Qu'est-ce qu'est la perte de charge ?

Perte de charge ?

Définition et histoire

La perte de charge correspond à une différence de pression entre deux points.

L’unité de la pression est le pascal (Pa) en l’honneur de Blaise Pascal qui avait participé à la découverte de la pression atmosphérique de l’air avec sa célèbre expérience du Puy de Dôme. Le Pa est l’équivalent du N/m² (newton par mètre carré) et représente une force d’un newton qui s'exerce perpendiculairement sur un mètre carré de surface. C’est une très petite valeur de pression, elle est peu adaptée à la météorologie où on lui préfère le bar (10⁵ Pa).

Elle reste néanmoins assez adaptée à la quantification de la perte de charge en ventilation.

La perte de charge dans un réseau de ventilation correspond à la perte de la pression délivrée par un ventilateur dans un réseau de gaine par frottement de l’air sur les rugosités des parois ou lors de la rencontre d’obstacles (accidents).

Cette perte de charge peut être mesurée entre deux parties du réseau et correspond à la différence de pression totale entre ces deux points.

La pression de départ est générée par le ventilateur et est dépendante de sa puissance.

Pression ΔP (Pa) en fonction du débit d’air (m³/h)

Les lignes correspondent aux différentes vitesses d’un ventilateur de gaine, plus le débit est élevé moins il reste de pression disponible pour compenser les pertes de charge du réseau. Sur cet exemple, la pression ΔP est, à priori, la pression totale générée par le ventilateur. D’autres diagrammes peuvent donner en ordonnée la pression statique. Avec P totale = P dynamique + P statique. Il est important de les distinguer quand on dimensionne un ventilateur pour un réseau CVC (Chauffage, Ventilation, Climatisation).

Il existe deux types de pertes de charges :

- les pertes de charges linéaires correspondent au frottement des molécules d’air sur les parois des conduits, elles dépendent principalement de la rugosité des matériaux,

- les pertes de charges singulières sont générées par des accidents de parcours provoquant une perturbation de l’écoulement de l’air (coudes, réductions, té, par exemple).

Quelques exemples :

On peut observer ce phénomène dans la vie courante.

L’aspirateur bouché :

Un aspirateur bouché n’est plus efficace. Le bouchon crée un accident générant une telle perte de charge que l’air n’est plus aspiré au niveau de la buse de l’aspirateur. Un sac aspirateur trop rempli va également générer une perte de charge car en plus du rôle de sac de récupération, il a un rôle de filtre protégeant le moteur. Une fois le sac rempli, les pores du sac vont être de plus en plus saturés et l’air aura de plus en plus de mal à passer, la pression au niveau de la buse va baisser et l’aspiration va perdre en efficacité.

La ventilation en habitat collectif, bruyante ? :

N’avez-vous jamais entendu quelqu’un se plaindre du bruit de la bouche de ventilation dans son appartement ? C’est un problème courant. Ça vous est peut être déjà arrivé.

Pourtant, ces systèmes de ventilation sont dimensionnés selon des normes puis contrôlés à la mise en service pour un fonctionnement normalement optimal.

Les problèmes peuvent pourtant rapidement arriver. L’extracteur étant situé sur le toit, il doit extraire l’air vicié de la cuisine de l’appartement du rez-de-chaussée (bouche défavorisée = bouche la plus éloignée). Cette gaine amènera la pression la plus faible du réseau car entre le ventilateur et la bouche, il y a le maximum de pertes de charges linéaires et singulières. Toutes les autres bouches des étages supérieurs auront des pressions plus élevées au fur à mesure que le trajet sera plus court.

La première bouche, de notre exemple d’immeuble, aura le maximum de pression et donc un bruit rayonné supérieur. A noter que ce bruit restera dans les normes si l'installation est déclarée conforme. Les colonnes de ventilation d’immeuble peuvent également être équipées de régulateurs de débit pour limiter la pression sur les bouches proches de l’extracteur. Tout comme votre ventilation résidentielle.

Imaginons une histoire. Le locataire du dernier étage de notre immeuble accueille des amis qui restent dormir sur le canapé du salon. L’un deux s'inquiète : comment pourra t’il dormir cette nuit avec ce bruit?

- Je trouve que ta ventilation fait beaucoup de bruit.

- Oui, c’est vrai, je ne m’en étais jamais rendu compte.

- On pourrait la boucher pour cette nuit ? Tu sais en plus ça coûte cher en chauffage tout cet air chaud qui s’en va, tu ferais des économies.

La bouche est bouchée avec un linge. En effet plus de bruit du tout.

Quels impacts ?

Oui, il pourrait faire des économies de chauffage car la ventilation représente en moyenne 20% des déperditions d’un logement, mais à quel prix ? Déjà l’appartement ne sera plus ventilé correctement car la bouche principale de cuisine ne fonctionne plus. Il y a un risque important de pollution de l’air intérieur. Composés organiques volatils issus des matériaux de construction, des meubles, C0₂ expiré par les occupants, humidité, radon et polluants atmosphériques resteront plus longtemps dans l’air intérieur, si les fenêtres ne sont pas ouvertes très régulièrement pour compenser.

De plus, si l’air est plus humide, il sera plus coûteux à chauffer.

Pour la colonne de ventilation, le linge au niveau de la bouche agit comme un bouchon. L’extracteur n’est pas réglé pour compenser et va fonctionner avec la même pression qu’auparavant. La pression va donc augmenter au niveau des autres bouches de l’immeuble et des habitants qui n’étaient pas gênés par le bruit auparavant et pourraient désormais ressentir de l’inconfort.

A leur tour, ils pourraient neutraliser leur ventilation, reportant l’excédent de pression sur les autres appartements.

A gauche, l’immeuble à la construction, le dernier étage a un bruit légèrement supérieur aux autres appartements des étages inférieurs. A droite le syndrome commence à s’installer, les deux appartements des étages supérieurs ont bouché leur ventilation. La pression s’est répartie sur les autres bouches et le bruit a augmenté. D’autres locataires pourraient boucher leur ventilation.

Perturbations sur la ventilation en collectif, à gauche état de la ventilation à la livraison, à droite avec des bouches neutralisées

Calculer les pertes de charges d’un réseau de ventilation ?

Pour calculer les pertes de charges linéaires dans un réseau de gaine, il faut connaître certaines caractéristiques d’un réseau :

- Le débit souhaité aux bouches Q en m3/h,

- la section des conduits D en mm,

- le type de gaine permettant d’obtenir le facteur k,

- la longueur du conduit L en m,

soitΔP = k ✖ (Q^1,9/D⁵) ✖ L

Il s’agit de la version simplifiée de l’équation de Colebrook décrite dans le DTU 68.3.

Pour calculer les pertes de charges singulières, il faut connaître les mêmes données que pour les pertes de charges linéaires avec en plus le facteur ζ caractéristique de chaque type de perte de charges singulière.

soit ΔP = ζ ✖ 75000 ✖ (Q²/D⁴)

Extrait DTU 68.3 sur la perte de charge singulière pour les élargissements / rétrécissements brusques

Pourquoi calculer la perte de charge d’un réseau de ventilation ?

Le calcul de la perte de charge d’un réseau de ventilation est nécessaire dans deux cas :

- Choisir ou vérifier la compatibilité d’un ventilateur pour un réseau de soufflage ou d’extraction

- Équilibrer un réseau.

Pour vérifier la compatibilité d’un ventilateur avec un réseau de gaine comportant un certain nombre de bouche de soufflage par exemple, il faudra définir :

- La perte de charge du réseau de la grille extérieure jusqu’à la bouche la plus éloignée (bouche défavorisée) en Pa

- Le débit total en m3/h nécessaire à la ventilation du bâtiment majoré du taux de fuite (en France fixé à 12%, sauf exceptions).

Exemple d’une maison individuelle (T4), Plan :

Tableau de calcul selon DTU 68.3 :

Courbe Débit /pression ventilateur (Sentinel KIN-B-L VENTILAIR):

Le ventilateur est validé avec 50% de marge (perte de charge + pression dynamique ventilateur + 50% de marge).

La marge permet de compenser les coudes imprévus et les malfaçons lors de l’installation. Il est déconseillé de sélectionner un ventilateur qui ne permet pas de prendre de marge.

Il est essentiel de prévoir un pré dimensionnement lors de l’installation d’un système de ventilation. Il est maintenant obligatoire dans le neuf pour l’habitat collectif mais aussi l’individuel avec la norme RE2020. N’hésitez pas à commander nos aides au dimensionnement ou étude simple et double flux pour vous aider dans votre installation de ventilation.

Ici tous nos services d'aide au dimensionnement et d'étude.

Etude et dimentionnement VMC - Econology.fr

Ici pour une étude de vmc simple flux :

Etude VMC Simple Flux RE2020

Ici pour une étude de vmc double flux

Etude VMC Double Flux RE2020