Moteur de ventilateur de CTA : remplacement, variateur et critères de maintenance

Le ventilateur d’une centrale de traitement d’air (CTA) est le ventilateur centrifuge de la section de soufflage ou de reprise qui fait passer l’air à travers les filtres, les batteries et le récupérateur de chaleur, puis le pousse dans les gaines ; dans les centrales actuelles c’est le plus souvent un ventilateur plug, dans les anciennes un ventilateur à volute entraîné par courroie. Son moteur est un moteur asynchrone triphasé standard, et ce qui guide le choix n’est pas un point de fonctionnement unique mais la plage parcourue en exploitation : écart de pression entre filtres propres et encrassés, débit de jour et de nuit, plage de fréquence du variateur. Le moteur doit couvrir l’extrémité la plus chargée de cette plage et fonctionner correctement à l’extrémité la plus légère.

Cet article aborde l’exploitation d’une CTA du point de vue du moteur : ce qui change quand les filtres s’encrassent, comment choisir le moteur lors du passage d’un ventilateur à courroie à un ventilateur plug, ce qu’il faut surveiller à basse vitesse la nuit, et comment la température et l’humidité dans la centrale agissent sur le moteur. Le remplacement du moteur, le raccordement de la boîte à bornes et les paramètres du variateur sont des travaux sous tension ; ils doivent être réalisés par un électricien qualifié. Une fois le bon modèle identifié, vous pouvez le comparer parmi les 120 moteurs de notre page Acheter un moteur électrique en ligne.

Les sujets généraux d’approvisionnement des moteurs de ventilateurs et de pompes en CVC sont traités dans notre article moteurs de ventilateurs et pompes CVC, et l’ensemble des moteurs de ventilateur sur notre page Moteurs de ventilateur.

Ventilateurs de soufflage et de reprise : où est le moteur, dans quel air ?

« Ventilateur de CTA » ne désigne pas un principe de fonctionnement mais un usage ; le ventilateur intérieur est, par principe, centrifuge. Une centrale type comporte deux ventilateurs : le ventilateur de soufflage fait passer l’air extérieur (ou mélangé) par les filtres et les batteries puis l’envoie dans les locaux ; le ventilateur de reprise aspire l’air des locaux et en rejette une partie dehors. Pour le moteur, les deux ventilateurs ne vivent pas dans les mêmes conditions.

Dans une centrale à ventilateur plug, le moteur est en plein flux d’air et cède ses propres pertes à l’air soufflé sous forme de chaleur ; cette petite charge figure déjà dans le calcul du projet. Un moteur placé après une batterie froide peut subir de la condensation dans sa carcasse après de longs arrêts. Lors du remplacement, comparez l’indice IP et la température ambiante admise de l’ancienne plaque avec ceux du nouveau moteur ; orienter l’entrée de câble de la boîte à bornes vers le bas évite l’accumulation d’eau.

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Comment le point de fonctionnement se déplace-t-il quand les filtres s’encrassent ?

Une grande partie des pertes de charge de la centrale se trouve dans les filtres, et elle augmente à mesure qu’ils retiennent la poussière. Les fiches techniques des fabricants de filtres donnent la perte de charge finale recommandée selon l’EN 13053 : perte de charge initiale + 100 Pa ou trois fois la perte de charge initiale, la plus faible des deux [1]. Un ventilateur à vitesse fixe débite moins d’air quand elle augmente ; un variateur qui maintient le débit (régulation en pression ou en débit) augmente au contraire la vitesse, et le moteur absorbe davantage. Le moteur se dimensionne pour le filtre encrassé au moment du changement, pas pour le filtre propre.

Exemple : débit de soufflage de 20 000 m³/h (5,56 m³/s). Gaines et diffuseurs 400 Pa, batteries 150 Pa, récupérateur et autres éléments 160 Pa. Perte de charge initiale du préfiltre 50 Pa, du filtre à poches 90 Pa. Avec un rendement de ventilateur supposé de 0,65, P_arbre = Q·Δp / η_vent :

À débit égal, l’encrassement des filtres a augmenté la puissance sur l’arbre d’environ 24 %. Un moteur choisi pour 7,3 kW serait en surcharge à l’approche du changement des filtres. Vous pouvez saisir les valeurs de votre centrale dans le calculateur de puissance pompe et ventilateur et calculer les deux états séparément.

Il n’existe pas de chiffre unique pour la plage de puissance : la puissance moteur varie avec la taille de la centrale, le débit, la pression totale, la classe de filtre, le type de récupérateur, la roue et la vitesse. À titre indicatif : dans le catalogue d’un fabricant, une gamme de ventilateurs plug proposée pour les CTA va jusqu’à 37 kW avec des moteurs asynchrones IEC [2].

Passage d’un ventilateur à volute à courroie à un ventilateur plug : choisir le moteur

Lors de la rénovation d’anciennes centrales, on remplace souvent le ventilateur à volute à courroie par un ventilateur plug dans la même section. Recopier simplement la puissance de l’ancien moteur peut induire en erreur, car deux choses changent : la perte de courroie disparaît, et la vitesse du ventilateur vient directement de l’arbre moteur et non plus des poulies. Reprenons le point de changement de l’exemple précédent (9,0 kW sur l’arbre) et une vitesse de roue de 1250 tr/min donnée par le fabricant pour le nouveau ventilateur plug. Le couple nécessaire à cette vitesse est d’environ 68,6 Nm.

• Transmission par courroie : 9,0 / 0,95 ≈ 9,4 kW nécessaires ; dans l’ancienne centrale, ce service est généralement assuré par un moteur 11 kW 4 pôles avec poulies.
• Plug avec 4 pôles 11 kW (DRG-160M-4) : couple nominal 71,7 Nm ; environ 43 Hz pour 1250 tr/min. Environ 96 % du couple est utilisé et le ventilateur de refroidissement du moteur a ralenti. Réserve très faible.
• Plug avec 4 pôles 15 kW (DRG-160L-4) : couple nominal 97,8 Nm ; charge d’environ 70 %. Carcasse 160L, arbre 42 mm.
• Plug avec 6 pôles 11 kW (DRG-160L-6) : couple nominal 108,3 Nm à 970 tr/min ; environ 64 Hz pour 1250 tr/min. Dans cette zone, le couple disponible descend à environ 84 Nm et la charge atteint environ 82 %. Si le fabricant du ventilateur admet cette fréquence, c’est la façon de rester à la même puissance.

Lors de cette transformation, c’est le fabricant du ventilateur qui définit la carcasse et la roue auxquelles le moteur se raccorde, ainsi que les cotes du socle et du pavillon ; la forme de montage exacte se lit sur son plan. La glissière et les poulies de l’ancien moteur ne servent plus. Monter sur le plug le moteur 11 kW récupéré du ventilateur à courroie « puisque la puissance est la même » peut conduire, comme ci-dessus, à un couple à la limite.

Vitesse de jour et de nuit : le moteur à basse fréquence

Les centrales de bureaux, d’écoles et de centres commerciaux passent en débit réduit la nuit ou hors occupation. La puissance du ventilateur variant avec le cube de la vitesse, la puissance sur l’arbre tombe à environ 22 % quand le débit est ramené à 60 % : environ 1,6 kW au lieu de 7,3 kW dans notre exemple à filtres propres. Le détail de cette relation figure dans notre article sur les lois d’affinité. Pour le moteur, la basse vitesse pose rarement problème, car la charge baisse vite avec la vitesse et le ralentissement du ventilateur de refroidissement n’entraîne pas d’échauffement. Points de vigilance :

• La fréquence minimale du variateur ne doit pas descendre sous la valeur fixée par le fabricant du ventilateur et la GTB.
• Les éventuelles vitesses de résonance de la roue doivent être programmées comme fréquences à sauter.
• À basse vitesse, l’équilibre soufflage/reprise doit être maintenu, sinon la pression du bâtiment est perturbée.
• Si le moteur reste longtemps à l’arrêt (centrale coupée le week-end), de courtes marches périodiques limitent la condensation.

Liste de contrôle pour remplacer un moteur de ventilateur de CTA

Le choix du ventilateur, la courbe, la roue et la conception de la centrale relèvent du fabricant du ventilateur ou de la CTA, ou du bureau d’études. Le rôle du fournisseur de moteur est de fournir un moteur adapté à la puissance sur l’arbre, à la vitesse, au montage et aux conditions ambiantes indiqués. Pour un remplacement, rassemblez :

• Débits de soufflage et de reprise et pression statique disponible sur la plaque de la centrale.
• Classes de filtres, pertes de charge propres et de changement (manomètre différentiel).
• Type de ventilateur : volute à courroie, plug à moteur IEC ou EC intégré (si EC, le moteur ne s’achète pas séparément).
• Plaque de l’ancien moteur : kW, tr/min, carcasse, tension, courant, indice IP.
• Diamètre d’arbre, forme de montage (B3, B5, B14, B35) et cotes du socle.
• Plage de fréquence du variateur et mode de régulation (débit, pression ou vitesse constants).
• Position du moteur : après batterie froide, côté reprise ou hors flux.
• Programme de fonctionnement de nuit ou de week-end.

Correspondance avec les moteurs DRG

DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques. Notre gamme couvre 0,25–11 kW en carcasse aluminium et 0,55–355 kW en carcasse fonte ; 1000, 1500 et 3000 tr/min ; triphasé, 230/400 V ou 400/690 V. Les formes B3, B5, B14 et B35 sont précisées par une note de commande. Cette gamme concerne les ventilateurs de CTA à moteur IEC ; les ventilateurs à moteur EC intégré sont hors gamme DRG. Les modèles du tableau de prix ci-dessus ont été choisis autour de notre exemple de calcul et jusqu’à la limite de 37 kW citée par la source [2] ; ils comprennent les options 4 et 6 pôles de l’exemple. Pour comparer les cotes, consultez nos dessins techniques. Les moteurs DRG MOTOR sont garantis 2 ans à compter de la date de livraison contre les défauts de matière et de fabrication (certificat de garantie).

Moteurs DRG pour ventilateurs de CTA

• DRG-160M-4 – 11 kW – 1465 tr/min – 160M fonte
• DRG-160L-6 – 11 kW – 970 tr/min – 160L fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1465 tr/min – 160L fonte
• DRG-180L-6 – 15 kW – 978 tr/min – 180L fonte

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Moteur de ventilateur de CTA : questions fréquentes

Pourquoi le moteur de ventilateur d’une CTA disjoncte-t-il ?

Une cause fréquente est un filtre au-delà de son point de changement, avec une régulation à débit constant qui augmente la vitesse. Contrôlez ensemble le manomètre différentiel, le courant moteur et la fréquence du variateur ; un moteur choisi pour des filtres propres est en surcharge avec des filtres encrassés.

Quelle puissance pour un ventilateur de CTA ?

Il n’y a pas de valeur fixe ; elle se calcule à partir du débit, de la pression totale et du rendement du ventilateur. Dans notre exemple, 20 000 m³/h donnaient environ 7,3 kW sur l’arbre avec filtres propres et environ 9,0 kW au point de changement.

Peut-on garder le même moteur en passant d’un ventilateur à courroie à un plug ?

Pas toujours. La perte de courroie disparaît, mais la vitesse vient désormais directement du moteur : il faut recalculer le couple à la vitesse de la roue. Dans notre exemple, les 11 kW en 4 pôles étaient à la limite ; un 11 kW 6 pôles ou un 15 kW 4 pôles convenait mieux.

Le moteur de ventilateur de CTA chauffe-t-il à basse vitesse la nuit ?

Avec une charge de ventilateur, généralement non : la puissance baisse avec le cube de la vitesse, l’échauffement aussi. Ne descendez pas sous la fréquence minimale du fabricant et surveillez la condensation lors des longs arrêts.

Envoyez la plaque de la centrale et une photo de la plaque de l’ancien moteur par WhatsApp au +90 (542) 666 11 11 ou à [email protected] ; les autres canaux figurent sur notre page contact. Tous les modèles et les prix actuels sont sur la page Acheter un moteur électrique en ligne.

Sources

1. Camfil – EcoPleat G data sheet (PDF) – perte de charge finale recommandée selon EN 13053
2. Nicotra Gebhardt – RLM Evo plug fan – ventilateur plug CTA, moteurs IEC jusqu’à 37 kW