Aperçu comparatif des systèmes de ventilation et de climatisation

Une diminution de l'efficacité au travail, une sensation constante de faiblesse dans le corps, une nervosité accrue, une envie régulière de faire une sieste sont souvent le résultat d'un renouvellement d'air insuffisant. Cependant, une bonne ventilation et climatisation peut prévenir ces problèmes.

D'ailleurs, il ne sera pas possible de se limiter à un système naturel seulement — il présente un certain nombre d'inconvénients. Il faudra choisir le type mécanique optimal d'échange et de mélange d'air, en analysant les avantages et les inconvénients de chaque méthode.

Essayons ensemble de comprendre comment fonctionnent les différents systèmes de ventilation et dans quels cas telle ou telle variété est utilisée.

Pourquoi la ventilation est-elle nécessaire ?

Le renouvellement de l'air permet de prévenir les maladies du système cardiovasculaire et du système nerveux central, une transpiration excessive, une détérioration de l'attention, les maladies chroniques chez les personnes immunodéprimées.

Un système de ventilation standard permet :

• de réduire la concentration de poussière et d'autres particules fines dans l'air ;
• de choisir une température confortable pour le travail ;
• d'évacuer les gaz d'échappement et les composants agressifs qui provoquent des allergies.

Bien sûr, on peut aussi ouvrir les fenêtres, mais alors la poussière et l'air sale entreront dans la pièce. Et pendant la saison froide, les dépenses de chauffage augmenteront. De plus, les courants d'air ont un effet négatif sur la santé.

Un système de ventilation naturelle ne peut pas assurer pleinement l'aération de la pièce

Le processus de climatisation

Même en période chaude, il est problématique d'effectuer un simple renouvellement d'air sans utiliser d'appareils spéciaux. Il est donc judicieux d'utiliser un équipement supplémentaire.

En été, l'air est humide et chaud. La climatisation assure sa purification et l'établissement d'une température plus basse. Par exemple, les systèmes split, les climatiseurs industriels et le chiller-fancoil conviennent.

En revanche, pendant la saison froide, l'air est glacial et moins humide. Naturellement, n'oubliez pas la filtration. Cependant, il faut également chauffer et humidifier l'air, ce que le calorifère réussit à faire, garantissant une augmentation de la température jusqu'à un niveau confortable.

Ce processus est souvent assuré par mélange : les flux froids se combinent aux flux chauds. L'air est refroidi dans des chambres spéciales par l'apport de petites gouttes d'eau.

Il existe également des locaux qui nécessitent une approche particulière pour l'organisation de la ventilation. Par exemple, dans les salles de sport avec piscines, l'eau s'évapore constamment, augmentant le taux d'humidité.

L'eau des piscines s'évapore et se condense sur les murs et le plafond de la pièce. Une ventilation adéquate permet de prévenir une humidité excessive.

Les déshumidificateurs sont conçus pour résoudre ces problèmes. Leur inconvénient est l'absence de ventilation. L'air reste dans la pièce, mais le niveau d'humidité diminue. Par conséquent, la concentration d'oxygène baisse, ce qui affecte négativement le bien-être des personnes.

Méthode mécanique d'évacuation de l'air

La ventilation naturelle ne remplit souvent pas ses fonctions directes. Par conséquent, le besoin d'utiliser un système artificiel devient pertinent. Sa principale différence est qu'elle fonctionne de manière forcée.

Le type mécanique de ventilation est utilisé non seulement dans les installations industrielles, mais aussi dans les locaux d'habitation. Son fonctionnement repose sur des moteurs électriques, des aérothermes, des ventilateurs et des filtres.

Les principaux avantages d'un système artificiel par rapport au système naturel :

• Efficacité. Transport de pratiquement n'importe quel volume d'air sur des distances importantes dans le local.
• Indépendance des conditions météorologiques. Exécution irréprochable des fonctions directes du système en toute saison.
• Fonctionnalités supplémentaires. Réglage de la température et du taux d'humidité, nettoyage de l'air de la poussière et d'autres particules fines.

La ventilation mécanique se divise en ventilation par gaines et sans gaines. Dans le premier cas, l'air circule dans des conduits spéciaux allongés.

Il est efficace d'utiliser une combinaison de systèmes de ventilation mécanique et naturelle

Dans les systèmes sans gaines, les ventilateurs sont placés dans une structure spéciale. Ils assurent l'apport de masses d'air frais.

Selon le type de ventilation mécanique, les systèmes se divisent en systèmes de soufflage, d'extraction et de soufflage-extraction.

Description du système de soufflage

La tâche principale de ce type de ventilation est d'assurer l'apport d'air frais dans la pièce. Pour que l'équipement puisse remplir ses fonctions de manière optimale, les modèles complexes sont équipés d'éléments supplémentaires qui assurent la purification et l'humidification.

Le principal inconvénient est l'absence de possibilité de captage de l'air. Par conséquent, la pièce ne peut pas se remplir à 100 % d'air renouvelé.

Principe de fonctionnement et structure de la conception

Un système standard comprend un ventilateur fixé dans le dormant de la fenêtre. Il assure l'apport d'air frais dans la pièce. La concentration de gaz y augmente. Ainsi, il n'y a plus de place pour l'air vicié et celui-ci quitte la pièce par des ouvertures d'extraction spéciales.

Le composant clé du système est le ventilateur d'admission. Ses principaux paramètres sont la puissance, l'efficacité de l'apport d'air et la pression dans la zone de travail. Les exigences relatives aux caractéristiques techniques du ventilateur dépendent directement de la longueur et de la complexité des conduits.

Outre cet appareil, le système se compose des éléments suivants :

• grilles;
• clapets ;
• conduits d'air ;
• distributeurs ;
• des filtres ;
• réchauffeurs ;

Les filtres sont chargés d'éliminer les particules mécaniques de l'air entrant : poussière, insectes, débris, etc. Ils peuvent assurer un nettoyage grossier, fin et très fin. Selon leurs particularités de fonctionnement, ils se divisent en filtres électrostatiques, secs et humides.

Il est nécessaire d'éviter tout contact des conduits d'air avec des objets étrangers et l'humidité. Par conséquent, un couvercle spécial est indispensable.

Les réchauffeurs ou aérothermes sont chargés d'augmenter la température de l'air entrant. Ils existent en types hydraulique et électrique. Les premiers fonctionnent à partir du système de chauffage de la maison. La source d'alimentation des seconds est le réseau électrique.

Quant aux éléments supplémentaires, il peut s'agir de :

• éléments réduisant le niveau sonore ;
• déshumidificateurs ;
• récupérateurs de chaleur ;
• humidificateurs;
• moyens d'automatisation du fonctionnement du système ;
• et autres.

La prise d'air doit se trouver dans un endroit propre, protégé de la poussière. La chambre d'admission doit être placée à proximité de cet élément structurel.

Où cette méthode est-elle appliquée ?

Le type mécanique d'organisation de l'admission est utilisé tant pour les bâtiments résidentiels que pour les bâtiments industriels. Il assure la ventilation d'une pièce entière ou seulement d'une partie de celle-ci, par exemple un poste de travail en usine. Il garantit l'apport d'air à une température optimale.

Il crée également des zones propres spéciales, même si d'autres pièces présentent un niveau élevé de substances toxiques. Il peut être combiné avec des systèmes de ventilation par extraction et naturelle.

Pour en savoir plus sur la façon d'aménager correctement un système de ventilation d'air frais, lisez cet article.

Le système de ventilation d'air neuf est assez compact et pratiquement silencieux. Il se distingue par sa simplicité d'installation et d'entretien.

Caractéristiques de la ventilation par extraction

Le système d'extraction est à l'opposé du système de ventilation d'air neuf. Son rôle est d'évacuer l'air vicié des locaux. Il existe des types intégrés et collectifs.

Structure et principe de fonctionnement

La ventilation de type extracteur est populaire pour l'aménagement des appartements. Elle assure l'évacuation de l'air vicié ou réchauffé. Les grilles d'extraction ou les clapets de ventilation sont généralement placés dans la partie supérieure de la pièce. L'air frais pénètre par des prises spéciales directement depuis l'environnement extérieur ou via les pièces voisines.

Le système peut être placé à une certaine distance ou bloquer complètement la source de pollution. S'il est possible de limiter le point d'émission de substances toxiques, une ventilation locale sera efficace ; sinon, une ventilation générale sera nécessaire.

Le ventilateur occupe ici une place centrale. C'est sa puissance qui détermine l'efficacité de tout le système. Il existe des appareils d'extraction à basse (vitesse d'air jusqu'à 50 m/s), moyenne (jusqu'à 80 m/s) et haute pression (jusqu'à 200 m/s).

Les principaux éléments de ce type de ventilation sont les suivants :

1. Les hottes de laboratoire. Elles sont les plus efficaces. Elles éliminent l'air excessivement humide et chaud, les gaz lourds et la poussière.
2. Les aspirateurs. Ils éliminent un maximum de substances nocives en prélevant un minimum d'air. Ils ne gênent pas l'employé dans ses tâches.
3. Les hottes d'extraction. Elles sont conçues pour évacuer les substances qui montent. Il existe des types fonctionnant par tirage naturel ou forcé.
4. Les panneaux d'extraction. Ils sont efficaces pour évacuer la poussière et les gaz chauds nocifs. Ils sont adaptés aux postes de soudage.
5. Les aspirations latérales. Elles sont utilisées pour travailler sur des objets volumineux maintenus verticalement par des câbles métalliques ou autres. Elles ont un faible diamètre (moins de 100 mm) et sont placées à l'écart de l'objet.

Le système d'extraction est avant tout destiné à évacuer l'air vicié. Compte tenu des éléments structurels mentionnés, ils sont efficaces pour une ventilation locale.

Nuances d'utilisation du système

Ce type de ventilation par extraction convient aux locaux avec une faible concentration de substances nocives. Celles-ci peuvent pénétrer à différents niveaux, par flux intégrés ou séparés.

Le type intégré est moins bruyant en fonctionnement grâce aux particularités de sa conception, notamment du boîtier

Ce système est adapté aux entrepôts, supermarchés, installations sportives, établissements de santé et locaux d'habitation. Il est utilisé dans les locaux industriels où l'émission de substances toxiques est inévitable. Il se combine de manière optimale avec une ventilation naturelle et une ventilation d'air neuf. Il peut fonctionner localement ou assurer une évacuation générale des masses d'air vicié.

Lors du choix, il faut analyser les caractéristiques de l'air sortant. Si ce dernier contient beaucoup de substances agressives, il est alors judicieux de s'arrêter sur une option avec un revêtement anticorrosion.

L'essence de la ventilation double flux

Ce type de renouvellement des masses d'air dans une pièce est considéré comme l'un des plus optimaux. Il permet de combiner les avantages des systèmes de soufflage et d'extraction.

La tâche clé lors de la conception est d'équilibrer les volumes d'air entrant et d'air évacué. Si le premier prédomine, la pression dans la pièce augmente en raison de la forte concentration de gaz ; lorsque la quantité d'air évacué augmente, elle diminue.

Le système de ventilation à soufflage et extraction est utilisé aussi bien dans les locaux résidentiels qu'industriels.

La ventilation à soufflage et extraction a deux variétés. La première est le mélange, lorsque l'air pur pénètre dans la pièce par des éléments structurels spéciaux, se mélange aux gaz présents et sort par des clapets spéciaux.

L'autre type est la ventilation par déplacement. L'installation du système se fait au niveau du sol. Ici, les lois élémentaires de la physique entrent en jeu : l'air vicié a une température élevée, il est donc repoussé par les gaz entrants. Il sort par des grilles situées au plafond de la pièce.

L'air frais quant à lui pénètre dans la partie inférieure de la pièce, où il se déplace lentement. Ainsi, dans la zone de travail, la partie de la pièce où se trouvent directement les occupants, des conditions confortables pour le repos et le travail sont créées.

Pour que la ventilation par déplacement soit efficace, il faut que l'air frais ait une température plus basse que celui déjà présent dans le bâtiment. Pour les locaux d'habitation, la différence est de 1 à 3 °C, pour les usines, fabriques et autres installations ayant des exigences particulières — de 1 à 5 °C.

Il faut surveiller la température de l'air entrant et celle de l'air présent dans la pièce. En cas de non-respect des plages indiquées ci-dessus, une convection se produira.

Ce type de ventilation présente à la fois des avantages et des inconvénients. Parmi les plus, on peut citer la possibilité d'utilisation dans les bâtiments industriels, caractérisés par le dégagement de substances toxiques et des températures élevées, ainsi qu'une efficacité de fonctionnement élevée.

En revanche, les inconvénients sont les suivants :

• le besoin de surfaces relativement grandes pour les diffuseurs de soufflage ;
• l'augmentation de la zone adjacente ;
• la diminution de l'efficacité du système en raison de l'introduction d'objets superflus dans les diffuseurs de soufflage ;
• l'augmentation du gradient vertical de température.

Ce dernier est la différence entre les températures du gaz dans la zone de travail et sous le plafond.

Si vous souhaitez opter pour un système de ventilation et de climatisation par déplacement, analysez alors l'emplacement et la puissance des équipements de chauffage. Ces caractéristiques influent sur la combinaison des flux d'air dans la pièce.

Par exemple, l'air entrant, qui doit atteindre directement la zone de travail, peut être bloqué par les gaz chauds provenant des radiateurs ou des chauffages. Il en résulte une ventilation non pas par déplacement, mais par mélange.

Le processus de mélange prévoit que l'air pénètre dans la pièce par une ou plusieurs voies. En revanche, les gaz évacués sortent en un seul flux.

Dans la zone de travail, la vitesse de l'air sortant est inférieure d'un tiers à celle de l'air entrant

Le paramètre clé de la ventilation par mélange est l'éjection. Il s'agit de la combinaison de tout type de milieux, où l'un influence et dirige l'autre. Dans ce cas précis, il s'agit de la capacité des diffuseurs à combiner harmonieusement les jets d'air.

L'éjection détermine les caractéristiques du système de ventilation. Par exemple, le mélange est assuré par des diffuseurs de type à jet avec une valeur élevée de l'indicateur. Quant au déplacement, il est caractérisé par des dispositifs avec un faible indicateur d'injection.

Pour minimiser le nombre de courants d'air en cas d'écart entre la différence de température de l'air entrant et de l'air ambiant par rapport à la norme, les diffuseurs doivent avoir un indicateur élevé.

De plus, la vitesse de déplacement des masses d'air et la température de l'air sont importantes. Pour un confort maximal, il faut que les gaz se déplacent à une vitesse ne dépassant pas 0,18 m/s et aient une température comprise entre 20 et 22 °C.

La vitesse de déplacement de l'air dépend de la géométrie et de la destination de la pièce, de la température dans la zone de travail et de l'intérieur

Il est particulièrement dangereux pour la santé et le bien-être de dépasser le premier indicateur et de diminuer le second. Dans ce cas, il est difficile de simplement rester dans la pièce, sans parler d'une quelconque activité productive.

En concevant la ventilation, il faut tenir compte de l'influence des obstacles physiques. Ces derniers comprennent les luminaires placés au plafond, les niveaux, les planchers, les colonnes, etc.

Dans la plupart des cas, le flux d'air entrant peut contourner un obstacle dont la largeur est de 1/50 de la hauteur du plafond

Les auditoriums sont des pièces non standard qui se caractérisent par une zone de travail importante, un grand nombre d'auditeurs et un plafond haut. Par conséquent, l'approche de la ventilation est assez spécifique.

Une méthode courante consiste à amener de l'air frais directement sous les sièges des auditeurs. On pense que les gaz entrants se réchaufferont, monteront vers le plafond et seront évacués de la pièce.

Cependant, la pratique montre que cette approche est incorrecte : les gaz se comportent comme les liquides. L'air s'accumule d'abord dans la partie inférieure de la salle et ne monte qu'ensuite.

L'emplacement rationnel du diffuseur se trouve dans les parties avant de la salle de classe ou de l'amphithéâtre.

Même des calculs argumentés et des simulations informatiques ne garantissent pas une prévision parfaitement précise de la direction du mouvement de l'air. Cependant, il faut tenir compte du nombre et de l'emplacement des diffuseurs les uns par rapport aux autres, de l'emplacement des éléments chauffants, des obstacles et d'autres facteurs.

La plupart des études sur l'emplacement des diffuseurs montrent que la ventilation par mélange mérite une évaluation arbitraire. Par exemple, il est efficace de placer les ouvertures d'extraction d'air près de l'entrée de la pièce, du côté des places arrière.

Mais si l'on place les sorties d'air dans d'autres parties de la salle, dans la plupart des cas, on n'obtiendra pas l'effet souhaité. Un bon échange permet d'éviter la formation de bandes d'air chaud et vicié.

Nous vous recommandons également de lire un autre article où nous avons décrit plus en détail le principe de fonctionnement de la ventilation à flux d'air frais et d'extraction. Pour plus de détails, suivez le lien.

Comment fonctionne la ventilation locale ?

Si l'air est acheminé intentionnellement vers certaines zones de la pièce ou en est extrait, cette ventilation est qualifiée de locale. Cette dernière se divise en ventilation par insufflation et par extraction.

La ventilation locale par insufflation nécessite des coûts bien inférieurs à la ventilation générale lorsqu'elle est utilisée. Elle est populaire dans les locaux industriels nécessitant un renouvellement rapide de l'air. Elle permet de réduire l'humidité et la température.

Dans la plupart des cas, on combine la ventilation locale et générale, un type complétant l'autre.

La construction d'extraction locale est également utilisée dans l'industrie. Elle est pertinente pour l'évacuation des substances toxiques et la réduction de la température dans une petite partie spécifique de la pièce. Nous avons parlé plus en détail de la ventilation des locaux industriels dans cet article.

Il permet de prévenir les conséquences des facteurs négatifs mentionnés et d'autres. Il a un effet positif sur le confort de travail des employés, car les substances nocives quittent la pièce presque immédiatement après leur formation.

Si les travaux impliquant le dégagement de substances toxiques sont effectués sur toute la surface ou la majeure partie de la pièce, la ventilation locale ne sera pas efficace. Cependant, il est tout de même judicieux de l'utiliser face aux zones de plus fortes émissions.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo sur la ventilation locale dans une pièce équipée d'équipements technologiques :

La vidéo explique les particularités et la pertinence de la conception d'un système de ventilation, ses variantes d'équipement et les nuances d'installation :

Les caractéristiques de fonctionnement d'un système de ventilation standard sont présentées dans une vidéo :

Chacun des systèmes de ventilation a ses particularités. Lors du choix, il faut prendre en compte de nombreux facteurs : de la spécificité de l'utilisation du local à la présence d'obstacles au flux d'air. Cependant, une approche minutieuse permettra de s'arrêter sur le système de ventilation optimal.

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