La climatisation est un mode de confort thermique adapté lorsque la température extérieure est élevée. En été et en intersaisons, le besoin de climatisation est dû aux apports externes (solaire notamment) mais également aux apports internes (nombre important d'occupants, exemple salle de réunion, appareils électriques tels que l'éclairage, la micro-informatique, ...). La climatisation apporte le confort thermique d'été, d'intersaisons, mais également en hiver par utilisation du même système pour chauffer les locaux. Le confort en hygrométrie est également pris en compte pour apporter une humidité ambiante contrôlée par les actions d'humidification et de déshumidification. Une climatisation est essentiellement une pompe à chaleur d'une taille adaptée à l'usage (comparable à un réfrigérateur pour climatiser une voiture, mais beaucoup plus gros pour un bâtiment)
Le principe de fonctionnement d'un climatiseur est expliqué sur le schéma suivant:
Exemple d'une centrale de traitement d'air |
Un système de climatisation doit non seulement contrer les charges thermiques et hydriques d'un local, mais il doit aussi assurer la qualité de l'air par le renouvellement d'air neuf hygiénique (maintien de la teneur en CO2 et des odeurs à un niveau acceptable défini par les normes en vigueur), et bien sûr la filtration de l'air soufflé.
Il existe dans le domaine du génie climatique plusieurs types de systèmes que l'on peut classer en trois catégories:
Il existe plusieurs solutions technologiques concernant le renouvellement de l'air au sein d'un local :
Dans ce type de système, afin d'éviter que l'air extérieur ne vienne polluer celui du local, on augmente légèrement la pression intérieure par rapport à la pression atmosphérique. L'intérêt du caisson de mélange est de réaliser des économies importantes d'énergies (respect de l'environnement).
On a donc dans ce cas un débit massique d'air soufflé supérieur au débit massique d'air repris.
Ce type de procédé est généralement utilisé dans les bureaux, les salles de cinéma, ...
Dans ce type de procédé, le renouvellement d'air neuf sera obtenu soit par un système de ventilation mécanique contrôlée ou le mélange d'air s'effectuera directement dans le local, soit l'air neuf sera préparé dans une centrale dite "centrale d'air neuf". Cet air est directement soufflé aux conditions intérieures du local. Un circuit d'air neuf particulier assure le renouvellement d'air neuf, et on aura un débit d'air rejeté égal au débit d'air neuf apporté.
Dans ce type de procédé, il n'y a pas de recyclage de l'air du local. En fonction du type de local il sera soit en surpression afin d'éviter toute pollution de l'air intérieur (blocs opératoires, laboratoires de produits pharmaceutiques, ...), soit à la pression atmosphérique.
L'inconvénient de ce type d'installation est qu'il est générateur de puissances thermiques très élevées, donc peu économiques. Toutefois, afin de diminuer les coûts énergétiques, on peut installer un récupérateur de chaleur (à plaques par exemples) sur ces centrales.
a revoir
Avant d'installer un système de climatisation, il est important de définir les conditions de température et d'hygrométrie intérieures et extérieures.
Ces valeurs dépendent de la saison et de la situation géographique où seront situés les locaux à climatiser. Les données météorologiques déjà classifiées permettront de fixer les températures sèches et les hygrométries. Ces données vont nous permettre de calculer les charges maximales à combattre dans nos locaux.
Les températures et hygrométries intérieures dépendent du type de local :
Lors de l'étude d'un projet de climatisation, il est important afin de pouvoir dimensionner correctement la centrale de traitement d'air, d'étudier au préalable les charges que devra supporter la centrale. Il faudra tenir compte des charges dites sensibles et des charges dites latentes.
Les charges sensibles venant de l'extérieur sont positives en été (à cause de l’ensoleillement, par exemple) et négatives en hiver (à causes des déperditions).
Les charges sensibles venant de l'intérieur du local proviennent essentiellement :
Les apports de chaleur latente (dégagement d'humidité sous forme de vapeur d'eau) viennent essentiellement :
La relation mathématique suivante donne les charges hydriques nommé [øL] :
Les charges totales sont la somme algébrique des charges sensibles et latentes nommé '[øT].' Elle peut être positive ou négative et est donnée par la relation mathématique suivante :
Si la température et l'hygrométrie du local sont constantes, le bilan énergétique de celui-ci peut être expliqué de la façon suivante :
Pour cela on supposera que le débit massique d'air sec soufflé est égal au débit massique d'air repris :
La puissance apportée au local est la somme de la puissance apportée par l'air dans le local, c'est-à-dire à øT (voir au chapitre précédent).
Sachant cela, on peut déterminer les conditions de soufflage.
Pour déterminer les conditions de soufflage de l'air dans un local, il faut connaître :
Les conditions du point de soufflage (plus précisément les conditions de confort) permettront de dimensionner les éléments de l'installation :
Le positionnement du point de soufflage par rapport à celui du local dépend des charges sensibles et latentes (apports ou déperditions).
Les conditions à maintenir dans le local sont : θL, rL
Les conditions du point de soufflage sont : θs, rs
Les charges sensibles peuvent être: =0; <0 ou >0
Les charges latentes peuvent être: =0; <0 ou >0
Suivant les valeurs des charges, on peut considérer 9 positions significatives du point de soufflage par rapport à celui du local.
En fonction du bilan thermique (apports ou déperditions), on peut donc prévoir à l’avance la position du point de soufflage par rapport à celui du local.
L'écart de température au soufflage représente la différence algébrique entre la température de soufflage et la température du local :
Cet écart est toujours positif quelle que soit la position du point de soufflage par rapport à celui du local. Il dépend du type de bouches utilisées.
On peut prendre en première approximation les valeurs suivantes :
Le taux de brassage représente le volume d'air traité renouvelé dans le local pendant une heure :
Le taux de brassage dépend du type de bouches de soufflage installées. Il ne dépasse pas 15 en climatisation de confort et peut aller jusqu'à 30 en climatisation industrielle.