Conception de ventilation CVC : schéma général et équations

La conception de la ventilation représente lefondement de la gestion de la qualité de l’air intérieur, établissant des approches systématiques pour l’introduction de l’air extérieur, la circulation de l’air intérieur et l’élimination des contaminants. ASHRAE 62.1 fournit une méthodologie complète pour calculer les besoins en ventilation et concevoir des systèmes de distribution d'air efficaces qui garantissent des environnements intérieurs sains dans diverses applications de bâtiment.

Normes essentielles de conception de ventilation

Les ingénieurs CVC professionnels utilisent des méthodes de calcul de ventilation établies et des approches schématiques pour garantir une qualité d'air intérieur adéquate tout en optimisant l'efficacité énergétique et les performances du système.

Références de ventilation centrale

Standard	Section	pages	Focus de la couverture
2016 Ashrae 62.1	Chapitre 03, Annexe A, Tableau E-1, Figures 3.1, A1, E1, E2	6, 26, 44, 45	Procédures complètes de calcul de ventilation et schémas du système

Concepts fondamentaux de ventilation

Procédure de taux de ventilation

Méthodologie ASHRAE 62.1établit des approches de calcul systématiques pour déterminer les besoins minimaux en air extérieur :

Équation du débit d’air extérieur de la zone :

• Voz = RpPz + RaAz
• Où: Voz = débit d'air extérieur de la zone, Rp = débit d'air extérieur par personne, Pz = population de la zone, Ra = débit d'air extérieur par unité de surface, Az = surface au sol de la zone
• Application: Détermine le minimum d'air extérieur pour chaque zone en fonction de l'occupation et de la superficie au sol.
• Unités: CFM (cubic feet per minute) or L/s (liters per second)

Équation d’admission d’air extérieur du système :

• Vot = ΣVoz × (1 + Xs)
• Où: Vot = débit d'admission d'air extérieur au niveau du système, Xs = fraction d'air extérieur non conditionné
• Intégration du système : Comprend en compte les fuites de conduits et les inefficacités du système
• Facteur de conception: Assure une alimentation adéquate en air extérieur dans toutes les zones

Systèmes à zones multiples

Calculs de ventilation complexesadresser des systèmes à zones multiples avec des exigences variables :

Efficacité de la distribution d'air par zone :

• Ez = facteur d'efficacité de la ventilation pour la zone
• Valeurs typiques: 1,0 pour soufflage au plafond, 1,2 pour ventilation par déplacement
• Impact: Affecte les quantités d'air extérieur requises en fonction de la méthode de distribution
• Application: Optimise l'efficacité de la ventilation grâce à une bonne distribution de l'air

Efficacité de la ventilation du système :

• Ev = efficacité de ventilation du système
• Calcul: Basé sur les fractions de l'air extérieur de la zone et l'analyse des zones critiques
• Intervalle: 0,6 à 1,0 selon la configuration du système
• Impact sur la conception: Détermine les besoins totaux en matière d'admission d'air extérieur

ASHRAE 62.1 Applications schématiques

Figure 3.1 Présentation du système

Schéma de ventilation généraleillustre les composants et les relations fondamentaux du système :

Éléments principaux du système :

• Prise d'air extérieur: Point d'entrée d'air frais avec registres et commandes
• Section de mélange d'air: Combinaison d'air extérieur et de reprise
• Traitement de l'air: Filtration, chauffage, refroidissement et contrôle de l'humidité
• Répartition de l'air: Conduits et terminaux délivrant de l'air conditionné aux zones

Intégration du contrôle :

• Ventilation à la demande: Modulation de l'air extérieur à base de CO₂
• Contrôle de l'économiseur: Refroidissement gratuit lorsque les conditions extérieures le permettent
• Réinitialisation de la ventilation: Ajustement de l'air extérieur en fonction de l'occupation
• Récupération d'énergie: Échange de chaleur et d’humidité entre l’air extérieur et l’air évacué

Annexe A Exemples de conception

Exemples de calcul completsdémontrer l’application pratique des procédures de ventilation :

Applications à zone unique :

• Espaces de bureau: Occupation standard et calculs basés sur la superficie
• Salles de conférence: Considérations relatives à l'occupation à haute densité
• Espaces de vente au détail: Modèles d'occupation et exigences de superficie variables
• Installations éducatives: Besoins en ventilation spécifiques à la salle de classe

Systèmes à zones multiples :

• Systèmes VAV: Volume d'air variable avec un minimum d'air extérieur
• Systèmes à volume constant: Méthodes de distribution d'air extérieur fixes
• Systèmes mixtes: Combinaison de différents types de zones et exigences
• Bâtiments complexes: Installations polyvalentes avec des besoins de ventilation divers

Méthodes de calcul du taux de ventilation

Exigences basées sur l'occupation

Ventilation basée sur les personnesrépond aux besoins métaboliques et de confort :

Tarifs d'occupation standards :

• Immeubles de bureaux: 17 CFM par personne typique
• Installations éducatives: 10 CFM par personne minimum
• Espaces de vente au détail: 7,5 CFM par personne pour les surfaces de vente
• Restaurants: 7,5 CFM par personne pour les salles à manger

Occupation à haute densité :

• Salles de conférence: 5 CFM par personne avec composante superficie
• Auditoriums: 5 CFM par personne pour les espaces de rassemblement
• Gymnases: 20 CFM par personne pour une utilisation active
• Laboratoires: 5 CFM par personne plus les exigences de superficie

Exigences basées sur la zone

Considérations relatives à la surface au sols’attaquer aux sources de contaminants liées aux bâtiments :

Tarifs zone standard :

• Immeubles de bureaux: 0,12 CFM par pied carré typique
• Espaces de vente au détail: 0,30 CFM par pied carré pour les surfaces de vente
• Installations éducatives: 0,12 CFM par pied carré de salle de classe
• Soins de santé: 0,18 CFM par pied carré de zone patient

Considérations relatives aux zones particulières :

• Salons fumeurs: 60 CFM par pied carré minimum
• Bars et salons à cocktails: 0,70 CFM par pied carré
• Salons de beauté et de manucure: 0,48 CFM par pied carré
• Zones de stockage: 0,06 CFM par pied carré

Intégration de la conception du système

Efficacité de la distribution d'air

Facteurs d'efficacité de la ventilationoptimiser l’utilisation de l’air extérieur :

Systèmes d'alimentation au plafond :

• Distribution d'air mélangé: Ez = 1,0 efficacité typique
• Température de l'air soufflé: À moins de 15 °F de la température ambiante
• Emplacement de l'air de retour: Optimisé pour un mélange d'air efficace
• Application: Application commerciale la plus courante

Ventilation de déplacement:

• Alimentation au sol ou muret: Ez = 1,2 efficacité supérieure
• Température de l'air soufflé: 5-10°F en dessous de la température ambiante
• Stratification thermique: Utilise la flottabilité pour l'élimination des contaminants
• Avantages énergétiques: Besoins en air extérieur réduits

Répartition de l'air par le sol :

• Alimentation au sol: Ez = 1,2 facteur d'efficacité
• Contrôle de zone individuel: Contrôle environnemental personnel
• Confort thermique: Amélioration du confort au niveau des occupants
• La flexibilité: Reconfiguration facile pour les changements d'espace

Intégration de la récupération d'énergie

Systèmes de récupération de chaleuraméliorer l’efficacité énergétique de la ventilation :

Récupération de chaleur judicieuse :

• Roues thermiques: 70-80% d'efficacité sensible typique
• Échangeurs de chaleur à plaques: 60-70% d'efficacité sensible
• Caloducs: 45-65% d'efficacité sensible
• Boucles de contournement: 50-65% d'efficacité sensible

Récupération énergétique totale :

• Roues d'enthalpie: 70-80% d'efficacité totale
• Échangeurs à membrane: 60-75% d'efficacité totale
• Application: Climats humides avec des charges latentes importantes
• Avantages: Réduction de la consommation d’énergie de chauffage et de refroidissement

Stratégies de ventilation avancées

Ventilation contrôlée par la demande

Contrôle basé sur le COoptimise l'air extérieur en fonction de l'occupation réelle :

Méthodologie de contrôle:

• Consigne CO₂: cible typique de 1 000 à 1 050 ppm
• Position minimale: Air extérieur minimum requis par le code
• Position maximale: Débit d'air extérieur de conception
• Emplacement du capteur: Représentatif des conditions de la zone

Potentiel d'économies d'énergie:

• Espaces d'occupation variables: 20-30% d'économies d'énergie de ventilation
• Écoles et bureaux: Économies importantes pendant les périodes d'inoccupation
• Mise en œuvre: Intégré aux systèmes d'automatisation du bâtiment
• Entretien: Exigences régulières d’étalonnage du capteur

Intégration de la ventilation naturelle

Systèmes hybridescombiner ventilation mécanique et naturelle :

Considérations de conception:

• Fonctionnement des fenêtres: Coordination avec les systèmes mécaniques
• Effet pile: Utiliser la hauteur du bâtiment pour un mouvement naturel de l'air
• Ventilation éolienne: Conception d'orientation et d'ouverture
• Intégration de contrôle: Systèmes automatiques prévenant les conflits

Adéquation climatique :

• Climats doux: Potentiel de ventilation naturelle toute l'année
• Zones tempérées: Possibilités de ventilation naturelle saisonnière
• Climats extrêmes: Périodes de ventilation naturelle limitées
• Environnements urbains: Considérations sur la qualité de l'air pour la ventilation naturelle

Technologies de ventilation modernes

Systèmes de ventilation intelligents

Stratégies de contrôle avancéesoptimiser les performances et l’efficacité :

Détection d'occupation :

• Détecteurs de mouvement: Contrôle de la ventilation basé sur la présence
• Surveillance du CO₂: Évaluation de l'occupation en temps réel
• Intégration des appareils mobiles: Suivi d'occupation sur smartphone
• Apprentissage automatique: Modèles d'occupation prédictifs

Surveillance de la qualité de l'air :

• Capteurs multiparamètres: CO₂, particules, COV, humidité
• Ajustement en temps réel: Modification dynamique du débit de ventilation
• Qualité de l'air intérieur: Maintenir des conditions optimales en permanence
• Avantages pour la santé: Amélioration du confort et de la productivité des occupants

Optimisation énergétique

Stratégies performantesminimiser la consommation d’énergie de la ventilation :

Intégration du débit de réfrigérant variable :

• Systèmes d'air extérieur dédiés: Conditionnement OA séparé
• Récupération d'énergie: Préconditionnement de l'air extérieur
• Contrôle au niveau de la zone: Gestion de la ventilation par zone individuelle
• Avantages en termes d'efficacité: Fonctionnement optimisé des équipements

Intégration des énergies renouvelables :

• Ventilation à énergie solaire: Systèmes PV pour le fonctionnement des ventilateurs
• Pompes à chaleur géothermiques: Climatisation extérieure efficace
• Stockage thermique: Utiliser la masse thermique pour l'efficacité énergétique
• Bâtiments net-zéro: Ventilation dans les bâtiments performants

Assurance qualité et mise en service

Vérification de la conception

Performances du système de ventilationnécessite une validation systématique :

Vérification du calcul:

• Analyse zone par zone: Tarifs de ventilation des espaces individuels
• Calculs au niveau du système: Besoins totaux en air extérieur
• Analyse des charges: Impact de la ventilation sur les charges de chauffage et de refroidissement
• Modélisation d'énergie: Prévision de la consommation énergétique annuelle

Vérification de l'installation:

• Mesure du flux d'air: Confirmation des débits de conception
• Test du système de contrôle: Vérification du fonctionnement automatique
• Étalonnage du capteur: Assurer des mesures précises
• Documentation: Dessins d'après exécution et manuels d'utilisation

Surveillance des performances

Optimisation continue du systèmegarantit une efficacité continue :

Surveillance continue :

• Débit d'air extérieur: Mesure et contrôle en temps réel
• Qualité de l'air intérieur: Surveillance du CO₂ et des contaminants
• Consommation d'énergie: Suivi de la consommation d'énergie de la ventilation
• Efficacité du système: Tendances et optimisation des performances

Exigences d'entretien :

• Remplacement du filtre: Entretien régulier du système de filtration
• Fonctionnement du registre: Assurer le bon fonctionnement de l'amortisseur
• Entretien du capteur: Protocoles d'étalonnage et de nettoyage
• Nettoyage du système: Nettoyage des conduits et des composants

Application correcte des principes de conception de ventilation ASHRAE 62.1garantit des environnements intérieurs sains tout en optimisant l’efficacité énergétique grâce à des procédures de calcul systématiques, une sélection de système appropriée et une intégration complète des exigences de ventilation dans la conception et le fonctionnement global du système CVC.