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Chauffage et refroidissement des halls de grande hauteur

Par Francis BRUNN - Société HOVAL - Février 2018

LA PROBLEMATIQUE

halls de grande hauteur

La plupart des installations que l’on appelle « halls de grande hauteur » sont des bâtiments industriels ou logistiques, constitués d’un seul étage, avec des allées, des aires de manutention et/ou des zones de travail ; la hauteur sous plafond est souvent de 6 mètres, voire beaucoup plus! Or, le choix d’un système de CVC pour un bâtiment de grande hauteur est en enjeu technique et économique important, car il doit permettre de limiter les coûts d'exploitation, d'entretien et de maintenance.

La réponse d’Hoval à ces besoins légitimes ? Les systèmes de ventilation décentralisés, sans gaine d’air. Une alternative intéressante aux centrales de traitement d’air. Présentation.

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

Systèmes de ventilation décentralisés pour le chauffage des halls de grande hauteur

L'efficacité des systèmes de chauffage par air dépend avant tout de la diffusion de l'air, car la température de mélange est déterminée principalement par le flux d'air ascendant. En cas d'inefficacité des installations, il se forme une grande stratification de température, qui entraîne des conditions insatisfaisantes dans la zone d'occupation et un excès de consommation d'énergie. L'objectif est donc de réaliser une répartition régulière de la température sur toute la hauteur de stockage.

Une analyse des différents systèmes de chauffage par air démontre que les installations les plus efficaces sont celles qui envoient l'air directement du haut vers le bas dans la zone d'occupation. Trois diffuseurs d'air sont donc analysés ici en détail, à savoir :

  • Buse à grande vitesse
  • Diffuseur radial
  • Diffuseur breveté Hoval Air-Injector (diffuseur à pulsion giratoire)
Diffusion d'air dans un hall logistique<

Fig. 2 : Diffusion d'air dans un hall logistique

Une disposition typique des rayonnages dans les centres de logistique et la diffusion d'air selon les principes évoqués ci-dessus, est représentée en figure 2.

Dans les bâtiments de stockage, les rayonnages déforment le flux d'air. Il en résulte deux effets aérodynamiques: d'une part, la portée de l'air dans une direction augmente de par les barrières et, d'autre part, parce que la vitesse de l'air et la pression de l'air sur les rayonnages augmentent, la résistance de l'air augmente également. Les impacts de ces effets sur la circulation de l'air sont très différents et dépendent de la nature du diffuseur et de la structure des rayonnages, et notamment de son taux de remplissage.

Les forces de gravité, qui sont engendrées en raison de la différence de densité entre l'air pulsé et l'air environnant, influencent également le flux d'air et la circulation de l'air dans l'espace. Dans le cas d'une introduction verticale de l'air, le flux d'air est ralenti si les forces de gravité des forces d'inertie doivent être contrées, alors que sa portée est augmentée si ces forces sont dans le même sens.

Diffuseur à pulsion giratoire Hoval Air-Injector : pour une ventilation efficace et économique des halls de grande hauteur

La caractéristique de ce diffuseur est une forte induction, qui est nécessaire pour le chauffage efficace d'un hall de stockage de grande hauteur. Il est intégré à un système de chauffage décentralisé, qui alimente les différentes zones du bâtiment à partir de plusieurs appareils de ventilation. Les appareils de ventilation sont montés sous le plafond et insufflent l'air du haut vers le bas dans l'espace, le tout sans nécessiter de gaines d’aération !

Les appareils sont composés de deux éléments: l'élément de chauffe (avec ventilateur et échangeur de chaleur) et le diffuseur à pulsion giratoire Air-Injector (Fig. 3).

Le diffuseur d'air est constitué de deux éléments qui agissent de façon contraire sur la formation du flux d'air : - la combinaison entre un élément de déviation et la buse, permettant la formation d'un flux d'air disposant d'une portée maximale,
- un dispositif avec aubes, permettant de donner une rotation au flux d'air et ainsi d’augmenter l'angle du flux d'air (induction).
Le diffuseur Air-Injector fonctionne selon le principe suivant : le flux d'air est dévié en amont par un corps circulaire, puis passe le long des aubes directrices et est pulsé dans le hall par l'intermédiaire de la buse d'éjection circulaire. Le corps circulaire en amont est important car il assure la forte induction à la source du flux d'air. Cela entraîne la formation d'un long jet d'air compact en début de flux.

L'angle du flux d'air est ici proche de 0° (contrairement au diffuseur à buse à grande vitesse dont l'angle caractéristique est de 11°).

Vue en coupe d'un appareil décentralisé avec diffuseur  Air-Injector

Fig. 3 : Vue en coupe d'un appareil décentralisé avec diffuseur Air-Injector

Les aubes donnent une giration au flux d'air, en fonction de l'angle de giration α, mais qui reste en début de flux pratiquement inefficace à cause de la dépression.

Plus le flux d'air s'éloigne de la buse, plus l'influence de la dépression diminue, et c'est uniquement la giration qui entraîne le flux d'air par induction. La forme du flux d'air ressemble à un champignon inversé avec une tige fine et un énorme chapeau. De cette manière, une grande surface au sol peut être ventilée à une grande distance par rapport à la buse.

LES SOLUTIONS PRODUITS

La réflexion, renforcée par la littérature spécialisée et l'expérience montre que les appareils de chauffage décentralisés représentent pour les bâtiments de grande hauteur le meilleur système de chauffage.

Concrètement, les avantages sont les suivants

  • Répartition uniforme de la température en raison d'une distribution d'air optimale. Le gradient de température vertical n'est que de 0,1 à 0,15 K/m. Cela garantit une utilisation optimale de l'énergie pour le chauffage de la zone d'occupation et une réduction des déperditions énergétiques par la toiture. En résultent des économies d’énergie et un gain de confort.
  • Nombre minimum d'appareil, et donc investissement réduit, grâce à une grande surface ventilée par appareil.
  • Fonction déstratification de l’air incluse, donc pas besoin d’investir dans les déstratificateurs.
  • Pas de gaines d'air de pulsion ou d'extraction. Donc gain de place, mais aussi air pulsé plus sain.
  • Une nouvelle régulation qui permet d’exploiter pleinement tout le potentiel des appareils décentralisés. Les appareils de ventilation fonctionnant suivant les mêmes conditions sont regroupés dans une même zone de régulation. Toutefois, chaque appareil de climatisation est réglé de manière individuelle par un régulateur autonome

Installations références
Les nombreuses applications des diffuseurs à pulsion giratoire confirment leur très bonne rentabilité et permettent la recommandation de ce type de solutions pour les systèmes de chauffage de l'air dans tous les bâtiments de grande hauteur, et plus particulièrement les halls de fabrication, les halls de stockage, les hangars aéronautiques, les halls de maintenance, les centres commerciaux, les halls sportifs, les piscines, les halls d'exposition, les salles polyvalentes, les concessions automobiles, etc.

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