Comment déstratifier de l’air avec des brasseurs d’air de plafond pour améliorer la qualité de l’air et faire des économies d’énergie ?
Une étude réalisée par Big Ass Fans a comparé trois scénarios différents. Découvrez les résultats dans cet article.
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Le phénomène de stratification de l’air
L’air chaud étant moins dense que l’air froid, il est plus léger et s’élève. Lorsque l’air chaud monte dans un espace et que l’air froid descend, cela crée des couches d’air et chaque couche d’air a une température différente. Cet effet est connu sous le nom de stratification.
La stratification de l’air est à l’origine de divers problèmes dans la conception et l’utilisation des systèmes CVC. Lorsque de l’air chaud est diffusé dans un espace en période de chauffage et que l’air se stratifie, l’air chaud reste au plafond au lieu d’atteindre les occupants qui ont besoin d’être réchauffés.
Un impact négatif sur la qualité de l’air et la consommation d’énergie
La stratification a un impact négatif sur le confort thermique et la qualité de l’air intérieur. De plus, la stratification peut entraîner un effet de cheminée, qui se produit lorsque l’air chaud monte et s’échappe par des fuites dans la partie supérieure du bâtiment. Cela crée une pression plus faible dans le bas du bâtiment, provoquant l’infiltration d’air froid. En conséquence, le système de chauffage fonctionne davantage et le bâtiment consomme plus d’énergie.
Comment déstratifier l’air avec les brasseurs d’air de plafond ?
La déstratification est le processus qui permet de mélanger l’air dans un espace pour combattre la stratification. Elle s’effectue principalement par l’utilisation de ventilateurs de plafond, qui font circuler l’air pour briser les couches qui se forment en raison des différences de température. Comme l’air chaud monte, les ventilateurs de plafond sont situés près de l’air chaud stagnant dans une pièce stratifiée et sont donc capables de pousser l’air chaud vers le sol, mélangeant l’air et déstratifiant l’espace.
Pour déstratifier l’air, le brasseur doit-il tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ?
La sagesse conventionnelle veut que, lorsqu’on tente de déstratifier un bâtiment en hiver, la rotation du ventilateur de plafond soit dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Avec cette méthode, l’air chaud est déplacé au niveau du plafond et le long des murs, le faisant re-circuler dans tout l’espace. Cette stratégie a été privilégiée en raison de la crainte que le fonctionnement d’un ventilateur de plafond dans le sens des aiguilles d’une montre ne crée un courant d’air et ne refroidisse les occupants.
Le constructeur américain de brasseurs d’air Big Ass Fans a mené une étude pour tester les deux méthodologies, en faisant fonctionner un ventilateur dans le sens des aiguilles d’une montre et inversement.
Les facteurs évalués étaient
- la capacité de déstratification,
- la consommation d’énergie et
- le risque de courant d’air.
L’étude a comparé trois scénarios de ventilateurs différents :
- un ventilateur Big Ass Fans Haïku de 1,5 m fonctionnant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre,
- un ventilateur de plafond résidentiel de 1,5 m d’un autre fabricant fonctionnant dans le sens des aiguilles d’une montre,
- et le même ventilateur de 1,5 m fonctionnant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Les ventilateurs ont été testés dans un espace de 6,1 m sur 6,1 m avec des hauteurs de plafond ajustées de 2,7 m, 3 m et 3,7 m.
Afin de tester la capacité de déstratification, on a chauffé la pièce et on l’a laissée se stratifier pendant 40 minutes. Après la période de stratification, le ventilateur a été mis en marche pendant 40 minutes.
La température a été enregistrée à différents endroits de la pièce pendant toute la durée du test. La température a été mesurée au sol (102 mm au-dessus du sol, à une hauteur typique en position assise et à une hauteur typique en position debout les trois hauteurs recommandées par la norme ASHRAE 2015). La température a également été mesurée à 305 mm sous le plafond.
Dans le cadre de cette étude, la déstratification a été définie comme une différence de température inférieure à 1°C entre le plafond et le niveau de l’occupant assis. La consommation d’énergie a été mesurée en enregistrant la consommation électrique de chaque ventilateur. Le tirage a été testé en faisant fonctionner le ventilateur pendant 10 minutes pour permettre au flux d’air d’atteindre des valeurs stables, puis en mesurant les vitesses d’air à différentes distances radiales du centre du ventilateur.
Les résultats de l’étude ont montré que le ventilateur Haïku de BIG ASS FANS fonctionnant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre était capable de déstratifier l’espace en utilisant des vitesses beaucoup plus lentes que les autres ventilateurs fonctionnant dans le sens inverse ou dans le sens des aiguilles d’une montre. Ainsi, le brasseur d’air Haïku a utilisé de 1/12e à 1/16e de la puissance du ventilateur concurrent pour déstratifier le volume.
De plus, aux vitesses d’air requises pour déstratifier l’espace, les zones dans lesquelles un courant d’air perceptible a été enregistré étaient beaucoup plus faibles pour le ventilateur Haïku que pour le ventilateur concurrent. Plus précisément, le ventilateur Haïku a généré une zone de courant d’air directement sous le ventilateur équivalant à 0,7 % de la surface de la pièce. En faisant fonctionner le ventilateur concurrent en sens inverse, 42 % de la surface de la pièce subissait un courant d’air perceptible. L’étude a donc conclu que faire fonctionner un ventilateur lentement, dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, est plus efficace pour la déstratification, consomme moins d’énergie et crée moins de courants d’air.
Comment choisir un ventilateur de plafond déstratificateur ?
Le ventilateur Haïku a été capable de déstratifier la pièce à une vitesse beaucoup plus faible que le ventilateur concurrent.
Cela est dû à la fois à l’efficacité de la trajectoire de l’air (sens des aiguilles d’une montre ou sens inverse) et au volume d’air déplacé par le ventilateur. Les ventilateurs sont classés en fonction du débit d’air en L/s qu’ils peuvent fournir. La valeur L/s est importante pour la déstratification car elle est liée au taux de renouvellement de l’air (ATH). Le taux de renouvellement de l’air représente le nombre de fois où le volume d’air de la pièce est renouvelé par heure par un ventilateur de plafond.
Le volume d’air est mesuré en L ; par conséquent, pour déterminer le nombre de fois où l’ air est renouvelé par heure, il faut connaître le débit d’air du ventilateur en L/s. Afin de choisir un ventilateur de plafond pour la déstratification, l’acheteur doit connaître le débit d’air en L/s, à une vitesse de fonctionnement qui minimise le risque de courant d’air. Il est également important que le ventilateur puisse fournir ce volume d’air de manière fiable. C’est pourquoi il est essentiel de disposer d’une méthode rigoureuse d’évaluation et d’essai des ventilateurs.
En conclusion, il est nécessaire de déstratifier les espaces intérieurs afin d’améliorer le confort thermique et la qualité de l’air intérieur en période de chauffage.
Les ventilateurs de plafond sont le moyen le plus courant pour éviter la stratification. L’étude réalisée par Big Ass Fans montre que le ventilateur Haïku 1,5 m sens qui tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre est le plus efficace pour déstratifier tout type d’espace fermé.
