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 Solution technique

Mesure des débits d’air


Depuis la RT 2012, la maîtrise des débits d’air de ventilation dans les bâtiments est plus importante que jamais. En effet, les erreurs sont lourdes de conséquences puisqu’elles peuvent entraîner soit une mauvaise qualité de l’air intérieur, soit une surconsommation énergétique inutile.

 

Les différentes méthodes

Calcul de débit par mesure des pressions
fp29 sol tech-1Les instruments de mesure de pression (1) (par rapport au vide, à la pression atmosphérique ou à un différentiel entre deux pressions) sont :
̶- les systèmes fondamentaux utilisant les lois de la physique et de la mécanique (le manomètre à dénivellation de liquide et la balance de pression) et les instruments à élément sensible, flexible qui se déforme sous l’effet de la pression (manomètres mécaniques et électriques). Ces derniers sont sensibles aux variations de température et aux surpressions ;
- L’exactitude des instruments de mesure de pression est souvent exprimée en valeur relative. Il est alors important de savoir s’il s’agit d’une valeur relative par rapport à la valeur mesurée (notée VL pour valeur lue, VM pour valeur mesurée) ou par rapport à la pleine échelle (PE pour pleine échelle). En effet, un instrument possédant une exactitude exprimée en pourcentage de la valeur mesurée a des performances métrologiques plus intéressantes qu’un instrument dont l’exactitude est exprimée en pourcentage de la pleine échelle.

Calcul de débit par mesure des vitesses
Les instruments pouvant être utilisés sont :
- les anémomètres à sonde de pression ou tubes de Pitot. Il s’agit d’appareils tubulaires constitués d’une antenne cylindrique percée de deux séries d’orifices. La première, positionnée autour de la circonférence de l’antenne, permet la mesure de la pression statique dans l’écoulement. La seconde est positionnée à l’extrémité de l’antenne, face à l’écoulement, et constituée d’un orifice unique. Elle permet de mesurer la pression totale. La mesure de la différence entre ces deux pressions (réalisée à l’aide d’un capteur de pression différentielle) permet de remonter à l’information sur la vitesse de l’écoulement ;
- les anémomètres thermiques ou dits à fil chaud. Il s’agit de mesurer la puissance électrique nécessaire pour maintenir à température un élément sensible chauffé par effet joule et positionné dans l’écoulement. L’élément sensible dont la température est supérieure à la température de l’écoulement échange avec ce dernier par conduction, rayonnement et surtout par la convection.
Ils sont bien adaptés aux faibles vitesses d’air, dans une gamme de température comprise entre 10 et 40 °C.
Attention : ils ne permettent pas de connaître le sens du flux d’air ;
- les anémomètres à moulinet ou à hélice sont souvent utilisés pour réaliser des mesures au niveau de grilles de ventilation ou de désenfumage. La vitesse de rotation de l’hélice est sensiblement proportionnelle à celle de l’écoulement et est détectée sans contact, optiquement ou électriquement.

Calcul de débit par mesure directe des débits
Les instruments pouvant être utilisés sont :
- les cônes de mesure de débit qui sont constitués d’un anémomètre thermique (fil chaud) ou à moulinet et d’un cône qui peut présenter différentes formes à adapter sur des bouches de petites dimensions ;
- les balomètres sont adaptés aux bouches de plus grandes dimensions. Ils sont constitués d’une hotte en matériau synthétique souple permettant de canaliser le flux d’air entre le diffuseur et la section de mesure. Un réseau de prises de pression différentielle (principe de mesure du tube de Pitot) ou de fils chauds (anémomètre thermique) occupe la section de mesure, pour une mesure directe de débit.



Suivre les normes… 
ou pas !

Il est possible de suivre les indications des normes
(NF X 10-112, NF EN 12599 et le projet NF EN 16211), mais différentes méthodes empiriques peuvent également être employées. Pour les conduits circulaires par exemple, il est possible de prendre deux points de mesure également répartis sur deux diamètres perpendiculaires et un point de mesure au centre.




Les domaines d’application

fp29 sol tech-2Pour les conduits fermés, rigides, circulaires ou rectangulaires
La mesure se réalise par le calcul des vitesses. Il faut diviser une section de la conduite en surfaces élémentaires, puis mesurer la vitesse dans chacune de ces surfaces et réaliser une moyenne arithmétique de ces vitesses afin de déterminer la vitesse moyenne dans la section. Le débit est ensuite calculé en multipliant cette vitesse moyenne par la section de la conduite étudiée.
Il faut impérativement que la sonde soit perpendiculaire à l’axe de la conduite, déterminer le diamètre intérieur de la conduite, effectuer plusieurs points de mesure et ne pas oublier de reboucher les trous dans la conduite après mesure !

Pour les bouches d’insufflation ou d’extraction, fixes ou réglables, omni ou unidirectionnelles
Les mesures de vitesse sont réalisées à l’extérieur, au niveau de la bouche ou du diffuseur, ou en gaine, présentant un débit d’air inférieur à 200 mètres cubes par heures, à l’aide d’un anémomètre thermique équipé d’un cône de mesure ou d’un anémomètre à hélice.
Elle peut aussi être effectuée par mesure de pression à condition d’avoir le coefficient caractéristique de la bouche fourni par le fabricant. Cette méthode ne convient pas aux bouches à débit variable.

Pour les diffuseurs d’insufflation ou d’extraction, fixes ou réglables
Ces diffuseurs de grande dimension installés en collectivité, possèdent des débits allant de 100 à 1 000 mètres cubes par heure.
* La mesure peut se réaliser avec balomètre (ou hotte de mesure de débit). La hotte canalise l’air vers une section aéraulique connue dans laquelle l’élément de mesure de vitesse est placé. Un réseau de prises de pression différentielle (principe de mesure du tube de Pitot) ou de fils chauds (principe de mesure de l’anémomètre thermique) occupe la section de mesure, pour une mesure directe de débit.
* La mesure se réalise par mesure de vitesse ou mesure de pression pour les diffuseurs fixes, mais est à éviter pour les diffuseurs réglables et par déplacement. En effet, pour ces derniers, la mesure de débit est très difficile à cause du faible niveau des vitesses. On privilégiera alors la mesure de débit en conduit (voir plus haut).
Pour la mesure de vitesse, il est possible d’utiliser un anémomètre, de préférence thermique. Il faut alors augmenter le nombre de points de mesure et déporter la mesure dans le cas des diffuseurs à fentes (avec un cadre de déport).
La mesure de pression peut être évaluée si le plenum du diffuseur est équipé d’une prise de pression. À partir du coefficient caractéristique de la bouche fourni par le fabricant et de la masse volumique de l’air, il est alors possible de déterminer le débit.

 

Virginie Bettati

(1) La pression P (souvent exprimée en Pascals, Pa) représente une force appliquée (F, exprimée en N) sur une surface sur laquelle s’applique la force (S, exprimée en m2). P = F/S.

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