Où peuvent se trouver les filtres |
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- Sur les circuits d'aspiration d'air neuf extérieur,
- sur les circuits d'air repris, avant recyclage,
- sur les circuits de distribution d'air dans les locaux,
- sur les circuits d'air repris, avant rejet vers l'extérieur,
- sur les circuits d'air repris, avant batterie de récupération de chaleur.
Exemple
Les objectifs de la filtration |
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- Débarrasser l'air des polluants : champignons et bactéries allergogènes et pathogènes, des particules de fibre de verre, ...
Exemple.
Chez l'homme, la desquamation constante de la peau, la respiration, l'agitation des vêtements, entraînent par seconde une génération de 10 millions de particules de plus de 0,1
 m , pour une personne en mouvement actif. |
- Protéger les équipements des locaux (électroniques, photographies,...) contre les poussières pour augmenter leur durée de vie et diminuer leur maintenance.
- Protéger l'installation de ventilation elle-même. Sans filtration, des dépôts apparaissent dans les conduits, leurs joints, dans les bouches de distribution, sur les batteries d'échange, les ventilateurs, les registres et les sondes de régulation. L'accumulation de poussières peut provoquer la prolifération de champignons, bactéries, ...
Exemple.
une installation de ventilation, située dans une ville industrielle, pulse un débit d'air neuf de 36 000 m³/h. La teneur en poussière de l'extérieur est de 0,25 mg/m³ (0,1 mg/m³ pour une ville classique). Le débit de poussière est donc de 9 g/h. En 12 mois de fonctionnement continu, l'installation a aspiré près de 80 kg de poussière dont la majorité s'est déposée dans les composants de l'installation (batteries, boues dans les humidificateurs, gaines, bouches de soufflage et peintures des plafonds).
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Batterie protégée par un filtre de performance insuffisante.
- Éviter la propagation d'incendie par les poussières et les risques d'explosion.
- Protéger les terrasses et toitures en n'évacuant pas les particules directement vers l'extérieur.
Filtres à couche poreuse |
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Fonctionnement
Dans ces filtres, l'air à épurer traverse une couche poreuse ou fibreuse dans laquelle il abandonne sespoussières. C'est le mode de filtration de l'air actuellement le plus répandu, tant pour la préfiltration "de protection" que pour la filtration de "confort", de salubrité (immeubles, bureaux), de haute et de très haute efficacité (salles blanches, salles d'opérations "stériles").
Dans ce type de filtre, l'interception des poussières se fait par :
Tamisage (ou effet de crible) | |
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Il faut que les pores de l'élément filtrant aient des dimensions inférieures à celles des particules : ce peut être un amas de particules arrêtées par le filtre qui constitue un tamis filtrant vis-à-vis des particules plus fines se présentant ultérieurement.
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Impact (ou effet d'inertie) | |
Les particules lourdes ne peuvent pas accompagner le courant d'air quand celui-ci s'incurve autour d'une fibre. Elles s'attachent alors à la fibre à l'endroit de l'impact.
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Interception (ou effet de barrage) | |
Les petites particules légères accompagnant le courant d'air seront interceptées si leur centre passe à une distance de la fibre inférieure à leur rayon. Ainsi, un média filtrant offrant un bon effet d'interception doit contenir un grand nombre de fibres fines, de même diamètre moyen que celui des particules à séparer.
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Diffusion | |
Les particules dont le diamètre est inférieur à 1
m ont un mouvement vibratoire dû aux mouvements des molécules d'air. Elles se fixent sur les fibres si elles entrent en contact avec elles. La probabilité d'impact croissant quand la vitesse, le diamètre des particules et le diamètre des fibres diminuent (l'amplitude du mouvement est de 7,4 m pour une particule de 1 m et de 37 m pour une particule de 0,1 m). | |
Forces électrostatiques | |
Les forces électrostatiques peuvent prendre naissance soit sur les poussières soit sur les filtres. Elles provoquent l'agglomération des poussières entre elles et facilitent leur filtration.
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Attention : une erreur fort répandue consiste à penser que la filtration, c'est principalement un effet de tamisage et que le maillage de fibres doit être de plus en plus fin à mesure que la dimension des particules à arrêter diminue. Il n'en est rien. L'effet de tamisage n'a qu'une importance accessoire pour l'efficacité du filtre, encore qu'il puisse, dans le cas d'un filtre mal conçu, atténuer sa longévité (accroissement de perte de charge par effet de surface).
Filtre en cours de colmatage (agrandissement).
Classification
L'efficacité d'un filtre est synthétisée de façon précise par une série de grandeurs dépendant des caractéristiques de l'air entrant : température et humidité, teneur en poussières, granulométrie des poussières, nature et structure physique des poussières. Concrètement, cela se traduit par une classification des performances en fonction des particules à arrêter.
Les filtres sont classés en fonction de leur capacité à arrêter des particules de plus en plus petites. La dénomination de leur classe dépend de la méthode de mesure utilisée pour les essais. Par exemple, GRA signifie "méthode gravimétrique", OPA, "méthode opacimétrique". Les filtres faisant l'objet d'un essai "DOP" atteignent 100 % d'efficacité par les méthodes opacimétrique et gravimétrique. Ce sont les filtres absolus.
Voici la correspondance de classification entre différentes normes de mesure (américaine, belge et européennes). Ce sont les principales dénominations que l'on retrouve dans la documentation des fabricants.
Filtres grossiers.
Filtres fins.
Filtres absolus.
Efficacité
Filtres à moyenne efficacité (classes G1 à G4) | |
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La surface filtrante est composée de fibre de verre grossière ou de fibre synthétique maintenue dans des cadres en carton ou métallique. Les filtres peuvent être plan ou légèrement plissés pour augmenter la surface filtrante, donc la longévité. On trouve également des médias en mousse de polyuréthane ou polyester expansée, utilisée sous forme de couches planes ou des tricots en fil d'acier galvanisé ou inoxydable, montés dans des cadres.
Ils fonctionnent principalement par l'effet d'inertie des particules.
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Filtres à haute efficacité (classes F5 à F9) | |
Filtre à poches.
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Ces filtres sont composés soit d'un papier-filtre plissé en cellulose ou en fibres de verre, soit de poches (on parle de filtres à poches) disposées dans un cadre sous forme de sacs flottants qui leur donnent une surface de filtration pouvant aller jusqu'à 27 fois la surface frontale.
Les filtres à poches ont une forte capacité de colmatage et un coût d'exploitation peu élevé.
Ils fonctionnent principalement par effet d'interception et de diffusion.
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Filtres à très haute efficacité ou absolus (classes H10 à H14) | |
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Le milieu filtrant est constitué de papiers de fibres de verre maintenues par un liant, pour les plus hautes efficacités, ou bien d'un mélange de fibres de cellulose et de fibres minérales. Ces papiers sont plissés sur toute la profondeur du filtre. Chaque pli est parfois maintenu par un séparateur ondulé. La surface de filtration peut atteindre 100 fois la surface frontale pour les filtres dits absolus.
Dans ces filtres, c'est l'effet de diffusion qui devient prépondérant.
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Cas particulier : Filtres à nettoyage automatique
Filtre à déroulement automatique.
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Il existe des filtres plans à déroulement automatique, en fonction de la perte de charge qu'ils engendrent.
Il existe également des filtres nettoyés automatiquement : les éléments filtrants sont montés sur une chaîne sans fin et viennent tremper successivement dans un bac où se fait leur nettoyage avant de reprendre place dans le courant d'air à filtrer. Le mouvement de rotation qui est très lent, peut être à commande manuelle et intermittent, ou mieux, mécanique et continu.
Il existe aussi des filtres en tricots métalliques ou plastiques nettoyés de façon cyclique par lavage à l'aide de rampes de pulvérisation d'eau.
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Les filtres à surfaces de choc huilées |
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Dans ce type de filtres constitués par des empilages de tôles gaufrées, on donne aux filets d'air un tracé sinusoïdal entre deux surfaces humectées d'huile, afin que les effets de force centrifuge contraignent les poussières à venir se coller contre les parois. Le filtre est divisé en petits éléments dont le nettoyage s'effectue par trempage pendant quelques secondes dans un bac rempli d'huile. Afin de conserver une perte de charge constante à l'ensemble du filtre, on remplace en général un ou plusieurs éléments sales par jour de façon à ce que tous les éléments aient été nettoyés en une quinzaine de jours.
L'on peut classer dans cette catégorie des filtres où la tôle est remplacée par des feuilles de matière plastique percée de trous et gaufrée : le haut pouvoir diélectrique de la matière choisie peut ajouter un effet électrostatique de captation. L’huilage n'est pas indispensable, mais le pouvoir de captation est alors diminué.
Les filtres à charbon actif |
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Filtre à charbon actif.
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C'est un charbon traité qui a une structure poreuse très développée donc un pouvoir adsorbant important.
Ils sont utilisés pour la désodorisation dans le traitement de l'air des bureaux et des laboratoires.
Il est peu efficace pour les vapeurs de graisses. On a donc pas intérêt à l'utiliser pour le traitement principal de l'air d'extraction en cuisines collectives. Il peut cependant servir en finition pour éliminer les odeurs.
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Filtres pour cuisine |
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Filtres à chocs
Ils sont composés de profilés en quinconce qui interceptent les particules (principalement, les graisses) :
- Par effet d'inertie : à chaque virage autour d'un profilé, les particules sont projetées en dehors du flux d'air.
- Par condensation des particules sur les surfaces "froides".
Dès lors, le rendement s'accroît avec une diminution de la vitesse de l'air.
Filtre à choc (vue de face et en coupe).
Les plafonds filtrants ouvert utilise le même principe que ce filtre.
Avantages
- perte de charge (et donc débit) constant(e) avec l'encrassement,
- entretien facile,
- peu de risques de développement d'un feu de cheminée.
Inconvénients
- faible rendement,
- ne peuvent fonctionner que sur une étroite plage de débit pour garder un rendement raisonnable,
- coût plus élevé.
Filtres à tricot
Il s'agit de filtres plans composés d'un treillis de fils d'acier.
Avantages
- il peut fonctionner sur une large plage de débit avec un bon rendement.
- leur rendement est élevé :
efficacité est de niveau G1, G2 en fonction du débit.
Inconvénients
- rétension importante des graisses à l'intérieur des filtres,
- variation de la perte de charge (et donc du débit) en fonction de l'encrassement.
Filtre à tricot métallique et filtre à choc.
Filtres à effet cyclonique
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L'air vicié effectue continuellement une spirale dans le même sens, les particules de graisse et d'eau sont séparées par centrifugation et récupérées par gravité dans un collecteur.
Avantages
- perte de charge (et donc débit) constant(e) avec l'encrassement,
- entretien facile,
- peu de risques de développement d'un feu de cheminée.
Inconvénients
- faible rendement,
- ne peuvent fonctionner que sur une étroite plage de débit pour garder un rendement raisonnable,
- coût plus élevé.
Résumé du domaine d'application des principaux filtres |
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Recommandations ASHRAE
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Filtres grossiers
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75 - 84 % GRA
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> 85 % GRA
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Filtres fins
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40 - 69 % OPA
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70 - 89 % OPA
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90 - 98 % OPA
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Filtres absolus
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85 - 94 % OP
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95 - 99 % OP
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> 99,97 % OP
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Recommandations SICC
(Société suisse des ingénieurs en chauffage et climatisation) | ||
Éléments à filtrer
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Applications
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Insectes, fibres textiles, cheveux, sable, cendres, pollen, ciment
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G1
G2
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Utilisations simples (protection contre les insectes)
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G3
G4
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Préfiltre et filtre pour les installations de protection civile
Évacuation de l'air des cabines de peinture, des cuisines
Protection anti-pollution pour les climatiseurs (par exemple de fenêtre)
Préfiltre pour les classes de filtration F6 à F8
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Pollen, ciment, particules salissantes (poussière), germes, poussières chargées de bactéries
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F5
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Filtre sur l'air neuf des locaux à faible exigence (ateliers, garages, entrepôts)
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F5
F6
F7
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Préfiltre et filtre pour les centrales de traitement de l'air
Filtre final dans les installations de climatisation pour magasins, bureaux et locaux de fabrication
Préfiltre pour classes F9 à H12
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Fumées d'huile et de suie agglomérées, fumée de tabac, fumée d'oxyde métallique
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F7
F8
F9
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Filtre final dans les installations de climatisation pour bureaux, locaux de fabrication, hôpitaux, centrales électriques, locaux ordinateurs
Préfiltre pour filtres absolus et filtres à charbon actif
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Germes, bactéries, virus, fumée de tabac, fumée d'oxyde métallique
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H10
H11 et H12
H13 et H14
U15 et U16
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Filtre final pour locaux à haute exigence, laboratoires, alimentation, pharmacies, mécanique de précision, industrie optique et électronique
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H11 et H12
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Filtre final pour salles blanches
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Vapeur d'huile et suie en formation, particules radioactives
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H13 et H14
U15 et U16
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Filtre final pour salles blanches
Filtre final pour salle d'opération
Filtre final pour évacuation d'air des installations nucléaires
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