Ventilation Naturelle industrielle
L’ingénierie de la ventilation naturelle repose sur des phénomènes précis qui peuvent être maitrisés !
EOLIOS vous apporte son expertise CFD pour améliorer le confort thermo aéraulique, extraire les polluants et optimiser la ventilation naturelle dans les industries.
- Dimensionnement des aérateurs statiques
- Conception de puits de ventilation
- Optimisation énergétique
- Amélioration du confort thermique
- Amélioration de la qualité de l'air
- Dimensionnement des systèmes de filtration
- Extraction des polluants
- Evacuation des brouillards d’eau
- Evacuation des masses d'air chaudes
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Conception de la ventilation naturelle en contexte industriel
Principe de la ventilation naturelle
Dans les installations industrielles avec d’importantes sources de chaleur, comme les usines de type verreries et sidérurgies, la ventilation naturelle utilise les gains de chaleur du processus de production lui-même pour créer une force motrice suffisante.
La ventilation d’une usine contenant des fours fonctionnant à des températures extrêmement élevées nécessaires à la production de verre est un problème technique majeur. Même les fours les mieux isolés dégagent de grandes quantités de chaleur à l’intérieur de l’installation, ce qui entraîne des gains de chaleur très élevés dans l’air intérieur.
Lignes de courant colorées par température - Verrerie
Risque d'une mauvaise gestion de la ventilation en contexte industrielle
Chaque bâtiment, notamment les verreries, se voit attribuer une température critique qui, si elle est dépassée, peut endommager la structure, en particulier le toit, où les gains de chaleur sont les plus élevés. Tout excès de chaleur qui pourrait amener la température à des niveaux critiques pouvant entrainer des déformations ou des incendies si de la graisse s’est déposée au cours du temps.
D’autre part, le confort thermique des opérateurs doit être maintenu à des seuils optimaux pour les postes de travail, ou acceptable pour les zones d’intervention temporaire (au-dessus des fours par exemple). Pour cela, l’air doit être libéré dans l’atmosphère pour assurer le bon fonctionnement continu de l’installation.
Vidéo - Isosurfaces de température - Aciérie
Dimensionnement des aérateurs statiques de ventilation naturelle
Le bon dimensionnement des aérateurs statiques est essentiel pour garantir l’efficacité de la ventilation naturelle dans un bâtiment. En effet, ces dispositifs jouent un rôle clé dans la gestion de l’air entrant et sortant, assurant ainsi une circulation d’air optimale.
Un dimensionnement incorrect peut entraîner des problèmes de surchauffe, d’humidité excessive ou de mauvaise qualité de l’air intérieur, rendant l’environnement inconfortable pour ses occupants. En fonction de la configuration du bâtiment, de son utilisation et des conditions climatiques locales, il est crucial de choisir des aérateurs adaptés en termes de taille et de positionnement.
Un bon dimensionnement permet non seulement de respecter les exigences de confort thermique et de qualité de l’air, mais aussi de maximiser les économies d’énergie, en réduisant le besoin en climatisation ou en chauffage.
Etudes réalisées autour des systèmes de ventilation naturelle
Caractérisation des débits d'air
Le calcul par CFD (Computational Fluid Dynamics) permet d’obtenir une modélisation précise du débit d’air neuf, des vitesses d’air aux niveaux des portes et des aérateurs statiques (type Robertson), ainsi que du débit d’air extrait par ces derniers. Grâce à cette simulation numérique, il est possible de visualiser et d’optimiser la circulation de l’air au sein du bâtiment, en tenant compte des différents paramètres comme la géométrie des espaces, les ouvertures, et les variations climatiques. Une attention particulière doit être portée sur les vitesses d’air au niveau des portes et des aérateurs statiques, car un mauvais dimensionnement ou un placement inapproprié peut entraîner des inconforts thermiques ou une mauvaise ventilation.
Par ailleurs, une conception défaillante des aérateurs peut augmenter le risque d’entrée d’air non contrôlée, perturbant ainsi la gestion de l’air intérieur et créant des zones de surchauffe ou d’humidité excessive. Le calcul CFD permet de prévenir ces risques en optimisant le placement et le dimensionnement des ouvertures, assurant ainsi un fonctionnement harmonieux et efficace du système de ventilation naturelle.
Températures aux parois et lignes de courant colorées par température - Usine d'aluminium
Etude thermique de l'évacuation des calories par les voies de ventilation naturelle
Les études thermiques pour quantifier l’impact des processus à haute température sont essentielle dans le cadre de la ventilation naturelle, notamment dans les bâtiments industriels ou commerciaux où des procédés thermiques génèrent de fortes chaleurs.
Ces processus, tels que les fours, chaudières ou moteurs, peuvent entraîner une augmentation significative de la température à l’intérieur des espaces concernés, affectant ainsi le confort thermique des occupants et l’efficacité de la ventilation naturelle. Une analyse thermique permet de simuler la répartition de la chaleur dans le bâtiment et de déterminer l’impact de ces sources de chaleur sur la circulation de l’air, en optimisant le dimensionnement des aérateurs et des ouvertures.
Ces études permettent également d’identifier les zones de surchauffe et de mettre en place des solutions pour maximiser l’évacuation thermique et la gestion de l’air chaud, tout en garantissant une bonne qualité de l’air et un confort optimal. Grâce à cette approche, on peut adapter la ventilation naturelle aux exigences spécifiques des processus thermiques tout en minimisant la consommation d’énergie.
Vidéo - Etude des rejets calorifiques - Aciérie
Traçage et extraction des polluants
Le tracage et l’évacuation des polluants grâce à la CFD (Computational Fluid Dynamics) sont des outils clés pour optimiser l’efficacité de la ventilation naturelle dans un bâtiment.
La simulation CFD permet de modéliser le comportement des polluants (comme les particules fines, les composés organiques volatils ou les gaz toxiques) en tenant compte des différentes sources de contamination et des paramètres environnementaux.
Cette approche permet de visualiser précisément leur trajectoire dans l’air, d’identifier les zones de concentration élevée et de déterminer les meilleures stratégies pour les évacuer efficacement vers l’extérieur. En optimisant le placement des aérateurs et des ouvertures, et en ajustant le débit d’air entrant et sortant, la CFD aide à garantir une circulation d’air qui favorise l’évacuation rapide des polluants tout en maintenant un confort thermique optimal. Cette démarche permet de créer des environnements intérieurs plus sains, avec une qualité de l’air maîtrisée, tout en réduisant l’impact environnemental de la ventilation.
Influence des conditions météorologiques
Les conditions météorologiques jouent un rôle déterminant dans l’efficacité de la ventilation naturelle d’un bâtiment. En effet, la température extérieure, la vitesse du vent ou encore l’humidité relative ont un impact direct sur la circulation de l’air à l’intérieur.
Par exemple, des journées chaudes peuvent accroître l’effet de tirage thermique, favorisant la montée de l’air chaud et permettant une meilleure évacuation de l’air vicié. À l’inverse, des journées plus fraîches ou venteuses peuvent améliorer l’apport d’air frais, mais peuvent aussi engendrer des courants d’air inconfortables si la ventilation n’est pas bien conçue.
Le dimensionnement des ouvertures, des aérateurs et des canaux de ventilation doit donc tenir compte des variations climatiques locales pour s’adapter aux différentes situations météorologiques. Une simulation via la CFD permet de prédire l’impact des conditions extérieures sur la circulation de l’air intérieur, et ainsi d’optimiser le système de ventilation pour garantir un confort optimal tout au long de l’année, tout en réduisant la consommation d’énergie.
Ventilation naturelle automatisée
La ventilation naturelle automatisée combine les principes de la ventilation naturelle avec des technologies avancées permettant de réguler automatiquement les flux d’air en fonction des besoins réels du bâtiment. Grâce à des capteurs intégrés qui mesurent des paramètres tels que la température, l’humidité ou la qualité de l’air, le système ajuste en temps réel l’ouverture des aérateurs et des fenêtres pour favoriser une ventilation optimale, tout en maintenant un confort thermique constant.
Cette approche permet notamment à la conception du système de ventilation de s’adapter aux variations météorologiques, mais également d’éviter le surdimensionnement des systèmes, réduisant notamment les vitesses d’air trop élevées au niveaux des opérateurs, pouvant générer des inconfort.
Amélioration des conditions de travail des opérateurs en milieu industriel
Optimisation du confort thermique et aéraulique
Amélioration de la qualité de l'air
L’amélioration de la qualité de l’air est un aspect fondamental de la ventilation naturelle, qui vise à assurer un environnement intérieur sain en favorisant un renouvellement d’air constant et contrôlé. En exploitant les principes naturels de tirage thermique et de convection, la ventilation naturelle permet de réduire la concentration de polluants (comme les particules fines, les composés organiques volatils ou le dioxyde de carbone) tout en maintenant une température intérieure confortable.
Le dimensionnement et le positionnement adéquats des ouvertures et des aérateurs permettent une circulation d’air optimale, évacuant efficacement l’air vicié et introduisant de l’air frais sans recourir à des systèmes énergivores. En plus de prévenir les problèmes de mauvaise qualité de l’air, cette approche naturelle réduit les risques d’humidité excessive et de moisissures, contribuant ainsi à un environnement plus sain et plus agréable pour ses occupants, tout en minimisant l’empreinte écologique du bâtiment.
Respect des normes et réglementation en terme de ventilation naturelle
Optimisation énergétique des bâtiment industriels
Respect des valeurs limites d'exposition professionnelles (VLEP)
Ce système permet non seulement de respecter les valeurs limites d’exposition mais aussi de garantir un environnement de travail sain, réduisant les risques liés à une mauvaise qualité de l’air intérieur, comme les troubles respiratoires ou les maladies professionnelles.
Les études sur la VLEP permettent également d’identifier les EPI nécessaire au bon respect des VLEP dans les zones les plus polluées. La ventilation naturelle devient ainsi un atout important pour la protection de la santé des occupants, tout en favorisant un cadre de travail confortable et sécurisé.
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