Choisir les filtres

Filtre en entrée de centrale

À l’entrée d’air neuf, l’utilisation d’un filtre de faible efficacité (moins de 45 % OPA ou F5) est pratiquement inutile, que ce soit comme préfiltre et a fortiori comme seul étage de filtration. Un tel filtre (filtre plan, filtre à déroulement, filtre métallique) n’apporte aucune protection réelle contre la pénétration des particules de 1 μm et moins qui constituent pourtant 99 % du nombre de particules présentes dans l’air extérieur. Par contre, ils provoquent une perte de charge non négligeable.
Les batteries en aval de ces filtres vont donc rapidement emmagasiner les impuretés, augmentant leur perte de charge et diminuant fortement leur efficacité thermique.

Si on compare les coûts d’exploitation globaux (coût de remplacement des filtres et augmentation de la consommation électrique pour maintenir un débit constant), la solution préfiltre grossier + filtre fin coûte nettement plus cher (plus de 40 %) que la solution comprenant un seul filtre fin au niveau de l’entrée d’air, du fait de la perte de charge complémentaire qu’il engendre. C’est la conséquence du fait que la consommation électrique d’un filtre est plus élevée que son coût d’investissement.
Par contre, dans un milieu urbain très poussiéreux, l’encrassement du filtre principal est tellement rapide que l’usage d’un préfiltre devient un bon choix, les deux filtres étant placés à l’entrée de l’installation.

Degré de filtration minimum

C’est le degré de filtration du filtre “finisseur” qui détermine la qualité finale de la zone.
Dans des conditions atmosphériques usuelles, un filtre fin (à partir de 60 % OPA (F6) ou 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air est nécessaire. Plus il est fin, plus il coûtera cher à l’investissement et à l’exploitation (consommation d’énergie).
La norme européenne ISO Ventilation for buildings – Performance requirements for ventilation and air-conditionning systems recommande un choix de filtre en fonction de la qualité d’air intérieure exigée et de la qualité de l’air neuf soit de l’air extérieur. Idéalement, la norme propose de choisir pour le préfiltre la classe F7 et pour le filtre finisseur la classe F9.

Qualité de l’air intérieur	Qualité de l’air neuf
	Air pur	Poussière	Concentration très élevée
Élevée	F9	F7+F9	F5+GF*+F9
Moyenne	F8	F6+F8	F5+GF*+F9
Modérée	F7	F5+F7	F5+F7
Basse	F6	F5+F6	F5+F6
* GF = Filtre à gaz

Compte tenu de la difficulté et du coût du nettoyage ultérieur des conduits, un filtre F7 est à recommander.

Filtre en sortie de centrale

Il faut éviter en outre d’avoir des sources de pollution en aval du dernier élément filtrant.
La solution d’un filtre unique sur l’entrée d’air neuf n’est idéale qu’en cas d’absence de pollution en aval du filtre. Ces sources de pollution peuvent par exemple être un humidificateur à ruissellement (peu utilisé chez nous) ou un recyclage d’air. Dans ces cas, un filtre complémentaire peut être nécessaire à la sortie du groupe de traitement d’air pour protéger le réseau de distribution de l’air (au minimum 85 % OPA ou F7). La longévité de ce dernier sera extrêmement importante et économique.
Le placement de ce deuxième filtre dans le caisson de traitement d’air est cependant difficile à réaliser, si on veut limiter les pertes de charge.

Exemple. Comparaison de l’évolution de la pression dans un caisson de ventilation monobloc, sortie libre dans le caisson avec filtre après le ventilateur et sortie raccordée au gainage avec filtre avant le ventilateur.

On voit dans l’exemple précédent que si le filtre est raccordé en aval du ventilateur et que ce dernier débite librement dans le caisson, la perte de charge (chute de pression totale dans le caisson), donc la consommation est plus importante.
Idéalement, si on place un filtre, dans le caisson après le ventilateur, le raccordement avec la sortie du ventilateur et avec l’entrée du conduit devrait se faire de manière à éviter les brusques changements de section générateurs de pertes de charge.

Ceci augmente malheureusement la taille du caisson.
Cette difficulté implique que dans la pratique courante, un deuxième étage de filtration en aval du ventilateur, n’est utilisé que dans des bâtiments spécifiques comme les hôpitaux.
Dans le cas d’un réseau de distribution pouvant présenter d’importantes fuites, un dernier filtre peut également être placé le plus près possible du local à traiter.

Plus un filtre est performant plus il est coûteux en exploitation (coût de remplacement et consommation électrique du ventilateur).
Exemple.

Coût d’exploitation de différents filtres sur le marché : débit moyen de l’installation (en fonction de la perte de charge moyenne des filtres) = 54 000 m³/h, rendement du ventilateur = 0,6 Coût électrique = Δp [Pa] x [heures/an] x 6,5 [c€/kWh] x 54 000 [m³/h] / 0,6 / 3,6 106
–	Filtre à panneaux 80 % GRA	Filtre à déroulement 80/85 % GRA	Filtre à poches 85 % GRA	Filtre à poches 90 % GRA	Filtre à poches 55 % OPA	Filtre à poches 85 % OPA	Filtre à poches 95 % OPA
Nb de filtres	16	1	16	16	16	16	16
Débit/filtre [m³/h]	3 375	54 000	3 375	3 375	3 375	3 375	3 375
Coût d’un filtre de rechange [€]	5,25	420	31	38,5	75,15	86,55	96
Coût total d’un remplacement [€]	84	420	506,4	616,8	1 202,4	1 348,8	1 536
Perte de charge initiale [Pa]	60	–	25	35	60	85	130
Perte de charge finale [Pa]	160	–	150	200	300	300	300
Perte de charge moyenne [Pa]	110	140	88	118	180	193	215
Durée de vie [h]	500	4 000	6 500	4 000	12 000	9 000	6 500
Durée de fonctionnement [h/an]	4 000
NB de changement par an	8	1	0,6	1	0,33	0,44	0,61
Coût des rechanges [€/an]	672	420	303,75	616,8	396,75	609,3	936,9
Consommation par an [€/an]	1 237,5	1 575	990	1 327,5	2 025	2 171,25	2 418,75
Coût total [€/an]	1 909,5	1 995	1 293,75	1 944,3	2 421,75	2 780,75	3 355,65

En jaune sont repris les filtres couramment utilisés en ventilation dans les zones à risque de contamination élevé.

Deux éléments vont conditionner le coût d’exploitation lié à la filtration :

• La perte de charge moyenne du filtre durant la période de fonctionnement et donc la puissance électrique moyenne absorbée par le ventilateur pour vaincre celle-ci.
• La longévité du filtre, c’est-à-dire la rapidité avec laquelle le filtre atteindra la perte de charge finale recommandée par le fabricant et donc devra être remplacé.

À titre d’exemple, le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments limite la perte de charge initiale des filtres en fonction de leur efficacité. Ces valeurs peuvent être considérées comme des ordres de grandeur économiquement raisonnables :

Classe suivant NBN X44-001	Perte de charge initiale maximale au début d’utilisation [Pa]
G70	40
G80	40
G85	50
G95	50
F50	80
F70	90
F85	120
F95	150
U95	150
U99.97	225
U99.99	225

Première règle : choisir des filtres à poches

À efficacité égale, un filtre à poches coûte nettement moins cher (investissement + exploitation) qu’un filtre à déroulement ou qu’un filtre plan. Ceci s’explique par la plus grande surface filtrante du premier par rapport aux autres. Sa longévité est donc nettement plus grande (atteinte de la perte de charge maximum plus tardive). Le nombre de remplacements moindre compense donc un coût d’achat plus important.
À l’inverse, pour un coût d’exploitation semblable, on peut se permettre un filtre à poches plus efficace que les filtres plans ou à déroulement (40 % d’efficacité en plus sur les particules de 1 μm).
De même, à efficacité égale, on a intérêt à choisir le filtre à poches avec les poches les plus grandes.
Exemple : Dans une même gamme de filtres à poches de la marque “x”, on retrouve des filtres F7 avec des poches de 700 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 80 PA pour un débit de 3 400 m³/h et des poches de 600 mm de profondeur, ayant une perte de charge initiale de 100 PA pour le même débit.

Deuxième règle : choisir le filtre le plus épais

À efficacité égale, il faut préférer les éléments filtrants les plus épais. En effet, ces derniers peuvent emmagasiner une quantité plus importante de particules avant d’atteindre la perte de charge finale recommandée. Ainsi pour une même efficacité et une même perte de charge moyenne, le filtre plus épais sera remplacé moins souvent.

L’efficacité de la filtration est fortement conditionnée par l’étanchéité du montage. Le degré de filtration peut baisser de plusieurs classes s’il y a by-pass d’air autour des filtres ou trop de fuites.
Voici 3 points auxquels il faut être attentif :

1. Le filtre doit remplir tout l’espace du gainage dans lequel il s’insère, des panneaux étanches doivent fermer les espaces libres.
2. Lorsque la filtration est réalisée par plusieurs filtres placés côte à côte, un joint d’étanchéité doit être disposé entre chacun d’eux. Ce joint doit être remis en place lors du remplacement des filtres.
3. Lorsque le filtre est maintenu dans une glissière, celle-ci doit laisser le moins de jeu possible.

Le colmatage des filtres entraîne une augmentation des pertes de charge de l’installation (augmentation de 100 .. 200 Pa par rapport à la situation filtre propre). Cette augmentation entraîne :

• Une diminution des débits et donc une perte d’efficacité de l’installation de ventilation.

• Une augmentation du débit d’air non filtré passant par les espaces presque inévitables existant entre les éléments actifs des filtres et leurs supports, dans les joints entre gaines et ventilateurs. Le débit d’air non- filtré peut amener un noircissement rapide des bouches et l’apparition de traînées noires en chaque point où les gaines de distribution d’air ne sont pas rigoureusement étanches.

La facilité d’entretien conditionne souvent sa fréquence. Pour éviter que l’entretien des filtres ne soit négligé à cause de sa difficulté, on convient de prévoir dans l’installation :

• Des éléments de filtration ayant des dimensions et un poids qui ne rendent pas pénibles les manipulations nécessitées par le nettoyage. Le mode de fixation des éléments sur leur cadre fixe doit permettre un démontage et un remontage aisés en assurant une parfaite étanchéité entre éléments et cadre.

• Des filtres ayant par leur épaisseur et leur surface de filtration, la capacité d’emmagasinage la plus grande possible, ce qui réduit les fréquences d’entretien.
• Un accès facile à la section “filtre” au moyen d’une porte ou d’un panneau aisément démontable, construit en fonction des filtres à y introduire.
• Un manomètre différentiel indiquant la perte de charge maximum que peut atteindre le filtre. Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments recommande que la valeur repère “filtre sale” du manomètre soit rapatriée au niveau d’un tableau électrique sous la forme d’une lampe rouge.
• Un affichage à proximité du filtre reprenant : l’efficacité, le débit nominal, les pertes de charge initiale et finale et la date du dernier remplacement.

Résistance à la corrosion

Les filtres traitent souvent quotidiennement des dizaines de tonnes d’air : aussi, toutes leurs parties constitutives doivent résister parfaitement aux agents de corrosion contenus dans l’air atmosphérique : vapeurs d’eau, vapeurs et gaz industriels, humidité saline.

Tenue au feu

Les filtres ne devraient pas être la source de fumée ni de gaz irritant ou toxique s’ils sont pris dans un incendie.