La vitesse de l'air est un paramètre clé pour l'évaluation des performances d'un système de débit d'air. Dans le cadre des tests de base, pour ajuster et équilibrer les systèmes HVAC de répartition de l'air, la plupart des mécaniciens HVAC utilisent maintenant un anémomètre pour mesurer la vitesse de l'air au niveau des grilles-registres-diffuseur, dans une conduite ou des espaces ouverts.
Les anémomètres sont généralement des outils très précis, surtout à basses vitesses, mais ils doivent compenser la température de l'air, la pression absolue et la pression absolue ambiante. L'outil de diagnostic Fluke 975 AirMeter est pourvu d'une sonde de vitesse qui utilise un anémomètre thermique pour mesurer la vitesse de l'air. Un capteur de température situé dans la pointe de la sonde permet de compenser la température de l'air, un capteur situé dans l'instrument lit la pression absolue, et la pression absolue ambiante est déterminée lors du démarrage de l'instrument. Pour les utilisateurs qui préfèrent calculer eux-mêmes les facteurs de compensation, l'instrument affiche également la vitesse ou le volume de l'air en conditions normales.
Cette note d'application décrit comment effectuer des mesures précises du volume d'air dans une conduite, des mesures d'air dans les grilles-registres-diffuseurs et d'autres endroits.
Le volume d'air dans une conduite
L'objectif principal de tout système de conduites est de déplacer le volume d'air nécessaire, tout en maintenant les autres facteurs dans des limites acceptables, et souffler l'air en quantité adéquate pour les fins prévues : chauffage, refroidissement, ventilation, évacuation, mélange, humidification, déshumidification, ou climatisation de l'air dans un espace. La vitesse dans une conduite n'est pas déterminée seulement par l'application, mais également par la conception de la conduite. Les facteurs clés de conception comprennent : le niveau de pression statique disponible qui peut être surmonté par le ventilateur en raison des pertes de friction et des chutes de pression des appareils dans le flux d'air ; le coût des conduites ; l'espace disponible pour les conduites et les niveaux de bruit acceptables.
Pour déterminer le volume d'air fourni à tous les appareils du terminal en aval, les techniciens effectuent une mesure de conduite. Les mesures de conduite permettent de déterminer le volume d'air dans n'importe quelle conduite en multipliant les valeurs de vitesse moyennes par la zone interne de la conduite. Les mesures effectuées dans des conduites principales permettent de mesurer le volume d'air total du système, qui est nécessaire à la performance, à l'efficacité et même à la durée de vie du système HVAC. La différence des volumes d'air entre la conduite de l'alimentation principale et la conduite de retour principale correspond au volume d'air extérieur. Effectuer les mesures dans les conduites de sortie est la méthode la plus précise pour déterminer le volume d'air fourni par l'appareil du terminal (grille-registre-diffuseur). Effectuer des mesures dans les conduites d'évacuation permet de révéler le volume d'évacuation de l'air.
Les mesures de la vitesse de l'air doivent être effectuées à des intervalles réguliers d'une section droite de la conduite. Le plan doit être situé de préférence sur une section droite d'une conduite, celle-ci doit être droite sur plus de 10 fois le diamètre en amont de la mesure et 3 fois en aval du plan transversal. Cependant un minimum de 5 fois le diamètre en amont de la mesure et 1 fois en aval peut donner des résultats corrects.
Le nombre de mesures effectuées sur le plan transversal dépend de la taille et de la forme de la conduite. La plupart des mesures sur un plan transversal donnent au moins 18 à 25 valeurs de vitesse, le nombre de valeurs mesurées augmente selon la taille de la conduite. L'industrie admet que les points de mesure sur le plan transversal sont déterminés par la règle de Log-Tchebycheff pour les conduites rectangulaires et par la règle Log-linéaire pour les conduites circulaires. Généralement, les techniciens percent entre 5 et 7 trous sur l'un des côtés des conduites rectangulaires, et 2 à 3 trous dans les conduites circulaires, pour que la sonde télescopique de l'anémomètre puisse accéder aux différents points de mesure. Pour vous assurer que l'anémomètre est utilisé dans la direction de la calibration, alignez la marque de la pointe de la sonde de vitesse sur la direction d'impact. Lorsque vous dépliez la sonde, alignez la partie de la sonde avec la poignée afin de maintenir la direction correcte à l'intérieur de la conduite.
Avant d'effectuer des mesures, faites glisser la gaine protectrice vers la poignée de la sonde afin d'exposer les capteurs de la pointe de la sonde. Pour les calculs de débit volumique, le Fluke 975 AirMeter* vous demandera de sélectionner le type de conduite (rectangulaire ou circulaire), puis de saisir les dimensions des côtés rectangulaires ou le diamètre circulaire. Capturez le nombre nécessaire de valeurs de vitesse, une par une, en appuyant sur la touche « Capture ». Si une valeur de vitesse a été capturée de manière prématurée, avec le Fluke 975 il est possible de recommencer. Lorsque toutes les valeurs de vitesse ont été prises, l'AirMeter effectue une moyenne des valeurs et la multiplie par la surface transversale de la conduite pour obtenir le volume d'air, à la fois en conditions normales et compensées selon la pression et la température absolues.
Une moyenne des mesures de vitesse (en fpm) est effectuée et multipliée par la zone interne de la conduite (en pied carré), pour obtenir le volume d'air (en pcm).
Q = V * A
Q = Volume d'air, en pcm (pied cube par minute) ou m³/s (mètre cube par seconde)
V = Vitesse, en fpm (pied par minute) ou m/s (mètre par seconde)
A = zone de la conduite, dimensions internes de la conduite en pied carré ou mètre carré
* Pour déterminer une vitesse d'air supérieure à 600 pieds par minute (fpm) dans une conduite, un technicien HVAC peut également utiliser un tube de Pitot statique avec un manomètre à colonne de liquide inclinée. L'anémomètre est l'outil de choix au-dessous de 600 fpm, il peut également fournir des résultats acceptables à des vitesses supérieures. Dans les systèmes de conduites à basse pression où le bruit pose problème, comme dans les résidences et les établissements de santé, la vitesse est généralement comprise en 400 et 900 fpm, tandis que dans les systèmes de conduite à haute pression, les vitesses avoisinent les 3 500 fpm.
Mesure de l'air au niveau des Grilles-Registres-Diffuseurs (GRD)
Les GRD d'alimentation en air sont sélectionnés et positionnés afin de fournir un volume spécifique d'air avec un souffle et une vitesse qui offrent un niveau de confort et de ventilation acceptables dans la zone des occupants. La zone des occupants est considérée comme étant située à plus de 30 cm des murs et au-dessous de la hauteur de la tête. La vitesse en provenance des GRD d'alimentation ne dépasse normalement pas 800 fpm, et la vitesse dans une grille de retour ne devrait pas dépasser 400 fpm dans des applications où le bruit serait répréhensible. La vitesse doit être suffisante pour pouvoir mélanger l'air d'alimentation à l'air de la pièce hors de la zone des occupants, tout en soufflant l'air de manière confortable et à une température convenable dans la zone des occupants.
Le jet est la distance que l'air parcourt à partir du GRD avant d'atteindre sa vitesse terminale. Le jet représente normalement entre 75 et 110 % de la distance entre le GRD et la surface de l'intersection (mur) ou le point de vitesse terminale du GRD adjacent. La vitesse terminale est simplement la vitesse au point du jet qui est choisi pour la fin de mesure pour des raisons de conception technique. La vitesse terminale est généralement située entre 50 et 75 fpm dans les espaces résidentiels et les bureaux, mais elle peut être spécifiée entre 125 et 150 fpm par les ingénieurs pour des applications commerciales. Généralement, les vitesses d'air de 50 fpm dans la zone des occupants ne sont pas répréhensibles. Des zones de stagnation peuvent se créer lorsque les vitesses chutent à 15 fpm. Pour déterminer la manière dont l'air est soufflé dans l'espace, utilisez la sonde de vitesse pour « suivre » le jet des GRD.
Pour déterminer le volume d'air fourni par un GRD, il est préférable d'effectuer une mesure de la conduite à l'aide de la sonde de vitesse dans la conduite de sortie en direction du GRD. Autre possibilité, vous pouvez effectuer des mesures de plan transversal à l'aide de la sonde de vitesse à la sortie du GRD, en utilisant également les données d'ingénierie du fabricant du GRD, afin de déterminer le volume d'air.
À la différence d'une section de la conduite, la zone d'un GRD ne peut pas être mesurée sur le terrain puisque l'air change de direction et accélère à travers la section contractée (une section contractée est un effet se produisant lorsque l'air « se colle » contre les bords des ouvertures, ce qui réduit fortement la taille de l'ouverture). Même si les mesures sur le terrain sont soigneusement effectuées pour les espaces d'un GRD pour déterminer les volumes d'air elles peuvent entraîner de grossières erreurs de calcul du volume d'air. Le fabricant de GRD publiera une « zone efficace » (Ak = zone efficace en pied carré) qui peut uniquement être déterminée par des tests en laboratoires qui permettent de mesurer le volume d'air et la vitesse à la sortie de GRD réels (Vmoy = vitesse moyenne à la sortie en pied par minute). Cette zone d'efficacité peut être utilisée sur le terrain pour calculer le volume d'air.
Pour un GRD donné, le fabricant publie normalement une zone efficace ainsi qu'une plage de vitesse à la sortie accompagnée du débit volumique en pied cube par minute (pcm) et de la chute de pression pour chaque vitesse de sortie qui en résultent. Ces valeurs sont déterminées grâce à une conduite droite connectée au GRD qui transporte de l'air non turbulent réparti de manière homogène dans la conduite.
Calculer un volume d'air à partir d'un GRD nécessite de prendre en compte suffisamment de relevés de vitesse de sortie, afin d'obtenir une vitesse moyenne. Mettez en place une grille de points de test à la sortie du GRD, grâce à laquelle vous obtiendrez une moyenne satisfaisante à la fin. L'intervalle de la grille est généralement de 7,6 à 12,7 cm, mais pas plus de 15 cm, avec un minimum de 6 relevés de vitesse stables par direction de jet. Positionnez le capteur de la sonde de vitesse avec un GRD d'alimentation, ou à une distance de 2,54 cm (±0,8 mm) de la grille de retour, et placez la sonde au centre de l'ouverture. Sélectionnez le débit volumique, la conduite rectangulaire et saisissez une dimension de 30,5 x 30,5 cm dans le Fluke 975 AirMeter. Vous obtiendrez un pcm équivalent au calcul de la moyenne en fpm. Le pcm calculé est ensuite multiplié par le facteur Ak du fabricant de GRD pour obtenir le pcm réel.
pcm (pied cube par minute) = Ak x Vmoy
Ak = zone efficace en pied carré
Vmoy = vitesse de moyenne de sortie en pied par minute
Valeurs de vitesse diverses
L'air de ventilation est souvent alimenté par une hotte d'aération extérieure d'une centrale de traitement de l'air située sur les toits. À l'intérieur de la hotte se trouvent des grilles anti-insectes qui peuvent être traversées de la même manière que les grilles de retour. Entrez dans la fonction de débit volumique du Fluke 975 AirMeter, sélectionnez la conduite rectangulaire, saisissez les dimensions des grilles anti-insectes, capturez la valeur de vitesse tous les 15 cm environ, et laissez l'AirMeter calculer le pcm de l'air de ventilation.
Lorsque l'équilibre entre la prise d'air extérieur et l'air d'évacuation est incorrect, il existe un risque de dommage pour le toit ou le bâtiment, et lorsque des occupants entrent dans le bâtiment, ils peuvent être confrontés à un vent désagréable lorsque les portes sont ouvertes. La pressurisation du bâtiment doit être idéalement limitée à 0,02 ou -0,1 pouce WC (Water Column, colonne d'eau), et il est préférable qu'elle soit inférieure à 0,05 pouce WC. La sonde de vitesse peut être utilisée à l'entrée du bâtiment pour permettre d'évaluer la pression du bâtiment. Une vitesse d'air de 1 300 fpm par une porte ouverte équivaut à une pressurisation du bâtiment supérieure à 0,1 pouce WC, et à un vent de face de 24 km/h.
VP = (V / 4005)²
(où VP = Pression de vitesse et V = Vitesse)