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10/03/09, par Julien

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17/03/09, par Julien

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Mai 2009, Sylvie :

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Traitement de l’air de diffusion

Pour les petites installations (exemple : débits inférieurs à 5 000 m³/h, nombre d’heures d’occupation faible…), on peut introduire l’air non préchauffé.
Dans les grandes cuisines, l’air doit être préchauffé de manière à éviter la formation de buées et à ne pas incommoder les occupants.
Dans le local des préparations froides, une température maximale de 15°C peut être assurée par un petit groupe de climatisation indépendant. Il peut être nécessaire de refroidir le local des ordures en fonction des moyens de stockage et des fréquences d’évacuation.

Concevoir

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Choix des bouches de pulsion

Le flux d’air qui atteint les occupants ne doit pas avoir une vitesse supérieure à 0,3 m/s(valeur recommandée par « UNICLIMA » et le Syneg).
Selon certains bureaux d’études, une valeur de 0,5 m/s peut être atteinte localement dans une cuisine là où les températures sont élevées, où la chaleur rayonnante est importante ou dans des lieux de passage.
Il faut choisir le diffuseur le mieux adapté au taux de renouvellement horaire calculé. Plus le renouvellement d’air est important, plus la bouche de diffusion doit éviter la gêne des occupants par un meilleur mélange de l’air soufflé avec l’air ambiant ou par des vitesses de soufflage réduites. On utilisera donc les bouches suivantes dont l’ordre va d’un taux de renouvellement horaire faible à un taux de renouvellement horaire élevé :

Emplacement des bouches

Il faut éviter de « court-circuiter » la circulation de l’air en cuisine par des arrivées d’air à proximité de la hotte. Pour une meilleure homogénéité, les entrées seront réparties, de préférence, en trois ou quatre points éloignés de tout obstacle (luminaires, etc.).
La hotte à compensation permet d’injecter l’air à une certaine distance de la hotte. Cependant, si la cuisine est vaste, il faudra prévoir une autre arrivée d’air que celle qui vient dans la partie frontale de la hotte.
Les fabricants disposent de logiciels permettant de visualiser la répartition de l’air neuf.

   

Choix du type d’extraction

Dans le local de cuisson, le choix doit se faire entre une hotte à extraction simple, à induction (ou à effet d’induction) et un plafond filtrant.
Remarquons cependant que dans le cas du choix d’une hotte à induction, il faut être particulièrement vigilant par rapport à la qualité de la hotte. En effet, pour être efficace, une hotte à induction doit être parfaitement bien conçue (angle d’injection de l’air non traité à la sortie du venturi, profil de la chambre de mélange, etc.). Une mauvaise conception fera perdre les avantages de la hotte à induction.

Le rôle d’une hotte est d’emprisonner les fumées et buées émises. Elle doit donc constituer une enceinte et avoir une hauteur utile minimale (ex. 50 cm). Leur nez ne peut pas être situé trop bas, sinon il empêche le passage de l’homme, ni trop haut, sinon, elle perd de son efficacité. Il se situe en général entre 1,90 m et 2 m du sol fini.
Elle doit déborder des appareils de cuisson de manière à capter tout l’air vicié (ex. : minimum 30 % de la différence de hauteur entre le bas de la hotte et le haut des appareils ou 30 cm).

Critères de choix.

  • Dépenses énergétiques et coûts d’investissement.
  • Différence entre les débits extraits et pulsés, dans le cas d’un système avec transfert.
  • Hauteur disponible.
  • Esthétique, confort souhaité et emplacement des appareils.
  • Pollution dans le local.
  • Une ou plusieurs hotte(s) ?
  • Et encore…

Dépenses énergétiques et coûts d’investissement

La consommation énergétique liée à la ventilation dépend principalement de la quantité d’air neuf à chauffer.
Cet air neuf a deux objectifs :

  • Se mélanger à l’air vicié pour permettre de l’évacuer au travers de la hotte ou du plafond filtrant c’est-à-dire servir au transport.
  • Compenser la quantité d’air vicié extrait.

C’est en jouant sur la première partie que l’on peut faire des économies d’énergie. Ce qui revient à dire que l’on a intérêt à choisir une hotte à haut rendement ou à haute efficacité :

La hotte à extraction simple

L’entièreté de l’air extrait doit être préchauffée, ce qui conduit à une grande consommation énergétique.

La hotte à induction

L’air vicié est capté très localement au moyen d’air d’induction froid. Grâce à ce dernier, l’air de pulsion ne sert plus de transport à l’air vicié mais sert simplement à remplacer l’air vicié extrait.
Seul cet air de pulsion doit être préchauffé, ce qui diminue fortement les consommations.
Selon les fabricants la proportion d’air d’induction varie de 50 à 70 % de l’air total extrait.
Plus la proportion d’air d’induction est importante, plus les consommations énergétiques sont réduites, mais le risque de condensation dû au mélange d’air froid et d’air chaud saturé augmente.

Exemple : calcul des gains énergétiques réalisés par le choix d’une hotte à induction.

Le directeur technique d’une école hôtelière à Bruges prévoyait l’achat d’un nouveau bloc de cuisson afin de satisfaire aux nouvelles méthodes de cuisson. Le bloc de cuisson nécessite un débit d’extraction d’environ 6 000 m³/h.

Une hotte à induction a été choisie. Cette hotte prévoit que 50 % du débit est extrait à l’extérieur et sert à l’induction.

Ainsi 50 % du débit, soit 3 000 m³/h d’air non traité (c’est-à-dire non chauffé), est propulsé vers les filtres de la hotte.
Étant donné qu’une dépression de 10 % est indispensable, les 40 % restants, soit 2 400 m³/h, sont propulsés par les tôles perforées à l’avant de la hotte.

Les 3 000 m³/h d’air qu’il ne faut pas chauffer représentent une économie d’énergie considérable. En effet, la hotte est utilisée 8 h/jour, 20 jours/mois, 8 mois/an. La température moyenne extérieure diurne est de 9 °C et la température de pulsion de 16 °C.

La chaleur économisée est de :

Q = 3 000 x 8 x 20 x 8 x 0,34 x (16 – 9) = 9 140 kWh

Où :

  • 0,34 [Wh/m³.°C] = Cp = chaleur volumique de l’air.

Avec un prix moyen de 2,75 c€/kWhmazout, l’économie est de 9 140 x 0,0275 = 251,3 €.

L’économie au niveau du préchauffage de l’air par rapport à une hotte à extraction simple est de 55 %.

La hotte à induction est cependant beaucoup plus chère à l’achat.
Son prix est environ 2 fois plus élevé que celui d’une hotte à extraction simple sans tenir compte du ventilateur et du gainage supplémentaire.
Le choix se fera donc en mettant en balance les gains énergétiques réalisés avec le surcoût à l’investissement en tenant compte des temps d’utilisation et des températures moyennes intérieures et extérieures.

La hotte à effet d’induction

L’efficacité de captation de la hotte est améliorée par une petite quantité d’air d’induction. Selon les constructeurs, une configuration bien étudiée de la hotte et particulièrement des amenées d’air d’induction, permet de réduire les débits d’air extraits de 40 % par rapport à une hotte à extraction simple. L’air neuf à réchauffer est réduit dans les mêmes proportions, d’où son intérêt au niveau des économies d’énergie.

Hotte à extraction simple.. et …Hotte « à effet d’induction ».

Le traitement de l’air induit supprime les risques de condensation qu’une hotte à induction peut présenter à cause du mélange air chaud et air froid, mais par contre diminue les gains énergétiques.

Exemple.

Dans l’exemple précédent, avec une hotte à extraction simple, le bloc cuisson nécessitait un débit d’extraction de 6 000 m³/h. Avec une hotte « à effet d’induction », un débit d’extraction de 3 600 m³/h suffit. Pour garder une dépression, l’air total pulsé vaut 90 % de l’air extrait. Seuls 3 240 m³/h devront être chauffés.

L’économie au niveau du préchauffage de l’air par rapport à une hotte à extraction simple est de 40 %.

Le plafond filtrant

L’air, plutôt que d’être emmagasiné dans la hotte, l’est sur l’ensemble de la surface du plafond. L’air ne peut s’échapper. Selon les constructeurs, les débits extraits peuvent être diminués de 25 % par rapport à ceux à considérer pour une hotte à extraction simple. L’air neuf à réchauffer est réduit dans les mêmes proportions.
Un plafond filtrant est plus cher à l’investissement qu’une hotte, mais on doit déduire le faux plafond.

Différence entre les débits extraits et pulsés, dans le cas d’un système avec transfert

Dans le cas d’un système avec transfert, il ne sert à rien de choisir une extraction à haute efficacité qui permet de réduire les débits d’extraction si les débits de pulsion sont plus élevés.

Exemple.

Dans le cas d’une école, le restaurant est, en général, très grand par rapport à la cuisine. Cela s’explique par le fait, qu’en général,  il n’y a qu’un seul plat par repas, qu’il n’y a qu’un seul service et que les techniques de cuisson sont relativement peu variées (pas de grill et de plaques à snacker,…). Si l’on a choisi un système avec transfert entre la cuisine et le restaurant, et que les débits à introduire dans le restaurant sont plus élevés que les débits à extraire dans la cuisine, on choisit une hotte à extraction simple.

Hauteur disponible

La hotte ou le plafond filtrant doivent tenir compte des hauteurs sous plafond ou sous hotte réglementaires.
La hauteur sous le plafond filtrant est de minimum 2 m 50. Un plafond filtrant a une hauteur minimale. Elle est, par exemple, d’environ 8 cm pour un plafond filtrant fermé et d’environ 37 cm pour un plafond filtrant ouvert.
La hauteur sous la hotte est de 1 m 90 à 2 m. La hauteur minimale de la hotte elle-même est, par exemple, d’environ 40 cm.
Dans le cas de cuisines très basses, on place parfois des hottes basses de manière à ne pas encore surbaisser le plafond.

Pollution dans le local

Au dessus d’appareils très polluants tels qu’une grosse friteuse, il vaut mieux une hotte. En effet, les hottes, plus locales que les plafonds filtrants, engendrent des vitesses d’aspiration plus élevées, plus aptes à aspirer les particules plus lourdes au-dessus des appareils très polluants.

Esthétique, du confort et de l’emplacement des appareils

Si les appareils sont répartis dans tout le local, mieux vaut choisir un plafond filtrant. Un ensemble de hottes correspondant à un ensemble de zones surbaissées serait très inesthétique et inconfortable. De plus, cela mènerait à des conflits d’air si les hottes sont à compensation.

Une ou plusieurs hotte(s) ?

Lorsqu’il existe une gestion du débit en fonction des besoins, des hottes individuelles sont plus efficaces qu’une hotte centrale. En effet, lorsqu’on diminue les débits extraits car une partie seulement des équipements est utilisée, les vitesses frontales moyennes entre la hotte et le plan de cuisson ne respectent plus une valeur minimale si l’on dispose d’une seule hotte pour tous les équipements. Ce qui risque d’entraver l’entraînement correct des particules en suspension dans l’air ainsi que des odeurs.
Dans le cas de plusieurs hottes individuelles, il faut cependant d’une part, que la pulsion « suive », d’autre part que les hottes soient munies de clapets pour empêcher que de l’air extérieur n’entre par la hotte non utilisée.

Et encore…

La ventilation permet d’évacuer la chaleur convective (qui se trouve dans l’air), mais elle ne peut cependant rien faire contre la chaleur rayonnante dégagée par les équipements vers les occupants. Mis à part une bonne isolation des appareils, le seul moyen de lutter contre le rayonnement des appareils est de compenser cette chaleur par un courant d’air « tombant » directement de la hotte sur le cuisinier. Cette possibilité est prévue sur certaines hottes. Cette arrivée d’air est réglable par le cuisinier lui-même.

      

Choix du ventilateur d’extraction

Matériaux

Les ventilateurs sont identiques à ceux de la ventilation en général mis à part que le moteur, la roue et le caisson éventuel doivent être en acier galvanisé, ou mieux, en inox.
Lorsqu’il y a de la graisse sur la roue, le débit diminue. L’entretien doit alors être fait.
Pour le ventilateur de laverie, s’il est fait usage d’eau chlorée, l’acier galvanisé ne convient pas, à moins que les doses ne soient très faibles. Il faut de l’inox. Si les quantités d’eaux chlorées ne sont pas trop importantes, ce qui est le cas lorsqu’on interpose un cône entre la sortie de la machine et le conduit d’évacuation (-> apport d’air ambiant) l’aluminium peut convenir. La durée de vie de ce dernier étant néanmoins plus faible.
Mais attention, si l’on opte pour un ventilateur en inox, celui-ci doit aussi être utilisé comme matériau pour le reste du « circuit » (gainage, protection incendie, etc)

Type d’extracteur

Le ventilateur centrifuge, de par la déviation de l’air qu’il engendre, évite l’encrassement des pales. Les graisses vont se déposer dans la tourelle ou le caisson.
Le caisson forme un caisson de détente. Il constitue donc une meilleure solution au niveau du bruit que la tourelle. Par contre, les graisses viennent se déposer partout dans le caisson et il est donc plus difficile à entretenir.

Caractéristiques

S’il est prévu d’utiliser une vitesse variable, on doit choisir un moteur qui garde un bon rendement dans toute la plage de vitesses possibles.

Sorties d’air extrait

Le rejet d’air de la cuisine doit se faire loin de toute prise d’air neuf ou ouvrant extérieur.
Il faudra également tenir compte de la direction des vents dominants.
On pourra limiter les perturbations de ces vents en augmentant la vitesse de sortie de l’air rejeté (par une sortie en cône, par exemple).

L’air extrait des cuisines, comme pour tout local à pollution spécifique, doit être rejeté sans recyclage.

Choix des filtres d’extraction

Dans les cuisines, la filtration de l’air permet de réduire au maximum le dépôt de graisses dans les conduits et les ventilateurs d’extraction. Ces dépôts provoquent une réduction des sections de passage de l’air, mais aussi des écoulements. Ils constituent également un danger en cas de combustion accidentelle de la graisse alimentaire en ébullition sur les fourneaux ou dans les friteuses.
Pour la filtration sur le réseau d’extraction d’air vicié, on utilise des filtres métalliques, en acier inoxydable, afin d’être facilement nettoyés.
Trois principales technologies de filtres sont employées : les filtres à tricot, les filtres à effet cyclonique et les filtres à choc.

Filtre à tricot métallique et filtre à choc… et … Filtre à choc (vue de face et en coupe).

Les filtres ne peuvent être choisis indépendamment de la hotte ou du plafond filtrant. Les fabricants proposent des hottes ou plafonds filtrants avec filtres intégrés.
Les filtres ne sont efficaces que dans une plage de vitesse et il y a donc une vitesse maximale à ne pas dépasser. La surface des filtres (et donc le nombre de filtres) est choisie à partir de cette vitesse maximale et du débit maximal à extraire.
Le choix du type de filtre se fait en fonction de  :

  • La plage de vitesse du ventilateur.
  • La régularité d’entretien des filtres.
  • L’efficacité souhaitée.
  • La sécurité souhaitée.
  • De l’investissement consenti.

La plage de vitesse du ventilateur

Les filtres à tricot métalliques conservent une bonne efficacité sur une large plage de débit.
Par contre, cette plage est plus réduite pour un filtre à effet cyclonique ou à choc. La gestion de la ventilation, il faut veiller à ce que l’efficacité du filtre reste bonne dans toutes les plages de vitesses du ventilateur, ce qui n’est pas possible avec ces derniers.

La régularité d’entretien des filtres

Avec un filtre à tricot, la perte de charge varie en fonction de l’encrassement. Si l’entretien n’est pas régulier, le débit peut chuter de façon telle que :

  • Le personnel augmente manuellement la vitesse du ventilateur, avec la surconsommation d’énergie que cela engendre.
  • Le personnel supprime carrément le filtre.

Un filtre à effet cyclonique ou à choc est peu sensible à l’encrassement du fait de la grande distance entre les lames. La perte de charge est constante en fonction de l’encrassement mais un filtre à tricot même encrassé a encore des pertes de charges inférieures à un filtre à choc.
Un filtre à effet cyclonique ou à choc se nettoie plus facilement qu’un filtre à tricot.

L’efficacité souhaitée

L’efficacité d’un filtre à tricot est plus élevée que celle d’un filtre à effet cyclonique ou à choc.
De cette efficacité dépend la fréquence nécessaire de l’entretien des gaines et du ventilateur.

La sécurité souhaitée

Un filtre à effet cyclonique ou à choc présente moins de risque d’incendie qu’un filtre à tricot car dans ce premier cas, la flamme n’est pas directement en contact avec la graisse.

L’investissement consenti

Un filtre à tricot est moins cher qu’un filtre à effet cyclonique ou un filtre à choc.

Les conduits

Par rapport aux conduits utilisés en ventilation générale, dans les bureaux par exemple, les conduits d’extraction de cuisine sont soumis à un encrassement plus important.
Pour limiter au maximum celui-ci, les conduits doivent comporter le moins possible de tronçons horizontaux.

La réglementation incendie française (arrêté 25 juin 1980 – article X GC 14, alinéa 3) donne les précisions suivantes : des trappes d’accès sont à prévoir en vue d’assurer leur nettoyage et leur décontamination. Ces trappes ont une surface de 3 dm² au minimum et elles sont espacées d’axe en axe tous les 3 mètres en parcours horizontal et à chaque changement de direction supérieur à 30° en parcours vertical.

Concevoir

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