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Auteur : les anciens

Eté 2008 : Brieuc.

Notes : 04.03.09

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Bouches de ventilation (de gauche à droite) :
diffuseur plafonnier multicône circulaire et carré, diffuseur plafonnier à jet hélicoïdal,
plafonnier perforé, diffuseur linéaire, grille murale à double déflecteur.

Grandeurs caractéristiques conditionnant le confort

On peut résumer la qualité d’une installation de diffusion d’air en 3 phrases :

  • on se sent bien (qualité d’air et confort thermique),
  • on n’entend rien (confort acoustique),
  • on ne voit rien (intégration architecturale).

Cela se traduit par une série de critères à respecter tant pour diffusion d’air traité (systèmes de climatisation tout air) que pour la diffusion d’air hygiénique.

Bouches de pulsion

Le choix des bouches de pulsion et de leur position va fortement conditionner le confort dans le local. Il est donc important de ne pas choisir au hasard (comme prendre une bouche de telle taille parce que celle-ci correspond à l’ouverture existante dans le faux plafond…). La diffusion de l’air est complexe. L’idéal est donc de se référer aux spécialistes en la matière (bureau d’études, fabricant,…).

Exemples.

Alors que la vitesse résiduelle de l’air (vitesse au point 1) augmente lorsque la distance entre deux diffuseurs plafonniers à distribution radiale diminue, c’est parfois l’inverse avec des diffuseurs hélicoïdaux.

Un jet d’air horizontal est dévié vers le haut s’il est chaud et vers le bas s’il est froid. De même, un jet vertical vers le bas est freiné s’il est chaud …

Ceci montre la difficulté de choisir une bouche qui doit fonctionner aussi bien en chaud qu’en froid : la direction du jet ou la vitesse de l’air doit pouvoir être modifiée en fonction de la saison, vers le bas en hiver, vers le haut en été.

  

La vitesse de l’air à la sortie des diffuseurs plafonniers, liée à leur taille doit avoir une valeur minimum d’environ 2 m/s. Si ce n’est pas le cas, l’air froid ne profitera pas de l’effet Coanda et chutera verticalement, provoquant un courant d’air.

Grandeurs caractéristiques

Quatre grandeurs vont ensuite guider le choix d’une bouche de pulsion : le débit, le bruit, la vitesse et la température. Les valeurs citées ci-après sont issues, soit de la pratique, soit de la norme DIN 1946 (vitesse dans la zone d’occupation).

Le débit demandé

En fonction de la pression dont on dispose en amont du diffuseur, on peut estimer le débit fourni par la bouche à partir des abaques des fabricants.

La production acoustique

Les grilles de distribution génèrent des bruits de sifflement provenant essentiellement de la vitesse d’air au travers de celles-ci. Ce bruit dépend de 4 paramètres :

  • le débit d’air aspiré ou rejeté,
  • la section efficace de passage de l’air,
  • la géométrie de la grille, et son type,
  • la présence éventuelle d’un registre de réglage de débit.

A priori, on choisira la bouche qui présente la puissance acoustique la plus faible pour le débit désiré, sachant cependant que la qualité acoustique de la bouche (annoncée par le constructeur) ne garantit pas le niveau sonore à lui seul. En effet, c’est parfois le bruit du ventilateur et des turbulences liées aux coudes du réseau que l’on entend au travers de la bouche. Un calcul complet de l’acoustique de l’installation doit alors être fait pour s’assurer qu’un silencieux ne doit pas être inséré. Notons également que les grilles peuvent aussi jouer le rôle d’atténuateur du niveau sonore (principalement des basses fréquences) provenant des gaines, lorsqu’elles sont correctement dimensionnées. Il y a réflexion des ondes sur les ailettes.

Calculs

Pour visualiser un exemple de ce type de calcul, cliquez ici !

Pour vérifier la qualité acoustique de la bouche choisie, on peut se référer au niveau de confort acoustique « NR » recommandé dans le local considéré. Dans un bureau, on recommande, dans la zone de travail, un niveau NR 35 ou NR 40. Ceci signifie en première approximation que la puissance acoustique émise par la bouche ne doit pas dépasser 40 à 45 dB(A).
Attention, cette valeur est issue de la pratique et n’a rien de scientifique. Elle est cependant proche de la réalité. Elle se base sur les hypothèses suivantes :

  • le niveau NR est voisin de dB(A) – 5, pour les types de bruit couramment rencontrés en ventilation,
  • dans la plupart des locaux, les bruits provenant du réseau de distribution compensent l’atténuation du bruit dans le local (absorption par les matériaux, atténuation avec la distance), ce qui signifie que la puissance émise par la bouche correspond plus ou moins au niveau sonore dans le local,
  • lorsque l’on se trouve sous une bouche, l’influence acoustique des bouches voisines est souvent négligeable, étant donné l’atténuation en fonction de la distance.

Remarque : parfois, le niveau NR ou NC (NR = NC + 2) est directement repris sur les abaques des fabricants de bouches.

La vitesse résiduelle en zone d’occupation

La zone d’occupation est souvent représentée par la surface du local de laquelle on a soustrait une bande de 50 cm le long des murs intérieurs et de 1 m le long des murs extérieurs, ce sur une hauteur de 1,8 m. Cette hauteur peut être plus faible si de toute façon les occupants sont toujours assis (dans un auditoire, …).
Dans cette zone, la vitesse de l’air ne peut dépasser 0,2 m/s (0,28 dans les locaux de passage) et le long des murs, à 1,8 m, elle ne peut dépasser 0,4 m/s :

Lorsque le taux de renouvellement d’air nécessaire dans un local est important ou lorsque la hauteur sous plafond est faible (< 2,5 m), il n’est plus possible de trouver des diffuseurs plafonniers à distribution radiale dont la vitesse d’air dans la zone d’occupation soit inférieure à 0,2 m/s. Dans ce cas, il faudra se tourner vers des diffuseurs à jet hélicoïdal qui favorisent pour un même débit, un brassage plus rapide entre l’air ambiant et l’air pulsé.

Notons que le cahier des charges type 105 pour les bâtiments de l’état définit des valeurs de vitesse d’air nettement plus sévères (vitesse d’air à 19°C maximum de 0,1 m/s dans une zone d’occupation de 2 m de haut) qui s’avèrent souvent difficiles à réaliser.

La portée

La portée est la longueur du jet pour laquelle on obtient une vitesse résiduelle donnée (généralement de l’ordre de 0,2 à 0,25 m/s).
Lorsque l’on pulse de l’air froid le long du plafond au moyen de grilles murales ou de diffuseurs plafonniers, il faut que la portée couvre au moins 80 % de la zone à traiter tout en ne dépassant pas cette dernière.

Portée inférieure à 80 % de la zone à traiter : la surchauffe persiste en bout de zone.

Portée supérieure à 80 % de la zone à traiter : toute la zone est refroidie.

Portée supérieure à la zone à traiter : le jet froid risque de gêner les occupants avant son mélange à l’air ambiant.

Attention, avec un système VAV, il faut vérifier qu’au débit minimum, la portée ne descende pas en dessous de 50 à 70 % de la zone à traiter.
Lorsque l’on pulse de l’air chaud sous le plafond, celui-ci aura tendance à stagner en partie supérieure du local, créant une stratification des températures et un manque de chaleur en zone d’occupation. Au-delà d’une hauteur sous plafond de 3 m, il faut dès lors utiliser des diffuseurs détruisant cette stratification : soufflage vertical, à forte induction, diffuseurs hélicoïdaux. Ceci montre la difficulté de choisir une bouche fonctionnant soit en refroidissement, soit en chauffage :

Soufflage chaud provoquant une stratification en partie haute.

Soufflage chaud vertical détruisant la stratification.

La différence de température dans la zone d’occupation

Lorsque l’air pulsé rentre dans la zone d’occupation, la différence de température entre le jet d’air pulsé et l’air ambiant ne peut être trop importante, sous peine de ressentir des variations d’ambiance thermique dans le local.
Dans la zone d’occupation, la différence de température entre l’air pulsé et l’air ambiant ne peut dépasser :

  • 1,5°C avec de l’air pulsé chaud
  • 1°C avec de l’air froid

Turbulence

Une autre grandeur caractérise le confort d’un occupant par rapport aux mouvements d’air, c’est la variation de la vitesse de l’air en un point donné ou la turbulence de l’air.
Cette donnée n’intervient cependant pas dans le choix des bouches car elle dépend de l’aménagement intérieur du local. L’inconfort, s’il y en a un, ne peut donc être constaté qu’a posteriori.

En résumé

En résumé

Grandeurs à respecter Où ? Combien ?
Débit zone d’occupation selon les besoins
Puissance acoustique au niveau la bouche max : 45 dB(A)
Vitesse de l’air zone d’occupation
(à 1,8 m de haut)
max : 0,2 m/s
le long des murs
(à 1,8 m de haut)
max : 0,4 m/s
Écart de température dans l’air ambiant zone d’occupation max : + 1,5°C (chauffage)
zone d’occupation max : – 1°C (en refroidissement)

Exemple

Diffuseur de taille 600.

La combinaison de ces quatre grandeurs peut être vérifiée dans des abaques parfois repris dans les catalogues des fabricants.
Exemple : pour un diffuseur de la marque x de taille 600.

Données de départ
  • Débit d’air à pulser par bouche, q = 1 080 [m³/h]
  • Différence de température entre l’air pulsé et l’ambiance, ΔTz = – 6 [°C]
  • Écart entre 2 diffuseurs, A = 6,5 [m]
  • Écart entre plafond (3 m de haut) et zone d’occupation (1,8 m de haut), H1 = 1,2 [m]
  • Écart entre diffuseur et mur, X = 4 [m]

Abaque 1 : Calcul de la puissance acoustique au droit de la bouche et de la différence de pression nécessaire à l’obtention du débit désiré

  • Puissance acoustique émise par la bouche, LWA = 39 [dB(A)]
  • La différence de pression nécessaire au niveau de la bouche pour obtenir un débit de 1 080 m³/h, Δpt = 20 [Pa]

Abaque 2 : Calcul de l’écart de température entre l’air pulsé et l’air ambiant à l’entrée dans la zone d’occupation, ΔTL

  • Distance horizontale et verticale pour soufflage entre 2 diffuseurs, L = A/2 + H1 = 4,45 [m]
  • Pour une bouche de taille 600, ΔTL/ΔTz = 0,15
  • ΔTL = – 6° x 0,15 = – 0,9 [°C] (valeur recommandée : ΔTL < – 1 [°C])

Abaque 3 : Calcul des vitesses de l’air au droit de la zone d’occupation

  • Écart entre 2 diffuseurs, A = 6,5 [m]
  • Écart entre plafond et zone de séjour, H1 = 1,2 [m]
  • Vitesse de l’air dans la zone de séjour, VH1 = 0,12 [m/s] (valeur recommandée : VH1 < 0,2 [m/s])
  • Distance horizontale et verticale pour le soufflage le long du mur, L = X + H1 = 5,2 [m]
  • Vitesse de l’air le long du mur, VL = 0,22 [m/s] (valeur recommandée : VL < 0,4 [m/s])

Bouches d’extraction

Une bouche d’extraction est choisie en fonction de son débit et de sa production acoustique, suivant des abaques semblables à celles des bouches de pulsion.
En extraction la vitesse de l’air dans le local n’est pas un critère important. En effet, la vitesse décroît très vite dès que l’on s’éloigne de la bouche.

     

La configuration de la bouche d’extraction a donc peu d’influence sur la distribution de l’air dans le local, pour peu que le local ne se trouve pas en dépression (il faut que le débit pulsé soit légèrement supérieur au débit repris). Si c’est le cas, la bouche d’extraction risque d’ « aspirer » directement l’air pulsé avant qu’il n’ait balayé le local.

Problème d’efficacité de la pulsion dans un local en dépression : la bouche d’extraction « aspire » directement l’air pulsé.

Répartition du flux d’air dans un local en surpression : bon balayage du local.

Température de pulsion

Idéalement, pour ne pas créer d’inconfort, l’air neuf de ventilation doit être pulsé à une température neutre. Par exemple : 20°C. Il doit donc être préchauffé durant une bonne partie de l’année.
Cependant, les besoins en refroidissement des locaux apparaissent bien avant que la température extérieure n’atteigne les 20°C. Dans les bâtiments modernes, le point d’équilibre entre les besoins en chauffage et en refroidissement se situe bien souvent aux environs des 12°C.
Dans ce cas, dans un local refroidi avec un système indépendant du système de ventilation (ventilo-convecteurs, plafonds froids, …), il y a de fortes chances, en mi-saison, que l’on détruise de l’énergie : en chauffant l’air neuf jusqu’à 20°C et ensuite en refroidissant l’ambiance avec l’unité terminale de climatisation.
Pour éviter ce gaspillage, il faut pouvoir pulser l’air neuf, en mi-saison, à la température la plus fraîche possible, sans créer d’inconfort. Une température de pulsion inférieure à 16°C semble être un seuil à ne pas dépasser dans ce type de local.
Dans ce cas, des bouches de pulsion à haut taux d’induction peuvent devenir nécessaires (bouches à jet hélicoïdal).

Concevoir

La simulation du traitement d’un local de bureau type a montré que la consommation globale du local chutait de 10% lorsque la consigne de pulsion de l’air neuf était fixée à 16°C en période de refroidissement, au lieu de 21°C.

Pour en savoir plus, cliquez ici !

Concevoir

La simulation du traitement d’un local de bureau type a montré que la consommation globale du local chutait de 10% lorsque la consigne de pulsion de l’air neuf était fixée à 16°C en période de refroidissement, au lieu de 21°C.

Pour en savoir plus sur le traitement de l’air neuf en association avec :

Implantation des bouches de pulsion et d’extraction

Diffuseur ou grille ?

La première question que l’on se pose est : existe-t-il un faux plafond ou un faux plancher dans le local et/ou dans les couloirs ?
S’il y a un faux plafond dans le local, on choisira souvent comme bouches, des diffuseurs plafonniers. Ceux-ci permettront une meilleure répartition de la distribution d’air dans les locaux. Si on dispose uniquement d’une gaine technique dans les couloirs, on placera des grilles dans les retombées des faux plafonds, aucun gainage ne parcourant les locaux.

Deux possibilités de positionnement des bouches dans un local : en faux plafond (étage supérieur), dans les retombées des faux plafonds (étage inférieur).

Effet Coanda

Lorsque l’on pulse de l’air parallèlement au plafond, le jet d’air à tendance, sous certaines conditions, à « se coller » à ce dernier. C’est ce qu’on appelle l’effet Coanda.

Lorsque l’on pulse de l’air froid, ce phénomène doit être pris en compte lors du choix des bouches car :

  • Il modifie la portée des bouches par rapport à un jet totalement libre.
  • Il permet d’éviter qu’un jet d’air froid ne « tombe » sur les occupants. Pour que cela fonctionne correctement, il faut une vitesse de sortie d’air suffisante (minimum : 2 m/s) et il faut tenir compte des obstacles éventuels (luminaires, poutres, meubles, …) pouvant rabattre le jet d’air sur les occupants.

Position et portée par rapport aux fenêtres

   

Lorsque l’on pulse de l’air froid en direction d’une baie ensoleillée, la portée du jet sera réduite. À l’inverse, si la pulsion se fait dans l’autre sens, la direction du jet sera allongée. Ces deux situations poseront des problèmes d’inconfort.
Il est donc conseillé, soit de décentrer les diffuseurs symétriques, soit de sélectionner un diffuseur orienté vers la fenêtre ayant une portée supérieure.

Combinaison entrée et sortie d’air

L’emplacement des bouches de pulsion et d’extraction joue un rôle important sur la qualité du brassage de l’air d’un local. Il faut éviter :

  • que l’air pulsé soit directement aspiré par la reprise avant d’avoir pu céder ces calories ou frigories;
  • que des zones mortes occupées ne soit pas traitées.

À titre indicatif, voici une série de configurations et les résultats auxquels elles conduisent a priori. Attention, les mouvements d’air décrits ne sont qu’illustratifs. Les conditions de diffusion peuvent varier en fonction de la vitesse et de la portée de l’air pulsé et du degré de surpression dans le local. Rappelons cependant que si le local est en dépression (débit extrait supérieur au débit pulsé), il y a de fortes chances pour que l’air pulsé soit court-circuité par la bouche d’extraction, créant des zones mortes importantes.

Légende
Pulsion Extraction
Grande vitesse
Petite vitesse

Soufflage en partie haute

Bonne diffusion de l’air

Diffusion de l’air médiocre

Bon :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en bas sur le même mur .

Médiocre :
soufflage horizontal en haut à faible vitesse et faible portée, reprise en bas sur le même mur (création d’une zone morte).

Bon :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en haut sur le même mur.

Médiocre :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en haut sur le mur opposé (by-pass d’une partie du débit).

Bon : 
soufflage horizontal en haut à faible vitesse, reprise en bas sur le mur opposé.

Médiocre :
soufflage horizontal en haut à grande vitesse, reprise en bas sur le mur opposé (création d’une zone morte).

Bon :
soufflage sous plafond sous angle moyen, reprises hautes symétriques.

Médiocre :
soufflage sous plafond sous angle moyen, reprises basses symétriques (création de zones mortes au plafond).

Bon :
soufflage sous plafond sous 180°, reprises basses symétriques.

Médiocre :
soufflage sous plafond sous 180°, reprises hautes symétriques (by-pass d’une partie du débit). Si la bouche de pulsion a une portée importante, le problème diminue.

Bon :
soufflage sous plafond sous 180°, reprise concentrique.

Médiocre :
soufflage sous plafond sous 180° à faible débit, reprises hautes symétriques (by-pass d’une partie du débit).

Soufflage en partie basse

Bonne diffusion de l’air

Diffusion de l’air médiocre

Bon :
soufflage vertical grande vitesse en bas de mur, reprise au sol à l’opposé.

Médiocre :
soufflage vertical à grande vitesse, reprise en haut du même côté (by-pass d’une partie du débit et création d’une zone morte).

Très bon :
soufflage au sol à grande vitesse, reprise au sol du même côté.

Médiocre :
soufflage vertical à grande vitesse, reprise en haut du mur opposé (création d’une zone morte au centre).

Bon : 
soufflage horizontal en bas de mur à vitesse moyenne, reprise en haut sur le mur opposé (petit risque de zone morte).

Médiocre :
deux soufflages verticaux à grande vitesse, reprise au centre du plafond (balayage latéral correct mais création de deux zones mortes au centre).

Bon :
soufflage horizontal en bas de mur à faible vitesse, reprise en haut sur le mur opposé par lent déplacement d’air.

Médiocre :
soufflage vertical à vitesse moyenne, reprise en haut du mur opposé (création de zone morte).

Bon : 
soufflage horizontal en bas de mur à faible vitesse, reprise au bas du mur opposé par lent déplacement d’air (flux laminaire dans les salles blanches).

Médiocre :
soufflage vertical à vitesse moyenne, reprise au sol du côté opposé (risque de création de deux zones mortes).

Bon : 
soufflage au bas d’un mur ou près de la zone de travail à très faible vitesse, reprise en haut par tirage thermique (principe du « déplacement »).

Acoustique

La configuration du réseau de distribution en amont de la bouche joue aussi un rôle sur le bruit émis par une bouche.

En présence d’un clapet de réglage

Si un registre de réglage de débit d’air est nécessaire, il doit se situer à une distance d’au moins trois fois le diamètre du conduit d’air par rapport à l’orifice de soufflage. Le bruit du registre n’est pas réduit mais bien les turbulences à l’entrée de la bouche et donc le bruit engendré par celle-ci.

Les clapets de réglage doivent se trouver à plus de 3 diamètres de conduit par rapport à la bouche de pulsion.

Règle de bonne pratique.
En général, si l’on maintient une différence de pression maximale de 100 PA (100 PA = 10 mm de Colonne d’Eau) aux bornes d’un clapet, le bruit généré reste très faible.

En présence d’un coude

Un conduit d’air relié à une bouche de soufflage doit être rectiligne sur une longueur d’au moins trois diamètres. Un conduit coudé provoque un flux d’air inégal à sa sortie et par conséquent du bruit car la vitesse devient très élevée à certains endroits de la bouche.

Une bouche de pulsion doit se trouver à plus de 3 diamètres de conduit par rapport à un coude.

Réglage

Certaines bouches possèdent un organe de réglage permettant d’ajuster leur débit à la juste valeur.
Si le réglage est accessible facilement (ou pas trop difficilement) aux utilisateurs, celui-ci risque d’être manipulé (principalement si le personnel ressent un inconfort). Des déséquilibres en découleront et ainsi, probablement, qu’un inconfort pour certains bureaux.
Pour éviter cet inconvénient, il faut soit que les bouches ne soient pas déréglables, soit disposer au droit des bouches un élément autoréglable maintenant le débit plus ou moins constant quelque que soit la pression du réseau. Ceci permet maintenir un débit correct dans les locaux, même si un occupant a décidé de boucher sa grille de ventilation.

Élément autoréglable maintenant un débit constant malgré la fermeture d’autres bouches.

Ces éléments ont en outre l’avantage de faciliter la mise au point du réseau. Le gain ainsi réalisé en main-d’œuvre compense largement l’investissement.

Propreté des diffuseurs

Malgré les précautions prises pour la filtration de l’air, au bout de plusieurs mois de fonctionnement, il peut se former des traces noires que l’on doit pouvoir nettoyer facilement. De plus, le fonctionnement ne doit pas être compromis si de la poussière se glisse entre les parties mobiles et les parties fixes de l’appareil.
La propreté des diffuseurs est particulièrement importante dans les locaux de soins. Ils doivent donc être de forme aérodynamique pour ne pas présenter d’obstacle pouvant retenir et accumuler les poussières. Leur conception devra aussi faciliter les opérations régulières de nettoyage.

Remarque.

Les plenums de soufflage sont aussi déconseillés car ils rendent le réglage des débits et des pressions plus difficile et peuvent provoquer des refoulements d’air.

Tableaux de présélection des bouches de pulsion

Uniclima, association française des constructeurs de matériel frigorifique et de traitement d’air, propose, dans son guide de « conception d’une installation de diffusion d’air », le tableau de présélection des bouches de pulsion suivant. Cliquez sur le type de local souhaité :

  • Hauteur sous plafond < 3 m (chambres, bureaux, restaurants, salles de classe, …)
  • Hauteur sous plafond de 3 à 5 m (salles de conférence, halls d’accueil, magasins, …)
  • Hauteur sous plafond de 3 à 5 m (cinémas)
  • Hauteur sous plafond > 5 m (théâtre, auditoriums, amphithéâtre, salles avec gradins, musées, …)
  • Hauteur sous plafond > 5 m (grandes surfaces, salles d’expositions, …)
  • Hauteur sous plafond > 5 m (salles de sport et polyvalentes, …)

Hauteur sous plafond < 3 m (chambres, bureaux, …)

  = optimal, = utilisable, = déconseillé, = demande une position différente chaud/froid
Chaud Froid Chaud
et froid
VAV


Grille murale.


Diffuseur linéaire.


Plafonnier multicône.


Plafonnier perforé.


Plafonnier hélicoïdal.


Diffuseur à jet variable.


Buse.


Bouche de sol.


Bouche à déplacement .

Hauteur sous plafond de 3 à 5 m (salles de conférence, halls d’accueil, magasins, …)

  = optimal, = utilisable, = déconseillé, = demande une position différente chaud/froid
Chaud Froid Chaud
et froid
VAV


Grille murale.


Diffuseur linéaire.


Plafonnier multicône.

2019-06-04T13:16:15+00:0025 septembre, 2007|Choisir les composants|

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