La plupart des ventilateurs de gaines en ligne en service sont surdimensionnés, et l'acheteur les paie deux fois : une première fois au prix d'achat, puis continuellement en énergie et en bruit. Le surdimensionnement provient presque toujours d'une marge de sécurité ajoutée à une valeur de résistance qui en contenait déjà une.
Établir la résistance avant d'examiner les modèles
Un ventilateur de gaine en ligne doit surmonter la résistance totale du réseau dans lequel il est installé. Cette résistance totale est la somme de :
- Frottement dans les sections droites de la gaine — il dépend de la vitesse, des dimensions de la gaine et de la surface intérieure. Pour les gaines rectangulaires, il est calculé à partir du diamètre équivalent.
- Accessoires — coudes, transitions, tés, registres. Dans un local technique compact, les accessoires contribuent régulièrement davantage à la résistance que les sections droites de la gaine.
- Équipements terminaux — grilles, diffuseurs, persiennes, atténuateurs.
- Filtres et batteries, dans leur état encrassé, et non à l'état propre.
C'est sur ce dernier point que se trouve la première marge cachée. La résistance d'un filtre au moment de son remplacement peut être deux fois supérieure à sa valeur à l'état propre ; si le calcul utilise déjà la valeur à l'état encrassé, ajouter une marge supplémentaire revient à la comptabiliser deux fois.
Pourquoi une marge de sécurité importante aggrave la situation
Un ventilateur sélectionné largement à droite de la courbe du système ne fournit pas simplement davantage d'air sans conséquence. Trois effets se produisent :
Le point de fonctionnement s'éloigne du pic de rendement. Les courbes des ventilateurs présentent une zone de rendement optimal ; un ventilateur utilisé bien au-delà de cette zone consomme davantage d'énergie par unité d'air déplacée.
Le bruit augmente fortement. La puissance acoustique augmente approximativement avec la cinquième puissance de la vitesse en bout de pale. Un ventilateur choisi dans une taille trop grande puis étranglé à l'aide d'un registre produit du bruit au niveau du registre comme au niveau du ventilateur.
Les registres d'équilibrage dissipent la marge sous forme de chaleur. Toute pression produite par le ventilateur surdimensionné au-delà du besoin est dissipée à travers le registre. L'énergie est achetée, puis délibérément détruite.
Une marge d'environ 10 % sur la pression calculée relève d'une prudence d'ingénierie normale. Des marges de 30 à 50 %, fréquentes en pratique, indiquent généralement que le calcul n'a pas été jugé fiable ; la réponse appropriée consiste à améliorer le calcul.
Effet système : les pertes qui n'apparaissent jamais dans le calcul
Les performances indiquées dans les catalogues sont mesurées avec une gaine droite et un écoulement non perturbé à l'entrée et à la sortie. Les installations réelles offrent rarement ces conditions, et l'écart est appelé effet système.
Les deux cas les plus préjudiciables sont les suivants :
- Un coude immédiatement placé à l'entrée. L'air entre dans le ventilateur avec un mouvement tourbillonnaire et une répartition de vitesse irrégulière. Des pertes représentant 10 à 20 % de la pression du ventilateur sont courantes ; si le tourbillon tourne dans le même sens que la roue, la perte est encore plus importante.
- Une transition brusque à la sortie. L'air quitte la sortie du ventilateur à vitesse élevée et a besoin d'une longueur droite pour récupérer sa pression. Installer un coude ou une expansion soudaine directement sur la sortie annule cette récupération.
La règle pratique consiste à prévoir une longueur de gaine droite correspondant à plusieurs diamètres de gaine à l'entrée, et au moins deux à trois diamètres à la sortie, avant tout accessoire. Lorsque le local technique ne permet réellement pas de respecter cette disposition, la perte due à l'effet système doit être ajoutée explicitement à la résistance calculée, plutôt que d'être absorbée dans une marge imprécise.
Points spécifiques aux gaines rectangulaires
Les ventilateurs pour gaines rectangulaires sont choisis parce que la gaine est rectangulaire et qu'une transition vers une section ronde prendrait de l'espace et augmenterait la perte de pression. Deux points doivent être vérifiés :
Rapport d'aspect. Une gaine très aplatie présente un périmètre mouillé plus important par unité de surface qu'une gaine carrée ; le frottement est donc plus élevé pour une même section. Les rapports supérieurs à environ 4:1 commencent à entraîner une perte de pression notable.
Accès pour la maintenance. Un ventilateur en ligne installé dans un plénum de plafond sans panneau d'accès ne pourra pas être entretenu. Il faut pouvoir accéder aux paliers et aux roues, et cette question doit être décidée au stade de l'implantation, et non au moment de l'achat.
Avant de commander
Vérifiez que le calcul de la résistance précise si les filtres sont à l'état propre ou encrassé ; vérifiez les longueurs droites disponibles sur site à l'entrée et à la sortie ; et vérifiez que le ventilateur est sélectionné près de son pic de rendement pour le point de fonctionnement prévu, plutôt qu'à la limite de sa courbe. Ces trois contrôles éliminent la majeure partie du surdimensionnement qui serait autrement intégré à l'installation.