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Les conduits d’air utilisés dans les systèmes de type industriel sont destinés à véhiculer de l'air propre ou chargé de particules (poussières ou graisses etc).
Quand l’air est chargé de particules, il est indispensable d’utiliser des vitesses de circulation élevées afin de transporter ces dernières dans le flux d’air sans qu’elles ne se déposent le long des parois avant d’avoir atteint les systèmes de filtration.
Table des matières
Lorsque la vitesse doit être impérativement égale ou supérieure à une consigne, le bon dimensionnement adaptera la section des conduits afin de garder une vitesse égale ou supérieure à celle-ci.
Les méthodes de calcul pour choisir la section des conduits sont diverses en fonction qu’elles utilisent des méthodes exactes ou approximatives. À mesure qu’une méthode de calcul de conduit devient plus précise elle nécessite de nombreux changement des sections et elle devient plus difficile à calculer et à installer. Il faut choisir la méthode de dimensionnement qui évitera au mieux les multiples changements de section des conduits.
Le bon dimensionnement du réseau permet d’atteindre les débits demandés tout en optimisant la consommation des ventilateurs
En ventilation résidentielle (VMC), le principe est identique mais les vitesses recherchées sont bien plus faibles qu’en industrie : l’enjeu n’est pas de transporter des particules, mais de limiter les pertes de charge pour garantir les débits réglementaires aux bouches tout en maîtrisant le bruit et la consommation. Les repères de dimensionnement en habitat sont donnés plus bas.
Concepts de base pour le calcul des conduits d’air
Les réseaux de conduits d’air peuvent être classés en fonction de la pression et de la vitesse des conduits. En fonction de la vitesse de l’air, il existe les types suivants :
- Gaines Réseau basse vitesse (<12 m / s, entre 6 et 12 m / s).
- Gaines Réseau rapide (> 12 m / s).
Le réseau de conduits doit être conçu de manière que le flux d’air défini puisse être assuré vers tous les points d’impulsion ou d’extraction de l’installation. Les trois concepts fondamentaux de base qui influencent cet aspect sont :
- Propriétés de l’air. Ils dépendent de la température et de la pression, et les propriétés de base utilisées dans la conception des conduits (viscosité (résistance à l’air) et la densité).
- Diamètre de conduit équivalent. Les conduits utilisés peuvent avoir différentes sections, la plus courante étant de forme rectangulaire ou circulaire. La plupart des méthodes de calcul sont basées sur des conduits circulaires. Le diamètre équivalent est utilisé pour calculer le conduit avec une section circulaire équivalente à celle étudiée.
- Pertes de charge. Dans le conduit, le fluide en mouvement subit une perte de pression due au frottement, également appelée perte de charge. Ces pertes de charge varient en fonction de la qualité du matériau (tôle lisse ou spiralé, béton, plâtre) et la vitesse de l’air dans les conduits. Elles comprennent les pertes dans l’ensemble du réseau, c’est-à-dire entre la bouche d’extraction et la sortie du ventilateur.
Lorsqu’un réseau comporte plusieurs branches, les pertes de chaque branche ne s’ajoutent pas, il faut prendre uniquement en compte la branche ayant la plus grosse perte de charge.
On distingue deux composantes de la perte de charge : la perte linéaire, due au frottement le long des parois (elle dépend de la longueur, du diamètre, de la vitesse et de la rugosité — une gaine flexible peut doubler la perte d’un conduit rigide lisse), et la perte singulière, provoquée par les coudes, tés, réductions et registres. Le NF DTU 68.3 vise explicitement le cas d’une succession de coudes rapprochés, particulièrement pénalisante.
Méthodes courantes de calcul des conduits d’air
Les méthodes de calcul les plus courantes pour calculer le dimensionnement des conduits d’air sont :
- Méthode de réduction de vitesse.
- Méthode de perte de charge constante.
- Méthode de récupération statique.
- Méthode à vitesse constante.
Les plus utilisées sont la méthode de perte de charge constante et la méthode de récupération statique.
Méthode de réduction de vitesse
La méthode de réduction de vitesse est rarement utilisée, car de nombreux calculs sont nécessaires pour résoudre le problème avec une précision suffisante.
Méthode à vitesse constante
La méthode à vitesse constante est utilisée exclusivement dans les installations industrielles dans lesquelles le dépôt de polluant dans le conduit doit être évité. Mais aussi lorsque le transport de matériaux lui-même est nécessaire, et qu’il y a l’inconvénient d’équilibrer l’installation.
Passons maintenant aux caractéristiques de chaque méthode de calcul pour les deux principales :
Méthode de perte de charge constante
Utilisée dans les conduits d’alimentation en air, d’impulsion et d’extraction. Elle consiste à calculer les conduits pour qu’ils aient la même perte de charge par unité de longueur sur l’ensemble du système.
La procédure habituelle consiste à choisir une vitesse initiale en fonction de la limitation du niveau sonore des locaux. Pour déterminer cette vitesse initiale, le calcul du conduit principal est pris comme référence. À partir de cette vitesse, et à partir du débit d’air total qui doit être fourni, on calcule la perte de charge unitaire qui doit être maintenue constante dans toutes les gaines.
Méthode de récupération statique
Consiste à dimensionner le conduit de manière que l’augmentation de la pression statique dans chaque branche ou sortie de décharge compense les pertes par frottement dans la section suivante du conduit. De cette façon, nous obtenons la même pression statique dans chaque bouche et au début de chaque branche.
Pour cela, une vitesse initiale est choisie pour le refoulement du ventilateur et la première section est dimensionnée comme dans la méthode à perte de charge constante. Ensuite, les autres sections sont dimensionnées avec les graphiques de rapport L / Q. Ces tableaux de dimensionnement sont fonction de la forme du conduit et du débit. Des tables de récupération statique à faible vitesse peuvent également être utilisées.
Comme critère général, la méthode de perte de charge constante est utilisée pour les conduits d’impulsion basse vitesse, d’expulsion. La méthode de récupération statique est principalement utilisée dans les conduites d’impulsion à basse et haute vitesse.
Repères de dimensionnement en VMC résidentielle
En habitat, la elección del diámetro se deriva del débit a transportar respetando velocidades límite más bajas que en industria: 4 m/s en los tramos terminales y 5 m/s en los montantes verticales. La pérdida de carga linéique debe mantenerse idealmente en ≤ 1 Pa/m en el conjunto de la red. Como orden de magnitud, un conducto galvanizado Ø 125 mm que transporta 100 m³/h (~2,26 m/s) presenta una pérdida de aproximadamente 0,3 Pa/m.
| Tronçon | Débit | Diamètre | Vitesse |
|---|---|---|---|
| Point d’extraction (ex. salle de bains) | 30 m³/h | Ø 80 mm | ~2 m/s |
| Cuisine | 135 m³/h | Ø 125 mm (min.) | — |
| Conduit collecteur | 150 m³/h | Ø 160 mm | ~3,3 m/s |
Pour un projet neuf, le dimensionnement doit vérifier les trois points de fonctionnement (minimal, intermédiaire, maximal) exigés par la RE2020. L’outil PerformAir de S&P réalise ce calcul et édite la note de dimensionnement.
FAQ
Les règles de l’art recommandent de ne pas dépasser environ 1 Pa/m sur l’ensemble du réseau (NF DTU 68.3). Au-delà, la pression disponible du ventilateur risque de ne plus garantir les débits aux bouches les plus éloignées.
Oui. Chaque coude est une singularité qui consomme de la pression. Deux coudes à 45° et des courbes douces sont préférables à un coude serré à 90°.
Pour une construction neuve, le calcul doit vérifier les trois points de fonctionnement exigés par la RE2020 ; l’outil PerformAir de S&P édite la note de dimensionnement correspondante.
