systèmesde réglage de débit [5.3].

P/P

no

m(à

l’ar

bre

du

ven

tila

teu

r)P

él./

Pél

. no

m

. .V / Vnom

Aubage mobile

Clapet d’étranglement

Vitesse derotation réglable

. .V / Vnom

Aubage mobile

Clapet d’étranglement

Vitesse derotation réglable

Lp e

n d

B(A

)

. .V / Vnom

Aubage mobile

Clapet d’étranglement

Vitesse derotation réglable

∆p ~ V2

∆p ~ V2

Page 99: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Régulation par bipasseUne régulation par bipasse n’a pas sa place dans lecadre d’une utilisation rationnelle de l’énergie élec-trique, parce que si ce système permet de diminuerle débit dans le réseau de gaines, celui du ventila-teur augmente entraînant avec lui la puissanceabsorbée. L’augmentation de puissance absorbéepeut être très conséquente et surcharge mêmedans certains cas le moteur.

L’exemple de la figure 5.31 montre ce qui se passelorsque le bipasse est ouvert. Le débit dans leréseau passe de 1 à 4 (de 60 000 à 48 000 m3/h) ; enmême temps, le ventilateur transporte plus d’air(76 000 m3/h) en raison de la diminution de la pres-sion. Le rendement baisse alors de 80 % à 59%.Une régulation par bipasse a donc pour consé-quence une diminution du débit du réseau et uneaugmentation de la consommation d’électricité !

Pour des ventilateurs à aubes recourbées versl’avant, l’ouverture du bipasse pourrait mêmeprovoquer un déplacement du point de fonction-nement tel, qu’il en résulterait une augmentationde débit dans le réseau.

107

Figure 5.31 :Exemple de régulation par bipasse [5.3].

Débit V • 103

Débit max. du réseau

Débit réseau

Débit ventilateur

.

Gai

n t

ota

l de

pre

ssio

n

∆pt

Page 100: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Régulation du débit par étranglement(ou laminage)Pour des petits ventilateurs, il faut contrôler con-crètement comment se comporte la puissanceabsorbée lors de l’étranglement. La régulation parétranglement peut, dans certains cas, être éner-gétiquement meilleure que la régulation de lavitesse de rotation, car les pertes de celle-ci pourdes petits moteurs et de petits écarts par rapportau débit nominal, peuvent être plus grandes. Si,pour un petit ventilateur, on choisit une régulationpar étranglement, il faut alors veiller à ce que lepoint de fonctionnement le plus fréquent setrouve dans la zone de rendement optimal. Danstous les cas, il faut choisir le débit maximal si pos-sible à droite de la plage de rendement optimale.Les figures 5.32 et 5.33 montrent que le ventila-teur à aubes recourbées vers l’avant est mieuxadapté à une régulation par étranglement que leventilateur à aubes recourbées vers l’arrière, pourlequel la puissance absorbée ne diminue que peuà cause de l’augmentation de pression statique.

108

Figure 5.32 :Régulation par étranglement d’un ventilateur à aubesrecourbées vers l’avant. Lorsque le débit passe de 100à 50%, la puissance absorbée passe de 100 à 46 %.

Figure 5.33 :Régulation par étranglement d’un ventilateur à aubes recourbées versl’arrière. Lorsque le débit passe de 100 à 50%, la puissance absorbée passe de 100 à 77%.

Pression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Pression totale

Débit

Vit

esse

de

rota

tio

n

Puis

sanc

e so

nore

LW

A [d

BA]

Puis

sanc

e so

nore

LW

A [d

BA]

Page 101: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Régulation par aubage mobile de prérotationC’est un moyen économique de réduire progres-sivement le débit aux 2/3 de la valeur maximale.Ceci se fait à l’aide d’ailettes orientables. Il existedeux dispositifs à écoulement axial et un disposi-tif à écoulement radial, suivant le type de raccor-dement et la place à disposition à l’aspiration.

Pour un ventilateur axial, la prérotation se fait soitau moyen d’un distributeur, soit à l’aide d’une héliceamont tournant en sens inverse, soit encore à l’aidede l’hélice elle-même, auquel cas, c’est le redresseuraval qui réoriente le flux.

L’aubage mobile de prérotation permet d’inclinerles filets de fluide avant leur entrée dans la roue.Suivant le sens de prérotation, on peut obtenir unsens de giration identique ou opposé.

Une régulation par aubage mobile de prérotationne convient que pour des ventilateurs axiaux oudes ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière.Dans le cas de ventilateurs à aubes recourbéesvers l’avant, qui ont des roues plutôt larges, lemouvement rotatoire influencerai beaucoup tropl’écoulement tridimensionnel dans le roue ainsique l’écoulement secondaire après la roue, avecles pertes et instabilités qui en découlent.

A chaque position des aubes directrices corres-pond une nouvelle courbe caractéristique de ven-tilateur qui va se situer en dessous de la courbecaractéristique correspondant à un aubage entiè-rement ouvert.

A l’opposé de la régulation par étranglement, onvoit pour la régulation par aubage de prérotation,une diminution du débit ainsi que du gain de pres-sion, dans la mesure désirée, tout en ayant unpoint de fonctionnement situé dans la plage derendement optimale.

La figure 5.35 montre l’effet d’une régulation paraubage de prérotation et par étranglement pour undébit réduit au 2/3 de la valeur nominale. Le pointde fonctionnement se déplace de 1 à 3 pour la régu-lation par aubage de prérotation et de 1 à 2 pour larégulation par étranglement. Ceci permet uneréduction de la puissance absorbée de 100 à 70%pour la régulation par étranglement, mais de 100jusqu’à 50% pour celle par aubage de prérotation.

109

Figure 5.34 :Différents types d’aubages mobiles de prérotation [5.1].

Figure 5.35 :Comparaison entre une régulation par aubage de pré-rotation et une régulation par étranglement [5.3].

1 Point de fonctionnement à volume et débit nominal.2 Point de fonctionnement à débit réduit par registre de lami-

nage.3 Point de fonctionnement à débit réduit par aubage mobile

de prérotation.

aubage mobile

aubage mobile

aubage mobile

aubage mobile

Réduction dedébit-volume souhaitée

Caractéristiquede l’installation

Gai

n d

e p

ress

ion

su

pp

lém

enta

ire

qu

'il f

aud

rait

ave

c u

n r

egis

tre

de

lam

inag

e

Calage de l’aubage α

Puissance sur l’arbre Pw

Gai

n t

ota

l de

pre

ssio

n ∆

pt

roue roue roueroue

Débit-volume V .

Page 102: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Si on veut régler en maintenant une pression ouun débit constant, il faut alors veiller à ce que lespoints de fonctionnement les plus fréquents tom-bent dans la plage de rendement optimal.

Si on veut suivre la courbe caractéristique duréseau, on peut prévoir un moteur à deux vitessesafin d’avoir une zone de réglage plus grande à dis-position.

110

Figure 5.36 :Contrôle des points de fonctionnement dans le domainede réglage.

Figure 5.37 :Combinaison entre régulation de la vitesse de rotationpar moteur à nombre de pôles variables et aubage deprérotation [5.3].

Ang

le d

e ca

lage

de

l’aub

age

α

Débit-volume V .

Débit-volume V .G

ain

to

tal d

e p

ress

ion

∆p

t

Gai

n t

ota

l de

pre

ssio

n ∆

pt

Ang

le d

e ca

lage

de

l’aub

age

de p

réro

tatio

n α

Vit

esse

de

rota

tio

n n

Point de fonctionnement

initial

Page 103: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

Régulation de la vitesse de rotationLa solution de réglage la plus élégante pour unventilateur est celle par régulation de la vitesse derotation. Les progrès actuels et futurs dans ledomaine de la régulation des moteurs (voir cha-pitre 6) donnent les meilleures chances d’avenirau ventilateur avec réglage de la vitesse de rota-tion. Une autre amélioration serait de renoncer àl’entraînement par courroie. La tendance d’avenirest d’accoupler à nouveau le moteur directementau ventilateur. Pour le ventilateur axial, ce type deconstruction est déjà réalisé.

Pour finir, la figure 5.38 montre la puissanceabsorbée à l’arbre d’un ventilateur par un aubagemobile de prérotation combiné avec un moteur ànombre de pôles variable, comparé à une régula-tion de vitesse de rotation.

111

Figure 5.38 :Puissance absorbée à l’arbre du ventilateur par unaubage de prérotation combiné avec un moteur à nom-bre de pôles variable, comparé à une régulation devitesse de rotation [5.1].

Pu

issa

nce

à l’

arb

re d

u v

enti

late

ur

PL/P

L, m

ax

Débit-volume V /Vmax

aubage mobilevitesse de rotation réglable

. .

Page 104: Installations Ventilltuion Energetique

5. Ventilateurs

5.6 Pertes lors du montage

Les champs de courbes caractéristiques des ven-tilateurs sont établies d’après des essais effectuéssur bancs normalisés.

Dans la pratique, les ventilateurs ne satisfont pasaux conditions idéales des bancs d’essais. Il fautdonc appliquer un certains nombres de correctionssous forme de pertes de charges singulières qu’ontrouve dans la littérature (en particulier les correc-tions pour aspiration libre du ventilateur dans uncaisson de monobloc). Lorsque l’implantation estjudicieuse, aussi bien du côté aspiration que ducôté refoulement, on estime que l’augmentation deperte de charge se situe entre 1 et 2 zeta.

Si le ventilateur est raccordé directement tant côtéaspiration que côté refoulement, les pièces detransition aux raccordements doivent être faitestrès soigneusement, de manière à pouvoir obtenirun meilleur résultat qu’avec un monobloc debonne qualité.

112

Bibliographie chapitre 5

[5.1] Arbeitskreis des Dozenten für KlimatechnikLehrbuch der KlimatechnikBand 3, Bauelemente. Verlag C.F.Müller Karlsruhe, 2. Auflage. ISBN 3-7880-7207-5

[5.2] Bruno EckVentilatorenSpringer-Verlag, 5. Auflage. ISBN 3-540-05600-9

[5.3] J. LexisPratique des ventilateursLes Editions Parisiennes, 1991. ISBN 2-86 243 029-3

[5.4] Novenco VariaxTellus - Variable pitch axial flow fansDK - 4700 NaestvedReprésenté en Suisse par : Stäfa Ventilator

[5.5] Paul Wirz SAConstruction de ventilateurs3000 Berne 22

[5.6] Recknagel, Sprenger, HönmannManuel pratique du génie climatiquePyc Edition Paris, édition 1986. 2e édition française. ISBN 2-85330-084-6

[5.7] I. E. Idel’cikMémento des pertes de chargesEditions Eyrolles, 3e édition française 1986, 496 pages. ISBN 2 –212 –05900 –0

Page 105: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.1 Approvisionnement en énergie 115

6.1.1 Sécurité d’approvisionnement 115

6.1.2 Fréquence et tension 115

6.1.3 Réseau de distribution électrique 117

6.2 Moteurs électriques (moteurs asynchrones triphasés) 118

6.2.1 Types de construction 118

6.2.2 Normalisation 119

6.2.3 Propriétés générales des moteurs à cage d’écureuil 124

6.3 Mesure de la puissance 129

6.4 Transmission 130

6.5 Régulation de la vitesse de rotation 131

6.5.1 Modification du nombre de paires de pôles 131

6.5.2 Régulation par modification du glissement 133

6.5.3 Convertisseurs de fréquence 134

6.5.4 Modification du rendement 135

6.6 Protection contre les explosions 136

6.7 Acoustique 137

Bibliographie chapitre 6 138

113

Page 106: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

115

6.1 Approvisionnement en énergie

6.1.1 Sécurité d’approvisionnement

Pour les régions de Suisse qui ne sont pas tropisolées, l’approvisionnement est suffisammentbien assuré pour qu’il ne soit en général pasnécessaire de prévoir un générateur de secourspour les installations de ventilation.

Des observations sur plusieurs années, à l’hôpitaluniversitaire de Zurich, ont montré que plus de90% des pannes avaient leur origine entre la sta-tion de transformateurs du bâtiment et les bornesdu moteur. Pour cette raison, même les installa-tions de ventilation pour les salles d’opération etles stations de soins intensifs ne sont par raccor-dées au réseau de secours.

Bien entendu, il doit exister un concept de con-duite à tenir lors de coupures prévues, par exem-ple essais du réseau de secours. Pour les cas par-ticulièrement délicats (exemple : unités stériles),on ne conserve que les fonctions permettant unmaintien d’une surpression minimale.

Avant de renoncer à un réseau de secours, il fau-drait procéder à une analyse soignée des consé-quences d’une coupure de courant de longuedurée, en tenant compte de toutes les influencespossibles, ainsi que de toutes les mesures quipeuvent être prises.

Pour des régions isolées, les compagnies d’élec-tricité donnent des informations sur la fréquenceet la durée des coupures de courant survenues.

6.1.2 Fréquence et tension

Pour l’heure, la Suisse se prépare au changementde tension du réseau prévu pour l’Europe. Les ten-sions encore usuelles aujourd’hui et les nouvellestensions européennes normalisées sont compa-rées dans la figure 6.1.

Si un moteur prévu pour fonctionner à la valeurnominale de la tension du réseau, fonctionne à la

Les systèmes d’entraînement de ventilateurs sontconsidérés dans la documentation suivante en tantque combinaison entre– le système d’approvisionnement en énergie +

réglage de vitesse (convertisseur, hachage dephase, etc.),

– la machine d’entraînement (moteur) et– la transmission (par courroie ou directe).

La technique de ventilation et de climatisation uti-lise presque exclusivement des moteurs électriquespour l’entraînement des ventilateurs. L’approvi-sionnement en énergie est donc considéré ici sousl’angle électrique.

Du fait que la majorité des entraînements électri-ques utilisés aujourd’hui sont des moteurs asyn-chrones triphasés, les autres types de moteurs nesont pas traités dans le présent document, excep-tion faite des petits moteurs monophasés utilisésen ventilation.

Ces derniers temps on attache aussi plus d’impor-tance à la transmission ; d’une part, la courroie plateest de plus en plus utilisée à la place de la courroietrapézoïdale, d’autre part, du fait du réglage devitesse des moteurs, on peut revenir à l’accouple-ment direct en supprimant du même coup les per-tes par transmission.

Pour utiliser rationnellement l’énergie électrique, ilest très important d’analyser le problème de l’entraî-nement dans son ensemble, en tenant compte durendement de chaque élément, que ce soit à pleinecharge ou à charge partielle, car les rendements àcharge partielle sont toujours plus faibles (peu oubeaucoup) que ceux à pleine charge, quel que soitl’élément considéré (valable également pour le ven-tilateur).

Figure 6.1 :Adaptation de la tension en Europe à 230/400 V, 50 Hz.

ancien en CH(220 V)

de 220 à 230 V de 240 à 230 V nouveau en Europeà partir de 2003

Page 107: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

116

limite inférieure de la tolérance de tension duréseau, les conséquences sont les suivantes :

Négatives le glissement augmente ;la vitesse de rotation diminue ;le risque de surcharge thermiqueaugmente ;le rendement diminue.

Neutres le couple de démarrage baisse.

Positives le cosinus phi augmente ;le courant de démarrage diminue.

L’influence de la tension du réseau sur la puis-sance active s’exprime comme suit :

P puissance active à la tension UPN puissance active nominale à la tension UN

U tension effectiveUN tension nominalea exposant de l’influence de la tension

Pour les moteurs a = 0 (=> (U/UN)0 = 1). C’est-à-direqu’une modification de la tension n’aura aucuneinfluence sur la puissance active d’un moteur. Aucontraire, l’exposant atteint des valeurs de parexemple a = 1,6 pour les lampes à incandescenceou a = 2,0 pour les appareils de chauffage élec-trique.

L’augmentation de la tension du réseau est favo-rable aux producteurs d’électricité, car elle réduitun peu les pertes de transport et améliore donc lacapacité de transport des réseaux existants.

Attention : Les chauffages électriques et les aéro-chauffeurs électriques non réglésconsomment 20% d’électricité en pluslorsque on monte la tension à la limitesupérieure.

Dans nos réseaux, la fréquence du courant tri-phasé est de 50 Hz, alors que la fréquence norma-lisée aux Etats-Unis et au Canada est de 60 Hz. EnEurope de l’Est, on travaille aussi avec 50 Hz.

Cette différence de fréquence fait, qu’à nombre depôles identiques, un moteur tourne plus vite à60Hz qu’à 50 Hz, et que pour un même couple, ilfournit une puissance plus élevée.

P = PNUUN

a

Page 108: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

La puissance absorbée par les ventilateurs aug-mentant très fortement avec l’accroissement devitesse dû au passage de 50 à 60 Hz, il se peutqu’on dépasse alors la puissance disponible dumoteur. Lors du phénomène inverse, passage de60 à 50 Hz, le débit d’air diminue.

6.1.3 Réseau de distribution électrique

Le problème de la perturbation des réseaux parles harmoniques est abordé aux paragraphes6.5.2 « régulation par modification du glisse-ment» et 6.5.3 « convertisseurs de fréquence».

Pour les petits entraînement, pour lesquels onchoisit souvent, pour des raisons d’économie, desmoteurs à courant alternatif monophasé, il fautveiller à maintenir l’équilibre entre les trois pha-ses du réseau.

117

Page 109: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2 Moteurs électriques(moteurs asynchrones triphasés)

6.2.1 Types de construction

Dans le moteur à cage d’écureuil (triphasé oumonophasé), le rotor est composé d’un cylindrefeuilleté muni d’encoches dans lesquelles sontlogées des barres, reliées des deux côtés par descouronnes qui les mettent en court-circuit. Pourque le moteur tourne, il faut que la fréquence derotation du rotor soit plus faible que celle duchamp tournant, c’est pourquoi le rotor tourne defaçon asynchrone.

Le rendement du moteur dépend pour une part dela place disponible pour monter les bobinages dustator. Ceci explique pourquoi les moteurs à plu-sieurs enroulements séparés (deux ou trois vites-ses) ont des rendements plus faibles.

Les moteurs à rotor extérieur sont largement répan-dus dans le domaine de la ventilation. Comme lebobinage se trouve dans le cœur du moteur, il esten règle générale nécessaire de restreindre sa taille.Le rotor extérieur tourne autour du stator qui luireste fixe. Ceci présente un avantage pour la cons-truction, car la roue du ventilateur peut être fixéedirectement sur le moteur.

Ce type de construction a l’avantage de supprimerla courroie de transmission toujours source depertes d’énergie. Par contre, pour pouvoir diffuserlargement ce type de moteurs, il fallait luiadjoindre un système permettant de régler lavitesse de rotation. Ceci est réalisé couramment àl’aide de systèmes de réglage agissant sur le glis-sement du moteur par réduction de la tensiond’alimentation. La plupart de ces systèmes deréglage occasionnent des pertes d’énergie consi-dérables et créent des harmoniques.

De nouveaux développements des moteurs àrotors extérieurs à aimants permanents (aimantspermanents dans le rotor) permettent des’attendre à des améliorations. Différents types deconstruction de ventilateurs (axial, tangentiel,radial) ont été présentés avec de tels moteurs àl’ISH 1993. Les données techniques devraient êtredisponibles à partir du printemps 1994.

118

Résumé

– Malgré leur bonne qualité, les petits moteurs utili-sés pour l’entraînement de ventilateurs ne dépas-sent pas des rendements de 80 à 90%.

– Les moteurs à rotor extérieur, avec pôles bagués(aussi appelés à spire en court-circuit ou Ferraris)ou à collecteurs, essentiellement utilisés dans lespetits ventilateurs (WC, cuisines, ventilateurs degaines, etc.) ont un rendement nettement infé-rieur, autour de 30 à 50% moteur seul.

– De nouveaux moteurs à rotor extérieur et à com-mutation électronique ont été présentés à l’ISH1993. On peut s’attendre à des améliorations sen-sibles de rendement grâce à ce système (particu-lièrement avec une régulation de vitesse corres-pondante).

– La normalisation actuelle en matière de moteursest insuffisante dans l’esprit de RAVEL. Chaquefabricant devrait être tenu de déclarer les rende-ments sur une grande plage de vitesses de rota-tion et de puissances en charge partielle.

Figure 6.2 :Eclaté d’un moteur triphasé à cage d’écureuil [6.2](degré de protection IP 54).

Page 110: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2.2 Normalisation

Pour notre pays, il y a deux organismes interna-tionaux concernés par la publication de normesde moteurs ; à savoir, la CEI (Commission électro-technique internationale) et le CENELEC (Comitéeuropéen de normalisation électrotechnique). Lesnormes nationales en Europe correspondent engrande partie à celles du CENELEC et de la CEI.

Le respect de ces normes assure l’interchangea-bilité, entre différentes marques, de moteurs dehauteur d’axe et de puissance identique.

Il n’existe pas encore de valeurs-limites norméesconcernant les données électriques telles que ren-dement, facteur de puissance (cos phi), couple etglissement. La compétition qui règne actuelle-ment sur le marché permet une certaine normali-sation, mais on ne remarque pas encore une ten-dance assez nette à la recherche de meilleursrendements.

Actuellement, la dispersion entre bons et moinsbons rendements s’étend, pour un moteur de55kW à quatre pôles offert sur le marché suisse,entre 85% et 94%.

Les moteurs à rotor extérieur avec pôles baguésou à collecteurs ont un rendement nettementmoins bon. Ces moteurs sont très répandus enventilation. Les catalogues des fabricants ne per-mettent pas de se faire directement une idée durendement de tels systèmes. On peut par contreadmettre que le rendement global du systèmemoto-ventilateur de ce type de construction sesitue autour de 10 à 15%, malgré la suppressionde la transmission par courroie.

Pour améliorer les rendements, il faudrait rendreobligatoire la déclaration des données électriquesles plus importantes des moteurs et de leur sys-tème de régulation éventuel. Il est également trèsimportant de prendre en considération les rende-ments résiduels à charge partielle. Des discus-sions ont actuellement lieu dans le cadre de laconfédération à ce sujet.

119

Figure 6.3 :Ventilateur compact avec régulation de vitesse parmodification du glissement.

Page 111: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2.2.1 Grandeur, puissance nominale et degré de protection

La classification des moteurs est effectuée en fonc-tion de la hauteur d’axe, d’un indice (S, M, L) décri-vant la longueur de l’exécution et de la puissancenominale qui dépend elle encore du degré de pro-tection.

Suivant la publication CEI 34-5, le degré de pro-tection est indiqué par l’abréviation IP (Internatio-nal Protection) suivie de deux chiffres caractéris-tiques, par exemple IP 54 :– Premier chiffre : protection contre les contacts

accidentels et l’introduction de particules solides.– Deuxième chiffre : protection contre l’introduc-

tion de particules liquides.

Les degrés de protection utilisés habituellementdans les installations du bâtiment sont résumésdans le tableau 6.2.

120

Hauteur d’axe[mm]

Puissance nominale [kW]Moteurs à cage d’écureuil

IP 54 IP 23

56 0,06

56 0,09

63 0,12

63 0,18

71 0,25

71 0,37

80 0,55

80 0,75

90S 1,1

90L 1,5

100L 2,2

100L 3

112M 4

132S 5,5

132M 7,5

160M 11 11

160L 15 15

160L — 18,5

180M 18,5 22

180L 22 30

200M — —

200L 30 37

225S

225M

37 45

45 55

Tableau 6.1 :Grandeurs caractéristiques de moteurs normalisés àquatre pôles [6.2].

Tableau 6.2 :Degré de protection de moteurs.

Moteur Degré 1er chiffre 2e chiffrede contre contre contreprotec- les l’introduction l’introductiontion contacts de particules de particules

accidentels solides liquides

Refroidis- IP 21 contact corps étranger eau en sement avec les de taille gouttelettes,interne doigts moyenne verticales

d > 12mm

IP 22 eau en gouttelettes,obliques jusqu’à 15°

IP 23 eau en pluie, jusqu’à 60°

Refroidis- IP 44 contact petites projectionssement avec particules d’eau deen outils ou solides toutes lessurface autres objets d > 1mm directions

IP 54 protection contre les projectionstotale contre dépôts d’eau deles contacts nuisibles toutes lesaccidentels de poussière directions

IP 55 jets d’eau detoutes lesdirections

IP 65 protection étanche à jets d’eau detotale contre l’entrée de toutes lesles contacts poussière directionsaccidentels

IP 67 protection en casd’immersion

Page 112: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2.2.2 Système de refroidissement, classe d’isolation et choix de la grandeur du moteur

Le système de refroidissement nécessaire et lacharge admissible dépendent de la classe d’isola-tion du moteur et de paramètres extérieurs telsque l’altitude du site et la température environ-nante.

Le type de refroidissement est défini par les deuxlettres IC (International Cooling), suivies de deuxnombres à un ou deux chiffres.

Le tableau 6.3 contient quelques exemples de sys-tèmes normalisés de refroidissement de moteursà un seul circuit de refroidissement.

Ces chiffres ont la signification suivante :

– Le premier nombre indique comment le fluidede refroidissement circule.

– Le second nombre indique le type d’entraîne-ment utilisé pour véhiculer le fluide de refroi-dissement.

Pour les moteurs à deux circuits de refroidisse-ment, la dénomination est un peu plus compli-quée. Le tableau 6.4 donne quelques exemples.

Les nombres ont les significations suivantes :

– Le premier groupe formé d’une lettre et de deuxchiffres indique le circuit de refroidissementsecondaire, extérieur, à basse température.

– Le deuxième groupe, formé aussi d’une lettre etde deux chiffres, indique le circuit de refroidis-sement primaire, à température plus élevée. Lalettre A désigne l’air et la lettre W l’eau. S’il n’ya que de l’air comme médium de refroidisse-ment, on peut supprimer le A.

Les moteurs de construction standard sont prévuspour une utilisation à température ambiantemaximale de 40° C et une altitude maximale dusite de 1000 m. Tout écart nécessite une correc-tion des puissances nominales.

Lorsque le moteur est exposé à des températuresambiantes différentes de 40° C, on corrige la puis-sance à l’aide de la formule indiquée ci-après. Lefacteur de correction dépend de la classe d’isola-tion définie selon CEI 85 (indiquée sur la plaque

121

Tableau 6.3 :Caractérisation du type de refroidissement pour desmoteurs à un circuit de refroidissement.

Tableau 6.4 :Caractérisation du type de refroidissement pour desmoteurs à deux circuits de refroidissement.

Type Description succincte

IC 01 Machine avec entrée et sortie d’air libre, auto-ventilée.

IC 06 Machine avec entrée et sortie d’air libre, ventilateur fixé sur la machine avec entraîne-ment séparé.

IC 11 Machine avec prise pour canal, un canal d’amenée, autoventilée.

IC 17 Machine avec prise pour canal, un canal d’amenée, ventilateur séparé non entraîné parla machine.

IC 21 Machine avec prise pour canal, un canal de sortie, autoventilée.

IC 27 Machine avec prise pour canal, un canal de sortie, ventilateur séparé non entraîné par lamachine.

IC 31 Machine avec prise pour canal, un canal d’amenée et un canal de sortie, autoventilée.

IC 37 Machine avec prise pour canal, un canal d’amenée et un canal de sortie, ventilateurséparé non entraîné par la machine.

IC 41 Machine ventilée en surface, autoventilée.

IC 51 Machine avec échangeur incorporé, échangeurrefroidi par l’air ambiant, autoventilée.

Type Description succincte

IC 00 41 Machine ventilée en surface, sans ventilateur.

IC 01 51 Machine avec échangeur incorporé, refroidipar l’air ambiant, autoventilé.

IC 06 41 Machine ventilée en surface, avec ventilateur monté sur le carter, ventilateurnon entraîné par la machine.

IC W 37 A 71 Machine refroidie à air avec échangeurincorporé refroidi par eau.

IC W 37 A 81 Machine fermée avec refroidissementair–eau, avec échangeur à eau interchan-geable (cassettes).

IC W 37 A 75 Machine avec brassage d’air interne parventilateur non entraîné par la machine et,échangeur incorporé refroidi par eau.

Page 113: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

signalétique du moteur). Il est ici indiqué pour lesclasses les plus courantes qui sont B et F.

PM = ct · PN

PM Puissance à température ambiante tPN Puissance nominale du moteur à 40°Cct Facteur de correction pour la température t selon

tableau 6.5

Pour une altitude du site de > 1000 m et si la tem-pérature maximale t est maintenue à 40° C, il fautréduire la puissance du moteur.

PM = cH · PN

PM Puissance du moteur à l’altitude HPN Puissance nominale du moteur à 1000 m d’alt.cH Facteur pour l’altitude du site H, d’après le

tableau 6.6.

On peut compenser la diminution de la capacitéde refroidissement due à l’altitude, s’il est pos-sible de diminuer la température ambiante maxi-male à laquelle sont exposés les moteurs.

Pour utiliser pleinement la puissance nominaledes moteurs (cH = 1), il ne faut pas dépasser lestempératures indiquées dans le tableau 6.7.

Si la puissance absorbée PL d’une machine estconnue, on peut déterminer la puissance nomi-nale PN du moteur correspondant, à l’aide de larelation suivante, qui tient compte de l’altitude dusite, de la température ambiante maximale, et dela classe d’isolation :

PN Puissance nominale du moteurPL Puissance requisect Facteur de correction selon tableau 6.5cH Facteur de correction selon tableau 6.6

Lors du choix du moteur, il ne faut pas oublier quec’est la puissance absorbée par la machine quidétermine la puissance délivrée par le moteur etdonc aussi la puissance absorbée au réseau. Ilfaut donc prendre garde à ce que le moteur ait unepuissance suffisante pour satisfaire dans toutesles situations les besoins de la machine qu’ilentraîne.

PN =PL

ct ⋅ cH

122

Tableau 6.5 :Facteur ct pour l’adaptation de la puissance en fonctionde diverses températures ambiantes t (altitude du site1000 m sur mer).

Tableau 6.6 :Facteur cH de réduction de la puissance pour une alti-tude du site H (température ambiante 40° C).

Tableau 6.7 :Température ambiante maximale admissible en fonctionde l’altitude du site H, pour la puissance nominale (cH = 1).

Température Facteur de correction ct pour ambiante la classe d’isolation

t [° C] B F

30 1,06 1,05

35 1,03 1,02

40 1,00 1,00

45 0,96 0,97

50 0,92 0,94

55 0,87 0,91

60 0,82 0,87

Altitude du site Facteur de correction cH pourla classe d’isolation

H [m s. mer] B F

1000 1,00 1,00

1500 0,98 0,98

2000 0,97 0,97

2500 0,93 0,94

3000 0,92 0,93

3500 0,83 0,90

4000 0,78 0,88

Altitude du site Température t[° C] ambiante maximale admissible pour une classe d’isolation

H [m s. mer] B F

1000 40 40

1500 36 35

2000 32 30

2500 28 25

3000 24 20

3500 20 15

4000 16 10

Page 114: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

Prenons par exemple un ventilateur ayant unepuissance absorbée de 12 kW. Le moteur fourniraces 12 kW, indépendamment du fait qu’il soitconçu pour 10 kW ou 15 kW. Un moteur de 10 kW,devant fonctionner à 1000 m d’altitude et 40° C,serait donc toujours surchargé de 20%.

La conséquence directe d’une surcharge du moteurest une augmentation de la température du bobi-nage. Lorsqu’elle dépasse la température limite pré-vue qui assure pour la classe d’isolation choisie unedurée de vie acceptable (30 000 h), la durée de vie del’isolation diminue. Un dépassement de la tempéra-ture-limite de 8-10 K, diminue la durée de vie del’isolation d’environ la moitié. Des dépassement de20 K signifient un raccourcissement de 75%.

Une augmentation de la durée de vie d’un facteur4 peut être obtenue en prenant le même moteuravec une classe d’isolation F, au lieu B.

6.2.2.3 Dénomination des types de raccordements

La publication CEI 34-8 définit la dénominationdes différents types de raccordement.

Lorsque la plaque signalétique d’un moteur tri-phasé indique la tension aussi bien pour un cou-plage en étoile que pour un couplage en triangle,cela signifie que le moteur peut être employé pourpar exemple 230 V, mais aussi pour 400 V. A 230 V,le bobinage doit être raccordé en triangle, voir des-sin de gauche de la figure 6.4. A 400 V, il est bran-ché en étoile, voir dessin de droite de la figure 6.4.

Les données de la plaque signalétique permettentde calculer le rendement à la puissance nominalede la façon suivante :

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

La figure 6.5 montre un exemple d’une plaquette.Les données de cet exemple permettent de calcu-ler le rendement suivant :

η = 4000

3 ⋅ 400 ⋅ 8,1 ⋅ 0,9= 0,79

η = P

3 ⋅ U ⋅ I ⋅ cos ϕ

123

Figure 6.4 :Schéma de raccordement des bobinages et du bornierpour commutation étoile-triangle.

Figure 6.5 :Exemple d’une plaque signalétique.

gauche: couplage triangle, 230 Vdroite : couplage étoile, 400 V

Motor 3 ~ 50 /60 Hz IEC 34-1

MET 112 M 2860 /3460 r /min

4 /4.6 kW Cl. F cos ϕ = 0.90

380-420 /440-480 V Y 8.1 /8.1 A

220-240 /250-280 V ∆ 14.0 /14.0 A

No MK 142031-AS IP 55 30 kg

Page 115: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2.3 Propriétés générales des moteurs à cage d’écureuil

Le chapitre 6.2.2.2 a déjà traité du choix de la puis-sance pour un moteur électrique. En plus des con-séquences d’une surcharge due à l’âge de l’isola-tion du bobinage, il faut encore tenir compted’autres facteurs d’influences.

Par exemple, si un moteur est inutilement surdi-mensionné, il fonctionne sur une mauvaise plagede travail. De plus, le courant de démarrage estinutilement élevé, car il est en partie en rapportavec la taille du moteur. Le déroulement qualitatifdes valeurs caractéristiques les plus importantesest montré à la figure 6.6.

6.2.3.1 Caractéristiques de démarrageLe déroulement qualitatif caractéristique du cou-ple et du courant au démarrage d’un moteur àcage d’écureuil est présenté dans la figure 6.7.

A l’enclenchement, le moteur développe le couplede démarrage, et le courant de démarrage corres-pondant. Pendant la phase d’accélération, le cou-rant diminue pour atteindre le courant nominal sile fonctionnement est à charge nominale. Lavaleur du couple de rotation maximum (couple dedécrochage) est une mesure de la capacité de sur-charge possible du moteur, surcharge qui ne peuttoutefois être sollicitée que pendant une courtedurée pour des raisons thermiques.

L’accélération correcte du moteur jusqu’à la vitessede rotation nominale n’est possible que si le couplerésistant de la machine entraînée est à tout momentplus petit que le couple moteur disponible. Aucouple de charge momentané de la machine,s’additionnent, au cours du processus d’accéléra-tion, les masses en rotation des deux machines, cequi a une influence sur le temps de démarrage.

Le déroulement caractéristique qualitatif du cou-ple moteur en fonction du couple de charge (résis-tant) et du couple d’accélération est présenté à lafigure 6.8.

Le démarrage provoque un échauffement impor-tant du moteur à cause de l’augmentation du cou-rant pendant cette phase.

Le temps de démarrage dépend du moment d’iner-tie de la masse en mouvement, de la vitesse de rota-tion finale et du couple d’accélération du moteur.

124

Figure 6.6 :Déroulement qualitatif des valeurs caractéristiques lesplus importantes d’un moteur, en fonction de la puis-sance délivrée [6.2].

Figure 6.7 :Courant et couple d’un moteur triphasé en fonction dela vitesse de rotation [6.2].

n Vitesse de rotation.η Rendement.cos ϕ Facteur de puissance.I Courant absorbé.P Puissance absorbée.

IA Courant de démarrage.I Courant nominal.MA Couple de démarrage.M Couple nominal.MK Couple de décrochage.

Puissance nominale

Courant

Couple

Puissance délivrée

Page 116: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

Les moments d’inertie des ventilateurs ne sont engénéral pas critiques pour le démarrage desmoteurs à cage d’écureuil.

C’est seulement pour quelques gros ventilateursindustriels, qu’il est conseillé, afin de protéger lemoteur, de le choisir une ou deux tailles plusgrandes, ce qui raccourcit le temps de démarrage.Du point de vue du réseau de distribution, il seraitpourtant mieux d’employer un moyen auxiliairepour un démarrage plus doux (voir paragraphe6.2.3.2).

Lorsqu’on passe d’une vitesse de rotation élevéeà une vitesse réduite, il faut munir les gros venti-lateurs d’une temporisation, pour éviter que lapetite vitesse n’entre en action alors que le venti-lateur tourne encore trop vite, ce qui crée des à-coups dans la transmission.

6.2.3.2 Aides pour le démarragePlusieurs modes de démarrage sont disponiblespour adoucir le démarrage. La majorité des distri-buteurs d’électricité interdisent le démarragedirect de moteurs dont la puissance nominale estsupérieure à 3 – 5 kW.

Avec le démarrage étoile-triangle, le moteur, parexemple bobiné pour 400V, est mis en marcheavec les bobines commutées en étoile. Pour cela,on ponte ensemble une des extrémités de cha-cune des trois bobines à l’aide d’un contacteur.Les trois autres extrémités sont connectées auxtrois phases du réseau. La tension par bobinageest ainsi diminuée d’un facteur racine de 3. Parconséquent, le courant est plus faible et le démar-rage plus lent. Après un certain temps, on com-mute les bobines en triangle et le moteur fonc-tionne avec sa tension nominale et son courantnominal jusqu’à ce que couple moteur et couplerésistant s’équilibrent pour établir le point defonctionnement.

La pointe de courant qui survient au passageétoile/triangle n’est toutefois pas beaucoup pluspetite que pour un démarrage direct. Sa durée estpar contre beaucoup plus courte.

On peut sans problème assurer un démarragedoux si on prévoit une régulation de vitesse dumoteur ou une variation de la fréquence.

125

Figure 6.8 :Démarrage d’un moteur électrique, rapport entre lecouple de charge M et le couple résistant ML d’un ven-tilateur [6.3].

M Couple moteurML Couple résistantn Vitesse de rotationns Vitesse synchroneM Couple moteur moyenML Couple résistant moyenMB Couple d’accélérationMB Couple d’accélération moyen

Page 117: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2.3.3 Vitesse de rotationLa vitesse de rotation d’un moteur triphasédépend de la fréquence du réseau et du nombrede paires de pôles.

n Vitesse de rotation [min-1]f Fréquence du réseau [Hz, s-1]p Nombre de paires de pôles [-]

A vide, le moteur asynchrone atteint presque lavitesse de rotation synchrone. A la puissancenominale, cette vitesse est légèrement inférieuredu fait du glissement.

Le glissement s’obtient par l’équation suivante :

s Glissementn1 Vitesse de rotation synchronen Vitesse de rotation asynchrone

Le glissement varieproportionnellement à la charge.

Le glissement estinversement proportionnelau carré de la tension.

s =n1 – n

n1

n = f ⋅ 60p

126

Tableau 6.8 :Vitesses de rotation synchrones.

Nombre de Vitesse de rotation synchrone paires de pôles [min-1] à

50 Hz 60 Hz

1 3000 3600

2 1500 1800

3 1000 1200

4 750 900

5 600 720

6 500 600

Exemple

Moteur à 4 pôles, 4 kW, 380 V, 50 Hz, 1425 min-1

ce qui correspond à 1500 - 1425 = 75 min-1

n à 3 kW est donc de 1500 - 56 = 1444 min-1

s à 3 kW = 34

⋅ (1500 – 1425) = 56 min–1

s à 4 kW =1500 – 1425

1500= 0,05

Exemple

Moteur à 4 pôles, 4 kW, 380 V, 50 Hz, 1425 min-1

Tension de raccordement 346 V, 50 Hz

n est donc de 1500 - 90 = 1410 min-1

ce qui correspondà 380346

2⋅ (1500 – 1425) = 90 min–1

s à 346 V = 380346

2⋅1500 – 1425

1500= 0,06

Page 118: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.2.3.4 Rendement du moteur

Le rendement d’un moteur électrique est forte-ment influencé par la puissance développée. Celasignifie que le rendement atteignable augmenteavec la puissance du moteur.

La figure 6.9 montre l’évolution du rendement àpuissance nominale de moteurs à cage d’écureuil,d’abord en fonction de la hauteur d’axe (plusieurspuissances possibles pour la même hauteurd’axe), ensuite en fonction de la puissance.

Au vu des rendements indiqués, il apparaît quemême le moteur à cage d’écureuil monophasé ades rendements encore meilleurs que les moteursà rotor en disque ou à rotor extérieur.

On voit ainsi, que le fait de pouvoir régler lavitesse des moteurs à rotor en disque ou à rotorextérieur, par un réglage de tension simple, n’estpas la bonne solution, car il faudrait d’abord amé-liorer les rendements à charge nominale avant derégler la vitesse.

Il faut également se méfier des rendements maxi-mums indiqués sans les rendements à chargepartielle pour plusieurs points de fonctionnementdifférents.

En appliquant les mesures suivantes, on devraitpouvoir améliorer le rendement des moteursfuturs :– Réduction des pertes du bobinage du stator en

augmentant la section du cuivre.– Réduction des pertes dans le fer du stator en

utilisant des aciers de meilleure qualité.– Meilleure ventilation.– Amélioration des roulements et du graissage.

Une diminution de la résistance du rotor par deplus grandes sections, est limitée par la modifica-tion de la caractéristique du couple de rotation.

On n’a pas mentionné les pertes « supplémen-taires», qui sont aussi les plus difficiles à cerner.Elles représentent 10 à 20 % des pertes globales,et dépendent essentiellement des tolérances definitions.

Nouveautés sur le marché des moteursAu printemps 1993, dans les foires spécialisées,on a vu apparaître un nouveau concept de moteur

127

Figure 6.9 :Rendement à charge nominale en fonction de la taille(haut), respectivement de la puissance nominale (bas).

Type QU

P [kW]

l = Type QU 2 pôles (3000 min-1)

n = Type QU 4 pôles (1500 min-1)

s = Type QU 6 pôles (1000 min-1)

dont 3-6% déjàdéduits pour leconvertisseurde fréquence.}

}

* = EC Moteur (y compris convertisseur !)

l = Type QU 2 pôles (3000 min-1)

n = Type QU 4 pôles (1500 min-1)

s = Type QU 6 pôles (1000 min-1)

dont 3-6% déjàdéduits pour leconvertisseurde fréquence.

Page 119: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

pour des puissances jusqu’à 5 kW: le moteur (EC)à commutation électronique. Il s’agit d’un moteurà collecteurs, respectivement d’un moteur à cou-rant continu sans balais (brushless DC-motor) quia un très bon rendement même pour de petitespuissances.

Comme il existe à ce jour encore peu de données,on a inclus quelques points caractéristiques dansla figure 6.9.

Dans les publications, on explique l’améliorationsensible du rendement du moteur EC par la sup-pression des pertes de glissement, des pertesd’excitation et la diminution des pertes dans lecuivre.

Les moteurs EC peuvent aussi bien être construitsavec rotor intérieur qu’avec rotor extérieur. Lesmoteurs EC à rotor extérieur seraient, par leurcompacité, bien indiqués dans la fabrication deventilateurs. Ils peuvent être montés directementdans la roue du ventilateur. On peut ainsi suppri-mer la transmission par courroie tout en ayant debons rendements.

6.2.3.5 Le facteur de puissanceLe moteur à induction ne tire pas seulement duréseau, de la puissance active qu’il transforme entravail mécanique, mais aussi de la puissanceréactive nécessaire à l’excitation, mais aveclaquelle il ne fournit pas réellement du travail.

Le courant nécessaire pour la puissance réactives’additionne au courant de la puissance active, etaugmente la charge du réseau de distribution.

La puissance active et la puissance réactive sontreprésentées dans la figure 6.10 par les vecteurs Pet Q ; ils déterminent la puissance apparente. Lerapport entre la puissance active mesurée en kW etla puissance apparente mesurée en kVA est le fac-teur de puissance. L’angle entre P et S s’appelle phi,la valeur du rapport est donc cosinus phi (cos ϕ).

Suivant la taille du moteur et le nombre de pôles,la valeur de cos ϕ se trouve entre 0,6 (pour petitsmoteurs et nombre de pôles élevés) et 0,9 (pourgrands moteurs et petit nombre de pôles). Le fac-teur de puissance peut aussi être mesuré ; pourcela voir le paragraphe 6.3.

128

Figure 6.10 :Puissance active P et puissance réactive Q [6.2].

Page 120: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.3 Mesure de la puissance

Dans la pratique, la puissance absorbée d’unmoteur peut être déterminée à l’aide des métho-des suivantes :– Lire l’énergie consommée par le compteur, en

kWh, à 2 moments différents, puis la diviser parle temps qui s’est écoulé entre les deux mesures.Exemple :Temps de lecture 1/2 heureDifférence relevée 10 kWhPuissance 10 kWh/0,5 h = 20 kW

– Mesure du courant dans un conducteur en insé-rant un ampèremètre dans le circuit ou à l’aided’une pince ampèremétrique, et mesure de latension.

La puissance absorbée s’exprime alors par :

P Puissance active [W]I Courant [A]U Tension [V]cos ϕ Déphasage entre U et I [-]√3 · I · U = S Puissance apparente [VA]

Attention :Lorsqu’on mesure avec une pince ampèremé-trique, il faut bien prendre garde à ne mettre qu’unconducteur dans le transformateur d’intensité.Dans les moteurs utilisés en ventilation, la chargetriphasée est en général suffisamment équilibrée,pour qu’il suffise de mesurer une phase. Lesautres ont un flux identique, seulement décalé de120°. La puissance calculée ci-dessus à l’aide desmesures effectuées sur une seule phase est lapuissance totale absorbée par le moteur.

Alors que la puissance apparente est le produitdes mesures de tension et de courant, cos ϕ est lerapport entre la puissance active P (mesurée avecle wattmètre) et la puissance apparente S = √3•I•U.

cos ϕ = P

3 ⋅ I ⋅ U

P = 3 ⋅ I ⋅ U ⋅ cos ϕ

129

Figure 6.11 :Principe de mesure de la puissance pour couplage entriangle et en étoile.

Résumé

– La mesure est la plus simple à effectuer lorsque lemoteur est équipé d’un compteur d’énergie indi-viduel.

– Lorsque le facteur de puissance cos ϕ d’unmoteur est connu, on peut alors calculer sa puis-sance active à partir des mesures de tension et decourant.

– On peut déterminer le facteur de puissance àl’aide d’un wattmètre, d’un ampèremètre et d’unvoltmètre.

Page 121: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.4 Transmission

L’entraînement à courroie trapézoïdale est trèsrépandu en technique de ventilation, car il permetd’adapter facilement la vitesse de rotation du ven-tilateur à la perte de charge du réseau. Cela se faitpar échange de poulie ou réglage de l’écartementdes joues des poulies réglables (la courroie nedoit pas appuyer sur le fond de la poulie).

Le type de courroie le plus répandu est la courroietrapézoïdale étroite. La courroie striée entre enligne de compte pour des puissances plus gran-des ; elle est formée de plusieurs courroies jointespar une bande vulcanisée.

L’erreur la plus fréquente est de mettre en paral-lèle deux courroies ou même plus, là où une seulesuffirait, avec pour conséquences, une usure irré-gulière qui provoque des bruits dus aux vibra-tions, une détérioration plus importante de l’uneou l’autre des courroies, une durée de vie réduiteet une diminution du rendement de transmission.

Pour l’instant, les courroies plates ont la réputa-tion d’avoir un meilleur rendement pour degrands entraînements. Une étude effectuée autechnicum de Windisch pour le compte de l’OCF adémontré que, sur des ventilateurs usuels, latransmission n’était meilleure que de 1% [6.5].

Alors qu’avec des courroies trapézoïdales bienréglées, on peut compter sur un rendement de 96à 97%, celui de courroies plates bien réglées estde 97 à 98%.

Avec de petits diamètres de poulies et en fonc-tionnement à vitesse réduite, le rendement descourroies trapézoïdales diminue jusqu’à 80%.

La courroie plate est nettement avantageuselorsqu’on prend en compte le bruit, les vibrationset l’usure. Les inconvénients de la courroie platesont, à part un prix de plus de 50% plus élevé, lefait que les roulements des paliers sont plus solli-cités, du fait de la tension que nécessite ce genrede courroies. En particulier, les roulements desmoteurs modernes ne sont pas toujours adaptésà ces exigences accrues.

Des entraînements à courroies trapézoïdales munisde poulies trop petites, ou inutilement de courroiesdoubles et dont la tension est mal réglée entraînentdes pertes de 10 à 20%. Malheureusement, de telscas se rencontrent encore souvent aujourd’hui.

Il est clair, dans le sens de RAVEL, qu’ici de nettesaméliorations sont encore nécessaires !

130

Résumé

– Le système de transmission le plus répandu enventilation est l’entraînement par courroie trapé-zoïdale.

– La supériorité des courroies plates est encorecontroversée. Leur rendement est probablementmeilleur de 1 à 2%.

– Les entraînements directs sont les meilleurs, carils évitent les pertes par transmission.

Figure 6.12 :Synoptique des pertes d’un système moto-ventilateurcomplet (plage de puissance 3 kW) [6.6].

Régulateur

Moteur

Paliers

Courroies

Ventilateur

Page 122: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.5 Régulation de la vitessede rotation

Les différentes possibilités de régulation de pres-sion et de débit d’air des ventilateurs ont été pré-sentées au chapitre 5.5. La nécessité de pouvoirrégler la vitesse du ventilateur et donc du moteurest de plus en plus actuelle, du fait de la tendancegénérale vers une diminution des débits d’air et lademande croissante en installations à débitvariable en fonction des besoins.

Le rapport suivant existe entre la fréquence duréseau, le nombre de paires de pôles, le glisse-ment et la vitesse de rotation :

n Vitesse de rotation [min-1]f Fréquence du réseau [Hz, s-1]s Glissement [-]p Nombre de paires de pôles [-]

En principe, la régulation de la vitesse de rotationse fait en modifiant soit le nombre de paires depôles, soit le glissement, soit la fréquence duréseau. En pratique, les trois possibilités sont uti-lisées.

6.5.1 Modification du nombre de paires de pôles

Il existe trois manières de modifier le nombre depaires de pôles d’un moteur asynchrone à caged’écureuil :

Le stator peut être équipé– avec deux bobinages séparés ou plus ;– avec un bobinage à nombre de pôles commu-

table ;– avec une combinaison des deux solutions ci-

dessus.

Théoriquement, les combinaisons de vitesse derotation sont illimitées. En réalité les possibilitéssont pourtant limitées par la place que prennentles bobinages et le grands nombres de paires depôles nécessaires. C’est pourquoi, dans la pra-tique, on ne rencontre en général que deux, au

n =f ⋅ 60 (1 – s)

p

131

Résumé

– Il est nécessaire de considérer les performancesdes systèmes de régulation de vitesse de rotationsur toute la plage de travail qu’ils sont appelés àcouvrir. Il faut prendre en particulier garde auxperformances à pleine charge, pour lesquelles lespertes occasionnées par le système de réglage nesont pas négligeables.

Page 123: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

plus trois, bobinages séparés. Pour des raisons deplace, on voit rarement un nombre de paires depôles supérieur à 4 (8 pôles) en combinaison avecd’autres bobinages. Autrement, les moteursdeviendraient trop gros pour une puissance don-née. Pour cette raison, il faudrait plus souventenvisager d’utiliser deux moteurs différents,directement reliés aux deux extrémités de l’arbredu ventilateur.

6.5.1.1 Bobinages séparésComme mentionné ci-dessus, la taille croissantedu moteur est le facteur limitant les possibilités decombinaisons des différents nombres de pairesde pôles.

Les moteurs à deux bobinages séparés utilisés entechnique de ventilation peuvent délivrer à lagrande vitesse, en première approximation, le80 % de la puissance que pourrait délivrer unmoteur de même taille à un seul bobinage, tour-nant au même régime.

Les combinaisons théoriquement possibles sontrésumées dans le tableau 6.9. Lorsque troisvitesses de rotation sont nécessaires, une réparti-tion sur deux moteurs pourrait s’avérer judicieuse.

Le rendement d’un moteur à plusieurs bobinages,fonctionnant à la grande vitesse, est toujours unpeu plus faible que le rendement d’un moteur àun seul bobinage délivrant la même puissance ettournant à la même vitesse.

De plus, avec plusieurs bobinages, la vitesse la plusélevée a le meilleur rendement. Pour les autresvitesses le rendement est plus faible, il diminueavec l’augmentation du nombre de pôles (voir6.5.4).

6.5.1.2 Bobinages à nombre de pôles commutables

Il existe plusieurs possibilités de rendre un bobi-nage commutable et obtenir ainsi une meilleureutilisation de la taille du moteur. Par souci de sim-plicité du système de commutation, on utilise enpratique soit le couplage Lindström-Dahlander oule couplage à modulation d’amplitude de pôle(PAM).

Le couplage Dahlander permet un rapport denombre de paires de pôles de 1 :2. Le couplage

132

Nombre depaires de

pôles

1

2

3

4

1 + 2

2 + 3

3 + 4

2 + 3 + 4

3 + 4 + 5

Vitesse synchrone à

50 Hz [t/min]

3000

1500

1000

750

3000/1500

1500/1000

1000/750

1500/1000/750

1000/750/600

Taille du moteur pour

P = 15 kW

160 M

160 L

180 L

200 L

180 M

180 M

200 L

200 L

225 S

Tableau 6.9 :Grandeurs caractéristiques de moteurs à enroulementsséparés.

Page 124: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

PAM autorise d’autres possibilités et permet unemeilleure utilisation de la taille du moteur.

Pour les entraînements de ventilateurs, les partiesdes bobinages sont connectées comme le montrela figure 6.13.

133

6.5.2 Régulation par modification du glissement

Pour augmenter le glissement d’un moteur, il fautaugmenter l’écart entre le champ magnétiquetournant et la vitesse de rotation du moteur. Leprincipe de base, commun à tous ces systèmesest de faire chuter la tension par un moyen ou unautre afin de réduire la vitesse (voir égalementchiffre 6.2.3.3), la fréquence et le nombre de pôlesrestants identiques.

Les familles de systèmes les plus utilisés sont lessuivants :– moteurs à bagues avec résistances auxiliaires

(pas utilisé en ventilation, en tout cas de nosjours) ;

– transformateurs/autotransformateurs ;– hachage de phase par triacs/thyristors.

La grande majorité des systèmes utilisés en ven-tilation relèvent des deux dernières techniquesmentionnées et équipent, dans la plupart des cas,de petits ventilateurs seulement.

Le couple moteur est en relation quadratique avecla tension.

1) Couplage Dahlander ou PAM.2) Par exemple pour 8/6/4 pôles. Un des bobinages est couplé en Dahlander ou PAM.3) Le bobinage peut aussi être couplé en triangle.

Figure 6.13 :Exemples de possibilités de bobinages et de couplages pour différentes constructions de moteurs, à plusieursvitesses de rotation [6.2].

Couple pourventilateur

Moteur à deux vitesses et1 bobinage1) 2 bobinages

Moteur à deux vitesses et2 bobinages2)

Vitessebasse élevée basse3) élevée3)

Vitessebasse moyenne3) élevée

Page 125: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

La régulation par glissement est donc plus oumoins acceptable dans le cas de ventilateursparce que le couple résistant se réduit quadrati-quement avec la réduction de vitesse.

Le système de réglage par hachage de phase créedes harmoniques qui non seulement perturbent lefonctionnement du moteur, mais polluent leréseau de distribution. Le réglage par transforma-teur ne crée par contre pas d’harmoniques.

Le prix est le principal avantage de ces systèmesde régulation.

Les systèmes par transformateurs permettent uneadaptation du régime par paliers, alors que les sys-tèmes à hachage de phase autorisent un réglageprogressif continu. Il faut toutefois prendre gardeà ne pas démarrer sur un petit régime au risque dedétruire le moteur.

Les performances énergétiques de ces systèmesne sont pas bonnes (voir chapitre 6.5.4), quoiquequand même préférables à par exemple une régu-lation par étranglement ou by-pass.

6.5.3 Convertisseurs de fréquence

La régulation de vitesse la plus favorable du pointde vue consommation d’énergie, dans le cas deventilateurs ou pompes, est celle obtenue avec unconvertisseur de fréquence.

La figure 6.14 montre la variation de la courbecaractéristique du couple moteur/vitesse de rota-tion pour différentes fréquences, rapport tensionsur fréquence maintenu constant. On voit quedans ce cas le couple reste constant.

Comme le couple résistant d’un ventilateur (oud’une pompe) diminue avec le carré de la vitesse,les fabricants de convertisseurs ont prévu la pos-sibilité de programmer l’appareil pour que le rap-port tension/fréquence ne diminue pas linéaire-ment avec la réduction de la fréquence de sortie,mais selon une courbe quadratique (souvent plu-sieurs à choix), ce qui permet de surexciter lemoteur (également appelé sous-magnétisation).Ainsi, la tension diminue plus que proportionnel-lement, ce qui réduit les pertes et explique pour-quoi le rendement du système convertisseur-moteur reste bon en charge partielle dans le cas

134

Figure 6.14 :Exemple de courbes caractéristiques du couple moteurpour différentes fréquences, rapport tension sur fré-quence = constante [6.2].

Couple de rotation

Vitesse

Page 126: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

d’une application ventilation ou pompes. Cesrésultats ne sont pas transposables aux machinesà couple constant, ou couples de démarrageimportants tels que ascenseurs, etc.

Le rendement du convertisseur reste très bon surtoute la plage de fréquences, dans le cas d’uneapplication à couple résistant quadratique. Lespertes sont typiquement admises entre environ3% et 6% (voir figures 6.9).

Lorsque le ventilateur est arrêté, il vaut la peine demettre également hors service le convertisseur,de manière à supprimer les pertes de veille quideviennent non négligeables lorsqu’on considèrela consommation annuelle.

Il est nécessaire de préciser au préalable au four-nisseur du moteur qu’un réglage par convertis-seur est prévu.

Pour ceux qui s’intéressent de plus près au fonc-tionnement d’un convertisseur, il existe un livreédité par Danfoss [6.8] qui traite de ce sujet.

6.5.4 Modification du rendement

Suivant le type de régulation de la vitesse, res-pectivement du débit, le déroulement qualitatif durendement du moteur se présente comme dans lafigure 6.15.

135

Figure 6.15 :Evolution qualitative du rendement du moteur en fonc-tion de la vitesse de rotation.

1a Moteur normalisé triphasé, exécution normale 4 kW, réglage par clapet d’étranglement.• Attention: le rendement global se réduit à envi-

ron 15% à 50% du débit.

2 Moteur à pôles commutables à 2 enroulementsséparés de 6/8 pôles.

3 Moteur à pôles commutables à 3 enroulementsséparés de 4/6/8 pôles.

4 Moteur à pôles commutables à un seul enroule-ment 4/8 pôles (couplage Dahlander).

5a Moteur normal y compris convertisseur de fré-quence, puissance nominale 15 kW.

5b Moteur normal y compris convertisseur de fré-quence, puissance nominale 4 kW.

5c Moteur normal y compris convertisseur de fré-quence, puissance nominale 1,1 kW.

6 Moteur spécial pour régulation par glissement(hachage de phase ou transfo), puissance nomi-nale 4 kW.

Débit [%]

Moteur [%] y compris réglage

Page 127: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

La figure 6.16 montre le déroulement du rende-ment du moteur en fonction de la puissance déli-vrée à l’arbre du moteur, pour un moteur à 4 pôleset différents types de construction (vitesse derotation constante au glissement près).

6.6 Protection contre les explosions

Il existe des ordonnances particulières pour l’uti-lisation d’appareils électriques dans des installa-tions où existe un risque d’explosion dû à desmélanges de gaz explosifs, des produits explosifsou des poussières inflammables.

Pour les moteurs électriques, il y a deux principesgénéraux pour la protection contre les explosions.Premièrement, on peut construire le moteur detelle sorte qu’il ne puisse pas se produire de cha-leur dangereuse ou d’étincelles. Cette construc-tion correspond au type de protection EEx e, dit àsécurité augmentée. Deuxièmement, on peut iso-ler le moteur de telle façon que la chaleur ou lesétincelles ne puissent pas enflammer des mélan-ges de gaz qui se trouvent à l’extérieur. Cette façonde faire correspond aux types de protection EEx d,dit à enveloppe antidéflagrante et EEx p, dit à sur-pression interne.

136

1a Moteur normalisé, triphasé, exécution normale 15,0 kW

1b Moteur normalisé, triphasé, exécution normale 4,0 kW

1c Moteur normalisé, triphasé, exécution normale 1,1 kW

2 Moteur normalisé, triphasé, exécution à haut rendement 15,0 kW

3 Moteur asynchrone monophasé avec condensateur auxiliaire 0,2 kW

4 Moteur à pôles bagués 0,2 kW

Figure 6.16 :Evolution du rendement du moteur en fonction de lapuissance délivrée à l’arbre, moteurs à 4 pôles et de dif-férents types de construction.

Moteur [%]

Puissance à l’arbre du moteur P [%]

Page 128: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

6.7 Acoustique

Les valeurs-limites pour la tolérance de bruit desmoteurs sont données par les directives VDE 0530.Dans certains cas particuliers il est nécessaire derechercher ces informations dans les donnéestechniques des fabricants. La figure 6.17 donne enexemple, les indications fournies par ABB pourdes moteurs à cages d’écureuil, fermés avec ven-tilation extérieure, du type QU, degré de protectionIP 54.

Le choix de la vitesse de rotation du moteur joueun rôle essentiel pour le niveau de bruit. Lesvaleurs figurant dans le tableau 6.10 sont tirées dedonnées ABB :

Pour des exigences plus élevées, on peut utiliserd’autres variantes de refroidissement, qui peu-vent apporter une réduction sensible du bruit.

L’utilisation de moteurs silencieux peut, dans cer-tains cas, permettre la suppression de l’amortis-seur de bruit.

137

Figure 6.17 : Bruit typique de moteurs [6.1].

Tableau 6.10 :Données caractéristiques de moteurs ABB [6.1].

Puissance[kW]

15

15

15

15

Vitesse[min-1]

3000

1500

1000

750

Type QU

160 M2

160 L4

180 L6

200 L8

LWA[dB(A)]

82,0

75,0

71,0

78,5

η[%]

88,0

89,5

88,5

91,0

2 pôles ( 3000 min-1)

4 pôles ( 1500 min-1)

6 pôles ( 1000 min-1)

8 pôles ( 750 min-1) Type QU

Page 129: Installations Ventilltuion Energetique

6. Systèmes d’entraînement pour ventilateurs

Bibliographie chapitre 6

[6.1] ABB Elektromotoren GmbHDrehstrommotoren für NiederspannungBroschüre DE EMO/B10-4002 DE, 1992-05

[6.2] ABB MotorsDer DrehstrommotorBroschüre A10-2004 T, 1989-01

[6.3] ABB Normelec AGDrehstrom-AsynchronmotorenGrundlagen und Dimensionierung

[6.4] Office fédéral des questions conjoncturellesManuel RAVELL’électricité à bon escientISBN 3-905233-12-6, 1993

[6.5] HTL Brugg-WindischVergleichende Untersuchung zwischen Keilriemen und HochleistungsflachriemenInfo Energie, 1989

[6.6] G. Häusermann, Ziehl Abegg GmbHEnergiesparpotential bei VentilatorenSymposium RLT-Geräte, 4.September 1991, Essen

[6.7] M. JeanrenaudElectrotechnique, lois générales et machinesEditions André Delcourt, Lausanne, 1987ISBN 2 –88161 –005 –6

[6.8] DanfossL’essentiel sur les variateurs de vitesse1er tirage, édition 1991A commander en Suisse auprès de Werner Kuster SA

138

Page 130: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

A1

A2

A3

A4

Aide-mémoire pour la conception du bâtiment 141S’assurer dès que possible le concours d’un ingénieur spécialisé en installations techniques du bâtiment 141Optimisation de la forme et de l’orientation du bâtiment ainsi que de la taille des fenêtres 141Bonne isolation thermique et bonne étanchéité de l’enveloppe du bâtiment. 141Grande capacité d’accumulation thermique de la construction 141Choix de matériaux de construction et d’aménagement intérieur, pauvres en émissions polluantes 142Protection solaire efficace 142Séparation des zones à usage différent 142Concept de protection antifeu 142Disposition et surfaces nécessaires pour les installations techniques du bâtiment 143Concept d’éclairage 143Utilisation de la lumière du jour 143

Aide-mémoire pour la conception des installationsde ventilation et de climatisation 144Détermination claire des bases et des conditions de garantie 144Amenée d’air frais en fonction des besoins 144Puissance thermique et de refroidissement 144Sources internes de chaleur 144Sources locales de chaleur, polluants, humidité 144Circulation de l’air dans le local 145Free-cooling 145Utilisation des rejets thermiques 145Utilisations différenciées 145Registre terrestre à air 145Sonde géothermique 145Concept de mesures 145

Aide-mémoire pour la conception de composants particuliers 146Faible puissance pour le transport de l’air 146Bon rendement des ventilateurs 146Récupération de chaleur 147Humidification 147Machines de production de froid 147Conduites pour le fluide frigorigène et pour l’eau glacée 147

Aide-mémoire pour l’exploitation des équipements 148Adapter la température ambiante aux besoins 148Adapter l’humidité ambiante aux besoins 148Adapter le mode et l’horaire d’exploitation aux besoins 148Utilisation rationnelle de la protection solaire en hiver 148Eviter les charges thermiques inutiles en été 149Contrôle régulier et entretien 150Comptabilité énergétique 150Optimisation de l’installation 150

7 Aide-mémoire

139

Page 131: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

S’assurer dès que possible le concoursd’un ingénieur spécialisé en installations techniques du bâtiment

Optimisation de la forme et de l’orientation dubâtiment ainsi que dela taille des fenêtres

Bonne isolation thermique et bonneétanchéité del’enveloppe du bâtiment

Grande capacitéd’accumulation thermique de laconstruction

Pour garantir l’intégralité de la conception et la prise en compte desinteractions entre bâtiment et installations, il est justifié de s’assurer leconcours d’un ingénieur spécialisé en installations techniques du bâti-ment, ou éventuellement d’un conseiller en énergie.

La pratique a montré que les éventuels coûts supplémentaires qui enrésultent, sont en général largement couverts par les économies sur lescoûts d’investissement et de fonctionnement.

Voir aussi paragraphe 4.1.

Il faut optimiser la forme et l’orientation du bâtiment, ainsi que la tailledes fenêtres, en fonction de l’orientation des façades. Pour cela, il fauttenir compte de la protection thermique estivale et hivernale, commede l’utilisation du rayonnement solaire en hiver.

Voir aussi paragraphes 4.1, 4.2.

Pour tous les bâtiments neufs et pour les locaux refroidis de bâtimentsanciens, la protection thermique estivale et hivernale doit répondre auxexigences de la norme SIA 180, et satisfaire au minimum aux valeurs-limites de la recommandation SIA 380/1. Pour des installations énergé-tiquement très performantes, il faut viser les valeurs-cibles.

Il faut aussi accorder une attention particulière aux exigences enmatière d’étanchéité de l’enveloppe du bâtiment selon l’annexe 7 deSIA 180. Un bâtiment équipé d’installations de ventilation et climatisa-tion, devrait être aussi étanche que possible.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.1, 4.5.

Afin que les locaux refroidis puissent profiter de la capacité d’accumu-lation thermique de la construction, il faut pour le moins une classe deconstruction moyennement lourde, avec une masse spécifique d’accu-mulation du local de m>350 kg/m2 de surface au sol, selon SIA V382/2,chiffre 5.2. Pour une installation énergétiquement très performante, ilest souhaitable de prendre m >400 kg/m2. Pour pouvoir tirer profit de lamasse d’accumulation d’une dalle en béton avec faux plafond sus-pendu, il faut ventiler le vide sur toute la surface et avoir un taux de per-foration du plafond de plus de 10 % de la surface. Pour que la ventila-tion nocturne soit efficace, l’air doit pouvoir entrer directement encontact avec la masse du bâtiment. Il faut donc veiller, lorsqu’on posel’isolation phonique, à ne pas recouvrir complètement les parois.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.1, 4.5, 4.7.

A1 Aide-mémoire pour la conception du bâtiment

141

Page 132: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

A1

Par le choix judicieux de matériaux de construction et d’aménagementintérieur, on peut éviter des émissions polluantes. Il faut à tout prixrenoncer à augmenter le débit d’air de l’installation à seule fin de dilueret évacuer des émissions qu’on aurait pu empêcher.

Voir aussi paragraphes 3.3, 4.2.4.

Toutes les surfaces vitrées de locaux refroidis devraient disposer d’uneprotection solaire efficace ou d’une installation permettant de faire del’ombre. Même Les locaux d’habitation ou les bureaux non refroidisdevraient disposer d’une telle protection.

En règle générale, il faudrait atteindre un taux de passage d’énergieglobale, y compris protection contre le soleil, inférieur ou égal àg = 0,15. Des valeurs indicatives de combinaisons typiques de vitrageet protection solaire se trouvent sous chiffre 7.3.2 de la recommanda-tion SIA V382/2. Lors du choix du dispositif de protection solaire, il fautveiller à avoir non seulement une bonne protection, mais aussi unebonne utilisation de la lumière naturelle. En façade nord, on peut engénéral renoncer à une protection, respectivement utiliser un verrelégèrement réfléchissant contre le rayonnement diffus.

On ne peut que recommander, que la protection solaire extérieure soitréglable automatiquement et différenciée par façade.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.2.4, 4.5.

Il faut maintenir les zones qui posent des conditions particulières enmatière de climat ambiant, aussi petites que possible. Cela peut se faireau moyen de séparations lors de la construction, mais aussi par desmesures techniques ou de fonctionnement. Il est recommandé de pré-voir une séparation lors de la construction, pour les zones à réfrigérer,les zones fumeurs et non-fumeurs.

Voir aussi paragraphes 3.2.4, 3.3, 4.5, 4.6.

La répartition des compartiments coupe-feu peut avoir une grandeinfluence sur la disposition des installations de ventilation. C’est pour-quoi il faut établir assez tôt, et en collaboration avec la police du feu, unconcept de protection contre les incendies. On pourra ainsi déterminerla disposition des centrales et des gaines techniques.

Voir aussi paragraphes 4.1, 4.2.

142

Choix de matériaux de construction etd’aménagement intérieur, pauvres enémissions polluantes

Protection solaire efficace

Séparation des zonesà usage différent

Concept de protectionantifeu

Page 133: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

Disposition et surfaces nécessairespour les installationstechniques du bâtiment

Concept d’éclairage

Utilisation de lalumière du jour

Il faut tenir compte, dès le début de la planification, des surfaces néces-saires aux canaux, gaines techniques et centrales de ventilation, ainsiqu’aux autres installations du bâtiment. L’annexe 1 de la recomman-dation SIA V382/1 donne des indications quant aux besoins en surfacedes installations de ventilation.

Pour réduire les pertes de charge, il faut prévoir des chemins courtsentre prise d’air extérieur, centrale et locaux. La prise d’air extérieurdoit être placée de telle façon que l’air soit aussi peu pollué que pos-sible. Lorsque les installations deviennent plus grandes, il peut êtrejudicieux de les subdiviser en plusieurs centrales et plusieurs gaines.Là encore, il faut tenir compte du cloisonnement coupe-feu. Plus la sub-division est poussée, plus la protection feu et les modifications ulté-rieures du réseau deviennent faciles.

Voir aussi paragraphes 4.1, 4.2.

Grâce à un concept d’éclairage adapté, on peut en général maintenir ledégagement de chaleur de l’éclairage autour de 10 W/m2, pour une uti-lisation normale du type «bâtiments administratifs». La recommanda-tion SIA V382/2 donne sous chiffre 6.2.1 des valeurs indicatives pour leniveau d’éclairement nominal et la puissance spécifique de raccorde-ment à prévoir. La lumière naturelle devrait suffire pendant la journée,dans la zone proche des fenêtres, sur une profondeur de 5 à 6 m.

Il est recommandé de subdiviser l’éclairage artificiel en fonction desbesoins, en différentes zones, de manière à pouvoir le régler de façondifférenciée. Prévoir au moins deux niveaux différents.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.1, 4.2.4, 4.5.

Mettre à profit toutes les possibilités d’éclairage naturel permet uneréduction sensible de la demande en énergie pour l’éclairage artificiel.Des mesures simples, comme des surfaces vitrées placées judicieuse-ment (aussi haut que possible), des protections solaires réglables et descouleurs claires dans les locaux (particulièrement important pour lesplafonds), donnent déjà de bons résultats.

Il existe aujourd’hui différents programmes d’ordinateurs fiables, aussipour PC, qui permettent de déterminer l’utilisation de la lumière du jour.

Voir aussi paragraphe 4.1.

A1

143

Page 134: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

A2 Aide-mémoire pour laconception des installationsde ventilation et de climatisation

Détermination clairedes bases et desconditions de garantie

Amenée d’air frais enfonction des besoins

Puissance thermiqueet de refroidissement

Sources internes dechaleur

Sources locales dechaleur, polluants,humidité

La recommandation SIA V382/1 précise les exigences à satisfaire con-cernant les conditions ambiantes et la zone d’occupation. L’annexe 2 deSIA V382/1 propose un formulaire des données techniques du local,qu’il faudrait remplir pour toutes les zones, en collaboration avec lemaître de l’ouvrage.

Des exigences plus élevées ne doivent être acceptées que dans des casexceptionnels et fondés. En exploitation, il faut veiller à effectivementexploiter les tolérances de garantie admises, par exemple en tempéra-ture ambiante, pour diminuer la consommation d’énergie.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.1, 4.5, 4.6.

Si le taux d’occupation est très variable ou s’il y a d’autres chargesvariables, il faut prévoir une amenée d’air frais réglable en fonction desbesoins, par exemple au moyen d’un détecteur de CO2 ou de mélangede gaz. Souvent, une mise en service au moyen d’un détecteur de pré-sence ou de mouvements est aussi utile.

Voir aussi paragraphes 3.1.4, 3.2.3, 4.2.4, 4.13.

Le calcul de la puissance thermique et de refroidissement à installerdans le bâtiment s’effectue à l’aide des recommandations SIA 384/2 etSIA V382/2.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.5.

Les charges effectives, avec leur déroulement journalier et leur simul-tanéité, sont déterminantes pour dimensionner les installations pour leservice hivernal et estival. Le chapitre 6 de la recommandation SIAV382/2 précise la méthode de calcul à adopter. Les indications de puis-sance qu’on trouve sur les plaquettes signalétiques des appareils sontinutilisables dans ce cas.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.2.4, 4.5.

Dans la mesure du possible, les émissions concentrées de chaleur, depolluants ou d’humidité devraient être évacuées à la source, afin de nepas charger le climat ambiant. Pour de grandes sources locales inévi-tables, il faut si possible construire une séparation.

Voir aussi paragraphes 3.1, 3.2, 3.3, 4.2.4, 4.5.

144

Page 135: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

Circulation de l’airdans le local

Free-cooling

Utilisation des rejetsthermiques

Utilisations différenciées

Registre terrestre à air

Sonde géothermique

Concept de mesures

La circulation de l’air dans le local doit garantir un bon balayage de l’en-semble du volume. Comme grandeur indicative de l’efficacité de la ven-tilation, on utilise le rapport entre le temps de séjour minimum de l’airdans le local et le temps de séjour moyen des polluants.

Voir aussi paragraphe 4.2.4.

Il faut exploiter les différentes possibilités de free-cooling (utilisationdirecte de l’air extérieur frais, production d’eau glacée à partir d’unetour de refroidissement, etc.), pour autant que cela réduise la consom-mation totale d’énergie.

Voir aussi paragraphes 4.5, 4.7.

Il faut exploiter les rejets de chaleur, pour autant qu’une demandeexiste et que cette utilisation soit économiquement justifiable.

Voir aussi paragraphe 4.3.

Le concept de l’installation doit permettre un fonctionnement indivi-duel pour des locaux qui ont des exigences différenciées quant au cli-mat ambiant et pour ceux qui ont des périodes d’utilisation différen-ciées. Dans la mesure du possible, il faut séparer de telles zones lors dela construction.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.2.4, 4.5, 4.6, 4.12, 4.13.

Pour réduire la consommation d’énergie primaire, il faut examiner l’uti-lité d’un registre terrestre à air pour préchauffer l’air neuf en hiver et lerefroidir en été.

Voir aussi paragraphe 4.10.

Pour réduire la consommation d’énergie primaire, il faut examiner l’uti-lité de sondes géothermiques.

Voir aussi paragraphe 4.11.

Lors de la planification d’une installation il faut prévoir à temps unconcept de mesure, ainsi que les possibilités de le réaliser lorsque l’ins-tallation est en exploitation.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.1.

A2

145

Page 136: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

A3 Aide–mémoire pour la conception de composants particuliers

Faible puissance pourle transport de l’air

Bon rendement desventilateurs

Lors du dimensionnement du réseau de canaux et du choix des appa-reils, il faut prévoir des vitesses d’air et des pertes de charge faibles.Selon SIA V382/3, la perte de charge totale (pulsion + aspiration, y com-pris RC) au débit d’air maximum et filtres propres, ne devrait pas dépas-ser 1200 Pa. La valeur-limite est de 900 Pa pour des installations éner-gétiquement très performantes.

Voir aussi paragraphes 3.4, 4.2.4.

Selon SIA V382/3, le rendement global des ventilateurs y comprismoteur et transmission doit atteindre au banc d’essai, au point de fonc-tionnement optimal, les valeurs suivantes :

Pour des installations énergétiquement très performantes, ce rende-ment est majoré de 5%.Une attention particulière doit être portée à la disposition et au mon-tage du ventilateur ainsi qu’au régime à charge partielle. Le dimension-nement doit pour autant que possible assurer un bon rendement danstoute la plage de travail.

Pour comparer différents appareils, destinés au même travail, il fautsurtout comparer le rendement global, à savoir :

V Débit d’air [m3/s]∆ptot Perte de charge totale du système [Pa]P Puissance électrique absorbée par le

système moto-ventilateur [W]

Cette façon de faire tient ainsi compte du rendement de chaque appa-reil composant le système moto-ventilateur, tel que : régulateur devitesse, moteur, transmission, ventilateur.

η = ηrégul. · ηmoteur · ηtransm. · ηventilateur

et représente donc le rapport entre ce que le ventilateur produit : débitd’air et pression, et ce que le système consomme comme énergie élec-trique pour produire ce débit d’air et cette pression.

Voir aussi paragraphes 3.4, 5.2, 5.5, 5.6, 6.4, 6.5.

η =V ⋅ ∆ptot

P

70

65

60

55

500 5000 10000 15000 20000

146

Ren

dem

ent

glo

bal

[%

]

Débit nominal [m3/h]

Page 137: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

Récupération de chaleur

Humidification

Machines de production de froid

Conduites pour lefluide frigorigène etpour l’eau glacée

En règle générale, il faut équiper d’une récupération de chaleur touteinstallation disposant d’air pulsé chauffé ou refroidi. Les exigences sontcalquées sur les directives SICC 89-1 F «Systèmes de récupération dechaleur ».

Voir aussi paragraphe 4.3.

Si une humidification de l’air ambiant est nécessaire, elle doit être res-treinte au minimum admissible et fonctionner en règle générale selon leprincipe adiabatique. Par principe, une humidification de l’air ambiantdevrait toujours se faire en relation avec une récupération de chaleurpermettant l’échange d’humidité.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.3, 4.6.

Si une production de froid mécanique est nécessaire, la température del’eau glacée doit alors être adaptée au besoins réels et être plutôt éle-vée, alors que la température de condensation doit être choisie aussibasse que possible. Pour des pointes de charge de courte durée, il fautenvisager l’utilisation d’accumulateurs à un niveau de températureadapté. La chaleur dégagée lors de la production de froid devrait pourautant que possible être utilisée.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.5.

Les conduites pour le fluide frigorigène et pour l’eau glacée devraientêtre isolées non seulement pour éviter l’eau de condensation, maisaussi pour maintenir les pertes aussi basses que possible.

Prévoir la possibilité de mettre les différentes zones individuellementhors service.

A3

147

Page 138: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

A4 Aide–mémoire pour l’exploitation des équipements

Adapter la températureambiante aux besoins

Adapter l’humiditéambiante aux besoins

Adapter le mode etl’horaire d’exploita-tion aux besoins

Utilisation rationnellede la protectionsolaire en hiver

L’énergie nécessaire pour le chauffage et la ventilation peut être réduitede façon notable, si la température de l’air ambiant peut varier dans uneplage la plus large possible.

En «hiver», la plage de températures de l’air pour des bureaux estconsidérée comme normale entre 19 et 24° C. Pour le refroidissement(pour autant qu’il soit nécessaire), elle se situe entre 22 et 28° C, bien quelors de grandes chaleurs, lorsque la température extérieure dépasse les30° C, des températures internes plus élevées sont admissibles.

Dans beaucoup de locaux secondaires, la variation de température del’air peut être nettement plus grande. Elle devrait pour autant que pos-sible être exploitée.

Voir aussi paragraphes 3.1, 3.2, 4.5.

La zone de confort s’étend de 30 à 65 % d’humidité relative. Des varia-tions occasionnelles sont physiologiquement acceptables quelquesjours par année, jusqu’à 20% ou 75% d’humidité relative.

Dans les bureaux et les habitations, il n’est en général pas nécessaired’humidifier l’air. Des plaintes quant à un air trop sec en hiver, sont sou-vent dues à un taux d’air extérieur trop élevé, des charges de polluantstrop grandes dans l’air ambiant ou une température ambiante trop élevée.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.3, 4.6.

Il faut toujours veiller à adapter le fonctionnement de l’installation auxbesoins réels.

Une des mesures les plus efficaces consiste à arrêter complètementl’installation lorsqu’on n’en a pas besoin. Cela peut être réalisé simple-ment, par exemple au moyen d’une horloge et d’un programme heb-domadaire.

Lorsque l’installation doit être en service, elle ne devrait transporterque la quantité d’air nécessaire. Pour cela, l’installation devrait êtreéquipée d’entraînements réglables par paliers ou en continu. Une régu-lation automatique de la quantité d’air peut se faire au moyen d’undétecteur de CO2 ou de mélange de gaz.

Voir aussi paragraphes 3.1, 4.12, 4.13.

En hiver, le rayonnement solaire qui pénètre par les fenêtres aide àréduire la demande en énergie du chauffage. Durant cette période, laprotection contre le soleil devrait uniquement servir de protectioncontre l’éblouissement, afin de ne pas réduire le gain de chaleur.

Durant la nuit, des stores extérieurs bien ajustés peuvent aider à réduirela déperdition par transmission. Leur utilisation est vivement conseilléedurant la période de chauffage.

148

Page 139: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

Eviter les chargesthermiques inutiles en été

a) Charges externes

En été, la protection solaire devrait empêcher que le rayonnement nepénètre dans le local et produise ainsi un réchauffement indésirable,respectivement contribue à l’augmentation de la charge frigorifique.Lors de l’utilisation d’une telle protection, il faut veiller à l’abaisser dèsque les premiers rayons de soleil directs entrent dans la pièce, et passeulement lorsque la température ambiante devient trop élevée. Il fautnoter que les stores à lamelles offrent aussi bien une bonne protectioncontre le soleil, qu’une bonne utilisation de la lumière naturelle. Pourautant que cela soit compatible avec la sécurité, la protection solaire nedevrait pas empêcher le refroidissement nocturne par les fenêtres.

b) Charges internes

Durant l’hiver, les charges internes contribuent au chauffage du local(toutefois pas très efficacement) ; par contre en été, elles sont indési-rables, puisqu’elles augmentent la température ambiante, respective-ment la charge frigorifique.

Afin de réduire les charges internes dues aux machines et aux appa-reils, il faut observer les mesures suivantes :

• s’assurer de la nécessité des appareils qui dégagent de la chaleur;

• voir s’il est possible de les placer hors de la zone de confort;

• contrôler les possibilités de réduire les dégagements de chaleur deces appareils (fonctionnement en charge partielle, stand-by, arrêtdès que possible);

• lors de l’achat de nouveaux appareils ou du remplacement d’an-ciens, veiller à une consommation réduite en électricité, à la possi-bilité d’un fonctionnement conforme aux besoins et à une extractiondirecte de la chaleur;

• lors de charges internes élevées inévitables, contrôler la possibilitéd’une extraction directe au moyen d’un système fermé à eau ou à air.

Voir aussi paragraphes 3.2, 4.1, 4.2.4, 4.5.

A4

149

Page 140: Installations Ventilltuion Energetique

7. Aide-mémoire

A4

Contrôle régulier etentretien

Comptabilité énergétique

Optimisation de l’installation

Il faut contrôler régulièrement que les mesures énoncées dans lespoints précédents soient respectées.

L’entretien régulier de l’installation doit aussi englober les contrôlessuivants:• contrôle et le cas échéant échange des filtres;• contrôle de la tension des courroies plates ou trapézoïdales;• nettoyage des éléments de l’installation, y compris canaux et grilles;• nettoyage des sondes et contrôle des valeurs de consigne.

Voir aussi paragraphes 3.4, 4.1, 6.4.

Tenir une comptabilité énergétique et faire des comparaisons avec lesannées précédentes. Pour cela, prévoir déjà l’appareillage de mesurenécessaire lors de la planification.

Voir aussi paragraphes 3.4, 3.5, 4.1.

La pratique montre que beaucoup d’installations possèdent un grandpotentiel d’optimisation. Il est donc souvent judicieux de prolonger lesmesures après la réception et même de prévoir un programme demesures à long terme.

Voir aussi paragraphe 4.1.4.

150

Page 141: Installations Ventilltuion Energetique

Associations de soutien

ASCVAssociation suisse des entreprises

de chauffage et de ventilation

AstechAssociation des techniciens

en chauffage, climatisation et froid

SBHIIngénieurs-conseils suissesde la technique du bâtiment

et de l’énergie

SIASociété suisse des ingénieurs

et des architectes

SICCSociété suisse des ingénieursen chauffage et climatisation

UTSUnion technique suisse

UVACIMUnion vaudoises des associations

commerciales,industrielles et des métiers

ISBN 3-905233-53-3