VENTILATION

CHAUFFAGE ET VENTILATION

DIMENSIONS DES CONDUITS, ET SURFACE DE CHAUFFE

Instructions de la commission pour le chauffage et la ventilation des écoles. — Cette commission, dont la création remonte à l’année 1874, avait pour mission d’étudier le meilleur mode de chauffage et de ventilation à appliquer dans les édifices municipaux. Elle se composait de MM. de Fontanges, ingénieur en chef de la voie publique, président ; Ser, ingénieur civil ; Davioud et Bourdais, architectes ; R. -Francisque Michel, ingénieur civil, secrétaire.

Les conclusions ont été résumées dans un rapport que nous reproduisons.

On peut, dit ce rapport, employer bien des procédés divers pour atteindre ce résultat (chauffer et ventiler un local) ; sans entrer dans la comparaison des différents systèmes, on peut dire, au point de vue spécial des écoles primaires, qu’il conviendra d’employer le chauffage dit à air chaud, c’est-à-dire par circulation d’air au contact de l’enveloppe du foyer et du tuyau de fumée, parce qu’il est à la fois plus économique et plus simple d’établissement que le chauffage à eau chaude ou à vapeur, et qu’il se prête mieux aux conditions d’un chauffage intermittent.

Mais le chauffage par l’air chaud peut s’obtenir de manières différentes, soit par un calorifère général chauffant un ensemble déclassés, soit par autant d’appareils indépendants qu’il y a de classes à chauffer.

La commission n’a pu encore faire les expériences et réunir les éléments nécessaires pour se prononcer sur le meilleur des deux systèmes. Toutefois, sans écarter d’une manière absolue le premier mode de chauffage, qui dans certains cas peut présenter des avantages, elle incline à penser que le dernier devra être plus généralement employé, parce que, avec l’appareil de combustion placé dans la classe même à chauffer, on évite les pertes assez notables de chaleur qui ont lieu dans le parcours de la canalisation d’arrivée et aussi parce que les dépenses d’installation sont beaucoup moins élevées.

Quel que soit le système, continue l’instruction, les conditions les plus importantes auxquelles les appareils doivent satisfaire sont les suivantes: 1° régularité du chauffage, c’est-à-dire uniformité de température dans toutes les parties habitées de la classe et aux diverses heures de l’occupation; 2° régularité de ventilation, c’est-à-dire passage d’air en quantité égale autour de chaque élève.

Pour satisfaire à la première condition quand l’appareil est placé dans la classe même, on comprend que le rayonnement de la surface doit être très modéré, afin que son action ne se fasse pas sentir trop vivement sur les places voisines, au préjudice des places les plus éloignées ; par conséquent, il faut que l’appareil soit muni d’une enveloppe peu conductrice.

Le tuyau de fumée apparent, qui, dans beaucoup d’écoles, traverse les classes, présente de nombreux inconvénients et doit être abandonné. Mais comme ce tuyau constitue une notable partie de la surface de chauffe, il faut trouver un moyen d’en développer ailleurs l’équivalent. Or si l’on observe que l’air chaud provenant de l’appareil tend toujours à monter directement au plafond, qu’il y soit ou non conduit par une enveloppe fermée, on comprendra que rien n’est plus facile que d’utiliser au développement des surfaces de chauffe tout ou partie de l’espace vertical situé au-dessus de la surface que cet appareil occupe sur le sol.

Ainsi l’appareil se compose d’un foyer et d’une surface de chauffe placée au-dessus ou à côté, le tout enfermé dans une enveloppe peu conductrice, ouverte à la partie haute pour laisser échapper l’air chaud qu’elle contient. Il sera muni d’une ou mieux de deux prises d’air extérieur, percées sur les faces opposées du bâtiment. Pour le premier étage, où les classes sont ordinairement situées, ces prises d’air pourront être, en général, pratiquées directement dans l’épaisseur des planchers et à travers les murs extérieurs, lorsque les rues ou les cours voisines présenteront de bonnes conditions de salubrité; mais lorsque les classes ou salles d’asile

CHAUFFAGE ET VENTILATION

seront à rez-de-chaussée, les prises d’air prenant accès près du sol et des ruisseaux, pourraient donner lieu à des entrées d’air chargé d’odeurs incommodes ou de miasmes insalubres; dans ce cas, il sera utile de reporter les prises à une certaine hauteur, en des points présentant les meilleures conditions de salubrité. Telles sont les dispositions à prendre pour assurer le chauffage et l’introduction dans les classes de l’air pur venant du dehors.

Pour enlever régulièrement l’air vicié par chaque élève, il faudra établir des bouches de départ en aussi grand nombre que possible, communiquant avec une canalisation réservée dans l’épaisseur même du plancher et aboutissant à une cheminée d’appel. Pour assurer une bonne répartition, il convient que chaque groupe de quatre élèves soit pourvu d’une bouche de départ. La forme et la disposition de ces bouches demanderont une étude attentive, pour ne gêner ni le balayage ni la circulation d’air sous les tables.

Les divers branchements de la canalisation dans le plancher se raccorderont avec les conduits principaux par des coudes arrondis, pour aboutir à la base de la cheminée d’appel de chaque classe. Pour que ces cheminées fonctionnent régulièrement, il faut chauffer l’air qu’elles contiennent ; le moyen le plus simple pour atteindre ce résultat consiste à faire entrer le tuyau de fumée de chaque appareil dans la cheminée d’appel qui lui correspond, au point le plus bas, c’est-à-dire près du plancher de la classe : la circulation de la fumée devra donc être disposée de telle façon que le départ ait lieu finalement par le bas ; toutefois, comme il pourrait arriver que rallumage fût rendu difficile par une telle disposition, il sera bon de ménager un moyen facile de mise en marche, par exemple une clef de réglage, dite Clef de pompe d'appel.

Afin de se mettre autant que possible à l’abri des influences du vent, les diverses cheminées d’appel de chaque classe, au lieu de déboucher directement au-dessus des toits, seront ramifiées entre elles dans les combles, pour aboutir finalement à une cheminée centrale s’élevant d’au moins 4 mètres au-dessus des toits. On fera passer dans l’axe de cette cheminée, en les réunissant en un seul, les tuyaux de fumée des appareils de chauffage les plus voisins. Ce tuyau unique devra s’élever de l mètre au moins au-dessus du chapeau de la cheminée centrale d’évacuation de l’air, afin d’éviter tout retour de fumée dans la ventilation.

Les dimensions à donner aux différentes parties des appareils dépendront, nous l’avons dit, de la nature même des constructions. Elles pourront en général être comprises entre les chiffres indiqués ci-après :

1° Section libre des prises d’air extérieur, de 35 à 45 centimètres carrés par élève ;

2° Section libre du canal vertical d’air chaud et des bouches d’arrivée au plafond, de 35 à 45 centimètres carrés par élève ;

3° Section libre des bouches de départ sous le parquet, de 60 à 80 centimètres carrés par élève ;

4° Section de la canalisation dans le plancher, de 40 à 60 centimètres carrés par élève

5° Section de la cheminée d’appel, de 30 à 40 centimètres carrés par élève ;

6° Surface de chauffe pour les classes cubant 4 mètres cubes par élève, suivant les conditions de déperdition plus ou moins grande de chaleur à travers les parois et surtout les parties vitrées et le plafond, de 400 à 800 centimètres carrés par élève.

Si dans les appareils il est employé des surfaces de chauffe à nervures, celles-ci ne devront jamais être comptées pour leur développement extérieur réel, mais seulement pour une fraction de ce développement, fraction qu’il n’est pas possible d’indiquer exactement aujourd’hui, aucune expérience scientifique n’ayant encore déterminé le coefficient de transmission de la chaleur dans les appareils de cette nature.

Vérification des prescriptions au rapport. — La commission de chauffage a été instituée par le département de la Seine, et les dispositions indiquées par elle ne sont imposées que pour la construction des écoles dans ce département. Mais ce document est fort bien étudié, et nous ne voyons pas de raison pour qu’il ne soit pas tout aussi bien appliqué ailleurs.

On pourrait cependant éprouver quelque doute en raison des modificatiens apportées, par le règlement récemment publié, dans les dimensions, la surface, la hauteur des classes. Il est bon de s’assurer que ces prescriptions, entre les limites assez larges qu’elles comportent, sont toujours applicables ; nous allons procéder à cette vérification.

En même temps elle servira d’exemple pour montrer comment s’établissent les calculs du constructeur pour le chauffage d’une école.

Supposons une classe de 50 élèves, c’est le plus haut chiffre qu’admette le règlement actuel; le plus souvent on ne dépassera pas désormais le chiffre de 40, mais il est prudent de compter sur un accroissement ultérieur de ce nombre. La surface exigée par élève est au moins de im<l.25 ; il faut donc supposer une surface de plus de 60 mètres carrés. La hauteur sera au moins de 4 mètres.

Il est facile d’en déduire les dimensions de la classe et la surface des parois. Nous admettrons que deux des murs soient exposés au dehors et sujets au refroidissement, les deux autres murs étant des murs intérieurs. La surface de parois exposées au refroidissement sera de 80 mètres carrés environ, dont 60 en parois pleines et 20 en surfaces vitrées.

DIMENSIONS DES CONDUITS ET SURFACE DE CHAUFFE

Le cube d’air à fournir par enfant et par heure, pour une suffisante aération, est estimé de 10 à 20 mètres cubes ; adoptons le chiffre moyen de 15 mètres cubes ; pour nos 50 élèves, c’est 750 mètres cubes par heure, ou 0n,c.208 par seconde.

Nous supposons le chauffage obtenu au moyen d’un poêle, ce qui est le cas le plus habituel ; c’est d’ailleurs celui que suppose l’instruction. L’évacuation est obtenue par l’établissement de gaines d’appel échauffées au moyen de la fumée du poêle.

On commencera par indiquer sur le projet l’emplacement des prises d’air, de la canalisation à établir sous le plancher pour amener l’air frais du dehors jusque sous le poêle ; de la canalisation chargée de conduire l’air vicié extrait en différents points de la salle, jusqu’au pied des gaines d’appel ; enfin l’emplacement de ces dernières qu’on prolonge verticalement jusqu’au-dessus des combles. Ces gaines sont parcourues sur toute leur longueur par le tuyau de fumée du poêle afin que l’air vicié s’échauffe ; cependant certains constructeurs envoient simplement la fumée dans le conduit d’évacuation, qui entraîne pêle-mêle la fumée et l’air vicié. Cette disposition est acceptable si le tirage est suffisant pour assurer une assez grande vitesse d’évacuation, 2 mètres, par exemple, et l’on utilise alors très bien la chaleur contenue dans la fumée ; on évite ainsi certains inconvénients, comme celui de donner de trop grands diamètres au tuyau de fumée lorsque la hauteur n’est pas très grande.

On y trouve encore cet avantage que l’échange de chaleur entre la fumée et l’air vicié est presque immédiat, tandis qu’il ne se fait que progressivement lorsqu’on interpose un tuyau de fumée. Dans le premier cas, sur toute la colonne , la température est la même ; dans le second, la température au bas de la gaine est celle de la pièce, réchauffement n’est complet que beaucoup plus haut. Le tirage est donc beaucoup plus actif, sans plus de dépense, dans le premier cas.

La section de ces conduites sera établie conformément à l’instruction, à raison de 40 centimètres environ par élève ; on aura soin d’élargir les orifices grillagés pour que la section libre reste égale à celle des autres parties de la conduite. Autant que possible, on cherchera à raccourcir les trajets de l’air et à éviter les coudes, afin de réduire les pertes qu’entraîne la résistance due au frottement, aux coudes, etc. Dans les conditions admises, la réduction de vitesse due à ces pertes inévitables varie

c’est-à-dire que la vitesse réelle d’évacuation

varie entre le tiers et la moitié de la vitesse qui résulterait théoriquement de la hauteur du tirage et de la quantité de chaleur dépensée. Plus on réduira la longueur du parcours, le nombre des coudes, des change-

ments de section, etc., et moins on perdra de vitesse ; et plus, avec la même quantité de combustible brûlé, on obtiendra une ventilation active.

Température de F air évacué. — Sur ces données nous pouvons déterminer les conditions de chauffage nécessaires pour obtenir la ventilation de 15 mètres cubes par élève. Nous déterminerons d’abord la température à laquelle il faut porter, dans les gaines d’extraction, l’air évacué; nous ferons cette détermination dans les deux cas extrêmes d’un froid descendant à — 10°, et d’une température moyenne de + 5°.

Nous voulons que, dans tous les cas, la vitesse de sortie de l’air vicié soit de 2 mètres, afin que l’évacuation soit bien assurée, qu’il n’y ait pas renversement du tirage. Si telle est la vitesse réelle, quelle serait la vitesse théorique ? Le coefficient de réduction variant de

^ à comme nous l’avons dit, la vitesse théorique varie

de 6 mètres à 4 mètres. Si nous admettons, par exemple, un coefficient de réduction intermédiaire, égal à 0.45, la

vitesse théorique devra être alors égale à soit 4m.40 environ.

Nous pouvons maintenant rechercher quelle doit être la température t de la fumée pour produire cette vitesse. Nous admettrons que la hauteur de tirage, dans les gaines verticales d’appel, est de 10 mètres ; c’est la hauteur habituelle.

Dans ces conditions on trouve (1) :

i° Avec H = — 10° :

Si £ = 30° II(£ — 0) = 10 x 40 = 400 et Y = 4.80,

La température qui fournit la vitesse théorique de 4m. 40 est donc de 20° à 25° environ ; il faut compter un peu largement, car il y a toujours quelque perte accessoire de tirage, l’air vicié n’étant pas immédiatement réchauffé par la fumée, surtout lorsque celle-ci circule dans un tuyau spécial, ainsi que nous le rappelions plus haut.

2° Avec 9 = + 5° :

Si £ = 35” Il(£ — 0) = 10 X 30 = 300 et V=4.20,

il faut porter l’air évacué à 40’ au moins, et plutôt 50®.

Quantité de chaleur à fournir : 1° Perte par les parois. — Nous allons évaluer la quantité de chaleur à fournir, qui comprend : la chaleur nécessaire pour compenser le refroidissement par les parois ; le chauffage de l’air pris au dehors et qu’il faut amener à la température de

(1) Voyez Chauffage et Ventilation des lieux habités, tableau graphique, n° 49. (Ducher et C‘c.)

CHAUFFAGE ET VENTILATION

la pièce; le suréchauffement de l’air extrait de la pièce et porté à une plus haute température dans la gaine d’évacuation.

Dans le premier cas, la pièce étant maintenue à 15°, et l’air étant à — 10°, la perte par les parois doit être calculée sur une différence de 25°, on trouve alors (1) pour la perte totale :

Calories.

Parois pleines 60”1 x 25 = 1,500

Surface vitrée 20m<Ix35 = 700

Planchers et plafonds. . . . 120mq x — = 1,500

Total 3,700

Dans le second cas, la température extérieure étant de -f[5°, la différence est de 10° seulement, et l’on trouve

Calories.

Parois pleines

Surface vitrée

20mq x 15 =

Planchers et plafonds. . . .

Total.

2° Chauffage de h air introduit dans la pièce. — Le volume total d’air à introduire par heure est de 750 mètres cubes, l’élévation de température est de 25° ; à raison de 0cal. 3 1 2 environ par mètre cube, il faut

750 x 0.312x 25 — 5,850 calories,

dans le premier cas. Dans le second, la différence n’est que de 10°, et il faut alors

750 x 0.312 x 10 = 2,340 calories.

3° Chauffage de F air évacué. — La température doit être portée, avons-nous dit, à 23° au moins, la différence est 23 — 15 ou 8° environ. La quantité de chaleur correspondante est

750x 0.312 x 8 = 1,870 calories,

dans le premier cas. Dans le second, la différence est 50° — 15 ou 35°, la quantité de chaleur est

750 x 0.312 x 35 = 8,190 unités de chaleur.

Chaleur totale. — En résumé, nous trouvons

1° Température extérieure, — 10°,

Perte par les parois 3,700 calories.

Chauffage de l’air introduit. . . . 5,850 —

— de l’air évacué 1,870 —

Total 11,420 calories.

2° Température extérieure, + 5°,

Perte par les parois 1,500 calories.

Chauffage de l’air introduit. . . . 2,340 —

— de l’air évacué 8,190 —

Total 12,030 calories.

On voit que la chaleur totale (1) reste à peu près la même dans les deux cas, et égale à 12,000 calories. Par les grands froids, il faut chauffer davantage l’air introduit et moins l’air évacué, car la ventilation se fait mieux, puisque la différence de température est plus grande entre l’intérieur et l’extérieur. Par les temps doux, on a moins à chauffer pour l’intérieur, mais la ventilation est plus difficile. C’est ainsi que s’établit une sorte de constance dans le chauffage total.

Mais il faut remarquer que les conditions de chauffage sont toutes différentes dans les deux cas : le poêle doit fournir, directement, par le contact de l’air introduit avec la cloche, la chaleur nécessaire pour compenser la perte par les parois et conserver la température intérieure supposée de 15°; ce sont les deux premiers chiffres de chaque total; la fumée doit fournir le dernier.

Ainsi, dans le premier cas, le poêle fournira 9,550 calories et la fumée 1,870; dans le second, c’est la fumée qui doit livrer 8,190 calories et le poêle 3,840 seulement. La marche du chauffage est complètement renversée. Les constructeurs ne se sont pas toujours assez préoccupés de ces conditions si différentes des deux services, et les poêles devraient recevoir quelques modifications pour se prêter mieux à un fonctionnement aussi variable. Pour bien faire, il faudrait que l’on pût faire varier la portion de la surface de chauffe mise en contact soit avec l’air introduit, soit avec l’air évacué : la surface totale restant la même, c’est l’air introduit qui, pendant l’hiver, parcourrait la plus grande partie de cette surface ; pendant l’été, c’est l’air évacué qui utiliserait au contraire la plus grande surface. Un jeu de vannes suffirait à ce renversement.

Lorsque l’appareil ne se prête pas à ces modifications, on est obligé de chauffer moins le poêle, par les températures un peu élevées, et de recourir alors à un foyer auxiliaire pour l’air à évacuer.

Surface de chauffe. — Connaissant maintenant la quantité de chaleur à fournir, nous pouvons en conclure la surface de chauffe, c’est-à-dire déterminer la puissance de l’appareil à employer. C’est ici que nous trouverons la vérification que nous voulions faire de la justesse des indications fournies par le rapport de la commission. Les sections des conduits d’amenée et d’extraction de l’air sont en réalité arbitraires ; quelles que soient ces sections, on pourra toujours extraire le cube d’air voulu et chauffer convenablement, à la con-

II) Nous ne tenons pas compte de la chaleur fournie par la respiration parce qu’il y a, d’un autre côté, des pertes accessoires par les ouvertures, les allées et venues; etc. D’ailleurs les résultats d’expériences que nous avons sous les yeux montrent qu’ily a plutôt lieu de forcer les indications du calcul que de les restreindre.

(1) Voyez tableau graphique, n" 5.

DIMENSIONS DES CONDUITS ET SURFACE DE CHAUFFE

dition de fournir la quantité de chaleur nécessaire. Seulement on dépensera d’autant plus de combustible que les dispositions adoptées pour conduire l’air seront moins bonnes et moins amplement installées ; ou bien, si l’on ne veut pas brûler une quantité de combustible qui paraîtrait alors exorbitante, on n’aura qu’un médiocre chauffage et une mauvaise ventilation. Ce qu’avait donc à faire et ce qu’a fait la commission de chauffage, c’était de fixer d’abord les sections aussi larges que le permettent les conditions ordinaires de la construction, l’épaisseur des planchers, etc., et d’en déduire la surface de chauffe qui correspond à ces données, pour obtenir la ventilation et le chauffage suffisants.

Or nous avons vu que la quantité de chaleur fournie par le poêle doit être de 9,550 calories dans le premier cas, et de 3,840 dans le second ; il est clair qu’il faut se baser, pour établir la surface de chauffe directe, sur le premier chiffre. On admet généralement que chaque mètre carré de surface fournit environ 3,000 calories; la surface nécessaire pour notre classe de 50 élèves est

donc Taf ou 3n,q.18; c’est par élève ou 636 cen- 3,000 * 50

timètres carrés.

Dans les conditions moyennes admises par nous, la perte par les parois est déjà assez élevée ; si nous n’en avions pas tenu compte, la quantité de chaleur à fournir n’eùt été que de 5,850 calories au lieu de 9,550 ; la sur-

face de chauffe eût été seulement de ' ’’u - ou lmq.95,

o . U LM J

soit environ 400 centimètres carrés par élève.

Par contre, la perte par les parois peut être plus élevée si les murs sont moins épais que nous n’avons supposé, si la surface des vitrages est plus grande ; de plus, la réduction de la vitesse peut aussi être plus grande que nous n’avons supposé; de 0.45, chiffre moyen que

nous avons admis, elle peut descendre à i, comme nous

l’avons dit, si les coudes sont plus nombreux, les sections plus aplaties, etc. Cette diminution se traduit par une plus grande dépense de chaleur pour obtenir la même circulation d’air. La surface de chauffe doit augmenter d’autant, et de 636 centimètres par élève, chiffre moyen trouvé précédemment, elle atteint facilement 800 centimètres.

Les chiffres que nous venons de déterminer ainsi sont en complet accord avec ceux qu’avait autrefois indiqués la commission, lorsqu’elle dit : « La surface de chauffe pour la classe cubant 4 mètres par élève varie de 400 a 800 centimètres carrés par élève, suivant les conditions de déperdition plus ou moins grandes à travers les parois et surtout les parties vitrées et le plafond. » Il n’y a donc, même avec les modifications introduites par le règlement actuel, qu’à se conformer aux instruc-

tions de la commission; on doit cependant tendre plutôt à exagérer ces chiffres qu’à les restreindre, puisque la surface et la hauteur des classes ont été augmentées par le règlement.

Influence de la hauteur du tirage : 1° faibles hauteurs. — Nous avons supposé dans les calculs précédents que la hauteur de la cheminée d’appel était de 10 mètres; c’est une hauteur moyenne, généralement adoptée, et qui suffit pour obtenir de bonnes conditions de tirage sans dépense exceptionnelle de combustible.

Cependant on n’est pas toujours maître de donner autant de hauteur; parfois, au contraire, on peut élever davantage la cheminée d’appel, ce qui est avantageux. Il importe de se rendre compte de l’importance que peut avoir cet avantage, comme d’apprécier les inconvénients de l’insuffisance de hauteur et la manière d’y remédier, dans la mesure du possible.

Supposons d’abord que la hauteur disponible ne soit que de 6 mètres et rétablissons les calculs en conséquence. Nous voulons la même vitesse de 2 mètres à l’évacuation pour en assurer la stabilité; la section, la longueur des conduits de circulation restent les mêmes que dans le cas déjà étudié, sauf une diminution de 4 mètres sur la longueur du conduit vertical, ce qui n’a qu’une influence peu sensible sur la résistance totale. Nous conserverons donc le même coefficient de réduction, égal à 0.45; la vitesse théorique devrait être

encore égale à "‘^1 soit 4"’. 40 environ. Cherchons la 0.45

température à laquelle il faut porter l’air évacué :

1° Avec Q = — 10° :

Si^-40» Il II- ej = Gx 30 = 300 et V = 4.00 £ = 50° = 6 x G0 = 3G0 V = 4.25

t = G0" = 0x70= 420 V = 4. GO

Tour obtenir une vitesse de 4m.40, il faut donc porter la température à près de 60°; c’est le chiffre que nous adopterons, car il y a toujours des causes accessoires de perte de chaleur, et il faut compter toujours largement dans ces calculs ;

2“ Avec 9 = + 5° :

Si t = 60° II (7 — 0) = 6x53 = 330 et V= 4.00 t = 70° =6x65 = 390 V = 4.20

il faut, dans ce second cas, élever la température à 80". La détermination des vitesses Y se fait immédiatement au moyen du tableau graphique n° 49, du Chauffage et Ventilation des lieux habités.

Nous pouvons maintenant conclure la quantité totale de chaleur à fournir avec ce nouveau dispositif, pour chacun des deux cas considérés, avec basse température extérieure de — - 10°, ou avec température moyenne de + 5°.

CHAUFFAGE ET VENTILATION

La déperdition par les parois reste la même que dans le premier cas où la hauteur était de 10 mètres; rien n’est changé à cet égard, cette perte était de 3,700 calories par le temps froid, de 1,500 avec la température moyenne.

La quantité de chaleur employée à réchauffer l’air pris au dehors, et l’amener à la température de la pièce ou 15°, reste la même; elle sera de 5,850 calories ou de 2,340 calories.

La quantité de chaleur employée à chauffer l’air vicié de 15“ à 60°, dans le premier cas, sera pour les 750 mètres cuhes évacués :

et, dans le second cas, pour porter à 80° :

750 X 0.312 XG5 = 15,210.

On trouvera donc pour la chaleur totale :

1° Température extérieure , — 10°,

Perle par les parois 3,700 calories

Chauffage de l’air introduit. . . . 5,850 —

— de l’air évacué 10,530 —

Total 20,080 calories.

chauffage et de ventilation, et qui prouve simplement l’insuffisance de la vitesse ménagée à l’écoulement.

La vitesse de l’air étant diminuée, le volume extrait est-il nécessairement moindre, la ventilation ralentie ? — Non, si l’on a soin de compenser la perte de vitesse par un accroissement de section. En augmentant cette section en raison du changement de vitesse, on peut maintenir exactement la même évacuation. Il faut toutefois remarquer que cette modification contribue encore à menacer la stabilité de l’écoulement, car on sait (1) que plus sont larges les sections des conduits par où s’échappent l’air ou la fumée, et plus il y a de facilité pour que s’établissent, dans ces conduits, des courants descendants côte à côte avec les courants ascendants.

Voyons dans quelles conditions doivent marcher le chauffage et la ventilation, si nous réduisons la vitesse de sortie à 1 m. 70 au lieu de 2 mètres, en raison de l’insuffisance de tirage.

La vitesse théorique devient alors •— = soit 3'". 75 (2);

on en conclut la température à laquelle il faut porter l’air évacué :

1" Température extérieure , — 10,

2° Température extérieure, -f 5",

Perte par les parois 1,500 calories

Chauffage de l’air introduit. . . . 2,340 —

— de l’air évacué 15,210 —

Total 19,050 calories.

On voit, cette fois encore, que la quantité totale de chaleur reste à peu près constante malgré la variation de la température extérieure ; nous en avons déjà expliqué la cause. Mais nous trouvons maintenant, avec la faible hauteur de 6 mètres, que la dépense en chaleur est de 20,000 calories au lieu de 12,000 que nous avions trouvées lorsque la hauteur était de 10 mètres. O11 voit quelle importance il y a à s’assurer les moyens de donner une hauteur convenable aux cheminées d’appel.

Évidemment, si l’on était obligatoirement réduit à ne pas dépasser la hauteur de 6 mètres, on 11e se résignerait pas à faire une dépense aussi considérable que celle que nous venons de trouver; on ne pousserait pas le feu assez activement pour consommer 20,000 calories par heure, ce qui, étant données les dimensions de la classe, paraîtrait exorbitant; on ne brûlerait guère plus de combustible que dans le cas où la cheminée était beaucoup plus élevée. Que s’ensuivrait-il?

Ceci simplement, que la vitesse d’écoulement ne sera plus aussi grande, et l’inconvénient est alors que la stabilité de cet écoulement n’est plus assurée; lemoindre vent plongeant, une dépression marquée à l’intérieur peuvent produire un renversement du tirage, fait que l’on a constaté plus d’une fois dans les installations de

Si if = 30" H(/—u) = 6x40 = 240 et V = 3'\75

2° Température extérieure, + 5,

Si i = 50" H p— 0) = 6x 45 = 270 et V = 3“.75

Il faut donc une température de 30°, dans le premier cas, et de 50“ environ dans le second cas. Nous en déduisons facilement la quantité de chaleur à fournir. Avec la basse température :

Perle par les parois 3,700 calories

Chauffage de l’air introduit. . . . 5,850 —

— de l’air évacué 3,510 —

Total 13,060 calories;

le chiffre ci-dessus pour l’air évacué correspondant à une différence de température de 15°.

Avec la température moyenne de -f- 5° :

Perte par les parois 1,500 calories

Chauffage de l'air introduit 2,340 —

— de l’air évacué 8,190 —

Total 12,030 calories,

pour une différence de 50 — 15 ou 35°. On trouve encore que la quantité de chaleur est à peu près la même dans

(1) Chauffage et Ventilation, pages 174 à 191.

(2) On remarquera que les sections doivent être augmentées en raison de la diminution de vitesse; les résistances sont donc moindres que dans les cas précédents; le coefficient de réduction serait doncsupérieur, toutes choses égales d’ailleurs, à 0.45; la vitesse théorique pourrait donc être moindre que 3“*.75. Mais nous comptons toujours largement et conservons néanmoins le chiffre de 3m.75.

DIMENSIONS DES CONDUITS ET SURFACE DE CHAUFFE

les deux cas. Elle est aussi égale à peu près à celle que nous avions trouvée, lorsque la hauteur du tirage était de 10 mètres, et que nous assurions une vitesse de 2 mètres.

On peut donc, même lorsque la hauteur de cheminée est insuffisante, assurer l’évacuation d’un même cuhe d'air sans dépenser plus de combustible, mais c’est en se résignant à une diminution de vitesse, ce qui présente bien des inconvénients comme nous l’avons dit plus haut.

11 faut maintenant régler les sections en conséquence de ce changement ; la vitesse étant réduite de 2 mètres à 1 m . 7 0 , les sections devront être augmentées

dans le rapport -pyjj pour que le volume reste le même.

Il convient donc, dans la détermination des sections à attribuer aux conduits d’air, de tenir compte de la hauteur disponible pour la cheminée d’appel : lorsque cette hauteur peut être portée à la moyenne de 10 mètres, on prendra les sections moyennes indiquées par le rapport de la commission ; lorsque cette hauteur est plus faible il faut avoir soin d’augmenter ces sections.

On remarquera que la surface de chauffe directe doit être déterminée de façon à fournir 3,700 -f- 5,850 ou 9,550 calories par les temps froids, et 1,500 -f- 2,340 ou 3,840 calories, lorsqu’on a au dehors la température moyenne de +5°. Avec la hauteur de 10 mètres, en assurant la vitesse de 2 mètres au lieu de lm.70, nous avions trouvé les mêmes chiffres, et cela devait être puisque cette partie de l’opération reste la même. Le seul élément qui ait changé, c’est le chauffage de l’air vicié; ici il varie de 3,510 à 8,190; dans le cas précédent il variait de 1,870 à 8,190 : le maximum étant le même, on voit donc que les conditions d’installation pour l’appareil de chauffage restent à peu près les mêmes, malgré la différence de hauteur, si l'on accepte la réduction de vitesse.

2° Grandes hauteurs de tirage. — Examinons maintenant l’influence exercée par une hauteur supérieure à celle de 10 mètres; supposons, par exemple, qu’on puisse aller jusqu’à 16 mètres.

Les conditions sont notablement améliorées. Dans le premier cas, où la température serait de — 10°, il deviendrait même tout à fait inutile de chauffer l’air vicié. En effet, la température de cet air est celle de l’intérieur de la pièce, soit 15°. A cette température, nous avons :

t — lb° H (/ = 0) = 1 4 x 25 = 350 et =i“.70

Or, pour produire une vitesse réelle de 2 mètres, il

suffit que la vitesse théorique soit égale à ou 4m 40

comme nous l’avons déjà vu. L’excès de température entre l’intérieur et l’extérieur suffit donc ici pour assu-

rer amplement la vitesse et la ventilation nécessaires. Il n’y aura donc de dépense pour le chauffage que celle qui correspond aux déperditions par les parois et au chauffage de l’air extérieur amené seulement à 15°, c’est-à-dire :

Température extérieure , — 1 0°,

Perte par les parois 3,700 calories

Chauffage de l’air introduit. . . . 5,830 —

Total 9,550 calories.

Dans le cas où la température extérieure est de -f- 5°, il faudra chauffer l’air vicié et porter sa température à 30” environ, car

si ; = 25° Il p — 0) = 14x20 = 280 et V = 4.10

on assure donc la vitesse théorique de 4m.40, en prenant 30°. La quantité de chaleur nécessaire pour porter l’air vicié de 15° à 30° est

Et l’on trouve

Température extérieure , -f 5°,

Pertes par les parois 1,500 calories

Chauffage de l’air introduit. . . . 2,340 —

— de l’air évacué 3,510 —

Total 7,350 calories.

Il faut donc environ 8,000 calories en nombre rond, tandis que nous trouvions 12,000 unités de chaleur, lorsque la hauteur n’était que de 10 mètres.

On voit qu’il y a un important avantage à exhausser autant que possible les cheminées d’appel : le tirage, la ventilation, la marche régulière de l’évacuation, n’en sont que mieux assurés, et la dépense de combustible est moindre, tout en donnant un aussi bon chauffage.

Influence des rentrées d'air. — Si les pièces chauffées et ventilées ne sont pas munies de doubles fenêtres, bourrelets et autres appareils ohstructeurs, il se produit habituellement des rentrées d'air notables par les fissures des portes et des fenêtres. Cet air froid venant directement du dehors se mêle à l’air intérieur, la répartition du chauffage et de la ventilation est modifiée, le changement n’est cependant pas aussi considérable qu’on pourrait le croire.

La modification importante est celle-ci : s’il n’y avait pas de ces rentrées d’air, tout l’air qui s’introduit dans la pièce pour remplacer l’air évacué passerait par l’appareil de chauffage; au contraire, une partie seulement du volume total passe par celui-ci lorsqu’il y a des rentrées d’air.

Nous avons montré ( Chauffage et Ventilation , p. 170) quelle est l’importance de l'afflux d’air par les fissures des haies ; si l’on ne donnait pas de très larges sections

CHAUFFAGE ET VENTILATION

aux prises d’air, les rentrées d’airs accessoires deviendraient beaucoup plus importantes que la circulation normale dans les canaux d’introduction. Il est donc utile de se préoccuper des modifications qui peuvent être ainsi apportées au fonctionnement des appareils.

Supposons, par exemple, que l’on ait à extraire 1,000 mètres cubes par heure; la température extérieure est à zéro; on maintient la température intérieure à 15°. On a reconnu que, d’après la hauteur disponible au tirage, il fallait chauffer l’air vicié à 40°, par exemple, pour obtenir l’évacuation voulue.

S’il n’y a pas de rentrée d’air par les portes ou les fenêtres, on fera donc passer les 1,000 mètres cubes pris au dehors, par l’appareil de chauffage qui devra élever leur température de zéro à plus de 15°, car il faut compenser la perte par les parois; soit 20 ou 25° par exemple. Or, dans la gaine d’appel, on devra chauffer de nouveau ces 1,000 mètres cubes et porter leur température de 25 à 40°.

S’il y a rentrée d’air, si, par exemple, elle fournit un tiers du volume total, il ne passera plus que 667 mètres cubes par l’appareil de chauffage, les 333 autres pénétrant par les portes et les fenêtres. Il n’en faut pas moins que la quantité de chaleur contenue soit suffisante pour maintenir la température de tout l’air intérieur égale à 15°, et compenser la perte par les parois; mais la chaleur nécessaire pour maintenir cet équilibre de température n’est plus convoyée que par 667 mètres cubes d’air au lieu de 1,000 mètres; il faut donc que la température de cet air chaud soit plus élevée , elle sera de 30° environ. Elle serait plus élevée encore si l’introduction d’air par les baies devenait, par exemple, moitié du renouvellement total.

À l’évacuation par les gaines d’appel, rien n’est changé, puisque, le mélange d’air froid et d’air chaud s’étant fait dans la salle, la température moyenne de celle-ci est toujours de 15°. La quantité totale de chaleur à fournir reste donc toujours la même, seulement l’appareil de chauffage fonctionne différemment : au lieu de chauffer un grand volume d’air à basse température, il doit chauffer à température plus élevée un moindre volume d’air. L’opération perd de sa régularité, car on fai t arriver ainsi dans la pièce de l’air très froid d’un côté, de l’air très chaud de l’autre ; le mélange, les mouvements ascendants et descendants se font tumultueusement, on n’est plus aussi maître de l’opération. Nous verrons plus loin que certains constructeurs ont pris des précautions ingénieuses contre ces inconvénients. La première de toutes, celle qu’il faut prendre avant tout, c’est d’élargir et de raccourcir autant que possible les conduits d’introduction, d’éviter les coudes, changements de sections et autres causes de résistance au mouvement de l’air dans ces conduits.

APPAREILS DE CHAUFFAGE

Poêles. — Les appareils le plus communément employés pour le chauffage des écoles sont les poêles. Ce sont les seuls dont nous nous occuperons spécialement, les calorifères n’offrant d’ailleurs rien de particulier. Tous les systèmes de poêles comprenant une enveloppe peuvent être à peu près indifféremment employés dans les écoles, tandis que les appareils sans enveloppes doivent être absolument rejetés. Dans le volume de Chauffage et Ventilation , nous avons longuement décrit les appareils dont on fait actuellement usage, nous n’avons donc pas besoin de revenir sur cette description. Nous parlerons seulement ici de quelques appareils spécialement construits pour les écoles, dont nous emprunterons les types à la maison Gaillard-Ilaillot notamment.

Le premier est le poêle métallique à enveloppe, comprenant une cloche de grande hauteur où l’on accumule la quantité de combustible nécessaire pour que l’appareil fonctionne, sans autre surveillance, pendant plusieurs heures. Le socle de l’appareil est mis en communication avec la prise d’air ; l’air arrivant du dehors circule entre la cloche et l’enveloppe, puis s’échappe, après s’être échauffé, par la partie supérieure.

POELE METALLIQUE A ENVELOPPE

Vue extérieure.

Coupe de l’appareil.

A la partie inférieure est le cendrier pour l’enlèvement des résidus de la combustion ; au-dessus est la porte de nettoyage pour la visite de la grille ; la porte supérieure sert pour le chargement. Une couronne circulaire qui entoure le haut de la cloche, et que l’on maintient pleine d’eau, fournit la vapeur nécessaire pour

APPAREILS DE CHAUFFAGE

rétablir l’état hygrométrique de l’air desséché par le chauffage.

D’une manière générale, nous rappellerons qu’il est nécessaire de placer une vanne sur la prise d’air extérieure afin de pouvoir, non seulement régler l’afflux d’air frais, mais encore l’interrompre tout à fait. Ceci est utile au moment de la mise en feu, avant l’entrée des élèves dans la classe. A ce moment l’air n’est pas vicié par la respiration, il est donc inutile de faire fonctionner la ventilation; sans cela on dépenserait inutilement la chaleur fournie par le poêle. On intercepte alors l’arrivée et la sortie de l’air; le poêle aspire l’air même de la pièce par les orifices percés au pourtour du socle ; cet air échauffé par son passage dans l’enveloppe est reversé dans la pièce. Tout le circuit s’établit donc sur l’air intérieur de la classe qui s’échauffe ainsi rapidement ; on n’ouvre les orifices d’admission et d’extraction de l’air qu’après l’arrivée des élèves.

Le poêle que nous venons de décrire rentre dans le type bien connu des poêles à enveloppe ; une addition

ingénieuse le convertit en poêle ventilateur; l’appareil ainsi modifié fournit à la fois le chauffage et la ventilation. Pour de petites installations il peut permettre la suppression des gaines d’appel et de tous les appareils accessoires de ventilation, puisqu’il porte avec lui-même tout son système d’appel.

Le foyer garni d’ailettes venues de fonte avec le foyer offre ainsi une surface de chauffe plus développée que s’il était uni ; il est moins susceptible d’être porté au rouge et, par suite, de brûler l’air. Celui-ci arrive du dehors par la prise d’air, monte en suivant les ailettes entourées d’une première enveloppe en tôle concentrique au foyer, s’échauffe pendant le trajet et se répand dans la pièce par des ouvertures ménagées en haut de l’appareil, au moyen d’orifices courbés dirigés de l’intérieur à l’extérieur. Un réservoir d’eau disposé en couronne, près des bouehes d’évacuation d’air chaud, sert à entretenir ce dernier à un degré hygrométrique convenable.

La ventilation s’opère de la façon suivante.