La Ventilation
L'air que nous respirons influence notre santé, notre confort, notre rendement. Des variations anormales dans la composition ou dans la température de l'air gênent le bon fonctionnement de notre organisme.
Les enquêtes faites dans des usines et dans des mines prouvent que des mauvaises conditions atmosphériques ne sont pas seulement désagréables, mais réduisent la production, augmentent les maladies, élèvent le taux des accidents.
Dans beaucoup d'usines, cependant, l'air est rarement très pur. Il est rare aussi que la température soit la meilleure, que la vapeur d'eau soit en bonne proportion et que la circulation de l'air soit stimulante et rafraîchissante.
Or la ventilation est un problème essentiel, dans les usines où les procédés industriels et la présence du personnel au travail concourent à la contamination de l'air.
NÉCESSITE DE LA VENTILATION
Pour entretenir la vie, l'air ne doit contenir ni trop peu d'oxygène, ni trop de gaz carbonique.
Dans un compartiment hermétiquement fermé — dans un sous-marin, par exemple — il faut veiller aux proportions d'oxygène et de gaz carbonique contenues dans l'air. Dans les usines et autres bâtiments, avec des conditions normales de travail, il est rare qu'un déséquilibre de ces proportions cause des ennuis graves.
Dans l'industrie, c'est la contamination continuelle de l'air qui exige une ventilation. Le corps humain dégage des substances qui peuvent causer une gêne, voire la maladie.
Les personnes atteintes de maladies contagieuses, comme le rhume ou la grippe, expulsent, en toussant ou en éternuant, des germes qui se répandent dans l'air. Ces personnes infectées propagent ainsi leur maladie. Il faut donc ventiler les locaux, et espacer les travailleurs.
Le corps humain dégage des substances que l'odeur trahit. Dans une pièce bien aérée, cette odeur reste imperceptible, mais si la ventilation est mauvaise, elle peut devenir désagréable et même nauséabonde. Il est notoire que l'exposition prolongée à cette odeur, même à dose peu considérable, réduit l'appétit.
SYSTÈMES DE VENTILATION ET DE CLIMATISATION
II ne faut pas confondre la ventilation avec l'aération : aérer consiste à donner de l'air, à admettre une certaine quantité d'air dans un local, un conduit, voire un système de plomberie.
L'aération d'une chambre peut se faire au moyen des ouvertures, c'est-à-dire des portes ou fenêtres que l'on ouvre à certains intervalles.
Par ailleurs, la ventilation consiste à renouveler l'air dans un lieu clos au moyen d'un ventilateur ou d'un système quelconque de purification de l'air.
La ventilation est donc la science qui se rattache au traitement efficace de l'air intérieur pour le confort et la santé des humains.
En général, la ventilation ne s'applique qu'à des lieux occupés par plusieurs personnes à la fois, tels que les salles, les auditoriums, les théâtres, les classes, les usines et autres endroits où l'atmosphère peut devenir contaminée ou surchauffée sous certaines conditions.
L'objet de la ventilation est de fournir de l'air pur et de maintenir cet air aux conditions atmosphériques désirées, avec le degré voulu d'humidité et de température.
CONDITIONS REQUISES POUR LA VENTILATION
Une bonne ventilation dépend de plusieurs facteurs, dont voici les principaux:
1° le volume d'air disponible et ses conditions d'approvisionnement ;
2° la température de l'air ;
3° son humidité relative ;
4° la circulation de l'air ;
5° la pureté de l'air extérieur de poussières, microbes, odeurs, gaz toxiques et autres désavantages ;
6° la possibilité d'effectuer la distribution de l'air vivifié sans déplacement, pour ne pas causer de courants d'air,
et 7° les effets psychologiques que peut produire la ventilation.
APPROVISIONNEMENTS D'AIR
II faut une quantité d'air relativement peu considérable pour suffire à la respiration. Par ailleurs, le confort exige une certaine quantité d'air pour entretenir la chaleur nécessaire à la santé humaine.
D'après ce que nous avons vu des divers renouvellements d'air par heure nécessaires pour le chauffage des habitations, le problème de la ventilation pour les résidences apparaît compliqué.
Chaque pièce se trouve aérée par les infiltrations d'air qui s'accomplissent au travers des divers matériaux dont elle est lambrissée, ainsi que par les ouvertures.
Ces dernières favorisent la ventilation de deux manières: d'abord, par les infiltrations d'air autour de leur cadre, ensuite par la ventilation volontaire.
À cette fin, les fenêtres doivent être munies de guichets dans les doubles-châssis ou d'un simple ventilateur dans la traverse du bas de ces châssis. (Fig. 165).
Fig. 165.— Ventilateur ménagé dans la traverse du bas d'un châssis.
Quant aux salons et salles où plusieurs personnes se réunissent parfois, on a recours à un foyer dont la cheminée sert à la ventilation. Dans ce cas, le coefficient pour le nombre de renouvellements d'air à l'heure sera augmenté.
Pour les salles de réunion d'une certaine dimension, on utilise un dispositif de ventilation naturelle ou bien un système de ventilation forcée.
VENTILATION NATURELLE
La ventilation naturelle consiste à placer une bouche d'air au plafond ou sur un mur, près du plafond, à l'endroit le plus approprié. Cette bouche d'air doit être située à l'opposé de l'entrée si les portes sont susceptibles d'être ouvertes à de fréquents intervalles.
Dans le cas contraire, c'est-à-dire si les portes ne sont ouvertes qu'à des intervalles espacés, il faudra ménager une prise d'air, ou avoir recours à la ventilation mécanique.
Cette dernière s'obtient au moyen d'un éventail activé par l'électricité et placé à une extrémité de la chambre, près du plafond, avec conduit ou ouverture débouchant à l'extérieur, et par lequel l'air vicié est expulsé ; par ailleurs, l'alimentation en air frais s'effectue au moyen d'une prise d'air à volets ou à vanne, placée à l'autre extrémité de la pièce près du plancher.
Si la surface de radiation de l'appareil de chauffage est proportionnée au nombre de renouvellements d'air par heure de cette pièce, l'aération sera pour ainsi dire parfaite.
CLIMATISATION DE L'AIR
Rien n'est plus variable que la nature d'un climat. Celui-ci subit l'influence de la latitude et de l'altitude, du voisinage de la mer, d'un lac ou d'un cours d'eau ; il dépend du régime des vents, des pluies, des gelées, voire même de la végétation.
La climatisation (air conditioning) crée une ambiance artificielle, une ambiance de confort, où se trouvent réunies les meilleures conditions de température, d'humidité et de stabilité du climat idéal qui favorise l'activité et la santé du corps humain.
Les progrès réalisés dans la technique du chauffage à l'air chaud, à l'eau chaude et à la vapeur à basse pression, ainsi que dans la ventilation et la réfrigération, permettent non seulement de modifier avec précision la température et le degré d'humidité de l'air, mais encore d'épurer cet air, de le maintenir en mouvement et d'en modifier la pression.
Dans son sens le plus moderne et le plus large, la climatisation embrasse l'ensemble des modifications à apporter à l'intérieur d'un local pour y constituer une ambiance artificielle qui satisfera aux exigences de l'organisme humain et lui procurera un bien-être équivalent, sinon supérieur, au climat terrestre reconnu le plus sain.
Dans cet ordre d'idées, on peut dire que le conditionnement est l'ensemble de toutes les modifications physiques qu'il faudra faire subir à l'air pour l'adapter à ces exigences.
L'installation à cet effet doit être susceptible d'éliminer de l'air les poussières provenant du sol, les pollens provenant de la végétation, les fumées ou les gaz toxiques provenant de la fabrication dans les édifices industriels.
LA POLLUTION DE L'AIR DANS LES VILLES
Les couches inférieures de l'atmosphère, surtout dans les agglomérations importantes, entraînent une quantité considérable de poussières dont la présence est nuisible à l'hygiène. On a voulu rechercher la nature et la fréquence de ces poussières, et on a filtré l'air à travers du papier filtre, puis examiné les poussières au microscope.
Les observations se sont poursuivies pendant toute une année. Elles ont permis de faire un certain nombre de remarques générales.
Les poussières provenant de fumées domestiques l'emportent sur celles qui sont produites par les foyers industriels.
Les courbes de maximum se trouvent le matin à 8 heures, et le soir à 7 h ; ces maximums dépendent des conditions météorologiques.
Les brouillards favorisent la stagnation des poussières dans les couches basses de l'atmosphère ; on peut comparer le nombre de jours à maximum de poussières recueillies, au nombre de jours à brouillard. La quantité de poussières est double ou triple par brouillard ou nuages bas que par beau temps.
Quand il n'y a pas de brouillard, la pollution est proportionnelle à l'humidité atmosphérique. De même, elle est en rapport étroit avec la température, et diminue lorsqu'il fait chaud, car la chaleur crée des courants d'air verticaux qui entraînent les poussières.
Enfin, la pluie commence par accroître la pollution de l'atmosphère. Si elle persiste, au contraire, elle entraîne les poussières, et nettoie l'atmosphère. On n'observe jamais mieux les paysages lointains qu'après une période de pluies.
POLLUTION INDUSTRIELLE
II y a peu d'industries qui ne produisent de la poussière, de fumées, des vapeurs ou des gaz. Ces substances, souvent irritantes, sont parfois toxiques. Elles sont toujours indésirables. Un atelier moderne doit les éliminer.
La poussière est une sérieuse source de risques, à cause du grand nombre d'ouvriers exposés. La poussière contenant de la silice en liberté peut endommager gravement les poumons ; d'autres genres de poussière causent des maladies respiratoires.
La ventilation est donc indispensable dans les fonderies, les poteries, les mines, le décapage au sable, la taille du granit et bien d'autres industries.
Les poussières et fumées métalliques émanant du plomb, du cadmium, du mercure, de l'arsenic et du sélénium, pour ne citer que ces exemples, sont des poisons dangereux. Il faut surveiller la pureté de l'air dans les opérations comme la fonte, la soudure, le brasage, l'affinage, qui utilisent ces métaux.
Presque toutes les fumées et poussières produites dans l'industrie sont dangereuses pour la santé si on ne les contrôle pas.
Plusieurs produits chimiques employés dans l'industrie, tels que les acides, les alcalis et les dissolvants organiques, émettent des vapeurs irritantes et souvent empoisonnées.
Les acides et les alcalis exercent une action très corrosive sur la peau, et leurs émanations irritent le nez, la gorge et les yeux. Presque tous les dissolvants organiques sont toxiques et abîment la peau. L'air pollué par ces produits est un danger industriel fréquent.
Les gaz toxiques sont une autre source de contamination de l'air.
Ils comprennent l'oxyde de carbone, l'hydrogène sulfuré, l'ammoniaque, le bioxyde de soufre, le cyanure d'hydrogène, le chlorure de méthyle, le chlore et l'oxyde nitreux. Ces gaz, asphyxiants, irritants ou empoisonnés, doivent être exclus de l'air que nous respirons.
Les autorités ont fixé une concentration maximum permise pour la plupart de ces produits. C'est la concentration de poussière, de fumée, de vapeur ou de gaz, au-dessus de laquelle une personne peut donner des symptômes de maladie.
Les services d'hygiène industrielle des administrations provinciales d'hygiène pu-plique analysent l'air des usines, pour déterminer si les règles d'hygiène et de sécurité sont observées.
L'ambiance est ce qui environne et qui constitue un milieu matériel ; c'est aussi le volume d'air d'un local qui influence le corps qui s'y trouve.
Le bien-être est ce qu'éprouve un individu normal dégageant librement sa chaleur sans fatigue ni surmenage.
Le confort est l'état que procure une ambiance capable d'assurer une sensation de bien-être et qui se conçoit par les degrés différents de température.
La zone de confort est l'ensemble des ambiances qui procurent le degré de confort que l'on ne pourra obtenir, sous nos latitudes, qu'au moyen de dispositifs permettant de contrôler la chaleur et l'humidité.
Le degré de température de l'air est établi, comme nous l'avons vu pour le chauffage des habitations, par le thermomètre, auquel on ajoute un thermostat servant à régler automatiquement la température de l'air, dans une installation de chauffage contrôlée.
L'aquastat sert à établir et à régler la température de l'eau dans les conduites d'un système de chauffage contrôlé.
L'hydrostat est un appareil servant à indiquer et à régler automatiquement le degré d'humidité relative de l'air d'un local.
PROPRIÉTÉS DE L'AIR
Comme la climatisation relève à la fois du chauffage et de la ventilation — et quelquefois de la réfrigération — il est bon de connaître les diverses propriétés de l'air.
Faute de certaines notions élémentaires de physique et d'aération, certains techniciens, constructeurs, ingénieurs ou architectes, se basant sur des connaissances insuffisantes des propriétés de l'air humide, ont recommandé des appareils ou fait des installations qui, malheureusement ont déçu leurs usagers.
D'autres ont donné des résultats désastreux pour la ventilation.
Par exemple, on a installé à plusieurs endroits des appareils censés climatiser l'air, mais qui ne faisaient en réalité qu'ajouter artificiellement de l'humidité à l'air d'un système de chauffage à l'air chaud à circulation forcée.
Ces appareils, conçus en vue de l'humidification, ne faisaient rien pour la circulation de l'air, son épuration et son renouvellement ; leur rôle ne consistait qu'à circuler de l'air vicié qui, trop souvent, n'était pas vivifié et renouvelé durant plusieurs semaines.
Dans d'autres cas, ne tenant pas compte des lieux ou du genre de construction, on a installé des appareils dont le contrôle d'humidité était rudimentaire.
Comme conséquence, une trop grande quantité d'humidité, ou d'eau volatilisée, venait se condenser sur les murs et les plafonds, les vitres des fenêtres devenant couvertes de givre pendant la saison froide et les portes s'ouvrant difficilement le matin.
COMPOSITION DE L'AIR
L'air est un mélange très complexe d'oxygène et d'azote dans les proportions de 20.9 à 23.1 d'oxygène et de 79.1 à 76.9 d'azote.
L'air contient en outre une proportion très variable de vapeur d'eau, ou hydrogène, ainsi que de l'anhydride carbonique — surtout lorsqu'on en fait l'analyse à proximité des cheminées d'usine où l'on utilise le chauffage au charbon semi-bitumineux avec propulseur d'air, ou un système de chauffage à l'huile brute.
On trouve aussi en suspens dans l'air une quantité de poussières, d'origine minérale ou organique, tel que le pollen des fleurs.
L'air exerce sur tout ce qu'il baigne une pression qu'on appelle la pression atmosphérique ou barométrique; cette pression varie selon la latitude, la température et l'altitude et elle peut osciller de 13.93 à 15 livres par pouce carré.
PROPRIÉTÉ DE LA VAPEUR D'EAU
L'eau existe dans l'air à l'état de vapeur, ordinairement invisible, et quelquefois à l'état liquide et visible, sous forme de gouttelettes, bruine, brume, brouillard.
L'air saturé d'humidité est parfaitement transparent ; il devient opaque s'il est saturé d'eau, donne lieu à la rosée, la brume, le brouillard. La densité de la vapeur d'eau par rapport à l'air est de .622 à 32°, et de .633 à 212° F.
HUMIDITÉ RELATIVE
On entend par humidité relative le pourcentage d'humidité qui existe dans l'air à une certaine température, à un moment donné, par rapport à l'humidité que cet air est susceptible de contenir à cette même température.
À l'extérieur, durant les mois froids, l'humidité relative varie de 70% à 100%, provoquant la rosée, qui marque le point de condensation, ou point de rosée (dew point).
Le point de rosée de l'air humide est égal à la température de saturation, c'est-à-dire à la température où l'on peut refroidir l'air humide sans qu'il y ait condensation de l'eau qu'il contient.
DÉTERMINATION DU POINT DE ROSÉE (Voir L'hygromètre)
Pour déterminer le degré hygrométrique ou point de rosée de l'air, on emploie deux thermomètres, l'un sec et l'autre dont le bulbe est recouvert d'un linge mouillé que l'on appelle respectivement bulbe sec (dry bulb) et bulbe humide (wet bulb).
L'écart de température entre les deux thermomètres est en fonction du degré hygrométrique de l'ambiance.
Une autre méthode employée par les ingénieurs pour trouver le degré hygrométrique, consiste à déterminer le point de rosée de l'ambiance. Connaissant la température du point de rosée et celle de l'ambiance, on calcule aisément le degré hygrométrique à l'aide de la table psychrométrique.
HUMIDITÉ REQUISE POUR LES HABITATIONS
II est établi que pour les habitations, sous les conditions du chauffage artificiel: air chaud, eau chaude ou vapeur, une humidité relative d'au moins 40% est nécessaire pour le bien-être et la santé.
Il a été maintes fois constaté que durant nos hivers rigoureux, la condensation de l'humidité forme du givre sur les vitres des fenêtres, même avec des châssis doubles, lorsque l'humidité relative atteint 50%, la chambre étant chauffée. Il sera donc pratique de fixer le pourcentage d'humidité de l'air entre 40% et 50%.
Une trop grande proportion d'humidité dans l'air provoque la condensation sur les murs, occasionne de la moisissure sur les papiers-peints, hâte la rouille sur les métaux, fait ternir les argenteries et gauchir ou gondoler les boiseries.
L'humidité absolue est la quantité d'eau contenue dans un pied cube d'air qui en est saturé ; il faut une livre d'eau pour saturer 1,000 pieds cubes d'air.
L'humidité relative exprime le degré de saturation de l'air à une température donnée. L'air saturé à 100% atteint le point de rosée; l'eau se condense et se précipite en gouttelettes.
Lorsqu'on élève la température d'une chambre, l'air et l'eau en suspens se dilatant, l'atmosphère se dessèche et l'humidité relative s'abaisse; cette dernière condition amène l'irritation de la gorge, inconvénient bien connu qui résulte du chauffage à l'air chaud et du chauffage à une haute température.
En chauffant l'air pour la ventilation, il faut l'humidifier pour lui conserver ses propriétés physiologiques. Toutefois, il ne faut pas l'humidifier au-delà de 70% à 75% d'humidité relative, ce qui alourdirait l'air et causerait une sensation gênante comparable à celle qu'on éprouve à l'approche d'un orage.
Nous savons que le degré d'humidité d'un local peut être établi à l'aide d'un hygromètre. En se servant du thermomètre sec et du thermomètre humide, on obtient le pourcentage d'humidité relative, grâce au barème suivant qui a été compilé à cet effet.
BARÈME D'HUMIDITÉ RELATIVE
CHALEUR ET CONFORT
L'absence de produits pouvant contaminer l'air n'est pas le seul indice d'une bonne ventilation. L'ouvrier doit éprouver un sentiment de confort, s'il travaille dans un milieu vraiment hygiénique.
Le corps humain dégage continuellement de la chaleur même au repos. La production de chaleur augmente considérablement pendant le travail. Cette chaleur doit être dissipée à mesure qu'elle se produit, pour que la température du corps reste constante, ce qui est nécessaire à la santé.
Si la chaleur ne se dissipe pas, la température du corps peut s'élever à un point dangereux. Il ne faut pas non plus que la perte de chaleur soit trop rapide, ce qui produirait un refroidissement.
Notre sensation de confort est déterminée par le taux de dégagement de la chaleur. Ce taux lui-même est influencé par la température de l'air, que le thermomètre indique, par l'humidité de l'air, que l'hygromètre indique, et par la rapidité du déplacement de l'air.
TABLE DE CONFORT
Ces trois facteurs — température, humidité et déplacement de l'air — ont été combinés en un seul indice, appelé la température effective.
Cet indice représente le degré de chaleur ou de froid ressenti par une personne exposée à des conditions variables de température, d'humidité et de déplacement d'air. Une table des températures effectives peut servir de guide dans les usines.
La fig. 166 reproduite ici montre l'échelle de température et d'humidité pour l'air au repos (c'est-à-dire, se déplaçant à la vitesse de 15 à 25 pieds par minute) — qui paraît la plus favorable au confort, d'après des expériences scientifiques.
Fig. 166.— Table ou graphique de confort basée sur des expériences scientifiques et démontrant que la chaleur se supporte mieux lorsque l'air est relativement sec.
Il est présumé que les ouvriers portent des vêtements convenant à la nature de leur travail. La table doit être modifiée si la chaleur radiante influence les conditions de température.
L'AIR RADIANT
En hiver, la température des surfaces internes des murs et des toits des bâtiments de construction légère peut être inférieure, de plusieurs degrés, à celle de l'air de l'atelier.
En raison de la radiation de chaleur de leur corps vers ces surfaces froides, les personnes travaillant près de ces cloisons peuvent avoir besoin' d'un air plus chaud.
Dans les cas où les procédés industriels dégagent une chaleur considérable, il peut être bon de compenser en abaissant la température de l'air ou en accélérant le déplacement de l'air.
L'AIR FRAIS
On estime généralement que la provision d'air frais nécessaire à la ventilation ordinaire doit suffire à dissiper les odeurs du corps jusqu'à les rendre imperceptibles.
Cette provision varie avec les personnes et avec les conditions de travail. Le minimum varie de 10 à 30 pieds cubes par minute. En chiffres ronds, la provision d'air frais ne doit pas être inférieure à 1,000 pieds cubes par personne et par heure.
Dans les pièces occupées par un petit nombre de personnes, un changement d'air suffisant est normalement assuré, en hiver, par les fuites autour des portes et des fenêtres.
En été, il s'assure en ouvrant les fenêtres. Le contrôle de la pureté de l'air n'exige donc pas de précautions spéciales à la maison — en dehors de la disparition de la fumée des poêles — et la ventilation a surtout pour but de régler la température de l'air.
Dans les pièces occupées par un plus grand nombre de personnes, par exemple dans les ateliers et les grands bureaux, où l'espace dont chacun dispose est réduit, il est habituellement impossible de faire entrer l'air extérieur, par procédé naturel, sans créer des courants d'air.
La ventilation mécanique est donc nécessaire, non seulement pour dissiper l'odeur des corps, mais pour assurer la température propre à dissiper la chaleur des corps.
MOUVEMENT DE L'AIR
Pendant les mois d'hiver, l'air se déplace habituellement, dans des conditions normales, à la vitesse d'environ 30 pieds par minute.
En été, il est désirable d'obtenir un déplacement plus rapide. La brise est très rafraîchissante, par temps chaud, non seulement à l'extérieur, mais à l'intérieur des maisons, où l'atmosphère stagnante donne une impression étouffante.
En été surtout, il convient de ventiler les pièces afin d'assurer une atmosphère refraîchissante.
Il est très important d'entretenir un déplacement d'air convenable, pour le confort des personnes travaillant dans la chaleur et l'humidité.
Il faut toutefois éviter les courants d'air, dont les inconvénients sur le corps humain sont plus graves à mesure que la température de l'air diminue. Un courant d'air peut être agréable dans une pièce chaude et devenir à la fois désagréable et dangereux si la température s'abaisse d'un certain nombre de degrés.
PROCÉDÉS DE VENTILATION
L'air chaud est plus léger que l'air frais, de sorte que, dans un immeuble, l'air frais tend à déplacer l'air chaud.
En pratiquant des ouvertures dans le bas des murs et dans le haut du toit, on obtient le remplacement de l'air chaud, qui s'échappe en haut, par l'air frais qui entre en bas.
Pour s'assurer le maximum d'avantages, la distance verticale entre ces deux ouvertures doit être aussi grande que possible. Une chambre n'est pas convenablement ventilée si l'on n'ouvre que la moitié inférieure des fenêtres.
Le vent agit de deux manières.
La pression directe du vent sur le côté exposé d'un immeuble fait entrer l'air par les ouvertures de ce côté et le fait sortir par les ouvertures du côté opposé. Quand le vent souffle sur un ventilateur ou une cheminée de toit, il aspire l'air par ces ouvertures.
On obtient généralement une bonne ventilation des bâtiments étroits en plaçant aux bons endroits des fenêtres de modèle convenable.
Mais certains ateliers, en particulier dans les vastes usines d'un seul étage, sont difficiles à ventiler par des moyens naturels. Il faut alors recourir à des systèmes bien conçus de ventilation mécanique.
La technique est assez complexe pour exiger les services d'un ingénieur spécialisé. Le choix d'un bon système évitera des accidents et des arrêts de la ventilation par la suite.
ASSAINISSEMENT DE L'AIR
L'assainissement de l'air est aussi essentiel dans une usine que l'assainissement de l'eau dans une municipalité. Rien ne contribue davantage à la santé, au confort et au bon rendement des ouvriers.
