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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
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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.
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‫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
46
On remarque que les caractéristiques du point de mélange sont identiques car ces
caractéristiques sont en fonction des mêmes paramètres (taux de air neuf, conditions du local,
conditions d’extérieur)
IV. Détermination du point de soufflage
La détermination des caractéristiques de point de soufflage se fait en suivant les étapes
suivantes
Etape 1 :
Calcul de QmAs: (Valable pour été et hiver)
𝑄𝑚𝐴𝑠 = 𝑄𝑣𝐴𝑠 ∗ 𝜌 (30)
Avec :
QmAs: débit massique de l’air soufflé en (kg/s)
QvAs: débit volumique de l’air soufflé en (m3
/s)
ρ: la masse volumique de l’air en (kg/m3
) on se fixe la valeur approchée de 1.2 kg/m3
pour
initier le calcul.
Etape 2 :
Calcul de hS (valable été et hiver) :
ℎ𝑠 = ℎ𝑙 −
Φ𝑇
𝑄𝑚𝐴𝑠 (31)
Avec :
hs : enthalpie de l’air soufflé en (Kj/Kg)
hl : enthalpie de l’air dans le local en (Kj/Kg)
ΦT: charge total du local en (kW)
Etape 3 :
Calcul de rS (valable été et hiver) :
𝑟𝑠 = 𝑟𝑙 −
Φ𝐿𝑎𝑡
𝑄𝑚𝐴𝑠 ∗ 𝐿𝑣(𝑇𝐿) (32)
Avec :
47
rs : l’humidité de l’air soufflé en (geau/kgair).
rl : l’humidité de l’air dans le local en (geau/kgair) :
Φlat : charge latente du local en (kW)
Lv : la chaleur latente de changement d’état de l’eau à la température du local
Etape 4 :
Calcul de TS (valable été et hiver) :
𝑇𝑠 = 𝑇𝑙 −
Φ𝑆
𝑄𝑚𝐴𝑠 ∗ 𝐶𝑝⁡𝑎𝑖𝑟 (33)
Avec :
Ts : la température de l’air soufflé en (°C)
TL : la température de l’air dans le local en (°C)
Cp : la chaleur spécifique de l’air, sa valeur varie peu en fonction de la température, on peut
considérer (avec une faible marge d’erreur) que sa valeur est de 1 (KJ.kg-1.
K-1
)
Φs : charge sensible du local en (kW)
4.1. Résultats points de soufflage
Le tableau suivant montre les différents points de soufflage :
Tableau 23:Points de soufflage bloc opératoire
Salle
Eté Hiver
Ts
(°C)
rs
(g/kg)
hs (kj/kg) Qms (kg/s) Ts (°C)
rs
(g/kg)
hs (kj/kg) Qms (kg/s)
Salle Operations 1 12.52 9.68 37.38 1.2 24.19 9.89 49.55 1.2
Salle Operations 2 13.1 9.69 37.95 1.2 24.02 9.89 49.37 1.2
Salle Operations 3 13.9 9.73 38.86 1.5 23.89 9.89 49.25 1.5
Salle Operations 4 13.9 9.73 38.86 1.5 23.89 9.89 49.25 1.5
Salle Operations 5 13.9 9.73 38.86 1.5 23.89 9.89 49.25 1.5
Salle Operations 6 13.1 9.69 37.95 1.2 24.02 9.89 49.37 1.2
48
Salle Operations 7 13.1 9.69 37.95 1.2 24.02 9.89 49.37 1.2
Imagerie médicale 16.06 9.79 41.17 6.18 23.52 9.89 48.88 6.18
Remarque : L’ensemble des salles de l’imagerie médicale sera traité par une seule CTA.
V. Calcul des puissances des blocs de la CTA
Pour la partie dimensionnement des CTA, on définit les points suivants :
• Le «point de départ» du traitement est le point représentatif du mélange d'air neuf (AN) et
d'air recyclé (AR) : AM
• Le point de soufflage représente «le point d'arrivée» ou de sortie du traitement : AS
Le dimensionnement des équipements de la CTA fait appel au digramme psychométrique afin
de tracer les évolutions de passage de point de mélange au point de soufflage.
Le tableau suivant présente les formules de calcul des puissances de différents équipements
[2]
Tableau 24:Methode de calcul des puissances des équipements de la CTA
Batterie chaude Batterie froide humide Humidificateur à vapeur
𝑃𝐵𝐶 = 𝑄𝐴𝑀 ∗ (ℎ𝑠 − ℎ𝑒) 𝑃𝐵𝐹 = 𝑄𝐴𝑀 ∗ (ℎ𝑠 − ℎ𝑒) 𝑀𝐸𝐴𝑈 = 𝑄𝐴𝑀 ∗ (𝑟𝑠 − 𝑟𝑒)
En effectuant le même calcul sur toutes CTA du bloc opératoire et d’imagerie médicale, on
obtient les résultats suivants :
Tableau 25: calcul des caractéristiques des composantes de la CTA
CTA PBC (KW) PBF (KW) MEAU (g/s)
Salle Operations 1 6.99 17.96 1.27
49
Salle Operations 2 6.78 17.27 1.27
Salle Operations 3 7.21 18.74 1.27
Salle Operations 4 7.21 18.74 1.27
Salle Operations 5 7.21 18.74 1.27
Salle Operations 6 6.78 17.27 1.27
Salle Operations 7 6.78 17.27 1.27
Imagerie médicale 31.88 69.11 7.19
Remarque : les puissances des batteries froides sont calculées avec un régime de température
7/12 °C.
VI. Choix des systèmes de filtration d’air
6.1. Les classes des filtres d’air
Le traitement particulaire de l’air d’une salle propre est essentiel. Il est caractérisé par le type
de filtre à mettre en place et par un taux de brassage défini par la norme FS 209. Il existe
plusieurs types de filtres correspond notamment à la taille des particules arrêtées par un filtre.
En fonction du rendement gravimétrique moyen de poussière synthétique, la norme NF EN
779 de 2012classe les filtres suivant trois catégories :
50
Tableau 26:Classification des filtres selon la norme NF EN 779
Remarque : Les filtres M5 et M6 ont été nommés successivement F5 et F6 selon la version
précédente de la norme NF EN 779.
Ces filtres sont à placer dans la CTA commune, au vu des particules qu’ils arrêtent. En
particulier, un préfiltre sera placé en entrée de CTA et un autre, plus fin, en sortie afin de ne
pas polluer les réseaux aérauliques. Des filtres plus fins existent et adaptés pour les besoins
d’une salle propre, sont définis par la norme NF EN 1822 de 2009 :
51
Tableau 27:Classification des filtres à très haute efficacité : selon la norme NF EN 1822-1
6.2. Règlementation relative à l’utilisation des filtre
D'après le Code du travail français (Art 235.2.6 et 232.5.4), l'efficacité de la filtration
recommandée pour un air neuf rentrant aux locaux à pollution non spécifique, est 90%
gravimétrique, qui correspond au filtre G4. Et pour le cas d’un air recyclé, l'efficacité de la
filtration recommandée est 50 % opacimétrique, à savoir un filtre F5.
De plus, pour le 1er étage de filtration en entrée d'air, il est recommandé d'installer une
filtration d'efficacité 85% opacimétrique (F7).
En filtration terminale sortie de centrale ou de réseau, prévoir une filtration d'efficacité F8 à
U17 en fonction des résultats escomptés.
6.3. Les étages de filtration
 En entrée de la centrale de traitement d'air
La fonction du premier étage de filtration de traitement d’air sur l’air neuf et recyclé est
double :
 Maintenir les performances (les rendements) aérauliques et thermiques de la CTA dans le
temps à leur niveau initial par une protection efficace contre l’encrassement ;
 Maintenir l’état hygiénique de la CTA en limitant l’apport de micro-organismes. Il doit être
placé en amont des batteries.
 En sortie de centrale de traitement d’air
52
La fonction du second étage de filtration d’air est de :
 Maintenir un état de propreté du réseau de distribution d’air ;
 Prolonger la vie des filtres terminaux.
6.4. Application aux salles du bloc opératoire
Ainsi, il est nécessaire de faire un choix judicieux des étages de filtrations selon les classes de
propretés ISO(N).L’annexe 8 indique les filtres à utiliser dans les entrées et sortie des CTA en
fonction des niveaux d’empoussièrement et des différentes possibilités de traitement d’air :
De plus, au niveau des grilles d'extraction, la norme NFS90-351 recommande de placer un
filtre de classe d’efficacité minimale M6, afin de garder le réseau d'extraction à un niveau de
contamination acceptable.
Donc, pour le cas de notre étude du bloc opératoire, nous utilisons les étages de filtration
sélectionnés en jaune dans l’annexe 8, pour les chambres de classes ISO7 et ISO5, ainsi qu’un
filtre de classe F5 à l’entrée du réseau d’extraction. Les deux images ci-dessous résument
l’emplacement des filtres pour les deux classes ISO5 et ISO7 du bloc opératoire étudié :
Figure 17:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 5
53
Figure 18:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 7
VII. Dimensionnement du réseau aéraulique
7.1. Choix de la méthode de dimensionnement :
Il existe trois méthodes de calcul habituellement utilisées pour le dimensionnement des
réseaux aérauliques :
 L’utilisation des abaques : à partir du débit et la perte de charge maximale fixée, on déduit
le diamètre de la conduite à partir de l’abaque.
 Méthode de réduction arbitraire des vitesses (dynamique) : consiste à réduire graduellement
la vitesse jusqu’aux tronçons terminaux. La vitesse au départ est choisie selon la zone étudiée
et en tenant compte de la limitation des nuisances acoustiques (6 m/s par exemple) ou
imposée par le cahier de charge.
 Méthode des pertes linéiques constantes (j constante) : méthode la plus utilisée pour le
dimensionnement du réseau aéraulique. Cette méthode consiste à fixer dans le réseau
principal de soufflage ou de reprise d'air une vitesse pour le débit total. La perte de charge
linéique unitaire qui en résulte à cet endroit est maintenue constante tout le long du réseau.
Elle est plus favorisée que la méthode de réduction arbitraire de la vitesse, car elle donne un
meilleur équilibrage des réseaux symétriques.
Dans notre cas, on a choisi de travailler avec la troisième méthode. On commence
généralement par choisir une vitesse dans le tronçon raccordé au ventilateur. La vitesse ayant
été choisie et le débit d’air étant connu, on détermine les pertes de charge linéaire et
singulières correspondants. De plus, le dimensionnement de la surface de la gaine circulaire
54
dépend de deux paramètres : la vitesse d’air et le débit volumique d’air. Compte tenu de ces
paramètres, en fonction du débit d’air et de l’implantation de la gaine, les vitesses d’air de
référence peuvent varier entre 2 et 6 m/s pour l’air extrait et entre 2 et 5 m/s pour l’air neuf
7.2. Calcul de la vitesse d’écoulement d’air
Lorsque la vitesse d’air de référence est déterminée, le diamètre de gaine est ainsi obtenu :
𝐷 = √
4 ∗ 𝑄𝑣𝑎𝑠
𝑉𝑎 ∗ 𝜋 (34)
Avec :
D : diamètre de la gaine [m]
𝑄𝑣𝐴𝑆 : Débit volumique du fluide traversant la gaine [m3/s]
𝑉𝐴: vitesse d’air dans la gaine [m/s]
De plus, le standard Eurovent fixe le diamètre des conduits de ventilation circulaire à des
valeurs standard représentées dans le tableau suivant :
Tableau 28: Valeurs des diamètres nominaux des gaines circulaires
Après avoir déterminé le diamètre nominal DN le plus proche du diamètre calculé, on calcule
la vitesse réelle de l’air par la relation suivante :
𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒) =
4 ∗ 𝑄𝑣𝑎𝑠
𝐷2 ∗ 𝜋
(35)
7.3. Calcul des pertes charges du réseau aéraulique :
Les pertes de charge sont de deux types :
7.3.1. Les pertes de charge linéaires:
Séries des diamètres nominaux intérieurs des gaines circulaires de ventilation (mm)
63 80 100 125 200 250 315 355
400 450 500 630 710 800 900 1000
1250
55
Les pertes de charges linéaires sont dues aux frottements dans les longueurs droites, elles sont
exprimées par la relation suivante :
∆𝑃𝑙 =
𝐹𝑎 ∗ 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒)2
∗ 𝐿 ∗ 𝜌
2 ∗ 𝐷𝑁
(36)
Avec :
ΔPL : Perte de charge linéaire [Pa]
Fa : Coefficient de frottement de Darcy [-]
L : Longueur du tronçon [m]
ρ : Masse volumique de l’air soufflé [kgas/m^3]
DN : diamètre nominal [m]
Calcul du coefficient de frottement de Darcy :
Calculons tout d’abord le nombre de Reynolds
𝑅𝑒 =
𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒) ∗ 𝐷𝑁
𝑣
(37)
Re : Nombre de Reynolds [-]
ν : Viscosité cinématique de l’air [m²/s]
Pour une température variant entre 14 et 27 ° C, qui est la plage de variation de la température
du soufflage dans le bloc opératoire, la viscosité cinématique de l’air sec est à peu près égale à :
𝜈 = 1,5 ∗ 10−5
Dans les différentes conduites de l’air liées au bloc opératoire, on a :
𝑉𝐴 > 2 𝑚/𝑠
𝑄𝑣𝐴𝑆 > 100 𝑚3/ℎ
Donc le nombre de Reynolds sera toujours supérieur à 2000, et le régime d’écoulement d’air
dans les conduites du bloc opératoire est turbulent. Le calcul du coefficient de frottement de
Darcy se fait par la résolution de l’équation suivante, par une méthode itérative
1
√𝐹𝑎
= −2 ∗ log⁡
(
𝑘
3.71 ∗ 𝐷𝑁
+
2.51
𝑅𝑒 ∗ √𝐹𝑎
)
(38)
56
Avec :
k : La rugosité du tube [mm]
Remarque : l’annexe 10 présente quelques valeurs de la rugosité des tubes en fonction de leur
composition. Ces valeurs sont extrait de la base de données du logiciel FLUIDFLOW 3.23,
spécialisé dans le calcul des pertes de charges aérauliques et hydrauliques.
Dans la pratique, on peut également utiliser des formules plus simples. On propose ci-dessous
la formule d’Altshul-Tsal:
𝐹𝑎
∗
= 0.11 ∗ (
𝑘
𝐷
+
68
𝑅𝑒
)0.25 (39)
Où :
𝐹𝑎= F∗
𝑎 Si F∗
𝑎 > 0,018
𝐹𝑎= 0,85 ∗ F∗
𝑎 + 0,0028 Sinon.
Les formules ci-dessus s’appliquent aux conduites cylindriques. Elles peuvent être étendues
aux conduites rectangulaires.
Pour cela, il faut convertir la section rectangulaire de la canalisation en section circulaire
équivalente : soit une section qui, avec le même débit, génère les mêmes pertes de charge. On
peut faire cette conversion avec la formule de Huebscher :
𝐷𝐸 = 1.3 ∗
(𝐴 ∗ 𝐵)0.625
(𝐴 + 𝐵)0.25
(40)
Avec :
-DE : diamètre d’une canalisation cylindrique équivalente à une canalisation rectangulaire
[mm].
-A (largeur) et B (hauteur) sont les dimensions de la conduite rectangulaire [mm].
7.3.2. Les pertes de charges singulières
Les pertes de charges singulières sont dues aux singularités du circuit : coude, té,
élargissement, restriction, robinet… L’expression des pertes de charge singulière est donnée
par la relation suivante :
Δ𝑃𝑠 =
𝜉 ∗ 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒)2
∗ 𝜌
2
(41)
57
ΔPS : Perte de charge linéaire [Pa]
ξ : Coefficient de perte de charge singulier [-]
Si on exprime les pertes de charge singulières en unité de mesure courante (soit en mm C.E.)
l’équation devient :
Δ𝑃𝑠 =
𝜉 ∗ 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒)2
∗ 𝜌
2 ∗ 9.81
(42)
Les coefficients de module de perte de charge sont fonction principalement du changement de
section. (Annexe 11)
7.3.3. Calcul des pertes par filtration
Chaque filtre, possède une perte de charge initiale, qui est une donnée du constructeur. Cette
valeur de perte de charge augmente en fonction de la période d’utilisation du filtre.
Cependant, selon la norme EN13053, la perte de charge d'une section de filtrage chargée de
poussière ne doit pas dépasser les valeurs fournies. L’annexe 9 présente les valeurs des pertes
de charge finales recommandées des filtres G1-F9
7.3.4. Résultats de calcul des pertes de charges
Au niveau du bloc opératoire, chaque salle est alimentée par une CTA indépendante, et pour
le réseau de soufflage, chaque salle est caractérisée par un tronçon principal, d’une longueur
de 10 mètres, reliant entre la sortie de la CTA et le plafond de soufflage de la salle. De plus, la
gaine principale de chaque salle est rectangulaire, en « Acier galvanisé à joint spiral »
caractérisée par la présence de 3 coudes de type R/W=0,5 pour les salles d’opérations 1 ,2 et 7
par contre les salles 3,4 et 5 possèdent 2 coudes. Les deux tableaux ci-dessous présentent les
résultats de dimensionnement des gaines aérauliques et des calculs des pertes de charges pour
le bloc opératoire.
Tableau 29:Dimensionnement des gaines aéraulique pour le bloc opératoire
salle
Tronçon
(m)
Débit
(m3/h)
Vitesse de
l’air (m/s)
Diamètre
calculée
(mm)
Longueur du
tronçon (m)
Diamètre
nominal (mm)
Salle Operations 1 T01 3600 6 600 10 630
Salle Operations 2 T01 3600 6 600 10 630
Salle Operations 3 T01 4500 6 750 10 800
58
Salle Operations 4 T01 4500 5.1 560 10 630
Salle Operations 5 T01 4500 5.1 560 10 630
Salle Operations 6 T01 3600 5.1 705.88 10 710
Salle Operations 7 T01 3600 5.1 705.88 10 710
Tableau 30: Calcul des pertes de charge totales dans les salles du bloc opératoire
salle Tronçon
(m)
Pl (Pa/m) Ps(Pa) Type de
filtre
Pertes par
filtration
(Pa)
Delta P totale (Pa)
Salle Operations 1 T01 0.51 34.66 H14 1000 1035.17
Salle Operations 2 T01 0.50 34.75 H14 1000 1035.25
Salle Operations 3 T01 0.51 34.11 H14 1000 1034.62
Salle Operations 4 T01 0.51 30.15 E12 600 630.66
Salle Operations 5 T01 0.49 32.62 E12 600 633.11
Salle Operations 6 T01 0.50 30.40 E12 600 630.9
Salle Operations 7 T01 0.51 35.12 E12 600 635.63
7.4. Méthode de sélection de ventilateur
7.4.1. Méthode de calcul de la pression totale du ventilateur
Le dimensionnement du ventilateur se fait en suivant les étapes suivantes :
1) Déterminer les pertes de charges dans chaque tronçon.
2) Repérer le circuit le plus défavorable, c'est-à-dire qui a la perte de charge totale maximale.
3) déterminer le ventilateur en calculant sa pression disponible à l’aide de relation suivante :
𝑃𝑡,v = ∆𝑃 + 𝑃𝐵𝑜𝑢𝑐ℎ𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒 (43)
Avec :
59
∆𝑃 = ∆𝑃l + ∆𝑃s + ∆𝑃𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (44)
Où :
Pt,v : pression totale du ventilateur [Pa].
P soufflage : pression totale nécessaire au dispositif de soufflage (Plafond de soufflage, bouche
de soufflage…) pour fonctionner correctement (donnée du constructeur) [Pa].
ΔP : Perte charge totale du circuit le plus défavorisé, et qui est la somme de toutes les pertes
de charges singulière, linéaire et par filtration [Pa].
ΔPFiltration : Perte de charge due aux filtres installés [Pa].
7.4.2. Résultats de dimensionnement des ventilateurs
Pour notre cas des salles du bloc opératoire, la perte de charge totale du circuit le plus
défavorisé correspond à la somme des pertes de charge totales dans chaque tronçon. Donc en
ajoutant la pression du plafond de soufflage on obtient la pression du ventilateur de soufflage
qu’on a fixé sa valeur à une valeur moyenne de 150 Pa.
Tableau 31:Résultat des valeurs de sélection des ventilateurs de soufflage
salle
Débit de ventilation
(m3/h)
Delta P (Pa) P soufflage (Pa)
Pression de
ventilateur de
soufflage (Pa)
Salle Operations 1 3600 1035.17 150 1185.17
Salle Operations 2 3600 1035.25 150 1185.25
Salle Operations 3 4500 1034.62 150 1184.62
Salle Operations 4 4500 630.66 150 780.66
Salle Operations 5 4500 633.11 150 783.11
Salle Operations 6 3600 630.9 150 780.9
Salle Operations 7 3600 635.63 150 785.63
Conclusion
Il est donc clair que les exigences de la norme NFS-90 351 engendrent des effets
remarquables sur la consommation d’énergie. Cela est dû au taux de brassage, qui est trop
60
élevé dans les zones à risque 3 et 4. De plus, la pression totale des ventilateurs dans le bloc
opératoire est élevée. Cela est en raison des pertes de charges causées par les filtres E12 et
H14 utilisés simultanément dans les zones à risque 3 et 4. Ce calcul de traitement d’air
effectué pour le bloc opératoire est valable pour toutes les autres salles à risque.
61
Conclusion générale :
Le maintien des niveaux de propreté des ambiances maitrisées contre les risques de
contamination dans les milieux hospitaliers est devenu de plus en plus une priorité du génie
climatique et énergétique. Dans cette perspective, l’association française de normalisation a
élaboré la norme NFS90-351 comme un outil pour une bonne conception, installation et
exploitation des centrales de traitement d’air de ces locaux bien spécifiques. C’est dans ce
cadre que s’inscrit notre projet de fin d’études, au sein de la DEM au ministère de la santé, et
qui se fixe comme objectif majeur de travailler sur la conception et dimensionnement d’un
système CVC Innovant pour un centre hospitalier régional (400 lits) et un hôpital de
proximité (45 lits) tout en respectant les exigences des normes. Pour ce faire, une recherche
bibliographique a permis de prendre connaissance des textes réglementaires, normatifs et de
bonnes pratiques afin de comprendre les enjeux des zones à environnements maitrisés. Nous
avons également, réalisé une étude bibliographique des différents systèmes de climatisation,
opté pour le choix des centrales de traitement d’air hygiéniques avec un caisson de mélange
pour les zones à environnements maitrisés (Risque 2,3 et 4). Avant de passer à la phase de
dimensionnement, nous avons évalué les besoins en chauffage et en climatisation de
l’imagerie médicale et du bloc opératoire, tout en comparant les résultats du calcul manuel
avec ceux obtenus par le logiciel HAP, ce qui a dégagé une erreur faible Ensuite, en se basant
sur les résultats du bilan thermique et en respectant les exigences de la norme NFS90-351
nous avons déterminé les types de systèmes capables d’assurer le confort thermique et
hygiénique dans le bloc opératoire et dans l’imagerie, ainsi que le dimensionnement du réseau
aéraulique.
62
Bibliographie:
Site Web :
[1] http://www.dimclim.fr
[2] http://energieplus-lesite.be
[7] http://ashrae-meteo.info/index.php?lat=33.37&lng=-7.58&place=''&wmo=601560
Ouvrage :
[3] Norme NF EN ISO 14698 : Principes généraux (maitrise de la bio contamination)
[4] Norme NF-S 90 351 2013 : Salles propres et environnements maitrisés apparentés
[5] ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS 2009
[6] Règlement Thermique de Construction au Maroc - Version simplifiée, AMEE.
[8] Catalogue des produits (Plaques) de Placo Saint-GOBAIN
[9] NF EN 673 Avril 2011Verre dans la construction - Détermination du coefficient de
transmission thermique, U - Méthode de calcul
[10] NF EN 779 Septembre 2012Filtres à air de ventilation générale pour l'élimination des
particules - Détermination des performances de filtration
[11] Aide-mémoire Génie Climatique – Deuxième éditon, Auteur : Jean Desmons
[12] NF EN 13053/IN1 Octobre 2011Ventilation des bâtiments - Caissons de traitement d'air -
Classification et performance des unités, composants et sections.
[13] Recknagel
63
ANNEXES:
64
ANNEXE 01
Classification des Systèmes de climatisation [2]
On distingue 4 grandes familles de systèmes de climatisation en fonction du mode de
transport de l'énergie frigorifique. Le rafraîchissement des locaux peut en fait se faire :
 Par l'intermédiaire d'un réseau d'air (Famille des systèmes tout-air) ;
 par l'intermédiaire d'un réseau d'eau froide ou d'eau glacée (Famille des systèmes
tout-eau)
 Par l'intermédiaire d'un réseau d'air et d'eau (système mixte).
 par contact direct entre l'air à refroidir et l'évaporateur de la machine frigorifique
(Famille des systèmes à détente directe).
Chaque famille contient très grande variété d’installations de climatisation. Néanmoins, aucun
système n’est capable de répondre à tous les cas posés. Chaque projet doit faire l’objet d’une
étude spécifique prenant en compte les différents critères parmi lesquels on peut citer : les
contraintes de construction, le service à rendre à l’usager, l’enveloppe financière pour la
construction et l’exploitation, la qualité de l’ambiance et le respect de l’efficacité énergétique.
1. Les installations centralisées "tout air" :
Puisque de l'air hygiénique doit de toute façon être apporté aux occupants, la première idée
consiste à profiter du réseau de distribution d'air pour fournir la chaleur ou le froid demandés
par les locaux.
Le principe de base d'une installation "tout air" est double : fournir aux occupants de l'air neuf
hygiénique et assurer le traitement thermique des locaux. L'air est donc préparé en centrale et
distribué dans les différents locaux.
L’objectif des installations (tout air) est, entre autres, l’évacuation des charges thermiques.
Ces charges n’étant pas constantes, le fonctionnement des installations tout air doit être régulé
afin d’assurer une qualité d’air constante.
Par la suite, on va développer les installations à débit d’air variable (installations VAV) qui
fonctionnent avec un débit d’air variable et une température constante d’air soufflé et les
installations à débit d’air constant (installations VAC) qui fonctionnent avec un débit d’air
constant et une température variable de l’air soufflé.
65
Installations mono-conduit à débit d’air constant (VAC)
La dénomination d’installation à débit d’air constant vient du fait que le débit d’air soufflé
dans un local est fixe pour ce type d’installation. En revanche, le débit d’air total du
ventilateur peut être tout à fait variable.
 Système uni-zones
Dans ce type d’installation, l’air est traité dans une centrale puis est distribué à un ou plusieurs
locaux par un conduit. Lorsqu’il s’agit de traiter plusieurs locaux, la qualité de l’air distribué
est identique dans tous les locaux.
Les installations de traitement de l’air de ce type sont essentiellement utilisées pour des
locaux de grande taille tels que des halls, salles de conférence, théâtres, cinémas, etc. Les
installations de climatisation et de conditionnement de l’air sont conçues de telle façon
qu’elles prennent en charge à la fois le chauffage et le refroidissement lorsqu’il s’agit
d’édifices à local unique comme les théâtres, les cinémas, les salles de conférence…
Variantes du système uni-zone :
Réseau sous haute pression
Pour réduire l'encombrement, l'air est préparé en centrale dans le caisson de traitement d'air,
puis conduit à haute vitesse vers le/les locaux. On parle alors de système "tout air, à débit
constant, mono gaine, uni-zone, haute pression"
Figure 19:Classification des systèmes de climatisation
66
Chauffage par radiateurs
Le chauffage peut être assuré indépendamment, par un réseau de radiateurs en allège des
fenêtres par exemple. Mais la régulation de la température des ambiances n'est pas toujours
simple car il peut y avoir conflit entre les deux systèmes.
Recyclage partiel
En vue de diminuer les coûts d'exploitation, l'air extrait peut être recyclé partiellement.
Figure 20:Système mono-conduit uni-zone
Figure 21:Système mono-conduit uni-zone avec réchauffage par radiateur
67
Des registres motorisés modulent les débits d'air recyclé et d'air rejeté. Le débit d'air neuf peut
donc varier mais sans jamais descendre sous le débit minimal d'air neuf hygiénique en période
d'occupation.
Récupération de la chaleur sur l'air extrait
Pour récupérer l'énergie contenue dans l'air extrait tout en évitant généralement tout risque de
contamination, l'air sortant croise l'air neuf entrant dans un échangeur de chaleur.
Humidification par humidificateur à vapeur
Dans ce cas, la batterie de post-chauffe peut être supprimée.
Domaine d’application
Le système "tout air" a de l'intérêt lorsqu'un débit d'air élevé et constant est souhaité....
Le système "tout air - uni zone" a de l'intérêt lorsque :
Figure 22:Système mono-conduit uni-zone avec recyclage partiel
Figure 23:Système mono-conduit avec humidificateur à vapeur
68
 Un seul local est à climatiser, généralement de grand volume : salle de spectacles, salle
d'opération, salle de réunion, ...
 Il existe plusieurs locaux dont le fonctionnement thermique est similaire et pour lesquels
un respect strict des consignes de température n'est pas imposé : plusieurs bureaux
similaires sur une même façade, ...
 Il y a présence de locaux à chauffage très intermittent comme des salles de réunion, de
spectacles. Dans ce cas, la variante avec système de chauffage complémentaire par
radiateurs permet d’assurer un chauffage de base entre 10 et 15°C en période de non-
occupation, et une mise en confort très rapide dès l’arrivée des personnes (ou par horloge).
Ce système est économique et supprime la surchauffe des locaux en période de forte
occupation grâce aux possibilités de ventilation et de rafraîchissement, et à la faible charge
des parois.
Le système "tout air - uni zone" a de l'intérêt dans le cas où les charges thermiques varient
mais que les locaux peuvent être regroupés en zones de fonctionnement thermique similaire
(et pour lesquels une modulation limitée des consignes de température est requise) : le
placement de batteries terminales permettra alors de répondre plus précisément aux besoins.
Avantages
 Simplicité globale,
 Facilité de dimensionnement,
 Régulation simple, fiable et centralisée,
 Fonctionnement stable, donc coût de maintenance réduit,
 Pas d’alimentation en eau chaude ou froide dans les locaux, sauf si la variante avec
batteries de réchauffage en eau chaude est choisie,
 Faible niveau sonore, sauf avec les installations haute pression,
 possibilité d’utilisation d’air extérieur pour le refroidissement gratuit (free cooling),
 contrôle de l’humidité relative en centrale et de l’empoussièrement.
Inconvénients
 Le débit d'air est constant. Or il est dimensionné pour la situation extrême, généralement
celle de l'été, en période de canicule avec un soleil de plomb ! Conclusions : de tels débits
entraînent une consommation élevée des ventilateurs et, dans certains cas, de l'inconfort
toute l'année.
 La consommation élevée du ventilateur devient très élevée dans le cas des installations à
Haute Pression.
 L'encombrement de la centrale et du réseau de gaines (gros débits, section importante des
conduites d'air neuf, d'air pulsé et d'air extrait).
 Système multi zones
69
Les installations mono conduites évoquées précédemment ont l’inconvénient de distribuer un
air de caractéristiques identiques à tous les locaux raccordés. Ceci n’est possible que si les
charges thermiques à traiter dans les locaux sont quasiment les mêmes à un moment donné.
En pratique, ce n’est généralement pas le cas et afin de remédier à cela, on est conduit à
prévoir une installation de traitement d’air multizone.
Lorsque les charges thermiques sont différentes, chaque zone bénéficiera indépendamment
des autres d’un air aux caractéristiques adaptées. La figure précédente représente une
installation avec trois batteries de réchauffage pour trois zones. Dans cette configuration, la
centrale de traitement doit être sélectionnée en fonction du local le plus défavorisé. Dans les
Figure 24:Représentation schématique d’une installation à débit d’air constant avec
possibilité d’isolement de locaux individuels
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
70
locaux où la charge de refroidissement est relativement faible ou inexistante, la température
de l’air soufflé est élevée par le passage sur la batterie de réchauffage locale, ce qui entraîne
une hausse de la consommation d’énergie.
On peut également placer des batteries de refroidissement dans les zones, sur le principe de la
figure précédente et décentraliser l’humidification de l’air dans les différentes zones. Cela
suppose cependant un investissement plus important
Installations mono conduit à débit d’air variable (VAV)
Reste des cas où l'installation "tout air" se justifie par la nécessité d'apporter beaucoup d'air
aux locaux : un immeuble avec une large zone centrale, de larges plateaux intérieurs, de
nombreuses salles de réunion, ... Ce sont des zones à alimenter en air hygiénique et à refroidir
toute l'année. C'est là que la climatisation par pulsion d'air froid se justifie le mieux,
notamment parce que l'air froid sera distribué "gratuitement" durant une bonne part de l'année
en utilisant l'air extérieur (free-cooling).
Si l'on pressent que la présence des personnes sera fluctuante dans le temps, on pourra
valoriser la technologie d'aujourd'hui qui adapte le débit d'air aux besoins : cette fois, la
température de l'air est maintenue d'une manière uniforme toute l'année (par exemple 16°C)
mais on fait varier le débit d'air introduit dans chaque local en fonction de ses besoins
thermiques. Cet ajustement des débits est réalisé au moyen de boites terminales VAV
(variable air volume) sous la dépendance des thermostats d'ambiance.
Les dimensions de la centrale de traitement d'air seront réduites par rapport à un système à
débit d'air constant car on va profiter de la non-simultanéité des charges et des occupations
des locaux qui se trouvent sur des façades différentes.
Mais des défauts résident :
 dans la lourdeur technologique des équipements (clapet d'air, ventilateur à débit
variable, ...) et de leur régulation.
 dans la mise au point de l'installation qui ne semble pas évidente.
 dans le coût d'investissement initial qui est élevé.
 dans l'encombrement des conduits (comme tous les systèmes "tout air").
 dans le manque de souplesse pour répondre à des besoins variables à l'intérieur d'une
même zone; la température de pulsion étant uniforme au sein d'une zone, si un local
est à refroidir au sein d'une zone à chauffer... problème.
71
Cependant, si le système "tout air" est choisi pour la climatisation d'un immeuble de bureaux,
le VAV est assurément la meilleure solution sur le plan énergétique, dans la mesure où le coût
du transport est optimalisé (on ne transporte que le débit d'air nécessaire) et dans la mesure où
la capacité de refroidissement de l'air extérieur est valorisée, tant en journée (free-cooling
diurne en hiver et en mi-saison) que durant la nuit (free-cooling nocturne pour décharger le
bâtiment durant la nuit en été). Les coûts d'exploitation seront donc réduits.
Le chiffre de 20 % d'économie thermique et électrique (ventilateur) est couramment cité, entre
un VAV simple (sans réchauffage terminal) et un système unizone à débit constant.
Les locaux périphériques devront être équipés d'éléments chauffants pour assurer les besoins
de chauffage durant les périodes froides de l'hiver : un réseau de radiateurs peut être prévu en
façade ou des batteries de chauffe terminales peuvent compléter le réseau d'air.
Installations double gaines
Le système de conditionnement d'air "tout air, à débit constant, double gaine" est un système
où deux niveaux de température d'air sont préparés en centrale, puis distribués par deux
gaines distinctes vers le/les locaux. On l'appelle également "dual duct".
En pratique, un caisson central assure un premier niveau de préparation de l'air (par exemple
jusque 16°), puis une batterie de post-chauffe et une de refroidissement préparent de l'air
chaud et de l'air froid, distribués dans deux gaines différentes. Des boîtes de mélange sont
Figure 26:Représentation schématique d’une installation à débit d’air variable
72
prévues à l'entrée de chaque local, ou zone de locaux ayant des besoins similaires. Chaque
registre de mélange est piloté par un thermostat d'ambiance.
En voici un exemple :
2. Les installations décentralisées "sur boucles d'eau"
L'eau est utilisée comme fluide caloporteur des calories ou les frigories. Le groupe central de
traitement d'air est remplacé par des appareils terminaux complets (avec ventilateur), et où
toute la production thermique est réalisée par des batteries alimentées en eau (ex : ventilo-
convecteur ou unité de traitement d'air). En effet, l'air neuf hygiénique est traité en centrale,
puis apporté dans les locaux au moyen d'un réseau de conduits, tandis que la chaleur et le
froid sont apportés vers des unités de traitement terminales situées dans les locaux, via une
boucle d'eau chaude et une boucle d'eau froide ou d'eau glacée.
Cette séparation entre la ventilation et l'apport thermique au local est de plus un gage de
bonne régulation. Le mode de régulation de la température peut se faire local par local et est
très accessible à l'utilisateur, ce qui est un confort apprécié. Une liaison par bus de
communication des différentes unités terminales est possible, ce qui permet une régulation et
une gestion globale de qualité par la GTC (Gestion Technique Centralisée).
Pour cette famille, les fonctions sont séparées
 L'air neuf hygiénique est traité en centrales, puis apporté dans les locaux au moyen d'un
réseau de conduits.
Figure 27:Représentation schématique d’une installation double gaine
73
 La chaleur et le froid sont apportés vers des unités de traitement terminales situées dans les
locaux, via une boucle d'eau chaude et une boucle d'eau glacée.
Comme unités terminales, on retrouve les ventilo-convecteurs, les pompes à chaleur sur
boucle d'eau, les plafonds rafraîchissants,...
Trois problèmes sont résolus :
1. Seul de l'air neuf est véhiculé, limitant ainsi le risque hygiénique lié au recyclage partiel de
l'air vicié (en quelque sorte, il s'agit d'une ventilation "double flux", améliorée par un
traitement local en température et humidité).
2. L'encombrement est limité puisque l'eau transporte de la chaleur (ou du froid) avec
3 000 fois moins de volume que l'air. De simples tuyauteries suffisent.
3. Le transport de la puissance frigorifique ou calorifique se fait par l'eau, au moyen d'une
pompe dont la consommation sera nettement moins consommatrice que le ventilateur
correspondant au système "tout air".
Solution 1 : le ventilo-convecteur
Parmi la famille "air-eau", le ventilo-convecteur est sans aucun doute le système le plus
fréquemment utilisé.
Les avantages :
• Une souplesse d'adaptation aux variations de la charge dans les locaux, puisqu'il permet une
régulation local par local. Un arrêt de l'équipement est même possible localement, chose
difficile à faire avec une installation par éjecto-convecteur ou plafonds froids, arrêt volontaire
ou forcé (un contact d'ouverture de fenêtre peut imposer l'arrêt).
• Une large gamme de puissance (par opposition aux systèmes par plafonds froids rayonnants
qui sont limités à ce niveau).
• Une bonne adaptation aux exigences actuelles en matière de découpage des zones
périphériques des bâtiments à structure répétitive (un appareil par module de façade, par
exemple). Mieux, rien n'empêche d'installer initialement un appareil pour deux modules et,
moyennant les réservations nécessaires sur les collecteurs hydrauliques, de pouvoir
ultérieurement greffer un échangeur supplémentaire si la puissance frigorifique augmente ou
si une cloison est créée.
• Un faible encombrement, permettant notamment aux appareils de prendre facilement la
place des radiateurs en cas de rénovation du bâtiment.
• Une possibilité de libérer le sol s'il est accroché au plafond ou intégré dans le faux plafond.
74
• Un coût modéré à l'investissement, même si les exigences de qualité attendues en matière de
régulation peuvent parfois faire augmenter les budgets.
• Un coût modéré à l'exploitation, du moins s'il est comparé aux systèmes "tout air". Il est
toutefois battu sur ce plan par les installations par plafonds froids, par exemple, notamment
suite aux fonctionnements des ventilateurs.
• Une possibilité de valoriser la performance d'une chaudière à condensation en hiver puisque
le réseau d'eau chaude peut fonctionner à très basse température.
Les inconvénients :
• L'impossibilité du ventilo-convecteur de contrôler le taux d'humidité de la pièce, mais ce
n'est généralement pas un critère gênant pour un immeuble de bureaux puisqu'on peut réaliser
cet objectif à partir de l'air hygiénique.
• Le niveau de bruit qui est directement lié à la vitesse du ventilateur et à la surface du ou des
batteries d'échange (il faut être très strict dans le niveau de bruit à imposer au cahier des
charges).
• La difficulté de réaliser une bonne intégration dans l'habillage et vis-à-vis de la grille de
pulsion.
• La difficulté d'assurer un confort thermique correct, notamment sans courants d'air dans la
zone de travail
• Les débits d'air hygiéniques sont constants et limités à 1 ou 2 renouvellements horaires du
local. Il est donc impossible de réaliser du free-cooling sur l'installation, c'est-à-dire de
profiter de l'air frais et gratuit extérieur.
Solution 2 : le plafond rafraîchissant
De l'eau froide circule dans des conduites fixées sur le faux plafond métallique du local.
Des avantages appréciés
 Le confort est meilleur que dans les systèmes traditionnels (par ventilo-convecteurs par
exemple) :
1. Parce que l'apport de froid par rayonnement est plus stable (inerte) et mieux
réparti spatialement que l'apport de froid par air. L'impression d'avoir "la tête
au frais" est agréable.
2. Par la diminution des courants d'air froid et des déplacements de poussières
dans les locaux, puisque le débit d'air est limité au débit hygiénique. A noter
que ce débit d'air neuf est souvent augmenté (doublé) pour pouvoir contrôler
75
l'humidité en période estivale. Ce qui exige un soin tout particulier dans la
façon de distribuer l'air.
3. Par l'absence de bruit : fonctionnement statique, sauf débit hygiénique.
La préparation d'eau glacée à une température "élevée" de 15°C environ permet la
sélection d'une machine frigorifique avec un excellent coefficient d'efficacité frigorifique
(ou "COP frigorifique"). Cette propriété n'est effective que si une machine frigorifique est
spécifiquement prévue pour l'alimentation en eau froide des plafonds. Elle est en partie
perdue si la même machine frigorifique est utilisée pour préparer l'air neuf déshumidifié
...
 Cette température élevée permet d'imaginer, durant une bonne partie de l'année, un
refroidissement direct de l'eau glacée soit dans un aéro-refroidisseur, soit dans une tour
de refroidissement en toiture, en by-passant ainsi la machine frigorifique. Cette
technique est généralement appelée "free-chilling". La consommation liée au froid se
résume à l'alimentation des pompes de circulation ! La présence d'une source d'eau
froide naturelle peut également être mise à profit (rivière, lac, ...).
 Le confort apporté par le rayonnement froid au-dessus des occupants permet une
augmentation de 2°C de la consigne de température ambiante des systèmes traditionnels
(température max = 26°C ou 27°C, au lieu des 24 ou 25°C habituels pour des ventilos
ou des poutres froides, par exemple). Il s'en suit une légère réduction de la puissance
frigorifique nécessaire (entre 4 et 10 %) mais surtout une augmentation des capacités de
travailler en free-cooling nocturne puisque l'on peut davantage profiter de l'effet
"tampon" du local qui peut démarrer sa journée à 21° et la terminer à 27°C.
 Les coûts d'exploitation énergétiques sont plus faibles que dans le cas des systèmes
traditionnels (ventilo-convecteurs par exemple). Une étude de cas réalisée par Tractebel
Development Engineering précise ce facteur. On épargne la consommation des
ventilateurs des ventilo-convecteurs, mais on augmente un peu la consommation des
pompes de distribution de l'eau puisque qu'un delta T° aller-retour de 2 à 3 K est réalisé
contre 5 à 6 K pour les ventilos.
 La régulation est en partie auto-adaptative : une augmentation des charges du local
provoque une augmentation de sa température et donc une augmentation de la puissance
de refroidissement.
 L'entretien est réduit.
 L'encombrement au sol est nul, ce qui peut être également le cas avec des ventilo-
convecteurs en plafond, mais ils génèrent alors nettement plus d'inconfort lié à la
pulsion d'air.
76
 Le traitement des zones internes par ce système est moins encombrant que par ventilo-
convecteurs.
Des inconvénients qui peuvent limiter l'application des plafonds froids :
 La puissance frigorifique reste très limitée par rapport aux systèmes à ventilo-convecteurs :
de l'ordre de 90 W/m² de plafond actif. Si ce système doit vaincre des apports internes
importants (bureautique, éclairage, occupants), la réserve disponible pour les apports
solaires n'est que de l'ordre de 25 W/m². Ceci sous-entend que les apports solaires des
vitrages soient limités :
 soit par la conception du bâtiment créant des ombres portées,
 soit par la mise en place de protections solaires extérieures,
 soit par le placement de stores intérieurs clairs combinés à des vitrages performants,
 soit par la configuration des lieux (bureaux paysagers, salles profondes).
 Le coût d'installation est plus élevé que le système des ventilo-convecteurs, surtout en
rapport à la puissance frigorifique fournie.
 Ce coût est notamment lié à la régulation que l'on rend parfois assez sophistiquée pour
éviter tout risque de condensation. Ce risque doit cependant être évalué à sa juste mesure.
 Par rapport au ventilos, le chauffage en hiver reste à imaginer. Plusieurs solutions sont
possibles :
 soit un chauffage de l'air pulsé (mais les débits ne permettent de couvrir que peu de
déperditions, le bâtiment doit donc être fort isolé au départ),
 soit le chauffage par le plafond (mais inconfortable),
 soit un chauffage par le plafond limité aux premiers panneaux situés en façade (plus
confortable, mais limité en puissance),
 soit un chauffage traditionnel par radiateur (solution généralement appliquée en rénovation
puisque l'on peut récupérer l'installation existante).
 Le système requiert une hauteur de faux plafond disponible, mais limitée (par exemple
160 mm). Les conduits d'air d'un diamètre de 150 mm (max) posent nettement moins de
problèmes qu'avec un système "tout air".
 L'inconnue sur la tenue dans le temps de ce type de produit (problèmes hydrauliques,
manque de performance dans les circuits mal éventés, ...) diminue progressivement,
l'expérience étant maintenant d'une bonne dizaine d'années. Ce risque peut être limité par
un suivi de réalisation rigoureux.
77
3. Les appareils travaillant en "détente directe" :
L’échange est effectué directement entre le fluide frigorigène et l’air. La régulation s’effectue
par contrôle de la température de l’air à l’entrée de l’évaporateur. L'air refroidit par
l'évaporateur est pulsé par un ventilateur généralement à trois vitesses. La sélection de la
vitesse du ventilateur reste à la disposition de l'utilisateur. Ces appareils ne peuvent résoudre
qu'un problème de climatisation limité à un ou quelques locaux : la climatisation d'une salle
informatique, d'une cafétéria, d'un hall d'atelier, ... etc. On les retrouve dans des bâtiments qui
ne sont pas munis de production centrale de froid, dans des ajouts de locaux ou dans les cas
où il faut assurer en secours du froid pour une fonction vitale
On retrouve dans cette famille les climatiseurs, armoires de climatisation, les roof-top,... mais
ces appareils ne peuvent résoudre qu'un problème de climatisation limité à un ou quelques
locaux : la climatisation d'une salle informatique, d'une cafétéria, d'un hall d'atelier, ... par
exemple.
Un seul type de système peut climatiser l'ensemble d'un immeuble, c'est le système dit "à
fluide réfrigérant variable" (appelé VRV ou VRF, selon les constructeurs). Sa particularité est
de véhiculer du fluide frigorigène dans les différents locaux et d'alimenter directement des
échangeurs situés en allège ou en faux plafond. Suivant les besoins du local, l'échangeur peut
fonctionner en mode froid (il est l'évaporateur de la machine frigorifique) ou en mode chaud
(il est le condenseur de celle-ci).
Il n'utilise aucun fluide intermédiaire (air ou eau). De là le terme d'appareil à "détente
directe" : l'échangeur "froid" est parcouru directement par le fluide frigorigène. Cette
caractéristique est performante au niveau énergétique puisque le coût du transport de l'énergie
frigorifique est évité. De plus, les systèmes à fluide réfrigérant variable permettent de
récupérer la chaleur entre les zones chaudes et les zones froides du bâtiment.
4. Système mixte
Un système mixte suppose deux réseaux distincts : Un réseau d’eau (chaude et glacée) et un
réseau d’air. Une centrale de traitement d'air, système mixte le plus utilisé, est un assemblage
de modules ayant chacun une fonction précise et dont le rôle est de traiter et/ou modifier les
caractéristiques de l’air qui y circule. Une partie de l’énergie nécessaire est véhiculée par l’air
(Réseau de gaines), l’autre partie est véhiculée par l’eau (Réseau d'eau glacée et de l'eau
chaude).
78
ANNEXE 02
Chauffage
Dans un établissement de santé, un équipement de chauffage assure le confort thermique des
utilisateurs. Il répond également à leurs besoins en termes de fourniture d'eau chaude
sanitaire. Le chauffage comprend généralement un générateur comme une chaudière ou une
pompe à chaleur, ... qui alimente un ou plusieurs émetteurs de chaleur comme des radiateurs
ou un plancher chauffant. Ceux-ci transmettent la chaleur produite dans le local à chauffer.
Cette même chaudière ou cette même pompe à chaleur pouvant produire également de l'eau
chaude sanitaire.
Dans le cas général, le générateur est une chaudière gaz, fioul, ou bois et fournit de l'eau
chaude à une température maximum inférieure à 90°. L'eau chaude de chauffage pouvant
également être produite grâce à une énergie renouvelable avec par exemple des panneaux
solaires thermiques. Cette eau chaude de chauffage peut également être produite par une
pompe à chaleur générant de l'eau chaude à plus basse température (souvent inférieure à
60°C) eu égard aux performances du système thermodynamique de la pompe à chaleur.
1. Les systèmes de chauffage :
1.1 Le chauffage central:
Le chauffage central désigne un mode de chauffage avec lequel on peut chauffer les
différentes pièces d'une maison, d'un immeuble, ou d'une ville, à partir d'un seul générateur de
chaleur communément nommé chaudière, ou chauffage urbain. La chaleur est acheminée au
moyen d'un fluide caloporteur, dans des tuyaux, vers les radiateurs, ou directement au moyen
d'air chaud, dans des gaines, vers les différentes pièces, comme c'est le cas pour
les calorifères.
La source de chaleur peut être la combustion d'un combustible (bois, charbon de
bois, houille, gaz, fioul) ou l'électricité ainsi que la géothermie.
Les composants du chauffage central :
 Chaudière
Les chaudières sont des appareils qui convertissent des combustibles en chaleur pour chauffer
un fluide caloporteur: eau, air, huile. Elles sont habituellement fabriquées en métal ou en
fonte. Les chaudières transfèrent la chaleur de combustion au fluide par un assemblage de
tubes pouvant être des tubes à eau ou des carneaux de fumées. Les chaudières sont constituées
généralement d’un brûleur ou d’un foyer de combustion, d’un échangeur de chaleur
permettant de transmettre la chaleur de combustion à un fluide caloporteur (air, eau, huile),
79
qui transmettra cette chaleur à la distribution, et d’une cheminée d’extraction des gaz brûlés.
Le tout est, en principe, isolé thermiquement de l’extérieur.
Le système de combustion pour chacun des types de chaudière dépend du combustible utilisé.
On distingue trois types principaux de systèmes de combustion:
- chaudière à gaz naturel ou GPL (avec brûleur atmosphérique ou pressurisé);
- chaudière au fuel;
- chaudière à charbon.
 Brûleur
Le brûleur fuel a pour fonction de mélanger, dans des proportions correctes, l'air comburant et
le fuel pour permettre la combustion.
L'alimentation en air est assurée par un ventilateur qui puise l'air ambiant de la chaufferie.
L'alimentation en fuel est assurée par une pompe qui puise dans le réservoir. La pompe a
également pour mission de maintenir, via un régulateur, une pression suffisante au fuel pour
permettre sa pulvérisation. L'électrovanne libère le combustible au moment déterminé par la
programmation. Le gicleur assure la pulvérisation du fuel en des milliards de gouttelettes et le
réglage du débit de fuel. On parle donc du "brûleur à pulvérisation"
Figure 28:coupe schématique d'une pompe
80
Le brûleur gaz a pour fonction de mélanger, dans des proportions correctes, l'air comburant et
le gaz pour permettre la combustion. L'alimentation en air est assurée par un ventilateur qui
puise l'air ambiant de la chaufferie. L'alimentation en gaz est assurée par une électrovanne et
des régulateurs de pression.
 Vase d’expansion
Le vase d'expansion sert dans un premier temps à compenser les variations de volume que
subit la masse d'eau de l'installation suite aux fluctuations de température
Le deuxième rôle du vase d'expansion est de maintenir la pression dans l'installation quand
celle-ci est complètement refroidie. Dans ce cas, la pression du vase doit empêcher une
dépression dans l'installation et ainsi la pénétration d'air source de corrosion
 Les radiateurs
Un radiateur de chauffage est un échangeur thermique qui diffuse dans l'air ambiant par
rayonnement et convection la chaleur (La répartition entre ces deux modes d'émission dépend
du type de radiateur.) qui lui a été apportée par un fluide chaud qui circule à l'intérieur ou par
Figure 29:brûleur à pulvérisation
Figure 30:Le brûleur gaz
81
effet Joule. Les radiateurs sont conçus de façon à diffuser le plus possible de chaleur, ce qui
explique leurs formes souvent complexes dessinées à exposer le maximum de surface chaude
au contact de l'air ambiant.
Il existe plusieurs types de radiateurs: radiateur en fonte, radiateur à ailettes en alliage,
radiateur à accumulation, panneau rayonnant, radiateur décoratif, radiateur soufflant, à gaz,
etc.
1.2. Le chauffage par pompe à chaleur
Une pompe à chaleur (PAC), aussi appelée thermopompe, est un dispositif permettant de
transférer de l'énergie thermique (calories) d'un milieu à basse température (source froide)
vers un milieu à haute température (source chaude). Ce dispositif permet donc d'inverser le
sens naturel du transfert spontané de l'énergie thermique.
Selon le sens du dispositif de pompage, une pompe à chaleur peut soit être considérée comme
un système :
 de chauffage si l'on souhaite augmenter la température de la source chaude,
 de réfrigération si l'on souhaite abaisser la température de la source froide.
Lorsque le but du dispositif de pompage est, à la fois, de chauffer et de refroidir, le système
est alors considéré comme une thermo-frigo-pompe.
Des pompes à chaleur se retrouvent ainsi dans de nombreuses installations telles que
des réfrigérateurs, des climatiseurs et divers systèmes de chauffage
La PAC comporte un compresseur (mécanique ou à absorption) qui comprime un gaz. Ce gaz
comprimé s’échauffe et cède sa chaleur dans un échangeur appelé condenseur. Dans le
condenseur le gaz condense en liquide, qui présente une température Tc supérieure à la
température d’utilisation Tu. Le liquide tiède est alors détendu dans une vanne de détente et
peut être évaporé à une température Te inférieure à la température Tf de la source froide. La
Figure 31:Radiateur à éléments en fonte
82
chaleur nécessaire à l’évaporation est prise à la source froide dans l’échangeur de chaleur
appelé évaporateur.
Figure 32:chauffage par PAC
83
ANNEXE 03
Conception des murs extérieurs
Les murs extérieurs sont composés des couches suivantes :
 Couche en mortier appliquée sur la façade intérieure et extérieure du mur.
 Couche intérieure et extérieure ayant même type de matériau (briques rouges à 9 trous)
 Couche intermédiaire isolante
La figure ci-dessous est une représentation du principe de l’isolation thermique et phonique
à travers les murs extérieurs :
Figure 33:Principe d'isolement
1. Coefficient d’échange thermique
Le coefficient de transfert thermique ou coefficient de transmission thermique est un
coefficient quantifiant le flux d'énergie traversant un milieu, par unité de surface, de volume
ou de longueur. L'inverse du coefficient de transfert thermique est la résistance thermique.
Pour un matériau donné, le coefficient de transfert thermique est donné par la relation
suivante :
84
𝑈 =
λ
𝑒
Avec :
U : Coefficient de transfert thermique du matériau (W/m².K)
λ : Conductivité thermique du matériau (W/m.K)
e : Epaisseur du matériau (m)
 Coefficient global d’échange des murs extérieurs
Le coefficient global d’échange est l’inverse de la somme des résistances thermiques des
couches du mur extérieur. L’annexe 6 présente le résultat de calcul du coefficient global
d’échange en fonction du matériau utilisé pour la couche intérieur et extérieur, tout en fixant
le type d’isolation choisi « plaques expansées aux chlorofluorocarbures CFC ». Pour le cas du
matériau de construction « briques rouges à 9 trous » on trouve la valeur du coefficient global
d’échange du mur extérieur :
𝑈𝑚𝑢𝑟𝑒𝑥𝑡 =
1
eIsolant
λIsolant
+
ecouches
λcouches
+
1
ℎ𝑖
+
1
ℎ𝑒
Avec :
eIsolant : épaisseur de l’isolant (m)
ecouches : épaisseur des couches intérieure et extérieure (m)
λIsolant : Conductivité thermique de l’isolant (W/m.K)
λcouches : Conductivité thermique des couches intérieure et extérieure (W/m.K)
(1/hi)+(1/he): Résistances thermiques superficielles (0.17 m².K/W pour les parois
verticales et 0.22 m².K/W pour les parois horizontales.)
2. Conception des cloisons
Une hygiène irréprochable est primordiale en établissement de santé pour le confort des
patients comme du personnel. Les blocs opératoires, les soins intensifs, les services des
urgences ou les salles d’accouchement nécessitent une hygiène et une propreté exemplaires.
Pour assurer la qualité de l’air, les composants du bâtiment ont un rôle important à jouer. Pour
cela, les cloisons intérieures de l’hôpital sont réalisées par plaque de plâtre renforcée fibres de
bois et à 2 bords amincis.
85
La technologie proposée pour le projet de l’hôpital de CHR de GUELMIM est Placo Impact
Activ'Air® BA 13.
Soit alors un coefficient d’échange des cloisons de 1.48 W/m².K
3. Conception de la toiture
La toiture est composée d’un ensemble de couche présentée ci-dessous de haut vers le bas :
 Revêtement : la partie qui recouvre la toiture
 Mortier
 Couche d’étanchéité : permet de rendre la toiture étanche à l'eau
 Isolant : permet de réduire le transfert de chaleur
 Pare-vapeur : empêche le cheminement et la stagnation de la vapeur d'eau à travers les
différents couche de toitures ce qui diminue l’efficacité de l’isolant
Figure 34:représentation de la structure
 Elément porteur : permet de supporter l’ensemble des charges appliquées sur la toiture. Le
tableau ci-dessous présente les différents matériaux de construction de la toiture ainsi que la
résistance thermique de chaque matériau pour enfin calculer le coefficient d’échange global
Tableau 33 : Couches de la toiture et coefficient global d'échange
Couches de la toiture Épaisseur (cm)
Conductivité
(W/m.K)
Résistance
thermique
(m²K/W)
Plastique 2 0,2 0,10
Mortier (Masse 2 1,8 0,01
86
volumique sèche 2300)
Bitume pur 5 0,17 0,29
Plaques expansées aux
chlorofluorocarbures CFC
7 0,032 2,19
Polyéthylène/polythène,
basse densité
0,5 0,33 0,02
Dalle pleine 20 cm 20 2,5 0,08
(1/he + 1/hi) 0,22
Résistance thermique totale (m²K/W) 2,91
Coefficient global d'échange de la toiture (W/m².K) 0,34
En effet, pour chaque élément de construction de la toiture, nous avons calculé sa résistance
thermique qui est le rapport entre son épaisseur et sa conductivité thermique. Nous rajoutons à
ces valeurs calculées, la valeur des résistances thermiques superficielles qui est de l’ordre de
0,22m².K/W pour les parois horizontales, et nous calculons la somme totale des résistances
thermiques qui est de l’ordre de 2,91 m².K/W. Et finalement en inversant cette valeur nous
obtenons le coefficient global d’échange de la toiture qui égal à 0,34 W/m².K
4. Conception des bais vitrées
 Principe des bais vitrées
Les baies vitrées permettent surtout l’aération et l’éclairage du local et peuvent servir pour
chauffer le local de manière passive via l’énergie solaire, mais peuvent conduire à des
surchauffes en été. Ces ouvertures peuvent être soit en simple vitrage, double (2 vitrées
séparées par un gaz souvent l’air) ou triple (trois verres séparés par deux espaces de gaz
souvent l’air)
 Détermination du coefficient global d’échange
La Norme européenne NF EN 673 (Avril 2011) spécifie une méthode de calcul du coefficient
de transmission thermique des vitrages à surfaces planes et parallèles. On détermine la valeur
du coefficient global d’échange du vitrage d’après l’annexe 7, noté Ug. Puisque les biais
vitrés de l’hôpital de GUELMIM sont en double vitrage avec lame d’air, de dimensions 4-16-
4, avec un revêtement IR-E3, donc la valeur du coefficient global d’échange thermique est :
𝑈𝑔 = 1,4 𝑊/𝑚². 𝐾
5. Conception de plancher intermédiaire
Les planchers intermédiaires sont en dalle pleine avec un plafond en plaque de plâtre B13. Le
coefficient d’échange des planchers intermédiaires est de 2.38 W/m².K.
87
ANNEXE 04
Classes de risque selon le type d'activité
Tableau 32:Classes de risque selon le type d'activité
Blocs opératoires Types d’activité / actes
Classe de
risque
Observation
Salle d'orthopédie prothétique 4 a Pour l’activité avec implant articulaire
Salle polyvalente, d'ORL/OPH et autre
orthopédie
3 Pour l’activité sans implant articulaire
Salle de chirurgie digestive et viscérale,
urologie
3 Pour l’ensemble de l’activité
Salle de chirurgie cardio-vasculaire 3
Salle de greffe d'organe 4
Salle d'opération des grands brûlés 4 a Dans le cas d’une utilisation dédiée
Salle de neuro-chirurgie 3 Pour l’ensemble de l’activité
Salle de chirurgie plastique, esthétique et
reconstructrice
3 Pour les actes invasifs
Salle d'obstétrique, gynécologie 3
Salle d'endoscopie 1
Salle d'endoscopie digestive avec pose
d'endoprothèse : classe de risques 1 ou 2
Salle d'arthroscopie 3
Ou 2 selon analyse de risque et appréciation
médicale
Salle hémodynamique 3
Salle de soins pré opératoire (SSPO) 2
Si l’établissement de santé juge leur construction
ou leur utilisation nécessaire
Salle de soins post interventionnels (SSPI) 2
Circulation dans les blocs opératoires 2
Concerne la circulation d’accès aux salles
d’opération
Stockage dispositif médical stérile 2
88
Réanimation Types d’activité
Classe de
risque
Observation
Chambre polyvalente 2
Chambre de réanimation néonatale 2
Chambre patients infectieux 2
Selon analyse de risque et appréciation médicale,
il peut être utile que la chambre soit conçue pour
être maintenue en dépression par rapport à son
environnement
Circulation réanimation 2
Hospitalisation
Type de zone et activités associées
Classe
de risque
Observation sur les activités
Chambre d’hospitalisation standard 1
Chambre d’hospitalisation pour patients
infectieux
1
Selon analyse de risque et appréciation médicale
il peut être utile que la chambre soit conçue pour
être maintenue en dépression par rapport à son
environnement
Chambre de soins intensifs 2 Cas général et unité de cardiologie
Chambre de surveillance continue 1 ou 2 Se référer à la réglementation en vigueur
Chambre de brûlés 4 a Selon analyse de risque et appréciation médicale
Chambre unités protégées (hématologie) 4 a
Chambre d’hématologie (hors unités
protégées)
3
Chambre Unité de transplantation
d'organes
3 Selon analyse de risque et appréciation médicale
Chambre unité de post greffe 3 Selon analyse de risque et appréciation médicale
Pharmacie et Pharmacotechnie
Classe de
risque
Observation
Radio pharmacie 2
Domaine réglementé (voir réglementation sur les
radio-nucléides et BPP ch9)
Reconstitution cytostatique 4 a Domaine réglementé (voir BPP)
Fabrication solution parentérale 4 a Domaine réglementé (voir BPP)
89
Stérilisation
Classe
de risque
Observation
Zone de conditionnement et de stockage 2
Se référer à la réglementation et aux BPPH en
vigueur
Anatomo-Pathologie
Classe
de risque
Observation
Salle de macroscopie 1
Locaux à maintenir en dépression pour éliminer
les conservateurs (vapeurs, etc.)
Radiologie
Classe
de risque
Observation sur les activités
Salle d'imagerie interventionnelle 3
Une étude spécifique est à mener en fonction des
caractéristiques spatiales et volumétriques de
l’imageur et de l’activité
Laboratoires
Classe
de risque
Observation sur les activités
Laboratoire de sécurité biologique
À définir par
l’établissement
Domaine réglementé (voir norme NF EN 12128,
Code du Travail Arrêté du 18 juillet 1994, Arrêté
du 16 juillet 2007, Arrêté du 23 janvier 2013,
Guide de la commission de génie génétique
février 2001, etc.)
Fécondation in vitro (FIV) 3
Sont concernés les locaux dédiés aux ponctions
folliculaires
90
ANNEXE 05
Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de
climatisation
Tableau 33:Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de climatisation
Nom de la ville Longitude Latitude
Altitude
[m]
T sèche
en été
[°C]
T humide
en été [°C]
T sèche en hiver[°C]
Agadir -9,57 30,38 23 37 22,8 4
Al-Hoceima -3,85 35,18 12,1 33 21,6 5
Béni-Mellal -6,4 32,37 468 43 22,1 -1
Bouarfa -1,95 32,57 1142 40 18,7 -2
Casablanca -7,67 33,57 57 32 23,2 5
Chefchaouen -5,3 35,08 300 38 25,9 -1
Dakhla -15,93 23,72 11 32 22,4 12
El-Jadida -8,52 33,23 270 29 21,7 5
Essaouira -9,78 31,52 7,1 29 16,9 8
Fès -4,98 33,97 571,3 41 21,7 -1
Guelmim -10,05 29,02 300 44 23,9 5
Ifrane -5,17 33,5 1663,8 34 18,6 -6
Kasba-Tadla -6,27 32,6 507 44 23,1 0
Kénitra -6,6 34,3 5 36 23.8 2
Khouribga -6,9 32,88 785 41 23,6 1
Laayoune -13,22 27,17 64 38 23,4 8
91
Larache -6,13 35,18 46,7 37 24,3 4
Marrakech -8,03 31,62 463,5 43 24,6 3
Meknès -5,53 33,88 548,2 40 22,7 1
Midelt -4,73 32,68 1508 36 19,4 -3
Mohammedia -7,4 33,72 5 28 22,2 7
Nador -2,92 35,15 6,9 34 22,9 2
Nador-Aroui -3,02 34,98 178 37 25,6 1
Nouasseur -7,58 33,37 200 38 23,5 1
Ouarzazate -6,9 30,93 1136 40 20,7 -1
Oujda -1,93 34,78 465 40 23 -1
Rabat-Salé -6,77 34,05 75 35 22,2 4
Errachidia -4,4 31,93 1037,2 41 20,2 -2
Settat -7,62 32,95 480 40 22,7 1
Sidi-Ifni -10,18 29,37 49,5 35 23 11
Sidi-Slimane -6,05 34,23 52 43 25,5 1
Smara -11,67 26,67 110 46 26,7 7
Tanger -5,9 35,72 15,4 35 22,8 3
Tan-Tan -10,93 28,17 45 37 23,2 9
Taroudant -8,82 30,5 264 45 23,6 4
Taza -4 34,22 509,2 42 24,4 2
Tétouan -5,33 35,58 5 35 21,5 4
92
Tiznit -9,73 29,68 260,5 39 22,8 5
93
ANNEXE 06
Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs
conductivités et résistances
Tableau 34:Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs conductivités et résistances
Couches
Conductivit
é W/m.K
épaisseur (m)
Résistance
thermique m².K/W
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 400)
0,145 0,200 1,379
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 450)
0,160 0,200 1,250
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 500)
0,175 0,200 1,143
Brique rouge 9 trous 0,181 0,200 1,105
Brique rouge 8 trous 0,190 0,200 1,053
Plaques de béton de vermiculite fabriquées en usine 0,190 0,200 1,053
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 550)
0,190 0,200 1,053
Brique rouge 6 trous 0,196 0,200 1,020
Bétons caverneux et semi-caverneux sans sable et ne
nécessitant qu'un faible dosage en ciment 2
0,200 0,200 1,000
Brique rouge 12 trous 0,207 0,200 0,966
Brique rouge 3 trous 0,210 0,200 0,952
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 600)
0,210 0,200 0,952
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique 0,230 0,200 0,870
94
nominale 650)
Bétons de perlite ou de vermiculite grade 3, dosage : 6/1 0,240 0,200 0,833
Bétons caverneux et semi-caverneux sans sable et ne
nécessitant qu'un faible dosage en ciment 1
0,250 0,200 0,800
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 700)
0,250 0,200 0,800
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 750)
0,270 0,200 0,741
Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique
nominale 800)
0,290 0,200 0,690
Bétons de perlite ou de vermiculite grade 3, dosage : 3/1 0,310 0,200 0,645
Bétons caverneux et semi-caverneux avec sable léger, sans
sable de rivière
0,330 0,200 0,606
Bétons de cendres volantes frittées 0,350 0,200 0,571
Brique rouge pleine 0,370 0,200 0,541
Bétons de ponce naturelle 0,460 0,200 0,435
Bétons isolants porteurs avec sable léger, sans sable de
rivière
0,460 0,200 0,435
Bloc de béton 3 trous 0,514 0,200 0,389
Bétons de pouzzolane ou de laitier expansé à structure
caverneuse, masse volumique nominale 1500
0,520 0,200 0,385
Bloc de béton 6 trous 0,559 0,200 0,358
Bloc de béton 8 trous 0,584 0,200 0,342
Bétons isolants porteurs avec sable léger et au plus 10% de
sable de rivière
0,700 0,200 0,286
95
Bétons de structure avec sable de rivière et sable léger 0,850 0,200 0,235
Bétons de structure avec sable de rivière, sans sable léger 1,050 0,200 0,190
Béton (Bétons caverneux, masse volumique nominale
1700)
1,150 0,200 0,174
Béton (Bétons pleins, masse volumique nominale 2500) 2,000 0,200 0,100
96
ANNEXE 07
Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques
Tableau 35:Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques
Type d'isolation Conductivité (W/m².K)
Plaques expansées aux chlorofluorocarbures CFC 0,032
Plaques expansées avec des hydro chlorofluorocarbures HCFC 0,035
Autres plaques moulées à partir de billes (Masse volumique nominale 50) 0,038
Plaques expansées avec des hydrofluorocarbures HFC 134a ou 152a (Épaisseur
inférieure ou égale à 60 mm)
0,039
Laines de verre (Masse volumique nominale 35) 0,039
Laines de verre (Masse volumique nominale 100) 0,039
Autres plaques moulées à partir de billes (Masse volumique nominale 35) 0,039
Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse
volumique nominale 26)
0,04
Laines de verre (Masse volumique nominale 130) 0,04
Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse
volumique nominale 26)
0,04
Plaques sans gaz occlus autre que l'air et le CO2 (Épaisseur inférieure ou égale à 60
mm)
0,041
Laines de verre (Masse volumique nominale 25) 0,041
Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse
volumique nominale 22)
0,042
Laines de roche (Masse volumique nominale 70) 0,042
Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse 0,042
97
volumique nominale 22)
Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse
volumique nominale 17)
0,044
Laines de roche (Masse volumique nominale 110) 0,044
Laines de verre (Masse volumique nominale 17) 0,044
Laines de roche (Masse volumique nominale 140) 0,046
Laines de verre (Masse volumique nominale 12) 0,047
Plaques découpées dans des blocs moulés et conformes à la norme NF EN 13163
(EPS) (Masse volumique nominale 14)
0,047
Laines de roche (Masse volumique nominale 190) 0,048
Laines de roche (Masse volumique nominale 20) 0,05
Plaques découpées dans des blocs moulés et conformes à la norme NF EN 13163
(EPS) (Masse volumique nominale 11)
0,05
Laines de verre (Masse volumique nominale 8) 0,055
Plaques découpées dans des blocs moulés et conformes à la norme NF EN 13163
(EPS) (Masse volumique nominale 8)
0,056
Laines obtenues par soufflage sur plancher de comble 0,06
Autres laines minérales 0,065
Laines obtenues par épandage manuel sur plancher de comble 0,065
Tableau 36:Valeurs des coefficients globaux d'échange selon la norme NF EN-673 en W/m².K
DIM U air
4-12-4 1,7
4-14-4 1,5
98
4-16-4 1,4
4-20-4 1,5
4-10-4 1.8
4-12-4 1,6
4-14-4 1,5
4-16-4 1,4
4-20-4 1,4
99
ANNEXE 08
Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de
l'hôpital
Tableau 37;Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital
Local Valeur Unité
Bureau individuel ; chambre individuelle 1 pers
Bureau collectif ; espace de travail 10 m2/pers
Chambre double 2 pers
Salle de soins, prépa soin, consultation 5 m2/pers
Office alimentaire, détente, salle de jour 4 m2/pers
Salle d’opérations (y compris césariennes) 11 m2/pers
Salle d’attente 1 pers/1,5m2
Salle à manger 1 pers/1,5m2
Salle de réunions 2,5 m2/pers
Salle de cours / enseignement 2 m2/pers
100
ANNEXE 08:
Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté
ISO (N)
Tableau 38:Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N)
101
ANNEXE 09 :
Pertes de charges finales recommandées des filtres
Tableau 39:Pertes de charges finales recommandées des filtres
Classe de filtre
Perte de charge finale recommandée selon la
norme EN 13053
G1 150
G2 150
G3 150
G4 150
M5 200
M6 200
F7 200
F8 300
F9 300
H14 Silent Hood 500
H13 Absolute 1FRK-V 500
H13 Absolute 1FRSI 500
Termikfil 2000 350
E10 Deltafil 500
E12 Deltafil 500
H13 Deltafil 500
H14 Deltafil 500
102
H14 Absolute D-Pyro 700
H13 Absolute D-Pyro 700
U15 Megalam MD15 500
U15 Megalam MX15 600
U15 Megalam MG15 800
E10 Megalam Haut débit 600
H14 Megalam Haut débit 600
U15 Megalam Haut débit 600
H14 Megalam MD14 500
H14 Megalam MX14 600
H14 Megalam MG14 800
E10 Megalam MD10 500
E10 Megalam MX10 600
E10 Megalam MG10 800
E11 Absolute ProSafe 600
H13 Absolute ProSafe 600
H14 Absolute ProSafe 600
E10 Absolute VGHF 500
H13 Absolute VGHF 500
H13 Absolute C 800
H13 Absolute DG 1000
103
H14 Absolute DG 1000
E10 Absolute VG XL, XXL 600
E11 Absolute VG XL, XXL 600
E12 Absolute VG XL, XXL 600
H13 Absolute VG XL, XXL 600
H14 Absolute VG XL, XXL 600
104
ANNEXE 10
Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine
Tableau 40:Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine
Composition de la gaine Rugosité (mm)
Acier Inox 0,05
acier revêtu de verre émaillé 0,0055
ABS 0,025
PVC 0,02
Aluminium 0,02
Caoutchouc 0,08
Acier (neuf) 0,05
Acier galvanisé à joint spiral 0,15
Verre 0,00575
Flexible en Aluminium 0,5
Fibre de verre 0,9
UPVC 0,003
PVDF (Agru) 0,007
PP 0,02
PE 0,025
Béton 0,15
Ciment 0,075
105
RFV renforcé de fibres de verre 0,03
Fer ductile 0,25
Fonte 0,625
Cuivre 0,00575
106
ANNEXE 11
Les coefficients de perte de charge singulière
Tableau 41 : Les coefficients de perte de charge singulière
107
ANNEXE 12
Plan de RDC du CHR de GUELMIM
Figure 35:Plan architectural RDC du CHR de GUELMIM
1 : Consultation
2 : Imagerie médicale
3 : Archives médicales centrales
4 : Urgences
5 : Hôpital de jours de chirurgie
6 : Locaux de formation continue
7 : Soins néonatologie
8 : Réanimation
9 : rééducation fonctionnelle
10 : l’accouchement
11 : Bloc opératoire
12 : hémodialyse
108
ANNEXE 13
Taux de ventilation de la norme ASHERAE
109

PFE-CVC.pdf

  • 1.
    1 ECOLE NATIONALE SUPERIEUREDES 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.
  • 3.
    1 Dédicace A mes trèschers 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 trèschers 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 ungrand 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 etle 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 andsizing 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 ‫في‬‫التكييف‬ ‫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 Figure1: 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 schématiqued’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 Tableau1: 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: calculdes 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
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    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 desenvironnements 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 decalcul 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 Matériauxde 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 niveaumondial, 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.
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    2 Chapitre 1 CONTEXTE GENERALDU 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
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    3  Direction desRessources 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.
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    4 - Assurer lamaintenance, 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.
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    5  Le Ministèrede 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
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    6 atmosphère spécifique dontles 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
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    7 Le sujet denotre 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
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    8 traitement d’air, ainsique 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 :
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    9 -Des groupes d’eauglacée 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.
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    10 - Insuffisance despuissances 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.
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    11 Chapitre2 Types des systèmesCVC 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
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    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.
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    13 Figure 5:CTA aveccaisson 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 :
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    14 La figure ci-dessousprésente 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
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    15 La batterie chaudeest 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
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    16 II. Volet d’efficacitéénergétique 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.).
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    17 Figure 9:free coolingpour 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
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    18 exploitant la chaleurextraite 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
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    19 allons également utiliserdes 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.
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    20 Chapitre 3 Normes deconception 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
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    21 1.2. Principe del’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
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    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
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    23 4 ISO 5 3ISO 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):
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    24 Afin de simplifierla 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
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    25 2.2. Les donnéesd’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 - - -
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    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
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    27 intermédiaire B13 2.4. Conditionset 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
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    28 Latent hors Hébergement75 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.
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    29 Chapitre 4 Evaluation desbesoins 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
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    30 Les charges externesreprésentent 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)
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    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 :
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    32 Tableau 12:Valeurs ducoefficient 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)
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    33  Apports latentspar 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 :
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    34 Tableau 13:charge partransmission  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
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    35 Personnes (Latente) 550,605 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 :
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    36 Figure 14:Bilan thermiquede 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
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    37 va nous permettred’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
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    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.
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    39 Chapitre 5 Dimensionnement descentrales 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 )
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    40 τ: Taux derenouvellement 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.
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    41 Le tableau ci-dessousrésume 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.
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    42 II. Calculs psychométriques Avantde 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)
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    43 HrL : Humiditérelative 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.
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    44 Figure 15:Modélisation d'uncaisson 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)
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    45 Figure 16:Modélisation dupoint 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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    46 On remarque queles caractéristiques du point de mélange sont identiques car ces caractéristiques sont en fonction des mêmes paramètres (taux de air neuf, conditions du local, conditions d’extérieur) IV. Détermination du point de soufflage La détermination des caractéristiques de point de soufflage se fait en suivant les étapes suivantes Etape 1 : Calcul de QmAs: (Valable pour été et hiver) 𝑄𝑚𝐴𝑠 = 𝑄𝑣𝐴𝑠 ∗ 𝜌 (30) Avec : QmAs: débit massique de l’air soufflé en (kg/s) QvAs: débit volumique de l’air soufflé en (m3 /s) ρ: la masse volumique de l’air en (kg/m3 ) on se fixe la valeur approchée de 1.2 kg/m3 pour initier le calcul. Etape 2 : Calcul de hS (valable été et hiver) : ℎ𝑠 = ℎ𝑙 − Φ𝑇 𝑄𝑚𝐴𝑠 (31) Avec : hs : enthalpie de l’air soufflé en (Kj/Kg) hl : enthalpie de l’air dans le local en (Kj/Kg) ΦT: charge total du local en (kW) Etape 3 : Calcul de rS (valable été et hiver) : 𝑟𝑠 = 𝑟𝑙 − Φ𝐿𝑎𝑡 𝑄𝑚𝐴𝑠 ∗ 𝐿𝑣(𝑇𝐿) (32) Avec :
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    47 rs : l’humiditéde l’air soufflé en (geau/kgair). rl : l’humidité de l’air dans le local en (geau/kgair) : Φlat : charge latente du local en (kW) Lv : la chaleur latente de changement d’état de l’eau à la température du local Etape 4 : Calcul de TS (valable été et hiver) : 𝑇𝑠 = 𝑇𝑙 − Φ𝑆 𝑄𝑚𝐴𝑠 ∗ 𝐶𝑝⁡𝑎𝑖𝑟 (33) Avec : Ts : la température de l’air soufflé en (°C) TL : la température de l’air dans le local en (°C) Cp : la chaleur spécifique de l’air, sa valeur varie peu en fonction de la température, on peut considérer (avec une faible marge d’erreur) que sa valeur est de 1 (KJ.kg-1. K-1 ) Φs : charge sensible du local en (kW) 4.1. Résultats points de soufflage Le tableau suivant montre les différents points de soufflage : Tableau 23:Points de soufflage bloc opératoire Salle Eté Hiver Ts (°C) rs (g/kg) hs (kj/kg) Qms (kg/s) Ts (°C) rs (g/kg) hs (kj/kg) Qms (kg/s) Salle Operations 1 12.52 9.68 37.38 1.2 24.19 9.89 49.55 1.2 Salle Operations 2 13.1 9.69 37.95 1.2 24.02 9.89 49.37 1.2 Salle Operations 3 13.9 9.73 38.86 1.5 23.89 9.89 49.25 1.5 Salle Operations 4 13.9 9.73 38.86 1.5 23.89 9.89 49.25 1.5 Salle Operations 5 13.9 9.73 38.86 1.5 23.89 9.89 49.25 1.5 Salle Operations 6 13.1 9.69 37.95 1.2 24.02 9.89 49.37 1.2
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    48 Salle Operations 713.1 9.69 37.95 1.2 24.02 9.89 49.37 1.2 Imagerie médicale 16.06 9.79 41.17 6.18 23.52 9.89 48.88 6.18 Remarque : L’ensemble des salles de l’imagerie médicale sera traité par une seule CTA. V. Calcul des puissances des blocs de la CTA Pour la partie dimensionnement des CTA, on définit les points suivants : • Le «point de départ» du traitement est le point représentatif du mélange d'air neuf (AN) et d'air recyclé (AR) : AM • Le point de soufflage représente «le point d'arrivée» ou de sortie du traitement : AS Le dimensionnement des équipements de la CTA fait appel au digramme psychométrique afin de tracer les évolutions de passage de point de mélange au point de soufflage. Le tableau suivant présente les formules de calcul des puissances de différents équipements [2] Tableau 24:Methode de calcul des puissances des équipements de la CTA Batterie chaude Batterie froide humide Humidificateur à vapeur 𝑃𝐵𝐶 = 𝑄𝐴𝑀 ∗ (ℎ𝑠 − ℎ𝑒) 𝑃𝐵𝐹 = 𝑄𝐴𝑀 ∗ (ℎ𝑠 − ℎ𝑒) 𝑀𝐸𝐴𝑈 = 𝑄𝐴𝑀 ∗ (𝑟𝑠 − 𝑟𝑒) En effectuant le même calcul sur toutes CTA du bloc opératoire et d’imagerie médicale, on obtient les résultats suivants : Tableau 25: calcul des caractéristiques des composantes de la CTA CTA PBC (KW) PBF (KW) MEAU (g/s) Salle Operations 1 6.99 17.96 1.27
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    49 Salle Operations 26.78 17.27 1.27 Salle Operations 3 7.21 18.74 1.27 Salle Operations 4 7.21 18.74 1.27 Salle Operations 5 7.21 18.74 1.27 Salle Operations 6 6.78 17.27 1.27 Salle Operations 7 6.78 17.27 1.27 Imagerie médicale 31.88 69.11 7.19 Remarque : les puissances des batteries froides sont calculées avec un régime de température 7/12 °C. VI. Choix des systèmes de filtration d’air 6.1. Les classes des filtres d’air Le traitement particulaire de l’air d’une salle propre est essentiel. Il est caractérisé par le type de filtre à mettre en place et par un taux de brassage défini par la norme FS 209. Il existe plusieurs types de filtres correspond notamment à la taille des particules arrêtées par un filtre. En fonction du rendement gravimétrique moyen de poussière synthétique, la norme NF EN 779 de 2012classe les filtres suivant trois catégories :
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    50 Tableau 26:Classification desfiltres selon la norme NF EN 779 Remarque : Les filtres M5 et M6 ont été nommés successivement F5 et F6 selon la version précédente de la norme NF EN 779. Ces filtres sont à placer dans la CTA commune, au vu des particules qu’ils arrêtent. En particulier, un préfiltre sera placé en entrée de CTA et un autre, plus fin, en sortie afin de ne pas polluer les réseaux aérauliques. Des filtres plus fins existent et adaptés pour les besoins d’une salle propre, sont définis par la norme NF EN 1822 de 2009 :
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    51 Tableau 27:Classification desfiltres à très haute efficacité : selon la norme NF EN 1822-1 6.2. Règlementation relative à l’utilisation des filtre D'après le Code du travail français (Art 235.2.6 et 232.5.4), l'efficacité de la filtration recommandée pour un air neuf rentrant aux locaux à pollution non spécifique, est 90% gravimétrique, qui correspond au filtre G4. Et pour le cas d’un air recyclé, l'efficacité de la filtration recommandée est 50 % opacimétrique, à savoir un filtre F5. De plus, pour le 1er étage de filtration en entrée d'air, il est recommandé d'installer une filtration d'efficacité 85% opacimétrique (F7). En filtration terminale sortie de centrale ou de réseau, prévoir une filtration d'efficacité F8 à U17 en fonction des résultats escomptés. 6.3. Les étages de filtration  En entrée de la centrale de traitement d'air La fonction du premier étage de filtration de traitement d’air sur l’air neuf et recyclé est double :  Maintenir les performances (les rendements) aérauliques et thermiques de la CTA dans le temps à leur niveau initial par une protection efficace contre l’encrassement ;  Maintenir l’état hygiénique de la CTA en limitant l’apport de micro-organismes. Il doit être placé en amont des batteries.  En sortie de centrale de traitement d’air
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    52 La fonction dusecond étage de filtration d’air est de :  Maintenir un état de propreté du réseau de distribution d’air ;  Prolonger la vie des filtres terminaux. 6.4. Application aux salles du bloc opératoire Ainsi, il est nécessaire de faire un choix judicieux des étages de filtrations selon les classes de propretés ISO(N).L’annexe 8 indique les filtres à utiliser dans les entrées et sortie des CTA en fonction des niveaux d’empoussièrement et des différentes possibilités de traitement d’air : De plus, au niveau des grilles d'extraction, la norme NFS90-351 recommande de placer un filtre de classe d’efficacité minimale M6, afin de garder le réseau d'extraction à un niveau de contamination acceptable. Donc, pour le cas de notre étude du bloc opératoire, nous utilisons les étages de filtration sélectionnés en jaune dans l’annexe 8, pour les chambres de classes ISO7 et ISO5, ainsi qu’un filtre de classe F5 à l’entrée du réseau d’extraction. Les deux images ci-dessous résument l’emplacement des filtres pour les deux classes ISO5 et ISO7 du bloc opératoire étudié : Figure 17:Etage de filtration d'une salle de propreté ISO 5
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    53 Figure 18:Etage defiltration d'une salle de propreté ISO 7 VII. Dimensionnement du réseau aéraulique 7.1. Choix de la méthode de dimensionnement : Il existe trois méthodes de calcul habituellement utilisées pour le dimensionnement des réseaux aérauliques :  L’utilisation des abaques : à partir du débit et la perte de charge maximale fixée, on déduit le diamètre de la conduite à partir de l’abaque.  Méthode de réduction arbitraire des vitesses (dynamique) : consiste à réduire graduellement la vitesse jusqu’aux tronçons terminaux. La vitesse au départ est choisie selon la zone étudiée et en tenant compte de la limitation des nuisances acoustiques (6 m/s par exemple) ou imposée par le cahier de charge.  Méthode des pertes linéiques constantes (j constante) : méthode la plus utilisée pour le dimensionnement du réseau aéraulique. Cette méthode consiste à fixer dans le réseau principal de soufflage ou de reprise d'air une vitesse pour le débit total. La perte de charge linéique unitaire qui en résulte à cet endroit est maintenue constante tout le long du réseau. Elle est plus favorisée que la méthode de réduction arbitraire de la vitesse, car elle donne un meilleur équilibrage des réseaux symétriques. Dans notre cas, on a choisi de travailler avec la troisième méthode. On commence généralement par choisir une vitesse dans le tronçon raccordé au ventilateur. La vitesse ayant été choisie et le débit d’air étant connu, on détermine les pertes de charge linéaire et singulières correspondants. De plus, le dimensionnement de la surface de la gaine circulaire
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    54 dépend de deuxparamètres : la vitesse d’air et le débit volumique d’air. Compte tenu de ces paramètres, en fonction du débit d’air et de l’implantation de la gaine, les vitesses d’air de référence peuvent varier entre 2 et 6 m/s pour l’air extrait et entre 2 et 5 m/s pour l’air neuf 7.2. Calcul de la vitesse d’écoulement d’air Lorsque la vitesse d’air de référence est déterminée, le diamètre de gaine est ainsi obtenu : 𝐷 = √ 4 ∗ 𝑄𝑣𝑎𝑠 𝑉𝑎 ∗ 𝜋 (34) Avec : D : diamètre de la gaine [m] 𝑄𝑣𝐴𝑆 : Débit volumique du fluide traversant la gaine [m3/s] 𝑉𝐴: vitesse d’air dans la gaine [m/s] De plus, le standard Eurovent fixe le diamètre des conduits de ventilation circulaire à des valeurs standard représentées dans le tableau suivant : Tableau 28: Valeurs des diamètres nominaux des gaines circulaires Après avoir déterminé le diamètre nominal DN le plus proche du diamètre calculé, on calcule la vitesse réelle de l’air par la relation suivante : 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒) = 4 ∗ 𝑄𝑣𝑎𝑠 𝐷2 ∗ 𝜋 (35) 7.3. Calcul des pertes charges du réseau aéraulique : Les pertes de charge sont de deux types : 7.3.1. Les pertes de charge linéaires: Séries des diamètres nominaux intérieurs des gaines circulaires de ventilation (mm) 63 80 100 125 200 250 315 355 400 450 500 630 710 800 900 1000 1250
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    55 Les pertes decharges linéaires sont dues aux frottements dans les longueurs droites, elles sont exprimées par la relation suivante : ∆𝑃𝑙 = 𝐹𝑎 ∗ 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒)2 ∗ 𝐿 ∗ 𝜌 2 ∗ 𝐷𝑁 (36) Avec : ΔPL : Perte de charge linéaire [Pa] Fa : Coefficient de frottement de Darcy [-] L : Longueur du tronçon [m] ρ : Masse volumique de l’air soufflé [kgas/m^3] DN : diamètre nominal [m] Calcul du coefficient de frottement de Darcy : Calculons tout d’abord le nombre de Reynolds 𝑅𝑒 = 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒) ∗ 𝐷𝑁 𝑣 (37) Re : Nombre de Reynolds [-] ν : Viscosité cinématique de l’air [m²/s] Pour une température variant entre 14 et 27 ° C, qui est la plage de variation de la température du soufflage dans le bloc opératoire, la viscosité cinématique de l’air sec est à peu près égale à : 𝜈 = 1,5 ∗ 10−5 Dans les différentes conduites de l’air liées au bloc opératoire, on a : 𝑉𝐴 > 2 𝑚/𝑠 𝑄𝑣𝐴𝑆 > 100 𝑚3/ℎ Donc le nombre de Reynolds sera toujours supérieur à 2000, et le régime d’écoulement d’air dans les conduites du bloc opératoire est turbulent. Le calcul du coefficient de frottement de Darcy se fait par la résolution de l’équation suivante, par une méthode itérative 1 √𝐹𝑎 = −2 ∗ log⁡ ( 𝑘 3.71 ∗ 𝐷𝑁 + 2.51 𝑅𝑒 ∗ √𝐹𝑎 ) (38)
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    56 Avec : k :La rugosité du tube [mm] Remarque : l’annexe 10 présente quelques valeurs de la rugosité des tubes en fonction de leur composition. Ces valeurs sont extrait de la base de données du logiciel FLUIDFLOW 3.23, spécialisé dans le calcul des pertes de charges aérauliques et hydrauliques. Dans la pratique, on peut également utiliser des formules plus simples. On propose ci-dessous la formule d’Altshul-Tsal: 𝐹𝑎 ∗ = 0.11 ∗ ( 𝑘 𝐷 + 68 𝑅𝑒 )0.25 (39) Où : 𝐹𝑎= F∗ 𝑎 Si F∗ 𝑎 > 0,018 𝐹𝑎= 0,85 ∗ F∗ 𝑎 + 0,0028 Sinon. Les formules ci-dessus s’appliquent aux conduites cylindriques. Elles peuvent être étendues aux conduites rectangulaires. Pour cela, il faut convertir la section rectangulaire de la canalisation en section circulaire équivalente : soit une section qui, avec le même débit, génère les mêmes pertes de charge. On peut faire cette conversion avec la formule de Huebscher : 𝐷𝐸 = 1.3 ∗ (𝐴 ∗ 𝐵)0.625 (𝐴 + 𝐵)0.25 (40) Avec : -DE : diamètre d’une canalisation cylindrique équivalente à une canalisation rectangulaire [mm]. -A (largeur) et B (hauteur) sont les dimensions de la conduite rectangulaire [mm]. 7.3.2. Les pertes de charges singulières Les pertes de charges singulières sont dues aux singularités du circuit : coude, té, élargissement, restriction, robinet… L’expression des pertes de charge singulière est donnée par la relation suivante : Δ𝑃𝑠 = 𝜉 ∗ 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒)2 ∗ 𝜌 2 (41)
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    57 ΔPS : Pertede charge linéaire [Pa] ξ : Coefficient de perte de charge singulier [-] Si on exprime les pertes de charge singulières en unité de mesure courante (soit en mm C.E.) l’équation devient : Δ𝑃𝑠 = 𝜉 ∗ 𝑉𝑎(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙é𝑒)2 ∗ 𝜌 2 ∗ 9.81 (42) Les coefficients de module de perte de charge sont fonction principalement du changement de section. (Annexe 11) 7.3.3. Calcul des pertes par filtration Chaque filtre, possède une perte de charge initiale, qui est une donnée du constructeur. Cette valeur de perte de charge augmente en fonction de la période d’utilisation du filtre. Cependant, selon la norme EN13053, la perte de charge d'une section de filtrage chargée de poussière ne doit pas dépasser les valeurs fournies. L’annexe 9 présente les valeurs des pertes de charge finales recommandées des filtres G1-F9 7.3.4. Résultats de calcul des pertes de charges Au niveau du bloc opératoire, chaque salle est alimentée par une CTA indépendante, et pour le réseau de soufflage, chaque salle est caractérisée par un tronçon principal, d’une longueur de 10 mètres, reliant entre la sortie de la CTA et le plafond de soufflage de la salle. De plus, la gaine principale de chaque salle est rectangulaire, en « Acier galvanisé à joint spiral » caractérisée par la présence de 3 coudes de type R/W=0,5 pour les salles d’opérations 1 ,2 et 7 par contre les salles 3,4 et 5 possèdent 2 coudes. Les deux tableaux ci-dessous présentent les résultats de dimensionnement des gaines aérauliques et des calculs des pertes de charges pour le bloc opératoire. Tableau 29:Dimensionnement des gaines aéraulique pour le bloc opératoire salle Tronçon (m) Débit (m3/h) Vitesse de l’air (m/s) Diamètre calculée (mm) Longueur du tronçon (m) Diamètre nominal (mm) Salle Operations 1 T01 3600 6 600 10 630 Salle Operations 2 T01 3600 6 600 10 630 Salle Operations 3 T01 4500 6 750 10 800
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    58 Salle Operations 4T01 4500 5.1 560 10 630 Salle Operations 5 T01 4500 5.1 560 10 630 Salle Operations 6 T01 3600 5.1 705.88 10 710 Salle Operations 7 T01 3600 5.1 705.88 10 710 Tableau 30: Calcul des pertes de charge totales dans les salles du bloc opératoire salle Tronçon (m) Pl (Pa/m) Ps(Pa) Type de filtre Pertes par filtration (Pa) Delta P totale (Pa) Salle Operations 1 T01 0.51 34.66 H14 1000 1035.17 Salle Operations 2 T01 0.50 34.75 H14 1000 1035.25 Salle Operations 3 T01 0.51 34.11 H14 1000 1034.62 Salle Operations 4 T01 0.51 30.15 E12 600 630.66 Salle Operations 5 T01 0.49 32.62 E12 600 633.11 Salle Operations 6 T01 0.50 30.40 E12 600 630.9 Salle Operations 7 T01 0.51 35.12 E12 600 635.63 7.4. Méthode de sélection de ventilateur 7.4.1. Méthode de calcul de la pression totale du ventilateur Le dimensionnement du ventilateur se fait en suivant les étapes suivantes : 1) Déterminer les pertes de charges dans chaque tronçon. 2) Repérer le circuit le plus défavorable, c'est-à-dire qui a la perte de charge totale maximale. 3) déterminer le ventilateur en calculant sa pression disponible à l’aide de relation suivante : 𝑃𝑡,v = ∆𝑃 + 𝑃𝐵𝑜𝑢𝑐ℎ𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒 (43) Avec :
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    59 ∆𝑃 = ∆𝑃l+ ∆𝑃s + ∆𝑃𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 (44) Où : Pt,v : pression totale du ventilateur [Pa]. P soufflage : pression totale nécessaire au dispositif de soufflage (Plafond de soufflage, bouche de soufflage…) pour fonctionner correctement (donnée du constructeur) [Pa]. ΔP : Perte charge totale du circuit le plus défavorisé, et qui est la somme de toutes les pertes de charges singulière, linéaire et par filtration [Pa]. ΔPFiltration : Perte de charge due aux filtres installés [Pa]. 7.4.2. Résultats de dimensionnement des ventilateurs Pour notre cas des salles du bloc opératoire, la perte de charge totale du circuit le plus défavorisé correspond à la somme des pertes de charge totales dans chaque tronçon. Donc en ajoutant la pression du plafond de soufflage on obtient la pression du ventilateur de soufflage qu’on a fixé sa valeur à une valeur moyenne de 150 Pa. Tableau 31:Résultat des valeurs de sélection des ventilateurs de soufflage salle Débit de ventilation (m3/h) Delta P (Pa) P soufflage (Pa) Pression de ventilateur de soufflage (Pa) Salle Operations 1 3600 1035.17 150 1185.17 Salle Operations 2 3600 1035.25 150 1185.25 Salle Operations 3 4500 1034.62 150 1184.62 Salle Operations 4 4500 630.66 150 780.66 Salle Operations 5 4500 633.11 150 783.11 Salle Operations 6 3600 630.9 150 780.9 Salle Operations 7 3600 635.63 150 785.63 Conclusion Il est donc clair que les exigences de la norme NFS-90 351 engendrent des effets remarquables sur la consommation d’énergie. Cela est dû au taux de brassage, qui est trop
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    60 élevé dans leszones à risque 3 et 4. De plus, la pression totale des ventilateurs dans le bloc opératoire est élevée. Cela est en raison des pertes de charges causées par les filtres E12 et H14 utilisés simultanément dans les zones à risque 3 et 4. Ce calcul de traitement d’air effectué pour le bloc opératoire est valable pour toutes les autres salles à risque.
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    61 Conclusion générale : Lemaintien des niveaux de propreté des ambiances maitrisées contre les risques de contamination dans les milieux hospitaliers est devenu de plus en plus une priorité du génie climatique et énergétique. Dans cette perspective, l’association française de normalisation a élaboré la norme NFS90-351 comme un outil pour une bonne conception, installation et exploitation des centrales de traitement d’air de ces locaux bien spécifiques. C’est dans ce cadre que s’inscrit notre projet de fin d’études, au sein de la DEM au ministère de la santé, et qui se fixe comme objectif majeur de travailler sur la conception et dimensionnement d’un système CVC Innovant pour un centre hospitalier régional (400 lits) et un hôpital de proximité (45 lits) tout en respectant les exigences des normes. Pour ce faire, une recherche bibliographique a permis de prendre connaissance des textes réglementaires, normatifs et de bonnes pratiques afin de comprendre les enjeux des zones à environnements maitrisés. Nous avons également, réalisé une étude bibliographique des différents systèmes de climatisation, opté pour le choix des centrales de traitement d’air hygiéniques avec un caisson de mélange pour les zones à environnements maitrisés (Risque 2,3 et 4). Avant de passer à la phase de dimensionnement, nous avons évalué les besoins en chauffage et en climatisation de l’imagerie médicale et du bloc opératoire, tout en comparant les résultats du calcul manuel avec ceux obtenus par le logiciel HAP, ce qui a dégagé une erreur faible Ensuite, en se basant sur les résultats du bilan thermique et en respectant les exigences de la norme NFS90-351 nous avons déterminé les types de systèmes capables d’assurer le confort thermique et hygiénique dans le bloc opératoire et dans l’imagerie, ainsi que le dimensionnement du réseau aéraulique.
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    62 Bibliographie: Site Web : [1]http://www.dimclim.fr [2] http://energieplus-lesite.be [7] http://ashrae-meteo.info/index.php?lat=33.37&lng=-7.58&place=''&wmo=601560 Ouvrage : [3] Norme NF EN ISO 14698 : Principes généraux (maitrise de la bio contamination) [4] Norme NF-S 90 351 2013 : Salles propres et environnements maitrisés apparentés [5] ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS 2009 [6] Règlement Thermique de Construction au Maroc - Version simplifiée, AMEE. [8] Catalogue des produits (Plaques) de Placo Saint-GOBAIN [9] NF EN 673 Avril 2011Verre dans la construction - Détermination du coefficient de transmission thermique, U - Méthode de calcul [10] NF EN 779 Septembre 2012Filtres à air de ventilation générale pour l'élimination des particules - Détermination des performances de filtration [11] Aide-mémoire Génie Climatique – Deuxième éditon, Auteur : Jean Desmons [12] NF EN 13053/IN1 Octobre 2011Ventilation des bâtiments - Caissons de traitement d'air - Classification et performance des unités, composants et sections. [13] Recknagel
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    64 ANNEXE 01 Classification desSystèmes de climatisation [2] On distingue 4 grandes familles de systèmes de climatisation en fonction du mode de transport de l'énergie frigorifique. Le rafraîchissement des locaux peut en fait se faire :  Par l'intermédiaire d'un réseau d'air (Famille des systèmes tout-air) ;  par l'intermédiaire d'un réseau d'eau froide ou d'eau glacée (Famille des systèmes tout-eau)  Par l'intermédiaire d'un réseau d'air et d'eau (système mixte).  par contact direct entre l'air à refroidir et l'évaporateur de la machine frigorifique (Famille des systèmes à détente directe). Chaque famille contient très grande variété d’installations de climatisation. Néanmoins, aucun système n’est capable de répondre à tous les cas posés. Chaque projet doit faire l’objet d’une étude spécifique prenant en compte les différents critères parmi lesquels on peut citer : les contraintes de construction, le service à rendre à l’usager, l’enveloppe financière pour la construction et l’exploitation, la qualité de l’ambiance et le respect de l’efficacité énergétique. 1. Les installations centralisées "tout air" : Puisque de l'air hygiénique doit de toute façon être apporté aux occupants, la première idée consiste à profiter du réseau de distribution d'air pour fournir la chaleur ou le froid demandés par les locaux. Le principe de base d'une installation "tout air" est double : fournir aux occupants de l'air neuf hygiénique et assurer le traitement thermique des locaux. L'air est donc préparé en centrale et distribué dans les différents locaux. L’objectif des installations (tout air) est, entre autres, l’évacuation des charges thermiques. Ces charges n’étant pas constantes, le fonctionnement des installations tout air doit être régulé afin d’assurer une qualité d’air constante. Par la suite, on va développer les installations à débit d’air variable (installations VAV) qui fonctionnent avec un débit d’air variable et une température constante d’air soufflé et les installations à débit d’air constant (installations VAC) qui fonctionnent avec un débit d’air constant et une température variable de l’air soufflé.
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    65 Installations mono-conduit àdébit d’air constant (VAC) La dénomination d’installation à débit d’air constant vient du fait que le débit d’air soufflé dans un local est fixe pour ce type d’installation. En revanche, le débit d’air total du ventilateur peut être tout à fait variable.  Système uni-zones Dans ce type d’installation, l’air est traité dans une centrale puis est distribué à un ou plusieurs locaux par un conduit. Lorsqu’il s’agit de traiter plusieurs locaux, la qualité de l’air distribué est identique dans tous les locaux. Les installations de traitement de l’air de ce type sont essentiellement utilisées pour des locaux de grande taille tels que des halls, salles de conférence, théâtres, cinémas, etc. Les installations de climatisation et de conditionnement de l’air sont conçues de telle façon qu’elles prennent en charge à la fois le chauffage et le refroidissement lorsqu’il s’agit d’édifices à local unique comme les théâtres, les cinémas, les salles de conférence… Variantes du système uni-zone : Réseau sous haute pression Pour réduire l'encombrement, l'air est préparé en centrale dans le caisson de traitement d'air, puis conduit à haute vitesse vers le/les locaux. On parle alors de système "tout air, à débit constant, mono gaine, uni-zone, haute pression" Figure 19:Classification des systèmes de climatisation
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    66 Chauffage par radiateurs Lechauffage peut être assuré indépendamment, par un réseau de radiateurs en allège des fenêtres par exemple. Mais la régulation de la température des ambiances n'est pas toujours simple car il peut y avoir conflit entre les deux systèmes. Recyclage partiel En vue de diminuer les coûts d'exploitation, l'air extrait peut être recyclé partiellement. Figure 20:Système mono-conduit uni-zone Figure 21:Système mono-conduit uni-zone avec réchauffage par radiateur
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    67 Des registres motorisésmodulent les débits d'air recyclé et d'air rejeté. Le débit d'air neuf peut donc varier mais sans jamais descendre sous le débit minimal d'air neuf hygiénique en période d'occupation. Récupération de la chaleur sur l'air extrait Pour récupérer l'énergie contenue dans l'air extrait tout en évitant généralement tout risque de contamination, l'air sortant croise l'air neuf entrant dans un échangeur de chaleur. Humidification par humidificateur à vapeur Dans ce cas, la batterie de post-chauffe peut être supprimée. Domaine d’application Le système "tout air" a de l'intérêt lorsqu'un débit d'air élevé et constant est souhaité.... Le système "tout air - uni zone" a de l'intérêt lorsque : Figure 22:Système mono-conduit uni-zone avec recyclage partiel Figure 23:Système mono-conduit avec humidificateur à vapeur
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    68  Un seullocal est à climatiser, généralement de grand volume : salle de spectacles, salle d'opération, salle de réunion, ...  Il existe plusieurs locaux dont le fonctionnement thermique est similaire et pour lesquels un respect strict des consignes de température n'est pas imposé : plusieurs bureaux similaires sur une même façade, ...  Il y a présence de locaux à chauffage très intermittent comme des salles de réunion, de spectacles. Dans ce cas, la variante avec système de chauffage complémentaire par radiateurs permet d’assurer un chauffage de base entre 10 et 15°C en période de non- occupation, et une mise en confort très rapide dès l’arrivée des personnes (ou par horloge). Ce système est économique et supprime la surchauffe des locaux en période de forte occupation grâce aux possibilités de ventilation et de rafraîchissement, et à la faible charge des parois. Le système "tout air - uni zone" a de l'intérêt dans le cas où les charges thermiques varient mais que les locaux peuvent être regroupés en zones de fonctionnement thermique similaire (et pour lesquels une modulation limitée des consignes de température est requise) : le placement de batteries terminales permettra alors de répondre plus précisément aux besoins. Avantages  Simplicité globale,  Facilité de dimensionnement,  Régulation simple, fiable et centralisée,  Fonctionnement stable, donc coût de maintenance réduit,  Pas d’alimentation en eau chaude ou froide dans les locaux, sauf si la variante avec batteries de réchauffage en eau chaude est choisie,  Faible niveau sonore, sauf avec les installations haute pression,  possibilité d’utilisation d’air extérieur pour le refroidissement gratuit (free cooling),  contrôle de l’humidité relative en centrale et de l’empoussièrement. Inconvénients  Le débit d'air est constant. Or il est dimensionné pour la situation extrême, généralement celle de l'été, en période de canicule avec un soleil de plomb ! Conclusions : de tels débits entraînent une consommation élevée des ventilateurs et, dans certains cas, de l'inconfort toute l'année.  La consommation élevée du ventilateur devient très élevée dans le cas des installations à Haute Pression.  L'encombrement de la centrale et du réseau de gaines (gros débits, section importante des conduites d'air neuf, d'air pulsé et d'air extrait).  Système multi zones
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    69 Les installations monoconduites évoquées précédemment ont l’inconvénient de distribuer un air de caractéristiques identiques à tous les locaux raccordés. Ceci n’est possible que si les charges thermiques à traiter dans les locaux sont quasiment les mêmes à un moment donné. En pratique, ce n’est généralement pas le cas et afin de remédier à cela, on est conduit à prévoir une installation de traitement d’air multizone. Lorsque les charges thermiques sont différentes, chaque zone bénéficiera indépendamment des autres d’un air aux caractéristiques adaptées. La figure précédente représente une installation avec trois batteries de réchauffage pour trois zones. Dans cette configuration, la centrale de traitement doit être sélectionnée en fonction du local le plus défavorisé. Dans les Figure 24:Représentation schématique d’une installation à débit d’air constant avec possibilité d’isolement de locaux individuels 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
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    70 locaux où lacharge de refroidissement est relativement faible ou inexistante, la température de l’air soufflé est élevée par le passage sur la batterie de réchauffage locale, ce qui entraîne une hausse de la consommation d’énergie. On peut également placer des batteries de refroidissement dans les zones, sur le principe de la figure précédente et décentraliser l’humidification de l’air dans les différentes zones. Cela suppose cependant un investissement plus important Installations mono conduit à débit d’air variable (VAV) Reste des cas où l'installation "tout air" se justifie par la nécessité d'apporter beaucoup d'air aux locaux : un immeuble avec une large zone centrale, de larges plateaux intérieurs, de nombreuses salles de réunion, ... Ce sont des zones à alimenter en air hygiénique et à refroidir toute l'année. C'est là que la climatisation par pulsion d'air froid se justifie le mieux, notamment parce que l'air froid sera distribué "gratuitement" durant une bonne part de l'année en utilisant l'air extérieur (free-cooling). Si l'on pressent que la présence des personnes sera fluctuante dans le temps, on pourra valoriser la technologie d'aujourd'hui qui adapte le débit d'air aux besoins : cette fois, la température de l'air est maintenue d'une manière uniforme toute l'année (par exemple 16°C) mais on fait varier le débit d'air introduit dans chaque local en fonction de ses besoins thermiques. Cet ajustement des débits est réalisé au moyen de boites terminales VAV (variable air volume) sous la dépendance des thermostats d'ambiance. Les dimensions de la centrale de traitement d'air seront réduites par rapport à un système à débit d'air constant car on va profiter de la non-simultanéité des charges et des occupations des locaux qui se trouvent sur des façades différentes. Mais des défauts résident :  dans la lourdeur technologique des équipements (clapet d'air, ventilateur à débit variable, ...) et de leur régulation.  dans la mise au point de l'installation qui ne semble pas évidente.  dans le coût d'investissement initial qui est élevé.  dans l'encombrement des conduits (comme tous les systèmes "tout air").  dans le manque de souplesse pour répondre à des besoins variables à l'intérieur d'une même zone; la température de pulsion étant uniforme au sein d'une zone, si un local est à refroidir au sein d'une zone à chauffer... problème.
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    71 Cependant, si lesystème "tout air" est choisi pour la climatisation d'un immeuble de bureaux, le VAV est assurément la meilleure solution sur le plan énergétique, dans la mesure où le coût du transport est optimalisé (on ne transporte que le débit d'air nécessaire) et dans la mesure où la capacité de refroidissement de l'air extérieur est valorisée, tant en journée (free-cooling diurne en hiver et en mi-saison) que durant la nuit (free-cooling nocturne pour décharger le bâtiment durant la nuit en été). Les coûts d'exploitation seront donc réduits. Le chiffre de 20 % d'économie thermique et électrique (ventilateur) est couramment cité, entre un VAV simple (sans réchauffage terminal) et un système unizone à débit constant. Les locaux périphériques devront être équipés d'éléments chauffants pour assurer les besoins de chauffage durant les périodes froides de l'hiver : un réseau de radiateurs peut être prévu en façade ou des batteries de chauffe terminales peuvent compléter le réseau d'air. Installations double gaines Le système de conditionnement d'air "tout air, à débit constant, double gaine" est un système où deux niveaux de température d'air sont préparés en centrale, puis distribués par deux gaines distinctes vers le/les locaux. On l'appelle également "dual duct". En pratique, un caisson central assure un premier niveau de préparation de l'air (par exemple jusque 16°), puis une batterie de post-chauffe et une de refroidissement préparent de l'air chaud et de l'air froid, distribués dans deux gaines différentes. Des boîtes de mélange sont Figure 26:Représentation schématique d’une installation à débit d’air variable
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    72 prévues à l'entréede chaque local, ou zone de locaux ayant des besoins similaires. Chaque registre de mélange est piloté par un thermostat d'ambiance. En voici un exemple : 2. Les installations décentralisées "sur boucles d'eau" L'eau est utilisée comme fluide caloporteur des calories ou les frigories. Le groupe central de traitement d'air est remplacé par des appareils terminaux complets (avec ventilateur), et où toute la production thermique est réalisée par des batteries alimentées en eau (ex : ventilo- convecteur ou unité de traitement d'air). En effet, l'air neuf hygiénique est traité en centrale, puis apporté dans les locaux au moyen d'un réseau de conduits, tandis que la chaleur et le froid sont apportés vers des unités de traitement terminales situées dans les locaux, via une boucle d'eau chaude et une boucle d'eau froide ou d'eau glacée. Cette séparation entre la ventilation et l'apport thermique au local est de plus un gage de bonne régulation. Le mode de régulation de la température peut se faire local par local et est très accessible à l'utilisateur, ce qui est un confort apprécié. Une liaison par bus de communication des différentes unités terminales est possible, ce qui permet une régulation et une gestion globale de qualité par la GTC (Gestion Technique Centralisée). Pour cette famille, les fonctions sont séparées  L'air neuf hygiénique est traité en centrales, puis apporté dans les locaux au moyen d'un réseau de conduits. Figure 27:Représentation schématique d’une installation double gaine
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    73  La chaleuret le froid sont apportés vers des unités de traitement terminales situées dans les locaux, via une boucle d'eau chaude et une boucle d'eau glacée. Comme unités terminales, on retrouve les ventilo-convecteurs, les pompes à chaleur sur boucle d'eau, les plafonds rafraîchissants,... Trois problèmes sont résolus : 1. Seul de l'air neuf est véhiculé, limitant ainsi le risque hygiénique lié au recyclage partiel de l'air vicié (en quelque sorte, il s'agit d'une ventilation "double flux", améliorée par un traitement local en température et humidité). 2. L'encombrement est limité puisque l'eau transporte de la chaleur (ou du froid) avec 3 000 fois moins de volume que l'air. De simples tuyauteries suffisent. 3. Le transport de la puissance frigorifique ou calorifique se fait par l'eau, au moyen d'une pompe dont la consommation sera nettement moins consommatrice que le ventilateur correspondant au système "tout air". Solution 1 : le ventilo-convecteur Parmi la famille "air-eau", le ventilo-convecteur est sans aucun doute le système le plus fréquemment utilisé. Les avantages : • Une souplesse d'adaptation aux variations de la charge dans les locaux, puisqu'il permet une régulation local par local. Un arrêt de l'équipement est même possible localement, chose difficile à faire avec une installation par éjecto-convecteur ou plafonds froids, arrêt volontaire ou forcé (un contact d'ouverture de fenêtre peut imposer l'arrêt). • Une large gamme de puissance (par opposition aux systèmes par plafonds froids rayonnants qui sont limités à ce niveau). • Une bonne adaptation aux exigences actuelles en matière de découpage des zones périphériques des bâtiments à structure répétitive (un appareil par module de façade, par exemple). Mieux, rien n'empêche d'installer initialement un appareil pour deux modules et, moyennant les réservations nécessaires sur les collecteurs hydrauliques, de pouvoir ultérieurement greffer un échangeur supplémentaire si la puissance frigorifique augmente ou si une cloison est créée. • Un faible encombrement, permettant notamment aux appareils de prendre facilement la place des radiateurs en cas de rénovation du bâtiment. • Une possibilité de libérer le sol s'il est accroché au plafond ou intégré dans le faux plafond.
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    74 • Un coûtmodéré à l'investissement, même si les exigences de qualité attendues en matière de régulation peuvent parfois faire augmenter les budgets. • Un coût modéré à l'exploitation, du moins s'il est comparé aux systèmes "tout air". Il est toutefois battu sur ce plan par les installations par plafonds froids, par exemple, notamment suite aux fonctionnements des ventilateurs. • Une possibilité de valoriser la performance d'une chaudière à condensation en hiver puisque le réseau d'eau chaude peut fonctionner à très basse température. Les inconvénients : • L'impossibilité du ventilo-convecteur de contrôler le taux d'humidité de la pièce, mais ce n'est généralement pas un critère gênant pour un immeuble de bureaux puisqu'on peut réaliser cet objectif à partir de l'air hygiénique. • Le niveau de bruit qui est directement lié à la vitesse du ventilateur et à la surface du ou des batteries d'échange (il faut être très strict dans le niveau de bruit à imposer au cahier des charges). • La difficulté de réaliser une bonne intégration dans l'habillage et vis-à-vis de la grille de pulsion. • La difficulté d'assurer un confort thermique correct, notamment sans courants d'air dans la zone de travail • Les débits d'air hygiéniques sont constants et limités à 1 ou 2 renouvellements horaires du local. Il est donc impossible de réaliser du free-cooling sur l'installation, c'est-à-dire de profiter de l'air frais et gratuit extérieur. Solution 2 : le plafond rafraîchissant De l'eau froide circule dans des conduites fixées sur le faux plafond métallique du local. Des avantages appréciés  Le confort est meilleur que dans les systèmes traditionnels (par ventilo-convecteurs par exemple) : 1. Parce que l'apport de froid par rayonnement est plus stable (inerte) et mieux réparti spatialement que l'apport de froid par air. L'impression d'avoir "la tête au frais" est agréable. 2. Par la diminution des courants d'air froid et des déplacements de poussières dans les locaux, puisque le débit d'air est limité au débit hygiénique. A noter que ce débit d'air neuf est souvent augmenté (doublé) pour pouvoir contrôler
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    75 l'humidité en périodeestivale. Ce qui exige un soin tout particulier dans la façon de distribuer l'air. 3. Par l'absence de bruit : fonctionnement statique, sauf débit hygiénique. La préparation d'eau glacée à une température "élevée" de 15°C environ permet la sélection d'une machine frigorifique avec un excellent coefficient d'efficacité frigorifique (ou "COP frigorifique"). Cette propriété n'est effective que si une machine frigorifique est spécifiquement prévue pour l'alimentation en eau froide des plafonds. Elle est en partie perdue si la même machine frigorifique est utilisée pour préparer l'air neuf déshumidifié ...  Cette température élevée permet d'imaginer, durant une bonne partie de l'année, un refroidissement direct de l'eau glacée soit dans un aéro-refroidisseur, soit dans une tour de refroidissement en toiture, en by-passant ainsi la machine frigorifique. Cette technique est généralement appelée "free-chilling". La consommation liée au froid se résume à l'alimentation des pompes de circulation ! La présence d'une source d'eau froide naturelle peut également être mise à profit (rivière, lac, ...).  Le confort apporté par le rayonnement froid au-dessus des occupants permet une augmentation de 2°C de la consigne de température ambiante des systèmes traditionnels (température max = 26°C ou 27°C, au lieu des 24 ou 25°C habituels pour des ventilos ou des poutres froides, par exemple). Il s'en suit une légère réduction de la puissance frigorifique nécessaire (entre 4 et 10 %) mais surtout une augmentation des capacités de travailler en free-cooling nocturne puisque l'on peut davantage profiter de l'effet "tampon" du local qui peut démarrer sa journée à 21° et la terminer à 27°C.  Les coûts d'exploitation énergétiques sont plus faibles que dans le cas des systèmes traditionnels (ventilo-convecteurs par exemple). Une étude de cas réalisée par Tractebel Development Engineering précise ce facteur. On épargne la consommation des ventilateurs des ventilo-convecteurs, mais on augmente un peu la consommation des pompes de distribution de l'eau puisque qu'un delta T° aller-retour de 2 à 3 K est réalisé contre 5 à 6 K pour les ventilos.  La régulation est en partie auto-adaptative : une augmentation des charges du local provoque une augmentation de sa température et donc une augmentation de la puissance de refroidissement.  L'entretien est réduit.  L'encombrement au sol est nul, ce qui peut être également le cas avec des ventilo- convecteurs en plafond, mais ils génèrent alors nettement plus d'inconfort lié à la pulsion d'air.
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    76  Le traitementdes zones internes par ce système est moins encombrant que par ventilo- convecteurs. Des inconvénients qui peuvent limiter l'application des plafonds froids :  La puissance frigorifique reste très limitée par rapport aux systèmes à ventilo-convecteurs : de l'ordre de 90 W/m² de plafond actif. Si ce système doit vaincre des apports internes importants (bureautique, éclairage, occupants), la réserve disponible pour les apports solaires n'est que de l'ordre de 25 W/m². Ceci sous-entend que les apports solaires des vitrages soient limités :  soit par la conception du bâtiment créant des ombres portées,  soit par la mise en place de protections solaires extérieures,  soit par le placement de stores intérieurs clairs combinés à des vitrages performants,  soit par la configuration des lieux (bureaux paysagers, salles profondes).  Le coût d'installation est plus élevé que le système des ventilo-convecteurs, surtout en rapport à la puissance frigorifique fournie.  Ce coût est notamment lié à la régulation que l'on rend parfois assez sophistiquée pour éviter tout risque de condensation. Ce risque doit cependant être évalué à sa juste mesure.  Par rapport au ventilos, le chauffage en hiver reste à imaginer. Plusieurs solutions sont possibles :  soit un chauffage de l'air pulsé (mais les débits ne permettent de couvrir que peu de déperditions, le bâtiment doit donc être fort isolé au départ),  soit le chauffage par le plafond (mais inconfortable),  soit un chauffage par le plafond limité aux premiers panneaux situés en façade (plus confortable, mais limité en puissance),  soit un chauffage traditionnel par radiateur (solution généralement appliquée en rénovation puisque l'on peut récupérer l'installation existante).  Le système requiert une hauteur de faux plafond disponible, mais limitée (par exemple 160 mm). Les conduits d'air d'un diamètre de 150 mm (max) posent nettement moins de problèmes qu'avec un système "tout air".  L'inconnue sur la tenue dans le temps de ce type de produit (problèmes hydrauliques, manque de performance dans les circuits mal éventés, ...) diminue progressivement, l'expérience étant maintenant d'une bonne dizaine d'années. Ce risque peut être limité par un suivi de réalisation rigoureux.
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    77 3. Les appareilstravaillant en "détente directe" : L’échange est effectué directement entre le fluide frigorigène et l’air. La régulation s’effectue par contrôle de la température de l’air à l’entrée de l’évaporateur. L'air refroidit par l'évaporateur est pulsé par un ventilateur généralement à trois vitesses. La sélection de la vitesse du ventilateur reste à la disposition de l'utilisateur. Ces appareils ne peuvent résoudre qu'un problème de climatisation limité à un ou quelques locaux : la climatisation d'une salle informatique, d'une cafétéria, d'un hall d'atelier, ... etc. On les retrouve dans des bâtiments qui ne sont pas munis de production centrale de froid, dans des ajouts de locaux ou dans les cas où il faut assurer en secours du froid pour une fonction vitale On retrouve dans cette famille les climatiseurs, armoires de climatisation, les roof-top,... mais ces appareils ne peuvent résoudre qu'un problème de climatisation limité à un ou quelques locaux : la climatisation d'une salle informatique, d'une cafétéria, d'un hall d'atelier, ... par exemple. Un seul type de système peut climatiser l'ensemble d'un immeuble, c'est le système dit "à fluide réfrigérant variable" (appelé VRV ou VRF, selon les constructeurs). Sa particularité est de véhiculer du fluide frigorigène dans les différents locaux et d'alimenter directement des échangeurs situés en allège ou en faux plafond. Suivant les besoins du local, l'échangeur peut fonctionner en mode froid (il est l'évaporateur de la machine frigorifique) ou en mode chaud (il est le condenseur de celle-ci). Il n'utilise aucun fluide intermédiaire (air ou eau). De là le terme d'appareil à "détente directe" : l'échangeur "froid" est parcouru directement par le fluide frigorigène. Cette caractéristique est performante au niveau énergétique puisque le coût du transport de l'énergie frigorifique est évité. De plus, les systèmes à fluide réfrigérant variable permettent de récupérer la chaleur entre les zones chaudes et les zones froides du bâtiment. 4. Système mixte Un système mixte suppose deux réseaux distincts : Un réseau d’eau (chaude et glacée) et un réseau d’air. Une centrale de traitement d'air, système mixte le plus utilisé, est un assemblage de modules ayant chacun une fonction précise et dont le rôle est de traiter et/ou modifier les caractéristiques de l’air qui y circule. Une partie de l’énergie nécessaire est véhiculée par l’air (Réseau de gaines), l’autre partie est véhiculée par l’eau (Réseau d'eau glacée et de l'eau chaude).
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    78 ANNEXE 02 Chauffage Dans unétablissement de santé, un équipement de chauffage assure le confort thermique des utilisateurs. Il répond également à leurs besoins en termes de fourniture d'eau chaude sanitaire. Le chauffage comprend généralement un générateur comme une chaudière ou une pompe à chaleur, ... qui alimente un ou plusieurs émetteurs de chaleur comme des radiateurs ou un plancher chauffant. Ceux-ci transmettent la chaleur produite dans le local à chauffer. Cette même chaudière ou cette même pompe à chaleur pouvant produire également de l'eau chaude sanitaire. Dans le cas général, le générateur est une chaudière gaz, fioul, ou bois et fournit de l'eau chaude à une température maximum inférieure à 90°. L'eau chaude de chauffage pouvant également être produite grâce à une énergie renouvelable avec par exemple des panneaux solaires thermiques. Cette eau chaude de chauffage peut également être produite par une pompe à chaleur générant de l'eau chaude à plus basse température (souvent inférieure à 60°C) eu égard aux performances du système thermodynamique de la pompe à chaleur. 1. Les systèmes de chauffage : 1.1 Le chauffage central: Le chauffage central désigne un mode de chauffage avec lequel on peut chauffer les différentes pièces d'une maison, d'un immeuble, ou d'une ville, à partir d'un seul générateur de chaleur communément nommé chaudière, ou chauffage urbain. La chaleur est acheminée au moyen d'un fluide caloporteur, dans des tuyaux, vers les radiateurs, ou directement au moyen d'air chaud, dans des gaines, vers les différentes pièces, comme c'est le cas pour les calorifères. La source de chaleur peut être la combustion d'un combustible (bois, charbon de bois, houille, gaz, fioul) ou l'électricité ainsi que la géothermie. Les composants du chauffage central :  Chaudière Les chaudières sont des appareils qui convertissent des combustibles en chaleur pour chauffer un fluide caloporteur: eau, air, huile. Elles sont habituellement fabriquées en métal ou en fonte. Les chaudières transfèrent la chaleur de combustion au fluide par un assemblage de tubes pouvant être des tubes à eau ou des carneaux de fumées. Les chaudières sont constituées généralement d’un brûleur ou d’un foyer de combustion, d’un échangeur de chaleur permettant de transmettre la chaleur de combustion à un fluide caloporteur (air, eau, huile),
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    79 qui transmettra cettechaleur à la distribution, et d’une cheminée d’extraction des gaz brûlés. Le tout est, en principe, isolé thermiquement de l’extérieur. Le système de combustion pour chacun des types de chaudière dépend du combustible utilisé. On distingue trois types principaux de systèmes de combustion: - chaudière à gaz naturel ou GPL (avec brûleur atmosphérique ou pressurisé); - chaudière au fuel; - chaudière à charbon.  Brûleur Le brûleur fuel a pour fonction de mélanger, dans des proportions correctes, l'air comburant et le fuel pour permettre la combustion. L'alimentation en air est assurée par un ventilateur qui puise l'air ambiant de la chaufferie. L'alimentation en fuel est assurée par une pompe qui puise dans le réservoir. La pompe a également pour mission de maintenir, via un régulateur, une pression suffisante au fuel pour permettre sa pulvérisation. L'électrovanne libère le combustible au moment déterminé par la programmation. Le gicleur assure la pulvérisation du fuel en des milliards de gouttelettes et le réglage du débit de fuel. On parle donc du "brûleur à pulvérisation" Figure 28:coupe schématique d'une pompe
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    80 Le brûleur gaza pour fonction de mélanger, dans des proportions correctes, l'air comburant et le gaz pour permettre la combustion. L'alimentation en air est assurée par un ventilateur qui puise l'air ambiant de la chaufferie. L'alimentation en gaz est assurée par une électrovanne et des régulateurs de pression.  Vase d’expansion Le vase d'expansion sert dans un premier temps à compenser les variations de volume que subit la masse d'eau de l'installation suite aux fluctuations de température Le deuxième rôle du vase d'expansion est de maintenir la pression dans l'installation quand celle-ci est complètement refroidie. Dans ce cas, la pression du vase doit empêcher une dépression dans l'installation et ainsi la pénétration d'air source de corrosion  Les radiateurs Un radiateur de chauffage est un échangeur thermique qui diffuse dans l'air ambiant par rayonnement et convection la chaleur (La répartition entre ces deux modes d'émission dépend du type de radiateur.) qui lui a été apportée par un fluide chaud qui circule à l'intérieur ou par Figure 29:brûleur à pulvérisation Figure 30:Le brûleur gaz
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    81 effet Joule. Lesradiateurs sont conçus de façon à diffuser le plus possible de chaleur, ce qui explique leurs formes souvent complexes dessinées à exposer le maximum de surface chaude au contact de l'air ambiant. Il existe plusieurs types de radiateurs: radiateur en fonte, radiateur à ailettes en alliage, radiateur à accumulation, panneau rayonnant, radiateur décoratif, radiateur soufflant, à gaz, etc. 1.2. Le chauffage par pompe à chaleur Une pompe à chaleur (PAC), aussi appelée thermopompe, est un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique (calories) d'un milieu à basse température (source froide) vers un milieu à haute température (source chaude). Ce dispositif permet donc d'inverser le sens naturel du transfert spontané de l'énergie thermique. Selon le sens du dispositif de pompage, une pompe à chaleur peut soit être considérée comme un système :  de chauffage si l'on souhaite augmenter la température de la source chaude,  de réfrigération si l'on souhaite abaisser la température de la source froide. Lorsque le but du dispositif de pompage est, à la fois, de chauffer et de refroidir, le système est alors considéré comme une thermo-frigo-pompe. Des pompes à chaleur se retrouvent ainsi dans de nombreuses installations telles que des réfrigérateurs, des climatiseurs et divers systèmes de chauffage La PAC comporte un compresseur (mécanique ou à absorption) qui comprime un gaz. Ce gaz comprimé s’échauffe et cède sa chaleur dans un échangeur appelé condenseur. Dans le condenseur le gaz condense en liquide, qui présente une température Tc supérieure à la température d’utilisation Tu. Le liquide tiède est alors détendu dans une vanne de détente et peut être évaporé à une température Te inférieure à la température Tf de la source froide. La Figure 31:Radiateur à éléments en fonte
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    82 chaleur nécessaire àl’évaporation est prise à la source froide dans l’échangeur de chaleur appelé évaporateur. Figure 32:chauffage par PAC
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    83 ANNEXE 03 Conception desmurs extérieurs Les murs extérieurs sont composés des couches suivantes :  Couche en mortier appliquée sur la façade intérieure et extérieure du mur.  Couche intérieure et extérieure ayant même type de matériau (briques rouges à 9 trous)  Couche intermédiaire isolante La figure ci-dessous est une représentation du principe de l’isolation thermique et phonique à travers les murs extérieurs : Figure 33:Principe d'isolement 1. Coefficient d’échange thermique Le coefficient de transfert thermique ou coefficient de transmission thermique est un coefficient quantifiant le flux d'énergie traversant un milieu, par unité de surface, de volume ou de longueur. L'inverse du coefficient de transfert thermique est la résistance thermique. Pour un matériau donné, le coefficient de transfert thermique est donné par la relation suivante :
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    84 𝑈 = λ 𝑒 Avec : U: Coefficient de transfert thermique du matériau (W/m².K) λ : Conductivité thermique du matériau (W/m.K) e : Epaisseur du matériau (m)  Coefficient global d’échange des murs extérieurs Le coefficient global d’échange est l’inverse de la somme des résistances thermiques des couches du mur extérieur. L’annexe 6 présente le résultat de calcul du coefficient global d’échange en fonction du matériau utilisé pour la couche intérieur et extérieur, tout en fixant le type d’isolation choisi « plaques expansées aux chlorofluorocarbures CFC ». Pour le cas du matériau de construction « briques rouges à 9 trous » on trouve la valeur du coefficient global d’échange du mur extérieur : 𝑈𝑚𝑢𝑟𝑒𝑥𝑡 = 1 eIsolant λIsolant + ecouches λcouches + 1 ℎ𝑖 + 1 ℎ𝑒 Avec : eIsolant : épaisseur de l’isolant (m) ecouches : épaisseur des couches intérieure et extérieure (m) λIsolant : Conductivité thermique de l’isolant (W/m.K) λcouches : Conductivité thermique des couches intérieure et extérieure (W/m.K) (1/hi)+(1/he): Résistances thermiques superficielles (0.17 m².K/W pour les parois verticales et 0.22 m².K/W pour les parois horizontales.) 2. Conception des cloisons Une hygiène irréprochable est primordiale en établissement de santé pour le confort des patients comme du personnel. Les blocs opératoires, les soins intensifs, les services des urgences ou les salles d’accouchement nécessitent une hygiène et une propreté exemplaires. Pour assurer la qualité de l’air, les composants du bâtiment ont un rôle important à jouer. Pour cela, les cloisons intérieures de l’hôpital sont réalisées par plaque de plâtre renforcée fibres de bois et à 2 bords amincis.
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    85 La technologie proposéepour le projet de l’hôpital de CHR de GUELMIM est Placo Impact Activ'Air® BA 13. Soit alors un coefficient d’échange des cloisons de 1.48 W/m².K 3. Conception de la toiture La toiture est composée d’un ensemble de couche présentée ci-dessous de haut vers le bas :  Revêtement : la partie qui recouvre la toiture  Mortier  Couche d’étanchéité : permet de rendre la toiture étanche à l'eau  Isolant : permet de réduire le transfert de chaleur  Pare-vapeur : empêche le cheminement et la stagnation de la vapeur d'eau à travers les différents couche de toitures ce qui diminue l’efficacité de l’isolant Figure 34:représentation de la structure  Elément porteur : permet de supporter l’ensemble des charges appliquées sur la toiture. Le tableau ci-dessous présente les différents matériaux de construction de la toiture ainsi que la résistance thermique de chaque matériau pour enfin calculer le coefficient d’échange global Tableau 33 : Couches de la toiture et coefficient global d'échange Couches de la toiture Épaisseur (cm) Conductivité (W/m.K) Résistance thermique (m²K/W) Plastique 2 0,2 0,10 Mortier (Masse 2 1,8 0,01
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    86 volumique sèche 2300) Bitumepur 5 0,17 0,29 Plaques expansées aux chlorofluorocarbures CFC 7 0,032 2,19 Polyéthylène/polythène, basse densité 0,5 0,33 0,02 Dalle pleine 20 cm 20 2,5 0,08 (1/he + 1/hi) 0,22 Résistance thermique totale (m²K/W) 2,91 Coefficient global d'échange de la toiture (W/m².K) 0,34 En effet, pour chaque élément de construction de la toiture, nous avons calculé sa résistance thermique qui est le rapport entre son épaisseur et sa conductivité thermique. Nous rajoutons à ces valeurs calculées, la valeur des résistances thermiques superficielles qui est de l’ordre de 0,22m².K/W pour les parois horizontales, et nous calculons la somme totale des résistances thermiques qui est de l’ordre de 2,91 m².K/W. Et finalement en inversant cette valeur nous obtenons le coefficient global d’échange de la toiture qui égal à 0,34 W/m².K 4. Conception des bais vitrées  Principe des bais vitrées Les baies vitrées permettent surtout l’aération et l’éclairage du local et peuvent servir pour chauffer le local de manière passive via l’énergie solaire, mais peuvent conduire à des surchauffes en été. Ces ouvertures peuvent être soit en simple vitrage, double (2 vitrées séparées par un gaz souvent l’air) ou triple (trois verres séparés par deux espaces de gaz souvent l’air)  Détermination du coefficient global d’échange La Norme européenne NF EN 673 (Avril 2011) spécifie une méthode de calcul du coefficient de transmission thermique des vitrages à surfaces planes et parallèles. On détermine la valeur du coefficient global d’échange du vitrage d’après l’annexe 7, noté Ug. Puisque les biais vitrés de l’hôpital de GUELMIM sont en double vitrage avec lame d’air, de dimensions 4-16- 4, avec un revêtement IR-E3, donc la valeur du coefficient global d’échange thermique est : 𝑈𝑔 = 1,4 𝑊/𝑚². 𝐾 5. Conception de plancher intermédiaire Les planchers intermédiaires sont en dalle pleine avec un plafond en plaque de plâtre B13. Le coefficient d’échange des planchers intermédiaires est de 2.38 W/m².K.
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    87 ANNEXE 04 Classes derisque selon le type d'activité Tableau 32:Classes de risque selon le type d'activité Blocs opératoires Types d’activité / actes Classe de risque Observation Salle d'orthopédie prothétique 4 a Pour l’activité avec implant articulaire Salle polyvalente, d'ORL/OPH et autre orthopédie 3 Pour l’activité sans implant articulaire Salle de chirurgie digestive et viscérale, urologie 3 Pour l’ensemble de l’activité Salle de chirurgie cardio-vasculaire 3 Salle de greffe d'organe 4 Salle d'opération des grands brûlés 4 a Dans le cas d’une utilisation dédiée Salle de neuro-chirurgie 3 Pour l’ensemble de l’activité Salle de chirurgie plastique, esthétique et reconstructrice 3 Pour les actes invasifs Salle d'obstétrique, gynécologie 3 Salle d'endoscopie 1 Salle d'endoscopie digestive avec pose d'endoprothèse : classe de risques 1 ou 2 Salle d'arthroscopie 3 Ou 2 selon analyse de risque et appréciation médicale Salle hémodynamique 3 Salle de soins pré opératoire (SSPO) 2 Si l’établissement de santé juge leur construction ou leur utilisation nécessaire Salle de soins post interventionnels (SSPI) 2 Circulation dans les blocs opératoires 2 Concerne la circulation d’accès aux salles d’opération Stockage dispositif médical stérile 2
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    88 Réanimation Types d’activité Classede risque Observation Chambre polyvalente 2 Chambre de réanimation néonatale 2 Chambre patients infectieux 2 Selon analyse de risque et appréciation médicale, il peut être utile que la chambre soit conçue pour être maintenue en dépression par rapport à son environnement Circulation réanimation 2 Hospitalisation Type de zone et activités associées Classe de risque Observation sur les activités Chambre d’hospitalisation standard 1 Chambre d’hospitalisation pour patients infectieux 1 Selon analyse de risque et appréciation médicale il peut être utile que la chambre soit conçue pour être maintenue en dépression par rapport à son environnement Chambre de soins intensifs 2 Cas général et unité de cardiologie Chambre de surveillance continue 1 ou 2 Se référer à la réglementation en vigueur Chambre de brûlés 4 a Selon analyse de risque et appréciation médicale Chambre unités protégées (hématologie) 4 a Chambre d’hématologie (hors unités protégées) 3 Chambre Unité de transplantation d'organes 3 Selon analyse de risque et appréciation médicale Chambre unité de post greffe 3 Selon analyse de risque et appréciation médicale Pharmacie et Pharmacotechnie Classe de risque Observation Radio pharmacie 2 Domaine réglementé (voir réglementation sur les radio-nucléides et BPP ch9) Reconstitution cytostatique 4 a Domaine réglementé (voir BPP) Fabrication solution parentérale 4 a Domaine réglementé (voir BPP)
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    89 Stérilisation Classe de risque Observation Zone deconditionnement et de stockage 2 Se référer à la réglementation et aux BPPH en vigueur Anatomo-Pathologie Classe de risque Observation Salle de macroscopie 1 Locaux à maintenir en dépression pour éliminer les conservateurs (vapeurs, etc.) Radiologie Classe de risque Observation sur les activités Salle d'imagerie interventionnelle 3 Une étude spécifique est à mener en fonction des caractéristiques spatiales et volumétriques de l’imageur et de l’activité Laboratoires Classe de risque Observation sur les activités Laboratoire de sécurité biologique À définir par l’établissement Domaine réglementé (voir norme NF EN 12128, Code du Travail Arrêté du 18 juillet 1994, Arrêté du 16 juillet 2007, Arrêté du 23 janvier 2013, Guide de la commission de génie génétique février 2001, etc.) Fécondation in vitro (FIV) 3 Sont concernés les locaux dédiés aux ponctions folliculaires
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    90 ANNEXE 05 Conditions extérieuresde calcul de la charge de chauffage et de climatisation Tableau 33:Conditions extérieures de calcul de la charge de chauffage et de climatisation Nom de la ville Longitude Latitude Altitude [m] T sèche en été [°C] T humide en été [°C] T sèche en hiver[°C] Agadir -9,57 30,38 23 37 22,8 4 Al-Hoceima -3,85 35,18 12,1 33 21,6 5 Béni-Mellal -6,4 32,37 468 43 22,1 -1 Bouarfa -1,95 32,57 1142 40 18,7 -2 Casablanca -7,67 33,57 57 32 23,2 5 Chefchaouen -5,3 35,08 300 38 25,9 -1 Dakhla -15,93 23,72 11 32 22,4 12 El-Jadida -8,52 33,23 270 29 21,7 5 Essaouira -9,78 31,52 7,1 29 16,9 8 Fès -4,98 33,97 571,3 41 21,7 -1 Guelmim -10,05 29,02 300 44 23,9 5 Ifrane -5,17 33,5 1663,8 34 18,6 -6 Kasba-Tadla -6,27 32,6 507 44 23,1 0 Kénitra -6,6 34,3 5 36 23.8 2 Khouribga -6,9 32,88 785 41 23,6 1 Laayoune -13,22 27,17 64 38 23,4 8
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    91 Larache -6,13 35,1846,7 37 24,3 4 Marrakech -8,03 31,62 463,5 43 24,6 3 Meknès -5,53 33,88 548,2 40 22,7 1 Midelt -4,73 32,68 1508 36 19,4 -3 Mohammedia -7,4 33,72 5 28 22,2 7 Nador -2,92 35,15 6,9 34 22,9 2 Nador-Aroui -3,02 34,98 178 37 25,6 1 Nouasseur -7,58 33,37 200 38 23,5 1 Ouarzazate -6,9 30,93 1136 40 20,7 -1 Oujda -1,93 34,78 465 40 23 -1 Rabat-Salé -6,77 34,05 75 35 22,2 4 Errachidia -4,4 31,93 1037,2 41 20,2 -2 Settat -7,62 32,95 480 40 22,7 1 Sidi-Ifni -10,18 29,37 49,5 35 23 11 Sidi-Slimane -6,05 34,23 52 43 25,5 1 Smara -11,67 26,67 110 46 26,7 7 Tanger -5,9 35,72 15,4 35 22,8 3 Tan-Tan -10,93 28,17 45 37 23,2 9 Taroudant -8,82 30,5 264 45 23,6 4 Taza -4 34,22 509,2 42 24,4 2 Tétouan -5,33 35,58 5 35 21,5 4
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    92 Tiznit -9,73 29,68260,5 39 22,8 5
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    93 ANNEXE 06 Matériaux deconstruction des murs extérieurs et leurs conductivités et résistances Tableau 34:Matériaux de construction des murs extérieurs et leurs conductivités et résistances Couches Conductivit é W/m.K épaisseur (m) Résistance thermique m².K/W Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 400) 0,145 0,200 1,379 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 450) 0,160 0,200 1,250 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 500) 0,175 0,200 1,143 Brique rouge 9 trous 0,181 0,200 1,105 Brique rouge 8 trous 0,190 0,200 1,053 Plaques de béton de vermiculite fabriquées en usine 0,190 0,200 1,053 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 550) 0,190 0,200 1,053 Brique rouge 6 trous 0,196 0,200 1,020 Bétons caverneux et semi-caverneux sans sable et ne nécessitant qu'un faible dosage en ciment 2 0,200 0,200 1,000 Brique rouge 12 trous 0,207 0,200 0,966 Brique rouge 3 trous 0,210 0,200 0,952 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 600) 0,210 0,200 0,952 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique 0,230 0,200 0,870
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    94 nominale 650) Bétons deperlite ou de vermiculite grade 3, dosage : 6/1 0,240 0,200 0,833 Bétons caverneux et semi-caverneux sans sable et ne nécessitant qu'un faible dosage en ciment 1 0,250 0,200 0,800 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 700) 0,250 0,200 0,800 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 750) 0,270 0,200 0,741 Bétons cellulaires traités à l'autoclave (Masse volumique nominale 800) 0,290 0,200 0,690 Bétons de perlite ou de vermiculite grade 3, dosage : 3/1 0,310 0,200 0,645 Bétons caverneux et semi-caverneux avec sable léger, sans sable de rivière 0,330 0,200 0,606 Bétons de cendres volantes frittées 0,350 0,200 0,571 Brique rouge pleine 0,370 0,200 0,541 Bétons de ponce naturelle 0,460 0,200 0,435 Bétons isolants porteurs avec sable léger, sans sable de rivière 0,460 0,200 0,435 Bloc de béton 3 trous 0,514 0,200 0,389 Bétons de pouzzolane ou de laitier expansé à structure caverneuse, masse volumique nominale 1500 0,520 0,200 0,385 Bloc de béton 6 trous 0,559 0,200 0,358 Bloc de béton 8 trous 0,584 0,200 0,342 Bétons isolants porteurs avec sable léger et au plus 10% de sable de rivière 0,700 0,200 0,286
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    95 Bétons de structureavec sable de rivière et sable léger 0,850 0,200 0,235 Bétons de structure avec sable de rivière, sans sable léger 1,050 0,200 0,190 Béton (Bétons caverneux, masse volumique nominale 1700) 1,150 0,200 0,174 Béton (Bétons pleins, masse volumique nominale 2500) 2,000 0,200 0,100
  • 112.
    96 ANNEXE 07 Différents typesd'isolation et leurs conductivités thermiques Tableau 35:Différents types d'isolation et leurs conductivités thermiques Type d'isolation Conductivité (W/m².K) Plaques expansées aux chlorofluorocarbures CFC 0,032 Plaques expansées avec des hydro chlorofluorocarbures HCFC 0,035 Autres plaques moulées à partir de billes (Masse volumique nominale 50) 0,038 Plaques expansées avec des hydrofluorocarbures HFC 134a ou 152a (Épaisseur inférieure ou égale à 60 mm) 0,039 Laines de verre (Masse volumique nominale 35) 0,039 Laines de verre (Masse volumique nominale 100) 0,039 Autres plaques moulées à partir de billes (Masse volumique nominale 35) 0,039 Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 26) 0,04 Laines de verre (Masse volumique nominale 130) 0,04 Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 26) 0,04 Plaques sans gaz occlus autre que l'air et le CO2 (Épaisseur inférieure ou égale à 60 mm) 0,041 Laines de verre (Masse volumique nominale 25) 0,041 Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 22) 0,042 Laines de roche (Masse volumique nominale 70) 0,042 Plaques moulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse 0,042
  • 113.
    97 volumique nominale 22) Plaquesmoulées en continu et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 17) 0,044 Laines de roche (Masse volumique nominale 110) 0,044 Laines de verre (Masse volumique nominale 17) 0,044 Laines de roche (Masse volumique nominale 140) 0,046 Laines de verre (Masse volumique nominale 12) 0,047 Plaques découpées dans des blocs moulés et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 14) 0,047 Laines de roche (Masse volumique nominale 190) 0,048 Laines de roche (Masse volumique nominale 20) 0,05 Plaques découpées dans des blocs moulés et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 11) 0,05 Laines de verre (Masse volumique nominale 8) 0,055 Plaques découpées dans des blocs moulés et conformes à la norme NF EN 13163 (EPS) (Masse volumique nominale 8) 0,056 Laines obtenues par soufflage sur plancher de comble 0,06 Autres laines minérales 0,065 Laines obtenues par épandage manuel sur plancher de comble 0,065 Tableau 36:Valeurs des coefficients globaux d'échange selon la norme NF EN-673 en W/m².K DIM U air 4-12-4 1,7 4-14-4 1,5
  • 114.
    98 4-16-4 1,4 4-20-4 1,5 4-10-41.8 4-12-4 1,6 4-14-4 1,5 4-16-4 1,4 4-20-4 1,4
  • 115.
    99 ANNEXE 08 Valeurs dela densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital Tableau 37;Valeurs de la densité des personnes dans les différents locaux de l'hôpital Local Valeur Unité Bureau individuel ; chambre individuelle 1 pers Bureau collectif ; espace de travail 10 m2/pers Chambre double 2 pers Salle de soins, prépa soin, consultation 5 m2/pers Office alimentaire, détente, salle de jour 4 m2/pers Salle d’opérations (y compris césariennes) 11 m2/pers Salle d’attente 1 pers/1,5m2 Salle à manger 1 pers/1,5m2 Salle de réunions 2,5 m2/pers Salle de cours / enseignement 2 m2/pers
  • 116.
    100 ANNEXE 08: Choix etdisposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N) Tableau 38:Choix et disposition des filtres de l'air selon les classes de propreté ISO (N)
  • 117.
    101 ANNEXE 09 : Pertesde charges finales recommandées des filtres Tableau 39:Pertes de charges finales recommandées des filtres Classe de filtre Perte de charge finale recommandée selon la norme EN 13053 G1 150 G2 150 G3 150 G4 150 M5 200 M6 200 F7 200 F8 300 F9 300 H14 Silent Hood 500 H13 Absolute 1FRK-V 500 H13 Absolute 1FRSI 500 Termikfil 2000 350 E10 Deltafil 500 E12 Deltafil 500 H13 Deltafil 500 H14 Deltafil 500
  • 118.
    102 H14 Absolute D-Pyro700 H13 Absolute D-Pyro 700 U15 Megalam MD15 500 U15 Megalam MX15 600 U15 Megalam MG15 800 E10 Megalam Haut débit 600 H14 Megalam Haut débit 600 U15 Megalam Haut débit 600 H14 Megalam MD14 500 H14 Megalam MX14 600 H14 Megalam MG14 800 E10 Megalam MD10 500 E10 Megalam MX10 600 E10 Megalam MG10 800 E11 Absolute ProSafe 600 H13 Absolute ProSafe 600 H14 Absolute ProSafe 600 E10 Absolute VGHF 500 H13 Absolute VGHF 500 H13 Absolute C 800 H13 Absolute DG 1000
  • 119.
    103 H14 Absolute DG1000 E10 Absolute VG XL, XXL 600 E11 Absolute VG XL, XXL 600 E12 Absolute VG XL, XXL 600 H13 Absolute VG XL, XXL 600 H14 Absolute VG XL, XXL 600
  • 120.
    104 ANNEXE 10 Valeurs dela rugosité en fonction de la composition de la gaine Tableau 40:Valeurs de la rugosité en fonction de la composition de la gaine Composition de la gaine Rugosité (mm) Acier Inox 0,05 acier revêtu de verre émaillé 0,0055 ABS 0,025 PVC 0,02 Aluminium 0,02 Caoutchouc 0,08 Acier (neuf) 0,05 Acier galvanisé à joint spiral 0,15 Verre 0,00575 Flexible en Aluminium 0,5 Fibre de verre 0,9 UPVC 0,003 PVDF (Agru) 0,007 PP 0,02 PE 0,025 Béton 0,15 Ciment 0,075
  • 121.
    105 RFV renforcé defibres de verre 0,03 Fer ductile 0,25 Fonte 0,625 Cuivre 0,00575
  • 122.
    106 ANNEXE 11 Les coefficientsde perte de charge singulière Tableau 41 : Les coefficients de perte de charge singulière
  • 123.
    107 ANNEXE 12 Plan deRDC du CHR de GUELMIM Figure 35:Plan architectural RDC du CHR de GUELMIM 1 : Consultation 2 : Imagerie médicale 3 : Archives médicales centrales 4 : Urgences 5 : Hôpital de jours de chirurgie 6 : Locaux de formation continue 7 : Soins néonatologie 8 : Réanimation 9 : rééducation fonctionnelle 10 : l’accouchement 11 : Bloc opératoire 12 : hémodialyse
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    108 ANNEXE 13 Taux deventilation de la norme ASHERAE
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