Le système de ventilation et de climatisation (CVC) est l'une des principales sources de bruit dans les bâtiments résidentiels, publics et industriels modernes, sur les navires, dans les wagons-lits des trains, dans toutes sortes de salons et cabines de contrôle.

Le bruit dans le CVC provient du ventilateur (la principale source de bruit avec ses propres tâches) et d'autres sources, se propage à travers le conduit d'air avec le flux d'air et est rayonné dans la pièce ventilée. Le bruit et sa réduction sont affectés par : les climatiseurs, les unités de chauffage, les dispositifs de contrôle et de distribution d'air, la conception, les virages et le branchement des conduits d'air.

Le calcul acoustique de l'UVAV est effectué dans le but de sélectionner de manière optimale tous les moyens de réduction du bruit nécessaires et de déterminer le niveau de bruit attendu aux points de conception de la pièce. Traditionnellement, les principaux moyens de réduction du bruit du système sont les suppresseurs de bruit actifs et réactifs. L'isolation acoustique et l'absorption acoustique du système et de la pièce sont nécessaires pour garantir le respect des normes de niveaux de bruit admissibles pour les humains - normes environnementales importantes.

Maintenant en codes du bâtiment et les règles russes (SNiP), obligatoires pour la conception, la construction et l'exploitation des bâtiments afin de protéger les personnes du bruit, une situation d'urgence s'est produite. Dans l'ancien SNiP II-12-77 « Protection contre le bruit », la méthode de calcul acoustique des bâtiments CVC était obsolète et n'était donc pas incluse dans le nouveau SNiP 23/03/2003 « Protection contre le bruit » (au lieu du SNiP II-12- 77), où il n’est pas encore inclus absent.

Ainsi, ancienne méthode obsolète, mais rien de nouveau. Le moment est venu de créer une méthode moderne de calcul acoustique des UVA dans les bâtiments, comme c'est déjà le cas avec ses propres spécificités dans d'autres domaines technologiques auparavant plus avancés en acoustique, par exemple, navires de mer. Considérons trois méthodes possibles de calcul acoustique en relation avec l'UHCR.

La première méthode de calcul acoustique. Cette méthode, basée uniquement sur des dépendances analytiques, utilise la théorie des longues conduites, connue en électrotechnique et faisant ici référence à la propagation du son dans un gaz remplissant un tuyau étroit à parois rigides. Le calcul est effectué à la condition que le diamètre du tuyau soit bien inférieur à la longueur de l'onde sonore.

Pour un tuyau rectangulaire, le côté doit être inférieur à la moitié de la longueur d'onde, et pour un tuyau rond, le rayon. Ce sont ces tuyaux qu'on appelle étroits en acoustique. Ainsi, pour de l'air à une fréquence de 100 Hz, un tuyau rectangulaire sera considéré comme étroit si le côté de la section est inférieur à 1,65 m. Dans un tuyau courbe étroit, la propagation sonore restera la même que dans un tuyau droit.

Ceci est connu grâce à la pratique consistant à utiliser des trompettes parlantes, par exemple, sur les navires depuis longtemps. Une conception typique d'un système de ventilation pour longue conduite a deux grandeurs déterminantes : L wH est la puissance sonore entrant dans le tuyau de refoulement depuis le ventilateur au début de la longue conduite, et L wK est la puissance sonore émanant du tuyau de refoulement à la fin. de la longue file et entrer dans la pièce ventilée.

La longue ligne contient les éléments caractéristiques suivants. Nous les listons : entrée avec isolation phonique R 1, silencieux actif avec isolation phonique R 2, té avec isolation phonique R 3, silencieux réactif avec isolation phonique R 4, papillon des gaz avec isolation phonique R 5 et sortie d'échappement avec isolation phonique R 6. L'isolation acoustique fait ici référence à la différence en dB entre la puissance sonore des ondes incidentes sur un élément donné et la puissance sonore émise par cet élément après que les ondes l'ont traversé davantage.

Si l’isolation phonique de chacun de ces éléments ne dépend pas de tous les autres, alors l’isolation phonique de l’ensemble du système peut être estimée par calcul comme suit. L'équation des ondes pour un tuyau étroit a la forme suivante de l'équation des ondes sonores planes dans un milieu illimité :

où c est la vitesse du son dans l'air, et p est la pression acoustique dans le tuyau, liée à la vitesse de vibration dans le tuyau selon la deuxième loi de Newton par la relation

où ρ est la densité de l'air. La puissance sonore des ondes harmoniques planes est égale à l’intégrale de surface coupe transversale S du conduit d'air pour la période de vibrations sonores T en W :

où T = 1/f est la période des vibrations sonores, s ; f-fréquence d'oscillation, Hz. Puissance sonore en dB : L w = 10lg(N/N 0), où N 0 = 10 -12 W. Dans les hypothèses spécifiées, l'isolation acoustique d'une longue conduite du système de ventilation est calculée à l'aide de la formule suivante :

Le nombre d'éléments n pour un CVC spécifique peut, bien entendu, être supérieur à n = 6 ci-dessus. Pour calculer les valeurs de R i, appliquons la théorie des longues lignes aux éléments caractéristiques ci-dessus de la ventilation de l'air. système.

Ouvertures d'entrée et de sortie du système de ventilation avec R1 et R6. Selon la théorie des lignes longues, la jonction de deux tuyaux étroits avec des sections transversales différentes S 1 et S 2 est un analogue de l'interface entre deux milieux avec une incidence normale des ondes sonores sur l'interface. Les conditions aux limites à la jonction de deux tuyaux sont déterminées par l'égalité des pressions acoustiques et des vitesses de vibration des deux côtés de la limite de jonction, multipliée par la section transversale des tuyaux.

En résolvant les équations ainsi obtenues, on obtient le coefficient de transmission énergétique et d'isolation acoustique de la jonction de deux tuyaux avec les sections indiquées ci-dessus :

L'analyse de cette formule montre qu'en S 2 >> S 1 les propriétés du deuxième tuyau se rapprochent des propriétés de la frontière libre. Par exemple, un conduit étroit ouvert sur un espace semi-infini peut être considéré, du point de vue de l’effet insonorisant, comme à la limite du vide. Quand S 1<< S 2 свойства второй трубы приближаются к свойствам жесткой границы. В обоих случаях звукоизоляция максимальна. При равенстве площадей сечений первой и второй трубы отражение от границы отсутствует и звукоизоляция равна нулю независимо от вида сечения границы.

Silencieux actif R2. L'isolation acoustique dans ce cas peut être estimée approximativement et rapidement en dB, par exemple en utilisant la formule bien connue de l'ingénieur A.I. Belova :

où P est le périmètre de la section d'écoulement, m ; l—longueur du silencieux, m ; S est la section transversale du canal du silencieux, m2 ; α eq est le coefficient d'absorption acoustique équivalent du bardage, en fonction du coefficient d'absorption α réel, par exemple comme suit :

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

α éq 0,1 0,2 0,4 0,5 0,6 0,9 1,2 1,6 2,0 4,0

Il résulte de la formule que l'isolation acoustique du canal de silencieux actif R 2 est d'autant plus grande que la capacité d'absorption des parois α eq, la longueur du silencieux l et le rapport entre le périmètre du canal et sa section transversale P sont grands. /S. Pour les meilleurs matériaux insonorisants, par exemple les marques PPU-ET, BZM et ATM-1, ainsi que d'autres absorbants acoustiques largement utilisés, le coefficient d'absorption acoustique réel α est présenté dans.

Tee R3. Dans les systèmes de ventilation, le plus souvent le premier tuyau de section transversale S 3 se divise ensuite en deux tuyaux de section transversale S 3.1 et S 3.2. Cette ramification s'appelle un tee : le son entre par la première branche, et passe plus loin par les deux autres. De manière générale, les premier et deuxième tuyaux peuvent être constitués d'une pluralité de tuyaux. Ensuite nous avons

L'isolation phonique du té de la section S 3 à la section S 3.i est déterminée par la formule

Notez qu'en raison de considérations aérohydrodynamiques, les tés s'efforcent de garantir que la section transversale du premier tuyau est égale à la somme des sections transversales des branches.

Suppresseur de bruit réactif (de chambre) R4. Le suppresseur de bruit de chambre est un tuyau acoustiquement étroit de section S 4 , qui se transforme en un autre tuyau acoustiquement étroit de grande section S 4.1 de longueur l, appelé chambre, puis à nouveau se transforme en un tuyau acoustiquement étroit avec une section S 4 . Utilisons également ici la théorie de la longue ligne. En remplaçant l'impédance caractéristique dans la formule connue d'isolation acoustique d'une couche d'épaisseur arbitraire à incidence normale des ondes sonores par les valeurs réciproques correspondantes de la surface du tuyau, nous obtenons la formule d'isolation acoustique d'un silencieux de chambre

où k est le numéro d'onde. L'isolation acoustique d'un silencieux de chambre atteint sa valeur maximale lorsque sin(kl) = 1, c'est-à-dire à

où n = 1, 2, 3, … Fréquence d'isolation acoustique maximale

où c est la vitesse du son dans l'air. Si plusieurs chambres sont utilisées dans un tel silencieux, la formule d'isolation acoustique doit être appliquée séquentiellement de chambre en chambre et l'effet total est calculé en utilisant, par exemple, la méthode des conditions aux limites. Les silencieux à chambre efficaces nécessitent parfois des dimensions hors tout importantes. Mais leur avantage est qu'ils peuvent être efficaces à n'importe quelle fréquence, y compris les basses, où les brouilleurs actifs sont pratiquement inutiles.

La zone de haute isolation phonique des antibruit à chambre couvre des bandes de fréquences répétitives assez larges, mais ils présentent également des zones périodiques de transmission sonore, de fréquence très étroite. Pour augmenter l'efficacité et égaliser la réponse en fréquence, un silencieux à chambre est souvent doublé à l'intérieur d'un absorbeur de bruit.

Amortisseur R5. La vanne est structurellement une plaque mince d'une superficie S 5 et d'une épaisseur δ 5, serrée entre les brides du pipeline, dont le trou d'une superficie S 5.1 est inférieur au diamètre interne du tuyau (ou autre taille caractéristique) . Insonorisation d'un tel papillon des gaz

où c est la vitesse du son dans l'air. Dans la première méthode, le principal problème pour nous lors du développement d’une nouvelle méthode est d’évaluer la précision et la fiabilité du résultat du calcul acoustique du système. Déterminons l'exactitude et la fiabilité du résultat du calcul de la puissance acoustique entrant dans la pièce ventilée - dans ce cas, la valeur

Réécrivons cette expression dans la notation suivante pour une somme algébrique, à savoir

Notez que l'erreur maximale absolue d'une valeur approchée est la différence maximale entre sa valeur exacte y 0 et la valeur approchée y, c'est-à-dire ± ε = y 0 - y. L'erreur maximale absolue de la somme algébrique de plusieurs quantités approximatives y i est égale à la somme des valeurs absolues des erreurs absolues des termes :

On adopte ici le cas le moins favorable, lorsque les erreurs absolues de tous les termes ont le même signe. En réalité, les erreurs partielles peuvent avoir des signes différents et se répartir selon des lois différentes. Le plus souvent en pratique, les erreurs d'une somme algébrique sont distribuées selon la loi normale (distribution gaussienne). Considérons ces erreurs et comparons-les avec la valeur correspondante de l'erreur maximale absolue. Déterminons cette quantité sous l'hypothèse que chaque terme algébrique y 0i de la somme est distribué selon la loi normale de centre M(y 0i) et de norme

Alors la somme suit également la loi de distribution normale avec une espérance mathématique

L'erreur de la somme algébrique est déterminée comme suit :

On peut alors dire qu'avec une fiabilité égale à la probabilité 2Φ(t), l'erreur de la somme ne dépassera pas la valeur

Avec 2Φ(t), = 0,9973 nous avons t = 3 = α et l'estimation statistique avec une fiabilité presque maximale est l'erreur de la somme (formule) L'erreur maximale absolue dans ce cas

Ainsi ε 2Φ(t)<< ε. Проиллюстрируем это на примере результатов расчета по первому способу. Если для всех элементов имеем ε i = ε= ±3 дБ (удовлетворительная точность исходных данных) и n = 7, то получим ε= ε n = ±21 дБ, а (формула). Результат имеет совершенно неудовлетворительную точность, он неприемлем. Если для всех характерных элементов системы вентиляции воздуха имеем ε i = ε= ±1 дБ (очень высокая точность расчета каждого из элементов n) и тоже n = 7, то получим ε= ε n = ±7 дБ, а (формула).

Ici, le résultat d’une estimation probabiliste d’erreur en première approximation peut être plus ou moins acceptable. Ainsi, une évaluation probabiliste des erreurs est préférable et c'est elle qui doit être utilisée pour sélectionner la « marge d'ignorance », qu'il est proposé d'utiliser obligatoirement dans le calcul acoustique des UAHV pour garantir le respect des normes sonores admissibles dans un local ventilé. (cela n'a jamais été fait auparavant).

Mais l'évaluation probabiliste des erreurs de résultat dans ce cas indique qu'il est difficile d'obtenir une grande précision des résultats de calcul en utilisant la première méthode, même pour des schémas très simples et un système de ventilation à basse vitesse. Pour les circuits UHF simples, complexes, à faible et à grande vitesse, une précision et une fiabilité satisfaisantes de tels calculs peuvent être obtenues dans de nombreux cas uniquement en utilisant la deuxième méthode.

La deuxième méthode de calcul acoustique. Sur les navires, on utilise depuis longtemps une méthode de calcul basée en partie sur des dépendances analytiques, mais de manière décisive sur des données expérimentales. Nous utilisons l'expérience de tels calculs sur les navires pour les bâtiments modernes. Ensuite, dans une pièce ventilée desservie par un j-ième distributeur d'air, les niveaux de bruit L j, dB, au point de conception doivent être déterminés par la formule suivante :

où L wi est la puissance acoustique, dB, générée dans le i-ème élément du UAHV, R i est l'isolation acoustique dans le i-ème élément de l'UHVAC, dB (voir la première méthode),

une valeur qui prend en compte l'influence d'une pièce sur le bruit qui y règne (dans la littérature sur la construction, B est parfois utilisé à la place de Q). Ici r j est la distance entre le j-ème distributeur d'air et le point de conception de la pièce, Q est la constante d'absorption acoustique de la pièce et les valeurs χ, Φ, Ω, κ sont des coefficients empiriques (χ est le proche -coefficient d'influence du champ, Ω est l'angle spatial du rayonnement de la source, Φ est le facteur de directivité de la source, κ est le coefficient de perturbation de la diffusivité du champ sonore).

Si m distributeurs d'air sont situés dans les locaux d'un bâtiment moderne, le niveau de bruit de chacun d'eux au point de conception est égal à L j, alors le bruit total de chacun d'eux doit être inférieur aux niveaux de bruit admissibles pour les humains, à savoir :

où L H est la norme de bruit sanitaire. Selon la deuxième méthode de calcul acoustique, la puissance acoustique L wi générée dans tous les éléments de l'UHCR et l'isolation acoustique Ri se produisant dans tous ces éléments sont déterminées expérimentalement pour chacun d'eux au préalable. Le fait est qu’au cours des quinze à vingt dernières années, la technologie électronique pour les mesures acoustiques, combinée à un ordinateur, a considérablement progressé.

En conséquence, les entreprises produisant des éléments UHCR doivent indiquer dans leurs passeports et catalogues les caractéristiques de L wi et Ri, mesurées conformément aux normes nationales et internationales. Ainsi, dans la deuxième méthode, la génération de bruit est prise en compte non seulement dans le ventilateur (comme dans la première méthode), mais également dans tous les autres éléments de l'UHCR, ce qui peut être important pour les systèmes à moyenne et haute vitesse.

De plus, comme il est impossible de calculer l'isolation acoustique R i d'éléments du système tels que les climatiseurs, les unités de chauffage, les dispositifs de contrôle et de distribution d'air, ils ne sont donc pas inclus dans la première méthode. Mais il peut être déterminé avec la précision nécessaire par des mesures standard, ce qui est actuellement effectué pour la deuxième méthode. De ce fait, la seconde méthode, contrairement à la première, couvre la quasi-totalité des schémas UVA.

Et enfin, la deuxième méthode prend en compte l'influence des propriétés de la pièce sur le bruit qui s'y trouve, ainsi que les valeurs de bruit acceptables pour l'homme selon les codes et réglementations du bâtiment en vigueur dans ce cas. Le principal inconvénient de la deuxième méthode est qu'elle ne prend pas en compte l'interaction acoustique entre les éléments du système - phénomènes d'interférence dans les canalisations.

La somme des puissances sonores des sources sonores en watts et de l'isolation acoustique des éléments en décibels, selon la formule spécifiée pour le calcul acoustique de l'UHFV, n'est valable que, au moins, lorsqu'il n'y a pas d'interférence d'ondes sonores dans le système. Et lorsqu'il y a des interférences dans les pipelines, cela peut être une source de son puissant, sur lequel est basé, par exemple, le son de certains instruments de musique à vent.

La deuxième méthode a déjà été incluse dans le manuel et dans les lignes directrices pour les projets de cours sur l'acoustique du bâtiment destinés aux étudiants seniors de l'Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg. La non-prise en compte des phénomènes d'interférence dans les canalisations augmente la « marge d'ignorance » ou nécessite, dans les cas critiques, un affinement expérimental du résultat jusqu'au degré de précision et de fiabilité requis.

Pour sélectionner la « marge d'ignorance », il est préférable, comme indiqué ci-dessus pour la première méthode, d'utiliser une évaluation probabiliste des erreurs, qu'il est proposé d'utiliser dans le calcul acoustique des bâtiments UHVAC pour garantir le respect des normes sonores admissibles dans les locaux. lors de la conception de bâtiments modernes.

La troisième méthode de calcul acoustique. Cette méthode prend en compte les processus d'interférence dans un pipeline étroit d'une longue ligne. Une telle comptabilité peut augmenter considérablement l'exactitude et la fiabilité du résultat. À cette fin, il est proposé d'appliquer aux tuyaux étroits la « méthode d'impédance » de l'académicien de l'Académie des sciences de l'URSS et de l'Académie des sciences de Russie L.M. Brekhovskikh, qu'il a utilisée pour calculer l'isolation acoustique d'un nombre arbitraire de plans parallèles. couches.

Déterminons donc d'abord l'impédance d'entrée d'une couche plane parallèle d'épaisseur δ 2, dont la constante de propagation sonore est γ 2 = β 2 + ik 2 et la résistance acoustique Z 2 = ρ 2 c 2. Notons la résistance acoustique dans le milieu devant la couche d'où tombent les ondes, Z 1 = ρ 1 c 1 , et dans le milieu derrière la couche nous avons Z 3 = ρ 3 c 3 . Alors le champ sonore dans la couche, avec le facteur i ωt omis, sera une superposition d'ondes se déplaçant dans les directions avant et arrière avec une pression acoustique

L'impédance d'entrée de l'ensemble du système de couches (formule) peut être obtenue en appliquant simplement (n - 1) fois la formule précédente, nous avons alors

Appliquons maintenant, comme dans la première méthode, la théorie des conduites longues à un tuyau cylindrique. Et ainsi, en cas d'interférence dans des tuyaux étroits, nous avons la formule d'isolation acoustique en dB d'une longue conduite d'un système de ventilation :

Les impédances d'entrée peuvent ici être obtenues à la fois, dans des cas simples, par calcul, et, dans tous les cas, par mesure sur une installation spéciale dotée d'un équipement acoustique moderne. Selon la troisième méthode, similaire à la première méthode, nous avons une puissance sonore émanant du conduit d'évacuation à l'extrémité d'une longue ligne UHVAC et entrant dans la pièce ventilée selon le schéma suivant :

Vient ensuite l'évaluation du résultat, comme dans la première méthode avec une « marge d'ignorance », et le niveau de pression acoustique de la pièce L, comme dans la seconde méthode. On obtient finalement la formule de base suivante pour le calcul acoustique du système de ventilation et de climatisation des bâtiments :

Avec la fiabilité du calcul 2Φ(t) = 0,9973 (pratiquement le plus haut degré de fiabilité), on a t = 3 et les valeurs d'erreur sont égales à 3σ Li et 3σ Ri. Avec une fiabilité 2Φ(t)= 0,95 (degré élevé de fiabilité), nous avons t = 1,96 et les valeurs d'erreur sont d'environ 2σ Li et 2σ Ri Avec une fiabilité 2Φ(t)= 0,6827 (évaluation de la fiabilité technique), nous avons. t = 1,0 et les valeurs d'erreur sont égales à σ Li et σ Ri La troisième méthode, tournée vers l'avenir, est plus précise et fiable, mais aussi plus complexe - elle nécessite des qualifications élevées dans les domaines de l'acoustique du bâtiment, de la théorie des probabilités et les statistiques mathématiques et la technologie de mesure moderne.

Il est pratique à utiliser dans les calculs techniques utilisant la technologie informatique. Selon l'auteur, elle peut être proposée comme nouvelle méthode de calcul acoustique des systèmes de ventilation et de climatisation des bâtiments.

En résumé

La solution aux problèmes urgents liés au développement d'une nouvelle méthode de calcul acoustique doit prendre en compte le meilleur des méthodes existantes. Une nouvelle méthode de calcul acoustique des bâtiments UVA est proposée, qui présente une « marge d'ignorance » minimale BB, grâce à la prise en compte des erreurs par les méthodes de théorie des probabilités et de statistiques mathématiques et à la prise en compte des phénomènes d'interférence par la méthode de l'impédance.

Les informations sur la nouvelle méthode de calcul présentées dans l’article ne contiennent pas certains détails nécessaires obtenus grâce à des recherches supplémentaires et à la pratique du travail, et qui constituent le « savoir-faire » de l’auteur. Le but ultime de la nouvelle méthode est de permettre le choix d'un ensemble de moyens pour réduire le bruit du système de ventilation et de climatisation des bâtiments, qui augmente, par rapport à l'existant, l'efficacité, réduisant le poids et le coût du système CVC. .

Il n'existe pas encore de réglementation technique dans le domaine de la construction industrielle et civile, c'est pourquoi les développements dans le domaine notamment de la réduction du bruit des bâtiments UVA sont pertinents et doivent être poursuivis, au moins jusqu'à ce que de telles réglementations soient adoptées.

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La ventilation d'une pièce, notamment résidentielle ou industrielle, doit fonctionner à 100 %. Bien sûr, beaucoup diront qu’il suffit d’ouvrir une fenêtre ou une porte pour aérer. Mais cette option ne peut fonctionner qu’en été ou au printemps. Mais que faire en hiver, quand il fait froid dehors ?

Besoin d'aération

Tout d’abord, il convient de noter immédiatement que sans air frais, les poumons d’une personne commencent à fonctionner moins bien. Il est également possible qu'apparaissent diverses maladies qui, avec un pourcentage de probabilité élevé, se transformeront en maladies chroniques. Deuxièmement, si le bâtiment est un immeuble résidentiel dans lequel se trouvent des enfants, le besoin de ventilation augmente encore plus, car certaines maladies pouvant infecter un enfant resteront probablement avec lui toute sa vie. Afin d'éviter de tels problèmes, il est préférable de prévoir une ventilation. Il existe plusieurs options à considérer. Par exemple, vous pouvez commencer à calculer le système de ventilation de soufflage et à l'installer. Il convient également d’ajouter que les maladies ne constituent pas le seul problème.

Dans une pièce ou un bâtiment où il n'y a pas d'échange d'air constant, tous les meubles et murs seront recouverts d'un revêtement provenant de toute substance pulvérisée dans l'air. Disons que s'il s'agit d'une cuisine, alors tout ce qui est frit, bouilli, etc. laissera ses sédiments. De plus, la poussière est un redoutable ennemi. Même les produits de nettoyage conçus pour nettoyer laisseront toujours des résidus qui auront un impact négatif sur les occupants.

Type de système de ventilation

Bien entendu, avant de commencer à concevoir, calculer un système de ventilation ou à l’installer, il faut décider du type de réseau le mieux adapté. Actuellement, il existe trois types fondamentalement différents, dont la principale différence réside dans leur fonctionnement.

Le deuxième groupe est le groupe d’échappement. En d’autres termes, il s’agit d’une hotte ordinaire, qui est le plus souvent installée dans les cuisines d’un immeuble. La tâche principale de la ventilation est d’extraire l’air de la pièce vers l’extérieur.

Recirculation. Un tel système est peut-être le plus efficace, car il pompe simultanément l'air de la pièce et fournit en même temps de l'air frais de la rue.

La seule question que tout le monde se pose ensuite est de savoir comment fonctionne le système de ventilation, pourquoi l'air se déplace-t-il dans un sens ou dans l'autre ? Pour cela, deux types de sources de réveil de la masse d'air sont utilisés. Ils peuvent être naturels ou mécaniques, c'est-à-dire artificiels. Pour assurer leur fonctionnement normal, il est nécessaire de calculer correctement le système de ventilation.

Calcul général du réseau

Comme mentionné ci-dessus, la simple sélection et l’installation d’un type spécifique ne suffiront pas. Il est nécessaire de déterminer clairement la quantité d’air qui doit être évacuée de la pièce et celle qui doit y être réinjectée. Les experts appellent cet échange d'air, qui doit être calculé. En fonction des données obtenues lors du calcul du système de ventilation, il est nécessaire de faire un point de départ lors du choix du type d'appareil.

Aujourd'hui, un grand nombre de méthodes de calcul différentes sont connues. Ils visent à déterminer divers paramètres. Pour certains systèmes, des calculs sont effectués pour déterminer la quantité d'air chaud ou d'évaporation qui doit être éliminée. Certaines sont réalisées afin de connaître la quantité d'air nécessaire pour diluer les contaminants, s'il s'agit d'un bâtiment industriel. Cependant, l’inconvénient de toutes ces méthodes réside dans l’exigence de connaissances et de compétences professionnelles.

Que faire s'il est nécessaire de calculer le système de ventilation, mais qu'une telle expérience n'existe pas ? La toute première chose qu'il est recommandé de faire est de se familiariser avec les différents documents réglementaires disponibles dans chaque état voire région (GOST, SNiP, etc.). Ces documents contiennent toutes les indications auxquelles tout type de système doit se conformer.

Calcul multiple

Un exemple de ventilation peut être le calcul par multiples. Cette méthode est assez compliquée. Cependant, cela est tout à fait réalisable et donnera de bons résultats.

La première chose que vous devez comprendre est ce qu’est la multiplicité. Un terme similaire décrit combien de fois l’air d’une pièce devient frais en 1 heure. Ce paramètre dépend de deux composantes : les spécificités de la structure et sa superficie. Pour une démonstration claire, un calcul utilisant la formule pour un bâtiment avec un seul échangeur d'air sera présenté. Cela indique qu'une certaine quantité d'air a été retirée de la pièce et qu'en même temps une quantité d'air frais a été introduite, correspondant au volume du même bâtiment.

La formule de calcul est : L = n * V.

La mesure est effectuée en mètres cubes/heure. V est le volume de la pièce et n est la valeur de multiplicité, extraite du tableau.

Si vous calculez un système comportant plusieurs pièces, la formule doit alors prendre en compte le volume de l'ensemble du bâtiment sans murs. En d’autres termes, vous devez d’abord calculer le volume de chaque pièce, puis additionner tous les résultats disponibles et substituer la valeur finale dans la formule.

Ventilation avec dispositif de type mécanique

Le calcul du système de ventilation mécanique et son installation doivent avoir lieu selon un plan précis.

La première étape consiste à déterminer la valeur numérique du renouvellement d'air. Il est nécessaire de déterminer la quantité de substance qui doit pénétrer dans la structure pour répondre aux exigences.

La deuxième étape consiste à déterminer les dimensions minimales du conduit d'air. Il est très important de choisir la bonne section transversale de l'appareil, car la propreté et la fraîcheur de l'air entrant en dépendent.

La troisième étape est la sélection du type de système à installer. C'est un point important.

La quatrième étape est la conception du système de ventilation. Il est important d'établir clairement un plan selon lequel l'installation sera réalisée.

La nécessité d'une ventilation mécanique ne se pose que si l'afflux naturel ne peut pas faire face. Chacun des réseaux est calculé en fonction de paramètres tels que son volume d'air et la vitesse de ce flux. Pour les systèmes mécaniques, ce chiffre peut atteindre 5 m 3 / h.

Par exemple, s'il est nécessaire d'assurer une ventilation naturelle sur une superficie de 300 m 3 /h, vous aurez alors besoin d'un calibre de 350 mm. Si un système mécanique est installé, le volume peut être réduit de 1,5 à 2 fois.

Ventilation par aspiration

Le calcul, comme tout autre, doit commencer par le fait que la productivité est déterminée. Les unités de mesure de ce paramètre pour le réseau sont le m 3 /h.

Pour effectuer un calcul efficace, vous devez connaître trois choses : la hauteur et la superficie des pièces, la destination principale de chaque pièce, le nombre moyen de personnes qui se trouveront dans chaque pièce en même temps.

Afin de commencer à calculer un système de ventilation et de climatisation de ce type, il est nécessaire d’en déterminer la multiplicité. La valeur numérique de ce paramètre est définie par SNiP. Il est important de savoir ici que le paramètre pour les locaux résidentiels, commerciaux ou industriels sera différent.

Si les calculs sont effectués pour un bâtiment domestique, alors la multiplicité est de 1. Si nous parlons d'installer une ventilation dans un bâtiment administratif, alors l'indicateur est de 2-3. Cela dépend d'autres conditions. Pour réussir le calcul, vous devez connaître le montant de l'échange par multiplicité, ainsi que par le nombre de personnes. Il est nécessaire de prendre le débit le plus important pour déterminer la puissance requise du système.

Pour connaître le taux de renouvellement d'air, il faut multiplier la surface de la pièce par sa hauteur, puis par la valeur du taux (1 pour le domestique, 2-3 pour les autres).

Afin de calculer le système de ventilation et de climatisation par personne, il est nécessaire de connaître la quantité d'air consommée par une personne et de multiplier cette valeur par le nombre de personnes. En moyenne, avec une activité minimale, une personne consomme environ 20 m 3 /h ; avec une activité moyenne, ce chiffre passe à 40 m 3 / h ; avec une activité physique intense, le volume augmente jusqu'à 60 m 3 / h.

Calcul acoustique du système de ventilation

Le calcul acoustique est une opération obligatoire qui est rattachée au calcul de tout système de ventilation de pièce. Cette opération est réalisée afin d'effectuer plusieurs tâches spécifiques :

• déterminer le spectre d'octave du bruit aérien et structurel de ventilation aux points de conception ;
• comparer le bruit existant avec le bruit admissible selon les normes d'hygiène ;
• déterminer un moyen de réduire le bruit.

Tous les calculs doivent être effectués à des points de conception strictement établis.

Une fois que toutes les mesures ont été sélectionnées en fonction des normes de construction et acoustiques, conçues pour éliminer l'excès de bruit dans la pièce, un calcul de vérification de l'ensemble du système est effectué aux mêmes points que ceux déterminés précédemment. Il faut toutefois y ajouter également les valeurs efficaces obtenues lors de cette mesure de réduction du bruit.

Pour effectuer des calculs, certaines données initiales sont nécessaires. Ils sont devenus les caractéristiques sonores de l'équipement, appelées niveaux de puissance acoustique (SPL). Pour les calculs, les fréquences moyennes géométriques en Hz sont utilisées. Si un calcul approximatif est effectué, des niveaux de bruit de correction en dBA peuvent être utilisés.

Si nous parlons de points de conception, ils sont situés dans les habitats humains, ainsi que dans les endroits où le ventilateur est installé.

Calcul aérodynamique du système de ventilation

Ce processus de calcul n'est effectué qu'après que le calcul du renouvellement d'air du bâtiment a déjà été effectué et qu'une décision a été prise sur le tracé des conduits et des canaux d'air. Afin de réussir ces calculs, il est nécessaire de créer un système de ventilation dans lequel il est nécessaire de mettre en évidence des pièces telles que les raccords de tous les conduits d'air.

À l'aide d'informations et de plans, vous devez déterminer la longueur des branches individuelles du réseau de ventilation. Il est important de comprendre ici que le calcul d'un tel système peut être effectué pour résoudre deux problèmes différents - direct ou inverse. Le but des calculs dépend du type de tâche à accomplir :

• droit - il est nécessaire de déterminer les dimensions de la section transversale pour toutes les sections du système, tout en définissant un certain niveau de débit d'air qui les traversera ;
• l'inverse consiste à déterminer le débit d'air en définissant une certaine section pour toutes les sections de ventilation.

Afin d'effectuer des calculs de ce type, il est nécessaire de diviser l'ensemble du système en plusieurs sections distinctes. La principale caractéristique de chaque fragment sélectionné est un flux d’air constant.

Programmes de calcul

Étant donné que les calculs et la construction manuelle d'un système de ventilation sont un processus très laborieux et long, des programmes simples ont été développés pour effectuer toutes les actions de manière indépendante. Examinons-en quelques-uns. L'un de ces programmes de calcul de systèmes de ventilation est Vent-Clac. Pourquoi est-elle si bonne ?

Un programme similaire pour les calculs et la conception de réseaux est considéré comme l'un des plus pratiques et des plus efficaces. L'algorithme de fonctionnement de cette application est basé sur l'utilisation de la formule d'Altschul. La particularité du programme est qu'il gère bien les calculs de ventilation naturelle et mécanique.

Le logiciel étant constamment mis à jour, il convient de noter que la dernière version de l'application est également capable d'effectuer des travaux tels que des calculs aérodynamiques de la résistance de l'ensemble du système de ventilation. Il peut également calculer efficacement d'autres paramètres supplémentaires qui aideront à la sélection de l'équipement préliminaire. Pour effectuer ces calculs, le programme aura besoin de données telles que le débit d'air au début et à la fin du système, ainsi que la longueur du conduit d'air principal de la pièce.

Étant donné que calculer manuellement tout cela prend beaucoup de temps et que vous devez diviser les calculs en étapes, cette application apportera un soutien important et vous fera gagner beaucoup de temps.

Normes sanitaires

Une autre option pour calculer la ventilation est celle basée sur les normes sanitaires. Des calculs similaires sont effectués pour les équipements publics et administratifs. Pour effectuer des calculs corrects, vous devez connaître le nombre moyen de personnes qui se trouveront constamment à l'intérieur du bâtiment. Si nous parlons de consommateurs réguliers d'air intérieur, ils ont besoin d'environ 60 mètres cubes par heure et par personne. Mais comme les installations publiques sont également visitées par des personnes temporaires, elles doivent également être prises en compte. La quantité d'air consommée par une telle personne est d'environ 20 mètres cubes par heure.

Si vous effectuez tous les calculs sur la base des données initiales des tableaux, lorsque vous recevrez les résultats finaux, il deviendra clairement visible que la quantité d'air provenant de la rue est bien supérieure à celle consommée à l'intérieur du bâtiment. Dans de telles situations, ils recourent le plus souvent à la solution la plus simple : des hottes d'environ 195 mètres cubes par heure. Dans la plupart des cas, l’ajout d’un tel réseau créera un équilibre acceptable pour l’existence de l’ensemble du système de ventilation.

Calcul acoustique produit pour chacune des huit bandes d'octave de la plage auditive (pour lesquelles les niveaux de bruit sont normalisés) avec des fréquences moyennes géométriques de 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Pour les systèmes centraux de ventilation et de climatisation dotés de vastes réseaux de conduits d'air, il est permis d'effectuer des calculs acoustiques uniquement pour les fréquences de 125 et 250 Hz. Tous les calculs sont effectués avec une précision de 0,5 Hz et en arrondissant le résultat final à un nombre entier de décibels.

Lorsque le ventilateur fonctionne dans des modes de rendement supérieur ou égal à 0,9, le rendement maximum est de 6 = 0. Lorsque le mode de fonctionnement du ventilateur ne s'écarte pas de plus de 20 % du maximum, le rendement est pris égal à 6 = 2 dB, et lorsque l'écart est supérieur à 20 % - 4 dB.

Pour réduire le niveau de puissance sonore généré dans les conduits d'air, il est recommandé de prendre les vitesses d'air maximales suivantes : dans les conduits d'air principaux des bâtiments publics et locaux auxiliaires des bâtiments industriels 5-6 m/s, et dans les dérivations - 2- 4 m/s. Pour les bâtiments industriels, ces vitesses peuvent être doublées.

Pour les systèmes de ventilation dotés d'un vaste réseau de conduits d'air, les calculs acoustiques sont effectués uniquement pour la dérivation vers la pièce la plus proche (aux mêmes niveaux de bruit admissibles) et pour différents niveaux de bruit - pour la dérivation avec le niveau admissible le plus bas. Les calculs acoustiques pour les conduits d’admission et d’échappement d’air sont effectués séparément.

Pour les systèmes de ventilation et de climatisation centralisés dotés d'un vaste réseau de conduits d'air, les calculs ne peuvent être effectués que pour des fréquences de 125 et 250 Hz.

Lorsque le bruit pénètre dans la pièce à partir de plusieurs sources (des grilles de soufflage et d'évacuation, des unités, des climatiseurs locaux, etc.), plusieurs points de conception sont sélectionnés sur les lieux de travail les plus proches des sources de bruit. Pour ces points, les niveaux de pression acoustique d'une octave de chaque source de bruit sont déterminés séparément.

Lorsque les exigences réglementaires en matière de niveaux de pression acoustique varient au cours de la journée, les calculs acoustiques sont effectués aux niveaux les plus bas autorisés.

Dans le nombre total de sources de bruit m, ne sont pas prises en compte les sources qui créent des niveaux d'octave au point de conception inférieurs de 10 et 15 dB aux niveaux standard, lorsque leur nombre n'est pas supérieur à 3 et 10, respectivement. les fans ne sont pas non plus pris en compte.

Plusieurs grilles d'alimentation ou d'évacuation d'un ventilateur réparties uniformément dans la pièce peuvent être considérées comme une source de bruit lorsque le bruit d'un ventilateur les traverse.

Lorsque plusieurs sources de même puissance acoustique sont situées dans une pièce, les niveaux de pression acoustique au point de conception sélectionné sont déterminés par la formule

Calcul de ventilation

Selon le mode de circulation de l'air, la ventilation peut être naturelle ou forcée.

Les paramètres de l'air entrant dans les ouvertures d'admission et les ouvertures d'aspiration locale des appareils technologiques et autres situés dans la zone de travail doivent être pris conformément à GOST 12.1.005-76. Avec une pièce de 3 mètres sur 5 et une hauteur de 3 mètres, son volume est de 45 mètres cubes. Par conséquent, la ventilation doit fournir un débit d'air de 90 mètres cubes par heure. En été, il est nécessaire d'installer un climatiseur afin d'éviter de dépasser la température dans la pièce pour un fonctionnement stable de l'équipement. Il est nécessaire de prêter attention à la quantité de poussière dans l'air, car elle affecte directement la fiabilité et la durée de vie de l'ordinateur.

La puissance (plus précisément la puissance de refroidissement) d’un climatiseur est sa principale caractéristique ; elle détermine le volume de la pièce pour laquelle il est conçu. Pour des calculs approximatifs, prenez 1 kW pour 10 m 2 avec une hauteur de plafond de 2,8 à 3 m (conformément au SNiP 2.04.05-86 "Chauffage, ventilation et climatisation").

Pour calculer les apports de chaleur d'une pièce donnée, une méthode simplifiée a été utilisée :

où : Q - Apport de chaleur

S - Superficie de la pièce

h - Hauteur de la pièce

q - Coefficient égal à 30-40 W/m 3 (dans ce cas 35 W/m 3)

Pour une pièce de 15 m2 et une hauteur de 3 m, le gain thermique sera de :

Q=15·3·35=1575W

De plus, il convient de prendre en compte les émissions de chaleur des équipements de bureau et des personnes ; on estime (conformément au SNiP 2.04.05-86 « Chauffage, ventilation et climatisation ») que dans un état calme, une personne émet 0,1 kW de chaleur, un ordinateur ou une photocopieuse 0,3 kW, En ajoutant ces valeurs aux apports de chaleur totaux, vous pouvez obtenir la puissance frigorifique requise.

Q supplémentaire =(H·S opera)+(С·S comp)+(P·S print) (4.9)

où : Q supplémentaire - Somme des apports de chaleur supplémentaires

C - Dissipation thermique de l'ordinateur

H - Dissipation thermique de l'opérateur

D - Dissipation thermique de l'imprimante

S comp - Nombre de postes de travail

S print - Nombre d'imprimantes

Opérateurs S - Nombre d'opérateurs

Les apports de chaleur supplémentaires dans la pièce seront :

Q ajouter1 =(0,1 2)+(0,3 2)+(0,3 1)=1,1(kW)

La somme totale des apports de chaleur est égale à :

Q total1 =1575+1100=2675 (W)

Conformément à ces calculs, il est nécessaire de sélectionner la puissance et le nombre de climatiseurs appropriés.

Pour la pièce pour laquelle le calcul est effectué, des climatiseurs d'une puissance nominale de 3,0 kW doivent être utilisés.

Calcul du niveau de bruit

L'un des facteurs défavorables de l'environnement de production dans le centre informatique est le niveau élevé de bruit créé par les appareils d'impression, les équipements de climatisation et les ventilateurs des systèmes de refroidissement des ordinateurs eux-mêmes.

Pour répondre aux questions sur la nécessité et la faisabilité de la réduction du bruit, il est nécessaire de connaître les niveaux de bruit sur le lieu de travail de l’opérateur.

Le niveau sonore provenant de plusieurs sources incohérentes fonctionnant simultanément est calculé sur la base du principe de sommation énergétique des émissions de sources individuelles :

L = 10 lg (Lin), (4.10)

où Li est le niveau de pression acoustique de la ième source de bruit ;

n est le nombre de sources de bruit.

Les résultats de calcul obtenus sont comparés au niveau de bruit admissible pour un lieu de travail donné. Si les résultats du calcul sont supérieurs au niveau de bruit admissible, des mesures spéciales de réduction du bruit sont nécessaires. Il s’agit notamment de : recouvrir les murs et le plafond du hall avec des matériaux insonorisants, réduire le bruit à la source, disposer correctement les équipements et organiser de manière rationnelle le poste de travail de l’opérateur.

Les niveaux de pression acoustique des sources de bruit affectant l'opérateur sur son lieu de travail sont présentés dans un tableau. 4.6.

Tableau 4.6 - Niveaux de pression acoustique de diverses sources

Généralement, le poste de travail de l'opérateur est équipé des équipements suivants : un disque dur dans l'unité centrale, un(des) ventilateur(s) des systèmes de refroidissement du PC, un moniteur, un clavier, une imprimante et un scanner.

En substituant les valeurs du niveau de pression acoustique pour chaque type d'équipement dans la formule (4.4), on obtient :

L=10 lg(104+104,5+101,7+101+104,5+104,2)=49,5 dB

La valeur obtenue ne dépasse pas le niveau de bruit admissible pour le lieu de travail de l'opérateur, égal à 65 dB (GOST 12.1.003-83). Et si l'on tient compte du fait qu'il est peu probable que des périphériques tels qu'un scanner et une imprimante soient utilisés en même temps, ce chiffre sera encore plus bas. De plus, lorsque l'imprimante est en fonctionnement, la présence directe de l'opérateur n'est pas nécessaire, car L'imprimante est équipée d'un mécanisme d'alimentation automatique des feuilles.