Gestion de la ventilation à la demande

Circuits simples avec locaux alimentés en série

Prenons l’exemple d’une pulsion mécanique dans chaque local (le principe est semblable dans le cas d’une extraction dans chaque local).

Un détecteur de présence, une horloge, une sonde de qualité d’air gère l’ouverture de chaque bouche, via des registres motorisés séparés ou intégrés. L’objectif semble atteint : le débit d’air est modulé en fonction l’occupation.

Malheureusement,… une bouche qui se ferme influence toujours le débit de sa voisine : lorsqu’une bouche se ferme, la pression va augmenter au niveau des bouches encore ouvertes, augmentant leur débit et la production de bruit.

Il faut donc s’arranger pour réguler la pression dans le circuit de distribution en fonction de la fermeture des différentes bouches.

Exemple

Un ventilateur alimente 4 bureaux en série sur le même réseau de distribution. Il pulse 60 m³/h d’air neuf dans chaque bureau. Une pression de 50 Pa est nécessaire pour garantir ce débit au niveau de la dernière bouche. Pour cela, étant donné les pertes de charge du réseau, une pression de 150 PA est nécessaire à la sortie du ventilateur.

Solution 1

La première solution consiste à maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur (150 PA) :

• Soit, avec un ventilateur centrifuge avec aubes à réaction, en faisant varier la vitesse du ventilateur en fonction d’une prise de pression.
• Soit en utilisant un ventilateur à courbe caractéristique plate, c’est-à-dire un ventilateur centrifuge avec aubes à action.

On constate que malgré la régulation de pression, la pression, donc le débit va augmenter au niveau de chaque bouche ouverte.

Quelle que soit la méthode de maintien de la pression à la sortie du ventilateur, l’économie réalisée sur la consommation du ventilateur est proportionnelle à la diminution du débit au niveau du ventilateur.

Solution 2

La deuxième solution consiste à maintenir une pression constante à la fin du circuit de distribution (50 PA), en faisant varier la vitesse du ventilateur (aubes à action et à réaction).

Voici qualitativement comment va évoluer la pression au niveau des différentes bouches lorsqu’une des bouches (par exemple le n°2 ou la n°4) :

On constate que malgré la régulation de pression, la pression, donc le débit va, la plupart du temps, diminuer au niveau de chaque bouche ouverte.

La pression à fournir par le ventilateur va également diminuer. Il en résulte une économie électrique plus importante que dans la première solution puisque la consommation du ventilateur est proportionnelle au produit (pression à la sortie du ventilateur x débit), la pression restant fixe dans la première solution.

Conclusion

On en conclut que dans les deux solutions, les pressions au droit des bouches restées ouvertes sont modifiées, donc leur débit aussi : augmentation dans le cas du maintien de pression en début de circuit (donc “surventilation”) et diminution dans le cas du maintien de pression en fin de circuit (donc “sousventilation”). Ce dernier cas est d’ailleurs le plus favorable au niveau de la consommation électrique du ventilateur puisque le terme (pression x débit) est minimum au niveau de ce dernier.

Quelle est alors la bonne solution ?

• Proposition 1 : que l’on place la pression constante en début de circuit (par un ventilateur à caractéristique horizontale ou par variation de vitesse) ou en fin de circuit (par variation de vitesse) on doit équiper toutes les bouches d’un système avec débit autoréglable. Ces éléments maintiennent un débit constant, malgré la variation de pression dans le circuit. Ceci est valable pour peu que le circuit de distribution ne soit pas trop long et que les bouches soient commandées en tout ou rien (uniquement en ventilation hygiénique). En effet, dans le cas de trop grands circuits, les variations de pression au niveau des bouches risquent d’être telles que l’on sorte de la plage de débit constant de la bouche et dans le cas de bouches modulantes (système de climatisation VAV), l’élément autorégulant essayera de compenser la modification d’ouverture des bouches.

Les éléments autoréglables maintiennent un débit constant quelle que soit la pression dans le circuit : lorsque la pression augmente, la membrane se gonfle, empêchant l’augmentation de débit et vice versa.

• Proposition 2 : on fait varier la vitesse du ventilateur avec maintien de la pression au 2/3 du réseau pour atténuer la diminution de pression au niveau des bouches en amont de ce point et l’augmentation de pression en aval et pour conserver une économie électrique par diminution de la pression du ventilateur.

Circuits ramifiés

Les conclusions précédentes sont valables pour les circuits alimentant en série les bouches de distribution. Si le ventilateur alimente un circuit avec plusieurs branches en parallèle, il n’est plus possible de commander sa vitesse en fonction de la pression en bout de circuit, puisqu’il est impossible de choisir la branche sur laquelle on peut se placer. Dans ce cas, la seule solution est de maintenir une pression constante à la sortie du ventilateur :

• Soit en faisant varier la vitesse du ventilateur (aubes à réaction) en fonction d’une prise de pression.
• Soit en utilisant un ventilateur à courbe caractéristique plate (aubes à action).

Comme dans le cas de bouches en série, toutes les bouches doivent être équipées d’un élément autoréglable. Pour les réseaux importants, des éléments autoréglables sont également placés au début de chaque branche de circuit.

Modulation des débits

Lorsque les débits des différents locaux sont régulés non plus en tout ou rien, mais en modulation (barrière de comptage, sonde CO₂, …), il n’est plus possible d’utiliser les éléments autoréglables. En effet, si une bouche se ferme partiellement, l’élément autoréglable va modifier automatiquement son ouverture pour rétablir le débit d’origine.

Il faut dès lors équiper soit toutes les bouches, soit au minimum les différentes branches d’un régulateur de pression motorisé (clapet avec prise de pression), ce qui est une solution coûteuse.

Combinaison pulsion – extraction

Pour pouvoir gérer individuellement la ventilation de chaque local, il faut pouvoir stabiliser la pression dans la gaine de pulsion quel que soit le degré d’ouverture des bouches. Dans la gaine de pulsion comme dans la gaine de reprise, car le débit d’extraction doit suivre le débit de pulsion !

Par exemple, le ventilateur de soufflage est commandé par la pression résultante dans la gaine de soufflage. Le ventilateur d’extraction est régulé, lui, selon le débit total introduit dans les locaux. Sa consigne est donnée par le débit soufflé moins une constante. Ainsi les locaux sont toujours en légère surpression.

La technologie utilisée est similaire à celle des systèmes de climatisation à débit variable.