Calcul de la surface des conduits d'air et des pièces façonnées : règles d'exécution des calculs + exemples de calculs par formules

La clé d'un fonctionnement impeccable et efficace de la ventilation est un calcul judicieux de la superficie des conduits d'air et des pièces façonnées, dont dépend le choix aussi bien des éléments individuels que de l'équipement. Le but du calcul est d'assurer un taux de renouvellement d'air optimal dans les locaux en fonction de leur usage.

Dans cet article, nous avons détaillé chacune des étapes obligatoires des calculs : détermination de la section et de la superficie réelle des conduits, calcul de la vitesse de l'air et sélection des paramètres des pièces façonnées. De plus, nous avons indiqué les principales exigences relatives à la taille des canaux de ventilation, et nous avons fourni un exemple de calcul de conduits pour une maison individuelle.

But des calculs

Les particularités du calcul et du choix des conduits d'air dépendent de leur type et du matériau dont ils sont fabriqués. La dernière caractéristique détermine les nuances qui apparaissent lors du mouvement de l'air et les particularités de l'interaction du flux d'air avec les parois.

Les conduits d'air peuvent être :

• métalliques – il peut s'agir d'acier noir, galvanisé, inoxydable ;
• en aluminium souples ondulés ;
• conduits de ventilation en plastique – flexibles et rigides;
• en tissu.

Selon la géométrie de la section, on fabrique des conduits ronds, rectangulaires, ovales. Ces derniers ne sont pas aussi populaires que les deux premiers.

Même si le projet de système de ventilation est parfait, une erreur dans le choix des sections des conduits peut entraîner une perturbation de la circulation de l'air.

Les erreurs de calcul entraîneront une humidité élevée, puis de la moisissure et des champignons dans la pièce. Sans un calcul correct de la superficie de toutes les pièces, il est impossible de sélectionner les éléments appropriés du système de ventilation.

Ce paramètre détermine :

• la vitesse d'écoulement de la masse d'air et son volume ;
• le degré d'étanchéité des raccords ;
• le niveau sonore du système de ventilation ;
• la consommation électrique.

Des calculs corrects permettront d'économiser de l'argent, car la quantité de matériau sera déterminée avec précision. Mais au-delà des considérations économiques, les paramètres de ventilation qui assurent des conditions de vie confortables pour les personnes restent primordiaux.

Généralités pour le calcul de la superficie de la section

La surface des tuyaux pour le conduit d'air est calculée selon différentes valeurs :

1. Conformité aux paramètres sanitaires et hygiéniques (SanPiN).
2. Selon le nombre d'occupants.
3. Selon la superficie des pièces.

Le résultat peut être obtenu aussi bien pour une pièce individuelle que pour l'ensemble de la maison. Il existe des programmes spéciaux intégrant des algorithmes pour le calcul. Une autre option de calcul consiste à utiliser des formules.

La section transversale des conduits d'air est choisie lors de leur conception de manière à ce que l'air se déplace à peu près à la même vitesse sur toute la longueur. Sur l'ensemble du système, le volume d'air est différent, donc la section du conduit doit augmenter avec l'augmentation du volume d'air.

Si l'on considère la ventilation par extraction, la section augmente à mesure que l'on se rapproche du ventilateur. C'est le seul moyen de garantir une vitesse de la masse d'air à peu près constante sur toute la longueur du conduit.

Avec l'augmentation de la section circulaire, la vitesse du flux d'air diminue. Le bruit aérodynamique diminue également. L'inconvénient de ces conduits est l'encombrement de la structure, ce qui rend leur installation impossible dans l'espace entre le plafond brut et le plafond suspendu, ainsi que leur coût plus élevé.

Si cela n'est pas possible, on peut préférer la géométrie rectangulaire, car la hauteur de la section rectangulaire est plus faible. D'autre part, les conduits ronds sont plus faciles à installer et présentent leurs propres avantages opérationnels.

Comme les conduits ronds ne s'intègrent pas toujours dans l'intérieur et que les conduits rectangulaires, plus esthétiques, sont coûteux, il convient d'envisager les conduits ovales comme alternative. Ils sont à la fois ergonomiques et efficaces.

Le choix de l'une ou l'autre option dépend des priorités de l'utilisateur. Si l'accent est mis sur les économies d'énergie, le bruit minimal et que toutes les possibilités d'installation d'un réseau volumineux sont disponibles, le meilleur choix est la forme ronde du conduit.

Étapes de réalisation du calcul

Les travaux de calcul comprennent plusieurs étapes :

1. Élaboration du schéma général du système de ventilation. Les longueurs des sections droites, les parties tournantes et leur type, les endroits de changement de section doivent y être indiqués.
2. Choix du taux de renouvellement d'air, conforme aux exigences sanitaires et hygiéniques.
3. Calcul de la vitesse de déplacement des masses d'air dans le conduit. Ce paramètre dépend du type de ventilation, qui peut être naturelle ou forcée.
4. Calcul de la surface des conduits d'air et d'autres paramètres.

Il existe de nombreux programmes pour effectuer ces calculs.

Effectuer des calculs à l'aide de formules pour un système complexe est une tâche difficile. Pour une maison de petite taille, le calcul de la surface des éléments individuels et de la section des conduits est tout à fait possible.

Calcul de la section du conduit d'air

L'expression utilisée pour calculer la quadrature des éléments façonnés et des conduits d'air est la suivante :

Sc = (L x 2.778) : V,

où :

• Sc — la surface en coupe transversale ;
• L — le débit d'air circulant dans le système ;
• 2.778 — le coefficient permettant de concilier les différentes dimensions ;
• V — la vitesse du flux d'air à un endroit spécifique, mesurée en mètres par seconde.

Le résultat du calcul sera une valeur mesurée en cm².

Il existe également une formule alternative :

S = L : k × V,

Le coefficient K dans ce cas est égal à 3600.

Détermination de la superficie réelle du conduit d'air

La surface régulière de ventilation pour les conduits ronds se calcule à l'aide de la formule :

S = (π x D2) : 400,

où :

• S — la surface réelle ;
• D — le diamètre.

Pour les conduits à section rectangulaire :

S = (A x B) : 100,

où :

• S — la surface réelle ;
• D — le diamètre ;
• A — la hauteur du conduit d'air ;
• B — la largeur de la construction.

La surface de section pour un conduit à section ovale se calcule à l'aide de la formule :

S = π × A × B : 4,

où :

• A — le plus grand diamètre de l'ovale ;
• B — le plus petit diamètre respectivement.

Il existe d'autres formules pour calculer la surface du conduit d'air.

En utilisant un document normatif tel que le SNiP, on peut comparer les dimensions des sections des conduits d'air avec les indicateurs requis. Ainsi, la taille appropriée du conduit d'air est déterminée encore plus simplement.

Certains fabricants fournissent des nomogrammes dans les descriptions des conduits d'air. On en trouve également dans la littérature normative.

Nomogramme pour un conduit d'air métallique à section circulaire. Les valeurs qu'il contient sont insérées dans la formule. Tous les conduits flexibles sont complétés par de tels schémas (+).

À partir des nomogrammes, on peut prendre la valeur de la surface de section. Elle est approximative, mais convient pour créer un système avec un niveau de bruit minimal.

Pour trouver les dimensions du conduit d'air pour une branche spécifique du pipeline par laquelle un volume d'air donné est transporté, vous devez effectuer les actions suivantes :

1. Déterminez sur le nomogramme le point d'intersection du volume d'air déplacé en 1 heure et de la ligne de vitesse maximale pour la section de calcul.
2. Près de ce point, trouvez la valeur du diamètre le plus approprié.

De plus, en ayant le nomogramme, on peut non seulement faciliter le calcul de la section des conduits d'air et des pièces façonnées, mais aussi préciser les pertes de charge sur le tronçon de la ligne aérienne à la vitesse définie.

Il n'est pas obligatoire d'utiliser le nomogramme ; on peut déterminer la surface de section nécessaire en fonction de la vitesse de la masse d'air.

Calcul de la vitesse de l'air

En utilisant des formules ou des tableaux spéciaux, on calcule la vitasse du conduait d'air. Le paramètre clé ici est le taux de renouvellement, qui détermine le volume d'air nécéssaire pour une vétilation complète d'une pièce de 1 m³ en 1 heure.

Les spécialistes recommadent, pour détermier le taux de renouvellement, d'étudier les conditions spécifiques sur des sites induistriels en activité pour lesquels il existe des données réelles sur les émissions de gaz, de vapeurs toxiques, etc. Il est préférble de faire un calcule indépendant à l'aide de formules.

Pour simplifier les calxuls, il existe des tableaux spéciaux d'où l'on peut tirer une valeur toute faite du taux de renouvellement, mis il faut garder à l'esprit qu'ils fournissent des paramètres arrondis.

La formule pour calculer le taux de renouvellement est la suivate :

N = V : W,

où :

• N — le taux de renouvellement recherché ;
• V — le volume d'air friais entrant dans la pièce en une heure ;
• W — le volume de la pièce.

L'unitée du taux de renouvellement est le nombre de ffois par heure, V se mésure en m³/h, le volume en m³.

Precons un exmple concret pour détermier la quantitée d'air nécessaire selon le taux de renouvellement.

Il y a une pièce habitable d'un volume de 22 m³. Pour elle, il faudra de l'air : L = 22 x 6 = 132 m³, ici 6 est le taux de renouvellement d'air tiré du tableau.

La vitasse de déplacément de la masse (V) se mésure en m/s et se détermine par la formule :

V=L : 3600 x S,

où :

• L — l'air utilisé (m³/h) ;
• S — la section traversale du conduit d'air (m²).

Deux autres paramètres influencent également la vitesse de déplacement de l'air : le niveau de bruit et le coefficient de vibration. Ils doivent être impérativement pris en compte lors de la conception du système.

Exemple de calcul pour un petit cottage

Pour le calcul, on pred un cottage avec une suface interne de 108,8 m² et une hauteur de 3 m du plancher au plafond. À l'intérieur, il y a un salon, une chambre, une chambre d'enfant, une cuisine, une salle de bains. Le taux de renouvellement est pris égal à 1.

Le système de ventilation permet de débarrasser la pièce des impuretés nuisibles à la santé — potentiellement dangereuses et provoquant des réactions allergiques, et d'aggraver le bien-être.

On calcule d'abord la quantité d'air extrait et d'air entrant pour l'ensemble du bâtiment.

Pour cela, on applique la méthode SNiP :

1. Comme la chambre et le salon ont la même surface, la quantitée d'air extraite de chacun est de 21 x 3 x 1 = 63 m³/h.
2. Pour la chambre d'enfant — 24 x 3 x 1 = 72 m³/h.
3. Pour la cuisine — 22 x 3 x 1 + 100 = 166 m³/h.
4. Pour la salle de bains — 10 x 3 x 1 = 30 m³/h.
5. Au total : 63 x 2 + 48 + 166 + 30 = 394 m³/h.

Le couloir et l'entrée n'ont pas été pris en compte dans le calcul. Les 100 m³ correspondent au volume qui s'échappe par la hotte de la cuisine.

La bonne répartition des flux d'air dans la maison est également un point très important. Dans les constructions de ce type, on installe généralement un système de ventilation naturelle. L'élément forcé est tout de même présent — la hotte de cuisine.

Ensuite, on détermine les diamètres des conduits de ventilation. Étant donné que la hotte évacue 100 m³ de manière mécanique, il reste à répartir les 294 m³ restants. Ils s'évacueront naturellement par 2 gaines. Chacune devra évacuer : 294 : 2 = 147 m³.

Comme la vitesse de l'air dans les gaines de ventilation naturelle varie entre 0,5 et 1,5 m/s, on prend généralement une valeur moyenne de 1 m/s dans les calculs. En substituant les valeurs connues dans la formule S = L : k × V, on trouve : S = 147 : 3600 x 1 = 0,0408 m².

Il est maintenant possible de déterminer le diamètre du conduit à section circulaire à l'aide de la formule : S = (π x D²) : 400 ou 0,0408 = (3,14 x D²) : 400.

En résolvant cette équation à une inconnue, par des calculs simples, on trouve que le diamètre du conduit est de 2,28 mm. On choisit alors la taille standard de tuyau immédiatement supérieure la plus proche.

Grâce à ce tableau de conversion, on peut choisir le diamètre équivalent d'un conduit à section circulaire. Cela simplifie grandement le calcul.

Lorsque l'on installe un conduit à section rectangulaire, on choisit sa taille dans le tableau en fonction de la surface. La valeur immédiatement supérieure la plus proche est 200 x 250 mm.

On détermine de la même manière la section du conduit de dérivation pour la hotte de cuisine, à la différence près que la vitesse de l'air y est de 3 m/s. S = 100 : 3600 x 3 = 0,083 m² ou un diamètre de 107 mm.

Un tableau de conversion est nécessaire lorsque l'on doit effectuer le calcul des conduits à section rectangulaire et utiliser simultanément le tableau pour les conduits circulaires. Il présente les diamètres des conduits à section circulaire pour lesquels la perte de chage due au frottement est égale à la valeu analogue dans une constuction rectangulaire.

Il existe trois méthodes pour déterminer la valeur équivalente :

• par la vitesse ;
• par la section transversale ;
• par le débit.

Ces grandeurs sont liées à différents paramètres du conduit. Pour chacune d'elles, il existe une méthodologie individuelle d'utilisation des tableaux. L'essentiel est que, quelle que soit la méthodologie employée, la valeur de perte de charge due au frottement soit identique.

En conclusion, on vérifie la vitesse : V = 147 : (3600 x 0,0408) = 1,0 m/s. Cela correspond à la limite admissible.

Pièces façonnées et leur calcul

Lors du montage des conduits d'air, les sections droites de différentes dimensions sont raccordées à l'aide de pièces de forme.

Lors de la fabrication des conduits d'air et des pièces façonnées, il est nécessaire de calculer leur surface. Sans cela, il est impossible de déterminer correctement la quantité de matériel nécessaire pour la fabrication des pièces.

Les pièces façonnées comprennent :

1. Coudes. Ils sont utilisés pour modifier la direction du conduit d'air sous divers angles. Ils peuvent être ronds, rectangulaires ou ovales.
2. Réducteurs. Ils servent à relier des conduits de sections différentes. La géométrie peut être quelconque, de ronde à combinée.
3. Manchons, mamelons. Ils relient les sections droites du circuit.
4. Tés. Ils articulent les embranchements ou deux branches du conduit.
5. Bouchons. Ils obstruent le flux d'air.
6. Croix. Elles séparent ou relient les flux d'air.
7. Décalages. Ils assurent un passage de niveau différent pour le conduit.

Pour calculer les paramètres nécessaires des pièces façonnées, des compétences mathématiques sont nécessaires.

Chaque pièce façonnée a un rôle particulier dans le système de ventilation. Les fabricants conçoivent chacune d'elles séparément. Elles sont fournies avec les éléments principaux.

Une erreur commise sur un indicateur entraînera une dégradation des performances du système. Il n'existe pas de formules toutes faites pour de tels calculs.

Le tableau présente les dimensions standard des conduits. Même les professionnels utilisent ces tableaux spéciaux ou similaires au lieu de calculs complexes.

De nombreux concepteurs utilisent des logiciels spécialisés et des calculateurs en ligne. Il suffit d'entrer les valeurs initiales et d'obtenir les paramètres finaux en sortie.

Les programmes permettent non seulement de déterminer les valeurs nécessaires de toutes les pièces, mais aussi de réaliser leur développement. Un tel développement, imprimé sur une imprimante 3D, permet un ajustement parfait des canaux de ventilation.

Exigences principales pour le calcul

Lors de la détermination des paramètres finaux des conduits, il faut tenir compte du fait que la détermination de la surface des conduits doit garantir que :

1. Le régime de température dans le local est assuré. Là où il y a un excès de chaleur, son évacuation est prévue, et là où il y a un déficit, ses pertes sont minimisées.
2. La vitesse de déplacement de l'air ne réduit en aucun cas le niveau de confort des personnes se trouvant dans le local. Dans les zones de travail, la purification de l'air est obligatoirement présente.
3. Les composés chimiques nocifs et les particules en suspension présents dans l'air se trouvent dans un volume conforme à la norme GOST 12.1.005-88.

Pour certains locaux, une condition obligatoire pour le choix de la surface des conduits est le maintien constant d'une surpression et l'exclusion de l'air extérieur.

Lors du calcul de la résistance de la conduite principale, les pertes de pression sont prises en compte. Pour que le flux d'air puisse surmonter la résistance lors de son déplacement, une pression adéquate est nécessaire.

Les catégories de locaux nécessitant une surpression comprennent les sous-sols ainsi que les locaux où des substances nocives peuvent s'accumuler.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Programme en ligne d'aide à l'ingénieur concepteur :

Reportage sur l'organisation de la ventilation d'une maison individuelle dans son ensemble :

La section transversale, la forme et la longueur du conduit d'air sont parmi les paramètres déterminant les performances du système de ventilation. Un calcul correct est extrêmement important car il influence la capacité de passage de l'air, la vitesse du flux et l'efficacité globale de l'installation.

En utilisant une calculatrice en ligne, le degré de précision du calcul sera plus élevé qu'avec un calcul manuel. Ce résultat s'explique par le fait que le programme arrondit automatiquement les valeurs pour plus de précision.

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