Débits de ventilation dans la zone de cuisson


Objectifs

Le calcul des débits doit répondre à deux exigences :

  • Assurer le transfert thermique vers l’extérieur de la chaleur sensible et de la chaleur latente dégagée dans l’ambiance par les appareils de cuisson, afin de maintenir la température et l’hygrométrie à des valeurs acceptables pour le confort humain (rôle thermique).
  • Permettre, par une vitesse de captation suffisante, adaptée au mode de captage, d’entraîner le flux convectif chargé de particules lourdes vers les séparateurs de graisses (dont la surface de passage est fonction du type de filtration), hors de la zone de travail (rôle mécanique).

Mais attention, si la ventilation permet d’évacuer la chaleur qui se trouve dans l’air, elle ne peut cependant rien faire contre la chaleur rayonnante dégagée par les équipements.


Méthodes préliminaires

La norme prEN 16282, actuellement en projet, regroupe certaines recommandations de la VDI 2052 et de l’HACCP. Elle traite notamment de principes de dimensionnement et du calcul des débits de ventilation pour les cuisines collectives.

Les méthodes préliminaires permettent d’estimer, parfois très grossièrement, le débit de ventilation. Elles sont à écarter comme méthodes de dimensionnement car trop approximatives, mais peuvent servir de vérification ou de complément à d’autres méthodes. Dans tous les cas, la méthode détaillée est la méthode à utiliser dès que les appareils de cuisine sont définis !

La norme présente trois méthodes préliminaires :

Méthode suivant la surface du local

Le renouvellement horaire est défini en fonction de la surface au sol de la cuisine et du type de cuisson ou appareils employés, soit :

  • 90 m³/h par m² en général,
  • 120 m³/h par m² pour les zones de rôtisserie, de grill et de cuisson prolongée ou pour les zones de vaisselle.

Cette méthode ne présente pas de grand intérêt : le débit de ventilation est trop largement sous-estimé pour les zones de cuisson !

Méthode suivant la vitesse d’aspiration

L’évacuation correcte des particules en suspension dans l’air ainsi que des odeurs nécessite une vitesse d’air minimale au niveau frontal reliant l’avant du bloc de cuisson (piano) au bord inférieur de l’avancée de la hotte.

La figure ci-dessus indique la courbe type du profil de la vitesse d’air entre le piano et la hotte.

Cette vitesse se situe, selon le type d’appareil, de cuisson entre 0,15 et 0,30 m/s :

Charge Vitesse Appareils
Faible 0,15 m/s fours à vapeur, bouilloires, bains-marie, fourneaux, etc.
Moyenne 0,225 m/s friteuses, sauteuses, grills, etc.
Forte 0,3 m/s barbecue au gaz, etc.

Le débit final peut alors être calculé comme suit :

qe = v x 3 600 x P x h (m³/h)

Où :

  • qe = débit d’extraction (m³/h)
  • v = vitesse de passage (m/s)
  • P = périmètre de la hotte (m)
  • h = différence de hauteur entre la hotte et le plan de cuisson (m)

Dans le cas d’une hotte rectangulaire adossée, le débit est plus faible sur les flancs latéraux de la hotte que sur l’avant. Une majoration du débit d’air doit être prévue afin de ne pas trop abaisser la vitesse de l’air à cet endroit.

Méthode pour les pièces auxiliaires

La norme recommande les débits d’air à prévoir pour les pièces auxiliaires suivant les m² de surface :

Zones Débits [m3/h par m2]
Préparation de la viande 25
Préparation du poisson 25
Préparation de la volaille 25
Préparation des légumes 25
Réserve sèche 6
Réserve à pain 6
Réserve non-alimentaire 6
Pièces pour le personnel Voir annexe C3 de la PEB
Vestiaires, WC et douches Voir annexe C3 de la PEB
Local à poubelles 6
Distribution des repas chauds 60

Méthodes détailles

Les méthodes se basent sur la Norme allemande VDI 2052 d’avril 2006. C’est cette méthode détaillée qui est reprise par la prEN 16282. La VDI comporte des tables qui donnent les quantités de chaleur sensible et de chaleur latente dissipées dans l’ambiance pour 1 kW de puissance raccordée (gaz, électricité, vapeur) de chaque type d’appareil.

Méthode suivant la puissance des appareils de cuisson

Sur base de la chaleur sensible dégagée par les appareils de cuisson, il est possible de calculer le flux convectif, c’est-à-dire le débit d’air au dessus des appareils de cuisson induit par la différence de température ou de densité de l’air.
On calcul tout d’abord la quantité de chaleur sensible transmise par convection depuis chaque appareils de cuisson :

Q = 0,5 x P x Qs

Où :

  • Q = quantité de chaleur transmise par convection (W)
  • P = puissance de l’appareil de cuisson (kW)
  • Qs = émission de chaleur sensible (W/kW)

On peut ensuite calculer le débit d’extraction de la hotte située au-dessus d’un ou plusieurs appareils de cuisson :

qe = k  x ( ΣQ x φ )1/3 x ( h + 3,4 x L x  l / (L +l))5/3 x r x a

Où :

  • qe = débit d’air extrait (m³/h)
  • k = 18, coefficient empirique (m4/3.W-1/3.h-1)
  • ΣQ = somme des émissions de chaleur sensible des appareils situés sous la hotte (W/kW)
  • φ = coefficient de simultanéité (-)

Type de cuisine

Petite cuisine Moyenne cuisine Grande cuisine
Nombre de repas coefficient de simultanéité φ Nombre de repas coefficient de simultanéité φ Nombre de repas coefficient de simultanéité φ

Snack-bars, restaurants, hôtels

<100 1,0 <250 0,7 >250 0,7

Hôpital (cuisine principale)

150 0,8 <500 0,6 >500 0,6

Hôpital (cuisine de distribution)

250 0,8 <650 0,6 >650 0,6

Institutions

40 1,0

Préparation, mixte

50 0,9 <400 0,6 >400 0,6

Industrielle

<3000 0,7 >3000 0,7
  • h = différence de hauteur entre la hotte et le plan de cuisson (m)
  • L = longueur du plan de cuisson (m)
  • l = largeur du plan de cuisson (m)
  • r = facteur de réduction pour tenir compte de  la position de la hotte (-)
Emplacement de la hotte Facteur de réduction r
Contre un mur 0,63
Au-dessus d’un ilot central 1
  • a = facteur de correction pour tenir compte du type de flux et de la présence d’air induit ou pas (-)
Type de flux Facteur de correction a
Sans air induit Avec air induit

Flux mixte – tangentiel

1,35 1,25

Flux mixte – plafond

1,30 1,20

Flux laminaire – déplacement

1,20 1,15

Flux laminaire – source

1,15 1,10

Méthode adaptée du Recknagel, 2e édition

La puissance en chaleur sensible va « permettre » de réchauffer un débit d’air (P [kW] = (q [m³/h] x cp [kWh/m³/°C] x  T [°C]) / rendement [/]). On regarde quel débit d’air il faut pour que la différence de température entre l’air ambiant et l’air introduit ne dépasse pas 8°C. Le rendement tient compte de l’efficacité de la hotte et du coefficient de simultanéité.

De même, la puissance en chaleur latente va permettre d’humidifier un débit d’air. On regarde quel débit est nécessaire pour que l’air ne s’humidifie pas de plus de 5 g. par kg.

Il faut, pour chaque appareil composant le piano, multiplier la puissance raccordée (kW) par les valeurs des colonnes en chaleur sensible et latente et effectuer les sommes. La plus grande des deux sommes correspond au débit d’introduction à mettre en œuvre.

Sur base de cette méthode, des fabricants ont établi des tableaux tenant compte des appareils de cuisson actuels et de l’efficacité de leurs propres hottes.

Il faut également tenir compte du coefficient de simultanéité φ et du facteur de correction a.


Autres méthodes

D’autres méthodes ont été développées dans le cadre de normes ou par les fabricants, adaptées au matériel vendu ou au type de cuisine. La plupart de ces méthodes se présentent sous forme de tableaux et de valeurs types et sont tirées ou déduites des méthodes précédentes. Elles permettent une évaluation rapide, mais pas toujours correcte, des débits d’extraction à atteindre pour la zone de cuisson d’une cuisine collective.

Méthode suivant l’importance du local

On se fixe un taux de renouvellement horaire en fonction de l’importance du local « cuisine ».

qe = V x n

Où :

  • qe : débit d’extraction ( m³/h).
  • V : volume (m³).
  • n : taux de renouvellement (1/h).

Le Recknagel adapté par la norme allemande VDI 2052 donne :

Type de cuisine

Hauteur (m) Renouvellement horaire n (1/h)
Cuisines moyennes : Restaurants, hôtels, etc. 3 à 4 20 à 30
4 à 6 15 à 20
Grandes cuisines : Casernes, hôpitaux, etc. 3 à 4 20 à 30
4 à 6 15 à 20
>6 10 à 15
Locaux de plonge 3 à 4 15 à 20
4 à 6 10 à 15
Cuisine de préparation froide 3 à 4 5 à 8
4 à 6 4 à 6
Réserves 5 à 8

Méthode suivant la surface de cuisson

Cette méthode prescrit d’introduire un certain débit en fonction de la surface de cuisson, de la longueur du piano ou encore de la surface de la hotte.

Dimension repère Débit d’air extrait
Pour la surface d’appareils de cuisson 300…333 l/s par m²
Pour la surface de la hotte 930 à 1 000 m³/h par m²
Pour la longueur du piano 1 000 à 1 500 m³/h par m

Méthode suivant le nombre de repas servis simultanément

Repas servis simultanément Débit d’air neuf* (m³/h par repas) Valeur minimale
Office relais 15
Moins de 150 25
De 150 à 500 20 3 750 m³/h
De 501 à 1 500 15 10 000 m³/h
Plus de 1500 10 22 500 m³/h
* Ces débits sont des débits d’air neuf à introduire. Il faudra majorer ces quantités de 20% pour obtenir les débits minimaux d’air à extraire, afin de maintenir le local en légère dépression.

Méthode suivant le type d’appareils de cuisson

Cette méthode est issue des règles de l’Art. Il existe différents tableaux selon les sources. On détermine le débit d’air nécessaire à chaque appareil selon le tableau ci-dessus, puis on additionne le tout.

Appareil Type Débit
Fourneau gaz 1 500 m³/h par m²
électrique 1 000 m³/h par m²
Marmite

 

75 l 500 m³/h
100 l 600 m³/h
150 l 800 m³/h
200 l 1 000 m³/h
250 l 1 100 m³/h
300 l 1 200
500 l 1 500 m³/h
Sauteuse gaz 1 500 m³/h
électricité 1 000 m³/h
Rôtissoire 1 000 m³/h
Table chauffante gaz 450 m³/h par m²
électricité 300 m³/h par m²
Four à air pulsé 6 niveaux 1 000 m³/h
20 niveaux 2 000 m³/h
Cuiseur à vapeur petit modèle 1 000 m³/h
grand modèle 2 000 m³/h
Percolateur 450 m³/h
Grill gaz 3 000 m³/h par m²
électrique 2 000 m³/h par m²
Four traditionnel à convection naturelle 300 m³/h
Feux allumés 200 à 500 m³/h
Friteuse <300 couverts 1 000 m³/h par 10 l d’huile
> 300 couverts 2 500 m³/h par 50 l d’huile

Source : « chaud froid plomberie n° 585 » – Novembre 1996.

Il y a lieu de tenir compte d’un coefficient de simultanéité φ qui prend en compte le non fonctionnement simultané de tous les appareils à pleine puissance.


Avantages et inconvénients

Méthodes Avantages Inconvénients
Méthodes préliminaires
suivant la surface du local > Simple et rapide > Estimation grossière !
suivant la vitesse d’air d’aspiration > Permet le bon enlèvement des particules et des calories avec les hottes traditionnelles

> Simple et rapide

> Permet de vérifier les débits en déterminant la vitesse correspondante

> Ne peut s’appliquer qu’aux systèmes avec hottes.

> Ne permet pas une prise en compte rationnelle des différents appareils et de leur puissance dissipée

Méthodes détaillées
suivant la puissance des appareils > Rationnelle et scientifique basée sur le dégagement calorifique de chaque appareil

> Base de données neutres

> Part du principe que la chaleur dissipée dans l’ambiance est directement proportionnelle à la puissance raccordée sans précision de limite. Or, au-delà d’une certaine puissance raccordée pour une surface donnée (appareils pour la grosse industrie) cette fonction n’est plus vraie (effets thermiques et vitesse de flux plus importante)
Autres méthodes
Suivant l’importance du local > Permet de prédimensionner au début du projet et de vérifier la comptabilité entre le débit calculé par une autre méthode et le volume du local. > Ne tient pas compte du matériel installé.

> Estimation approximative.

Suivant la surface de cuisson > Permet un calcul rapide au niveau de l’avant-projet.

> Globalement fiable dans le cas d’ensembles de grandes dimensions composés d’appareils divers.

> Ne tient pas compte du matériel installé.

> Valeurs faibles pour les appareils à dégagement de chaleur élevé.

Suivant le nombre de repas servis simultanément  > Simple quand on connaît le nombre de repas servis simultanément (pas toujours le cas dans les cuisines industrielle) > Ne tient pas compte du matériel installé.

> Le terme de repas n’est pas un indication suffisante et judicieuse.

> Estimation commune à toute la cuisine (pas de zonage suivant le type de préparation)

Suivant le type d’appareils de cuisson > Tient compte des appareils en place et est donc plus précise. > Ne tient pas compte de la puissance des appareils.