dessin ventilateur

Amélioration du rendement du ventilateur

On peut remplacer le ventilateur existant par un ventilateur ayant un meilleur rendement. On examinera en premier lieu les ventilateurs de plus grosse puissance.

Remplacement d’un ventilateur à réaction par un ventilateur à réaction de même taille mais de meilleur rendement

Aubes arrières profilées.

On peut remplacer le ventilateur existant par un ventilateur de même type (remplacement d’une roue à action par une roue à réaction) mais ayant un meilleur rendement. En effet, l’évolution technologique des aubes (profils en aile d’avion) et des ouïes a permis d’optimaliser les écoulements d’air dans le ventilateur et donc d’en améliorer le rendement par rapport aux anciennes installations.

Lorsque l’on conserve le même type de roue, les modifications à apporter sont minimes, d’autant plus si on reste dans une même marque d’équipements. Ainsi, pour un raccordement ayant la même configuration, les nouveaux ventilateurs permettent d’obtenir le même point de fonctionnement avec une vitesse de rotation moindre et donc une puissance électrique et une puissance sonore moindre. Le remplacement d’un ventilateur existant ne demande donc comme aménagement complémentaire que la modification de la vitesse de rotation, donc un changement de poulie.

Pour évaluer le gain réalisable par le changement du ventilateur, il faut connaître le rendement ou la puissance absorbée par l’installation existante, ainsi que son point de fonctionnement.

Ces valeurs peuvent être obtenues par mesures.

Pour un même point de fonctionnement, on peut connaître la puissance à l’arbre du nouveau ventilateur, grâce aux courbes caractéristiques fournies par le fabricant. Pour être comparée à la puissance électrique mesurée avec le ventilateur existant, cette puissance doit être corrigée en tenant compte des pertes du moteur électrique, de la transmission et du réglage éventuel :

Puissance électrique = Puissance à l’arbre / (η moteur x η transmission x η réglage)

Les différents rendements peuvent être estimés à partir des valeurs courantes, en fonction des puissances développées. Le rendement du moteur à charge nominale peut aussi être déduit de sa plaque signalétique.

Exemple.

Un ventilateur de taille 400 mm débite 8 000 m³/h à 1 000 Pa, durant 2 500 h/an. La puissance électrique mesurée sur l’alimentation de son moteur est de 4 kW. On peut remplacer ce ventilateur par un ventilateur ayant un meilleur rendement. Le ventilateur choisi peut fournir le même débit avec un rendement de 81 % et une puissance à l’arbre de 2,8 kW, en tournant à une vitesse de 1 950 tr/min.

Si on estime le rendement du moteur à 86 % et celui de la transmission par courroie à 94 %, on peut estimer la puissance qui sera absorbée par la nouvelle installation à :

2,8 kW / 0,94 / 0,86 = 3,5 kW

L’économie réalisable s’élève donc à :

(4 kW – 3,5 kW) x 2 500 h/an x 0,16 €/kWh = 200 €/an

pour un investissement d’environ 500 €, ce qui correspond à un temps de retour de moins de 4 ans.

Une telle économie n’est cependant possible que si le point de fonctionnement à assurer se trouve dans la zone de rendement maximum du nouveau ventilateur, ce qui peut être délicat si l’on souhaite maintenir la taille du ventilateur.

Mise en garde : comparaison des courbes caractéristiques

Comparons par exemple le ventilateur centrifuge de taille 400 de la marque X pour un même point de fonctionnement 10 000 m³/h et 1 000 Pa, tel qu’il était commercialisé en 1976 et dans sa version de 1995.

Voici ce que mentionnent les courbes caractéristiques :

Version 1976 Version 1995
Vitesse tr/min 2 150 2 125
Rendement du ventilateur 81,5 % 79 %
Puissance à l’arbre 3,4 kW 3,5 kW
Rendement maximum possible 83 % 81 %
Puissance sonore dB(A) 88 87

L’ancienne génération de ventilateur paraît plus efficace que la nouvelle.

Et pourtant les nouveaux ventilateurs de la marque X sont présentés comme nettement moins énergivores (« 30 % d’économie ») et nettement moins bruyants (« 50 % plus silencieux ») et cela se vérifie d’ailleurs sur des installations existantes pour lesquelles on a remplacé les anciennes roues par des roues de nouvelle génération.

D’où provient alors l’erreur ?

Il n’existe pas de norme universelle définissant la manière dont doivent être établies les courbes caractéristiques des ventilateurs. Les méthodes de mesures utilisées en 1976 étaient, de ce fait, différentes de celles utilisées en 1995. De même, il est rare de rencontrer plusieurs fabricants utilisant le même mode de détermination des caractéristiques. Par exemple, certains fabricants utilisent la norme DIN 24 163 « ventilateurs, mesure de puissance, bancs d’essai normalisés », d’autres utilisent une méthode de mesure qui leur est propre.

En conclusion, il est délicat de comparer précisément des ventilateurs uniquement sur base de leur courbe caractéristique, sauf si cette dernière a été établie suivant la même norme de mesure.

Remplacement d’un ventilateur à action par un ventilateur à réaction

Remplacement d’une roue à action (doubles ouïes) par une roue à réaction dans une même enveloppe.

Les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’avant (ventilateurs « à action »), couramment rencontrés dans les groupes de climatisation, ont un rendement maximum inférieur à celui des ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière (ventilateur « à réaction »).

On pourrait donc envisager leur remplacement en vue de diminuer les consommations électriques.

Il est possible :

  • De remplacer uniquement la roue à action par une roue à réaction de même taille en conservant l’enveloppe du ventilateur. Le gain de rendement est faible, car en admettant que le ventilateur à action ait été choisi pour fonctionner à son rendement maximum, le point de fonctionnement ne se situera pas au rendement maximum du ventilateur à réaction. De plus, la vitesse de rotation du ventilateur à réaction sera nettement plus élevée ce qui nécessite la modification de la transmission par courroie et surtout génère une puissance sonore plus importante. L’investissement à consentir est aussi relativement important en comparaison au prix d’un ventilateur complet. En effet, la pièce détachée coûte toujours plus que la pièce intégrée dans un ensemble. On en profitera aussi pour changer les roulements, …

 

  • De remplacer le ventilateur à action par un ventilateur à réaction de plus grande taille. L’investissement à consentir est plus important puisqu’il faut changer le ventilateur et son raccordement au réseau. Par contre, le nouveau ventilateur aura un bien meilleur rendement. L’économie d’énergie sera donc plus importante. La vitesse du nouveau ventilateur sera toujours plus élevée que celle du ventilateur à action, mais moindre que lorsqu’on ne remplace que la roue.
Exemple.
Ventilateur à action taille 500 mm Ventilateur à réaction taille 500 mm Ventilateur à réaction taille 630 mm
Durée de fonctionnement (h/an) 2 500
Débit (m³/h) 10 000
Perte de charge (Pa) 1 000
Rendement (%) 65 68 83
Vitesse (tr/min) 1 000 2 150 1 400
Puissance moteur (kW) 6,7 6,4 5,2
Puissance acoustique (dB(A)) 87 101 88
Coût de remplacement (€) 1000 1500
Consommation d’énergie (kWh/an) 16 750 16 000 13 000
Facture énergétique (€/an) (à 0,16 €/kWh) 2680 2560 2080
Économie (€/an) 120 600
Temps de retour (ans)* 21,3 3,5

*si l’entièreté de la consommation du ventilateur est perdue.

Attention, changer le type de roue du ventilateur implique aussi le changement de type de courbe caractéristique. On passe d’une courbe plate à une courbe pentue. Il faut dès lors se poser la question si le choix d’un ventilateur à courbe caractéristique plate n’était pas imposé par le mode de réglage des débits appliqué :

  • Si la courbe caractéristique du ventilateur est plate, l’économie d’énergie réalisée grâce à un réglage par étranglement est proportionnelle à la modification du débit. Cette économie sera moindre si la courbe caractéristique s’incline.

 

  • Le choix d’une courbe caractéristique plate se justifie parfois lorsqu’une régulation permet la coupure de la ventilation local par local en fonction des besoins. Le passage à une courbe caractéristique inclinée imposerait alors l’adjonction d’une variation de vitesse avec maintien de la pression en début de circuit.

Amélioration du rendement de la transmission

Le rendement du système de ventilation dépend du rendement du moteur, de la transmission et du ventilateur.

La transmission par courroies est source de pertes qui peuvent devenir importante dans le cas d’un mauvais réglage. Il y a lieu de vérifier la tension des courroies et l’alignement des poulies. Ces actions sont font partie de la maintenance indispensable à un fonctionnement économe de l’installation.

Vérification de l’alignement des poulies.

Vérification de la tension des courroies.