Brevet FR3130962A1 — publié le 20230623

D ispositif de mesure de débit d’air et procédé Dispositif (1) de mesure de débit d’un écoulement (E) d’air dans un réseau de ventilation, comportant : Un conduit d’entrée (2) pour recevoir l’écoulement dont on cherche à mesurer le débit (q v ), un conduit de sortie (6) par lequel l’écoulement quitte le dispositif, une chambre de compression/détente (4) reliant les conduits d’entrée et de sortie, présentant sur au moins une portion de sa longueur une section intérieure supérieure à celle du conduit d’entrée et à celle du conduit de sortie, un organe déprimogène (8) en aval de la chambre de compression/détente (4), deux prises de mesure (10) de pression différentielle disposées de part et d’autre de l’organe déprimogène (8). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 dispositif de mesure de débit d’air et procédé La présente invention concerne les dispositifs et méthodes de mesure de débit d’air sur des réseaux de ventilation, notamment dans les bâtiments d’habitation, tertiaires ou industriels. Les réseaux de ventilation dans les bâtiments sont généralement constitués de gaines souples et/ou métalliques. Ils ont à souffrir de nœuds et d’angles de courbure serrée, non aérauliques, d’éventuels écrasements ou autres brisures de l’écoulement d’air compte tenu des trop faibles volumes qui leur sont parfois réservés dans les gaines techniques, les soupentes ou les combles. Il est connu d’utiliser un organe déprimogène pour mesurer le débit d’un écoulement fluidique dans une conduite fermée. L’organe déprimogène, tel qu’un diaphragme, est inséré dans la conduite afin d’introduire une restriction de la section de passage du fluide, ce qui engendre une perte de charge. La mesure de la pression différentielle aux bornes de l’organe déprimogène permet alors de calculer le débit de l’écoulement dans la conduite. Ce type de capteur fait l’objet de certaines normes de dimensionnement, telle que la norme NF EN ISO 5167-2 relative au calcul du débit et des incertitudes de mesure associées. Pour obtenir des mesures de débit fiables, la norme NF EN ISO 5167-2 préconise ainsi des longueurs droites en amont et en aval du diaphragme qui tiennent compte de la nature des accidents situés sur le réseau amont et du rapport des diamètres de la conduite et du diaphragme. Ces longueurs droites amont et aval, aussi appelées « longueurs de tranquillisation », permettent de stabiliser l’écoulement dans le réseau pour la mesure. Toutefois, cette mise en œuvre est difficile à respecter dans la pratique, de par l’encombrement que cela implique. Il existe un besoin pour perfectionner encore les dispositifs de mesure de débit d’air dans des conduits de ventilation, afin de disposer d’un dispositif d’encombrement réduit, de réalisation relativement simple et permettant des mesures fiables. L’invention vise à répondre à ce besoin, et elle y parvient, selon un premier de ses aspects, grâce à un dispositif de mesure de débit d’un écoulement d’air dans un réseau de ventilation, comportant : Un conduit d’entrée pour recevoir l’écoulement dont on cherche à mesurer le débit, un conduit de sortie par lequel l’écoulement quitte le dispositif, une chambre de compression/détente reliant les conduits d’entrée et de sortie, présentant sur au moins une portion de sa longueur une section intérieure supérieure à celle du conduit d’entrée, et à celle du conduit de sortie. un organe déprimogène en aval de la chambre de compression/détente, deux prises de mesure de pression différentielle disposées de part et d’autre de l’organe déprimogène. De préférence, l’un au moins, et mieux chacun, des conduits d’entrée et de sortie présente un diamètre hydraulique D, la chambre de compression/détente présente au moins une section intérieure de diamètre hydraulique D C , le rapport D C /D du diamètre hydraulique de la section de la chambre de compression/détente au diamètre hydraulique des conduits est d’au moins 1.56, mieux d’au moins 2. Par « diamètre hydraulique », il faut comprendre lorsque la section est non circulaire le diamètre intérieur équivalent d’une section circulaire fictive qui se calcule comme le rapport de la section de passage d’air sur le périmètre « mouillé » de ladite section. Le dispositif selon l’invention induit une compression puis une détente du fluide ce qui permet de stabiliser l’écoulement pour son passage dans l’organe déprimogène, de façon répétable et indépendamment de la configuration générale du réseau de ventilation. Ainsi, grâce à l’invention, on peut obtenir des mesures fiables du débit de l’écoulement tout en bénéficiant d’un encombrement réduit, ce qui facilite son installation dans les réseaux de ventilation. De plus, le dispositif selon l’invention peut être réalisé à faible coût et de manière relativement simple. Conduits d’entrée et de sortie De préférence, les conduits d’entrée et de sortie sont de forme cylindrique, de préférence de section sensiblement circulaire. Les conduits d’entrée et de sortie peuvent présenter un diamètre hydraulique identique, notamment normalisé, par exemple de l’ordre de 116 mm ou 125 mm. De telles valeurs correspondent sensiblement aux dimensions normalisées des gaines de réseaux de ventilation existants. Les conduits d’entrée et de sortie peuvent être faits en différents matériaux. De préférence, les conduits sont en matériau rigide et/ou métallique, par exemple en acier galvanisé. Le dispositif comporte de préférence au moins un manchon, une bride et/ou un collier, pour son raccordement au réseau de ventilation et son installation. De préférence le raccordement au réseau situé en aval s’effectue après une longueur droite d’au moins 10 cm par bride, collier ou manchon. De préférence, le raccordement au réseau situé en amont s’effectue par bride, collier ou manchon sur une longueur droite d’au moins 1D en amont de la chambre de compression/détente. Les conduits d’entrée et de sortie peuvent être livrés prémontés avec la chambre de compression/détente ; en variante, ils sont assemblés sur site avec celle-ci. L’organe déprimogène peut être livré prémonté ; en variante, il est installé sur site. Les prises de pression peuvent être préexistantes ; en variante, elles sont réalisées sur site. Organe déprimogène et mesure de pression différentielle L’organe déprimogène est de préférence un diaphragme métallique, notamment de forme annulaire. L’organe déprimogène peut présenter une ouverture, notamment de forme circulaire, de diamètre fixe. Par « diamètre fixe », il faut comprendre que le diamètre de l’ouverture n’est pas réglable. Un tel organe est de réalisation simple et peu onéreuse. L’organe déprimogène est de préférence dimensionné de façon à limiter les pertes de charges sur le réseau. Par exemple, on dimensionne l’organe déprimogène de manière à limiter les pertes de charge à 20 Pa pour la mesure de débits d’air compris entre 40 et 250 m 3 . Le diamètre fixe de l’orifice peut être sélectionné en fonction du diamètre intérieur des conduits d’entrée et/ou de sortie. En particulier, l’organe déprimogène peut être un diaphragme présentant un diamètre d’ouverture fixe compris entre 110 et 120 mm, mieux entre 113 et 117 mm, pour un conduit d’entrée de diamètre 160 mm. L’organe déprimogène peut être en matériau rigide, notamment de type PVC ou acier. De préférence, l’organe déprimogène est disposé à au moins 1D de l’extrémité aval de la chambre de compression/détente, où D est le diamètre hydraulique du conduit de sortie. L’organe déprimogène peut être prolongé par une gaine de même diamètre hydraulique D et de longueur d’au moins 10 cm avant le raccordement au réseau existant. Le dispositif peut comporter au moins un capteur de pression différentielle relié aux prises de mesure. Le dispositif selon l’invention peut comporter deux autres prises de mesure de pression différentielle disposées en amont de la chambre de compression/détente et en aval de l’organe déprimogène, de préférence à des distances sensiblement égales à 1D en amont de la chambre de compression/détente, où D est le diamètre hydraulique du conduit d’entrée, et 6D en aval de l’organe déprimogène, respectivement, où D est le diamètre hydraulique du conduit de sortie. De telles prises de mesure permettent de mesurer les pertes de charge réelles du système. Chambre de compression/détente La chambre de compression/détente peut être de toute forme adaptée pour induire des variations de pression successives de l’air entre le conduit d’entrée et la point de mesure du débit. La chambre peut être de forme allongée, notamment selon un axe longitudinal aligné avec la direction de l’écoulement. La chambre de compression/détente est par exemple de forme cylindrique, de préférence de section circulaire. En variante, le chambre de compression/détente est cylindrique de section rectangulaire. De préférence, le diamètre hydraulique intérieur de la chambre de compression/détente est supérieur à 1.56D, en particulier égal à 2D, où D est le diamètre hydraulique du conduit d’entrée ou celui du conduit de sortie. En particulier, pour une chambre de compression/détente de section rectangulaire, le diamètre hydraulique est de préférence supérieur à 1.56D dans toutes les directions, c’est-à-dire que les côtés de la section rectangulaire sont tous supérieurs à 1.56D. En variante, la chambre de compression/détente peut présenter un diamètre variable, avec par exemple une portion divergente et/ou une portion convergente. La chambre de compression/détente peut être de longueur variée. Par « longueur », on entend la distance parcourue par l’écoulement dans la chambre depuis la sortie du conduit d’entrée jusqu’à l’entrée du conduit de sortie. De préférence, la chambre de compression/détente présente une longueur d’au moins 2D, en particulier égale à 2D ou 4D, où D est le diamètre hydraulique du conduit de section la plus large entre le conduit d’entrée et le conduit de sortie, ce qui est suffisant pour le profil de vitesse de l’écoulement d’air pour se reconstruire de manière sensiblement stable avant d’atteindre le point de mesure. La chambre de compression/détente peut être orientée de différentes façons par rapport aux conduits d’entrée et de sortie. Par exemple, les conduits et la chambre de compression/détente peuvent être allongés selon des axes longitudinaux respectifs, les conduits d’entrée et de sortie ayant leurs axes longitudinaux disposés perpendiculairement à celui de la chambre de compression/détente. Une telle configuration induit un changement de direction de l’écoulement dans le dispositif, ce qui permet une bonne reconstruction du profil de vitesse dans le conduit de sortie, et d’adapter l’encombrement du système au volume disponible. En variante, les conduits d’entrée et de sortie et la chambre de compression/détente sont alignés selon un même axe longitudinal, lui-même sensiblement aligné avec la direction de l’écoulement. Une telle configuration présente un faible encombrement tout en limitant les pertes de charge sur le réseau. Elle peut en outre faciliter la mise en œuvre et réduire les coûts d’investissement. Procédé de mesure du débit L’invention a encore pour objet un procédé pour mesurer le débit d’un écoulement d’air dans un réseau de ventilation, notamment à l’aide d’un dispositif tel que défini plus haut, procédé dans lequel : on réalise une compression / détente de l’air en le faisant s’écouler dans une chambre de compression/détente reliant un conduit d’entrée et un conduit de sortie, on mesure la pression différentielle de l’écoulement aux bornes d’un organe déprimogène disposé en aval de la chambre de compression/détente, l’organe déprimogène étant de préférence dimensionné pour limiter les pertes de charge du dispositif en fonction de la pression résiduelle disponible sur le réseau de ventilation existant on détermine le débit d’air à partir au moins de la pression différentielle ainsi mesurée. De préférence, on mesure en outre la pression différentielle en amont de la chambre de compression/détente et en aval de l’organe déprimogène, ce qui permet d’obtenir une estimation des pertes de charge totales sur l’ensemble du dispositif. Ce procédé peut être mis en œuvre avec un dispositif présentant tout ou partie des caractéristiques définies plus haut, notamment relatives aux dimensions de la chambre de compression/détente. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen des dessins annexés, sur lesquels : représente de manière partielle et schématique un exemple de dispositif de mesure selon l’invention, représente de manière partielle et schématique un autre exemple de dispositif de mesure selon l’invention, représente de manière partielle et schématique une variante du dispositif de la , représente de manière partielle et schématique un exemple d’organe déprimogène, représente de manière partielle et schématique un exemple d’intégration de l’organe déprimogène et des prises de mesure au sein du conduit de sortie, est un graphe de données mesurées représentant une loi de corrélation entre la géométrie du dispositif et une constante caractéristique, est un schéma représentant de manière partielle un banc d’essai utilisable pour caractériser le dispositif selon l’invention, est un graphe représentant la courbe de caractérisation du dispositif de la obtenue sur le banc d’essai de la , et, est un graphe représentant la courbe de caractérisation du dispositif de la . Dispositif (1) de mesure de débit d’un écoulement (E) d’air dans un réseau de ventilation, comportant : Un conduit d’entrée (2) pour recevoir l’écoulement dont on cherche à mesurer le débit (q v ), un conduit de sortie (6) par lequel l’écoulement quitte le dispositif, une chambre de compression/détente (4) reliant les conduits d’entrée et de sortie, présentant sur au moins une portion de sa longueur une section intérieure supérieure à celle du conduit d’entrée et à celle du conduit de sortie, un organe déprimogène (8) en aval de la chambre de compression/détente (4), deux prises de mesure (10) de pression différentielle disposées de part et d’autre de l’organe déprimogène (8). Dispositif selon la revendication précédente, les conduits d’entrée (2) et/ou de sortie (6) ayant un diamètre hydraulique D, la chambre de compression/détente (4) présentant au moins une section intérieure de diamètre hydraulique D C , le rapport D C /D du diamètre hydraulique de la section de la chambre de compression/détente au diamètre hydraulique des conduits d’entrée et/ou de sortie étant d’au moins 1.56, mieux au moins 2. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, les conduits d’entrée (2) et de sortie (4) étant de forme cylindrique, de préférence de section sensiblement circulaire. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’organe déprimogène (8) étant un diaphragme métallique, notamment de forme annulaire. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’organe déprimogène (8) présentant un orifice, notamment circulaire, de diamètre fixe ( . Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’organe déprimogène (8) étant disposé à au moins 1D de l’extrémité aval de la chambre de compression/détente (4), où D est le diamètre hydraulique du conduit de sortie. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes et la revendication 2, comportant au moins un manchon, une bride ou un collier, pour son raccordement au réseau, et de préférence le raccordement au réseau situé en aval s’effectue après une longueur droite d’au moins 10 cm par bride, collier ou manchon, et de préférence le raccordement au réseau situé en amont s’effectue par bride, collier ou manchon sur une longueur droite d’au moins 1D en amont de la chambre de compression/détente. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant deux autres prises de mesure (11) de pression différentielle disposées en amont de la chambre de compression/détente et en aval de l’organe déprimogène, de préférence à des distances sensiblement égales à 1D en amont de la chambre de compression/détente, où D est le diamètre hydraulique du conduit d’entrée, et 6D en aval de l’organe déprimogène, respectivement, où D est le diamètre hydraulique du conduit de sortie. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, les conduits (2,6) et la chambre de compression/détente (4) étant allongés selon des axes longitudinaux respectifs, les conduits d’entrée et de sortie ayant leurs axes longitudinaux disposés perpendiculairement à celui de la chambre de compression/détente. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, les conduits d’entrée et de sortie et la chambre de compression/détente étant alignés selon un même axe longitudinal. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la chambre de compression/détente (4) étant de forme cylindrique, de préférence circulaire, carrée ou rectangulaire, de préférence circulaire de diamètre hydraulique d’au moins 1.56D, notamment égal à 2D, où D est le diamètre hydraulique du conduit d’entrée (2) ou celui du conduit de sortie (6). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la chambre de compression/détente (4) présentant une longueur d’au moins 2D, en particulier égale à 2D ou 4D, où D est le diamètre hydraulique du conduit de section la plus large entre le conduit d’entrée (2) et le conduit de sortie (6). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un capteur de pression différentielle (100) relié aux prises de mesure (10). Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’organe déprimogène étant dimensionné pour limiter les pertes de charge du dispositif en fonction de la pression résiduelle disponible sur le réseau de ventilation existant. Procédé pour mesurer le débit d’un écoulement (E) d’air dans un réseau de ventilation, notamment à l’aide d’un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, procédé dans lequel : on réalise une compression puis une détente de l’air en le faisant s’écouler dans une chambre de compression/détente (4) reliant un conduit d’entrée (2) et un conduit de sortie (6), on mesure la pression différentielle ( de l’écoulement (E) aux bornes d’un organe déprimogène (8) disposé en aval de la chambre de compression/détente (4), l’organe déprimogène étant de préférence dimensionné pour limiter les pertes de charge du dispositif en fonction de la pression résiduelle disponible sur le réseau de ventilation existant, on détermine le débit (q v ) de l’écoulement d’air à partir au moins de la pression différentielle ainsi mesurée. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on mesure en outre la pression différentielle ( en amont de la chambre de compression/détente (4) et en aval de l’organe déprimogène (8).