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1
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE RABAT
(E.N.S.M.R)
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
En vue de l’obtention du titre:
INGENIEUER D’ETAT
Présenté par :
Samir AFA & Mustapha BOUADDI
Département : ELECTROMECANIQUE
Option : ELECTROMECANIQUE
« Conception et dimensionnement d’un système
CVC Innovant pour un centre hospitalier régional
(400 lits) et un hôpital de proximité (45 lits) »
Jury:
M. EL-AZEHARI Directeur du projet (ENSMR)
M. TAHIRI président (ENSMR)
M. AMARTINI Examinateur (ENSMR)
M. KARRA Parrain Industriel (MINISTERE DE LA SANTE)
2018/2019
2
1
Dédicace
A mes très chers parents
Pour votre soutien permanent, votre encouragement, vos nobles sacrifices, ainsi que votre confiance en
moi, Nul mot ne saurait exprimer l’amour et la reconnaissance que je porte pour vous…
A mes frères et sœurs
Vous êtes ce que j’ai de plus cher, aucun mot, ni expression ne saurait exprimer tout mon amour et
toute ma gratitude.
A Ma chère grand-mère maternelle
Que ce modeste travail, soit l’expression des vœux que vous n’avez cessé de formuler dans vos
prières. Que Dieu vous préserve santé et longue vie.
A
La mémoire de mes grands-pères et ma grand-mère
Je vous dédie aujourd’hui ma réussite.
A mes très chères amies
Sans exception, pour leur encouragement et leur fidélité.
A tous mes professeurs et mes encadrants qui m’ont beaucoup appris
BOUADDI Mustapha
1
Dédicace
A mes très chers parents.
Aucune dédicace ne saurait être assez éloquente pour exprimer mon respect, mon amour éternel et ma
considération pour les sacrifices que vous avez consentis pour mon éducation, mon épanouissement et
mon bien-être. Que ce modeste travail soit l’exaucement de vos vœux tant formulés, le fruit de vos
innombrables sacrifices, bien que je ne vous en acquitterai jamais assez. Puisse DIEU, le Très
Haut, vous accorder santé, bonheur et longue vie.
A mes frères et tous les membres de ma famille, petits et grands.
Veuillez trouver dans ce modeste travail l’expression de toute mon affection.
A tous ceux qui ont cru en moi,
A tous ceux qui m’ont soutenu et partagé mes peines et mes joies,
A tous ceux qui ont marqué ma vie,
Vos mots, votre amour et votre présence ont fait de moi la personne que je suis aujourd’hui. Je vous
dédie ce mémoire avec l’expression de ma plus profonde gratitude.
Samir AFA
1
REMERCIEMENT
C’est avec un grand plaisir que nous réservons cette page en signe de gratitude et de profonde
reconnaissance à tous ceux qui ont aidé à réaliser ce travail.
Avant toute chose, nous tenons à exalter nos sincères remerciements à notre parrain industriel
M.KARRA Karim pour ses conseils et pour le temps qu’il nous a accordé et l’intérêt
particulier qu’il a apporté à ce travail malgré ses préoccupations.
Nous tenons également à exprimer nos sincères gratitudes à la direction et l’ensemble du
corps professoral de L’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Rabat. En particulier, nous
adressons nos remerciements et notre considération bien distinguée à M. EL AZEHARI,
directeur du projet.
Nos vifs remerciements s’adressent également aux membres du jury pour l’honneur qu’ils
nous ont fait en acceptant d’évaluer ce travail.
Aussi, nous tenons à remercier M. BAGHAT Mohammed et toute l’équipe de la division du
bâtiment pour leur accueil sympathique et leur coopération professionnelle tout au long de
cette période de stage.
Enfin, que tous ceux et celles qui ont contribué de près ou de loin à l’accomplissement de ce
travail trouve l’expression de nos remerciements les plus chaleureux.
1
RESUME
Le choix et le dimensionnement d’un système CVC dans un hôpital constitue un défi
conséquent dans le domaine du génie climatique. En effet, les normes appliquées en milieu
hospitalier, exigent des valeurs de température, d’humidité et de taux de brassage bien précis,
et un niveau de filtration assez performant pour le maintien de la propreté des salles. Ce qui
engendre une consommation d’énergie trop élevée et une augmentation des pertes de charges.
C’est dans cette perspective que s’inscrit notre projet de fin d’étude qui a pour objectif de
choisir et dimensionner les systèmes de conditionnement et de traitement d’air dans les
différentes zones du CHR de GUELMIM, qu’elles soient à risque ou hors risque.
Le travail réalisé dans le cadre de ce projet porte dans un premier lieu sur la comparaison
entre les différents systèmes existant de climatisation en mettant en évidence les avantages et
les inconvénients pour chaque système pour permettre ultérieurement un choix judicieux.
La deuxième partie consiste dans la présentation et l’analyse des normes appliquées pour ce
domaine qui définissent les objectifs à atteindre et les moyens à mettre en œuvre en fonction
des zones à risque, puis, une définition d’un cahier de charge qui détermine les données qui
serviront pour le calcul du bilan thermique et le dimensionnement des centrales de traitement
d’air.
Ensuite, la troisième partie du travail a été consacrée à l'évaluation des besoins en
climatisation et en chauffage du CHR objet de l’étude. En effet, cette évaluation est
déterminée en prenant compte des données métrologiques, les données de l’espace, les
matériaux de construction, des charges internes et des exigences des normes.
Finalement nous avons présenté le dimensionnement des centrales de traitement d'air pour les
zones à environnements maitrisés, et précisément pour la zone Bloc Opératoire et l’imagerie
médicale, les zones hors risque aussi ainsi que le dimensionnement du réseau aéraulique.
1
ABSTRACT
The choice and sizing of a HVAC system in a hospital is a major challenge in the field of
HVAC engineering. Indeed, the standards applied in hospitals require very precise values of
temperature, humidity and mixing rates, and a sufficiently high level of filtration to keep the
rooms clean. This leads to excessive energy consumption and increased pressure drops.
It is in this perspective that our end-of-study project is part of which aims to dimension the air
conditioning and treatment systems in the different areas of the GUELMIM RHC, and
especially for the operating room and radiology rooms.
The work carried out within the framework of this project initially focuses on the comparison
between the different air conditioning systems and to mention the advantages and
disadvantages for each system.
The second part was based on the analysis of the standards applied for this field, which define
the objectives to be achieved and the means to be implemented according to the risk areas,
then, we defined a specification that determines data that will help us to calculate the heat
balance and the dimensioning of the air handling plant.
Subsequently, the third part of the work was devoted to evaluating the air conditioning and
heating needs of the CHR under study. Indeed, this evolution is determined by taking into
account metrological data, space data, construction materials, internal loads and standards
requirements.
Finally, we presented the dimensioning of air handling units for areas with controlled
environments, and specifically for the Operating Room area and radiology, as well as the
dimensioning of the aeraulic network.
1
‫ملخص‬
‫ت‬ ‫المستشفى‬ ‫في‬ ‫التكييف‬ ‫نظام‬ ‫اختيار‬ ‫يعد‬
‫مج‬ ‫في‬ ‫ا‬ً‫كبير‬ ‫ًا‬‫ي‬‫حد‬
‫هندسة‬ ‫ال‬
‫في‬ ‫المطبقة‬ ‫المعايير‬ ‫تتطلب‬ ،‫الواقع‬ ‫في‬ .‫الهواء‬ ‫وتكييف‬ ‫التهوية‬
‫المستشفيات‬
‫ومعدل‬ ‫والرطوبة‬ ‫الحرارة‬ ‫لدرجات‬ ‫دقيقة‬ ‫ا‬ً‫م‬‫قي‬
‫الهواء‬ ‫تجديد‬
‫هذا‬ .‫الغرفة‬ ‫نظافة‬ ‫على‬ ‫للحفاظ‬ ‫الترشيح‬ ‫من‬ ٍ‫كاف‬ ‫ومستوى‬ ،
‫وزيادة‬ ‫للطاقة‬ ‫المفرط‬ ‫االستهالك‬ ‫إلى‬ ‫يؤدي‬
‫النفقات‬
.
‫نحن‬ ،‫المنظور‬ ‫هذا‬ ‫من‬
‫في‬ ‫والمعالجة‬ ‫الهواء‬ ‫تكييف‬ ‫أنظمة‬ ‫بتطوير‬ ‫مهتمون‬
‫مرافق‬
‫من‬ ‫مختلفة‬
‫المركز‬
‫االستشفائي‬
‫الجهوي‬
،‫بڭلميم‬
‫بالنسبة‬
‫خاصة‬ ‫عناية‬ ‫تتطلب‬ ‫التي‬ ‫المرافق‬ ‫او‬ ‫العامة‬ ‫للمرافق‬
‫وغرف‬ ‫العمليات‬ ‫لغرفة‬ ‫بالنسبة‬ ‫وخاصة‬
‫األشعة‬ .
‫بين‬ ‫المقارنة‬ ‫على‬ ً‫ال‬‫أو‬ ‫المشروع‬ ‫هذا‬ ‫إطار‬ ‫في‬ ‫المنجز‬ ‫العمل‬ ‫يركز‬
‫مزايا‬ ‫على‬ ‫الضوء‬ ‫تسليط‬ ‫مع‬ ،‫الحالية‬ ‫الهواء‬ ‫تكييف‬ ‫أنظمة‬ ‫مختلف‬
.‫حكيم‬ ‫باختيار‬ ‫السماح‬ ‫أجل‬ ‫من‬ ‫نظام‬ ‫كل‬ ‫وعيوب‬
‫يجب‬ ‫التي‬ ‫والوسائل‬ ‫تحقيقها‬ ‫المراد‬ ‫األهداف‬ ‫تحدد‬ ‫والتي‬ ‫المجال‬ ‫هذا‬ ‫في‬ ‫المطبقة‬ ‫المعايير‬ ‫وتحليل‬ ‫عرض‬ ‫في‬ ‫يتمثل‬ ‫الثاني‬ ‫الجزء‬
‫المعرضة‬ ‫للمناطق‬ ‫ا‬ً‫ق‬‫وف‬ ‫تنفيذها‬
،‫للخطر‬
‫ثم‬
‫لح‬ ‫استخدامها‬ ‫سيتم‬ ‫التي‬ ‫البيانات‬ ‫تحدد‬ ‫التي‬ ‫المواصفات‬ ‫من‬ ‫لمجموعة‬ ‫ًا‬‫د‬‫تحدي‬
‫ساب‬
.‫التوازن‬
‫الحراري‬
‫من‬ ‫الثالث‬ ‫الجزء‬ ‫في‬
،‫العمل‬
‫البيانات‬ ‫مفهوم‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫التطور‬ ‫هذا‬ ‫تحديد‬ ‫يتم‬
،‫وجية‬ ‫المترو‬
‫والبيانات‬
،‫الفضائية‬
‫ومواد‬
،‫البناء‬
‫واألحمال‬
.‫المعايير‬ ‫ومتطلبات‬ ‫الداخلية‬
،‫ا‬ً‫أخير‬
‫ن‬
‫الخاضعة‬ ‫البيئات‬ ‫ذات‬ ‫للمناطق‬ ‫الهواء‬ ‫مناولة‬ ‫وحدات‬ ‫أبعاد‬ ‫قدم‬
،‫للرقابة‬
‫العمليات‬ ‫غرفة‬ ‫لمنطقة‬ ً‫ا‬‫وتحديد‬
،‫واألشعة‬
‫شبكة‬ ‫وأبعاد‬
.‫الهوائية‬ ‫الخطوط‬
1
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Organigramme du ministère de la santé ...................................................................3
Figure 2:systemes de production d'eau glacée et d'eau chaude visualisés dans les sorties ........8
Figure 3:Raccordement les unités intérieures avec les unités extérieures.................................9
Figure 4:schéma d'une CTA (système mixte)........................................................................12
Figure 5:CTA avec caisson de mélange ................................................................................13
Figure 6:CTA tout air repris .................................................................................................13
Figure 7:CTA tout air neuf ...................................................................................................13
Figure 8:Schéma des composantes d'une CTA......................................................................14
Figure 9:free cooling pour un CTA.......................................................................................17
Figure 10:principe simplifie du free chilling .........................................................................17
Figure 11:recuperateur de chaleur au niveau du condenseur..................................................18
Figure 12:Plan architectural du bloc opératoire.....................................................................25
Figure 13:Plan architectural de l'imagerie médicale ..............................................................25
Figure 14:Bilan thermique de la salle d'opération par HAP ..................................................36
Figure 15:Modélisation d'un caisson de mélange ..................................................................44
Figure 16:Modélisation du point de mélange sur le diagramme psychrométrique..................45
Figure 17:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 5....................................................52
Figure 18:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 7....................................................53
Figure 19:Classification des systèmes de climatisation .........................................................65
Figure 20:Système mono-conduit uni-zone...........................................................................66
Figure 21:Système mono-conduit uni-zone avec réchauffage par radiateur ...........................66
Figure 22:Système mono-conduit uni-zone avec recyclage partiel ........................................67
Figure 23:Système mono-conduit avec humidificateur à vapeur............................................67
Figure 24:Représentation schématique d’une installation à débit d’air constant avec possibilité
d’isolement de locaux individuels.........................................................................................69
2
Figure 25:Représentation schématique d’une installation de climatisation et de
conditionnement d’air à débit d’air constant équipée de batteries de réchauffage par local....69
Figure 26:Représentation schématique d’une installation à débit d’air variable .....................71
Figure 27:Représentation schématique d’une installation double gaine .................................72
Figure 28:coupe schématique d'une pompe...........................................................................79
Figure 29:brûleur à pulvérisation ..........................................................................................80
Figure 30:Le brûleur gaz.......................................................................................................80
Figure 31:Radiateur à éléments en fonte ...............................................................................81
Figure 32:chauffage par PAC ...............................................................................................82
Figure 33:Principe d'isolement..............................................................................................83
Figure 34:représentation de la structure ................................................................................85
Figure 35:Plan architectural RDC du CHR de GUELMIM .................................................107
1
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: les blocs du CHR de GUELMIM...........................................................................6
Tableau 2:Zones de risque dans un milieu hospitalier ...........................................................21
Tableau 3:Classes de propreté particulaire de l’air ................................................................22
Tableau 4: Correspondance entre les niveaux de risques et les classes de propreté ISO(N)....22
Tableau 5:Correspondance entre les niveaux de risques et les classes CP..............................23
Tableau 6:Correspondance entre les niveaux de risques et la classe de propreté
microbiologique (M) ............................................................................................................23
Tableau 7:Récapitulatif des valeurs guides de la norme NFS 90-351.....................................24
Tableau 8:Données météorologiques de la région de Guelmim .............................................24
Tableau 9:Composition de l'enveloppe du bâtiment ..............................................................26
Tableau 10:Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour les salles d’opération .....27
Tableau 11: Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour la radiologie .................27
Tableau 12:Valeurs du coefficient de décharge .....................................................................32
Tableau 13:charge par transmission ......................................................................................34
Tableau 14;Charge par rayonnement pendant l'été ................................................................34
Tableau 15:Apports des occupants dans la salle Orthopédie..................................................34
Tableau 16:Charge par transmission en hiver........................................................................35
Tableau 17:Résumé des charges thermiques de la salle d'opération 1....................................35
Tableau 18:Comparaison des résultats donnés par HAP et le calcul manuel..........................36
Tableau 19: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle du bloc opératoire..............37
Tableau 20: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle de l'imagerie médicale .......37
Tableau 21:les valeurs des débits..........................................................................................41
Tableau 22:Points de mélange pour les salles du bloc opératoire et l'imagerie médicale........45
Tableau 23:Points de soufflage bloc opératoire.....................................................................47
Tableau 24:Methode de calcul des puissances des équipements de la CTA ...........................48
2
Tableau 25: calcul des caractéristiques des composantes de la CTA......................................48
Tableau 26:Classification des filtres selon la norme NF EN 779 ...........................................50
Tableau 27:Classification des filtres à très haute efficacité : selon la norme NF EN 1822-1 ..51
Tableau 28: Valeurs des diamètres nominaux des gaines circulaires......................................54
Tableau 29:Dimensionnement des gaines aéraulique pour le bloc opératoire.........................57
Tableau 30: Calcul des pertes de charge totales dans les salles du bloc opératoire.................58
Tableau 31:Résultat des valeurs de sélection des ventilateurs de soufflage............................59
Tableau 32:Classes de risque selon le type d'activité.............................................................87
Tableau 33:Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de climatisation....90
Tableau 34:Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs conductivités et résistances
.............................................................................................................................................93
Tableau 35:Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques .............................96
Tableau 36:Valeurs des coefficients globaux d'échange selon la norme NF EN-673 en
W/m².K ................................................................................................................................97
Tableau 37;Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital..........99
Tableau 38:Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N) ....100
Tableau 39:Pertes de charges finales recommandées des filtres...........................................101
Tableau 40:Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine.......................104
Tableau 41 : Les coefficients de perte de charge singulière .................................................106
1
TABLE DES MATIERES
Dédicace .................................................................................................................................
REMERCIEMENT..................................................................................................................
RESUME ................................................................................................................................
ABSTRACT............................................................................................................................
‫ملخص‬........................................................................................................................................
LISTE DES FIGURES ............................................................................................................
LISTE DES TABLEAUX .......................................................................................................
TABLE DES MATIERES.......................................................................................................
INTRODUCTION GENERALE.............................................................................................1
Chapitre 1 CONTEXTE GENERAL DU PROJET ................................................................2
I. Présentation de l’organisme d’accueil : ........................................................................2
1.1. Le ministère de la Santé :.........................................................................................2
1.2. Direction des équipements et de la maintenance DEM :............................................3
II. Présentation générale du projet :...............................................................................4
2.1 Les objectifs du projet de fin d’études :.....................................................................4
2.2. Contexte et enjeux du projet de fin d’études :............................................................5
Conclusion .......................................................................................................................10
Chapitre2 Types des systèmes CVC.....................................................................................11
Introduction......................................................................................................................11
I. Climatisation et traitement d’air .................................................................................11
1.1 Définition de la climatisation ..............................................................................11
1.2. Système de climatisation utilisé dans le dimensionnement :....................................11
1.3 Types des centrales de traitement d’air et ses composantes : ...............................12
II. Volet d’efficacité énergétique des systèmes CVC pour le CHR ..............................16
Conclusion .......................................................................................................................18
Chapitre 3 Normes de conception et Cahier de charge ..........................................................20
I. Norme NFS 90-351....................................................................................................20
2
1.1. Définitions des environnements maitrisés ...............................................................20
1.2. Principe de l’asepsie progressive.........................................................................21
1.3. Evaluation des risques dans les établissements de santé.......................................21
1.4. Performances des zones à risques selon les niveaux de risques............................22
II. Cahier de charge.....................................................................................................24
2.1. Les données météorologiques .................................................................................24
2.2. Les données d’espace..........................................................................................25
2.3. Les matériaux de constructions et coefficients d’échange thermique ...................26
2.4. Conditions et charges internes.............................................................................27
III. Des recommandations pour le choix d’un système CVC par service .......................28
Conclusion .......................................................................................................................28
Chapitre 4 Evaluation des besoins en chauffage et en climatisation.......................................29
Introduction......................................................................................................................29
I. Modèle théorique de calcul des charges thermiques ...................................................29
1.1. Charges estivales ................................................................................................29
1.2. Charges hivernales..............................................................................................33
II. Résultats et vérification ..........................................................................................33
2.1. Besoins en climatisation .........................................................................................33
2.2. Besoins en chauffage ..............................................................................................35
2.3. Résultat du logiciel HAP ........................................................................................35
2.4. Comparaison des résultats.......................................................................................36
2.5. Résultats bloc opératoire et imagerie médicale........................................................36
Conclusion .......................................................................................................................38
Chapitre 5 Dimensionnement des centrales de traitement d’air et du réseau aéraulique de
soufflage et de reprise d’air...................................................................................................39
Introduction :....................................................................................................................39
I. Calcul de traitement d’air...........................................................................................39
1.1. Calcul des débits d’air neuf et d’air recyclé.........................................................39
1.2. Calcul de la variation du débit.............................................................................40
1.3. Calcul du débit repris..........................................................................................40
3
1.4. Résultats de calcul des débits d’air au bloc opératoire et l’imagerie médical........40
II. Calculs psychométriques ........................................................................................42
2.1. Calcul des pressions atmosphérique et de vapeur saturant .......................................42
2.2. Calcul de l’humidité et de l’enthalpie......................................................................42
III. Détermination du point de mélange ........................................................................43
3.1. Principe de mélange d’air .......................................................................................43
3.2. Modélisation sur le diagramme d’air humide ..........................................................43
3.3. Résultats points de mélange ....................................................................................45
IV. Détermination du point de soufflage .......................................................................46
4.1. Résultats points de soufflage...................................................................................47
V. Calcul des puissances des blocs de la CTA .............................................................48
VI. Choix des systèmes de filtration d’air .....................................................................49
6.1. Les classes des filtres d’air......................................................................................49
6.2. Règlementation relative à l’utilisation des filtre ......................................................51
6.3. Les étages de filtration............................................................................................51
6.4. Application aux salles du bloc opératoire................................................................52
VII. Dimensionnement du réseau aéraulique ..................................................................53
7.1. Choix de la méthode de dimensionnement : ............................................................53
7.2. Calcul de la vitesse d’écoulement d’air ...................................................................54
7.3. Calcul des pertes charges du réseau aéraulique :......................................................54
7.4. Méthode de sélection de ventilateur ........................................................................58
Conclusion .......................................................................................................................59
Conclusion générale : ...........................................................................................................61
ANNEXES:..........................................................................................................................63
ANNEXE 01 Classification des Systèmes de climatisation [2].............................................64
ANNEXE 02 Chauffage ......................................................................................................78
ANNEXE 03 Conception des murs extérieurs.......................................................................83
ANNEXE 04 Classes de risque selon le type d'activité.........................................................87
ANNEXE 05 Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de climatisation 90
4
ANNEXE 06 Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs conductivités et
résistances ............................................................................................................................93
ANNEXE 07 Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques .........................96
ANNEXE 08 Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital.......99
ANNEXE 08: Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N) 100
ANNEXE 09 : Pertes de charges finales recommandées des filtres .....................................101
ANNEXE 10 Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine ..................104
ANNEXE 11 Les coefficients de perte de charge singulière................................................106
ANNEXE 12 Plan de RDC du CHR de GUELMIM ...........................................................107
ANNEXE 13 Taux de ventilation de la norme ASHERAE..................................................108
1
INTRODUCTION GENERALE
Au niveau mondial, le secteur du bâtiment représente à lui seul autour de 40% de la
consommation d’énergie. Au Maroc, le bâtiment détient 25 % de la consommation
énergétique totale du pays, dont 18 % réservés au résidentiel et le reste pour le tertiaire. En
milieux hospitaliers, les systèmes de traitement d’air sont énergivores en raison de la
sensibilité des patients aux risques de contamination dans ces ambiances propres.
En effet, le traitement d’air dans les hôpitaux constitue une problématique conséquente dans
le domaine du génie climatique et énergétique. Les paramètres à maîtriser sont beaucoup plus
vastes que pour un bâtiment « classique » comme le logement ou le tertiaire de bureau. Donc,
il est nécessaire de bien comprendre les normes appliquées en milieu hospitalier, et
d’appliquer ces exigences techniques dans le dimensionnement des équipements de traitement
d'air. C’est dans ce cadre que s’inscrit notre projet de fin d’études proposé par
DIRECTION DES EQUIPEMENTS ET DE LA MAINTENANCE (DEM),
DIVISION DES BÂTIMENTS ET DE L’ARCHITECTURE (DBA), et qui a pour but
d'étudier, vérifier et faire la suivie des projets , en respectant les exigences de certaines
normes, citant en particulier la norme NFS 90-351.
Dans une perspective de lutte contre les risques de contamination, cette norme a été élaborée
pour aider les ingénieurs fluides et CVC (Chauffage, Ventilation, Climatisation) à maîtriser
les risques de contamination en milieu hospitalier, et à appliquer ces exigences techniques
dans le dimensionnement des dispositifs de traitement et de conditionnement d'air dans les
salles propres. Ces zones sont caractérisées par la présence d’un ensemble de patients
potentiellement vulnérables aux effets d’une mauvaise qualité d’air intérieur. Donc, le
système de climatisation dimensionné devra maintenir la température, l’humidité, le taux de
brassage d'air et les différences de pression, et spécialement les zones à risque de
contamination très élevé.
Afin de mener à bien notre mission, le présent rapport est organisé en cinq chapitres. Le
premier chapitre est une présentation du projet étudié et de l'organisme d’accueil. Ensuite, le
deuxième chapitre présente les différents systèmes CVC. Le troisième chapitre s’intéresse aux
critères de choix entre les différents systèmes de climatisation et de chauffage ainsi qu’à
l’établissement d’un cahier de charges typique et la présentation des exigences des normes de
conception dans le quatrième chapitre .Le dernier chapitre s’intéresse à la conception et le
dimensionnement d’un système CVC pour un centre hospitalier régional en affectant plusieurs
étapes d’analyse et de calcul.
2
Chapitre 1
CONTEXTE GENERAL DU PROJET
I. Présentation de l’organisme d’accueil :
Notre stage a été effectué au sein du service des installations techniques à la direction des
équipements et de la maintenance. Cette direction est attachée au ministère de la santé.
1.1. Le ministère de la Santé :
Le ministère de la Santé est le département ministériel du gouvernement marocain
chargé de veiller au bon fonctionnement du système de la santé publique à travers le royaume.
Son siège est situé à Rabat.
Le ministère de la santé est chargé de l'élaboration et de la mise en œuvre de la politique
gouvernementale en matière de santé de la population. Il agit, en liaison avec les départements
concernés, en vue de promouvoir le bien-être physique, mental et social des habitants. Il
harmonise les orientations et coordonne les objectifs et les actions ou mesures qui concourent
à l'élévation du niveau de santé dans le pays et intervient afin d'assurer, au niveau national,
une meilleure allocation des ressources, en matière de prévention, de soins curatifs ou
d'assistance. Il est chargé d'élaborer et de mettre en œuvre la politique nationale en matière de
médicaments et de produits pharmaceutiques sur les plans technique et réglementaire. Il suit
la politique sanitaire internationale à laquelle le Maroc contribue, définit en concertation avec
les départements concernés, les options de coopération dans le domaine de la santé, assure la
mise en application et le suivi de réalisation des programmes convenus. Il assure,
conformément aux dispositions législatives et réglementaires en vigueur, le contrôle de
l'exercice des professions médicales, paramédicales et pharmaceutiques. Il comprend
différentes directions :
 Direction de la population DP
 Direction de l’épidémiologie et lutte contre la maladie DELM
 Direction des hôpitaux et des soins ambulatoires DHSA
 Direction du médicament et de la pharmacie DMP
 Direction des équipements et de la maintenance DEM
 Direction de la planification et des ressources financière DPRF
3
 Direction des Ressources humaines DRH
 Direction de la règlementation et du contentieux DRC
Figure 1: Organigramme du ministère de la santé
1.2. Direction des équipements et de la maintenance DEM :
La Direction des Equipements et de la Maintenance est chargée de :
-Assurer l'exécution du budget d'investissement du ministère.
- Etudier et assurer le suivi de réalisation des projets d'architecture, de bâtiment et de
construction.
- Etudier, programmer et assurer le suivi de réalisation des projets d'équipement en matériel
biomédical ou technique.
4
- Assurer la maintenance, l'aménagement et la réparation du patrimoine immobilier et
matériel.
- De favoriser la recherche et assurer la normalisation de l'infrastructure et des équipements.
- Effectuer la gestion administrative et l'entretien des installations des services centraux.
- Tenir un inventaire des patrimoines foncier et bâti du département.
- Animer la fonction « entretien du patrimoine » au niveau des provinces et préfectures
médicales.
Cette direction comprend :
 La division des bâtiments et de l'architecture qui groupe :
o le service des études architecturales.
o le service des travaux de génie civil.
o le service des installations techniques.
 La division du matériel et des équipements biomédicaux qui groupe :
o le service de la maintenance.
o le service des études et des acquisitions.
 La division du patrimoine et de la programmation qui groupe :
o Le service du patrimoine.
o Le service de la programmation et du suivi budgétaire.
o le service des marchés.
II. Présentation générale du projet :
2.1 Les objectifs du projet de fin d’études :
Ce projet de fin d’étude a été proposé par le ministère de la sante, en réponse a un ensemble
de problèmes relatifs a la partie climatisation, ventilation et chauffage et qui peuvent être
résumés dans les éléments suivants :
 Les systèmes CVC (Climatisation –Ventilation – Chauffage) revêtent une importance
particulière dans les établissements sanitaires. La vulnérabilité du patient exige des
concepteurs d’assurer un environnement confortable, mais aussi sain de manière à ce que
la qualité d’air soit maintenue dans des conditions hygiéniques irréprochables.
 Le choix d’un système CVC pour un bâtiment hospitalier (souvent complexe) fait appel,
dès le début, à des compétences et des profils multiples et variés. Le concepteur se trouve
confronté à des considérations techniques et médicales qui nécessitent, souvent, une étude
approfondie et minutieuse pour couvrir les aspects sanitaires indispensables et les
différentes exigences d’une structure hospitalière.
5
 Le Ministère de la Santé doit déployer des efforts pour s’aligner avec les recommandations
de la réglementation thermique visant la promotion et le renforcement des mesures
d’efficacité énergétique dans les bâtiments hospitaliers.
 Les solutions classiques adoptés par le Ministère de la Santé dans ses projets antérieurs se
trouvent, une fois réalisées, devant une réalité contraignante qui met à mal leur
applicabilité. La non mise en marche d’une chaudière à cause d’un budget de
fonctionnement limité, ou le choix de systèmes qui nécessitent une maintenance
particulière pour assurer leur durabilité dans le temps sont, entre autres, des problèmes qui
imposent de revoir les systèmes habituels.
 Les équipements et matériel du CVC mobilisent des budgets d’investissement
considérables. Concilier les exigences techniques avec les contraintes de la réalité,
notamment celles afférentes aux coûts d’exploitation est, souvent, difficilement atteignable
et pèse par conséquent sur le budget public.
 Le manque des spécialités en génie énergétiques et génie hospitaliers dans les écoles
d’ingénierie et les universités Marocaines influencent la qualité des profils CVC.
 L’absence d’une solution type CVC, soutenue par des arguments scientifiques, qui permet
de procéder à une comparaison et une adaptation selon le contexte de chaque projet,
contribue à un prolongement des études, et un retard dans la validation du présent lot.
Ainsi, et pour répondre à l’ensemble de ces problèmes ce projet de fin d’étude s’est tracé, en
guise de méthode, la réalisation des objectifs suivants :
1. Établir un cadre référentiel technique relatif à la conception des systèmes CVC dans le
milieu hospitalier.
2. Procéder à une enquête et à une analyse de quelques projets existants en identifiant les
avantages et les inconvénients relativement à l’aspect technique.
3. Concevoir une solution CVC innovante qui répond aux exigences de l’efficacité
énergétique et du développement durable assurant un confort supérieur, performance
énergétique, simplicité d’utilisation et fiabilité pour un centre hospitalier régional et un
hôpital de proximité.
4. Élaborer un cahier de charge type pour une installation CVC d’un centre hospitalier
régional (400 lits) et un hôpital de proximité (45 lits).
2.2. Contexte et enjeux du projet de fin d’études :
Un hôpital est un organisme complexe qui doit répondre à plusieurs critères de sécurité et de
confort. Ce dernier concerne le confort qu’offre l’établissement de santé à ses occupants. En
effet, l’environnement et les conditions ambiantes du cadre de vie d’un individu influencent
considérablement son moral, son état de santé, sa sécurité, son efficacité dans tous ses états de
vie et d’activités. Pour fonctionner de manière efficace, le corps humain a besoin d’une
6
atmosphère spécifique dont les caractéristiques dépendent de plusieurs facteurs tels que la
température, l’humidité et le renouvellement d’air. La mise en place de systèmes garantissant
ces conditions relève des techniques de climatisation ou de conditionnement d’air.
Tableau 1: les blocs du CHR de GUELMIM
7
Le sujet de notre projet de fin d’études, intitulé : « Conception et dimensionnement d’un
système CVC Innovant pour un centre hospitalier régional (400 lits) et un hôpital de
proximité (45 lits) », consiste à dimensionner un système CVC pour différents services au
sein d’un CHR type en l’occurrence le CHR de GUELMIM et d’élaborer un cahier de charge
pour ce type d’établissement de santé.
 Les services d’un CHR
Selon le Décret n° 2-14-562 les services d’un CHR sont représentés dans le Tableau 1.
Remarque : D’après le tableau 1, il se voit que les services dans un HP sont inclue dans un
CHR. Par conséquent, le travail qu’on va réaliser pour un CHP, par la suite, sera valable pour
un HP avec quelques nuances qui n’influencent pas le concept global.
 CHR de GUELMIM
Dans le cadre de notre travail, on a pris le CHR de GUELMIM comme base d’étude
technique. Cette étude sera focalisée sur l’étude et le dimensionnement des centrales de
8
traitement d’air, ainsi que du réseau aéraulique pour les zones à risque ainsi que les zones hors
risque.
Le CHR de GUELMIM se compose d’un RDJ + RDC + deux étages. Le plan du RDC de ce
CHR qui contient le bloc opératoire et l’imagerie médicale (objet du dimensionnement) est
présenté dans l’annexe 12.
Figure 2:systemes de production d'eau glacée et d'eau chaude visualisés dans les sorties
 Enjeux rencontrés durant la période du stage
Durant le stage, outre l’analyse sur plans des solutions classiques adoptées par le ministère de
la santé, nous avons eu l’occasion d’effectuer des visites à deux centres hospitaliers existants
(à Salé et Témara) afin de visualiser les systèmes CVC installés dans ces deux hôpitaux. Nous
avons trouvés des systèmes centralisés contenant :
9
-Des groupes d’eau glacée qui alimentent l’ensemble des batteries froides des différents
terminaux de climatisation
-Des chaudières pour la production de l’eau chaude qui alimentent l’ensemble des batteries
chaudes et des radiateurs et assurent l’appoint de la production d’eau chaude sanitaire.
Les figures suivantes représentent les cycles d’eau chaude ou glacée d’une manière
simplifiée :
Figure 3:Raccordement les unités intérieures avec les unités extérieures
Nous avons constaté que les systèmes actuels présentent des limites et des inconvénients qui
se résument dans les points suivants :
- Arrêt volontaire des chaudières par l’administration de l’hôpital à cause de la consommation
énorme du combustible qui pèse sur le budget.
10
- Insuffisance des puissances des panneaux solaires pour la production de l’eau chaude
sanitaire puisque l’appoint est effectuée par les chaudières.
- Climatisation inefficace dans le laboratoire et la radiologie ce qui peut être causé par :
 Un sous dimensionnement des VC
 Le système centralisé qui est difficile à contrôler car l’arrêt de l’unité de production
suite à une panne provoque l’arrêt du système complet.
De ce fait, on va opter pour des systèmes indépendants (décentralisé) car les services du CHR
sont hétérogènes ayant pour chacun des besoins spécifiques.
Pour élaborer un cahier de charge type pour une installation CVC d’un CHR on suit le
raisonnement qui consiste à décomposer le CHR en des zones indépendantes :
-zones à risque :(Bloc opératoire, salle de réveil, salle de réanimation, salle d’isolement…)
-zone hors risque :(laboratoire, imagerie, administration, hébergement …)
Par la suite, choisir pour chaque zone un système CVC convenable.
Conclusion
Ce chapitre introductif a été consacré essentiellement à la présentation de l’environnement
dans lequel ce stage a été effectué. Il a mis notamment l’accent sur le contexte de ce projet de
fin d’étude qui s’articule autour de l’analyse critique des systèmes existants afin de
dimensionner un système de climatisation fiable, écologique et moins consommateur
d’énergie.
Les différents types des systèmes de climatisation et le principe de fonctionnement du
système choisi est l’objectif du chapitre suivant.
11
Chapitre2
Types des systèmes CVC
Introduction
La qualité de l’air intérieur dans les établissements de santé est une problématique complexe.
Alors que plusieurs de ces établissements sont situés dans des édifices vieillissants, il existe à
l’opposé de nombreux projets de constructions neuves. La façon dont les établissements de
santé sont conçus et gérés peut donc avoir un effet majeur sur la qualité de l’air intérieur.
La nature et la complexité des établissements de santé varient, considérablement d'un
établissement à l'autre, selon la nature des services et des patients traités - du cabinet d'un
médecin généraliste de quartier jusqu'aux grands centres médicaux régionaux ou
universitaires et les hôpitaux spécialisés. En règle générale, les exigences en matière de
contrôle de l'environnement et le rôle du système de CVC dans la sécurité des personnes et la
lutte contre les infections deviennent de plus en plus importantes.
I. Climatisation et traitement d’air
1.1 Définition de la climatisation
La climatisation est un processus physique pour le maintien d’un niveau de confort pour les
occupants d'un local (domaine résidentiel, tertiaire...).
La température est le premier et principal paramètre contrôlé. Le deuxième paramètre est
l’humidité. Un autre paramètre peut s’ajouter, c’est la propreté de l’air qui est nécessaire pour
des raisons de confort ou des raisons techniques lorsqu’il s’agit, par exemple, de créer un
environnement maitrisé dans un milieu hospitalier. Dans ces deux derniers cas, nous parlons
d’un traitement d’air.
La Classification des Systèmes de climatisation et chauffage sont présentés dans l’annexe 01.
1.2. Système de climatisation utilisé dans le dimensionnement :
Dans Le présent Sujet, la climatisation du CHR sera faite par l’intermédiaire de centrale de
traitement d’aire (CTA). Pour cela, on a réservé cette partie pour définir ce système.
1.2.1 Centrale de traitement d’aire (CTA) :
Le type de CTA dépend de l’origine de l’air à traiter soit d’air neuf, repris ou mélange des
deux. La composition d’une centrale de traitement d’air est déterminée en fonction du résultat
12
du couple (humidité ; température) que nous voulons obtenir. Les différentes composantes
seront détaillées par la suite dans ce chapitre.
Figure 4:schéma d'une CTA (système mixte).
1.3 Types des centrales de traitement d’air et ses composantes :
 Système avec caisson de mélange :
L’air traité est le mélange d’air repris du local et de l’air neuf provenant de l’extérieur. Il est
utilisé généralement lorsque le débit d’air neuf réglementaire est inférieure au débit d’air
soufflé, donc on compense cette différence par l’air recyclé ce qui permet une quantité
d’énergie très importante par rapport au système tout air neuf.
13
Figure 5:CTA avec caisson de mélange
 Système tout air repris
Le traitement d’air n’apporte pas d’air neuf, ce type est utilisé lorsque le renouvellement d’air
n’est pas exigé, mais il est peu préférable car la présence des personnes dans un local
nécessite pour des raisons hygiéniques le d’air.
Figure 6:CTA tout air repris
 Système tout air neuf :
Utilisé dans le cas où le débit d’air à souffler est inférieure au débit d’air neuf règlementaire
ou dans le cas où le recyclage d’air du local est interdit pour des raisons hygiéniques (dans les
salles d’isolement par exemple). Ce système n’est pas économique vu qu’il conduit à des
puissances thermiques élevées.
Figure 7:CTA tout air neuf
• Les équipements d’une centrale de traitement d’air :
14
La figure ci-dessous présente le schéma de principe d’une centrale à débit d’air constant. La
centrale de traitement d’air souffle dans les locaux de l’air à basse vitesse (2 à 6 m/s) et à
débit constant compris entre 1000 m³/h et 100 000 m³/h. L’air est généralement distribué par
des bouches de soufflage de type mural ou plafonnier. Une CTA peut comporter des batteries
froide et chaude, des humidificateurs, des filtres, des ventilateurs, une grille de prise d'air
neuf, des registres, un caisson de mélange et une pare-gouttelette…
 Batterie froide :
La batterie froide est composée d’un échangeur de chaleur et d’un bac de réception d'eau
condensée sur la surface d'échange qui va être évacuée vers le réseau des eaux usées .Il existe
deux types de batteries froides en fonction du fluide caloporteur utilisé :
Batterie froide à eau glacé : est alimentée par l’eau glacée produite de façon centralisée, ou
bien on peut ajouter d'éthyle glycol ou de propylène glycol à cette eau pour éviter la prise en
glace au niveau d'évaporateur
Batteries froide à fluide frigorigène (dite improprement à détente directe) : Elle est montée
directement sur le circuit thermodynamique dont elle constitue l'évaporateur. On l'appelle
"batterie à détente directe". La proximité du compresseur est souvent requise pour minimiser
les pertes de charge.
 Batterie chaude :
Figure 8:Schéma des composantes d'une CTA
15
La batterie chaude est un échangeur de chaleur qui permet le chauffage de l’air. Il existe trois
types de batteries chaudes suivant le type d’alimentation en chaleur :
Batterie à eau chaude : est alimentée par l’eau chaude, Cette eau vient d’un générateur qui
peut être soit une chaudière à combustible /électrique ou pompe à chaleur.
Batterie électrique : l’apport de chaleur se fait par une résistance électrique, ce type des
batteries a un temps de réponse court et un coût d’installation réduit par rapport aux batteries
à eau chaud, mais il est un grand consommateur d’énergie.
Batteries à fluide frigorigène: On utilise directement la condensation d'un fluide frigorigène
dans le condenseur qui peut être monté dans le caisson de traitement d'air.
 L’humidificateur :
Il sert à augmenter la teneur en eau de l’air traité, c’est à dire augmenter l’humidité absolue.
L’humidification se fait par un contact étroit et intensif entre l'air et la source d'humidité. Les
procédés utilisés sont : l’humidification par pulvérisation d’eau, par injection de vapeur ou par
évaporation à la surface d’un plan d’eau.
 Ventilateur :
Le ventilateur assure un écoulement d’air continu dans la CTA, dans le réseau de distribution
et de reprise d’air, et par conséquent, si le système est avec un caisson de mélange, on aura
toujours deux types de ventilateur :
Ventilateur de soufflage : Amène l’air traité au local via un conduit de soufflage.
Ventilateur de reprise ou d’extraction : Reprend l’air du local via un conduit de reprise sur
lequel est montée une grille de reprise.
 Les filtres :
L’air contient des particules en suspension et des micro-organismes et pour sauvegarder la
santé des personnes et protéger les échangeurs de l’encrassement et le dépôt des poussières,
on doit filtrer l’air avant sa rentrée dans la CTA, au cours de son traitement et avant son
introduction dans le local.
On peut trouver encore d’autres éléments dans ces CTA à savoir :
-Registre : Equilibrent chaque branche en réglant l’admission de l’air. Ils sont couplés au
fonctionnement du ventilateur.
-Pare-gouttelettes : Evite l’entrainement de l’eau de condensation sur la batterie froide.
-Récupérateur de chaleur : permet le transfert de chaleur entre l’air extrait et l’air neuf
16
II. Volet d’efficacité énergétique des systèmes CVC pour le CHR
L’économie d’énergie devient de plus de plus une nécessité pour les établissements publics
suite à l’entrée en vigueur de la réglementation thermique qui exige le respect d’un certain
nombre d’éléments tant sur le plan passif (bâtiment) que sur le plan actif (équipements). Ci-
dessous un ensemble de recommandations que les BET engagés par le ministère doivent
intégrer lors de la conception d’un système CVC.
 Recyclage de l’air au niveau de l’air repris de CTA
Afin d’éviter un trop grand renouvellement d’air dans les locaux, par soucis d’économie
d’énergie, il peut être utile de recycler une partie de l’air extrait à l’aide d’un caisson de
mélange. L’air neuf se mélange à l’air repris, il en résulte un air de mélange qui pénétrera
dans la centrale de traitement d’air. En général, l’air mélangé est composé au maximum de 20
% à 25 % d’air neuf
 Free-cooling
Les Roof top et les CTA fonctionnent en marche normale en air repris avec un minimum d'air
neuf (ex: 80% air repris, 20% air neuf, moduler en fonction de la température extérieure),ce
réglage est géré par l'utilisateur via un automate ou par une sonde de qualité d'air en fonction
du taux d'occupation ou encore par deux sondes hygrométriques par différence d'enthalpie
entre l'air intérieur et extérieur. Le free cooling (refroidissement gratuit) consiste à utiliser
directement l'air extérieur pour refroidir un local on introduit de l'air extérieur si celui -ci est
d'une température plus basse que l'air repris (intérieur) et que la régulation est en demande de
froid. L'admission de cet air plus frais se fait par l'intermédiaire d'un volet ou registre
motorisé commander une régulation. Ce système peut remplacer complètement la puissance
frigorifique distribuée par les compresseurs ou les vannes trois voies lorsque la température de
l’air extérieur le permet et ceci jusqu'à ce que la demande de froid devienne trop importante et
à ce moment la régulation démarrera le ou les compresseurs (roof top etc) ou ouvrira les
vannes trois voies (pour les CTA.).
17
Figure 9:free cooling pour un CTA
 Free-chilling
Lorsque la température extérieure descend sous les 8 à 10 °C, on peut fabriquer de l’eau
glacée sans utiliser le groupe frigorifique. L’eau est directement refroidie par l’air extérieur et
la machine frigorifique est mise à l’arrêt. L’économie d’énergie est évidente ! La rentabilité
du projet est d’autant plus élevée que les besoins de refroidissement sont importants en hiver
et que l’installation s’y prête. Étudions cela en détail.
Figure 10:principe simplifie du free chilling
 Choix d’un intervalle d’humidité au lieu d’une valeur fixe
Cette action agit sur le temps de fonctionnement d’humidificateur. En effet, minimiser le
temps de fonctionnement implique économie d’énergie électrique. Cette procédure est
applicable dans un établissement de sante voire que les normes pour ce domaine n’exigent pas
une valeur fixe d’humidité
 Récupération de chaleur au niveau du condenseur des PAC ou du groupe d’eau glacée
La mise en place d’un récupérateur consiste à intercaler entre le compresseur et le condenseur
à air un échangeur de chaleur fluide frigorigène et eau dans le but de chauffer de l’eau en
18
exploitant la chaleur extraite de la chambre froide lorsque l’on procède à son refroidissement
et maintien en température. Le fluide frigorigène transporte l’énergie thermique depuis
l'évaporateur jusqu’au récupérateur, où il cède des calories à l’eau, qui voit alors sa
température augmenter.
Figure 11:recuperateur de chaleur au niveau du condenseur
 Respect de la réglementation thermique marocaine par le choix judicieux des
matériaux d’isolation
 Proposition des panneaux solaires à capteurs cylindriques sous vide au lieu des
capteurs plans
Le remplacement des panneaux solaires à capteur plan par des panneaux solaire a capteur
cylindrique veut dire augmenter le rendement d’exploitation de l’énergie solaire ce qui va
améliorer la production de l’eau chaude sanitaire.
Conclusion
Dans cette partie, Nous avons défini le choix du système de traitement et de conditionnement
d’air, qu’on va dimensionner, pour le bloc opératoire et l’imagerie médicale, puis on a
présenté un volet d’efficacité énergétique afin d’optimiser la consommation de l’énergie dans
un établissement de santé.
En effet, pour notre étude des zones à environnement maitrisé dans un hôpital, nous allons
utiliser des CTA avec caisson de mélange, vu que dans les zones à risque, le renouvellement
d’air est toujours important et nécessaire, selon les exigences de la norme NFS90-351 Nous
19
allons également utiliser des batteries l’eau glacée comme fluide caloporteur, pour éviter les
risques de contamination.
Maintenant que nous avons déterminé le type des CTA à utiliser, nous pourrons passer à
l’étape de dimensionnement des CTA pour les zones à risque, mais nous devons tout d’abord
définir la norme NFS 90-351 et un cahier de charge qui contient les paramètres de calcul ce
qui fera l’objet du chapitre suivant.
20
Chapitre 3
Normes de conception et Cahier de charge
I. Norme NFS 90-351
Dans l'absence d'un cadre réglementaire de traitement d'air dans les milieux hospitaliers au
Maroc, La norme française NF 90-351 constitue un repère pour les ingénieurs d'étude et les
responsables techniques marocains, afin de s'assurer de la maîtrise du risque de bio-
contamination. Cette norme précise les différentes règles et exigences hygiéniques pour la
conception, la construction, l'exploitation, la maintenance et les procédés d'utilisation des
installations de traitement et de maîtrise de l'air dans les établissements de santé, et plus
précisément dans les zones à très haut risque de contamination.
1.1. Définitions des environnements maitrisés
On définit une ambiance propre ou confinée comme étant constituée d’une enceinte physique
étanche à l’air délimitée par des cloisons, un plafond, un sol et des portes et d’une ventilation
ou installation de traitement d’air spécifique.
Il existe trois domaines pour caractériser ce type d’ambiance :
- Salle propre : utilisée principalement dans le domaine de l’industrie, elle vise à protéger le
patient ou le produit d’une contamination environnementale.
- Zone à environnement maîtrisé [3] °: aussi appelée zone de classe de risque par les normes
NF EN ISO 14698-1 et NF EN ISO 14644-7, elle concerne, comme la salle propre, la
protection du patient ou du produit dans les établissements de santé.
- Zone de confinement à risques biologiques, chimiques et/ou radiologiques : elle agit de
façon « inversée » par rapport aux salles propres et aux zones à environnement maîtrisé, à
savoir qu’elle protège l’environnement et le personnel d’agents dangereux.
Les salles propres et les environnements maîtrisés sont toujours en surpression par rapport à
l’environnement extérieur, ceci afin d’éviter une contamination provenant de ce dernier.
Inversement, les zones de confinement sont généralement en dépression par rapport à cet
environnement pour, au contraire, ne pas le contaminer.
Selon la norme NF S 90351, un environnement maîtrisé est une zone à risque caractérisée par
un niveau de risque : 2, 3 ou 4
21
1.2. Principe de l’asepsie progressive
L’asepsie progressive est l'établissement d'une série de barrières successives pour limiter le
risque de contamination d'une cible dont la criticité a été préalablement identifiée. Les accès à
la cible sont obligatoirement régulés par un passage par des zones successives. Par exemple,
une salle d’opération ne peut être accessible qu’à travers une circulation de classe de risque 2,
au sein d’un bloc opératoire. Cette séparation permet de mettre en place un gradient de
pression à chaque franchissement de zone, ce qui permet d’en maîtriser la propreté. Ce
concept permet de déterminer plusieurs zones dans un milieu hospitalier. La norme NFS 90-
351 a introduit le concept de zones à risques de bio-contamination. Dans ces zones, les
produits ou les personnes peuvent-être sensibles à la fois aux particules viables mais aussi aux
particules inertes.
1.3. Evaluation des risques dans les établissements de santé
Un risque est défini comme la combinaison de la probabilité d’occurrence d’un évènement
redouté (par exemple l’infection associée aux soins) et de la gravité de ses conséquences sur
une cible donnée (par exemple le patient).
Dans le milieu hospitalier, l’évaluation des risques se fait selon des critères de performance
permettant d’évaluer le niveau de propreté de l’air dans une salle quelconque, en fonction des
types d’activités. Cette analyse permet d’attribuer à chaque zone une classe de risque. De
plus, il est d’usage de concevoir des règles de maîtrise des zones à environnement maîtrisé qui
imposent de respecter le principe de l’asepsie progressive, définit dans le paragraphe
précédent. Par exemple, une salle d’opération (risque 3 ou 4) ne peut être accessible qu’à
travers une circulation de classe de risque 2, au sein d’un bloc opératoire. Cette séparation
permet de mettre en place un gradient de pression à chaque franchissement de zone, ce qui
permet d’en maîtriser la propreté. Le tableau suivant présente des exemples des différentes
zones dans un établissement de santé et la classe de risque correspondante :
Tableau 2:Zones de risque dans un milieu hospitalier
Type de zone Classe de risque Signification
Salle d’orthopédie, Salle ORL, Salle
endoscopie
4 très haut risque infectieux
Salle de chirurgie générale, Salle de
neurochirurgie, Césarienne
3 haut risque infectieux
Salle de réanimation, salle de
conditionnement, de stérilisation,
Salle de préparation à la chirurgie
2 risque infectieux moyen
22
Hospitalisation standard,
administration, réception, salle de
cours
1 Risque de contamination
faible ou négligeable
En effet, en raison d’absence des risques de contamination dans les locaux à risque 1 ne sont
pas considérés comme des zones à environnement maitrisé et ne font pas partie du champ
d’application de la norme NFS 90-351. Dans la suite, la notion des zones à risque se réfère
aux zones à risque 2,3 et 4
1.4. Performances des zones à risques selon les niveaux de risques
Après la détermination de niveau de risque pour chaque zone, la norme précise les moyens à
mettre en œuvre afin d’atteindre un niveau de performance.
1.4.1. Les critères de performance selon la norme NFS 90-351
La classe de propreté particulaire : Les caractéristiques de la classe de propreté particulaire
de l’air sont spécifiées dans la norme NF EN ISO 14644-1 :1999. Cette norme permet
d’identifier des niveaux de propreté de l’air dans un espace quelconque, répartis de la classe
ISO 1 à ISO 9. Chaque classe de propreté correspond à une valeur de concentration maximale
admissible (particules/m3 d'air) en particules de taille égale ou supérieure à celle indiquée
dans le tableau ci-dessous, en μm.
Tableau 3:Classes de propreté particulaire de l’air
Numéro de
classification
Concentrations maximales admissibles (particules/m3 d'air) en
particules de taille égale ou supérieure à celles données ci-dessous
ISO 0,1 mm 0,2 mm 0,3 mm 0,5 mm 1 mm 5 mm
Classe ISO 1 10 2
Classe ISO 2 100 24 10 4
Classe ISO 3 1 000 237 102 35 8
Classe ISO 4 10 000 2 370 1 020 352 83
Classe ISO 5 100 000 23 700 10 200 3 520 832 29
Classe ISO 6 1 000 000 237
000
102
000
35 200 8 320 293
Classe ISO 7 352 000 83 200 2 930
Classe ISO 8 3 520 000 832 000 29 300
Classe ISO 9 35 200000 8 320000 293 000
Afin de bien maitriser la contamination particulaire dans la zone à protéger, la norme NFS 90-
351 spécifie pour chaque classe de risque une classe particulaire :
Tableau 4: Correspondance entre les niveaux de risques et les classes de propreté ISO(N)
Classe de risque
Classe de propreté
particulaire
23
4 ISO 5
3 ISO 7
2 ISO 8
Cinétique d’élimination des particules (CP) [4] : définie comme étant le temps, exprimé en
minutes, nécessaire pour éliminer 90% des particules de diamètre supérieur ou égal à une
valeur donnée par rapport au pic de pollution initiale, dans un volume déterminé hors
présence humaine.
Par exemple, CP10 signifie le temps nécessaire pour éliminer 90% des particules de
diamètre>=0.5 μm est inférieur à 10min. Le tableau suivant présente les cinétiques
d’élimination exigées par la norme en fonction de de la classe de risque :
Tableau 5:Correspondance entre les niveaux de risques et les classes CP
Classe de risque CP
4 CP 5
3 CP 10
2 CP 20
Classe de propreté microbiologique (M) [4] : le nombre des particules pouvant donner
naissance à des colonies par mètre cube d’air ambiant. Le tableau suivant présente les classes
de propreté microbiologique pour chaque classe de risque
Tableau 6:Correspondance entre les niveaux de risques et la classe de propreté microbiologique (M)
Classe de risque CP
4 M1*
3 M10
2 M100
Concentration maximale de nombre de particules viables est inférieur à 1UFC (Colony
Forming Unit/m3).
Afin d’atteindre les objectifs détaillés ci-dessus pour chaque classe de risque, la norme
préconise un ensemble des moyens à mettre en œuvre.
1.4.2. Tableau récapitulatif des valeurs guides de la norme NFS 90-351 (Avril 2013):
24
Afin de simplifier la compréhension de la norme, nous avons regroupé les différentes valeurs
guides de la norme NFS 90-351 dans le tableau suivant :
Tableau 7:Récapitulatif des valeurs guides de la norme NFS 90-351
Classe de
risque
Classe de
propreté
particulaire
Pression
différentielle
(positive ou
négative)
Plage de
températures
Régime d’écoulement d'air
Autres spécifications, valeur
minimale
4 ISO 5 15 Pa ± 5 Pa
19 °C à 26
°C
Flux unidirectionnel
Zone sous le flux Vitesse
d’air de 0,25 m/s à 0,35 m/s
taux d'air neuf du local > 6
volumes/heure
3 ISO 7 15 Pa ± 5 Pa
19 °C à 26
°C
Flux unidirectionnel ou non
unidirectionnel
taux de brassage > 15
volumes/heure
2 ISO 8 15 Pa ± 5 Pa
19 °C à 26
°C
Flux non unidirectionnel
taux de brassage > 10
volumes/heure
Remarque : pour les taux de ventilation la norme française ne les précise pas exactement ce
qui pousse a pensé d’utiliser les exigences de la norme ASHERAE. (Voir l’annexe 13).
II. Cahier de charge
2.1. Les données météorologiques
Les données météorologiques définissent les conditions de température, d’humidité et de
rayonnement solaire auxquelles le bâtiment fait face durant une année. Ces conditions jouent
un rôle important en influençant les charges et le fonctionnement du système. En effet, pour
notre cas d’étude, l’hôpital est situé au Maroc, dans la zone de GUELMIM (latitude 29.02,
Longitude : -10.05, Altitude : 300m). Nous présentons dans le tableau suivant toutes les
données météorologiques nécessaires de la région de GUELMIM [6] [7] :
Tableau 8:Données météorologiques de la région de Guelmim
Zone : GUELMIM
Longitude
(deg)
-10.05
Latitude
(deg)
29.02 Elévation (m) 300
Conditions de températures extérieures
Conditions
en été
Température
sèche (°C)
44 Température
humide (°C)
23.9 Humidité
relative
(%)
19
Conditions
en hiver
Température
sèche (°C)
5 Température
humide (°C)
2.6 Humidité
relative
(%)
66
25
2.2. Les données d’espace
Un espace est une région de la construction comprenant un ou plusieurs éléments de flux de
chaleur et servi par un ou plusieurs terminaux de distribution d'air. Habituellement, un espace
représente une chambre simple. Toutefois, la définition d'un espace est flexible. Pour
certaines applications, un espace peut représenter un groupe de pièces, ou même un immeuble
entier. Pour définir un espace, tous les éléments qui affectent le flux de chaleur dans l'espace
doivent être décrits. Les éléments comprennent les murs, les fenêtres, les portes, les toits, les
lucarnes, les planchers, les occupants, l'éclairage, les équipements électriques, des sources de
chaleur divers, l'infiltration, et les partitions. Les données sont saisies à l'aide du formulaire
d'entrée de l'espace. Le calcul du bilan thermique est effectué pour chaque salle du bloc
opératoire et celui de la réanimation, en RDC de l'Hôpital CHR de GUELMIM. Les figures
suivantes présentent la numération des locaux du bloc opératoire et d’imagerie médicale en
étude.
Figure 12:Plan architectural du bloc opératoire
Figure 13:Plan architectural de l'imagerie médicale
Nous présentons dans le tableau suivant en résumé les données d’espace nécessaires pour le
calcul du bilan thermique :
Type de Salle Surface du
plancher (m²)
Orientation
des murs
extérieurs
Surface
totale du
vitrage (m2)
Surface
murs
extérieurs
(m²)
Imagerie
médicale
Radiologie 1 35 - - -
Radiologie 2 35 - - -
26
Radiologie 3 35 - - -
Mammographie 16.2 - - -
Dentaire 22 - - -
Echographie 21.2 - - -
Scanner 41.1 - - -
Bloc
Opératoire
Salle Operations 1 40.61 Nord 1.92 24.5
Salle Operations 2 40.95 - - -
Salle Operations 3 50.14 - - -
Salle Operations 4 50.12 - - -
Salle Operations 5 50.14 - - -
Salle Operations 6 40.9 - - -
Salle Operations 7 40.9 - - -
En ce qui concerne les murs intérieurs et les planchers ils sont tous en contact avec des locaux
climatisé et chauffé, contrairement au plafond il est en contact avec un local technique qui
n’est pas traité.
Dans ce qui suit nous considérons la température du local technique à 44°C en été et 5°C en
hiver.
2.3. Les matériaux de constructions et coefficients d’échange thermique
Le choix des matériaux de constructions et le calcul des coefficients d’échange thermique qui
permettent le calcul du bilan thermique sont détaillé dans l’annexe 03
Dans la suite du calcul, on travaillera avec les compositions et les coefficients d’échanges
indiqués sur le tableau suivant :
Tableau 9:Composition de l'enveloppe du bâtiment
Enveloppe Composition
Coefficient global
d'échange W/m².K
Mur extérieur
Briques rouges à 9 trous et
polystyrène extrudé
0,42
Cloisons Plaque plâtre BA13 1.48
Toiture Dalle pleine et polystyrène extrudé 0,34
Bais vitrées Double vitrage et lame d'air 1,4
Planchers Dalle pleine avec plafond en plâtre 2.38
27
intermédiaire B13
2.4. Conditions et charges internes
En ce qui concerne les conditions internes, La température du bloc opératoire doit être
comprise en 19°C et 26°C, en fonction du type de l’opération et les infections postopératoires
qui se produisent. Dans la suite de l’étude, nous allons considérer les conditions extrêmes
d’intervention dans le bloc opératoire. Soit alors 19 °C pour l’été et 26 °C pour l’hiver, et
pour l’humidité relative nous allons considérer les exigences de l’ancienne version de la
norme NFS 90-351, soit alors une plage d’humidité relative de 45-60%
Pour le calcul des charges internes dans les différentes salles, dus à l’éclairage, les
équipements électriques, des occupants et des sources diverses, nous avons collecté des
informations auprès de l’archive de la DBA, qui nous ont aidé à mettre les hypothèses de
calculs suivantes :
Tableau 10:Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour les salles d’opération
Occupation Salle d’opérations 5 m²/pers
Apports par éclairage Salle d'opérations 30 W/m²
Apports par machines Salle d’opérations 150 W/m²
Apports par les occupants
Sensible hors
Hébergement
75 W
Latent hors Hébergement 75 W
Hébergement sensible 75 W
Hébergement latent 75 W
Tableau 11: Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour la radiologie
Occupation Radiologie 3 m²/pers
Apports par éclairage Radiologie 30 W/m²
Apports par machines Radiologie 200 W/m²
Apports par les occupants
Sensible hors
Hébergement
75 W
28
Latent hors Hébergement 75 W
Hébergement sensible 75 W
Hébergement latent 75 W
III. Des recommandations pour le choix d’un système CVC par service
Dans cette partie on va citer notre choix des systèmes pour les différentes zones du CHR
Bloc opératoire
- Des PAC réversible (chauffage et climatisation) qui alimentent :
CTA uni zone pour les salles d’opérations
CTA pour la salle de réveil
CTA pour le sas, Réanimation, Stérilisation, Salle d’isolement
- Pour les salles à risque 4 en utilise un Plafond filtrant (type H14) et grille de diffusion
Maternité, pédiatrie et l’hébergement
- PAC réversible qui alimente des Ventilo-convecteur 4 tubes (chauffage et climatisation).
L’imagerie (système tout air)
PAC réversible qui alimente une CTA (chauffage et climatisation).
Laboratoire (système tout air)
PAC réversible qui alimente une CTA (chauffage et climatisation).
Bureaux d’administration
Système de Débit réfrigérant variable
Conclusion
Dans cette partie, nous avons présenté les valeurs guides de la norme NFS 90-351, nécessaires
pour la maitrise des risque de contamination dans les zones à risque d’un milieu hospitalier
puis nous avons déterminé les conditions intérieures de la zone à risque, et extérieures afin de
commencer l’évaluation des besoins en chauffage et en climatisation.
29
Chapitre 4
Evaluation des besoins en
chauffage et en climatisation
Introduction
L’établissement du bilan thermique est une étape importante qui permet de quantifier
l’énergie qu’il faudra pour chauffer et climatiser un local. Et avant de passer à l’évaluation
des différentes charges de chaque zone de l’hôpital, il est nécessaire de déterminer tous les
éléments entrant en compte dans le calcul du bilan thermique à savoir : la nature des
matériaux de construction, les différentes dimensions et l’orientation des murs et vitrages,
l’occupation, et les gains internes.
Dans ce chapitre, nous allons présenter le modèle théorique de calcul du bilan thermique que
nous avons utilisé et programmé sur notre application, puis nous allons présenter les
différentes données techniques nécessaires pour l’évaluation des charges de chauffage et
refroidissement. Ensuite, nous allons prendre un exemple de calcul (salle d’opération – Bloc
opératoire – Risque 4 ISO 5), afin de comparer les résultats avec ceux obtenus par le logiciel
HAP. Ce qui nous permettra de valider notre modèle théorique.
A la fin du chapitre, nous allons récapituler les résultats calculés pour les différentes salles
d’opérations du bloc opératoire et du bloc d’imagerie.
I. Modèle théorique de calcul des charges thermiques
Nous présentons dans cette partie un modèle théorique simplifié d’évaluation des apports pour
la saison d’été (Climatisation) et des déperditions pour la saison d’hiver (Chauffage)
1.1. Charges estivales
Pour la saison d’été nous avons deux types d’apports : les apports externes et les apports
internes.
1.1.1. Charges externes
30
Les charges externes représentent tous les échanges thermiques entre le local à climatiser et
son milieu extérieur. Nous avons trois types d’apports extérieurs :
 Apports par transmission
Les apports par transmission à travers les parois et les vitrages, sont provoqués par une
différence de température et dépendent de la nature des matériaux utilisés. Nous calculons ces
apports par la formule [5] suivante :
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = ∑𝑈𝑖 × 𝐴𝑖 × 𝛥𝑇𝑖 (1)
Avec :
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 : Apport par conduction (W).
Ui : Coefficient d’échange thermique à travers l’élément i (Paroi, vitrage…) (W/m². °C).
Ai : Surface de l’élément i (m²).
Δti : La différence de température à travers l’élément i (°C)
 Apports par rayonnement solaire
Afin de calculer les apports par rayonnement nous devons tout d’abord estimer le
rayonnement solaire total dans une façade. Ce rayonnement solaire dépend de l’orientation du
mur (α = 0° pour le Nord et -180° pour le Sud) et l’altitude du lieu de calcul Z(m) [5]
Nous définissons alors :
Ψ = |
𝛼
180
| (2)
Nous calculons le rayonnement solaire par la formule suivante :
Pour les parois horizontales
𝑅𝑚 = 952 + 6,49𝑍 – 0,166𝑍2
(3)
Pour les parois verticales
𝑅𝑚 = 453.4 + 1341Ψ − 5279Ψ3
+ 3260Ψ4
+ 34.09Ψ𝑍 + 0.2643Ψ𝑍2
− 12.83𝑍 − 0.842𝑍2
+ 0.9835
𝑍2
Ψ + 1
(4)
Puis nous calculons l’apport par rayonnement solaire à l’aide des formules suivantes : Pour
les parois vitrées et pour les parois opaques :
𝑄𝑣 = 𝑎. 𝑔. 𝑆. 𝑅𝑚 (5)
31
𝑄𝑝 = 𝑎. 𝐹. 𝑆. 𝑅𝑚 (6)
Avec :
𝑄𝑣: Quantité de chaleur traversant le vitrage. (W)
𝑄𝑝 : Quantité de chaleur traversant les parois opaques(W).
𝐹 : Facteur de rayonnement solaire.
𝑅𝑚 ∶ Rayonnement solaire W/m²
𝑔 : Facteur de réduction.
𝑎 : Coefficient d’absorption.
𝑆: Surface de la paroi (m²).
 Apports par renouvellement d’air et fuites d’air
Ces apports sont dus au changement de l’air intérieur par un air neuf, ou bien les infiltrations
d’air (fuites), ce qui ne permet pas de garder les conditions du confort spécifique dans le local.
 Apports sensibles par renouvellement d’air (W)
𝑄𝑎𝑠 = 𝑞𝑣 ∗ 0,34 ∗ (𝑇𝑒 − 𝑇𝑖) (7)
 Apports latents par renouvellement d’air (W)
𝑄𝑎𝑙 = 𝑞𝑣 ∗ 0,84 ∗ (𝑟𝑒 − 𝑟𝑖) (8)
Avec :
𝑟𝑒 : Humidité absolue de l’extérieur (g d’eau/kg d’air sec)
𝑟𝑖 : Humidité absolue de l’intérieur (g d’eau/kg d’air sec)
𝑞𝑣 : Débit total de renouvellement d’air (m3/h)
Le débit volumique total de renouvellement d’air peut être exprimé comme suit :
𝑞𝑣 = 𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝑓 (9)
Avec :
𝑄𝑣𝐴𝑁 : Débit volumique d’air neuf (m3/h)
𝑄𝑣𝑓: Débit volumique de fuite d’air (m3/h)
Nous calculons les débits de fuites par la formule suivante qui prend en compte la différence
de pression, la section de passage et le coefficient de décharge. :
𝑄𝑣𝑓 = 𝐶𝐷. 𝑆𝑓. √2.(Δ𝑃
𝜌
⁄ )
(10)
Nous résumons dans le tableau suivant les différentes valeurs du coefficient de décharge CD :
32
Tableau 12:Valeurs du coefficient de décharge
Ouverture Coefficient CD
Ouverture de très faible hauteur CD= 0,61
Grande ouverture (0,2 ≤ Hrel ≤ 0,9) CD = 0,609 · Hrel – 0,066
Grande ouverture (0,9 < Hrel) CD = 0,4821
Avec :
Hrelatif = Hrel = Ho / Hp
Ho : hauteur de l'ouverture,
Hp : hauteur de la zone d'accès
Dans le cas du bloc opératoire, les portes des salles possèdent une très faible ouverture qui ne
dépasse pas les deux millimètres de hauteur (Ho < 2mm). Donc l’expression permettant de
calculer le débit de fuite devient :
𝑄𝑣𝑓 = 3600 ∗ 0.61 ∗ 𝑆𝑓 ∗ √2.(Δ𝑃
1.2
⁄ ) (11)
Avec :
𝑄𝑣𝑓: Débit de fuite en (m3/h)
𝑆𝑓 : Surface de la fente (ouverture sous la porte du local)
ΔP: Cascade de pression (Pa)
1.1.2. Charges internes
Les charges internes représentent toutes les sources de chaleur existant à l’intérieur du local, à
savoir :
 Les occupants
Les échanges thermiques entre le milieu et les occupants afin de garder la température du
corps humain constante, constituent un apport thermique déterminé par l’expression suivante :
 Apports sensibles par les personnes (W) :
𝑄𝑝𝑠 = 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑜𝑐𝑐 ∗ 𝑁 (12)
33
 Apports latents par les personnes (W) :
𝑄𝑝𝑙 = 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑐𝑐 ∗ 𝑁 (13)
Avec :
𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑜𝑐𝑐 : Chaleur sensible des occupants (W/pers)
𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑐𝑐 : Chaleur latente des occupants (W/pers)
𝑁 : Nombre d’occupants de la salle
 L’éclairage et les équipements :
Une partie de l’énergie consommée par l’éclairage, les machines électriques et les machines
thermiques existants dans à l’intérieur d’un local à traité, se transforme en chaleur et constitue
alors un apport interne à combattre afin de garder une ambiance bien déterminée.
1.2. Charges hivernales
Pendant la saison d’hiver, le bilan thermique pour le chauffage prend en compte deux types de
déperditions externes :
- Déperditions par conduction (équation 1).
- Et les déperditions par renouvellement d’air et fuites (équations 7 et 8).
Remarques : Les charges thermiques par infiltration d’air ne sont pas pris en compte, car les
locaux hospitaliers sont toujours en surpression par rapport à l’extérieur afin d’éviter ces
infiltrations.
Lorsque l’air est traité avant d’être soufflé dans le local, Les charges thermiques par
renouvellement d’air ne sont pas prises en compte dans le calcul du bilan thermique.
II. Résultats et vérification
Dans cette partie nous allons présenter le calcul du bilan thermique pour la salle d’opération 1
afin de vérifier les résultats en les comparants aux résultats obtenus avec le logiciel HAP. Et
ensuite nous allons généraliser le calcul pour les autres salles objet de l’étude.
2.1. Besoins en climatisation
 Apports par transmission
Les apports par transmission sont calculés par l’équation (1)
Le tableau suivant représente la Charge par transmission en été :
34
Tableau 13:charge par transmission
 Apports par Rayonnement
Les apports par conduction sont calculés par l’équation (2), (3), (4), (5),et (6)
Tableau 14;Charge par rayonnement pendant l'été
Parois opaques : Surface m²
Facteur
d'Absorption
Q (KW)
Paroi extérieur (Orienté Nord) 20.1 0,42 0.130
Parois vitrées : Surface m²
Facteur
d'Absorption
Q (KW)
Double vitrage 1.92 0,90 0.341
Charge totale par rayonnement (KW) 0.471
 Apports internes
a-Apports des occupants
Dans le bloc opératoire le staff qui se charge des opérations est généralement composé de 11
personnes dans le cas le plus défavorable. Le tableau suivant résume ces apports selon
l’activité exercée par chaque occupant de la salle d’opération en utilisant les équations (12) et
(13) :
Tableau 15:Apports des occupants dans la salle Orthopédie
Charge par personnes Apports par personne (W) Apports (KW)
Personnes (Sensible) 75 0,825
Parois opaques : Surface m² U (W/m².K)
Différence de
température
(K)
Q (KW)
Paroi extérieur (Orienté Nord) 20.1 0,42 (44-19)=25 0,22
Cloison (Local adjacent 19°C) 18.5 1.48 (19-19)=0 0,000
Cloison (Local adjacent 19°C) 18.5 1.48 (19-19)=0 0,000
Cloison (Local adjacent 19°C) 20.1 1.48 (19-19)=0 0,000
plafond (Local adjacent 30°C) 40.61 2.38 (44-19)=25 2.416
plancher bas (Local adjacent 19°C) 40.61 2.38 (19-19)=0 0,000
Parois Vitrés : Surface m² U (W/m².K) Q (KW)
Double vitrage 1,92 2,40 (44-19)=25 0,12
Charge totale par transmission (KW) 2.756
35
Personnes (Latente) 55 0,605
Charge totale par personnes 130 1,430
b-Apports par éclairages
Le flux lumineux nécessaire dans une salle d’opération donné par ASHRAE est d’environ
30W/m², alors les apports par éclairage dans la salle « Orthopédie » seront de l’ordre de 1,219
KW.
c-Apports par équipements
Pour les salles du bloc opératoire, la densité de chaleur est d’environ 150W/m². Alors les
apports par équipements dans la salle « Orthopédie » seront de l’ordre de 6.1 KW.
2.2. Besoins en chauffage
Tableau 16:Charge par transmission en hiver
Parois opaques :
Surface
m²
U (W/m².K)
Différence de
température
(K)
Q
(KW)
Paroi extérieur (Orienté Est) 20.1 0,42 (2-26)= -24 -0.203
Cloison (Local adjacent 26°C) 18.5 1.48 (26-26)=0 0
Cloison (Local adjacent 26°C) 20.1 1.48 (26-26)=0 0
Cloison (Local adjacent 26°C) 18.5 1.48 (26-26)=0 0
plafond (Local adjacent 10°C) 40.61 2.38 (2-26)= -24 -2.32
plancher bas (Local adjacent
26°C)
40.61 2.38 (26-26)=0 0
Parois Vitrés :
Surface
m²
U (W/m².K)
Q
(KW)
Double vitrage 1.92 2,40 (2-26)= -24 -0.11
Charge totale par transmission -2.633
Nous résumons dans le tableau suivant les résultats pour les deux saisons
Tableau 17:Résumé des charges thermiques de la salle d'opération 1
Besoins en climatisation
Charge Sensible 11.37 KW
11.975 KW
Charge Latente 0.605 KW
Besoins en Chauffage
Charge Sensible -2.63 KW
-2.63 KW
Charge Latente 0 KW
2.3. Résultat du logiciel HAP
Le total des apports et déperditions obtenus par le logiciel HAP est présenté par la figure
suivante :
36
Figure 14:Bilan thermique de la salle d'opération par HAP
2.4. Comparaison des résultats
Le tableau suivant présente une comparaison entre les résultats du bilan manuel et du logiciel
HAP pour le cas de la salle d’opération étudiée :
Tableau 18:Comparaison des résultats donnés par HAP et le calcul manuel
Bilan manuel (KW/m²) Bilan par HAP (KW/m²) Erreur relative (%)
Eté Hiver Eté Hiver Eté Hiver
11.975 2.633 12.109 2.724 2 4
On remarque ainsi que les résultats calculés manuellement sont proches de ceux calculés par
le logiciel HAP, avec une erreur relative qui ne dépasse pas 10 % Cette petite différence est
due à plusieurs facteurs qui n’ont pas été pris en compte dans le calcul manuel :
 Inertie thermique du bâtiment ;
 Coefficient de simultanéité des gains, en effet il est rare que les différents gains atteignent
simultanément leurs maximums ;
 Stratification thermique.
2.5. Résultats bloc opératoire et imagerie médicale
Pour effectuer le bilan thermique du bloc opératoire, nous avons considéré que chaque local
représente un système fermé ; c'est-à-dire qu’il est dépourvu de toute ventilation hygiénique
assurée par la centrale de traitement d’air, quoi qu’il en existe une en réalité. Cette supposition
37
va nous permettre d’effectuer un bilan d’air neuf à la suite du bilan thermique afin de déduire
les puissances des centrales de traitement d’air qui vont assurer la climatisation et le
chauffage des locaux.
Les tableaux ci-dessous récapitulent les résultats de calcul du bilan thermique du bloc
opératoire et de l’imagerie médical :
Tableau 19: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle du bloc opératoire
Salles du bloc
opératoire
Charges en été Charges en hiver
Apports
sensibles
(KW)
Apports latents
(KW)
Déperditions
sensibles (KW)
Déperditions
latents (KW)
Salle Operations 1 11.37 0.605 -2.63 0
Salle Operations 2 10.68 0.605 -2.42 0
Salle Operations 3 12.14 0.605 -2.84 0
Salle Operations 4 12.14 0.605 -2.84 0
Salle Operations 5 12.14 0.605 -2.84 0
Salle Operations 6 10.68 0.605 -2.42 0
Salle Operations 7 10.68 0.605 -2.42 0
Tableau 20: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle de l'imagerie médicale
Salles de
l’imagerie
médicale
Charges en été Charges en hiver
Apports
sensibles (KW)
Déperditions
sensibles (KW)
Apports
sensibles (KW)
Déperditions
sensibles (KW)
Radiologie 1 6.53 0.225 -2.01 0
Radiologie 2 6.53 0.225 -2.01 0
Radiologie 3 6.53 0.225 -2.01 0
38
Mammographie 2.79 0.225 -0.65 0
Dentaire 3.12 0.225 -0.69 0
Echographie 3.1 0.225 -0.68 0
Scanner 8.12 0.225 -1.33 0
Conclusion
Dans ce chapitre nous avons développé un modèle théorique de calcul du bilan thermique, et
ce, en se basant sur des conditions intérieures de la zone à risque. Les résultats de calcul
manuel du bilan thermique en été appliquées à la salle d’opération 1 et comparés aux résultats
du logiciel HAP, avec une erreur relative faible. Par la suite les calculs ont été généralisés
pour les autres salles de l’hôpital objet de la présente étude. Après le calcul du bilan
thermique, l’étape suivante, qui fera l’objet du chapitre suivant, consiste à effectuer un
dimensionnement des équipements de traitement d’air pour la zone bloc Opératoire et de
l’imagerie médicale, en se basant sur les résultats du bilan thermique.
39
Chapitre 5
Dimensionnement des centrales de traitement d’air et du réseau
aéraulique de soufflage et de reprise d’air
Introduction :
Dans ce chapitre, nous allons suivre une méthodologie de dimensionnement des CTA, en
commençant par des calculs des débits, jusqu’à la détermination des points de mélange et de
soufflage, et finalement le calcul des puissances des équipements des CTA de la zone Bloc
Opératoire et l’imagerie médicale. Ensuite, la dernière partie de ce chapitre sera consacrée à la
présentation de la méthodologie suivie pour le dimensionnement du réseau aéraulique, et les
résultats de calculs obtenus pour les salles de la zone à risque objet de notre étude.
I. Calcul de traitement d’air
1.1. Calcul des débits d’air neuf et d’air recyclé
Le système choisi pour la diffusion de l’air dans les salles à risques le plafond diffusant. Ce
dernier est un caisson muni de filtre à très haute efficacité. Il assure une protection efficace
contre le risque de contamination, possible durant les actes invasifs, et causée par les
particules inertes et vivantes en suspension dans l’air.
Pour le calcul du débit volumique de l’air soufflé on exploite la relation suivante :
𝑄𝑣𝐴𝑠
= 𝜏 ∗ 𝑉𝑙 (14)
Avec :
QvAS : Débit volumique de l’air soufflé en (m3
/h)
VL : volume de local en (m3
)
τ: Taux de brassage en (h-1
) sa valeur est fixée par la norme NFS 90-351 entre 20 et 30
Par la suite on détermine le débit volumique de l’air neuf
𝑄𝑣𝐴𝑛
= 𝜏𝐴𝑛 ∗ 𝑉𝑙 (15)
Avec :
QvAn : Débit volumique de l’air soufflé en (m3
/h)
VL : volume de local en (m3
)
40
τ: Taux de renouvellement d’air en (h-1
) sa valeur est fixée par la norme NFS 90-351 à
une valeur égale à 6h-1
On peut déduire le débit volumique de l’air recyclé par la relation suivante :
𝑄𝑣𝑅𝐸𝐶 = 𝑄𝑣𝐴𝑆 − 𝑄𝑣𝐴𝑁
(15)
1.2. Calcul de la variation du débit
Pour appliquer le principe de l’asepsie progressive, et maintenir une différence de pression
entre deux locaux adjacents à classes de risques différentes, il est nécessaire de créer une
variation de débit entre ces deux locaux. Cette condition de différence de pression, sera
maintenue grâce à un extracteur d’air judicieusement choisi en fonction de la variation de
débit calculée par la relation suivante :
ΔQv =
Δ𝑃 ∗ 22.41 ∗ (273.15 + 𝑇𝐿) ∗ 𝑄𝑣𝐴𝑛
8.314 ∗ 273.152 (16)
Avec :
ΔQv: Variation de débit (m3/h)
TL : Température sèche du local (° C)
1.3. Calcul du débit repris
Il est clair que le débit d’air repris à travers les conduites aéraulique d’une salle du bloc
opératoire est moins que le débit d’air soufflé dans cette salle, à cause des pertes de débit
causées par les ouvertures des portes et par les cascades de pression. Donc le débit d’air repris
est calculé par la relation suivante :
𝑄𝑣𝑅𝐸𝑃 = 𝑄𝑣𝐴𝑆 − ∆𝑄𝑣 (17)
Avec :
QvREP : Débit d’air repris, en (m3/h)
ΔQv: Variation de débit (m3/h)
1.4. Résultats de calcul des débits d’air au bloc opératoire et l’imagerie médical
Les salles du bloc opératoire son toutes en surpression de +30 Pa par rapport à l’extérieur,
quant aux salles de l’imagerie médicale, elles sont en surpression de +15 Pa
Le type de système de climatisation pour le bloc opératoire (zones à haut risque 4 et 3) sera
une CTA par salle par contre pour l’imagerie médical on a choisi une seule CTA pour les 7
salles.
41
Le tableau ci-dessous résume les résultats de calcul des débits dans chaque partie de la
canalisation d’air dans le bloc opératoire et l’imagerie médicale:
Tableau 21:les valeurs des débits
Salles
Niveau de
risque
Débit d’air en m3
/h Vitesse de
diffusion
(m/s)
Débit de
soufflage
Débit
d’air neuf
Débit
recycle
Débit
rejeté
Débit de
reprise
Débit de
mélange
Salle Operations 1 4 3600 720 2880 490 3370 3600 0.25
Salle Operations 2 4 3600 720 2880 490 3370 3600 0.25
Salle Operations 3 4 4500 900 3600 612 4212 4500 0.25
Salle Operations 4 3 4500 900 3600 612 4212 4500 -
Salle Operations 5 3 4500 900 3600 612 4212 4500 -
Salle Operations 6 3 3600 720 2880 490 3370 3600 -
Salle Operations 7 3 3600 720 2880 490 3370 3600 -
Radiologie 1 2 3150 630 2521 429 2950 3150 -
Radiologie 2 2 3150 630 2521 429 2950 3150 -
Radiologie 3 2 3150 630 2521 429 2950 3150 -
Mammographie 2 1440 288 1152 196 1348 1440 -
Dentaire 2 1980 396 1584 269 1853 1980 -
Echographie 2 1980 396 1584 269 1853 1980 -
Scanner 2 3600 720 2880 490 3370 3600 -
Total (imagerie médicale) 18450 3690 14763 2311 17274 18450 -
Les vitesses de diffusion sont calculées en fonction de la surface du plafond diffuseur et le
débit volumique de soufflage. Les vitesses de diffusion pour les salles à risque 4 doivent
respecter les exigences de la norme NFS 90-351 (0.25 m/s <= v <= 0.35m/s), tandis que pour
les zones à risque 3 et 2 la norme n’exige pas une plage de vitesse de diffusion.
42
II. Calculs psychométriques
Avant de commencer le dimensionnement des centrales de traitement d’air, il est nécessaire
d’effectuer les calculs psychométriques nécessaires. On s’est basé sur les corrélations données
par l’ASHRAE Handbook - Fundamentals (SI) version 2009.
2.1. Calcul des pressions atmosphérique et de vapeur saturant
La pression atmosphérique est calculée en fonction de l’attitude du lieu par la relation
suivante:
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 101,32 ∗ (1 − 2,25577 ∗ 10−5
∗ 𝑍)5,2559
(20)
Avec :
Patm : Pression atmosphérique (KPa)
Z : Altitude du local (m)
La pression de vapeur saturante est nécessaire pour déterminer l’humidité absolue. Elle est
calculée, pour une température T entre 0 et 200 °C, par la formule suivante (HYLAND et
WEXLER 1983) :
𝑃𝑣𝑠(𝑇) = exp⁡
[
𝐶8
(𝑇 + 273.15)
+ 𝐶9 + 𝐶10 ∗ (𝑇 + 273.15) + 𝐶11 ∗ (𝑇 + 273.15)2
+ 𝐶12 ∗ (𝑇 + 273.15)3
+ 𝐶13 ∗ ln(𝑇 + 273.15)]
(21)
Avec:
Pvs(T) : Pression de vapeur saturante d’un local à température sèche T (KPa)
𝐶8 = -5,8002206 ∗ 103
𝐶9 = 1,3914993 𝐶10 = -4,8640239 ∗ 10-2
𝐶11 = 4,1764768 ∗ 10-5
𝐶12 = -1,4452093 ∗ 10-8
𝐶13 = 6,5459673
2.2. Calcul de l’humidité et de l’enthalpie
L’humidité absolue du local est calculée à partir de l’humidité relative du local par la relation
suivante :
𝐻𝐿 = 0.62198 ∗
𝐻𝑟𝐿 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐿)
𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝐻𝑟𝐿 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐿) (22)
Avec :
HL : Humidité absolue du local (Kgeau/Kgaz)
43
HrL : Humidité relative du local (%)
A partir de la valeur de l’humidité absolue, on détermine le volume spécifique du local et
l’enthalpie du local par les deux relations suivantes :
𝜐𝑠𝑙 =
0.2871 ∗ (𝑇𝐿 + 273.15) ∗ (1 + 1.6078 ∗ 𝐻𝐿)
𝑃𝑎𝑡𝑚
(23)
ℎ𝐿 = 1,006 ∗ 𝑇𝐿 + 𝐻𝐿 ∗ (2501 + 1,805 ∗ 𝑇𝐿) (24)
Avec :
vSL : Volume spécifique du local (m3/Kg)
hL : Enthalpie du local (KJ/Kg)
En suivant la même démarche, on détermine les données extérieures :
𝐻𝐸𝑋𝑇 = 0.62198 ∗
𝐻𝑟𝐸𝑋𝑇 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐸𝑋𝑇)
𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝐻𝑟𝐸𝑋𝑇 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐸𝑋𝑇) (25)
ℎ𝐸𝑋𝑇 = 1,006 ∗ 𝑇𝐸𝑋𝑇 + 𝐻𝐸𝑋𝑇 ∗ (2501 + 1,805 ∗ 𝑇𝐸𝑋𝑇) (26)
Avec :
TEXT : Température sèche extérieure (° C)
HrEXT : Humidité relative extérieure (%)
HEXT : Humidité absolue de l’extérieur (Kgeau/Kgas)
hL : Enthalpie de l’extérieur (KJ/Kg)
III. Détermination du point de mélange
3.1. Principe de mélange d’air
Le mélange a pour objet de contrôler la réunion homogène des débits d'air de provenances
différentes, afin de maîtriser au mieux l'énergie suivant les besoins de ventilation. C'est le cas,
par exemple, de l'air neuf de l’extérieur et de l'air repris à l'intérieur des locaux. Une section
de mélange comporte au moins deux registres (ou cadre à volets) à lames montées sur des
axes dont le mouvement est synchronisé (à lames parallèles ou opposées).
3.2. Modélisation sur le diagramme d’air humide
Deux masses d'air de caractéristiques psychrométriques différentes sont mélangés au sein d'un
caisson de mélange modélisé dans la figure ci-dessous.
44
Figure 15:Modélisation d'un caisson de mélange
Le mélange se traduit par une droite qui joint les deux points représentatifs : le point de l’air
neuf et le point de l’air recyclé. Le point de mélange M se trouve sur cette droite. En
appliquant la loi des mélanges .on obtient le point de Mélange M :
ℎ𝑀 =
𝑄𝑣𝐴𝑁 ∗ ℎ𝐸𝑋𝑇 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 ∗ ℎ𝐿
𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐
(27)
𝐻𝑀 =
𝑄𝑣𝐴𝑁 ∗ 𝐻𝐸𝑋𝑇 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 ∗ 𝐻𝐿
𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 (28)
𝑇𝑀 =
𝑄𝑣𝐴𝑁 ∗ 𝑇𝐸𝑋𝑇 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 ∗ 𝑇𝐿
𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 (29)
Avec :
hM : Enthalpie du mélange (KJ/Kg)
HM : Humidité absolue du mélange (Kgeau/Kgaz)
TM : Température du mélange (°C)
45
Figure 16:Modélisation du point de mélange sur le diagramme psychrométrique
3.3. Résultats points de mélange
Nous résumons dans les tableaux suivants les différents points de mélanges des salles en
études
Tableau 22:Points de mélange pour les salles du bloc opératoire et l'imagerie médicale
salle
Eté Hiver
TM (°C)
HM
(kgeau/kggaz)
hM (kj/kg) TM (°C)
HM
(kgeau/kggaz)
hM (kj/kg)
Salle Operations 1 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Salle Operations 2 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Salle Operations 3 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Salle Operations 4 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Salle Operations 5 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Salle Operations 6 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Salle Operations 7 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
Imagerie médicale 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68
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  • 1. 1 ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE RABAT (E.N.S.M.R) MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du titre: INGENIEUER D’ETAT Présenté par : Samir AFA & Mustapha BOUADDI Département : ELECTROMECANIQUE Option : ELECTROMECANIQUE « Conception et dimensionnement d’un système CVC Innovant pour un centre hospitalier régional (400 lits) et un hôpital de proximité (45 lits) » Jury: M. EL-AZEHARI Directeur du projet (ENSMR) M. TAHIRI président (ENSMR) M. AMARTINI Examinateur (ENSMR) M. KARRA Parrain Industriel (MINISTERE DE LA SANTE) 2018/2019
  • 2. 2
  • 3. 1 Dédicace A mes très chers parents Pour votre soutien permanent, votre encouragement, vos nobles sacrifices, ainsi que votre confiance en moi, Nul mot ne saurait exprimer l’amour et la reconnaissance que je porte pour vous… A mes frères et sœurs Vous êtes ce que j’ai de plus cher, aucun mot, ni expression ne saurait exprimer tout mon amour et toute ma gratitude. A Ma chère grand-mère maternelle Que ce modeste travail, soit l’expression des vœux que vous n’avez cessé de formuler dans vos prières. Que Dieu vous préserve santé et longue vie. A La mémoire de mes grands-pères et ma grand-mère Je vous dédie aujourd’hui ma réussite. A mes très chères amies Sans exception, pour leur encouragement et leur fidélité. A tous mes professeurs et mes encadrants qui m’ont beaucoup appris BOUADDI Mustapha
  • 4. 1 Dédicace A mes très chers parents. Aucune dédicace ne saurait être assez éloquente pour exprimer mon respect, mon amour éternel et ma considération pour les sacrifices que vous avez consentis pour mon éducation, mon épanouissement et mon bien-être. Que ce modeste travail soit l’exaucement de vos vœux tant formulés, le fruit de vos innombrables sacrifices, bien que je ne vous en acquitterai jamais assez. Puisse DIEU, le Très Haut, vous accorder santé, bonheur et longue vie. A mes frères et tous les membres de ma famille, petits et grands. Veuillez trouver dans ce modeste travail l’expression de toute mon affection. A tous ceux qui ont cru en moi, A tous ceux qui m’ont soutenu et partagé mes peines et mes joies, A tous ceux qui ont marqué ma vie, Vos mots, votre amour et votre présence ont fait de moi la personne que je suis aujourd’hui. Je vous dédie ce mémoire avec l’expression de ma plus profonde gratitude. Samir AFA
  • 5. 1 REMERCIEMENT C’est avec un grand plaisir que nous réservons cette page en signe de gratitude et de profonde reconnaissance à tous ceux qui ont aidé à réaliser ce travail. Avant toute chose, nous tenons à exalter nos sincères remerciements à notre parrain industriel M.KARRA Karim pour ses conseils et pour le temps qu’il nous a accordé et l’intérêt particulier qu’il a apporté à ce travail malgré ses préoccupations. Nous tenons également à exprimer nos sincères gratitudes à la direction et l’ensemble du corps professoral de L’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Rabat. En particulier, nous adressons nos remerciements et notre considération bien distinguée à M. EL AZEHARI, directeur du projet. Nos vifs remerciements s’adressent également aux membres du jury pour l’honneur qu’ils nous ont fait en acceptant d’évaluer ce travail. Aussi, nous tenons à remercier M. BAGHAT Mohammed et toute l’équipe de la division du bâtiment pour leur accueil sympathique et leur coopération professionnelle tout au long de cette période de stage. Enfin, que tous ceux et celles qui ont contribué de près ou de loin à l’accomplissement de ce travail trouve l’expression de nos remerciements les plus chaleureux.
  • 6. 1 RESUME Le choix et le dimensionnement d’un système CVC dans un hôpital constitue un défi conséquent dans le domaine du génie climatique. En effet, les normes appliquées en milieu hospitalier, exigent des valeurs de température, d’humidité et de taux de brassage bien précis, et un niveau de filtration assez performant pour le maintien de la propreté des salles. Ce qui engendre une consommation d’énergie trop élevée et une augmentation des pertes de charges. C’est dans cette perspective que s’inscrit notre projet de fin d’étude qui a pour objectif de choisir et dimensionner les systèmes de conditionnement et de traitement d’air dans les différentes zones du CHR de GUELMIM, qu’elles soient à risque ou hors risque. Le travail réalisé dans le cadre de ce projet porte dans un premier lieu sur la comparaison entre les différents systèmes existant de climatisation en mettant en évidence les avantages et les inconvénients pour chaque système pour permettre ultérieurement un choix judicieux. La deuxième partie consiste dans la présentation et l’analyse des normes appliquées pour ce domaine qui définissent les objectifs à atteindre et les moyens à mettre en œuvre en fonction des zones à risque, puis, une définition d’un cahier de charge qui détermine les données qui serviront pour le calcul du bilan thermique et le dimensionnement des centrales de traitement d’air. Ensuite, la troisième partie du travail a été consacrée à l'évaluation des besoins en climatisation et en chauffage du CHR objet de l’étude. En effet, cette évaluation est déterminée en prenant compte des données métrologiques, les données de l’espace, les matériaux de construction, des charges internes et des exigences des normes. Finalement nous avons présenté le dimensionnement des centrales de traitement d'air pour les zones à environnements maitrisés, et précisément pour la zone Bloc Opératoire et l’imagerie médicale, les zones hors risque aussi ainsi que le dimensionnement du réseau aéraulique.
  • 7. 1 ABSTRACT The choice and sizing of a HVAC system in a hospital is a major challenge in the field of HVAC engineering. Indeed, the standards applied in hospitals require very precise values of temperature, humidity and mixing rates, and a sufficiently high level of filtration to keep the rooms clean. This leads to excessive energy consumption and increased pressure drops. It is in this perspective that our end-of-study project is part of which aims to dimension the air conditioning and treatment systems in the different areas of the GUELMIM RHC, and especially for the operating room and radiology rooms. The work carried out within the framework of this project initially focuses on the comparison between the different air conditioning systems and to mention the advantages and disadvantages for each system. The second part was based on the analysis of the standards applied for this field, which define the objectives to be achieved and the means to be implemented according to the risk areas, then, we defined a specification that determines data that will help us to calculate the heat balance and the dimensioning of the air handling plant. Subsequently, the third part of the work was devoted to evaluating the air conditioning and heating needs of the CHR under study. Indeed, this evolution is determined by taking into account metrological data, space data, construction materials, internal loads and standards requirements. Finally, we presented the dimensioning of air handling units for areas with controlled environments, and specifically for the Operating Room area and radiology, as well as the dimensioning of the aeraulic network.
  • 8. 1 ‫ملخص‬ ‫ت‬ ‫المستشفى‬ ‫في‬ ‫التكييف‬ ‫نظام‬ ‫اختيار‬ ‫يعد‬ ‫مج‬ ‫في‬ ‫ا‬ً‫كبير‬ ‫ًا‬‫ي‬‫حد‬ ‫هندسة‬ ‫ال‬ ‫في‬ ‫المطبقة‬ ‫المعايير‬ ‫تتطلب‬ ،‫الواقع‬ ‫في‬ .‫الهواء‬ ‫وتكييف‬ ‫التهوية‬ ‫المستشفيات‬ ‫ومعدل‬ ‫والرطوبة‬ ‫الحرارة‬ ‫لدرجات‬ ‫دقيقة‬ ‫ا‬ً‫م‬‫قي‬ ‫الهواء‬ ‫تجديد‬ ‫هذا‬ .‫الغرفة‬ ‫نظافة‬ ‫على‬ ‫للحفاظ‬ ‫الترشيح‬ ‫من‬ ٍ‫كاف‬ ‫ومستوى‬ ، ‫وزيادة‬ ‫للطاقة‬ ‫المفرط‬ ‫االستهالك‬ ‫إلى‬ ‫يؤدي‬ ‫النفقات‬ . ‫نحن‬ ،‫المنظور‬ ‫هذا‬ ‫من‬ ‫في‬ ‫والمعالجة‬ ‫الهواء‬ ‫تكييف‬ ‫أنظمة‬ ‫بتطوير‬ ‫مهتمون‬ ‫مرافق‬ ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫المركز‬ ‫االستشفائي‬ ‫الجهوي‬ ،‫بڭلميم‬ ‫بالنسبة‬ ‫خاصة‬ ‫عناية‬ ‫تتطلب‬ ‫التي‬ ‫المرافق‬ ‫او‬ ‫العامة‬ ‫للمرافق‬ ‫وغرف‬ ‫العمليات‬ ‫لغرفة‬ ‫بالنسبة‬ ‫وخاصة‬ ‫األشعة‬ . ‫بين‬ ‫المقارنة‬ ‫على‬ ً‫ال‬‫أو‬ ‫المشروع‬ ‫هذا‬ ‫إطار‬ ‫في‬ ‫المنجز‬ ‫العمل‬ ‫يركز‬ ‫مزايا‬ ‫على‬ ‫الضوء‬ ‫تسليط‬ ‫مع‬ ،‫الحالية‬ ‫الهواء‬ ‫تكييف‬ ‫أنظمة‬ ‫مختلف‬ .‫حكيم‬ ‫باختيار‬ ‫السماح‬ ‫أجل‬ ‫من‬ ‫نظام‬ ‫كل‬ ‫وعيوب‬ ‫يجب‬ ‫التي‬ ‫والوسائل‬ ‫تحقيقها‬ ‫المراد‬ ‫األهداف‬ ‫تحدد‬ ‫والتي‬ ‫المجال‬ ‫هذا‬ ‫في‬ ‫المطبقة‬ ‫المعايير‬ ‫وتحليل‬ ‫عرض‬ ‫في‬ ‫يتمثل‬ ‫الثاني‬ ‫الجزء‬ ‫المعرضة‬ ‫للمناطق‬ ‫ا‬ً‫ق‬‫وف‬ ‫تنفيذها‬ ،‫للخطر‬ ‫ثم‬ ‫لح‬ ‫استخدامها‬ ‫سيتم‬ ‫التي‬ ‫البيانات‬ ‫تحدد‬ ‫التي‬ ‫المواصفات‬ ‫من‬ ‫لمجموعة‬ ‫ًا‬‫د‬‫تحدي‬ ‫ساب‬ .‫التوازن‬ ‫الحراري‬ ‫من‬ ‫الثالث‬ ‫الجزء‬ ‫في‬ ،‫العمل‬ ‫البيانات‬ ‫مفهوم‬ ‫خالل‬ ‫من‬ ‫التطور‬ ‫هذا‬ ‫تحديد‬ ‫يتم‬ ،‫وجية‬ ‫المترو‬ ‫والبيانات‬ ،‫الفضائية‬ ‫ومواد‬ ،‫البناء‬ ‫واألحمال‬ .‫المعايير‬ ‫ومتطلبات‬ ‫الداخلية‬ ،‫ا‬ً‫أخير‬ ‫ن‬ ‫الخاضعة‬ ‫البيئات‬ ‫ذات‬ ‫للمناطق‬ ‫الهواء‬ ‫مناولة‬ ‫وحدات‬ ‫أبعاد‬ ‫قدم‬ ،‫للرقابة‬ ‫العمليات‬ ‫غرفة‬ ‫لمنطقة‬ ً‫ا‬‫وتحديد‬ ،‫واألشعة‬ ‫شبكة‬ ‫وأبعاد‬ .‫الهوائية‬ ‫الخطوط‬
  • 9. 1 LISTE DES FIGURES Figure 1: Organigramme du ministère de la santé ...................................................................3 Figure 2:systemes de production d'eau glacée et d'eau chaude visualisés dans les sorties ........8 Figure 3:Raccordement les unités intérieures avec les unités extérieures.................................9 Figure 4:schéma d'une CTA (système mixte)........................................................................12 Figure 5:CTA avec caisson de mélange ................................................................................13 Figure 6:CTA tout air repris .................................................................................................13 Figure 7:CTA tout air neuf ...................................................................................................13 Figure 8:Schéma des composantes d'une CTA......................................................................14 Figure 9:free cooling pour un CTA.......................................................................................17 Figure 10:principe simplifie du free chilling .........................................................................17 Figure 11:recuperateur de chaleur au niveau du condenseur..................................................18 Figure 12:Plan architectural du bloc opératoire.....................................................................25 Figure 13:Plan architectural de l'imagerie médicale ..............................................................25 Figure 14:Bilan thermique de la salle d'opération par HAP ..................................................36 Figure 15:Modélisation d'un caisson de mélange ..................................................................44 Figure 16:Modélisation du point de mélange sur le diagramme psychrométrique..................45 Figure 17:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 5....................................................52 Figure 18:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 7....................................................53 Figure 19:Classification des systèmes de climatisation .........................................................65 Figure 20:Système mono-conduit uni-zone...........................................................................66 Figure 21:Système mono-conduit uni-zone avec réchauffage par radiateur ...........................66 Figure 22:Système mono-conduit uni-zone avec recyclage partiel ........................................67 Figure 23:Système mono-conduit avec humidificateur à vapeur............................................67 Figure 24:Représentation schématique d’une installation à débit d’air constant avec possibilité d’isolement de locaux individuels.........................................................................................69
  • 10. 2 Figure 25:Représentation schématique d’une installation de climatisation et de conditionnement d’air à débit d’air constant équipée de batteries de réchauffage par local....69 Figure 26:Représentation schématique d’une installation à débit d’air variable .....................71 Figure 27:Représentation schématique d’une installation double gaine .................................72 Figure 28:coupe schématique d'une pompe...........................................................................79 Figure 29:brûleur à pulvérisation ..........................................................................................80 Figure 30:Le brûleur gaz.......................................................................................................80 Figure 31:Radiateur à éléments en fonte ...............................................................................81 Figure 32:chauffage par PAC ...............................................................................................82 Figure 33:Principe d'isolement..............................................................................................83 Figure 34:représentation de la structure ................................................................................85 Figure 35:Plan architectural RDC du CHR de GUELMIM .................................................107
  • 11. 1 LISTE DES TABLEAUX Tableau 1: les blocs du CHR de GUELMIM...........................................................................6 Tableau 2:Zones de risque dans un milieu hospitalier ...........................................................21 Tableau 3:Classes de propreté particulaire de l’air ................................................................22 Tableau 4: Correspondance entre les niveaux de risques et les classes de propreté ISO(N)....22 Tableau 5:Correspondance entre les niveaux de risques et les classes CP..............................23 Tableau 6:Correspondance entre les niveaux de risques et la classe de propreté microbiologique (M) ............................................................................................................23 Tableau 7:Récapitulatif des valeurs guides de la norme NFS 90-351.....................................24 Tableau 8:Données météorologiques de la région de Guelmim .............................................24 Tableau 9:Composition de l'enveloppe du bâtiment ..............................................................26 Tableau 10:Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour les salles d’opération .....27 Tableau 11: Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour la radiologie .................27 Tableau 12:Valeurs du coefficient de décharge .....................................................................32 Tableau 13:charge par transmission ......................................................................................34 Tableau 14;Charge par rayonnement pendant l'été ................................................................34 Tableau 15:Apports des occupants dans la salle Orthopédie..................................................34 Tableau 16:Charge par transmission en hiver........................................................................35 Tableau 17:Résumé des charges thermiques de la salle d'opération 1....................................35 Tableau 18:Comparaison des résultats donnés par HAP et le calcul manuel..........................36 Tableau 19: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle du bloc opératoire..............37 Tableau 20: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle de l'imagerie médicale .......37 Tableau 21:les valeurs des débits..........................................................................................41 Tableau 22:Points de mélange pour les salles du bloc opératoire et l'imagerie médicale........45 Tableau 23:Points de soufflage bloc opératoire.....................................................................47 Tableau 24:Methode de calcul des puissances des équipements de la CTA ...........................48
  • 12. 2 Tableau 25: calcul des caractéristiques des composantes de la CTA......................................48 Tableau 26:Classification des filtres selon la norme NF EN 779 ...........................................50 Tableau 27:Classification des filtres à très haute efficacité : selon la norme NF EN 1822-1 ..51 Tableau 28: Valeurs des diamètres nominaux des gaines circulaires......................................54 Tableau 29:Dimensionnement des gaines aéraulique pour le bloc opératoire.........................57 Tableau 30: Calcul des pertes de charge totales dans les salles du bloc opératoire.................58 Tableau 31:Résultat des valeurs de sélection des ventilateurs de soufflage............................59 Tableau 32:Classes de risque selon le type d'activité.............................................................87 Tableau 33:Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de climatisation....90 Tableau 34:Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs conductivités et résistances .............................................................................................................................................93 Tableau 35:Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques .............................96 Tableau 36:Valeurs des coefficients globaux d'échange selon la norme NF EN-673 en W/m².K ................................................................................................................................97 Tableau 37;Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital..........99 Tableau 38:Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N) ....100 Tableau 39:Pertes de charges finales recommandées des filtres...........................................101 Tableau 40:Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine.......................104 Tableau 41 : Les coefficients de perte de charge singulière .................................................106
  • 13. 1 TABLE DES MATIERES Dédicace ................................................................................................................................. REMERCIEMENT.................................................................................................................. RESUME ................................................................................................................................ ABSTRACT............................................................................................................................ ‫ملخص‬........................................................................................................................................ LISTE DES FIGURES ............................................................................................................ LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... TABLE DES MATIERES....................................................................................................... INTRODUCTION GENERALE.............................................................................................1 Chapitre 1 CONTEXTE GENERAL DU PROJET ................................................................2 I. Présentation de l’organisme d’accueil : ........................................................................2 1.1. Le ministère de la Santé :.........................................................................................2 1.2. Direction des équipements et de la maintenance DEM :............................................3 II. Présentation générale du projet :...............................................................................4 2.1 Les objectifs du projet de fin d’études :.....................................................................4 2.2. Contexte et enjeux du projet de fin d’études :............................................................5 Conclusion .......................................................................................................................10 Chapitre2 Types des systèmes CVC.....................................................................................11 Introduction......................................................................................................................11 I. Climatisation et traitement d’air .................................................................................11 1.1 Définition de la climatisation ..............................................................................11 1.2. Système de climatisation utilisé dans le dimensionnement :....................................11 1.3 Types des centrales de traitement d’air et ses composantes : ...............................12 II. Volet d’efficacité énergétique des systèmes CVC pour le CHR ..............................16 Conclusion .......................................................................................................................18 Chapitre 3 Normes de conception et Cahier de charge ..........................................................20 I. Norme NFS 90-351....................................................................................................20
  • 14. 2 1.1. Définitions des environnements maitrisés ...............................................................20 1.2. Principe de l’asepsie progressive.........................................................................21 1.3. Evaluation des risques dans les établissements de santé.......................................21 1.4. Performances des zones à risques selon les niveaux de risques............................22 II. Cahier de charge.....................................................................................................24 2.1. Les données météorologiques .................................................................................24 2.2. Les données d’espace..........................................................................................25 2.3. Les matériaux de constructions et coefficients d’échange thermique ...................26 2.4. Conditions et charges internes.............................................................................27 III. Des recommandations pour le choix d’un système CVC par service .......................28 Conclusion .......................................................................................................................28 Chapitre 4 Evaluation des besoins en chauffage et en climatisation.......................................29 Introduction......................................................................................................................29 I. Modèle théorique de calcul des charges thermiques ...................................................29 1.1. Charges estivales ................................................................................................29 1.2. Charges hivernales..............................................................................................33 II. Résultats et vérification ..........................................................................................33 2.1. Besoins en climatisation .........................................................................................33 2.2. Besoins en chauffage ..............................................................................................35 2.3. Résultat du logiciel HAP ........................................................................................35 2.4. Comparaison des résultats.......................................................................................36 2.5. Résultats bloc opératoire et imagerie médicale........................................................36 Conclusion .......................................................................................................................38 Chapitre 5 Dimensionnement des centrales de traitement d’air et du réseau aéraulique de soufflage et de reprise d’air...................................................................................................39 Introduction :....................................................................................................................39 I. Calcul de traitement d’air...........................................................................................39 1.1. Calcul des débits d’air neuf et d’air recyclé.........................................................39 1.2. Calcul de la variation du débit.............................................................................40 1.3. Calcul du débit repris..........................................................................................40
  • 15. 3 1.4. Résultats de calcul des débits d’air au bloc opératoire et l’imagerie médical........40 II. Calculs psychométriques ........................................................................................42 2.1. Calcul des pressions atmosphérique et de vapeur saturant .......................................42 2.2. Calcul de l’humidité et de l’enthalpie......................................................................42 III. Détermination du point de mélange ........................................................................43 3.1. Principe de mélange d’air .......................................................................................43 3.2. Modélisation sur le diagramme d’air humide ..........................................................43 3.3. Résultats points de mélange ....................................................................................45 IV. Détermination du point de soufflage .......................................................................46 4.1. Résultats points de soufflage...................................................................................47 V. Calcul des puissances des blocs de la CTA .............................................................48 VI. Choix des systèmes de filtration d’air .....................................................................49 6.1. Les classes des filtres d’air......................................................................................49 6.2. Règlementation relative à l’utilisation des filtre ......................................................51 6.3. Les étages de filtration............................................................................................51 6.4. Application aux salles du bloc opératoire................................................................52 VII. Dimensionnement du réseau aéraulique ..................................................................53 7.1. Choix de la méthode de dimensionnement : ............................................................53 7.2. Calcul de la vitesse d’écoulement d’air ...................................................................54 7.3. Calcul des pertes charges du réseau aéraulique :......................................................54 7.4. Méthode de sélection de ventilateur ........................................................................58 Conclusion .......................................................................................................................59 Conclusion générale : ...........................................................................................................61 ANNEXES:..........................................................................................................................63 ANNEXE 01 Classification des Systèmes de climatisation [2].............................................64 ANNEXE 02 Chauffage ......................................................................................................78 ANNEXE 03 Conception des murs extérieurs.......................................................................83 ANNEXE 04 Classes de risque selon le type d'activité.........................................................87 ANNEXE 05 Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de climatisation 90
  • 16. 4 ANNEXE 06 Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs conductivités et résistances ............................................................................................................................93 ANNEXE 07 Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques .........................96 ANNEXE 08 Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital.......99 ANNEXE 08: Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N) 100 ANNEXE 09 : Pertes de charges finales recommandées des filtres .....................................101 ANNEXE 10 Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine ..................104 ANNEXE 11 Les coefficients de perte de charge singulière................................................106 ANNEXE 12 Plan de RDC du CHR de GUELMIM ...........................................................107 ANNEXE 13 Taux de ventilation de la norme ASHERAE..................................................108
  • 17. 1 INTRODUCTION GENERALE Au niveau mondial, le secteur du bâtiment représente à lui seul autour de 40% de la consommation d’énergie. Au Maroc, le bâtiment détient 25 % de la consommation énergétique totale du pays, dont 18 % réservés au résidentiel et le reste pour le tertiaire. En milieux hospitaliers, les systèmes de traitement d’air sont énergivores en raison de la sensibilité des patients aux risques de contamination dans ces ambiances propres. En effet, le traitement d’air dans les hôpitaux constitue une problématique conséquente dans le domaine du génie climatique et énergétique. Les paramètres à maîtriser sont beaucoup plus vastes que pour un bâtiment « classique » comme le logement ou le tertiaire de bureau. Donc, il est nécessaire de bien comprendre les normes appliquées en milieu hospitalier, et d’appliquer ces exigences techniques dans le dimensionnement des équipements de traitement d'air. C’est dans ce cadre que s’inscrit notre projet de fin d’études proposé par DIRECTION DES EQUIPEMENTS ET DE LA MAINTENANCE (DEM), DIVISION DES BÂTIMENTS ET DE L’ARCHITECTURE (DBA), et qui a pour but d'étudier, vérifier et faire la suivie des projets , en respectant les exigences de certaines normes, citant en particulier la norme NFS 90-351. Dans une perspective de lutte contre les risques de contamination, cette norme a été élaborée pour aider les ingénieurs fluides et CVC (Chauffage, Ventilation, Climatisation) à maîtriser les risques de contamination en milieu hospitalier, et à appliquer ces exigences techniques dans le dimensionnement des dispositifs de traitement et de conditionnement d'air dans les salles propres. Ces zones sont caractérisées par la présence d’un ensemble de patients potentiellement vulnérables aux effets d’une mauvaise qualité d’air intérieur. Donc, le système de climatisation dimensionné devra maintenir la température, l’humidité, le taux de brassage d'air et les différences de pression, et spécialement les zones à risque de contamination très élevé. Afin de mener à bien notre mission, le présent rapport est organisé en cinq chapitres. Le premier chapitre est une présentation du projet étudié et de l'organisme d’accueil. Ensuite, le deuxième chapitre présente les différents systèmes CVC. Le troisième chapitre s’intéresse aux critères de choix entre les différents systèmes de climatisation et de chauffage ainsi qu’à l’établissement d’un cahier de charges typique et la présentation des exigences des normes de conception dans le quatrième chapitre .Le dernier chapitre s’intéresse à la conception et le dimensionnement d’un système CVC pour un centre hospitalier régional en affectant plusieurs étapes d’analyse et de calcul.
  • 18. 2 Chapitre 1 CONTEXTE GENERAL DU PROJET I. Présentation de l’organisme d’accueil : Notre stage a été effectué au sein du service des installations techniques à la direction des équipements et de la maintenance. Cette direction est attachée au ministère de la santé. 1.1. Le ministère de la Santé : Le ministère de la Santé est le département ministériel du gouvernement marocain chargé de veiller au bon fonctionnement du système de la santé publique à travers le royaume. Son siège est situé à Rabat. Le ministère de la santé est chargé de l'élaboration et de la mise en œuvre de la politique gouvernementale en matière de santé de la population. Il agit, en liaison avec les départements concernés, en vue de promouvoir le bien-être physique, mental et social des habitants. Il harmonise les orientations et coordonne les objectifs et les actions ou mesures qui concourent à l'élévation du niveau de santé dans le pays et intervient afin d'assurer, au niveau national, une meilleure allocation des ressources, en matière de prévention, de soins curatifs ou d'assistance. Il est chargé d'élaborer et de mettre en œuvre la politique nationale en matière de médicaments et de produits pharmaceutiques sur les plans technique et réglementaire. Il suit la politique sanitaire internationale à laquelle le Maroc contribue, définit en concertation avec les départements concernés, les options de coopération dans le domaine de la santé, assure la mise en application et le suivi de réalisation des programmes convenus. Il assure, conformément aux dispositions législatives et réglementaires en vigueur, le contrôle de l'exercice des professions médicales, paramédicales et pharmaceutiques. Il comprend différentes directions :  Direction de la population DP  Direction de l’épidémiologie et lutte contre la maladie DELM  Direction des hôpitaux et des soins ambulatoires DHSA  Direction du médicament et de la pharmacie DMP  Direction des équipements et de la maintenance DEM  Direction de la planification et des ressources financière DPRF
  • 19. 3  Direction des Ressources humaines DRH  Direction de la règlementation et du contentieux DRC Figure 1: Organigramme du ministère de la santé 1.2. Direction des équipements et de la maintenance DEM : La Direction des Equipements et de la Maintenance est chargée de : -Assurer l'exécution du budget d'investissement du ministère. - Etudier et assurer le suivi de réalisation des projets d'architecture, de bâtiment et de construction. - Etudier, programmer et assurer le suivi de réalisation des projets d'équipement en matériel biomédical ou technique.
  • 20. 4 - Assurer la maintenance, l'aménagement et la réparation du patrimoine immobilier et matériel. - De favoriser la recherche et assurer la normalisation de l'infrastructure et des équipements. - Effectuer la gestion administrative et l'entretien des installations des services centraux. - Tenir un inventaire des patrimoines foncier et bâti du département. - Animer la fonction « entretien du patrimoine » au niveau des provinces et préfectures médicales. Cette direction comprend :  La division des bâtiments et de l'architecture qui groupe : o le service des études architecturales. o le service des travaux de génie civil. o le service des installations techniques.  La division du matériel et des équipements biomédicaux qui groupe : o le service de la maintenance. o le service des études et des acquisitions.  La division du patrimoine et de la programmation qui groupe : o Le service du patrimoine. o Le service de la programmation et du suivi budgétaire. o le service des marchés. II. Présentation générale du projet : 2.1 Les objectifs du projet de fin d’études : Ce projet de fin d’étude a été proposé par le ministère de la sante, en réponse a un ensemble de problèmes relatifs a la partie climatisation, ventilation et chauffage et qui peuvent être résumés dans les éléments suivants :  Les systèmes CVC (Climatisation –Ventilation – Chauffage) revêtent une importance particulière dans les établissements sanitaires. La vulnérabilité du patient exige des concepteurs d’assurer un environnement confortable, mais aussi sain de manière à ce que la qualité d’air soit maintenue dans des conditions hygiéniques irréprochables.  Le choix d’un système CVC pour un bâtiment hospitalier (souvent complexe) fait appel, dès le début, à des compétences et des profils multiples et variés. Le concepteur se trouve confronté à des considérations techniques et médicales qui nécessitent, souvent, une étude approfondie et minutieuse pour couvrir les aspects sanitaires indispensables et les différentes exigences d’une structure hospitalière.
  • 21. 5  Le Ministère de la Santé doit déployer des efforts pour s’aligner avec les recommandations de la réglementation thermique visant la promotion et le renforcement des mesures d’efficacité énergétique dans les bâtiments hospitaliers.  Les solutions classiques adoptés par le Ministère de la Santé dans ses projets antérieurs se trouvent, une fois réalisées, devant une réalité contraignante qui met à mal leur applicabilité. La non mise en marche d’une chaudière à cause d’un budget de fonctionnement limité, ou le choix de systèmes qui nécessitent une maintenance particulière pour assurer leur durabilité dans le temps sont, entre autres, des problèmes qui imposent de revoir les systèmes habituels.  Les équipements et matériel du CVC mobilisent des budgets d’investissement considérables. Concilier les exigences techniques avec les contraintes de la réalité, notamment celles afférentes aux coûts d’exploitation est, souvent, difficilement atteignable et pèse par conséquent sur le budget public.  Le manque des spécialités en génie énergétiques et génie hospitaliers dans les écoles d’ingénierie et les universités Marocaines influencent la qualité des profils CVC.  L’absence d’une solution type CVC, soutenue par des arguments scientifiques, qui permet de procéder à une comparaison et une adaptation selon le contexte de chaque projet, contribue à un prolongement des études, et un retard dans la validation du présent lot. Ainsi, et pour répondre à l’ensemble de ces problèmes ce projet de fin d’étude s’est tracé, en guise de méthode, la réalisation des objectifs suivants : 1. Établir un cadre référentiel technique relatif à la conception des systèmes CVC dans le milieu hospitalier. 2. Procéder à une enquête et à une analyse de quelques projets existants en identifiant les avantages et les inconvénients relativement à l’aspect technique. 3. Concevoir une solution CVC innovante qui répond aux exigences de l’efficacité énergétique et du développement durable assurant un confort supérieur, performance énergétique, simplicité d’utilisation et fiabilité pour un centre hospitalier régional et un hôpital de proximité. 4. Élaborer un cahier de charge type pour une installation CVC d’un centre hospitalier régional (400 lits) et un hôpital de proximité (45 lits). 2.2. Contexte et enjeux du projet de fin d’études : Un hôpital est un organisme complexe qui doit répondre à plusieurs critères de sécurité et de confort. Ce dernier concerne le confort qu’offre l’établissement de santé à ses occupants. En effet, l’environnement et les conditions ambiantes du cadre de vie d’un individu influencent considérablement son moral, son état de santé, sa sécurité, son efficacité dans tous ses états de vie et d’activités. Pour fonctionner de manière efficace, le corps humain a besoin d’une
  • 22. 6 atmosphère spécifique dont les caractéristiques dépendent de plusieurs facteurs tels que la température, l’humidité et le renouvellement d’air. La mise en place de systèmes garantissant ces conditions relève des techniques de climatisation ou de conditionnement d’air. Tableau 1: les blocs du CHR de GUELMIM
  • 23. 7 Le sujet de notre projet de fin d’études, intitulé : « Conception et dimensionnement d’un système CVC Innovant pour un centre hospitalier régional (400 lits) et un hôpital de proximité (45 lits) », consiste à dimensionner un système CVC pour différents services au sein d’un CHR type en l’occurrence le CHR de GUELMIM et d’élaborer un cahier de charge pour ce type d’établissement de santé.  Les services d’un CHR Selon le Décret n° 2-14-562 les services d’un CHR sont représentés dans le Tableau 1. Remarque : D’après le tableau 1, il se voit que les services dans un HP sont inclue dans un CHR. Par conséquent, le travail qu’on va réaliser pour un CHP, par la suite, sera valable pour un HP avec quelques nuances qui n’influencent pas le concept global.  CHR de GUELMIM Dans le cadre de notre travail, on a pris le CHR de GUELMIM comme base d’étude technique. Cette étude sera focalisée sur l’étude et le dimensionnement des centrales de
  • 24. 8 traitement d’air, ainsi que du réseau aéraulique pour les zones à risque ainsi que les zones hors risque. Le CHR de GUELMIM se compose d’un RDJ + RDC + deux étages. Le plan du RDC de ce CHR qui contient le bloc opératoire et l’imagerie médicale (objet du dimensionnement) est présenté dans l’annexe 12. Figure 2:systemes de production d'eau glacée et d'eau chaude visualisés dans les sorties  Enjeux rencontrés durant la période du stage Durant le stage, outre l’analyse sur plans des solutions classiques adoptées par le ministère de la santé, nous avons eu l’occasion d’effectuer des visites à deux centres hospitaliers existants (à Salé et Témara) afin de visualiser les systèmes CVC installés dans ces deux hôpitaux. Nous avons trouvés des systèmes centralisés contenant :
  • 25. 9 -Des groupes d’eau glacée qui alimentent l’ensemble des batteries froides des différents terminaux de climatisation -Des chaudières pour la production de l’eau chaude qui alimentent l’ensemble des batteries chaudes et des radiateurs et assurent l’appoint de la production d’eau chaude sanitaire. Les figures suivantes représentent les cycles d’eau chaude ou glacée d’une manière simplifiée : Figure 3:Raccordement les unités intérieures avec les unités extérieures Nous avons constaté que les systèmes actuels présentent des limites et des inconvénients qui se résument dans les points suivants : - Arrêt volontaire des chaudières par l’administration de l’hôpital à cause de la consommation énorme du combustible qui pèse sur le budget.
  • 26. 10 - Insuffisance des puissances des panneaux solaires pour la production de l’eau chaude sanitaire puisque l’appoint est effectuée par les chaudières. - Climatisation inefficace dans le laboratoire et la radiologie ce qui peut être causé par :  Un sous dimensionnement des VC  Le système centralisé qui est difficile à contrôler car l’arrêt de l’unité de production suite à une panne provoque l’arrêt du système complet. De ce fait, on va opter pour des systèmes indépendants (décentralisé) car les services du CHR sont hétérogènes ayant pour chacun des besoins spécifiques. Pour élaborer un cahier de charge type pour une installation CVC d’un CHR on suit le raisonnement qui consiste à décomposer le CHR en des zones indépendantes : -zones à risque :(Bloc opératoire, salle de réveil, salle de réanimation, salle d’isolement…) -zone hors risque :(laboratoire, imagerie, administration, hébergement …) Par la suite, choisir pour chaque zone un système CVC convenable. Conclusion Ce chapitre introductif a été consacré essentiellement à la présentation de l’environnement dans lequel ce stage a été effectué. Il a mis notamment l’accent sur le contexte de ce projet de fin d’étude qui s’articule autour de l’analyse critique des systèmes existants afin de dimensionner un système de climatisation fiable, écologique et moins consommateur d’énergie. Les différents types des systèmes de climatisation et le principe de fonctionnement du système choisi est l’objectif du chapitre suivant.
  • 27. 11 Chapitre2 Types des systèmes CVC Introduction La qualité de l’air intérieur dans les établissements de santé est une problématique complexe. Alors que plusieurs de ces établissements sont situés dans des édifices vieillissants, il existe à l’opposé de nombreux projets de constructions neuves. La façon dont les établissements de santé sont conçus et gérés peut donc avoir un effet majeur sur la qualité de l’air intérieur. La nature et la complexité des établissements de santé varient, considérablement d'un établissement à l'autre, selon la nature des services et des patients traités - du cabinet d'un médecin généraliste de quartier jusqu'aux grands centres médicaux régionaux ou universitaires et les hôpitaux spécialisés. En règle générale, les exigences en matière de contrôle de l'environnement et le rôle du système de CVC dans la sécurité des personnes et la lutte contre les infections deviennent de plus en plus importantes. I. Climatisation et traitement d’air 1.1 Définition de la climatisation La climatisation est un processus physique pour le maintien d’un niveau de confort pour les occupants d'un local (domaine résidentiel, tertiaire...). La température est le premier et principal paramètre contrôlé. Le deuxième paramètre est l’humidité. Un autre paramètre peut s’ajouter, c’est la propreté de l’air qui est nécessaire pour des raisons de confort ou des raisons techniques lorsqu’il s’agit, par exemple, de créer un environnement maitrisé dans un milieu hospitalier. Dans ces deux derniers cas, nous parlons d’un traitement d’air. La Classification des Systèmes de climatisation et chauffage sont présentés dans l’annexe 01. 1.2. Système de climatisation utilisé dans le dimensionnement : Dans Le présent Sujet, la climatisation du CHR sera faite par l’intermédiaire de centrale de traitement d’aire (CTA). Pour cela, on a réservé cette partie pour définir ce système. 1.2.1 Centrale de traitement d’aire (CTA) : Le type de CTA dépend de l’origine de l’air à traiter soit d’air neuf, repris ou mélange des deux. La composition d’une centrale de traitement d’air est déterminée en fonction du résultat
  • 28. 12 du couple (humidité ; température) que nous voulons obtenir. Les différentes composantes seront détaillées par la suite dans ce chapitre. Figure 4:schéma d'une CTA (système mixte). 1.3 Types des centrales de traitement d’air et ses composantes :  Système avec caisson de mélange : L’air traité est le mélange d’air repris du local et de l’air neuf provenant de l’extérieur. Il est utilisé généralement lorsque le débit d’air neuf réglementaire est inférieure au débit d’air soufflé, donc on compense cette différence par l’air recyclé ce qui permet une quantité d’énergie très importante par rapport au système tout air neuf.
  • 29. 13 Figure 5:CTA avec caisson de mélange  Système tout air repris Le traitement d’air n’apporte pas d’air neuf, ce type est utilisé lorsque le renouvellement d’air n’est pas exigé, mais il est peu préférable car la présence des personnes dans un local nécessite pour des raisons hygiéniques le d’air. Figure 6:CTA tout air repris  Système tout air neuf : Utilisé dans le cas où le débit d’air à souffler est inférieure au débit d’air neuf règlementaire ou dans le cas où le recyclage d’air du local est interdit pour des raisons hygiéniques (dans les salles d’isolement par exemple). Ce système n’est pas économique vu qu’il conduit à des puissances thermiques élevées. Figure 7:CTA tout air neuf • Les équipements d’une centrale de traitement d’air :
  • 30. 14 La figure ci-dessous présente le schéma de principe d’une centrale à débit d’air constant. La centrale de traitement d’air souffle dans les locaux de l’air à basse vitesse (2 à 6 m/s) et à débit constant compris entre 1000 m³/h et 100 000 m³/h. L’air est généralement distribué par des bouches de soufflage de type mural ou plafonnier. Une CTA peut comporter des batteries froide et chaude, des humidificateurs, des filtres, des ventilateurs, une grille de prise d'air neuf, des registres, un caisson de mélange et une pare-gouttelette…  Batterie froide : La batterie froide est composée d’un échangeur de chaleur et d’un bac de réception d'eau condensée sur la surface d'échange qui va être évacuée vers le réseau des eaux usées .Il existe deux types de batteries froides en fonction du fluide caloporteur utilisé : Batterie froide à eau glacé : est alimentée par l’eau glacée produite de façon centralisée, ou bien on peut ajouter d'éthyle glycol ou de propylène glycol à cette eau pour éviter la prise en glace au niveau d'évaporateur Batteries froide à fluide frigorigène (dite improprement à détente directe) : Elle est montée directement sur le circuit thermodynamique dont elle constitue l'évaporateur. On l'appelle "batterie à détente directe". La proximité du compresseur est souvent requise pour minimiser les pertes de charge.  Batterie chaude : Figure 8:Schéma des composantes d'une CTA
  • 31. 15 La batterie chaude est un échangeur de chaleur qui permet le chauffage de l’air. Il existe trois types de batteries chaudes suivant le type d’alimentation en chaleur : Batterie à eau chaude : est alimentée par l’eau chaude, Cette eau vient d’un générateur qui peut être soit une chaudière à combustible /électrique ou pompe à chaleur. Batterie électrique : l’apport de chaleur se fait par une résistance électrique, ce type des batteries a un temps de réponse court et un coût d’installation réduit par rapport aux batteries à eau chaud, mais il est un grand consommateur d’énergie. Batteries à fluide frigorigène: On utilise directement la condensation d'un fluide frigorigène dans le condenseur qui peut être monté dans le caisson de traitement d'air.  L’humidificateur : Il sert à augmenter la teneur en eau de l’air traité, c’est à dire augmenter l’humidité absolue. L’humidification se fait par un contact étroit et intensif entre l'air et la source d'humidité. Les procédés utilisés sont : l’humidification par pulvérisation d’eau, par injection de vapeur ou par évaporation à la surface d’un plan d’eau.  Ventilateur : Le ventilateur assure un écoulement d’air continu dans la CTA, dans le réseau de distribution et de reprise d’air, et par conséquent, si le système est avec un caisson de mélange, on aura toujours deux types de ventilateur : Ventilateur de soufflage : Amène l’air traité au local via un conduit de soufflage. Ventilateur de reprise ou d’extraction : Reprend l’air du local via un conduit de reprise sur lequel est montée une grille de reprise.  Les filtres : L’air contient des particules en suspension et des micro-organismes et pour sauvegarder la santé des personnes et protéger les échangeurs de l’encrassement et le dépôt des poussières, on doit filtrer l’air avant sa rentrée dans la CTA, au cours de son traitement et avant son introduction dans le local. On peut trouver encore d’autres éléments dans ces CTA à savoir : -Registre : Equilibrent chaque branche en réglant l’admission de l’air. Ils sont couplés au fonctionnement du ventilateur. -Pare-gouttelettes : Evite l’entrainement de l’eau de condensation sur la batterie froide. -Récupérateur de chaleur : permet le transfert de chaleur entre l’air extrait et l’air neuf
  • 32. 16 II. Volet d’efficacité énergétique des systèmes CVC pour le CHR L’économie d’énergie devient de plus de plus une nécessité pour les établissements publics suite à l’entrée en vigueur de la réglementation thermique qui exige le respect d’un certain nombre d’éléments tant sur le plan passif (bâtiment) que sur le plan actif (équipements). Ci- dessous un ensemble de recommandations que les BET engagés par le ministère doivent intégrer lors de la conception d’un système CVC.  Recyclage de l’air au niveau de l’air repris de CTA Afin d’éviter un trop grand renouvellement d’air dans les locaux, par soucis d’économie d’énergie, il peut être utile de recycler une partie de l’air extrait à l’aide d’un caisson de mélange. L’air neuf se mélange à l’air repris, il en résulte un air de mélange qui pénétrera dans la centrale de traitement d’air. En général, l’air mélangé est composé au maximum de 20 % à 25 % d’air neuf  Free-cooling Les Roof top et les CTA fonctionnent en marche normale en air repris avec un minimum d'air neuf (ex: 80% air repris, 20% air neuf, moduler en fonction de la température extérieure),ce réglage est géré par l'utilisateur via un automate ou par une sonde de qualité d'air en fonction du taux d'occupation ou encore par deux sondes hygrométriques par différence d'enthalpie entre l'air intérieur et extérieur. Le free cooling (refroidissement gratuit) consiste à utiliser directement l'air extérieur pour refroidir un local on introduit de l'air extérieur si celui -ci est d'une température plus basse que l'air repris (intérieur) et que la régulation est en demande de froid. L'admission de cet air plus frais se fait par l'intermédiaire d'un volet ou registre motorisé commander une régulation. Ce système peut remplacer complètement la puissance frigorifique distribuée par les compresseurs ou les vannes trois voies lorsque la température de l’air extérieur le permet et ceci jusqu'à ce que la demande de froid devienne trop importante et à ce moment la régulation démarrera le ou les compresseurs (roof top etc) ou ouvrira les vannes trois voies (pour les CTA.).
  • 33. 17 Figure 9:free cooling pour un CTA  Free-chilling Lorsque la température extérieure descend sous les 8 à 10 °C, on peut fabriquer de l’eau glacée sans utiliser le groupe frigorifique. L’eau est directement refroidie par l’air extérieur et la machine frigorifique est mise à l’arrêt. L’économie d’énergie est évidente ! La rentabilité du projet est d’autant plus élevée que les besoins de refroidissement sont importants en hiver et que l’installation s’y prête. Étudions cela en détail. Figure 10:principe simplifie du free chilling  Choix d’un intervalle d’humidité au lieu d’une valeur fixe Cette action agit sur le temps de fonctionnement d’humidificateur. En effet, minimiser le temps de fonctionnement implique économie d’énergie électrique. Cette procédure est applicable dans un établissement de sante voire que les normes pour ce domaine n’exigent pas une valeur fixe d’humidité  Récupération de chaleur au niveau du condenseur des PAC ou du groupe d’eau glacée La mise en place d’un récupérateur consiste à intercaler entre le compresseur et le condenseur à air un échangeur de chaleur fluide frigorigène et eau dans le but de chauffer de l’eau en
  • 34. 18 exploitant la chaleur extraite de la chambre froide lorsque l’on procède à son refroidissement et maintien en température. Le fluide frigorigène transporte l’énergie thermique depuis l'évaporateur jusqu’au récupérateur, où il cède des calories à l’eau, qui voit alors sa température augmenter. Figure 11:recuperateur de chaleur au niveau du condenseur  Respect de la réglementation thermique marocaine par le choix judicieux des matériaux d’isolation  Proposition des panneaux solaires à capteurs cylindriques sous vide au lieu des capteurs plans Le remplacement des panneaux solaires à capteur plan par des panneaux solaire a capteur cylindrique veut dire augmenter le rendement d’exploitation de l’énergie solaire ce qui va améliorer la production de l’eau chaude sanitaire. Conclusion Dans cette partie, Nous avons défini le choix du système de traitement et de conditionnement d’air, qu’on va dimensionner, pour le bloc opératoire et l’imagerie médicale, puis on a présenté un volet d’efficacité énergétique afin d’optimiser la consommation de l’énergie dans un établissement de santé. En effet, pour notre étude des zones à environnement maitrisé dans un hôpital, nous allons utiliser des CTA avec caisson de mélange, vu que dans les zones à risque, le renouvellement d’air est toujours important et nécessaire, selon les exigences de la norme NFS90-351 Nous
  • 35. 19 allons également utiliser des batteries l’eau glacée comme fluide caloporteur, pour éviter les risques de contamination. Maintenant que nous avons déterminé le type des CTA à utiliser, nous pourrons passer à l’étape de dimensionnement des CTA pour les zones à risque, mais nous devons tout d’abord définir la norme NFS 90-351 et un cahier de charge qui contient les paramètres de calcul ce qui fera l’objet du chapitre suivant.
  • 36. 20 Chapitre 3 Normes de conception et Cahier de charge I. Norme NFS 90-351 Dans l'absence d'un cadre réglementaire de traitement d'air dans les milieux hospitaliers au Maroc, La norme française NF 90-351 constitue un repère pour les ingénieurs d'étude et les responsables techniques marocains, afin de s'assurer de la maîtrise du risque de bio- contamination. Cette norme précise les différentes règles et exigences hygiéniques pour la conception, la construction, l'exploitation, la maintenance et les procédés d'utilisation des installations de traitement et de maîtrise de l'air dans les établissements de santé, et plus précisément dans les zones à très haut risque de contamination. 1.1. Définitions des environnements maitrisés On définit une ambiance propre ou confinée comme étant constituée d’une enceinte physique étanche à l’air délimitée par des cloisons, un plafond, un sol et des portes et d’une ventilation ou installation de traitement d’air spécifique. Il existe trois domaines pour caractériser ce type d’ambiance : - Salle propre : utilisée principalement dans le domaine de l’industrie, elle vise à protéger le patient ou le produit d’une contamination environnementale. - Zone à environnement maîtrisé [3] °: aussi appelée zone de classe de risque par les normes NF EN ISO 14698-1 et NF EN ISO 14644-7, elle concerne, comme la salle propre, la protection du patient ou du produit dans les établissements de santé. - Zone de confinement à risques biologiques, chimiques et/ou radiologiques : elle agit de façon « inversée » par rapport aux salles propres et aux zones à environnement maîtrisé, à savoir qu’elle protège l’environnement et le personnel d’agents dangereux. Les salles propres et les environnements maîtrisés sont toujours en surpression par rapport à l’environnement extérieur, ceci afin d’éviter une contamination provenant de ce dernier. Inversement, les zones de confinement sont généralement en dépression par rapport à cet environnement pour, au contraire, ne pas le contaminer. Selon la norme NF S 90351, un environnement maîtrisé est une zone à risque caractérisée par un niveau de risque : 2, 3 ou 4
  • 37. 21 1.2. Principe de l’asepsie progressive L’asepsie progressive est l'établissement d'une série de barrières successives pour limiter le risque de contamination d'une cible dont la criticité a été préalablement identifiée. Les accès à la cible sont obligatoirement régulés par un passage par des zones successives. Par exemple, une salle d’opération ne peut être accessible qu’à travers une circulation de classe de risque 2, au sein d’un bloc opératoire. Cette séparation permet de mettre en place un gradient de pression à chaque franchissement de zone, ce qui permet d’en maîtriser la propreté. Ce concept permet de déterminer plusieurs zones dans un milieu hospitalier. La norme NFS 90- 351 a introduit le concept de zones à risques de bio-contamination. Dans ces zones, les produits ou les personnes peuvent-être sensibles à la fois aux particules viables mais aussi aux particules inertes. 1.3. Evaluation des risques dans les établissements de santé Un risque est défini comme la combinaison de la probabilité d’occurrence d’un évènement redouté (par exemple l’infection associée aux soins) et de la gravité de ses conséquences sur une cible donnée (par exemple le patient). Dans le milieu hospitalier, l’évaluation des risques se fait selon des critères de performance permettant d’évaluer le niveau de propreté de l’air dans une salle quelconque, en fonction des types d’activités. Cette analyse permet d’attribuer à chaque zone une classe de risque. De plus, il est d’usage de concevoir des règles de maîtrise des zones à environnement maîtrisé qui imposent de respecter le principe de l’asepsie progressive, définit dans le paragraphe précédent. Par exemple, une salle d’opération (risque 3 ou 4) ne peut être accessible qu’à travers une circulation de classe de risque 2, au sein d’un bloc opératoire. Cette séparation permet de mettre en place un gradient de pression à chaque franchissement de zone, ce qui permet d’en maîtriser la propreté. Le tableau suivant présente des exemples des différentes zones dans un établissement de santé et la classe de risque correspondante : Tableau 2:Zones de risque dans un milieu hospitalier Type de zone Classe de risque Signification Salle d’orthopédie, Salle ORL, Salle endoscopie 4 très haut risque infectieux Salle de chirurgie générale, Salle de neurochirurgie, Césarienne 3 haut risque infectieux Salle de réanimation, salle de conditionnement, de stérilisation, Salle de préparation à la chirurgie 2 risque infectieux moyen
  • 38. 22 Hospitalisation standard, administration, réception, salle de cours 1 Risque de contamination faible ou négligeable En effet, en raison d’absence des risques de contamination dans les locaux à risque 1 ne sont pas considérés comme des zones à environnement maitrisé et ne font pas partie du champ d’application de la norme NFS 90-351. Dans la suite, la notion des zones à risque se réfère aux zones à risque 2,3 et 4 1.4. Performances des zones à risques selon les niveaux de risques Après la détermination de niveau de risque pour chaque zone, la norme précise les moyens à mettre en œuvre afin d’atteindre un niveau de performance. 1.4.1. Les critères de performance selon la norme NFS 90-351 La classe de propreté particulaire : Les caractéristiques de la classe de propreté particulaire de l’air sont spécifiées dans la norme NF EN ISO 14644-1 :1999. Cette norme permet d’identifier des niveaux de propreté de l’air dans un espace quelconque, répartis de la classe ISO 1 à ISO 9. Chaque classe de propreté correspond à une valeur de concentration maximale admissible (particules/m3 d'air) en particules de taille égale ou supérieure à celle indiquée dans le tableau ci-dessous, en μm. Tableau 3:Classes de propreté particulaire de l’air Numéro de classification Concentrations maximales admissibles (particules/m3 d'air) en particules de taille égale ou supérieure à celles données ci-dessous ISO 0,1 mm 0,2 mm 0,3 mm 0,5 mm 1 mm 5 mm Classe ISO 1 10 2 Classe ISO 2 100 24 10 4 Classe ISO 3 1 000 237 102 35 8 Classe ISO 4 10 000 2 370 1 020 352 83 Classe ISO 5 100 000 23 700 10 200 3 520 832 29 Classe ISO 6 1 000 000 237 000 102 000 35 200 8 320 293 Classe ISO 7 352 000 83 200 2 930 Classe ISO 8 3 520 000 832 000 29 300 Classe ISO 9 35 200000 8 320000 293 000 Afin de bien maitriser la contamination particulaire dans la zone à protéger, la norme NFS 90- 351 spécifie pour chaque classe de risque une classe particulaire : Tableau 4: Correspondance entre les niveaux de risques et les classes de propreté ISO(N) Classe de risque Classe de propreté particulaire
  • 39. 23 4 ISO 5 3 ISO 7 2 ISO 8 Cinétique d’élimination des particules (CP) [4] : définie comme étant le temps, exprimé en minutes, nécessaire pour éliminer 90% des particules de diamètre supérieur ou égal à une valeur donnée par rapport au pic de pollution initiale, dans un volume déterminé hors présence humaine. Par exemple, CP10 signifie le temps nécessaire pour éliminer 90% des particules de diamètre>=0.5 μm est inférieur à 10min. Le tableau suivant présente les cinétiques d’élimination exigées par la norme en fonction de de la classe de risque : Tableau 5:Correspondance entre les niveaux de risques et les classes CP Classe de risque CP 4 CP 5 3 CP 10 2 CP 20 Classe de propreté microbiologique (M) [4] : le nombre des particules pouvant donner naissance à des colonies par mètre cube d’air ambiant. Le tableau suivant présente les classes de propreté microbiologique pour chaque classe de risque Tableau 6:Correspondance entre les niveaux de risques et la classe de propreté microbiologique (M) Classe de risque CP 4 M1* 3 M10 2 M100 Concentration maximale de nombre de particules viables est inférieur à 1UFC (Colony Forming Unit/m3). Afin d’atteindre les objectifs détaillés ci-dessus pour chaque classe de risque, la norme préconise un ensemble des moyens à mettre en œuvre. 1.4.2. Tableau récapitulatif des valeurs guides de la norme NFS 90-351 (Avril 2013):
  • 40. 24 Afin de simplifier la compréhension de la norme, nous avons regroupé les différentes valeurs guides de la norme NFS 90-351 dans le tableau suivant : Tableau 7:Récapitulatif des valeurs guides de la norme NFS 90-351 Classe de risque Classe de propreté particulaire Pression différentielle (positive ou négative) Plage de températures Régime d’écoulement d'air Autres spécifications, valeur minimale 4 ISO 5 15 Pa ± 5 Pa 19 °C à 26 °C Flux unidirectionnel Zone sous le flux Vitesse d’air de 0,25 m/s à 0,35 m/s taux d'air neuf du local > 6 volumes/heure 3 ISO 7 15 Pa ± 5 Pa 19 °C à 26 °C Flux unidirectionnel ou non unidirectionnel taux de brassage > 15 volumes/heure 2 ISO 8 15 Pa ± 5 Pa 19 °C à 26 °C Flux non unidirectionnel taux de brassage > 10 volumes/heure Remarque : pour les taux de ventilation la norme française ne les précise pas exactement ce qui pousse a pensé d’utiliser les exigences de la norme ASHERAE. (Voir l’annexe 13). II. Cahier de charge 2.1. Les données météorologiques Les données météorologiques définissent les conditions de température, d’humidité et de rayonnement solaire auxquelles le bâtiment fait face durant une année. Ces conditions jouent un rôle important en influençant les charges et le fonctionnement du système. En effet, pour notre cas d’étude, l’hôpital est situé au Maroc, dans la zone de GUELMIM (latitude 29.02, Longitude : -10.05, Altitude : 300m). Nous présentons dans le tableau suivant toutes les données météorologiques nécessaires de la région de GUELMIM [6] [7] : Tableau 8:Données météorologiques de la région de Guelmim Zone : GUELMIM Longitude (deg) -10.05 Latitude (deg) 29.02 Elévation (m) 300 Conditions de températures extérieures Conditions en été Température sèche (°C) 44 Température humide (°C) 23.9 Humidité relative (%) 19 Conditions en hiver Température sèche (°C) 5 Température humide (°C) 2.6 Humidité relative (%) 66
  • 41. 25 2.2. Les données d’espace Un espace est une région de la construction comprenant un ou plusieurs éléments de flux de chaleur et servi par un ou plusieurs terminaux de distribution d'air. Habituellement, un espace représente une chambre simple. Toutefois, la définition d'un espace est flexible. Pour certaines applications, un espace peut représenter un groupe de pièces, ou même un immeuble entier. Pour définir un espace, tous les éléments qui affectent le flux de chaleur dans l'espace doivent être décrits. Les éléments comprennent les murs, les fenêtres, les portes, les toits, les lucarnes, les planchers, les occupants, l'éclairage, les équipements électriques, des sources de chaleur divers, l'infiltration, et les partitions. Les données sont saisies à l'aide du formulaire d'entrée de l'espace. Le calcul du bilan thermique est effectué pour chaque salle du bloc opératoire et celui de la réanimation, en RDC de l'Hôpital CHR de GUELMIM. Les figures suivantes présentent la numération des locaux du bloc opératoire et d’imagerie médicale en étude. Figure 12:Plan architectural du bloc opératoire Figure 13:Plan architectural de l'imagerie médicale Nous présentons dans le tableau suivant en résumé les données d’espace nécessaires pour le calcul du bilan thermique : Type de Salle Surface du plancher (m²) Orientation des murs extérieurs Surface totale du vitrage (m2) Surface murs extérieurs (m²) Imagerie médicale Radiologie 1 35 - - - Radiologie 2 35 - - -
  • 42. 26 Radiologie 3 35 - - - Mammographie 16.2 - - - Dentaire 22 - - - Echographie 21.2 - - - Scanner 41.1 - - - Bloc Opératoire Salle Operations 1 40.61 Nord 1.92 24.5 Salle Operations 2 40.95 - - - Salle Operations 3 50.14 - - - Salle Operations 4 50.12 - - - Salle Operations 5 50.14 - - - Salle Operations 6 40.9 - - - Salle Operations 7 40.9 - - - En ce qui concerne les murs intérieurs et les planchers ils sont tous en contact avec des locaux climatisé et chauffé, contrairement au plafond il est en contact avec un local technique qui n’est pas traité. Dans ce qui suit nous considérons la température du local technique à 44°C en été et 5°C en hiver. 2.3. Les matériaux de constructions et coefficients d’échange thermique Le choix des matériaux de constructions et le calcul des coefficients d’échange thermique qui permettent le calcul du bilan thermique sont détaillé dans l’annexe 03 Dans la suite du calcul, on travaillera avec les compositions et les coefficients d’échanges indiqués sur le tableau suivant : Tableau 9:Composition de l'enveloppe du bâtiment Enveloppe Composition Coefficient global d'échange W/m².K Mur extérieur Briques rouges à 9 trous et polystyrène extrudé 0,42 Cloisons Plaque plâtre BA13 1.48 Toiture Dalle pleine et polystyrène extrudé 0,34 Bais vitrées Double vitrage et lame d'air 1,4 Planchers Dalle pleine avec plafond en plâtre 2.38
  • 43. 27 intermédiaire B13 2.4. Conditions et charges internes En ce qui concerne les conditions internes, La température du bloc opératoire doit être comprise en 19°C et 26°C, en fonction du type de l’opération et les infections postopératoires qui se produisent. Dans la suite de l’étude, nous allons considérer les conditions extrêmes d’intervention dans le bloc opératoire. Soit alors 19 °C pour l’été et 26 °C pour l’hiver, et pour l’humidité relative nous allons considérer les exigences de l’ancienne version de la norme NFS 90-351, soit alors une plage d’humidité relative de 45-60% Pour le calcul des charges internes dans les différentes salles, dus à l’éclairage, les équipements électriques, des occupants et des sources diverses, nous avons collecté des informations auprès de l’archive de la DBA, qui nous ont aidé à mettre les hypothèses de calculs suivantes : Tableau 10:Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour les salles d’opération Occupation Salle d’opérations 5 m²/pers Apports par éclairage Salle d'opérations 30 W/m² Apports par machines Salle d’opérations 150 W/m² Apports par les occupants Sensible hors Hébergement 75 W Latent hors Hébergement 75 W Hébergement sensible 75 W Hébergement latent 75 W Tableau 11: Données clés pour le calcul des apports intérieurs pour la radiologie Occupation Radiologie 3 m²/pers Apports par éclairage Radiologie 30 W/m² Apports par machines Radiologie 200 W/m² Apports par les occupants Sensible hors Hébergement 75 W
  • 44. 28 Latent hors Hébergement 75 W Hébergement sensible 75 W Hébergement latent 75 W III. Des recommandations pour le choix d’un système CVC par service Dans cette partie on va citer notre choix des systèmes pour les différentes zones du CHR Bloc opératoire - Des PAC réversible (chauffage et climatisation) qui alimentent : CTA uni zone pour les salles d’opérations CTA pour la salle de réveil CTA pour le sas, Réanimation, Stérilisation, Salle d’isolement - Pour les salles à risque 4 en utilise un Plafond filtrant (type H14) et grille de diffusion Maternité, pédiatrie et l’hébergement - PAC réversible qui alimente des Ventilo-convecteur 4 tubes (chauffage et climatisation). L’imagerie (système tout air) PAC réversible qui alimente une CTA (chauffage et climatisation). Laboratoire (système tout air) PAC réversible qui alimente une CTA (chauffage et climatisation). Bureaux d’administration Système de Débit réfrigérant variable Conclusion Dans cette partie, nous avons présenté les valeurs guides de la norme NFS 90-351, nécessaires pour la maitrise des risque de contamination dans les zones à risque d’un milieu hospitalier puis nous avons déterminé les conditions intérieures de la zone à risque, et extérieures afin de commencer l’évaluation des besoins en chauffage et en climatisation.
  • 45. 29 Chapitre 4 Evaluation des besoins en chauffage et en climatisation Introduction L’établissement du bilan thermique est une étape importante qui permet de quantifier l’énergie qu’il faudra pour chauffer et climatiser un local. Et avant de passer à l’évaluation des différentes charges de chaque zone de l’hôpital, il est nécessaire de déterminer tous les éléments entrant en compte dans le calcul du bilan thermique à savoir : la nature des matériaux de construction, les différentes dimensions et l’orientation des murs et vitrages, l’occupation, et les gains internes. Dans ce chapitre, nous allons présenter le modèle théorique de calcul du bilan thermique que nous avons utilisé et programmé sur notre application, puis nous allons présenter les différentes données techniques nécessaires pour l’évaluation des charges de chauffage et refroidissement. Ensuite, nous allons prendre un exemple de calcul (salle d’opération – Bloc opératoire – Risque 4 ISO 5), afin de comparer les résultats avec ceux obtenus par le logiciel HAP. Ce qui nous permettra de valider notre modèle théorique. A la fin du chapitre, nous allons récapituler les résultats calculés pour les différentes salles d’opérations du bloc opératoire et du bloc d’imagerie. I. Modèle théorique de calcul des charges thermiques Nous présentons dans cette partie un modèle théorique simplifié d’évaluation des apports pour la saison d’été (Climatisation) et des déperditions pour la saison d’hiver (Chauffage) 1.1. Charges estivales Pour la saison d’été nous avons deux types d’apports : les apports externes et les apports internes. 1.1.1. Charges externes
  • 46. 30 Les charges externes représentent tous les échanges thermiques entre le local à climatiser et son milieu extérieur. Nous avons trois types d’apports extérieurs :  Apports par transmission Les apports par transmission à travers les parois et les vitrages, sont provoqués par une différence de température et dépendent de la nature des matériaux utilisés. Nous calculons ces apports par la formule [5] suivante : 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = ∑𝑈𝑖 × 𝐴𝑖 × 𝛥𝑇𝑖 (1) Avec : 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 : Apport par conduction (W). Ui : Coefficient d’échange thermique à travers l’élément i (Paroi, vitrage…) (W/m². °C). Ai : Surface de l’élément i (m²). Δti : La différence de température à travers l’élément i (°C)  Apports par rayonnement solaire Afin de calculer les apports par rayonnement nous devons tout d’abord estimer le rayonnement solaire total dans une façade. Ce rayonnement solaire dépend de l’orientation du mur (α = 0° pour le Nord et -180° pour le Sud) et l’altitude du lieu de calcul Z(m) [5] Nous définissons alors : Ψ = | 𝛼 180 | (2) Nous calculons le rayonnement solaire par la formule suivante : Pour les parois horizontales 𝑅𝑚 = 952 + 6,49𝑍 – 0,166𝑍2 (3) Pour les parois verticales 𝑅𝑚 = 453.4 + 1341Ψ − 5279Ψ3 + 3260Ψ4 + 34.09Ψ𝑍 + 0.2643Ψ𝑍2 − 12.83𝑍 − 0.842𝑍2 + 0.9835 𝑍2 Ψ + 1 (4) Puis nous calculons l’apport par rayonnement solaire à l’aide des formules suivantes : Pour les parois vitrées et pour les parois opaques : 𝑄𝑣 = 𝑎. 𝑔. 𝑆. 𝑅𝑚 (5)
  • 47. 31 𝑄𝑝 = 𝑎. 𝐹. 𝑆. 𝑅𝑚 (6) Avec : 𝑄𝑣: Quantité de chaleur traversant le vitrage. (W) 𝑄𝑝 : Quantité de chaleur traversant les parois opaques(W). 𝐹 : Facteur de rayonnement solaire. 𝑅𝑚 ∶ Rayonnement solaire W/m² 𝑔 : Facteur de réduction. 𝑎 : Coefficient d’absorption. 𝑆: Surface de la paroi (m²).  Apports par renouvellement d’air et fuites d’air Ces apports sont dus au changement de l’air intérieur par un air neuf, ou bien les infiltrations d’air (fuites), ce qui ne permet pas de garder les conditions du confort spécifique dans le local.  Apports sensibles par renouvellement d’air (W) 𝑄𝑎𝑠 = 𝑞𝑣 ∗ 0,34 ∗ (𝑇𝑒 − 𝑇𝑖) (7)  Apports latents par renouvellement d’air (W) 𝑄𝑎𝑙 = 𝑞𝑣 ∗ 0,84 ∗ (𝑟𝑒 − 𝑟𝑖) (8) Avec : 𝑟𝑒 : Humidité absolue de l’extérieur (g d’eau/kg d’air sec) 𝑟𝑖 : Humidité absolue de l’intérieur (g d’eau/kg d’air sec) 𝑞𝑣 : Débit total de renouvellement d’air (m3/h) Le débit volumique total de renouvellement d’air peut être exprimé comme suit : 𝑞𝑣 = 𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝑓 (9) Avec : 𝑄𝑣𝐴𝑁 : Débit volumique d’air neuf (m3/h) 𝑄𝑣𝑓: Débit volumique de fuite d’air (m3/h) Nous calculons les débits de fuites par la formule suivante qui prend en compte la différence de pression, la section de passage et le coefficient de décharge. : 𝑄𝑣𝑓 = 𝐶𝐷. 𝑆𝑓. √2.(Δ𝑃 𝜌 ⁄ ) (10) Nous résumons dans le tableau suivant les différentes valeurs du coefficient de décharge CD :
  • 48. 32 Tableau 12:Valeurs du coefficient de décharge Ouverture Coefficient CD Ouverture de très faible hauteur CD= 0,61 Grande ouverture (0,2 ≤ Hrel ≤ 0,9) CD = 0,609 · Hrel – 0,066 Grande ouverture (0,9 < Hrel) CD = 0,4821 Avec : Hrelatif = Hrel = Ho / Hp Ho : hauteur de l'ouverture, Hp : hauteur de la zone d'accès Dans le cas du bloc opératoire, les portes des salles possèdent une très faible ouverture qui ne dépasse pas les deux millimètres de hauteur (Ho < 2mm). Donc l’expression permettant de calculer le débit de fuite devient : 𝑄𝑣𝑓 = 3600 ∗ 0.61 ∗ 𝑆𝑓 ∗ √2.(Δ𝑃 1.2 ⁄ ) (11) Avec : 𝑄𝑣𝑓: Débit de fuite en (m3/h) 𝑆𝑓 : Surface de la fente (ouverture sous la porte du local) ΔP: Cascade de pression (Pa) 1.1.2. Charges internes Les charges internes représentent toutes les sources de chaleur existant à l’intérieur du local, à savoir :  Les occupants Les échanges thermiques entre le milieu et les occupants afin de garder la température du corps humain constante, constituent un apport thermique déterminé par l’expression suivante :  Apports sensibles par les personnes (W) : 𝑄𝑝𝑠 = 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑜𝑐𝑐 ∗ 𝑁 (12)
  • 49. 33  Apports latents par les personnes (W) : 𝑄𝑝𝑙 = 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑐𝑐 ∗ 𝑁 (13) Avec : 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑜𝑐𝑐 : Chaleur sensible des occupants (W/pers) 𝑄𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑜𝑐𝑐 : Chaleur latente des occupants (W/pers) 𝑁 : Nombre d’occupants de la salle  L’éclairage et les équipements : Une partie de l’énergie consommée par l’éclairage, les machines électriques et les machines thermiques existants dans à l’intérieur d’un local à traité, se transforme en chaleur et constitue alors un apport interne à combattre afin de garder une ambiance bien déterminée. 1.2. Charges hivernales Pendant la saison d’hiver, le bilan thermique pour le chauffage prend en compte deux types de déperditions externes : - Déperditions par conduction (équation 1). - Et les déperditions par renouvellement d’air et fuites (équations 7 et 8). Remarques : Les charges thermiques par infiltration d’air ne sont pas pris en compte, car les locaux hospitaliers sont toujours en surpression par rapport à l’extérieur afin d’éviter ces infiltrations. Lorsque l’air est traité avant d’être soufflé dans le local, Les charges thermiques par renouvellement d’air ne sont pas prises en compte dans le calcul du bilan thermique. II. Résultats et vérification Dans cette partie nous allons présenter le calcul du bilan thermique pour la salle d’opération 1 afin de vérifier les résultats en les comparants aux résultats obtenus avec le logiciel HAP. Et ensuite nous allons généraliser le calcul pour les autres salles objet de l’étude. 2.1. Besoins en climatisation  Apports par transmission Les apports par transmission sont calculés par l’équation (1) Le tableau suivant représente la Charge par transmission en été :
  • 50. 34 Tableau 13:charge par transmission  Apports par Rayonnement Les apports par conduction sont calculés par l’équation (2), (3), (4), (5),et (6) Tableau 14;Charge par rayonnement pendant l'été Parois opaques : Surface m² Facteur d'Absorption Q (KW) Paroi extérieur (Orienté Nord) 20.1 0,42 0.130 Parois vitrées : Surface m² Facteur d'Absorption Q (KW) Double vitrage 1.92 0,90 0.341 Charge totale par rayonnement (KW) 0.471  Apports internes a-Apports des occupants Dans le bloc opératoire le staff qui se charge des opérations est généralement composé de 11 personnes dans le cas le plus défavorable. Le tableau suivant résume ces apports selon l’activité exercée par chaque occupant de la salle d’opération en utilisant les équations (12) et (13) : Tableau 15:Apports des occupants dans la salle Orthopédie Charge par personnes Apports par personne (W) Apports (KW) Personnes (Sensible) 75 0,825 Parois opaques : Surface m² U (W/m².K) Différence de température (K) Q (KW) Paroi extérieur (Orienté Nord) 20.1 0,42 (44-19)=25 0,22 Cloison (Local adjacent 19°C) 18.5 1.48 (19-19)=0 0,000 Cloison (Local adjacent 19°C) 18.5 1.48 (19-19)=0 0,000 Cloison (Local adjacent 19°C) 20.1 1.48 (19-19)=0 0,000 plafond (Local adjacent 30°C) 40.61 2.38 (44-19)=25 2.416 plancher bas (Local adjacent 19°C) 40.61 2.38 (19-19)=0 0,000 Parois Vitrés : Surface m² U (W/m².K) Q (KW) Double vitrage 1,92 2,40 (44-19)=25 0,12 Charge totale par transmission (KW) 2.756
  • 51. 35 Personnes (Latente) 55 0,605 Charge totale par personnes 130 1,430 b-Apports par éclairages Le flux lumineux nécessaire dans une salle d’opération donné par ASHRAE est d’environ 30W/m², alors les apports par éclairage dans la salle « Orthopédie » seront de l’ordre de 1,219 KW. c-Apports par équipements Pour les salles du bloc opératoire, la densité de chaleur est d’environ 150W/m². Alors les apports par équipements dans la salle « Orthopédie » seront de l’ordre de 6.1 KW. 2.2. Besoins en chauffage Tableau 16:Charge par transmission en hiver Parois opaques : Surface m² U (W/m².K) Différence de température (K) Q (KW) Paroi extérieur (Orienté Est) 20.1 0,42 (2-26)= -24 -0.203 Cloison (Local adjacent 26°C) 18.5 1.48 (26-26)=0 0 Cloison (Local adjacent 26°C) 20.1 1.48 (26-26)=0 0 Cloison (Local adjacent 26°C) 18.5 1.48 (26-26)=0 0 plafond (Local adjacent 10°C) 40.61 2.38 (2-26)= -24 -2.32 plancher bas (Local adjacent 26°C) 40.61 2.38 (26-26)=0 0 Parois Vitrés : Surface m² U (W/m².K) Q (KW) Double vitrage 1.92 2,40 (2-26)= -24 -0.11 Charge totale par transmission -2.633 Nous résumons dans le tableau suivant les résultats pour les deux saisons Tableau 17:Résumé des charges thermiques de la salle d'opération 1 Besoins en climatisation Charge Sensible 11.37 KW 11.975 KW Charge Latente 0.605 KW Besoins en Chauffage Charge Sensible -2.63 KW -2.63 KW Charge Latente 0 KW 2.3. Résultat du logiciel HAP Le total des apports et déperditions obtenus par le logiciel HAP est présenté par la figure suivante :
  • 52. 36 Figure 14:Bilan thermique de la salle d'opération par HAP 2.4. Comparaison des résultats Le tableau suivant présente une comparaison entre les résultats du bilan manuel et du logiciel HAP pour le cas de la salle d’opération étudiée : Tableau 18:Comparaison des résultats donnés par HAP et le calcul manuel Bilan manuel (KW/m²) Bilan par HAP (KW/m²) Erreur relative (%) Eté Hiver Eté Hiver Eté Hiver 11.975 2.633 12.109 2.724 2 4 On remarque ainsi que les résultats calculés manuellement sont proches de ceux calculés par le logiciel HAP, avec une erreur relative qui ne dépasse pas 10 % Cette petite différence est due à plusieurs facteurs qui n’ont pas été pris en compte dans le calcul manuel :  Inertie thermique du bâtiment ;  Coefficient de simultanéité des gains, en effet il est rare que les différents gains atteignent simultanément leurs maximums ;  Stratification thermique. 2.5. Résultats bloc opératoire et imagerie médicale Pour effectuer le bilan thermique du bloc opératoire, nous avons considéré que chaque local représente un système fermé ; c'est-à-dire qu’il est dépourvu de toute ventilation hygiénique assurée par la centrale de traitement d’air, quoi qu’il en existe une en réalité. Cette supposition
  • 53. 37 va nous permettre d’effectuer un bilan d’air neuf à la suite du bilan thermique afin de déduire les puissances des centrales de traitement d’air qui vont assurer la climatisation et le chauffage des locaux. Les tableaux ci-dessous récapitulent les résultats de calcul du bilan thermique du bloc opératoire et de l’imagerie médical : Tableau 19: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle du bloc opératoire Salles du bloc opératoire Charges en été Charges en hiver Apports sensibles (KW) Apports latents (KW) Déperditions sensibles (KW) Déperditions latents (KW) Salle Operations 1 11.37 0.605 -2.63 0 Salle Operations 2 10.68 0.605 -2.42 0 Salle Operations 3 12.14 0.605 -2.84 0 Salle Operations 4 12.14 0.605 -2.84 0 Salle Operations 5 12.14 0.605 -2.84 0 Salle Operations 6 10.68 0.605 -2.42 0 Salle Operations 7 10.68 0.605 -2.42 0 Tableau 20: récapitulation du bilan thermique pour chaque salle de l'imagerie médicale Salles de l’imagerie médicale Charges en été Charges en hiver Apports sensibles (KW) Déperditions sensibles (KW) Apports sensibles (KW) Déperditions sensibles (KW) Radiologie 1 6.53 0.225 -2.01 0 Radiologie 2 6.53 0.225 -2.01 0 Radiologie 3 6.53 0.225 -2.01 0
  • 54. 38 Mammographie 2.79 0.225 -0.65 0 Dentaire 3.12 0.225 -0.69 0 Echographie 3.1 0.225 -0.68 0 Scanner 8.12 0.225 -1.33 0 Conclusion Dans ce chapitre nous avons développé un modèle théorique de calcul du bilan thermique, et ce, en se basant sur des conditions intérieures de la zone à risque. Les résultats de calcul manuel du bilan thermique en été appliquées à la salle d’opération 1 et comparés aux résultats du logiciel HAP, avec une erreur relative faible. Par la suite les calculs ont été généralisés pour les autres salles de l’hôpital objet de la présente étude. Après le calcul du bilan thermique, l’étape suivante, qui fera l’objet du chapitre suivant, consiste à effectuer un dimensionnement des équipements de traitement d’air pour la zone bloc Opératoire et de l’imagerie médicale, en se basant sur les résultats du bilan thermique.
  • 55. 39 Chapitre 5 Dimensionnement des centrales de traitement d’air et du réseau aéraulique de soufflage et de reprise d’air Introduction : Dans ce chapitre, nous allons suivre une méthodologie de dimensionnement des CTA, en commençant par des calculs des débits, jusqu’à la détermination des points de mélange et de soufflage, et finalement le calcul des puissances des équipements des CTA de la zone Bloc Opératoire et l’imagerie médicale. Ensuite, la dernière partie de ce chapitre sera consacrée à la présentation de la méthodologie suivie pour le dimensionnement du réseau aéraulique, et les résultats de calculs obtenus pour les salles de la zone à risque objet de notre étude. I. Calcul de traitement d’air 1.1. Calcul des débits d’air neuf et d’air recyclé Le système choisi pour la diffusion de l’air dans les salles à risques le plafond diffusant. Ce dernier est un caisson muni de filtre à très haute efficacité. Il assure une protection efficace contre le risque de contamination, possible durant les actes invasifs, et causée par les particules inertes et vivantes en suspension dans l’air. Pour le calcul du débit volumique de l’air soufflé on exploite la relation suivante : 𝑄𝑣𝐴𝑠 = 𝜏 ∗ 𝑉𝑙 (14) Avec : QvAS : Débit volumique de l’air soufflé en (m3 /h) VL : volume de local en (m3 ) τ: Taux de brassage en (h-1 ) sa valeur est fixée par la norme NFS 90-351 entre 20 et 30 Par la suite on détermine le débit volumique de l’air neuf 𝑄𝑣𝐴𝑛 = 𝜏𝐴𝑛 ∗ 𝑉𝑙 (15) Avec : QvAn : Débit volumique de l’air soufflé en (m3 /h) VL : volume de local en (m3 )
  • 56. 40 τ: Taux de renouvellement d’air en (h-1 ) sa valeur est fixée par la norme NFS 90-351 à une valeur égale à 6h-1 On peut déduire le débit volumique de l’air recyclé par la relation suivante : 𝑄𝑣𝑅𝐸𝐶 = 𝑄𝑣𝐴𝑆 − 𝑄𝑣𝐴𝑁 (15) 1.2. Calcul de la variation du débit Pour appliquer le principe de l’asepsie progressive, et maintenir une différence de pression entre deux locaux adjacents à classes de risques différentes, il est nécessaire de créer une variation de débit entre ces deux locaux. Cette condition de différence de pression, sera maintenue grâce à un extracteur d’air judicieusement choisi en fonction de la variation de débit calculée par la relation suivante : ΔQv = Δ𝑃 ∗ 22.41 ∗ (273.15 + 𝑇𝐿) ∗ 𝑄𝑣𝐴𝑛 8.314 ∗ 273.152 (16) Avec : ΔQv: Variation de débit (m3/h) TL : Température sèche du local (° C) 1.3. Calcul du débit repris Il est clair que le débit d’air repris à travers les conduites aéraulique d’une salle du bloc opératoire est moins que le débit d’air soufflé dans cette salle, à cause des pertes de débit causées par les ouvertures des portes et par les cascades de pression. Donc le débit d’air repris est calculé par la relation suivante : 𝑄𝑣𝑅𝐸𝑃 = 𝑄𝑣𝐴𝑆 − ∆𝑄𝑣 (17) Avec : QvREP : Débit d’air repris, en (m3/h) ΔQv: Variation de débit (m3/h) 1.4. Résultats de calcul des débits d’air au bloc opératoire et l’imagerie médical Les salles du bloc opératoire son toutes en surpression de +30 Pa par rapport à l’extérieur, quant aux salles de l’imagerie médicale, elles sont en surpression de +15 Pa Le type de système de climatisation pour le bloc opératoire (zones à haut risque 4 et 3) sera une CTA par salle par contre pour l’imagerie médical on a choisi une seule CTA pour les 7 salles.
  • 57. 41 Le tableau ci-dessous résume les résultats de calcul des débits dans chaque partie de la canalisation d’air dans le bloc opératoire et l’imagerie médicale: Tableau 21:les valeurs des débits Salles Niveau de risque Débit d’air en m3 /h Vitesse de diffusion (m/s) Débit de soufflage Débit d’air neuf Débit recycle Débit rejeté Débit de reprise Débit de mélange Salle Operations 1 4 3600 720 2880 490 3370 3600 0.25 Salle Operations 2 4 3600 720 2880 490 3370 3600 0.25 Salle Operations 3 4 4500 900 3600 612 4212 4500 0.25 Salle Operations 4 3 4500 900 3600 612 4212 4500 - Salle Operations 5 3 4500 900 3600 612 4212 4500 - Salle Operations 6 3 3600 720 2880 490 3370 3600 - Salle Operations 7 3 3600 720 2880 490 3370 3600 - Radiologie 1 2 3150 630 2521 429 2950 3150 - Radiologie 2 2 3150 630 2521 429 2950 3150 - Radiologie 3 2 3150 630 2521 429 2950 3150 - Mammographie 2 1440 288 1152 196 1348 1440 - Dentaire 2 1980 396 1584 269 1853 1980 - Echographie 2 1980 396 1584 269 1853 1980 - Scanner 2 3600 720 2880 490 3370 3600 - Total (imagerie médicale) 18450 3690 14763 2311 17274 18450 - Les vitesses de diffusion sont calculées en fonction de la surface du plafond diffuseur et le débit volumique de soufflage. Les vitesses de diffusion pour les salles à risque 4 doivent respecter les exigences de la norme NFS 90-351 (0.25 m/s <= v <= 0.35m/s), tandis que pour les zones à risque 3 et 2 la norme n’exige pas une plage de vitesse de diffusion.
  • 58. 42 II. Calculs psychométriques Avant de commencer le dimensionnement des centrales de traitement d’air, il est nécessaire d’effectuer les calculs psychométriques nécessaires. On s’est basé sur les corrélations données par l’ASHRAE Handbook - Fundamentals (SI) version 2009. 2.1. Calcul des pressions atmosphérique et de vapeur saturant La pression atmosphérique est calculée en fonction de l’attitude du lieu par la relation suivante: 𝑃𝑎𝑡𝑚 = 101,32 ∗ (1 − 2,25577 ∗ 10−5 ∗ 𝑍)5,2559 (20) Avec : Patm : Pression atmosphérique (KPa) Z : Altitude du local (m) La pression de vapeur saturante est nécessaire pour déterminer l’humidité absolue. Elle est calculée, pour une température T entre 0 et 200 °C, par la formule suivante (HYLAND et WEXLER 1983) : 𝑃𝑣𝑠(𝑇) = exp⁡ [ 𝐶8 (𝑇 + 273.15) + 𝐶9 + 𝐶10 ∗ (𝑇 + 273.15) + 𝐶11 ∗ (𝑇 + 273.15)2 + 𝐶12 ∗ (𝑇 + 273.15)3 + 𝐶13 ∗ ln(𝑇 + 273.15)] (21) Avec: Pvs(T) : Pression de vapeur saturante d’un local à température sèche T (KPa) 𝐶8 = -5,8002206 ∗ 103 𝐶9 = 1,3914993 𝐶10 = -4,8640239 ∗ 10-2 𝐶11 = 4,1764768 ∗ 10-5 𝐶12 = -1,4452093 ∗ 10-8 𝐶13 = 6,5459673 2.2. Calcul de l’humidité et de l’enthalpie L’humidité absolue du local est calculée à partir de l’humidité relative du local par la relation suivante : 𝐻𝐿 = 0.62198 ∗ 𝐻𝑟𝐿 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐿) 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝐻𝑟𝐿 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐿) (22) Avec : HL : Humidité absolue du local (Kgeau/Kgaz)
  • 59. 43 HrL : Humidité relative du local (%) A partir de la valeur de l’humidité absolue, on détermine le volume spécifique du local et l’enthalpie du local par les deux relations suivantes : 𝜐𝑠𝑙 = 0.2871 ∗ (𝑇𝐿 + 273.15) ∗ (1 + 1.6078 ∗ 𝐻𝐿) 𝑃𝑎𝑡𝑚 (23) ℎ𝐿 = 1,006 ∗ 𝑇𝐿 + 𝐻𝐿 ∗ (2501 + 1,805 ∗ 𝑇𝐿) (24) Avec : vSL : Volume spécifique du local (m3/Kg) hL : Enthalpie du local (KJ/Kg) En suivant la même démarche, on détermine les données extérieures : 𝐻𝐸𝑋𝑇 = 0.62198 ∗ 𝐻𝑟𝐸𝑋𝑇 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐸𝑋𝑇) 𝑃𝑎𝑡𝑚 − 𝐻𝑟𝐸𝑋𝑇 ∗ 𝑃𝑣𝑠(𝑇𝐸𝑋𝑇) (25) ℎ𝐸𝑋𝑇 = 1,006 ∗ 𝑇𝐸𝑋𝑇 + 𝐻𝐸𝑋𝑇 ∗ (2501 + 1,805 ∗ 𝑇𝐸𝑋𝑇) (26) Avec : TEXT : Température sèche extérieure (° C) HrEXT : Humidité relative extérieure (%) HEXT : Humidité absolue de l’extérieur (Kgeau/Kgas) hL : Enthalpie de l’extérieur (KJ/Kg) III. Détermination du point de mélange 3.1. Principe de mélange d’air Le mélange a pour objet de contrôler la réunion homogène des débits d'air de provenances différentes, afin de maîtriser au mieux l'énergie suivant les besoins de ventilation. C'est le cas, par exemple, de l'air neuf de l’extérieur et de l'air repris à l'intérieur des locaux. Une section de mélange comporte au moins deux registres (ou cadre à volets) à lames montées sur des axes dont le mouvement est synchronisé (à lames parallèles ou opposées). 3.2. Modélisation sur le diagramme d’air humide Deux masses d'air de caractéristiques psychrométriques différentes sont mélangés au sein d'un caisson de mélange modélisé dans la figure ci-dessous.
  • 60. 44 Figure 15:Modélisation d'un caisson de mélange Le mélange se traduit par une droite qui joint les deux points représentatifs : le point de l’air neuf et le point de l’air recyclé. Le point de mélange M se trouve sur cette droite. En appliquant la loi des mélanges .on obtient le point de Mélange M : ℎ𝑀 = 𝑄𝑣𝐴𝑁 ∗ ℎ𝐸𝑋𝑇 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 ∗ ℎ𝐿 𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 (27) 𝐻𝑀 = 𝑄𝑣𝐴𝑁 ∗ 𝐻𝐸𝑋𝑇 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 ∗ 𝐻𝐿 𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 (28) 𝑇𝑀 = 𝑄𝑣𝐴𝑁 ∗ 𝑇𝐸𝑋𝑇 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 ∗ 𝑇𝐿 𝑄𝑣𝐴𝑁 + 𝑄𝑣𝐴𝑅𝑒𝑐 (29) Avec : hM : Enthalpie du mélange (KJ/Kg) HM : Humidité absolue du mélange (Kgeau/Kgaz) TM : Température du mélange (°C)
  • 61. 45 Figure 16:Modélisation du point de mélange sur le diagramme psychrométrique 3.3. Résultats points de mélange Nous résumons dans les tableaux suivants les différents points de mélanges des salles en études Tableau 22:Points de mélange pour les salles du bloc opératoire et l'imagerie médicale salle Eté Hiver TM (°C) HM (kgeau/kggaz) hM (kj/kg) TM (°C) HM (kgeau/kggaz) hM (kj/kg) Salle Operations 1 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Salle Operations 2 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Salle Operations 3 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Salle Operations 4 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Salle Operations 5 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Salle Operations 6 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Salle Operations 7 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68 Imagerie médicale 26.4 0.017 52.35 0.0186 0.086 40.68