thermexcel - programme aeroduct

Prsentation du programme Aeroduct

Dimensionnement des rseaux arauliques

Jean Yves MESSE - THERMEXCEL

50, rue d'Erevan (Bt. 35 le Capricorne)

92130 ISSY LES MOULINEAUX FRANCE

ThermExcel Jean Yves MESSE 50 rue dErevan (35 le Capricorne) - 92130 ISSY LES MOULINEAUX

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Programme AeroDuct (Perte de charge singulire) Caractristiques et fonctions du programme - Voir aussi page web : Calcul rseaux gaines

Ce programme de calcul sur Excel permet de dimensionner et d'effectuer le calcul des pertes de charge sur les gaines de distribution d'air (rseaux de ventilation, d'extraction d'air, climatisation, dsenfumage mcanique, etc.)

Il s'applique sur tous les types de rseaux et tient compte tout particulirement des conditions de fonctionnement et des particularits spcifiques lies au dimensionnement des rseaux de gaines, telles que :

La temprature de l'air vhicule. Le niveau d'altitude ou est situ l'installation. La nature des diffrents types de matriaux utiliss (Gaine en acier, cuivre, PVC, parois

maonnes, etc.) Les formes gomtriques des gaines (circulaire, quadrangulaire, oblongue) Les diffrents types de modules de perte de charges. Le contrle des vitesses silencieuses de passage d'air.

Des modules de calculs complmentaires sont incorpors au programme, avec notamment :

Une liste des modules de perte de charge. Un programme de calcul de module de perte de charge quivalent en fonction de la perte

de charge releve. Un programme de calcul d'valuation de la puissance motorise du ventilateur en

fonction de la charge calcule.

Le programme de calcul est pourvu d'une commande barre personnalise donnant accs aux diffrentes procdures, botes de calcul et macro-commandes.

Les fichiers de travail sont crs sparment permettant d'allger le stockage des donnes.

Les matriaux intgrs dans le programme AeroDuct pour le calcul des pertes de charge, sont :

Cuivre PVC Aluminium Amiante-ciment Tle d'acier galvanise agrafe longitudinalement Acier spiral Tle acier galvanis Fonte Fibre de verre Bton lisse


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Bton ordinaire Flexible mtal tendu Flexible PVC tendu Flexible semi tendu Brique Bton grossier

Affichage du tableau de calcul de perte de charge

Le fichier de travail peut tre constitu de diffrentes feuilles de calcul. Vous pouvez partir du mme fichier, insrer une nouvelle feuille de calcul ou dupliquer la feuille de calcul en cours pour l'tude d'un rseau similaire et apporter les modifications complmentaires par la suite.

Si vous oubliez des lments rseaux, vous pouvez rajouter des lignes de calcul n'importe o, sans altrer les phases de calculs.

Vous pouvez galement choisir l'unit de pression de votre choix dans l'tude :

Pascal Dca Pascal (10 Pa) mm d'eau (9.807 Pa) mbar (100 Pa) Pound per square inch (6896.47 Pa)

Les dbits de base peuvent tre imputs en :

Mtre cube / seconde (m3/s) Mtre cube / heure (m3/h)

Pour chaque feuille du tableau de calcul, la prsentation se fait, soit :

En affichage basic :


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Dans le tableau ci-joint le matriau de base utilis est de la tle acier galvanise. Une gaine quadrangulaire en bton, place en terrasse est intgre dans le circuit araulique.

Dans le cas de l'exemple ci-dessus avec une installation situe 50 m d'altitude, une temprature d'air vhicule 30C et un dbit de fuite estim 3%, le dbit d'air de base sera major de 7,15%.

Les dbits d'air neuf hyginique ou les dbits dans les systmes de dsenfumage sont indiqus gnralement dans les normes sur une masse d'air de rfrence de 1,200 kg/m3 (soit l'quivalent : 20C - 40% d'humidit relative au niveau de la mer)

Dans le cas de l'utilisation des installations de dsenfumage, la temprature de l'air vhicul dans les gaines est nettement suprieure la temprature de la masse d'air pris en rfrence dans le calcul du dbit de dimensionnement de l'installation.

Le dbit d'air de base est corrig automatiquement en fonction :


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de l'altitude du site. du taux de fuite d'air estim dans le circuit araulique. de la temprature de l'air transitant dans la gaine par rapport la temprature de base

pris en compte dans le calcul de l'installation ou en fonction du dbit d'air de rfrence.

La vitesse relle de l'air transitant dans la gaine est effectue partir du dbit corrig.

Les vitesses d'air suprieures aux valeurs silencieuses prconises dans les installations basse pression sont signales par un affichage en jaune de la cellule concerne.

Il est vivement conseill de prvoir un coefficient de marge de scurit :

les assemblages sont souvent mal effectus, obstruant partiellement le passage du fluide. un empoussirement prvisionnel peut tre envisag. avec le vieillissement des rseaux, une corrosion ventuelle peut accrotre les pertes de

charge par frottement.

En affichage complet, le tableau visualise en complment :

Les indices de rugosit. La masse volumique de l'air. La viscosit dynamique de l'air. Le nombre de Reynolds.

Cliquez sur cette image pour effectuer un affichage complet


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Toutes les cellules de calcul en couleur sont programmes.

A noter

Le programme ne tient pas compte des regains ventuels de la pression dynamique dans les changements de sections.

Le ventilateur produit systmatiquement la fois une pression statique plus une pression dynamique sur le dbit d'air.

Ps = Pression statique ou perte de charge du rseau araulique (cela correspond au calcul effectu par le programme Aeroduct.

Pd = Pression dynamique (c'est la pression supplmentaire cre par la vitesse de l'air de refoulement en sortie du ventilateur)

Il est d'usage, dans la pratique de donner au fabricant de ventilateurs la pression statique du rseau araulique comme point de fonctionnement.


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Dans le cas de la slection d'un ventilateur et notamment sur les courbes de slection, il faut bien s'assurer qu'il s'agit de la pression statique disponible et non de la pression totale du ventilateur.

Certains fabricants fournissent des courbes de slection en pression totale, dans ces cas-l vous devez retirer la pression dynamique en sortie de ventilateur pour connatre la pression statique disponible.

Voir aussi page web : Calcul ventilateur

Rseaux d'air pressuriss (voir programme AeroGazBis)

Si on veut vhiculer de l'air sous pression ventuellement sous des tempratures leves, il est prfrable d'utiliser le programme AeroGazBis.

La perte de charge d l'coulement du gaz comme l'air par exemple s'accompagne d'une expansion qui se traduit par une augmentation du dbit (c'est dire de la vitesse), une diminution de la masse volumique et une augmentation de la viscosit dynamique.

Le programme AeroGazBis prend en compte tous ces lments. Cette contrainte oblige effectuer le calcul en partant du point d'origine. Les lments du rseau sont introduits au fur mesure de la distribution du gaz jusqu'au point le plus loign.


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Editeur des coefficients de perte de charge

Voir thmatique : Calcul des pertes de charges singulires sur rseaux hydrauliques

Il est prvu dans le programme 2 procdures d'appel places sur la barre du menu personnalis servant connatre la valeur du coefficient K.

1/ - Module d'imputation automatique directe sur la feuille de travail de la dsignation et de la valeur du coefficient K

Le programme AeroDuct dispose d'un certains nombres de modules de perte de charge "k" valeurs fixes qui sont dj intgrs. Vous cliquez dans un menu droulant et ensuite sur l'lment que vous souhaitez introduire et l'imputation se fait automatiquement dans la feuille de travail (Dsignation + valeur k) sur la ligne o tait situe initialement la cellule active. Vous pouvez bien sr modifier la valeur k si ncessaire.

2/ - Module de visualisation des coefficients de perte de charge selon la forme de la gaine.


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Dans ce cas l, c'est vous de tapez au clavier la dsignation et l'imputation da la valeur k.

Calculateur d'valuation d'un module de perte de charge

Il est possible de connatre la valeur du module de perte de charge (coefficient K) en fonction de la perte de charge (lue sur un abaque)

Voir thmatique : Calcul des pertes de charges singulires

et aussi : Calcul des pertes de charges accessoires


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Gaines oblongues

Voir thmatique : Calcul du diamtre hydraulique

Un module intgr dans AroDuct permet d'intgrer directement dans la feuille de calcul des dimensions standard de gaines oblongues.

Nature des matriaux

Un conduit selon le type de matriau utilis se traduit par un indice de rugosit spcifique permettant d'tablir le facteur de frottement.

Consultez la thmatique : Calcul des pertes de charges linaires

Le programme permet de slectionner le matriau de base qui sera employ en gnral dans le rseau araulique et ventuellement de l'associer des conduits de nature diffrente (installations htroclites).


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Moteur ventilateur

La puissance motorise peut tre value en fonction des lments arauliques tels que la perte de charge, le dbit d'air vhicul, le rendement du ventilateur, etc.

Consultez la thmatique : Calcul moteur de ventilateur


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Pour un dbit d'air de 30000 m3/h avec une perte de charge statique du rseau araulique de 420 Pa et une vitesse d'air en sortie sur l'ouie du ventilateur, on aura :

une pression dynamique du ventilateur de 48,6 Pa une pression totale du ventilateur de 468,6 Pa (420 + 48,6) l'nergie utile absorbe sur l'arbre moteur est de 7,231 kWh.

La puissance nominale du moteur doit tre suprieure ou gale cette valeur. Les puissances moteurs sont normalises.

Le dimensionnement de l'installation lectrique sera effectu avec :

une puissance nominale moteur de 7,5 kW.


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une puissance lectrique apparente disponible de 10,62 kVA (Kilo Volt Ampre par heure) en Tri 400 V + terre

un cble d'alimentation dtermin sur la base d'un courant lectrique de 15,33 A.

Dans le cas prsent le moteur ne fonctionnera pas pleine charge, il fonctionnera 96,42 % de sa puissance nominale.

La consommation relle d'nergie lectrique sera de 10,24 kWh. C'est cette valeur qui sera utilise si l'on veut effectuer un bilan annuel de consommation d'nergie lectrique.

Cela est bien entendu q'une valuation (les rendements des ventilateurs varient selon les fabricants), mais ces donnes seront trs utiles lors d'un avant projet ou d'une estimation de prix.

Pour les rendements, consultez la thmatique : Calcul moteur de ventilateur


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Exemple de calcul d'un rseau araulique

Le calcul s'effectue en fonction du circuit le plus dfavorable en considrant que la perte de charge soit homogne sur l'ensemble des gaines.

Dans le cas prsent 3 possibilits existent

1 - Rseau principal de A I + I L 2 - Rseau principal de A I + I C 3 - Rseau principal de A I + I S

De toute vidence le cas N1 s'impose.

L'installation assure l'amene d'air neuf hyginique. Cette installation fonctionne galement en t (Temprature de rfrence 30C). Etant donn qu'il n'y a pas de batterie froide sur le groupe d'introduction d'air neuf, le calcul de perte de charge sera effectu sur la base de 30C.

Les dbits d'air neuf par exemple indiqus dans les normes sont tablis gnralement sur une masse de 1,2 kg/m3 (soit l'quivalent une temprature de 20C - 40% hr)

Le programme Aeroduct plac sur ce site permet d'effectuer ce calcul de perte de charge en prenant en compte les lments suivants.


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L'altitude concernant le site de l'installation est de 80 m Il est considr que le rseau d'air n'est pas parfaitement tanche (5% de fuite d'air) Les dbits d'air de base en rfrence qui transitent dans les gaines sont 20C. Temprature maximale de transit d'air dfinie 30C.

Les valeurs des pertes de charge des accessoires, tels que filtre, diffuseur, grilles, etc., sont indiques dans les catalogues des diffrents constructeurs.

Dans certains cas les constructeurs fournissent des abaques pour connatre la perte de charge d'un filtre en fonction du dbit d'air et du type de filtre.

Dans le programme de calcul tel que AeroDuct, il y a un module de calcul complmentaire qui vous permet partir d'une perte de charge donne en fonction d'un dbit d'air, d'tablir un module de perte de charge quivalent.

Avec un module de perte charge, vous pouvez comme par exemple pour un filtre connatre la perte de charge quivalente pour un dbit d'air diffrent. Le calcul se fait comme pour un accessoire quelconque.


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Calculs complmentaires

Le calcul peut tre galement effectu pour les autres cas, la diffrence de pression sera absorbe par l'intermdiaire de registres d'air insrs sur les dviations.

Dans l'hypothse ou l'installation devait fonctionner temprature constante, c'est dire 20C, la perte de charge serait de 218.04 Pa, soit un cart de 3,73 Pa (soit environ 1%)

Vitesses d'air maximales prconises

Installations types

Vitesses d'air admises selon types de locaux, gaines et bouches de soufflage.

Dsignations locaux

Type de gaine de distribution

Vitesse gaines en

m/sec.

Bouches de sol

Bouches de plinthe

Bouches de plafond

Rsidences Principale,

secondaire et reprise

3,5 4,0 0,8 1,5 1,2 1,6 ******

Bureaux Principale,


3,5 4,0 2,0 3,0 1,0 1,6 1,5 2,5 2,5 3,5

Spectacles Principale,


3,0 4,0 ****** ****** 2,5 3,5

Ecoles Principale,


3,5 4,5 ****** 2,2 3,0 3,0 4,0

Btiments publics

Principale, secondaire et

reprise 3,0 4,5 ****** 3,0 3,5 3,5 4,0

Restaurants Principale,


3,0 4,0 1,5 2,0 3,0 3,5 3,0 4,0

Ateliers bruyants

Gros dbit, secondaire et

reprise

10 14 6 8 4 6

****** ****** 5,0 7,0

Ateliers calmes Dbit moy., 6 7 ****** 4 6 3 5


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5 6 4 6

Installations "basse pression" (Vitesse maxi 8 10 m/s)

Dbit de transit dans les gaines Vitesse maxi - Dbit maxi < 300 [m/h] 2.5 [m/s] - Dbit maxi < 1 000 [m/h] 3 [m/s] - Dbit maxi < 2 000 [m/h] 4 [m/s] - Dbit maxi < 4 000 [m/h] 5 [m/s] - Dbit maxi < 10 000 [m/h] 6 [m/s] - Dbit maxi > 10 000 [m/h] 7 [m/s]

Dans le programme Aeroduct les vitesses d'air suprieures aux valeurs silencieuses prconises dans les installations basse pression sont signales par un affichage en jaune de la cellule concerne.

Installations "haute pression" (vitesses d'air > 10 m/s) - Ejecto-convecteurs, dbits variables, Etc.

Dbit dans les rseaux de gaines Trmies Circulations Locaux intrieurs - 100000 70000 (m3/h) 30 m/s - 70000 40000 (m3/h) 25 m/s - 40000 25000 (m3/h) 22 m/s 20 m/s - 25000 17000 (m3/h) 20 m/s 17 m/s 16 m/s - 17000 10000 (m3/h) 17 m/s 15 m/s 14 m/s - 10000 5000 (m3/h) 15 m/s 12 m/s 12 m/s - 5000 2000 (m3/h) 12 m/s 10 m/s 10 m/s - infrieur 2000 (m3/h) 10 m/s 10 m/s 10 m/s - Clapet coupe-feu 10 m/s 10 m/s 10 m/s

Il est recommand de partir dans les gaines principales une vitesse de 20 22 m/s. Les gaines principales et secondaires sont gnralement calcules sur une base de 8.5 Pa

/ m. Les botes sont slectionnes sur la base du niveau sonore admissible lorsque la pression

l'entre des botes est de 750 Pa. La rduction de vitesse peut provoquer un regain de vitesse.

Systme "doubles tubes" (moyenne ou haute pression)


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Le circuit des gaines d'air froid est calcul pour 100% du dbit requis. Par contre, pour le rseau de gaines d'air chaud, on admet 50% 75% du dbit d'air froid

selon les charges thermiques. L'cart entre la temprature des locaux en t et celle de l'air dans la gaine d'air froid est

de 10 13C. En ETE, la temprature de l'air chaud dans la gaine est maintenue au moins + de 3C

au-dessus de la temprature moyenne de l'air de reprise d'air.

La vitesse de l'air dans les conduits ne peut dpasser une certaine valeur. Il en rsulte une section minimale des conduits en dessous de laquelle il est dconseill de descendre pour des raisons suivantes :

Augmentation du bruit de bruissement de l'air dans les conduits droits et surtout au niveau des dviations.

Augmentation des pertes de charge et de l'nergie consomme par le ventilateur.

Exemple : une diminution de moiti de la section double la vitesse de l'air, augmente les pertes de charge et donc la puissance absorbe par le ventilateur par un facteur 4.

Un circuit dont la vitesse de l'air au niveau des conduits est semblable la vitesse de l'air au niveau des bouches est trs sensible l'ouverture et la fermeture de celles-ci.

Pertes de charge quipements divers


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Calcul perte de charge accessoire

Les valeurs des pertes de charge des accessoires, tels que filtre, diffuseur, grilles, etc., sont indiques dans les catalogues des diffrents constructeurs.

Dans certains cas les constructeurs fournissent des abaques pour connatre la perte de charge de l'accessoire en fonction du dbit d'air.

Prenons par exemple le cas de 2 clapets coupe-feu

Clapet coupe-feu CVI125 - dbit 100 m3/h - Perte de charge 1,3 mmCE Clapet coupe-feu CPF150 - dbit 100 m3/h - Perte de charge 0,9 mmCE

Avec un module de perte charge, vous pouvez comme par exemple pour un clapet coupe-feu connatre la perte de charge quivalente pour un dbit d'air diffrent. Le calcul se fait comme pour un accessoire quelconque.

Dans le programme de calcul Aeroduc, il y a un module de calcul complmentaire qui vous permet partir d'une perte de charge donne en fonction d'un dbit d'air, d'tablir un module de perte de charge quivalent.

Voir aussi les programmes suivants (HydroTherm - HydroExcel - ThermoVapor - AeroGaz - ThermGaz)

CCF - CVI125 CCF - CPF150


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Les modules de perte de charge, sont :

Clapet coupe-feu CVI125 - K = 4,147 Clapet coupe-feu CPF150 - K = 5,95

Si nous introduisons ces coefficients K dans la feuille de calcul AeroDuct, les pertes de charge seront calcules automatiquement pour des dbits d'air diffrents.

Si vous comparez les pertes de charge unitaire de ce tableau par rapport au diagramme de perte de charge ci-dessus fournis par le fabricant de clapet coupe-feu, les pertes de charge sont similaires.

Ceci peut tre utile, car trs souvent les fabricants d'accessoires ne fournissent par de diagramme mais une perte de charge pour le dbit nominal.

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