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7/22/2019 12.10.23.Presentation_Dimensionnement_CSTC.pdf

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Christophe Delmotte, irLaboratoire Qualit de lAir et Ventilation

CSTC - Centre Scientifique et Technique de la Construction

Calcul des pertes de pressionet dimensionnement desconduits de ventilation

Applications rsidentielles

A-t-on besoin dun professionnelpour installer un systme de ventilation?

Ne suffit-il pas deconnecter ensembletous les accessoirespour obtenir les dbits

dair souhaits danschaque local?

Faut-il vraimentfaire des calculs pourque a fonctionnecorrectement?

223/10/2012 Centre Scientifique et Technique de la Construction


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Que se passe-t-il dans unsystme de ventilation mcanique?

Un ventilateur force lair se mouvoir dans des conduits On a besoin dun ventilateur car les conduits

rsistent au passage de lair (pertes de pression)

Lair suit de prfrence le conduitqui oppose le moins de rsistance Si on veut plus dair dun ct,

il faut rduire la rsistance de ce ct


Est-ce que les dimensions desconduits ont vraiment de limportance?

Les grands diamtres cotent cheret prennent beaucoup de place

Les petits diamtres opposentplus de rsistance au passage de lair Et cela ncessite des ventilateurs plus puissants

Il faut trouver un bon compromis On a besoin de mthodes de dimensionnement On a besoin de professionnels pour les appliquer



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Calcul des pertes de pression


Pertes de pression linaires

Sont provoques par la viscosit de lair Frottement des molcules

entre elles et le long des parois

Elles prennent naissance lorsquil y amouvement de lair et ont lieu surtoute la longueur des conduits



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Formule de Darcy-Weisbach

Perte de pression linairedans le cas dun conduit circulaire

(lambda): coefficient de frottement de Darcy [-] L : longueur du conduit [m] D : diamtre intrieur du conduit [m] (rho): masse volumique de lair [kg/m] v : vitesse moyenne de lair [m/s]


Coefficient de frottement de Darcy

Dpend du rgime dcoulement

Nombre de Reynolds v : vitesse moyenne de lcoulement [m/s] D : diamtre intrieur du conduit [m] (nu): viscosit cinmatique [m/s]



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Exemple de calculdu nombre de Reynolds


Caractristiques de lair



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En rgime dcoulement laminaire, est indpendant de la rugosit du conduit

Formule de Poisseuille

La perte de pression estproportionnelle la vitesse de lair



En rgime dcoulement turbulent, dpend du nombre de Reynolds etde la rugosit relative (/D) du conduit quation de Colebrook-White

: coefficient de frottement de Darcy [-] (epsilon): rugosit absolue de la paroi interne

du conduit [m] D : diamtre intrieur du conduit [m] Re : nombre de Reynolds [-]



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Rugosit absolue



quation de Colebrook-White Pas de solution analytique Rsolution par itration

Formule de Swamee-Jain Bonne approximation Rsolution directe



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Diagramme de Moody


Formules approches



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Nomogrammes


Rgles calculer



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Conduits flexibles

La rugosit absolue est gnralement donnepour leur configuration compltement tire(note FS de langlais Fully Streched )

Il est utile de la corriger en fonction du taux decompression


Conduits flexibles

Taux de compression rc

Facteur de correction

Coefficient de correction acor gal 21 pour lesdiamtres de 75 500 mm



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Pertes de pression singulires

Se produisent quand il y a perturbation delcoulement normal, dcollement des parois etformation de tourbillons aux endroits o il y achangement de section ou de direction ou enprsence dobstacles (rtrcissements,vasements, coudes, clapets, etc.)

La sortie de lair dun conduit vers un grand

espace engendre galement une perte depression singulire


Pertes de pression singulires

pj : perte de pression singulire [Pa] (zta): coefficient de perte de pression

singulire de llment considr [-] (rho): masse volumique [kg/m] v: vitesse moyenne [m/s]



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Principe de dtermination de


Norme de rfrence: NBN CR 14378 (2002)

Principe de dtermination de

Dtermination exprimentale

Trs grand nombre de familles daccessoires Coudes, ts, largissements, clapets, bouches...

Trs grand nombre de variantes dans unemme famille



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Variabilit des donnes exprimentales

Evolution des mthodes de mesure ? Gomtrie et matriau diffrents ? Dimensions et dbit diffrents ?

Il faut considrer les rsultatsdes calculs avec prudence


Exemples de valeurs



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Exemples de valeurs


Combinaison daccessoires



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Ouvrages de rfrence


Ouvrages de rfrence

Ashrae Duct Fitting Database (CD-Rom)



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Information donne par les fabricants

Probablement plus fiable que des valeursgnrales mais pas vraiment adapt au calculautomatis


Bouches dair

Principal lment de rglage dudbit en application rsidentielle

La perte de pression dpend du modleet de ltat douverture de la bouche



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Bouches de ventilation

Perte de pression maximalelimite par des critres acoustiques


Perte de pression cumule

La perte de pression cumule dunconduit dair est gale la somme des pertes de pression linaires pf

dans les longueurs droites

et des pertes de pression singulires pj au droitdes lments particuliers le long dun mme trajet



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Perte de pression cumule - Exemple


1 m

1 m 1 m2 m

2 m

A B

C

DE F G H

I

J

L

Attnuateurde son

Ventilateur

Dbit = 150 m/h




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20





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21





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0

5

10

15

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

PertedechargeenPa

Dbitenm/h

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Conduits rectangulaires ou oblongs

La formule de la perte de pression linairesapplique des conduits circulaires

Comment effectuer le calcul avec des conduitsrectangulaires ou oblongs?



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Diamtre hydraulique

On peut utiliser la formule gnrale conditionde faire appel au diamtre hydraulique

Dh : diamtre hydraulique du conduit [m] Ac : aire du conduit [m]

P : primtre du conduit [m]

Conduit rectangulaire


Diamtre hydraulique

Le diamtre hydraulique dun conduit de formequelconque correspond au diamtre dunconduit circulaire fictif engendrant la mmeperte de pression linique, pour une mme

vitesse dair et une mme rugosit absolue(matriau identique)



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Diamtre hydraulique - Exemple


Diamtre hydraulique - Exemple



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Diamtre quivalent

Comment calculer le diamtre dun conduitcirculaire rel qui engendrerait la mme pertede charge rpartie, pour un mme dbit dair etune rugosit absolue identique? Le diamtre hydraulique nest pas utilisable car il

est dfini pour une mme vitesse dair

Utilisation du diamtre quivalent


Diamtre quivalent

Formulation gnrale

De : diamtre quivalent du conduit [m] Ac : aire du conduit [m] P : primtre du conduit [m]

Conduit rectangulaire de cts a et b



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Dimensionnement des conduits



Dtermination la section des conduits et desaccessoires et slection des organesdquilibrage en vue dobtenir les dbits dairsouhaits dans les diffrentes branches du

rseauRecherche dun compromis entre la section desconduits et lnergie ncessaire au dplacementde lair



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Grande section Pertes de pression rduites (conomie dnergie) Vitesse rduite (limitation du bruit)

Petite section Cot du matriel rduit Encombrement rduit


Mthodes de dimensionnement

Section constante Vitesse constante Rduction de vitesse Pertes de pression liniques constantes Regain statique (mthode de conservation de la

pression statique ; uniquement dapplication pourles rseaux de pulsion)

Mthode des 30% (simplification de la mthodedu regain statique)

Mthode T (mthode doptimisation qui vise minimaliser les cots dinstallation et defonctionnement)



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Mthode de la rduction de vitesse

Consiste, aprs avoir choisi la vitesse au dpartdu groupe, la rduire graduellement, maissans suivre une rgle prcise, jusquauxtronons terminaux


Mthode de la rduction de vitesse

Choix de la vitesse Dpend de la zone concerne Tient compte de la limitation

des nuisances acoustiques

Le choix de la vitesse fixe le diamtre



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Sections de conduits disponibles


quilibrage des diffrentes branches

Rgle de base La variation de pression totale est identique ( en

quilibre ) le long de chaque trajet, cest--direentre le ventilateur et chacune des extrmits du

rseau considr

Pour quun rseau soit en quilibre, il faut quechaque trajet prsente la mme perte de pression



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Rpartition du dbit qui entrane une mmeperte de charge (34 Pa) dans les deux branches

Pour un dbit identique (125 m/h) on aurait 41et 30 Pa



Aprs la slection des diamtres:

Calcul des pertes de pressionpour chaque branche

quilibrage des branches Ajout dorganes de rglage (bouches rglables) Modification de certains diamtres Modification de certains accessoires



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Application pratique


Choix du diamtre des conduits



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Calcul des pertes de pression





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quilibrage au moyen dune bouche dair


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Mthode des pertes depression liniques constantes

Le principe de cette mthode estde dimensionner les conduits pourune perte de pression linique constante

La perte de pression liniqueest choisie librement Une rgle de bonne pratique pour les systmes de

ventilation rsidentielle est de choisir une pertede pression linique entre 0.7 Pa/m et 1 Pa/m



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Lorsque les bouches de ventilation choisies ne

permettent pas dquilibrer le rseau ou lorsquelon souhaite amliorer lquilibre initial durseau, trois solutions sont possibles Revoir le dimensionnement des branches les plus

rsistantes (en augmentant le diamtre decertains de leurs tronons) voire remettre enquestion le trac du rseau (cette premiresolution est toujours recommande dans un soucidconomie dnergie)

Slectionner des bouches moins rsistantes pour

les trajets les plus rsistants Revoir le dimensionnement des branches les

moins rsistantes (en diminuant le diamtre decertains de leurs tronons sans jamais dpasserla vitesse maximale) ou y ajouter des dispositifsde rglage (perte de pression complmentaire)


Dtermination du diamtre des conduits

Utilisation des nomogrammes

Formules approches conduits arauliques circulaires en acier joint

spiral (

= 0.09 mm)

Formules dtailles Calcul itratif



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Calcul du diamtre au moyen desformules dtailles

Pour effectuer ce calcul onpeut suivre les tapes suivantes Fixer un diamtre a priori Calculer la vitesse de lair compte tenu du dbit Calculer le nombre de Reynolds Calculer la rugosit relative du conduit Calculer le coefficient de frottement de Darcy

Calculer la perte de pression linique Modifier le diamtre en procdant par itrations

de faon ce que la perte de pression liniquesoit aussi proche que possible de la valeur choisie


Application pratique



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Option pour cette mthode

Application dun critre de vitesse maximale delair en plus du critre des pertes de pressionliniques



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Courbe caractristiquedun rseau araulique

Les pertes de pression linaires et singuliressont approximativement proportionnelles aucarr de la vitesse de lair Et donc aussi au carr du dbit dair

p : perte de pression (cumule) [Pa] k : constante propre au rseau araulique

considr [Pa / (m/s)] qv : dbit dair [m/s]



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Courbe caractristiquedun rseau araulique


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