Les principes de base de la conception des conduits, partie 1
Lorsqu’il s’agit de chauffer et de refroidir les maisons, la distribution d’air pulsé est reine. Oui, mon ami canadien Robert Bean de Healthy Heating pousse le radiant pour le chauffage et le refroidissement, et mon ami texan Kristof Irwin a bu ce koolaid et a installé ce qui pourrait être le premier système de refroidissement par rayonnement au Texas. Cependant, même si les systèmes de distribution radiants prennent le dessus, nous aurons toujours besoin de systèmes de conduits d’air forcé. Pourquoi ? Parce que nous avons toujours besoin de déplacer l’air pour la ventilation et, dans les climats humides comme le sud-est des États-Unis, pour la déshumidification.
Donc, si nous devons déplacer l’air à travers des conduits, nous devons comprendre la physique de l’air et comment nous lui faisons faire nos enchères. Dans cette série d’articles, je vais vous faire découvrir ces choses. Aujourd’hui, je commencerai par ce que vous faites dans le processus de conception HVAC avant d’arriver à la phase de conception des gaines (Manuel D), ainsi que la physique du flux d’air lorsqu’il est limité par des gaines. Je poursuivrai avec des articles sur le processus que nous utilisons pour concevoir des systèmes de conduits, notamment la pression statique disponible, la longueur équivalente et le choix des raccords.
Prête ?
Avant la conception des conduits
La conception d’un système de conduits est importante, mais il y a quelques étapes critiques qui viennent en premier. La première est le calcul de la charge de chauffage et de refroidissement à l’aide d’un protocole comme le Manual J* de l’ACCA ou le Handbook of Fundamentals de l’ASHRAE.* Vous devez savoir combien de chauffage et de refroidissement vous avez besoin pour chaque pièce (en BTU/h). Ensuite, ces besoins en BTU/heure se traduisent immédiatement par des besoins en débit d’air pièce par pièce en pieds cubes par minute (cfm). Cela se fait automatiquement dans le logiciel que nous utilisons (RightSuite Universal de WrightSoft).
Une fois que vous connaissez les chiffres en BTU/hr et en cfm pour le bâtiment, vous devez sélectionner les bons équipements de chauffage et de refroidissement. Le protocole Manual S* de l’ACCA vous aide à le faire. Il ne s’agit pas seulement de trouver un équipement qui répond aux charges totales de chauffage et de refroidissement de la maison. Vous devez vous assurer que vous ajustez les conditions de conception intérieures et extérieures de la maison. Idéalement, vous avez les tableaux de données de performance du fabricant pour vous aider à bien faire les choses.
Alors, vous êtes prêt à commencer à concevoir le système de conduits.
Le poids de l’air
La première chose que vous devez savoir est que l’air a un poids. David Hill a donné deux excellentes présentations sur la conception des conduits au Building Science Summer Camp et c’est son point de départ. (Voir l’excellent résumé de Michael Chandler de la présentation de Hill au Summer Camp 2011 sur Green Building Advisor). Sur la photo ci-dessous, Hill tient un bloc d’un pied cube, qui, selon lui, pèserait près de 0,1 livre s’il s’agissait d’air. Le chiffre réel est de 0,0807 lb à température et pression standard.
Si vous avez un climatiseur de 2,5 tonnes, le débit d’air nominal serait de 1 000 pcm. (La règle ici est de 400 cfm par tonne.) Cela signifie que le ventilateur doit pousser environ 81 livres d’air à travers le système chaque minute. Il faut du travail pour déplacer un poids.
En fait, si vous vous souvenez de votre cours d’introduction à la physique, vous savez que ce n’est pas tout à fait vrai. Vous pouvez déplacer un poids gratuitement si vous le déplacez horizontalement et sans aucune sorte de résistance. Il faut du travail pour le déplacer vers le haut contre la gravité ou pour le pousser dans n’importe quelle direction contre la friction. Et cela nous amène à…
La physique du flux d’air
Si vous prenez un ventilateur dans votre cour par temps calme et que vous l’allumez, vous obtiendrez son flux d’air maximal. Si vous prenez ce même ventilateur et soufflez l’air dans un tube en carton, il doit travailler contre la pression qui s’accumule dans cet espace. Plus vous réduisez la taille de ce tube, plus vous l’allongez ou plus vous faites tourner l’air avec lui, plus la pression statique s’accumule. Et plus le débit d’air est réduit.
C’est le principe de base avec lequel vous devez travailler dans la conception des conduits. J’ai écrit précédemment sur les deux facteurs impliqués dans la réduction du débit d’air dans les conduits. Le premier est la friction. Lorsque l’air se déplace dans un conduit, il interagit avec les surfaces. Plus la surface intérieure est lisse, mieux c’est pour la circulation de l’air. Plus la surface est rugueuse, plus elle ralentit l’air.
Le deuxième facteur est la turbulence. Cela se produit généralement lorsque vous déplacez l’air à travers des raccords, ou lorsque vous tournez l’air. Avec un conduit rigide, vous tournez l’air avec des raccords, mais ce n’est malheureusement pas toujours le cas avec un conduit flexible.
Lorsque l’air sort de la centrale de traitement d’air, plusieurs choses lui arrivent. Il est envoyé dans les différentes pièces de la maison. Lorsqu’il circule dans un système de conduits en troncs et branches, la quantité ne cesse de diminuer parce qu’une partie est détournée dans chaque branche en chemin vers la fin.
Chaque section de conduit, chaque raccord, chaque tour d’air ajoute une résistance à ce flux d’air en raison de la friction et des turbulences. Les grilles et les registres, les filtres et les clapets d’équilibrage ajoutent également de la résistance. Cette résistance se traduit par des diminutions de la pression statique, ou des chutes de pression.
Donc, nous commençons au niveau du souffleur avec une pression élevée. Au moment où l’air sort des bouches d’alimentation, cette pression est tombée à zéro (par rapport à la pression ambiante).
La prochaine étape du processus de conception des conduits
Dans le prochain article, je parlerai davantage de ces chutes de pression et de la façon dont elles déterminent la pression statique disponible, qui conduit ensuite à la longueur effective totale de notre système de conduits. Vous pouvez accéder aux autres articles de la série avec les liens ci-dessous.
Achetez les manuels de l’ACCA sur Amazon*
Autres articles de la série Conception de conduits :
Conception des conduits 2 – Pression statique disponible
Conception des conduits 3 – Longueur effective totale
Conception des conduits 4 – Calcul du taux de frottement
Conception des conduits 5 – Dimensionnement des conduits
Les 2 principales causes de réduction du débit d’air dans les conduits
.
Ne tuez pas votre débit d’air avec cette maladie des conduits flexibles
La science du Sag – Conduit flexible et débit d’air
Le secret pour déplacer l’air efficacement dans votre système de conduits – mon article sur la présentation du camp d’été 2015 de David Hill sur les conduits ovales
.