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Comment calculer le débit de ventilation d'un local et dimensionner son réseau ?
Le débit de ventilation se fixe d'abord par la réglementation : débit d'air neuf par occupant dans les locaux de travail (25 m³/h par personne dans un bureau, 30 dans une salle de réunion, 45 à 60 dans un atelier) ou débits d'extraction par pièce dans l'habitat (arrêté du 24 mars 1982, tableaux ci-dessous) ; on le vérifie aussi en taux de renouvellement, nombre de fois où le volume du local est renouvelé par heure (Q = n × V). Ce débit, divisé par une vitesse d'air choisie pour limiter le bruit (3 à 5 m/s dans les locaux calmes, 6 à 8 m/s dans les gaines principales), donne la section et le diamètre des conduits ; les pertes de charge du réseau à ce débit fixent la pression du ventilateur. Ventiler coûte deux fois : l'électricité du ventilateur et surtout le chauffage de l'air neuf, 0,34 Wh par m³/h et par degré-heure. Exemple : un bureau de 10 personnes demande 250 m³/h, soit une gaine de 160 mm à 4 m/s, et le réchauffage de cet air neuf coûte 4 700 kWh par an pour 2 321 degrés-jours.
Formules du débit de ventilation et du dimensionnement
- Q : débit d'air neuf, en m³/h ; N : nombre d'occupants ; qpers : débit réglementaire par personne (Code du travail : 25 à 60 m³/h selon le local)
- n : taux de renouvellement, en volumes par heure (0,5 à 1 vol/h en habitat, 2 à 6 dans les locaux de travail) ; Vlocal : volume du local, en m³
- D : diamètre de la gaine, en m, pour le débit Q en m³/s et la vitesse d'air v choisie, en m/s
- Echauffage : énergie annuelle de réchauffage de l'air neuf, en Wh ; 0,34 Wh/(m³·K) : capacité thermique de l'air ; DJU : degrés-jours unifiés du lieu (base 18 °C), en K·jour/an
- Pventilateur : puissance absorbée, en W, pour Q en m³/s, ΔP pertes de charge du réseau en Pa et η rendement du ventilateur
Débit d'air neuf et diamètre de gaine selon le local
| Local | Occupants | Débit par personne | Débit d'air neuf Q | Vitesse d'air | Diamètre calculé | Gaine retenue |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Bureau | 10 | 25 m³/h | 250 m³/h | 4 m/s | 149 mm | 160 mm |
| Salle de réunion | 20 | 30 m³/h | 600 m³/h | 5 m/s | 206 mm | 250 mm |
| Atelier à travail léger | 15 | 45 m³/h | 675 m³/h | 6 m/s | 199 mm | 200 mm |
| Atelier à travail physique | 20 | 60 m³/h | 1 200 m³/h | 7 m/s | 246 mm | 250 mm |
Coût énergétique annuel de la ventilation selon le débit
| Débit d'air neuf | Chauffage de l'air neuf | Puissance du ventilateur | Électricité du ventilateur |
|---|---|---|---|
| 100 m³/h | 1 894 kWh/an | 17 W | 146 kWh/an |
| 250 m³/h | 4 735 kWh/an | 42 W | 365 kWh/an |
| 500 m³/h | 9 470 kWh/an | 83 W | 730 kWh/an |
| 1 000 m³/h | 18 939 kWh/an | 167 W | 1 460 kWh/an |
| 2 000 m³/h | 37 879 kWh/an | 333 W | 2 920 kWh/an |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
La ventilation renouvele et assainit l'air intérieur des bâtiments et apporte l'air neuf nécessaire au bien etre des occupants. Les pertes de charges aerauliques peuvent etre calculées en fonction du ventilateur avec le logiciel Mecaflux.
- La ventilation naturelle par différence de température utilise la convection de l'air froid pris au dehors qui monte lorsqu'il est réchauffé, cette ventilation peut etre calculée comme pour le tirage d'un conduit de fumée avec un apport de chaleur (puissance de generateur) correspondant a l'apport de chaleur dans les pieces.
- La ventilation mécanique consiste à créer un mouvement d'air dynamique avec un ventilateur qui compense les pertes de charges aerauliques, liées au débit dans les conduits aerauliques.
Les neuf principes de la ventilation (d'après l'INRS)
• Envelopper au maximum la zone de polluants
• Capter au plus près de la zone d'émission
• Placement judicieux du dispositif d'aspiration
• Utilisation des mouvements naturels des polluants
• Induire une vitesse d'air suffisante
• Répartir uniformément les vitesses d'air au niveau de la zone de
captage
• Compenser les sorties d'air par des rentrées d'air correspondantes
• Eviter les courants d'air
• Rejeter l'air pollué en dehors des zones d'entrée d'air neuf
En France, la réglementation repose sur deux principes :
• L’aération doit être générale et permanente ;
• Elle doit balayer la totalité du logement grâce à des entrées d’air installées dans les pièces principales et des sorties placées dans les pièces de services.
L’arrêté du 24 mars 1982
Dans son article 3, cet arrêté fixe les débits minimaux pour chaque pièce, quel que soit le type de ventilation, en fonction du nombre de pièces de l’habitation.
| Débits extraits exprimés en m3/h | ||||||||||
| Nb pieces principales | Cuisine | Salle de bain | Autre salle d'eau | WC unique | WC multiple | |||||
| 1 | 75 | 15 | 15 | 15 | 15 | |||||
| 2 | 90 | 15 | 15 | 15 | 15 | |||||
| 3 | 105 | 30 | 15 | 15 | 15 | |||||
| 4 | 120 | 30 | 15 | 30 | 15 | |||||
| 5 et plus | 135 | 30 | 15 | 30 | 15 | |||||
Des débits réduits
L’article 4, modifié le 28 octobre 1983 indique :
“Lorsque l'aération est assurée par un dispositif mécanique qui module automatiquement le renouvellement d'air du logement, de telle façon que les taux de pollution de l'air intérieur ne constituent aucun danger pour la santé et que puissent être évitées les condensations, sauf de façon passagère, les débits définis par le tableau ci-dessus peuvent être réduits.”
• S’il s’agit d’une VMC (ventilation mécanique contrôlée) simple flux, les débits minimaux à respecter sont les suivants :
| Nb pieces principales | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Débit total minimal en m3/h | 35 | 60 | 75 | 90 | 105 | 120 | 135 |
| Débit minimal en cuisine en m3/h | 20 | 30 | 45 | 45 | 45 | 45 | 45 |
• Et s’il s’agit d’une ventilation hygroréglable, les débits de ventilation minimum sont encore abaissés :
| Nb pieces principales | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Débit total minimal en m3/h | 10 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 |
Bureaux, locaux sans travail physique |
25 m3 par heure |
Locaux de restauration, de vente, de réunion |
30 m3 par heure |
Ateliers et locaux avec travail physique léger |
45 m3 par heure |
Autres ateliers et locaux |
60 m3 par heure |
- Locaux à pollution non spécifique : pollution liée seule présence de l'homme
- Locaux à pollution spécifique : pollution liée à l'émission de produits nocifs ou gênants
- Ventilation locale : captage des polluants au plus près possible de leur source d'émission.
- Ventilation générale : dilution du polluant à l'aide d'un apport d'air neuf dans le local de travail
- Ventilation naturelle : aération uniquement faite par des ouvrants extérieurs
- Ventilation mécanique : aération réalisée par des dispositifs mécaniques; assure des débits d'air neuf.
- Ventilation mécanique de locaux à pollution non spécifique : débit minimal d’air neuf par personne en fonction du local
Le taux de brassage horaire – ou TBH – correspond au nombre de fois où l'air est renouvelé dans une pièce pendant une période d'une heure. Contrairement au taux de renouvellement horaire, l'air soufflé dans la pièce n'est pas neuf et peut provenir d'une reprise d'air suivi d'une filtration.
Par exemple avec un système de soufflage et de reprise ayant un débit de 30 m³ par heure, le TBH sera de 3 pour une pièce de 10 m³.
Le taux de renouvellement horaire – ou TRH – correspond au nombre de fois où l'air est renouvelé dans une pièce pendant une période d'une heure. Contrairement au taux de brassage horaire, l'air soufflé dans la pièce est neuf.
Par exemple avec un système de soufflage et d'extraction ayant un débit de 30 m³ par heure, le TRH sera de 3 pour une pièce de 10 m³.
La ventilation mécanique est à l'origine de deux types de dépenses énergétiques :
- La dépense énergétique du ventilateur
La dépense liée au ventilateur se calcule en multipliant la puissance du moteur (en kilowatts) par la durée de fonctionnement annuel (8 760 heures si le fonctionnement est continu). Cette puissance correspond aux pertes de charges dans les conduits aerauliques et les pertes de charges singilieres des éléments du systeme et pertes de rendement du ventilateur.
- La dépense de chaleur (en hiver) correspondant à la nécessité de réchauffer l'air renouvelé
Les dépenses liées au chauffage (E en Wh/an) peuvent être calculées de la manière suivante :
E = 0.34 * débit * DJU * 24
- 0.34 = constante de déperdition pour la ventilation en W/K/ (m³/h) (W: Watt - K: Kelvin)
- débit = débit d'air en m³/h.
Le débit est généralement peu connu, il est donc calculé à partir de la proportion du volume d'air du bâtiment qui est renouvelée en 1 heure. La base de calcul peut être de 1 vol/h, ce qui signifie que tout l'air du bâtiment est renouvelé en une heure. - DJU (Degrés Jours unifiés) en K.jour/an = mesure calculée pour chaque département égale à la différence entre la température moyenne de la journée et 18°C, chaque jour.
- 24 heures / jour pour ramener le ratio en heure.
Exemple : Immeuble d'une surface habitable chauffée de 2 380 m² (hauteur sous plafond de 2.50m). La consommation de
chauffage en 2006 : 563 000 kWh. La VMC est d'une puissance de 1150 W et renouvelle l'air à hauteur de 1 vol/h.
E = 0.34 * 5 950 * 2 321 * 24 = 112 689 190 Wh soit 112 689 kWh
Cette consommation représente environ 20% des consommations de chauffage annuelles de la copropriété
Questions fréquentes
Quelle différence entre taux de renouvellement et taux de brassage ?
Les deux se calculent de la même façon, débit divisé par volume du local, mais le taux de renouvellement (TRH) ne compte que l'air neuf pris à l'extérieur, alors que le taux de brassage (TBH) compte tout l'air soufflé, y compris l'air repris et recyclé après filtration. Un local de 10 m³ soufflé à 30 m³/h a un taux de brassage de 3 vol/h ; son taux de renouvellement n'est de 3 que si ces 30 m³/h sont de l'air neuf.
Quelle vitesse d'air choisir dans les gaines ?
Le bruit et les pertes de charge croissent vite avec la vitesse : on retient 3 à 5 m/s dans les gaines desservant des chambres, bureaux et salles de classe, 5 à 8 m/s dans les gaines principales de bureaux et commerces, jusqu'à 10 à 12 m/s dans l'industrie. Aux bouches, on descend à 2 à 3 m/s. Une vitesse plus faible demande des gaines plus grosses, mais réduit la puissance du ventilateur, qui varie comme le cube de la vitesse à débit égal.
Comment réduire la dépense de chauffage liée à la ventilation ?
En n'envoyant que le débit nécessaire au moment nécessaire (ventilation hygroréglable ou modulée par sonde de CO₂) et en récupérant la chaleur de l'air extrait : un échangeur de VMC double flux restitue 70 à 90 % de l'énergie de l'air rejeté, ce qui ramène les 18 900 kWh/an de 1 000 m³/h de l'exemple à 2 000 à 6 000 kWh. Le ventilateur supplémentaire consomme quelques centaines de kWh par an, bien moins que la chaleur récupérée.
Comment dimensionner le réseau de ventilation de mon bâtiment ?
Mecaflux Standard dimensionne chaque gaine pour le débit et la vitesse choisis parmi les diamètres du commerce, cumule les pertes de charge des gaines, coudes, bouches et filtres dans l'inventaire, puis trouve le point de fonctionnement du ventilateur dont vous entrez la courbe. Pour un réseau à nombreuses bouches, Mecaflux Pro3D, logiciel de réseau à licence autonome, dessine les gaines en 3D et équilibre lui-même les débits de chaque branche. Pour un bâtiment ou un atelier à ventiler, Mecaflux réalise l'étude de votre projet et vous remet la note de calcul, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre installation.