Solutions éconergétiques de ventilation mécaniques à ventilateurs éconergétiques


Fiche technique - ISSN 1198-7138  -  Imprimeur de la Reine pour l'Ontario
Agdex : 717
Date de publication : 06/06
Commande no. 06-058
Dernière révision : 11/15
Situation : Nouveau
Rédacteur : Steve Clarke - ingénieur, Énergie et systèmes de récolte/MAAARO; Dan Ward - ingénieur, Direction des politiques et des programmes environnementaux/MAAARO

 

Table des matières

  1. Introduction
  2. Choix et entretien des ventilateurs
  3. Calcul des économies de coûts d'exploitation à réaliser en utilisant des ventilateurs éconergétiques
  4. Résumé

Introduction

Un grand pourcentage des bâtiments d'élevage sont ventilés à l'aide de systèmes de ventilation mécaniques. Comme ces systèmes fonctionnent toute l'année, ils consomment une quantité considérable d'énergie. La plupart des exploitations agricoles peuvent économiser de l'énergie et de l'argent si elles apportent certaines modifications à leur système.

Pour y arriver, lorsque vient le temps de choisir ou de mettre à niveau un système de ventilation, il faut prendre en considération les aspects suivants :

  • la taille adéquate des ventilateurs;
  • l'efficacité énergétique de chaque ventilateur;
  • un entretien adéquat de l'ensemble du système de ventilation.

Tous les bâtiments aérés par des ventilateurs d'extraction (figure 1) se servent du principe selon lequel il se crée un vide partiel dans le bâtiment lorsque les ventilateurs expulsent l'air à l'extérieur. Ce vide permet l'entrée d'air frais vers l'intérieur. La différence entre la pression de l'intérieur et celle de l'extérieur du bâtiment s'appelle pression statique. Elle indique la résistance que doivent surmonter les ventilateurs pour déplacer l'air dans le bâtiment. La pression statique se mesure habituellement en millimètres (pouces) de colonne d'eau ou de niveau d'eau. La plupart des systèmes de ventilation des bâtiments agricoles sont conçus pour fonctionner à une pression statique de 2,5 à 3,0 mm (0,10 à 0,125 po) de niveau d'eau.

Dans les bâtiments d'élevage aérés par des ventilateurs, le nombre de ces derniers doit être suffisant pour offrir au moins quatre stades ou niveaux de ventilation entre le taux de ventilation minimal aux fins de régulation de l'humidité pendant l'hiver et le taux de ventilation maximal aux fins de contrôle de la température pendant l'été.

Installation type de ventilateurs d’extraction dans une étable. Les ventilateurs plus récents sont munis de pales en plastique assurant un débit d'air maximal. (Source : Agviro)

Figure 1. Installation type de ventilateurs d'extraction dans une étable. Les ventilateurs plus récents sont munis de pales en plastique assurant un débit d'air maximal. (Source : Agviro)

Quand vient le temps de choisir des ventilateurs :

  • choisir des ventilateurs dont la taille convient aux exigences de circulation d'air réelle, aux pressions statiques voulues dans la pièce ou le bâtiment;
  • choisir le matériel qui convient au travail à accomplir (c.-à-d., ventilateur pour fosses, ventilateur type mural, avec ou sans volets, coupe-vent, etc.);
  • choisir du matériel éconergétique;
  • choisir des produits fiables;
  • acheter le matériel chez des fabricants et des fournisseurs renommés;
  • choisir le matériel qui présente le meilleur rapport qualité-prix.

Les régulateurs sont un élément essentiel du système de ventilation. On trouve sur le marché une vaste gamme de régulateurs électroniques.

Ils présentent de nombreux avantages :

  • Gestion continue de la ventilation;
  • Contrôle plus précis de la température;
  • Réduction des pertes d'énergie en reliant les systèmes de chauffage et de ventilation;
  • Fonctionnement optimal grâce à l'utilisation de matériels plus éconergétiques interbloqués.
  • Amélioration de la production du bétail.

Choix et entretien des ventilateurs

Taille

La taille des ventilateurs revêt une importance particulière. Les ventilateurs surdimensionnés gaspillent de l'énergie et ne parviennent pas à contrôler efficacement la température ambiante, parce qu'ils démarrent et s'arrêtent constamment. Les ventilateurs trop petits ont aussi de la difficulté à contrôler la température ambiante et n'offrent pas une circulation d'air suffisante.

Efficacité du ventilateur

Dans l'industrie du ventilateur, on parle couramment d'« efficacité du ventilateur » ou d'« efficacité énergétique » pour décrire un certain nombre de critères de rendement.

Ventilateur d'aération plus ancien, doté de pales en forme d'oreilles d'éléphant. À noter : la plaque signalétique du ventilateur à l'arrière du moteur.

Figure 2. Ventilateur d'aération plus ancien, doté de pales en forme d'oreilles d'éléphant. À noter : la plaque signalétique du ventilateur à l'arrière du moteur.

Une plaque signalétique de capacité nominale est apposée sur chaque moteur (figure 2). Elle indique notamment l'intensité de courant et la tension de l'appareil en fonctionnement continu (et non pas au démarrage). En matière d'intensité de courant et de tension, il importe de considérer ce qui suit :

  • Ne pas utiliser la valeur de l'intensité de courant pour comparer l'efficacité des ventilateurs - de nombreux autres facteurs ont une incidence sur le rendement.
  • Dans la mesure du possible, utiliser des moteurs de 240 V (et non de 120 V) pour accroître l'efficacité énergétique. Les tensions plus élevées diminuent la perte d'énergie dans le câblage électrique.
  • Le calibre de l'ensemble du câblage doit être d'au moins 12 pour réduire les pertes dans la ligne.

Une autre valeur nominale indiquée sur la plaque signalétique est la puissance du moteur (en HP). Le nombre de HP fait référence à la puissance à l'arbre, toujours en fonctionnement continu. Toutefois, on ne doit pas se fier à cette valeur pour comparer l'efficacité des ventilateurs.

Alors, sur quelle valeur doit-on se fonder pour comparer l'efficacité énergétique de différents ventilateurs?

La seule valeur à utiliser est le volume d'air déplacé par minute par watt (pi3/min/W) ou, en unités métriques, le nombre de litres par seconde par watt (L/s/W). En d'autres termes, pour comparer des ventilateurs, les seules valeurs à prendre en considération sont : 1) le volume d'air déplacé; 2) l'énergie consommée.

Points à examiner avant de choisir un ventilateur en fonction du nombre de L/s/W ou pi3/min/W

  • La tenue d'essais indépendants. Les valeurs nominales du nombre de L/s/W ou pi3/min/W doivent provenir d'un laboratoire d'essais indépendant comme le Bioenvironmental and Structural Systems (BESS) Laboratory de l'Université de l'Illinois ou la Air Moving and Conditioning Association (AMCA) (figure 3). Le BESS procède chaque année à l'essai de nombreux ventilateurs commerciaux pour exploitations agricoles. Les résultats des essais de rendement et d'efficacité sont affichés sur son site Web et publiés chaque année dans un livre. Il est probable que d'autres laboratoires indépendants procèdent aussi à des essais. Toutefois, avant de se fier aux données de ces laboratoires, il vaut mieux s'assurer que leurs résultats sont vraiment impartiaux et de bonne qualité.

Étiquette (logo) BESS de l'Université de l'Illinois qui accompagne toutes les données sur le rendement des ventilateurs publiées chaque année par ce laboratoire.

Figure 3. Étiquette (logo) BESS de l'Université de l'Illinois qui accompagne toutes les données sur le rendement des ventilateurs publiées chaque année par ce laboratoire.

Norme d'efficacité des ventilateurs selon l'American Society of Agricultural Engineering (ASAE) pour plusieurs des tailles courantes de ventilateurs utilisés dans les bâtiments agricoles.

Figure 4. Norme d'efficacité des ventilateurs selon l'American Society of Agricultural Engineering (ASAE) pour plusieurs des tailles courantes de ventilateurs utilisés dans les bâtiments agricoles.

  • Les valeurs nominales de pression statique. Les valeurs nominales exprimées en L/s/W ou pi3/min/W doivent être indiquées pour différentes pressions statiques, habituellement entre 0 et 6,5 mm (0 à 0,25 po) sur la colonne d'eau, par tranche de 1,25 mm (0,05 po). Utiliser une même pression statique, habituellement de 2,5 mm (0,10 po), pour comparer tous les ventilateurs. Plus la valeur en L/s/W ou pi3/min/W est élevée, plus le ventilateur est efficace. La figure 4 montre l'efficacité énergétique minimale recommandée pour des ventilateurs de 600 mm (24 po), 900 mm (36 po) et 1 200 mm (48 po). Efficacité du ventilateur (pi3/min/watt)

  • La circulation d'air dans des conditions venteuses. Vérifier si la circulation d'air (pieds cubes d'air par minute ou pi3/min) chute rapidement à mesure que la pression statique augmente. Si c'est le cas, dès qu'il sera soumis à la pression du vent, le ventilateur offrira un mauvais rendement.

Par exemple, un ventilateur éconergétique fonctionnant à un taux minimal, ou ventilateur de premier stade, qui produit 1 416 L/s à 2,5 mm (3 000 pi3/min à 0,1 po) et uniquement 472 L/s à 6,5 mm (1 000 pi3/min à 0,25 po) serait un piètre choix pour les endroits venteux. Un ventilateur moins efficace pourrait fournir 1 416 L/s à 2,5 mm (3 000 pi3/min à 0,1 po) et 850 L/s à 6,5 mm (1 800 pi3/min à 0,25 po). Il serait beaucoup plus fiable dans les endroits venteux.

On peut voir à la figure 5 les données de deux ventilateurs de 600 mm (24 po). Non seulement le ventilateur A déplace-t-il plus d'air, mais son rendement est plus stable - son débit chute uniquement de 23 %, de 3 999 L/s à 2 596 L/s, lorsque la pression statique augmente à 7,6 mm, soit de 7 200 pi3/min à 5 500 pi3/min pour une hausse de la pression statique à 0,30 po). Le ventilateur B serait un piètre choix, surtout dans des conditions venteuses. En effet, il déplace moins d'air (2 313 L/s ou 4 900 pi3/min) et son débit chute considérablement - 73 % à 614 L/s (1 300 pi3/min) lorsque la pression statique passe à 7,6 mm (0,30 po).

Courbe de rendement de deux ventilateurs de 600 mm (24 po) indiquant le débit d'air (pi³/min) selon la pression statique (pouces de colonne d'eau).

Figure 5. Courbe de rendement de deux ventilateurs de 600 mm (24 po) indiquant le débit d'air (pi3/min) selon la pression statique (pouces de colonne d'eau).

La figure 6 montre comment l'efficacité des deux ventilateurs décroît lorsque la pression statique croît. La réduction est moindre pour le ventilateur A. L'information qu'il importe de retenir de ces deux graphiques, c'est que le diamètre d'un ventilateur n'est pas une indication de sa capacité ou de son efficacité. Un ventilateur éconergétique peut être instable ou ne pas offrir une efficacité énergétique constante pour une vaste plage de pressions statiques, comparativement à un autre ventilateur éconergétique.

Débit d’air (pi³/min) et débit d’air par unité de puissance électrique consommée (pi³/min/watt) sous différentes pressions statiques. Courbe de rendement des deux ventilateurs de 600 mm (24 po) indiquant le débit d'air (pi³/min) selon la pression statique (po). Courbe de rendement relatif de deux ventilateurs (pi³/min/watt) selon la pression statique (po).

Figure 6. Débit d'air (pi3/min) et débit d'air par unité de puissance électrique consommée (pi3/min/watt) sous différentes pressions statiques. Courbe de rendement des deux ventilateurs de 600 mm (24 po) indiquant le débit d'air (pi3/min) selon la pression statique (po). Courbe de rendement relatif de deux ventilateurs (pi3/min/watt) selon la pression statique (po).

Choisir d'abord la taille des ventilateurs selon les divers stades de ventilation requis. Ceux des stades supérieurs aux stades 1 et 2 (à une seule vitesse) peuvent et devraient avoir une meilleure efficacité énergétique parce qu'ils ne sont pas aussi cruciaux et ne fonctionnent habituellement pas à vitesse variable. Si le bâtiment se trouve dans une zone à forts vents dominants (où la pression qui s'exerce sur les ventilateurs est élevée), on doit installer des parevent ou des coupevent afin de permettre une circulation optimale de l'air.

Utiliser un gros ventilateur à courroie plutôt que plusieurs petits ventilateurs à entraînement direct pour réduire la consommation énergétique, les coûts d'investissement d'équipement et les coûts d'entretien. L'efficacité des ventilateurs à entraînement direct devrait être de 10 pi3/min/W, alors que celle des ventilateurs à courroie devrait s'approcher de 20 pi3/min/W.

Entretien

Inspecter régulièrement les ventilateurs pour s'assurer qu'ils sont bien entretenus. Par exemple, vérifier si les courroies des ventilateurs sont bien tendues - si elles sont trop relâchées, le débit d'air diminuera et, si elles sont trop serrées, les roulements pourraient briser prématurément. Une courroie mal réglée peut causer une diminution de 30 % de la circulation d'air. Nettoyer régulièrement les pales et les persiennes du ventilateur afin d'améliorer l'efficacité du système de ventilation. L'accumulation de saleté et de poussière peut réduire grandement la circulation d'air et isoler le moteur, causant un surchauffement.

Calcul des économies de coûts d'exploitation à réaliser en utilisant des ventilateurs éconergétiques

Lorsque vient le temps de choisir deux ventilateurs ou plus pour un système de ventilation, il importe de considérer l'aspect économique de chacune des possibilités. Le coût total d'un ventilateur comprend les coûts d'acquisition, l'intérêt sur l'investissement, ainsi que les coûts d'entretien et d'exploitation. Les coûts d'exploitation sont fonction de la consommation et du coût de l'énergie, de même que de l'efficacité globale du ventilateur. On peut utiliser l'équation suivante pour calculer les économies de coûts d'exploitation électrique (ECEE) lorsque l'on compare deux ventilateurs différents.

ECEE = [(DA1 ÷ EV1) - (DA2 ÷ EV2)] x MHU x TE x 0,001

Où :

ECEE = Économies de coûts d'exploitation électrique par année (dollars/an), par comparaison de deux ventilateurs

DA1 = Débit d'air (L/s ou pi3/min) du ventilateur 1, dont l'efficacité est la plus faible, à la pression statique choisie

EV1 = Efficacité du ventilateur (L/s/W ou pi3/min/W) du ventilateur 1, dont l'efficacité est la plus faible, à la pression statique choisie

DA2 = Débit d'air (L/s ou pi3/min) du ventilateur 2, dont l'efficacité est la plus élevée, à la pression statique choisie

EV2 = Efficacité du ventilateur (L/s/W ou pi3/min/W) du ventilateur 2, dont l'efficacité est la plus élevée, à la pression statique choisie

MHU = Moyenne d'heures d'utilisation par année (h/an) du ventilateur

TE = Tarif d'électricité (dollars/kWh) facturé par le fournisseur d'électricité

Exemple :

Les données de la figure 5 permettent d'évaluer les économies réalisables avec le ventilateur A, qui est plus stable. L'analyse (tableau 1) repose sur une pression statique de 5 mm (0,20 po de colonne d'eau) et sur l'hypothèse d'un fonctionnement continu, pendant toute l'année (8 760 h/an).

Tableau 1. Données servant à l'analyse des économies de coûts d'exploitation électrique
DA1
(ventilateur B)
EV1
(ventilateur B)
DA2
(ventilateur A)
EV2
(ventilateur A)
MHU TE

2 480

6,7

5 970

8,7

8 760

0,10 $/kWh

On utilise l'équation suivante pour calculer les économies:

ECEE = [(DA1 ÷ EV1) - (DA2 ÷ EV2)] x MHU x TE x 0,001

ECEE = [(2 480 ÷ 6,7) - (5 970 ÷ 8,7)] x 8 760 x 0,10 $ x 0,001

ECEE = - 276,86 $

Par conséquent, le ventilateur le plus éconergétique permet d'économiser jusqu'à 276,86 $ par année, à un tarif de 10 cents le kWh et à une pression statique de 5 mm (0,20 po). Même si la pression statique est plus élevée que les chiffres réels pendant une partie de l'année, la stabilité et le débit d'air plus élevé du ventilateur permettront de diminuer les dépenses en équipement et les coûts d'exploitation pendant la durée utile du ventilateur.

Résumé

L'examen des systèmes de ventilation éconergétiques est profitable à long terme. Lorsque vient le temps de planifier des rénovations ou d'acheter de nouvelles installations, il importe de considérer l'efficacité énergétique d'un système de ventilation.

Cette fiche technique a été révisée par Elin Gwyn, agente du marketing et des communications, Direction des politiques et des programmes environnementaux, MAAARO, Guelph.

Sa réalisation a été rendue possible grâce à l'aide financière de Hydro One, en partenariat avec l'Office de l'électricité de l'Ontario, la Fédération de l'agriculture de l'Ontario, le ministère de l'Énergie de l'Ontario et le ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales de l'Ontario.

 

Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424-1300
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