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Technologie de Climatisation
TECHNOLOGIE
CLIMATISATION
Janvier 2005
SEMPORE Jean Francis
Enseignant en Froid et Climatisation
[email protected]
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Technologie de Climatisation
TABLE DES MATIERES
1.INTRODUCTION............................................................................................................... 5
1.CLASSIFICATION DES INSTALLATIONS DU GENIE CLIMATIQUE............................. 6
1.VOCABULAIRE DE BASE............................................................................................... 7
1.DIAGRAMME PSYCHROMETRIQUE.............................................................................. 9
DEFINITION.................................................................................................................................... 12
1.GENERALITES SUR LES INSTALLATIONS DE VENTILATION.................................. 12
OBJECTIFS...................................................................................................................................... 12
LA PRESSION DANS LES BATIMENTS.................................................................................... 14
METHODES DE DETERMINATION.......................................................................................... 15
1.DETERMINATION DES BESOINS EN AIR NEUF......................................................... 15
MESURE DE LA QUANTITE D’AIR NEUF ACTUELLE....................................................... 19
LES SYSTEMES D’ALIMENTATION EN AIR NEUF.............................................................. 20
1.CLASSIFICATION DES INSTALLATIONS DE VENTILATION...................................... 21
VENTILATION MECANIQUE GLOBALE.................................................................................21
VENTILATION MECANIQUE PONCTUELLE.........................................................................23
VENTILATION MECANIQUE MIXTE.......................................................................................23
VENTILATION MECANIQUE CONTROLEE...........................................................................23
MATERIELS DE VENTILATION NATURELLE...................................................................... 25
1.MATERIEL DE VENTILATION....................................................................................... 25
MATERIELS DE VENTILATION MECANIQUE......................................................................25
LES VENTILATEURS.................................................................................................................... 28
1.COMPOSANTS SPECIFIQUES DES INSTALLATIONS ............................................... 28
1.2LES BATTERIES DE CHAUFFAGE.......................................................................................31
LES BATTERIES DE REFROIDISSEMENT.............................................................................. 32
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Technologie de Climatisation
LES FILTRES.................................................................................................................................. 32
LES DESHUMIDIFICATEURS..................................................................................................... 35
LES HUMIDIFICATEURS.............................................................................................................37
GENERALITES............................................................................................................................... 39
1.DISTRIBUTION DE L’AIR DANS LES INSTALLATIONS.............................................. 39
LES DIFFERENTS TYPES DE RESEAUX DE DISTRIBUTION D’AIR................................ 39
DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX DE GAINES............................................................... 44
LES ACCESSOIRES DES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’AIR.........................................46
INSTALLATIONS DE VENTILATION SEULE......................................................................... 52
1.CALCUL DES INSTALLATIONS DE VENTILATION .................................................... 52
SELECTION D’UN VENTILATEUR........................................................................................... 53
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC REFROIDISSEMENT............................................ 53
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC CHAUFFAGE.......................................................... 57
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC HUMIDIFICATION.............................................. 57
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC DESHUMIDIFICATION........................................59
1.3CALCUL DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION..................................................60
GENERALITES SUR LES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION...................................62
1.CLASSIFICATION DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION................................. 62
MODES DE CLASSIFICATION................................................................................................... 64
SYSTEMES A DETENTE DIRECTE........................................................................................... 65
SYSTEMES TOUT AIR................................................................................................................. 69
SYSTEMES TOUT EAU................................................................................................................. 71
SYSTEMES VRV............................................................................................................................. 73
INVENTAIRE DES SYSTEMES................................................................................................... 74
MATERIELS DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION................................................ 79
LES RIDEAUX D’AIR.................................................................................................................... 80
1.LES MATERIELS PARTICULIERS................................................................................ 80
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Technologie de Climatisation
LES ELIMINATEURS D’ ODEURS............................................................................................. 80
GENERALITES............................................................................................................................... 83
1.ISOLATION ACOUSTIQUE............................................................................................ 83
DEFINITIONS..................................................................................................................................83
MATERIEL...................................................................................................................................... 86
TRAITEMENT ACOUSTIQUE D’UN LOCAL TECHNIQUE................................................. 88
GENERALITES............................................................................................................................... 89
1.DISTRIBUTION DE L’EAU DANS LES INSTALLATIONS............................................. 89
LES DIFFERENTS TYPES DE RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU............................... 89
DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX DE DISTRIBUTION................................................. 91
LES ACCESSOIRES DE RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU..........................................92
LES CONDENSATS........................................................................................................................ 98
DEFINITION.................................................................................................................................... 99
1.REGULATION ................................................................................................................ 99
LES ORGANES DE DETECTION OU DETECTEURS........................................................... 100
LES REGULATEURS................................................................................................................... 102
LES ACTIONNEURS.................................................................................................................... 103
LES ORGANES DE REGLAGE.................................................................................................. 104
LA REGULATION INFORMATISEE OU COMMANDE CENTRALISE............................ 106
GENERALITES............................................................................................................................. 107
1.DISPOSITIFS DE SECURITE CONTRE L’INCENDIE................................................. 107
LA PROTECTION PASSIVE.......................................................................................................108
LA PROTECTION ACTIVE........................................................................................................ 109
1.COMPARAISON ENTRE LES MEDIUMS DE TRANSFERT........................................ 110
1.TRAVAUX D’ ENTRETIEN DES INSTALLATIONS...................................................... 111
1.BIBLIOGRAPHIE.......................................................................................................... 112
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Technologie de Climatisation
1.ANNEXES..................................................................................................................... 113
1. INTRODUCTION
L’environnement revêt aujourd’hui un caractère important dans le devenir de l’homme.
Plusieurs définitions de l’environnement sont avancées, il sera retenu la définition de
l’ensemble environnant constitué d’un ou plusieurs facteurs que sont :
- les bruits émis
- la température et l’humidité
- la qualité de l’air
- l’ensoleillement
- le vent
- les précipitations
- etc.
L’environnement extérieur de par ses dimensions imposantes n’est pas maîtrisable par
l’homme sauf en ce qui concerne certaines mesures (bruits, qualité de l’air).
L’environnement intérieur (construction naturelle ou artificielle) qui est isolé de
l’environnement extérieur grâce aux parois de la construction qui le contient est
maîtrisable en ce qui concerne ses caractéristiques que sont le microclimat dont les
paramètres sont réduits à la température, à l’humidité, à la qualité et au mouvement de
l’air.
Ainsi à travers le Génie Climatique, le Climaticien va mettre en œuvre des moyens
propres à la maîtrise de cet environnement intérieur.
Les installations du Génie Climatique serviront à :
- la réalisation de conditions ambiantes bénéfiques au bien-être physiologique de
l’homme
- la réalisation de conditions ambiantes particulières dans l’industrie, les laboratoires
à des fins de processus de fabrication ou de recherche
L’historique du génie climatique est riche d’évènements :
- 19ème siècle : installations de chauffage avec des poêles fermées
- Vers 1890 : apparition des procédés d’humidification de l’air par chauffage à
vapeur
- Début 20ème siècle : premières installations de conditionnement d’air aux Etats Unis
- 1920 : premières installations de climatisation aux Etats Unis
- Vers 1930 : nouveaux systèmes grâce aux fluides frigorigènes (CFC)
- A partir de 1950 : nouveau dynamisme des installations surtout en Europe
- Vers 1975 : intégration de la réduction de la consommation d’énergie
- De nos jours, l’évolution la plus spectaculaire concerne la régulation électronique et
les nombreuses possibilités offertes.
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Technologie de Climatisation
1. CLASSIFICATION DES INSTALLATIONS DU GENIE CLIMATIQUE
Une installation de Génie Climatique est une installation destinée à maîtriser au moins un
des paramètres caractéristiques d’un environnement intérieur donné (température,
humidité, qualité de l’air, mouvement de l’air).
La maîtrise de la température s’obtient par des moyens de refroidissement et de
chauffage.
Quant à celle de l’humidité, elle s’effectue par humification ou déshumidification.
La recherche de la qualité de l’air peut être obtenue par l’introduction dans le local de l’air
dit « neuf ».
Il faut entendre par ce terme de l’air en provenance de l’extérieur, cet air étant censé
présenter une meilleure qualité que celle de l’air ambiant que l’on désire renouveler.
En réalité, les qualités de l’air extérieur ne sont pas toujours optimales et un traitement
préalable (filtration par exemple) est souvent rendu nécessaire.
Le refroidissement, le chauffage, l’humidification et la déshumidification
s’effectuer :
- statiquement dans le local
- dynamiquement dans le local
- dynamiquement hors du local
Une installation est dite dynamique lorsqu’elle fait appel à un ventilateur.
peuvent
En résumé, la maîtrise des paramètres caractéristiques d’un environnement intérieur
donné s’effectue en mettant en œuvre une ou plusieurs des quatre fonctions suivantes
dites thermodynamiques :
- refroidissement
- chauffage
- humidification
- déshumidification
En plus de ces fonctions, il peut s’ajouter deux fonctions non-thermodynamiques :
(C’est à dire n’entraînant aucune modification de la température et de l’humidité) à savoir :
- la filtration qui permet le contrôle de la qualité de l’air
- la circulation de l’air.
C’est le nombre de fonctions thermodynamiques assurées dans une installation qui va
déterminer le type d’installation à savoir une installation de :
- ventilation
- climatisation
- conditionnement d’air
Le tableau 1 donne la classification des installations de Génie Climatique.
Suivant la classification, une installation de ventilation est une installation qui assure une
circulation d’air avec la possibilité ou pas d’assurer une seule fonction thermodynamique.
A partir du moment où une installation assure en plus de la fonction de circulation d’air,
qu’il y’ait filtration ou pas, au moins deux fonctions thermodynamiques, l’on est en
présence d’une installation de climatisation ou de conditionnement d’air. Une telle
installation englobe en elle-même une installation de ventilation.
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6
Technologie de Climatisation
Tableau 1
Classification des installations de ventilation, de climatisation et de
conditionnement d’air en fonction du nombre de fonctions thermodynamiques
assurées
Désignation
de
l’installation
Fonction non
thermodynamique
de base1
Installation
de
ventilation
Installation
de
climatisation
ou de
conditionnement
d’air
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Fonctions
thermodynamiques
possibles
Nombre
Type2
Aucune
Ch
ou au
R
maximum
H
une seule
D
Ch, R
Ch, H
Deux
Ch, D
R, H
R, D
H, D
Ch, R, H
Trois
Ch, R, D
R, H, D
Ch, H, D
Quatre
Ch, R, H, D
Fonction non
thermodynamique
complémentaire
possible3
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
1/ Ca : Circulation d’air
2/ Ch : Chauffage, R : Refroidissement, H : Humidification, D : Déshumidification
3/ F : Filtration
La distinction n’est pas toujours évidente entre une installation de climatisation et une
installation de conditionnement d’air.
Il sera retenu les définitions de A. RIO à savoir :
La Climatisation désigne l’ensemble du traitement de l’air ayant pour but l’obtention d’une
ambiance interne d’abord définie en température et humidité.
Les conditions à obtenir dans les locaux par les installations doivent, toute l’année être
favorables à la vie des occupants, leur santé, leur bien-être ou leur mieux-être.
Pour les locaux du tertiaire, la climatisation est ainsi liée à la productivité du personnel ou
à l’agrément des clients.
Le Conditionnement d’air s’applique à l’industrie et vise l’élaboration d’un produit. Les
conditions requises sont justifiées par le fonctionnement des machines où la qualité de la
production.
Le conditionnement de l’air exige souvent des résultats plus précis sur la température et
l’humidité qu’en climatisation où les tolérances sont plus larges.
On parle également de conditionnement d’air pour le tertiaire quand l’ambiance doit être
contrôlée avec précision (groupes opératoires en milieu hospitalier, locaux
informatiques...).
1. VOCABULAIRE DE BASE
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7
Technologie de Climatisation
On distingue :
- l’air soufflé (AS) qui est de l’air traité ou non qui pénètre dans le local,
- l’air repris (AR) qui est l’air qui ressort du local après l’avoir traversé (air soufflé
ayant perdu ses qualités),
- l’air neuf (AN) qui est l’air en provenance de l’extérieur et qui est destiné à subir ou
non un traitement avant d’être soufflé dans le local, il est préférable de parler d’air
extérieur car ce dernier n’est pas toujours «neuf» au sens propre,
- l’air recyclé (AC) qui est une partie de l’air repris qu’on ne renvoie pas à l’extérieur
mais qui retourne à l’appareil de traitement d’air,
- l’air rejeté (AJ) qui est la partie de l’air repris renvoyée à l’extérieur et qu’on ne
souhaite pas recycler,
- l’air mélangé (AM) est l’air résultant du mélange d’air neuf et d’air recyclé au niveau
du matériel de traitement d’air.
On distingue également les différents éléments constitutifs des appareils de traitement
d’air :
- FA : Filtre à air
- PS : Piège à son
- VE : Ventilateur
- BF : Batterie de refroidissement
- SG : Séparateur de gouttelettes
- V : Volet de réglage
Figure 1
Installation type de génie climatique
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8
Technologie de Climatisation
1. DIAGRAMME PSYCHROMETRIQUE
En génie climatique, la notion d’air qu’il soit traité ou pas renvoie à la notion d’air humide
qui résulte du mélange d’un air dit sec et de vapeur d’eau, ce mélange est considéré
comme un gaz parfait et le diagramme psychrométrique ou diagramme de l’air humide
permet de définir complètement l’état d’un air donné.
Un point donné (état d’un air donné) sur le diagramme de l’air humide est défini par les
grandeurs suivantes :
- la température sèche est la température indiquée par un thermomètre ordinaire (°
C)
- la température humide est la température indiquée par un thermomètre dont le
bulbe est recouvert par une mèche maintenue mouillée et exposée à un courant
d’air (°C)
- le point de rosée (température de rosée) est la température à laquelle la vapeur
d’eau contenue dans l’air commence à se condenser, l'humidité spécifique étant
constante (°C)
- le degré hygrométrique (taux d’humidité ou humidité relative) est le rapport de la
pression partielle de vapeur d’eau contenue dans l’air humide à la tension de
vapeur saturante à la même température (%)
- l’humidité spécifique (teneur en eau) est le rapport de la masse de vapeur d’eau
contenue dans l’air humide sur la masse d’air sec (kG/kGAS)
- le volume spécifique est le volume occupé par l’air humide dont la masse d’air sec
est 1 kG (m3/kGAS)
- l’enthalpie est la quantité de chaleur contenue dans l’air humide dont la masse d’air
sec est 1 kG (kCal/kGAS ou kJ/kGAS)
Les différentes grandeurs énoncées ci-dessus sont liées et la connaissance de deux
d’entre elles permet de définir complètement l’état d’un point donné et par conséquent les
autres grandeurs.
Relations pour un mélange d’air
En mélangeant un air à l’état 1 avec un air à l’état 2, on obtient un air à l’état 3.
En représentant les points 1 et 2 sur le diagramme de l’air humide et en traçant la droite
passant par les point 1 et 2, le point de mélange 3 se trouve sur cette droite.
Etat de l’air
1
2
3
Débit massique
(kG/s)
q1
q2
q3
Température sèche
(°C)
Θ1
Θ2
Θ3
Enthalpie
(kJ/kGAS)
h1
h2
h3
Humidité spécifique
(kG/kGAS)
r1
r2
r3
Suivant les grandeurs du tableau ci-dessus, les relations suivantes peuvent s’écrire :
q3 = q1 + q 2
h3 =
[email protected]
q1 ⋅ h1 + q 2 ⋅ h2
q3
r3 =
q1 ⋅ r1 + q 2 ⋅ r 2
q3
θ3 =
q1 ⋅ θ 1 + q 2 ⋅ θ 2
q3
9
Technologie de Climatisation
Figure 2.1
Diagramme de l’air humide ou diagramme psychrométrique
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10
Technologie de Climatisation
Figure 2.2
Diagramme de l’air humide ou diagramme psychrométrique
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1. GENERALITES SUR LES INSTALLATIONS DE VENTILATION
DEFINITION
La ventilation peut être définie comme une circulation d’air ayant pour objet l’évacuation
de l’air vicié, échauffé et pollué et son remplacement par une certaine quantité d’air neuf.
La ventilation permet l’amélioration du cadre de vie ou de travail pour une meilleure
productivité dans un souci de confort et d’hygiène sans cesse accru.
OBJECTIFS
Les objectifs des installations de ventilation sont :
-
L’apport d’air neuf
La ventilation mécanique est apparue en même temps que la climatisation, il fallait trouver
un moyen pour distribuer la fraîcheur créée à tous les occupants.
La ventilation mécanique pouvait assurer la distribution de l’air dans toutes les pièces
indépendamment des conditions extérieures de vent et de température. La nécessité de
la ventilation mécanique a été confirmée par les exigences des nouvelles formes
architecturales des bâtiments.
La première raison pour ventiler, c’est le renouvellement de l’air car les occupants en ont
un réel besoin.
-
La filtration des poussières
A l’époque de la ventilation naturelle, l’air extérieur ne pouvait pas être filtré. La pollution
extérieure, celle de la rue, celle de la combustion, celles des industries environnantes et
celle générée par la nature elle-même (pollen, micro-organismes) était introduite dans
l’édifice. Les occupants devaient s’en accommoder car il n y avait aucun moyen de
l’éliminer. La poussière générée à l’intérieur ne pouvait pas non plus être filtrée et
demeurait sur place.
La ventilation mécanique a permis l’ajout de filtre capable de réduire la quantité de
poussière circulée dans le bâtiment. Les filtres grâce à leur emplacement peuvent réduire
la quantité de poussières venant de l’extérieur et même celle produite à l’intérieur par les
occupants eux-mêmes et ils jouent le même rôle pour réduire la quantité de pollen ou de
micro-organismes dans l’air.
Cependant, la quantité de filtration de la plupart des systèmes de ventilation est tellement
pauvre que les filtres ne jouent pratiquement aucun rôle bénéfique.
Pour être efficace, le rendement des filtres doit être de plus de 35%. Pour atteindre ce
rendement, il faut des filtres à sacs ou des filtres plissés à haut rendement. Aucun média
plat ne peut prétendre atteindre cette efficacité.
Le filtre protège la santé et le bien être des occupants en éliminant les poussières
irritantes pour le système respiratoire et certains micro-organismes qui peuvent entraîner
des malaises.
Elle protège aussi l’efficacité des différents composants du système de ventilation en
évitant d’obstruer les serpentins, d’encrasser les ventilateurs, les boîtes de détente et de
salir les gaines, les diffuseurs et les plafonds.
-
L’humidification de l’air
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12
Technologie de Climatisation
Les systèmes de ventilation naturelle ne permettaient pas toujours d’humidifier l’air.
Les systèmes de ventilation mécanique vont permettre d’humidifier l’air, ce qui va
contribuer à l’amélioration du confort des occupants ou à la création de conditions
favorables à certains processus de fabrication.
-
La déshumidification de l’air
Les systèmes de ventilation mécanique munis d’un serpentin de refroidissement
déshumidifient l’air. Le fait de refroidir l’air fait condenser une partie de l’eau qu’il contient,
ce qui a pour effet de la déshumidifier.
On tentera de déshumidifier sans toutefois aller au-delà de ce qui est requis pour la
climatisation. On procède alors à un sur-refroidissement de l’air suivi d’un réchauffage
pour le rendre acceptable aux occupants. On ne devrait avoir recours à cette
déshumidification à moins d’avoir un besoin spécifique d’air de très faible niveau
d’humidité. Ce procédé est coûteux car il implique un refroidissement et un chauffage de
l’air simultanément.
Il existe d’autres moyens de déshumidification faisant appel aux propriétés physiques
d’absorbant liquide ou d’adsorbant solide.
-
Le réchauffage de l’air
Le système de ventilation mécanique peut être utilisé pour chauffer un bâtiment, ce n’est
habituellement pas le cas dans nos zones où règne un climat tropical.
-
Le refroidissement de l’air
Après le renouvellement d’air, la principale fonction du système de ventilation mécanique
est l'approvisionnement en air frais. Il faut se rappeler que le besoin de pulser de l’air
refroidi fut à l’origine même des systèmes de ventilation.
-
L’évacuation des gaz nocifs
Pour permettre l’introduction d’air neuf dans les immeubles, il est nécessaire d’en extraire
une certaine quantité.
Les édifices où l’on retrouve des salles de toilettes, de l’entreposage, des cuisines, des
stationnements intérieurs ou des salles mécaniques nécessitent des évacuateurs afin
d’évacuer l’air vicié par les occupants et les procédés.
Les gaz nocifs tels sue le CO2, le CO, les volatiles organiques, les vapeurs de peinture et
de colle que l’on retrouve dans les mobiliers de bureaux neufs peuvent causer des
problèmes lorsqu’ils sont en grande quantité. En introduisant une partie d’air frais, les
contaminants sont dilués et leurs concentrations sont ramenées à des niveaux
acceptables.
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13
Technologie de Climatisation
LA PRESSION DANS LES BATIMENTS
1.1.1 Equilibre des pressions
L’équilibre des pressions est atteint lorsque la pression d’air extérieur est égale à la
pression interne. Cet équilibre s’appelle aussi pression neutre.
Pour l’obtenir, l’évacuation d’air doit être égale à l’admission d’air neuf. Cependant, la
force du vent qui varie considérablement sur un édifice peut déséquilibrer les pressions
internes surtout lorsque les ouvertures sont grandes (par exemple les portes du hall
d’entrée d’un grand bâtiment). Les bureaux sont généralement maintenus à pression
positive ou en surpression. Il est important de savoir qu’une pression positive provoque
des exfiltrations d’air par les murs tandis qu’une pression négative provoque des
infiltrations d’air.
1.1.2 Locaux à pression positive
Certains locaux peuvent nécessiter une pression légèrement positive afin d’empêcher l’air
des locaux adjacents de pénétrer dans le local desservi. Dans les salles informatiques par
exemple, il faut minimiser l’entrée des poussières et préserver une humidité relative
constante. On rencontre aussi les systèmes à pression positive dans les cafétérias, les
restaurants pour permettre de renouveler l’air évacué dans les cuisines et empêcher les
odeurs de cuisson de se répandre. La pression positive s’obtient en admettant plus d’air
neuf qu’on en rejette.
1.1.3 Locaux à pression négative
Dans certains locaux, on aura plutôt tendance à avoir une pression légèrement négative
de manière à favoriser l’évacuation de l’air du local qui est vicié (toilettes par exemple) et
empêcher cet air de polluer les locaux adjacents. La pression négative s’obtient en
évacuant plus d’air que ce qu’on admet.
Figure 2
Pressions dans les bâtiments
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14
Technologie de Climatisation
1. DETERMINATION DES BESOINS EN AIR NEUF
METHODES DE DETERMINATION
L’évaluation des besoins d’air neuf dans un immeuble implique de connaître le nombre
d’occupants, le type d’activité, le profil d’occupation, la réglementation et les normes à
respecter.
Il faut également pouvoir mesurer lorsque les ajustements sont déjà faits la quantité d’air
neuf admise de façon à pouvoir la comparer avec les besoins réels et d’appliquer si
nécessaire les correctifs (réglage des volets…)
1.1.4 Occupation du bâtiment
Importance du profil d’occupation
Il est rare qu’un immeuble soit entièrement occupé en tout temps. Les édifices de bureaux
par exemple sont généralement occupés environ 60 heures par semaine.
En dehors des périodes normales d’occupation, les systèmes de ventilation peuvent être
arrêtés ou du moins l’ai neuf introduit dans ces systèmes peut être diminué.
Toutes ces modifications aux conditions d’ambiance génèrent habituellement
d’importantes économies d’énergie d’où l’importance d’établir l’horaire d’occupation de
tous les espaces desservis par un système de ventilation.
Cette information permet d’effectuer plus précisément les manœuvres suivantes :
- adapter les quantités d’air admises au nombre réel d’occupants
- ajuster les températures d’alimentation d’air en fonction des besoins réels de la
zone
- établir les horaires d’arrêt-départ d’un système
- choisir l’horaire et la température de nuit (Night set back)
- Choisir la température des locaux en fonction des saisons.
Méthode de relevé d’occupation
L’utilisation de formulaires préconçus permet d’accélérer la préparation des profils
d’occupation.
La connaissance de l’espace desservi par un système, les discussions avec le
responsable du service concerné ou enfin l’énumération «à vue» du nombre d’occupants
facilitent l’obtention de l’information requise : il s’agit de savoir combien de personnes
occupent l’espace desservi aux différentes heures du jour et quels jours de la semaine.
Si l’occupation du bâtiment est à peu près la même pendant plusieurs jours de la
semaine, on regroupe tous ces jours en un seul jour qu’on appellera « JOUR TYPE ».
Aussi dans la plupart des édifices, un premier « JOUR TYPE » peut représenter tous les
jours de la semaine et un second les deux jours de la fin de la semaine.
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15
Technologie de Climatisation
1.1.5 Importance de l’air neuf sur le coût de l’énergie
Refroidir, déshumidifier et éventuellement chauffer l’air introduit dans un immeuble
constitue une des charges énergétiques les plus importantes du bâtiment.
Cette constatation doit inciter à minimiser l’air neuf introduit dans tous les systèmes de
ventilation de l’édifice tout en respectant les normes.
1.1.6 Evaluation des besoins d’air neuf
Les quantités d’air frais nécessaires aux occupants et aux divers procédés sont spécifiées
dans des documents techniques ainsi que dans des règlements et codes de la
construction.
Règles à appliquer :
En tout temps, il faut appliquer les règles suivantes pour l’ensemble du système de
ventilation :
- introduire la quantité minimale d’air extérieur recommandée par les règlements et
normes en vigueur sur le territoire
- Lorsque cela est possible (si la capacité des équipements de refroidissement et de
déshumidification le permet) augmenter les quantités minimales d’air neuf pour
s’approcher de la recommandation ASHRAE1 62-1989 (10L/s/personne).
- Compenser l’air évacué par les différents évacuateurs en admettant une quantité
équivalente d’air frais
- S’assurer que dans tous les locaux, la concentration de CO2 (dioxyde de carbone)
n’excède pas 850 ppm (parties par million). Ceci n’est pas un règlement mais une
pratique courante. En introduisant 10L/s par personne, le taux de CO2 équivalent
maintenu est inférieur à 850 ppm.
La vérification du taux de CO2 est faite en analysant en période d’occupation, un
échantillon de l’air. Lorsque les valeurs recommandées sont excédées, il faut accroître le
taux de ventilation de l’espace desservi.
Il existe aussi des sondes qui mesurent continuellement la concentration de CO2 et qui
contrôlent les volets d’air neuf afin de préserver le confort peu importe le nombre
d’occupants et de réduire au minimum les coûts liés au refroidissement de l’air neuf. Le
contrôle des volets peut se faire directement ou par le biais d’une commande centralisée.
Lorsque le taux de CO2 est contrôlé centralement, il est recommandé d’ajuster le point e
contrôle à 600 ppm pour s’assurer que les locaux critiques n’excèdent pas 850 ppm.
Il faut se rappeler que dans la majorité des systèmes de ventilation, les volets d’air neuf
sont réglés au minimum car la température extérieure est très élevée, cependant suivant
les saisons, des séquences de contrôle peuvent être mises en place pour moduler les
volets. Ainsi, on retournerait au minimum d’air neuf lorsque la température extérieure sera
supérieure à une consigne donné (la consigne de 20°C peut être adoptée dans certaines
zones) afin d’éviter d’augmenter les coûts de refroidissement et de déshumidification de
l’air frais. Pour toutes autres les conditions, le pourcentage d’air frais est supérieur au 1
minimum requis.
1
ASHRAE : American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers
[email protected]
16
Technologie de Climatisation
Exemples d’évaluation
Exemple 1
Un système de ventilation de type volume constant, température variable dessert un
immeuble à bureaux contenant 250 occupants durant l’horaire normal d’occupation, 10
occupants durant la période d’entretien ménager et 2 occupants (gardiens) durant le reste
du temps sur une surface de 3 500 m².
Les besoins d’air frais selon l’ASHRAE1 seront :
Durant l’occupation
: 250 personnes x 10 L/s par personne = 2 500 L/s
En dehors de l’occupation :
Entretien ménager
: 10 personnes x 10 L/s par personne = 100 L/s
Gardiennage
: 2 personnes x 10 L/s par personne = 20 L/s
La quantité d’air frais en période d’occupation, soit 2 500 L/s devra être fournie par le
système de ventilation selon le calcul.
En dehors de l’occupation, l’infiltration normale d’air extérieur dans l’immeuble fournira
aisément la qualité d’air requise.
Pour confirmer que l’apport d’air neuf est suffisant, il est possible d’installer des
enregistreurs de CO2 dans les locaux et vérifier que le taux n’excède pas 850 ppm. Si les
enregistrements sont faits à même le système de ventilation, il est préférable de maintenir
environ 600 ppm compte tenu que la valeur lue est une moyenne et qu’il peut y avoir des
écarts.
Exemple 2
Un système de ventilation dessert un atelier d’une surface de 100 m² comportant une
hotte d’évacuation ayant un débit de 1 400 L/s d’air. La hotte fonctionne de 6 h à 20 h du
lundi au vendredi. Il y’a 6 occupants dans l’atelier durant le même horaire.
Les besoins d’air frais seront :
Remplacer l’évacuation
: 1 400 L/s
Satisfaire les besoins des occupants : 6 x 10 L/s par personne = 60 L/s
La quantité d’air frais admise pour remplacer l’air évacué comble complètement les
besoins des occupants. Pour conserver une pression neutre, il faudra introduire 1 400 L/s
de 8 h à 20 h les jours de la semaine.
En dehors de cette période, les quantités d’air évacué et d’air frais admis seront nulles.
Cependant, afin d’éviter les problèmes causés par les odeurs résiduelles (cuisines ou
salles de toilettes), il est parfois recommandé de faire démarrer les systèmes environ une
heure avant l’arrivée des occupants.
Pour les endroits où émanent des produits toxiques, il faudra faire fonctionner les
évacuateurs du moins occasionnellement durant l’inoccupation à l’aide d’une minuterie.
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17
Technologie de Climatisation
EXEMPLES DE FICHES DE RELEVES D’OCCUPATION
Nombre Maximal – Occupants 250
Jour (s) Type (s) LUNDI AU VENDREDI
Occupants
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
24
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
24
1
5
1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
2
1
2
2
2
3
24
Heures
Nombre Maximal – Occupants 250
Jour (s) Type (s) SAMEDI
Occupants
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
Heures
Nombre Maximal – Occupants 250
Jour (s) Type (s) DIMANCHE
Occupants
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
Heures
[email protected]
18
Technologie de Climatisation
MESURE DE LA QUANTITE D’AIR NEUF ACTUELLE
1.1.7 Le système à 100% d’air neuf
Méthode d’évaluation
Pour établir la quantité d’air introduite, il est possible d’utiliser une ou plusieurs des
techniques suivantes :
- Lire l’information sur les plans et devis de l’immeuble. Cette méthode n’est pas
fiable mais peut néanmoins servir de guide au début de l’étude
- Utiliser un tube de PITOT (Matériel utilisé pour le calcul des débits)
- Mesurer la vitesse de l’air dans le conduit et connaissant la section, on détermine
le débit d’air qui y circule
- Mesurer la vitesse de l’air à l’entrée ou à la sortie de la grille, la connaissance de la
section libre de passage de cette grille (donnée par le constructeur ou estimée)
permet de déterminer le débit d’air qui circule.
Le système avec retour d’air et un débit d’air neuf constant
Méthodes d’évaluation
Pour établir la quantité d’air neuf introduite, il suffit d’utiliser la méthode suivante :
- Prendre des lectures de température de l’air de retour après le ventilateur de retour
(T1), celle de l’air frais à la prise d’air neuf (T2) et de l’air mélangé après la boîte de
mélange (T3) (Voir figure 3)
- La température de l’air de mélange doit être mesurée à plusieurs endroits ; une
moyenne des lectures établira la température finale de calcul.
Il est possible de mesurer la température à la sortie du ventilateur mais il faut
soustraire de la lecture obtenue 2°C pour les systèmes à haute vitesse
(généralement des conduites rondes) et 1°C pour les systèmes à basse vitesse
(généralement les conduites rectangulaires).
A partir des mesures des différentes
températures T1, T2, T3 (°C) et du débit
d’air total circulé désigné par Qac, le débit
d’air neuf Qan peut être obtenue par la
formule suivante :
Qan = Qac ⋅ Pan
(T 3 − T1)
Pan =
(T 2 − T1)
Pan représente le pourcentage d’air neuf (ou
d’air frais) par rapport au débit d’air total
circulé.
[email protected]
Figure 3
Détermination du débit d’air neuf
19
Technologie de Climatisation
LES SYSTEMES D’ALIMENTATION EN AIR NEUF
1.1.8 Le système à 100% d’air neuf
Le système à 100% d’air neuf est utilisé pour compenser des évacuations d’air telles que
les hottes de cuisine, les hottes de laboratoire et autres évacuations.
Tout l’air admis provient de l’extérieur et est refroidi à la température du local. Ces
systèmes sont souvent équipés de récupérateurs (au glycol, à plaques ou au réfrigérant)
entre l’admission d’air frais et la sortie d’air vicié.
Ce système introduit un volume d’air légèrement supérieur ou égal à celui évacué.
Normalement, le ventilateur d’alimentation est asservi aux extracteurs.
1.1.9 L’ajustement des débits d’air neuf aux besoins réels
Si la quantité d’air est insuffisante ou trop grande pour les besoins d’air neuf ou pour
compenser l’air évacué, il est nécessaire de modifier la vitesse de rotation du ventilateur
(changement de poulie…) ou bien de faire varier l'angle d'ouverture du volet d'admission
d'air neuf.
De nos jours, la variation électronique de la vitesse de rotation des ventilateurs permet
d’apporter une solution plus élégante à cet ajustement.
1.1.10 Le système avec retour d’air et débit d’air neuf constants
Ce système est souvent appelé « petit h ». La quantité d’air neuf introduite dans l ‘édifice
est fonction de l’air évacué par les toilettes, les hottes de cuisine, etc.
En maintenant une pression neutre (ou positive) dans le bâtiment, le système aspire par
la prise d’air neuf la même quantité d’air que le débit des extracteurs.
Plusieurs unités compactes de toit sont des systèmes à débit d’air neuf constant
puisqu’elles possèdent uniquement un ventilateur d’alimentation. L’inconvénient de cet
arrangement est que tout le refroidissement doit être fait de façon mécanique puisque le
pourcentage d’air frais admis dans la boite de mélange est presque toujours constant (un
volet de réglage du débit d’air neuf permet de varier le débit d’air admis si ncessaire).
Figure 4
Schémas des différents types de systèmes d’air neuf
[email protected]
20
Technologie de Climatisation
1. CLASSIFICATION DES INSTALLATIONS DE VENTILATION
On distinguera principalement quatre types de ventilation mécanique :
- la ventilation mécanique globale
(VMG)
- la ventilation mécanique ponctuelle
(VMP)
- la ventilation mécanique mixte
(WMM)
- la ventilation mécanique contrôlée
(VMC)
Il faut retenir que dans le langage courant, les types de ventilation énoncés ci-dessus sont
souvent regroupés sous le vocable de VMC (ventilation Mécanique Contrôlée).
VENTILATION MECANIQUE GLOBALE
C’est une ventilation qui concerne tout le volume du local traité, on retiendra :
- la ventilation simple flux par extraction seule
- la ventilation simple flux par soufflage seule
- la ventilation double flux par soufflage et reprise simultanés
1.1.11 La ventilation simple flux par extraction seule
La ventilation simple flux par extraction seule consiste à aspirer l’air du local à l’aide d’un
extracteur et à le rejeter à l’extérieur. L’air neuf pénétrant directement par les ouvrants ou
venant des locaux contigus en passant sous les portes ou par des passages appropriés.
Ce type d’installation met le local en légère dépression, on parle également de pression
négative.
Elle convient parfaitement pour éviter la propagation d’un air pollué et trouve son
application dans la ventilation de petits locaux où l’air est fortement pollué par des gaz,
des vapeurs, des odeurs ou encore lorsque la température est élevée.
Exemples : ateliers, cuisine, toilettes, vestiaires
Les principaux éléments d’une telle installation sont :
- l’extracteur ou ventilateur de reprise
- les conduits de reprise et de rejet
- les grilles d’amenées d’air neuf (grilles de transfert, bas de portes)
1.1.12 La ventilation simple flux par soufflage seule
Contrairement à l’installation précédente, une installation de ventilation par soufflage seul
aspire l’air extérieur pour l’envoyer dans les locaux à ventiler, le surplus d’air s’écoulant
vers les locaux contigus ou par des grilles de transfert ou encore par les inétanchéités des
portes et fenêtres. Ce type d’installation met le local en surpression, ce qui évite la
pénétration d’air indésirable. On parle également de pression positive.
Cette installation équipera des locaux où la pollution est faible et où l’air pourra
s’échapper facilement à l’extérieur ou dans les locaux adjacents par les portes, fenêtres et
autres dispositifs de transfert.
[email protected]
21
Technologie de Climatisation
Les principaux éléments d’une telle installation sont :
- le ventilateur de prise d’air
- les conduits de prise d’air
- les grilles de rejet d’air (grilles de transfert, inétanchéités des fenêtres et portes)
1.1.13 La ventilation double flux par soufflage et reprise simultanés
C’est le système de ventilation le plus approprié pour presque tous les locaux (théâtres,
salles de cinéma, restaurants, etc.)
Il combine une installation de soufflage servant à l’apport d’air neuf et une installation de
reprise servant à l’évacuation de l’air pollué. Il convient pour les installations de grand
volume.
Le contrôle exact des débits mis en œuvre permet suivant les besoins de mettre les
locaux en légère surpression ou dépression.
Lorsque le débit d’air extrait est supérieur débit d’air introduit, le local est en dépression
(pression négative), dans le cas contraire, le local est en surpression (pression positive).
Lorsque les débits d’air introduit et d’air extrait s’égalisent, le local est en pression neutre.
Pour ces différents types de ventilation, outre le fait qu’il peut y avoir filtration ou pas, on
peut avoir :
- de la ventilation seule c’est-à-dire qu’aucun traitement thermodynamique de l’air
- de la ventilation avec chauffage
- de la ventilation avec rafraîchissement ou refroidissement
- de la ventilation avec humidification
- de la ventilation avec déshumidification
- de la ventilation avec désodorisant
Figure 5
Ventilation Mécanique Globale
[email protected]
22
Technologie de Climatisation
VENTILATION MECANIQUE PONCTUELLE
Dans certains locaux l’air peut être pollué globalement alors que la source de pollution est
très ponctuelle (ex : poste de soudage dans un atelier).
Dans ce cas de figure, il est plus judicieux de procéder à une ventilation mécanique
ponctuelle c’est-à-dire aspirer les fumées émises pratiquement au niveau de leur point de
formation avant qu’elles ne se répandent dans le volume du local. Ce dispositif permet de
réduire considérablement les dispositifs à mettre en œuvre pour assurer une ventilation
efficace de tout le local.
Des exemples comme la ventilation de process ou les hottes de cuisine mettent en
exergue la VMP (Ventilation Mécanique Ponctuelle).
VENTILATION MECANIQUE MIXTE
Une ventilation mécanique mixte est un système de ventilation double faisant appel pour
un même local à un système de ventilation mécanique globale et un ou plusieurs
systèmes de ventilation mécanique ponctuelle.
Les laboratoires en sont une illustration parfaite. Dans celles-ci, les produits peu toxiques
se répandent dans l’ambiance du local et une VMG (ventilation mécanique globale) est
nécessaire. Les produits toxiques dont les vapeurs ne doivent pas être inhalées en aucun
cas font appel à un système de captation à la source qu’est la VMP (ventilation
mécanique ponctuelle).
VENTILATION MECANIQUE CONTROLEE
Dans les installations où le ventilateur ou l’extracteur est en position plus ou moins
centrale et aspirant l’air en provenance de différentes pièces, on parle de VMC.
L’exemple le plus représentatif est la mise en œuvre d’un extracteur en toiture qui aspire
l’air en provenance de tous les WC ou une partie des WC d’un immeuble par
l’intermédiaire de bouches d’extraction et de conduits d’air.
[email protected]
23
Technologie de Climatisation
Figure 6
Ventilations Mécaniques Ponctuelle et Mixte
Figure 7
Ventilation Mécanique Contrôlée
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24
Technologie de Climatisation
1. MATERIEL DE VENTILATION
MATERIELS DE VENTILATION NATURELLE
Pour ce type de ventilation, on citera les grilles placées en partie basse pour l’amenée
d’air et placées en partie haute pour l’extraction.
Il existe également des dispositifs placés en partie haute des menuiseries pour l’amenée
d’air.
Ces dispositifs sont appelés entrées d’air auto-réglable et sont utilisés pour la ventilation
naturelle de pièces de logement.
MATERIELS DE VENTILATION MECANIQUE
1.1.14 Entrées d'air dans le local
Les entrées d’air sont généralement effectuées par des dispositifs placés sur une paroi
extérieure.
Pour les logements, ces entrées d’air peuvent être du même type que ceux utilisés en
ventilation naturelle (entrée d’air autoréglable) lorsqu’il s’agit d’une ventilation seule.
A part ce cas de figure, les prises d’air s’effectuent généralement par des grilles.
Ces grilles se rencontrent sur plusieurs présentations (aluminium, acier, matériau
composite...), sur plusieurs formes (rectangulaire, circulaire...) et recouvrent différentes
tailles suivant l’application.
Il faut noter que le ventilateur ou extracteur lui-même peut servir dans certains cas du
dispositif d’amenée d’air.
Figure 8
Entrées d’air
1.1.15 Sorties d'air dans le local
Dans une installation de VMC (ventilation mécanique contrôlée), les sorties d’air appelées
bouches d’extraction regroupent :
- les bouches simples (réglage manuel)
- les bouches autoréglables (le débit de soufflage est constant dans une plage de
pression)
- les bouches hygrorégulées (adaptation du débit d’air en fonction de l’humidité de la
pièce)
Pour les autres types de ventilation, les organes cités ci-dessus peuvent être rencontrés.
Les grilles décrites précédemment pour les entrées d’air peuvent également servir de
sorties d’air.
Il faut noter que le ventilateur ou extracteur lui-même peut servir dans certains cas du
dispositif de sortie d’air.
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25
Technologie de Climatisation
Figure 9
Grilles de prise/rejet d’air
1.1.16 Matériels de soufflage ou d'extraction
Ces matériels sont variés et sont conçus chacun pour des applications spécifiques et les
contaminants les plus fréquents sont :
-
les gaz odorants (salle de toilette, entrepôt)
la fumée (salle de conférence, atelier de soudure)
les odeurs de cuisson (cuisine)
le monoxyde de carbone (garage)
le dioxyde de carbone (bureau)
les solvants (cabine de peinture)
l’air contenant trop d’humidité ou chauffé à une trop haute température (chaufferie,
salle électrique) doit être également évacué.
Les composants d’un système d’évacuation sont :
-
un ou des ventilateur (s) d’évacuation
des conduites d’air et des grilles
des hottes situées le plus près possible de la source de contamination pour aspirer
l’air contaminé
des composants permettant de contrôler le fonctionnement du ventilateur et des
accessoires (minuterie, détecteur CO, thermostat, volet motorisé).
Toutes ces composantes doivent être considérées comme faisant partie intégrante du
système de ventilation même si bien souvent, aucun lien physique ne les relie dans les
séquences de contrôle.
La mise en marche du système d’évacuation influence toujours l’équilibre des pressions
du local desservi. Comme il a été vu au paragraphe 5.3, si les pressions ne sont pas
équilibrées correctement, en plus des accrus de refroidissement dû à l’infiltration d’air, des
problèmes d’inconfort de toutes sortes se manifestent très tôt.
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26
Technologie de Climatisation
On rencontre généralement :
- Les ventilateurs muraux
Ce sont des ventilateurs installés sur une des parois du local à ventiler.
- Les groupes et caissons d’extraction
Dans les installations de ventilation simple, l’extraction s’effectue au moyen d’un caisson
(ou groupe) d’extraction lorsqu’il est prévu plusieurs salles de bain, un tel dispositif est
généralement placé en combles.
Dans le cas de VMC d’immeuble (toilettes, locaux techniques…), il est prévu en général
un caisson d’extraction placé à l’extérieur sur une toiture-terrasse.
- Tourelles de toiture
Les tourelles sont placées à l’extérieur sur une toiture et sont assurent la ventilation par
extraction d’un local de plus ou moins grandes dimensions.
- Extracteurs – hottes de cuisine
Dans une cuisine, la captation de la vapeur d’eau et des fumées nécessite la mise en
œuvre d’un dispositif appelé hotte positionnée au-dessus du plan de cuisine. C’est un
dispositif capable d’extraire les fumées et vapeurs avant qu’elles ne se propagent dans
tout le local.
- Extracteurs de fumées
Ils sont utilisés pou répondre aux normes de Sécurité Incendie dans certains
établissements tels les ERP (Etablissements Recevant du Public) et les IGH (Immeubles
de Grande Hauteur). Ils sont aussi appelés ventilateurs de désenfumage. Ce sont des
appareils agréés 400°C/2 heures c’est-à-dire qu’ils peuvent évacuer des fumées à 400°C
pendant 2 heures.
- Ventilateurs - extracteurs pour ambiances agressive et corrosive
Dans certains locaux, le ventilateur doit évacuer des gaz ammoniacaux et sulfuriques, les
ventilateurs sont conçus pour s’adapter au passage de ces substances agressives.
Dans les locaux industriels, il y’a dégagement quelques fois de gaz agressifs et corrosifs,
dans ce cas de figure il existe égalent du matériel spécifique pour s’adapter à ces gaz.
Ces ventilateurs sont généralement en polypropylène.
- Ventilateurs - extracteurs antidéflagrants
L’atmosphère d’un local peut être rendue explosible par la composition de certains gaz
dégagés dans le dit local. L’extraction d’un tel air fait appel à un ventilateur antidéflagrant
afin d’éviter tout risque d’explosion.
Figure 10
Ventilateurs - Extracteurs
[email protected]
27
Technologie de Climatisation
1. COMPOSANTS SPECIFIQUES DES INSTALLATIONS
LES VENTILATEURS
1.1.17 Généralités
Une installation de ventilation type est constituée des organes suivants :
- le (les) ventilateur (s) et/ou le (les) extracteur (s)
- un organe (éventuellement) assurant une fonction thermodynamique (chauffage,
refroidissement, humidification ou déshumidification)
- un ou des organes de filtration de l’air
- les éléments terminaux (entrées et sorties d’air) qui sont des grilles de prise d’air
extérieur, des grilles de rejet d’air, des grilles de transfert, des grilles de soufflage,
des grilles de reprise, des bouches de soufflage et des bouches d’extraction.
- les conduits ou gaines d’air par lesquels circulent l’air extérieur, l’air soufflé, l’air
repris ou l’air vicié
Un ventilateur est une turbomachine qui reçoit de l’énergie mécanique et l’utilise à l’aide
d’une ou plusieurs roues à aubes de manière à entretenir un écoulement continu d’air ou
d’un autre gaz qui le traverse.
Un ventilateur peut avoir pour fonctions :
- le brassage de l’air dans un local
- la circulation de l’air dans un local
- la circulation de l’air à travers un réseau de gaines
On peut retenir 4 types de ventilateurs :
- les ventilateurs centrifuges
- les ventilateurs hélicoïdes (également appelés ventilateurs axiaux)
- les ventilateurs hélico-centrifuges
- les ventilateurs tangentiels
La classification des ventilateurs suivant leur pression (ou gain de pression) est
généralement utilisée. Ainsi, il est question de :
-
ventilateur basse pression
ventilateur moyenne pression
ventilateur haute pression
Il faut cependant retenir que cette classification n’est pas standardisée, ainsi suivant la
littérature, on retiendra :
Tableau 2
Classification des ventilateurs
Type
Pression disponible du ventilateur
Ventilateur
Manuel Carrier Tome 2
Le Recknagel Tome 3
Basse Pression
Jusqu’à 1 000 Pa
Jusqu’à 700 Pa
Moyenne Pression
Entre 1 000 et 1 700 Pa
Entre 700 et 3 000 Pa
Haute Pression
Entre 1 700 et 3 000 Pa
Entre 3 000 et 30 000 Pa
Dans le langage courant, lorsqu’on parle de ventilateur on sous-entend le ventilateur
proprement dit et son moteur, il est plus précis de parler de moto-ventilateur.
[email protected]
28
Technologie de Climatisation
En parlant de ventilateur, il faut considérer que nous parlons de l’ensemble ventilateurmoteur.
Les ventilateurs sont entraînés par des moteurs électriques suivant différentes
possibilités.
Les principaux types d’entraînement sont :
- entraînement direct par fixation de la roue double sur le rotor du type extérieur du
moteur
- entraînement direct par calage de la roue du ventilateur sur l’arbre du moteur
- entraînement direct par accouplement
- entraînement par courroies
Les ventilateurs peuvent être classés suivant leur gain total de pression (pression
disponible pour un débit donné).
La variation du débit d’un ventilateur peut être obtenue par différentes manières :
- régulation à vitesse de rotation constante
- régulation à vitesse de rotation variable
Dans le premier cas de régulation, la variation du débit est obtenue par obturation plus ou
moins partielle du circuit au moyen d’un registre ajustable ou par by-passage d’une partie
de la veine d’air dans un tronçon en court-circuit entre la sortie du ventilateur et son
entrée, un registre ajustable étant également utilisé à cet effet.
Quant à la régulation à vitesse de rotation variable, elle s’obtient par :
- variation mécanique au moyen d’un coupleur hydraulique ou électromagnétique
(peu utilisé)
- variation électronique par variation de la tension s’il s’agit d’un moteur à courant
continu et par variation de la tension et de la fréquence pour les moteurs du type
asynchrone.
La variation électronique est plus souple d’utilisation et de nos jours, elle est la méthode la
plus utilisée.
1.1.18 Les règles de similitude
Les règles de similitude applicables aux ventilateurs (centrifuges et hélicoïdes) sont :
- le débit volume varie comme la vitesse de rotation N et comme le cube du diamètre
de roue D
- le gain de pression varie comme le carré de la vitesse de rotation N et comme le
carré du diamètre de la roue D
- la puissance absorbée varie comme le cube de la vitesse de rotation N et comme
la puissance cinq du diamètre de la roue D
Autrement dit, lorsque la vitesse d’un ventilateur passe de la vitesse N1 à la vitesse N2 et
en désignant par :
Q1 et Q2 les débits respectifs du ventilateur aux vitesses N1 et N2
∆P1 et ∆P2 les gains de pressions relatifs du ventilateur aux vitesses N1 et N2
P1 et P2 les puissances absorbées respectives par le moteur aux vitesses N1 et N2,
on peut tirer les relations suivantes :
2
3
Q2 N 2
∆P 2  N 2 
P2  N2 
=
=
=


Q1 N1
∆P1  N1 
P1  N1 
[email protected]
29
Technologie de Climatisation
En considérant deux ventilateurs géométriquement semblables de tailles différentes et
dont les diamètres de roues sont désignées par D1 et D2 et en désignant par :
Q1 et Q2 les débits respectifs des ventilateurs de roues de diamètres D1 et D2
∆P1 et ∆P2 les gains de pressions relatifs des ventilateurs de roues de diamètres D1 et
D2
P1 et P2 les puissances absorbées respectives par les moteurs des ventilateurs de roues
de diamètres D1 et D2
on peut tirer les relations suivantes :
Q2  D2 
=

Q1  D1 
3
∆P 2  D2 
=

∆P1  D1 
2
P2  D2 
=

P1  D1 
5
Deux ventilateurs sont réputés géométriquement semblables lorsque le rapport de leurs
dimensions reste égal à un facteur constant.
1.1.19 Les ventilateurs centrifuges
Pour ce type de ventilateur, l’air entre dans la roue avec une vitesse essentiellement
axiale et en sort dans une direction sensiblement parallèle à un plan radial.
1.1.20 Les ventilateurs hélicoïdes
Pour ces ventilateurs, l’air entre dans la roue et en sort sensiblement le long des surfaces
cylindriques coaxiales au ventilateur. Ces ventilateurs sont également appelés ventilateurs
axiaux.
1.1.21 Les ventilateurs hélico-centrifuges
Ces ventilateurs sont un type intermédiaire entre les centrifuges et les hélicoïdes. La
trajectoire du fluide dans la roue est intermédiaire entre celle relative aux ventilateurs
centrifuges et celles relatives aux ventilateurs hélicoïdes Ces ventilateurs sont peu utilisés
en Génie Climatique.
1.1.22 Les ventilateurs tangentiels
La trajectoire du fluide dans ce type de ventilateur est sensiblement normale à l’axe aussi
bien à l’entrée qu’à la sortie de la roue.
Figure 11
Ventilateur- Axial - Ventilateur- Centrifuge – Ventilateur tangentiel
[email protected]
30
Technologie de Climatisation
1.2 LES BATTERIES DE CHAUFFAGE
Lorsque dans une installation du génie climatique, la température de l’air doit être portée à
une température supérieure (à l’ambiance par exemple), il est fait appel à des batteries de
chauffage. Il en existe deux types à savoir les batteries à eau ou à vapeur et les batteries
électriques
1.2.1 Batteries à eau ou à vapeur
Pour les batteries à eau ou à vapeur, on distinguera les batteries dans lesquelles circule
de l’eau chaude, surchauffé ou de la vapeur d’eau et les échangeurs de chaleur
permettant de transférer de la chaleur par exemple de la chaleur d’air extrait à de l’air
neuf.
Les batteries à chauffage à eau ou à vapeur sont réalisées à partir de tubes à ailettes.
Une batterie à tube à ailettes se compose de tubes disposés les uns à côté des autres sur
lesquels sont serties des ailettes, les tubes étant soudés à leur extrémité sur les
collecteurs communs. L’air à traiter s’écoule perpendiculairement aux tubes (surface
primaire) à travers les ailettes (surfaces secondaires).
Une telle batterie est caractérisée par son coefficient global de transmission thermique
global en W/m²°C, sa surface d’échange en m², ses pertes de charges sur l’eau et ses
pertes de charges sur l’air
Dans la pratique, on se réfère aux catalogues constructeurs qui donnent les puissances
des batteries dans de conditions de fonctionnement précises ainsi que les pertes de
charge correspondantes.
1.2.2 Batteries électriques
Les batteries électriques sont constituées généralement d’un carter en tôle d’acier à
l’intérieur duquel se trouvent les éléments chauffants électriques traversés par la veine
d’air à réchauffer.
A cause de la dépense énergétique importante, son utilisation n’est pas conseillée.
Elle est réservée à des situations où le chauffage de l’air ne peut se faire autrement.
Les éléments chauffants peuvent être soit des résistances nues en fil ou en bande, soit
des éléments tubulaires en cuivre ou en acier.
Dans la pratique, l’utilisation de ces résistances sera sujette aux précautions suivantes
pour des raisons de sécurité :
- mise en place de dispositif d’arrêt des résistances en cas d’arrêt ou de défaillance
des ventilateurs
- mise en place de temporisation à l’arrêt des ventilateurs
- mise en place de thermostat de sécurité
Les systèmes de régulation généralement utilisés sont :
- la régulation en tout ou rien pour les faibles puissances
- la régulation en cascade (par étages de la batterie)
- la régulation électronique
Figure 12
Batterie à eau chaude – Batterie électrique
[email protected]
31
Technologie de Climatisation
LES BATTERIES DE REFROIDISSEMENT
On distinguera deux types de batteries de refroidissement à savoir les batteries à eau
glacée et les batteries à fluide frigorigène.
1.2.3 Batteries à eau glacée
Les batteries à eau glacée sont identiques du point de vue construction aux batteries de
chauffage à eau ou à vapeur.
Il faut retenir simplement que d’une manière générale, l’écart de température entre la
température moyenne de l’eau dans la batterie et la température de l’air sortant de la
même batterie est plus importante en mode chauffage qu’en mode refroidissement.
Pour les batteries à eau glacée, il convient de faire une distinction entre les batteries
sèches et les batteries humides.
Une batterie est dite sèche lorsqu’elle assure le refroidissement de l’air sans séparation
d’eau à l’inverse de la batterie humide qui assure le refroidissement avec séparation d’eau
(déshumidification).
Lorsque la température de l’eau descend en dessous de +4°C vers les températures
négatives, il y’a risque de gel de l’eau dans la batterie et par suite détérioration de celle ci.
Dans ces cas de figures, on ajoute des produits anti-gel tels que le sel et les glycols.
Le mélange eau et sel appelé saumure a été longtemps utilisé mais est progressivement
abandonné à cause de son effet corrosif sur les tuyauteries.
Le mélange eau et glycol (corps possédant la fonction alcool) appelé eau glycolée est
d’utilisation courante.
1.2.4 Batteries à fluide frigorigène
Les batteries à fluide frigorigène sont réalisées sur la base de tubes à ailettes comme
pour les batteries à eau.
La température du fluide frigorigène dans la batterie reste constante pendant le
refroidissement de la veine d’air, il passe de la phase liquide à la phase vapeur
(évaporation).
Dans le cas d’une batterie à eau, la température de l’eau va augmenter continuellement
entre son point d’entrée et son point de sortie, cet échauffement étant du à la chaleur
extraite de l’air à refroidir.
La vaporisation du fluide frigorigène dans la batterie s’effectue grâce à la chaleur extraite
de l’air à refroidir. C’est pourquoi le terme évaporateur est utilisé pour caractériser ce type
de batterie.
Figure 13
Terminaux à batterie à eau glacée et à batterie à fluide frigorigène
LES FILTRES
L’élimination de la plus grande partie des poussières présentes dans l’air traité est rendue
nécessaire pour :
[email protected]
32
Technologie de Climatisation
- sauvegarder la santé des personnes
- assurer le bon déroulement des process
- sauvegarder les équipements
Cette élimination est assurée par des filtres à air.
Les filtres sont l’un des éléments constitutifs des appareils de conditionnement d’air mais
il peut arriver qu’on les retrouve au niveau des réseaux de gaines.
Un filtre à air est destiné à assurer la rétention des impuretés solides, liquides ou
gazeuses contenues dans l’air soufflé ses installations de génie climatique.
Ces impuretés sont constitués de particules de différentes origines et de dimensions
comprises entre 0.001 et 500 microns.
Un filtre peut être caractérisé par son rendement, sa perméance et son coefficient
diviseur.
Le rendement définit l’efficacité du filtre, la perméance donne la quantité de particules qu’il
laisse passer d’amont en aval et le coefficient diviseur est le quotient du nombre de
particules en amont du filtre par rapport à ce nombre en aval.
En désignant par :
• C1 : la concentration particulaire de l’air en amont du filtre
• C2 : la concentration particulaire de l’air en aval du filtre
• η:
le rendement du filtre
• P:
la perméance du filtre
• CD : le coefficient diviseur
Les relations suivantes peuvent s’écrire :
( C1 − C 2) ⋅ 100
C 2 ⋅ 100
C1
η=
P=
= 100 − η
CD =
C1
C1
C2
La classification des filtres est faite en 3 catégories :
• les filtres grossiers dont le rendement est moyen, ils sont destinés à des
installations de ventilation générale (cf. tableau 3)
• les filtres fins qui sont des filtres à rendement élevés, eux aussi sont destinés à des
applications de ventilation générale (cf. tableau 3)
• les filtres ultrafins ou filtres absolus sont des filtres à très haut rendement et sont
destinés à des applications spéciales (salles propres). Ils se divisent en deux
catégories à savoir les filtres à très haut rendement appelés filtres HEPA (High
Efficiency Particulate Air) et les filtres à très faible pénétration ou filtres ULPA (Ultra
Low Penetration Air) (cf. tableau 3)
Les méthodes de test des filtres sont différentes suivant la catégorie de filtre :
- filtres grossiers : méthode gravimétrique
- filtres fins : méthode opacimétrique
- filtres ultrafins : méthode des particules les plus pénétrantes (MPPS : Most
Penetrating Particle Size)
Un filtre devra toujours être accompagné de son rendement et de la méthode de test.
De plus il ne faut pas comparer des rendements de filtres de catégories différentes.
A l’état vierge, la perte de charge des différents filtres est à peu près la suivante :
- filtres grossiers
: 30 à 50 Pa
- filtres fins
: 50 à 150 Pa
- filtres ultrafins
: 100 à 250 Pa
Ces valeurs sont données pour des vitesses d’air en amont de 2 à 3m/s.
Après un certain temps de fonctionnement des équipements, le filtre va s’encrasser et sa
perte de charge va augmenter. La perte de charge maximale qu’il est recommandé de ne
pas dépasser est la suivante :
- filtres grossiers
: 200 à 300 Pa
[email protected]
33
Technologie de Climatisation
-
filtres fins
filtres ultrafins
: 300 à 500 Pa
: 1 000 à 1 500 Pa
La perte de charge des filtres influe directement sur le ventilateur mis en oeuvre dans
l’installation. Plus elle est élevée, plus le ventilateur consomme de l’énergie pour vaincre
cette perte de charge. Le choix de l’ensemble ventilateur - filtre doit se faire sur la base de
critères technico-économiques.
Il existe différents types de filtres et ils peuvent être classés suivant différentes façons :
- suivant le matériau (métalliques, fibres classiques, à charbon actif, fibres chargées,
- électriquement, à bain d’huile)
- suivant l’emplacement (verticaux, de conduit, muraux, plafonniers, terminaux
« bouche de soufflage »)
- suivant l’utilisation (une seule fois ou régénérable)
- suivant la classe (tableau 3)
- suivant le mode de fonctionnement (fixes, à déroulement, électro-filtres,
automatiques)
- suivant le type de construction (inclinés, ronds, à tambour, à déroulement
automatique, à poches)
1.2.5 Les filtres métalliques
Ce sont des media filtrant en laine d’acier fixé dans un cadre (permet de séparer les
poussières ordinaires et capter le brouillard de peinture)
les filtres en fibres
Ce sont des media en fibres de verre ou synthétiques. (filtration la plus sommaire à la
filtration absolue)
1.2.6 Les filtres au charbon actif
Ce sont des media adsorbant très poreux en charbon.
(Utilisés pour l’élimination des odeurs, des gaz et vapeurs d’origine industrielle et de gaz
radioactifs)
1.2.7 Les filtres en fibres chargées électriquement
Ce sont des sections d’ionisation composées de plaques chargées négativement entre
lesquelles sont disposées des fils chargés positivement.
Les particules chargées positivement vont se déposer sur les plaques chargées
négativement.
1.2.8 Les filtres à bain d’huile
La veine d’air traverse un courant d’huile spéciale capable de retenir les impuretés. L’huile
est constamment régénérée pour garder ses qualités de captation d’impuretés.
[email protected]
34
Technologie de Climatisation
Tableau 3
Classification des filtres par classes
Classification des filtres grossiers à rendement moyen
Classe du filtre (groupe G) Rendement gravimétrique Classe correspondante de
moyen Am (%)
filtre d’après EUROVENT
G1
Am < 65
EU 1
G2
65 <= Am < 80
EU 2
G3
80 <= Am < 90
EU 3
G4
90 <= Am
EU 4
Classification des filtres fins à rendement élevé
Classe du filtre (groupe F) Rendement opacimétrique Classe correspondante de
moyen Em (%)
filtre d’après EUROVENT
F5
40 <= Em < 60
EU 5
F6
60 <= Em < 80
EU 6
F7
80 <= Em < 90
EU 7
F8
90 <= Em < 95
EU 8
F9
95 <= Em
EU 9
Classification des filtres ultrafins à très haut rendement
Classe du filtre (groupe
Rendement minimal sur la Classe correspondante de
HEPA)
base des particules les
filtre d’après EUROVENT
plus difficiles à filtrer
(test MPPS) en %
H 10
85
EU 10
H 11
95
EU 11
H 12
99.5
EU 12 et EU 13
H 13
99.95
EU 14
H 14
99.995
EU 14
Classification des filtres ultrafins à très faible pénétration pour applications spéciales
Classe du filtre (groupe
Rendement minimal sur la Classe correspondante de
ULPA)
base des particules les
filtre d’après EUROVENT
plus difficiles à filtrer
(test MPPS) en %
U 15
99,9995
U 16
99,99995
U 17
99.999995
Figure 13
Filtres à air
LES DESHUMIDIFICATEURS
[email protected]
35
Technologie de Climatisation
Les déshumidificateurs servent à diminuer l’humidité absolue de l’air d’un local par
diminution de sa teneur en vapeur d’eau.
Il existe principalement 3 méthodes de déshumidification :
- par refroidissement, ce qui conduit à une séparation de l’eau
- par absorption de l’eau par une substance hygroscopique
- par adsorption de la vapeur d’eau (fixation par la surface d’un adsorbant solide)
1.2.9 Déshumidification par refroidissement
La déshumidification par refroidissement s’opère au moyen d’un fluide suffisamment froid
pour que l’eau se sépare de l’air.
Suivant l’application, ce fluide peut être de l’eau du robinet, de l’eau glacée, de la
saumure ou un fluide frigorigène.
Pour qu’il y’ait séparation de l’eau, il suffit que la surface d’échange soit en dessous de la
température de rosée de l’air, il n’est donc pas nécessaire de refroidir l’air jusqu’à sa
température de rosée.
1.2.10 Déshumidification par absorption
La déshumidification par absorption s’effectue par la dilution de la vapeur d’eau par une
solution hygroscopique.
L’absorption de la vapeur d’eau est d’autant plus importante que la teneur en vapeur
d’eau de l’air est élevée et que la température est faible.
La régénération du liquide hygroscopique pour éliminer l’humidité qu’il contient s’effectue
par chauffage lequel est souvent déclenché automatiquement lorsqu’il y’a saturation.
1.2.11 Déshumidification par adsorption
La déshumidification par adsorption repose sur l’adsorption de la vapeur d’eau par un
adsorbant qui est généralement du gel de silice connu sous le nom de Silicagel.
Au cours de ce phénomène, la chaleur de fixation de l’eau par le gel de silice et la chaleur
de condensation se dégagent et entraînent une augmentation de la température de l’air.
La régénération du gel de silice s’effectue par chauffage à la température de 150 à 200°C,
après le refroidissement, l’adsorbant régénéré peut être utilisé pour un nouveau cycle.
L’adsorption est un phénomène physico-chimique qui consiste à la fixation de molécules
libres d’un gaz ou d’un liquide par la surface d’un corps qui est l’adsorbant.
En mettant en contact un gaz avec un solide dégazé, une partie de la phase gazeuse
disparaît : c’est la sorption. Les molécules de la phase gazeuse ont pu soit rester en
surface (adsorption), soit pénétrer à l’intérieur du solide (absorption), soit subi les deux
phénomènes à la fois.
Figure 14
Déshumidificateurs par refroidissement / par adsorption
[email protected]
36
Technologie de Climatisation
LES HUMIDIFICATEURS
Les humidificateurs servent à relever l’humidité absolue de l’air d’un local par
augmentation de sa teneur en vapeur d’eau. Il existe principalement 2 méthodes
d’injection de la vapeur d’eau :
- injection directe d’eau sous forme de vapeur d’eau
- injection indirecte sous forme d’eau liquide qui va se vaporiser très rapidement
On distinguera principalement 3 types d’humidificateurs :
- les humidificateurs émetteurs de vapeur
- les humidificateurs émetteurs d’eau atomisée
- les humidificateurs hybrides
1.2.12 Les humidificateurs émetteurs de vapeur
Ces humidificateurs se divisent en 2 catégories à savoir :
- les humidificateurs à évaporation
- les humidificateurs à vapeur
Les humidificateurs à évaporation reposent sur le phénomène du changement d’état de
l’eau qui passe de l’état liquide à l’état vapeur, ce processus étant plus intense lorsque la
température de l’air est élevée, que la circulation de l’air à la surface de l’eau est intense
et que la surface de l’eau est importante.
L’air ambiant se refroidit parce que l’énergie thermique nécessaire pour vaporiser l’eau est
puisée dans l’ambiance.
Les humidificateurs à vapeur reposent sur le principe de l’ébullition de l’eau (vaporisation
par ébullition). Les bulles de vapeur apparaissant au sein du liquide lorsqu’on lui fournit
assez d’énergie vont s’échapper du liquide et se mélanger intimement à l’air.
Suivant que la vapeur d’eau est produite par l’humidificateur lui-même ou qu’elle est
produite hors de celui-ci, on parlera d’humidificateur autonome ou d’humidificateur non
autonome.
Pour les humidificateurs autonomes, la source d’énergie pour la production de vapeur
(eau portée à ébullition) peut se faire par l’utilisation de gaz ou l’électricité.
Pour les humidificateurs non autonomes, la production de vapeur peu être assurée par
une chaudière à vapeur par exemple.
1.2.13 Les humidificateurs injecteurs d’eau atomisée
Les humidificateurs injecteurs d’eau atomisée permettent d’injecter dans l’air à humidifier
de l’eau sous formes de particules (diamètres inférieurs à 20 µm) qui vont évoluer dans
l’air. Leur déplacement dans l’air provoque leur vaporisation. L’énergie thermique étant
puisée dans l’air, il y’aura donc un certain refroidissement dans le local.
Il existe plusieurs
centrifugation).
méthodes
[email protected]
d’injection
(gicleur,
air
comprimé,
buse
rotative,
37
Technologie de Climatisation
Un des humidificateurs injecteurs les plus connus est l’humidificateur-laveur.
Dans ce type d’humidificateur, l’air est mis en contact direct avec l’eau (échange
chaleur et transfert de masse). L’eau est finement pulvérisée par des gicleurs en
brouillard dans la veine d’air à humidifier.
Cet humidificateur est souvent l’un des modules des centrales de traitement d’air, il
alors composé d’une chambre e pulvérisation équipée d’une ou plusieurs rampes
pulvérisation et d’un réservoir d’eau avec pompe.
de
un
est
de
1.2.14 Les humidificateurs hybrides
Les humidificateurs hybrides utilisent les deux techniques d’humidification à savoir la
pulvérisation d’eau atomisée et l’évaporation.
Cette association permet d’obtenir une humidification performante et de haute qualité
hygiénique.
Figure 15
Humidificateurs à évaporation / à vapeur
[email protected]
38
Technologie de Climatisation
1. DISTRIBUTION DE L’AIR DANS LES INSTALLATIONS
GENERALITES
La distribution de l’air occupe une place prépondérante dans les installations du génie
climatique, cette distribution s’effectue par les réseaux de gaines qui véhiculent l’air
depuis l’appareil de traitement jusqu’au local à traiter.
Ces réseaux servent également à la reprise de l’air vicié dans le local traité pour le
ramener à l’appareil de traitement ou le rejeter à l’extérieur.
LES DIFFERENTS TYPES DE RESEAUX DE DISTRIBUTION D’AIR
Les différents types de réseaux de distribution d’air peuvent être classés suivant :
- la nature du matériau utilisé (métallique, à base de plâtre ou d’autres matériaux)
- la forme du réseau de distribution (circulaire, rectangulaire, ovale)
- la vitesse de l’air circulant dans le réseau (grandes vitesses et petites vitesses)
- l’isolation du réseau (réseau isolé ou pas)
- la nature du réseau (conduits rigides ou flexibles).
Suivant la nature du matériau utilisé pour la confection des gaines, on peut citer :
- Les conduits en tôle (gaines métalliques)
- Les conduits en panneaux à base de plâtre
- Les conduits en panneaux à base de polyuréthane
- Les conduits en panneaux à base de fibres de verre (fib-air)
- Les conduits en fibrociment
- Les conduits en maçonnerie et béton
- Les conduits «flexibles» en matière plastique (polychlorure de vinyle et
polyéthylène)
- Les conduits diffusants en textile
1.2.15 Les conduits en tôle
Les conduits en tôle couramment appelées gaines métalliques peuvent réalisées en :
- tôle acier galvanisé (le cas le plus courant)
- tôle d’acier noir (un revêtement spécial est alors indispensable)
- tôle d’aluminium (applications spéciales)
Figure 16
Gaine spirale et accessoires
Les conduits en tôle peuvent se retrouver sous la
forme :
- de gaines circulaires spiralées (diamètres
normalisés)
- de gaines rondes
- de gaines rectangulaires
- de gaines ovalisées (applications spéciales)
[email protected]
39
Technologie de Climatisation
1.2.16 Les conduits en panneaux à base de plâtre
Les conduits en panneaux à base de plâtre communément appelés gaines staff se
distinguent sous deux formes :
- les gaines non isolées en staff (plaques de plâtre)
- les gaines isolées en staff (plaques de polystyrène prises en sandwich par des plaques
de plâtre)
Ces conduits présentent un bon rapport qualité/prix par rapport aux gaines en tôle et la
fabrication est complètement locale.
1.2.17 Les conduits en panneaux à base d’autres matériaux
Les conduits de ce type généralement rencontrés sont les suivants :
- Les conduits en panneaux à base de polyuréthane
- Les conduits en panneaux à base de fibres minérales (fib-air)
- Les conduits en fibrociment
- Les conduits en maçonnerie et béton
- Les conduits en matière plastique (polychlorure de vinyle et polyéthylène)
Les conduits en polyuréthane présentent de bonnes propriétés d’isolation thermique et ont
la particularité d’être légers par rapport aux gaines en tôle.
Les conduits en fib-air ont connu un grand essor mais leur utilisation est progressivement
abandonnée à cause de leur mauvais vieillissement.
Les conduits en fibrociment (ne contenant pas de l’amiante) permettent de réaliser des
conduits aérauliques et des pièces singulières de toutes dimensions, l’épaisseur du
fibrociment va de 7 à 12 mm suivant les dimensions des conduits.
Les conduits maçonnerie et béton peuvent sont souvent utilisés pour les gaines verticales
et/ou pour des conduits de très grandes dimensions.
Les conduits en matière plastique (polychlorure de vinyle et polyéthylène) sont réservées
en générales pour des applications spéciales telles que les industries chimiques.
Il faut noter que ces conduits résistent bien aux agressions de presque tous les gaz et
vapeurs mais suivant le matériau de base, elles ne résistent qu’à des températures de 60
à 80°C. Ces conduits présentent également l’inconvénient d’être fragilisés par le froid.
1.2.18 Les conduits diffusants en textile
Les conduits diffusants en textile, souvent appelés conduits en textile technique sont
utilisés uniquement pour le soufflage d’air.
A l’utilisation (mise en marche de l’appareil de traitement d’air), le conduit est gonflé, donc
en pression pour permettre le transfert et la diffusion correcte de l’air.
Les matériaux généralement utilisés sont des composites à base de polyester, de
propylène, de fibre de verre, d’enduits PVC et autres.
Leur section peut être circulaire, demi-circulaire ou encore quart-circulaire
[email protected]
40
Technologie de Climatisation
1.2.19 Les conduits flexibles
Les conduits flexibles sont utilisés depuis longtemps pour les conduits d’extraction mais ils
sont de plus en plus employés dans les installations de climatisation et de
conditionnement d’air.
Il faut noter que leur utilisation dans le domaine de la climatisation et du conditionnement
d’air reste soumise à certaines règles telles que des longueurs maximales de tronçon droit
à ne pas dépasser. Par contre ces conduits conviennent parfaitement aux raccordements
des terminaux sur un réseau.
Ces conduits se retrouvent sous les formes suivantes :
- les conduits métalliques
- les conduits en caoutchouc
- les conduits en matière plastique
- les conduits en fibre de verre
Figure 17
Conduits flexibles
1.2.20 La classification des réseaux suivant la vitesse
Les réseaux de gaines (soufflage et reprise) peuvent être classés en fonction de la vitesse
de circulation de l’air à l’intérieur de ceux-ci.
Il est à retenir deux types de réseaux :
- Les réseaux BV (Basse Vitesse) ou Basse Pression (BP)
La vitesse de l’air dans les conduits est limitée à 10 m/s (en général, on ne
dépasse pas 7 m/s pour la climatisation de confort comme vitesse du conduit
principal)
- Les réseaux GV (Grande Vitesse) ou Haute Pression (HP)
La vitesse de l’air dans les conduits est supérieure à 10 m/s.
Les réseaux de reprise des installations Basse Vitesse et Grande Vitesse se calculent
généralement en Basse Vitesse.
Les réseaux GV trouvent leur utilité lorsque les dimensions des conduits d’air seraient très
importantes si ils sont calculés en vitesse normale (Basse Vitesse).
Le tracé des conduits à grande vitesse doit faire l’objet d’attentions particulières (qualité
de l’étanchéité, manchettes de serrage, angles de dérivation, pièges à sons…)
[email protected]
41
Technologie de Climatisation
1.2.21 L’isolation, l’étanchéité et l’hygiène des conduits
Dans certains cas, les conduits seront isolés ou calorifugés dans le but de :
- limiter les déperditions thermiques de l’air acheminé (isolation thermique)
- éviter les phénomènes de condensation qui apparaissent chaque fois que la
température superficielle autour de la gaine est inférieure à la température de
rosée de l’air véhiculé
- amortissement acoustique (isolation phonique)
Les isolants les plus rencontrés sont :
- la laine de verre
- les matelas type armaflex
- les plaques de polystyrène
Suivant les cas, l’isolation peut être à l’intérieur du conduit ou à l’extérieur du conduit.
Certaines gaines de par leur constitution sont des gaines isolées (gaines en polyuréthane,
en fib-air, en staff isolé).
Un accent particulier sera apporté aux systèmes d’accrochage et de jonction entre
tronçons pour éviter les ponts thermiques, sources de phénomènes de condensation.
Les gaines isolées placées à l’extérieur feront l’objet dans certains cas de protection
mécanique, il faut noter que cette protection fait office d’étanchéité des gaines également.
Les protections généralement rencontrées sont :
- le revêtement isoxal (plaques ou rouleaux d’aluminium) pour les gaines tôle
- le paxalumin dans le cas des gaines staff
Un accent particulier sera apporté à l’étanchéité des réseaux.
Un taux important de fuites peut avoir pour conséquences :
- impossibilité d’avoir les conditions requises dans les locaux traités
- bruits générés importants
- dégradation de l’isolation
- équilibrage des réseaux impossible
- plus grande puissance absorbée par le ventilateur (surconsommation énergétique)
Il existe des tests d’étanchéité des réseaux qui consiste à faire débiter un ventilateur dans
le réseau près l’avoir obturé. Ce contrôle peut se faire :
- de manière visuelle par l’utilisation de gaz fumigènes
- par la mesure du débit de fuite pour la pression provoquées par le ventilateur
L’hygiène des conduits aérauliques doit être assurée pour des raisons de santé des
personnes fréquentant les locaux et pour des besoins de conditions nécessaires à
certains processus.
Les mesures qui peuvent être prises dans ce sens sont :
- la mise en œuvre de filtres en amont des conduits
- la mise en œuvre de trappes de visite pour faciliter l’accès aux conduits pour des
besoins d’inspection et éventuellement de nettoyage
- le maintien des surfaces intérieures des conduits propres depuis le montage
jusqu’à la mise en route
[email protected]
42
Technologie de Climatisation
Il existe des méthodes d’hygiénisation des conduits qui consistent à des décrassements
et éventuellement à des décontaminations.
Ces opérations spécifiques sont effectuées après un diagnostic des conduits.
1.2.22 Notions diverses sur les gaines
Coefficient de forme
Pour une gaine rectangulaire, le coefficient de forme se définit comme le rapport du côté
le plus grand sur le côté le plus petit.
Pour une gaine donnée, ce rapport doit être au plus égal à 4 (c <=4).
Pour une section de gaine donnée et pour un même débit véhiculé, lorsque le facteur de
forme augmente, les éléments suivants augmentent également :
- les PDC (pertes de charge linéiques)
- le poids de la gaine
- la surface de la gaine
- les apports calorifiques au niveau de la gaine
Dans la mesure du possible, le choix des gaines sera porté sur porté sur ceux qui un
coefficient de forme proche de 1.
Diamètre équivalent
L’utilisation des abaques repose sur la notion de diamètre équivalent.
Il existe deux types à savoir le diamètre équivalent pour une même vitesse (diamètre
hydraulique) et le diamètre équivalent pour un même débit.
Le diamètre hydraulique est le diamètre d’un conduit circulaire qui crée la même perte de
charge que le conduit rectangulaire pour la même vitesse d’air.
Le diamètre équivalent pour un même débit est le diamètre d’un conduit circulaire qui crée
la même perte de charge que le conduit rectangulaire pour le même débit d’air.
En conditionnement d’air, il est fait surtout appel au diamètre équivalent pour le même
débit.
En désignant par a et b les côtés du conduit rectangulaire,
les diamètres équivalents sont donnés par les formules suivantes :
Diamètres Equivalents
Pour une même vitesse
Pour un même débit
(Diamètre hydraulique)
(Diamètre utilisé en conditionnement d’air)
0. 2
(2 ⋅ a ⋅ b)
 a 3 .b 3 
dh =

deq = 1.265 ⋅ 
( a + b)
(
a
+
b
)


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43
Technologie de Climatisation
DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX DE GAINES
Il existe principalement 3 méthodes de dimensionnement que sont :
-
la méthode de la réduction arbitraire de la vitesse
la méthode des pertes de charges linéaires constantes
la méthode des gains de pression statique
Pour tout réseau, le tracé devra être le plus simple possible et le plus symétrique possible.
La méthode des pertes de charges linéaires constantes demeure la méthode la plus
utilisée en climatisation et en conditionnement d’air.
1.2.23 Méthode de la réduction arbitraire de la vitesse
Cette méthode consiste à fixer une vitesse au départ du ventilateur, cette vitesse est
ensuite réduite de façon arbitraire d’un tronçon à l’autre.
Les diamètres équivalents sont obtenus à partir des courbes qui indiquent les diamètres
en fonction de la vitesse et du débit.
S’il y a lieu, les diamètres équivalents permettent de choisir les dimensions des gaines
rectangulaires.
La perte de charge totale du réseau de soufflage est celle donnée par le circuit présentant
la plus grande longueur équivalente (et non forcement le circuit le plus long).
Il est nécessaire de prévoir des registres de réglage (équilibrage) pour la mise au point du
réseau.
Cette méthode n’est pas conseillée car elle suppose une grande expérience du calcul des
gaines pour obtenir un équilibrage acceptable.
Les vitesses de départ sont données en dans la table 7 en annexes.
Les diamètres équivalents peuvent être obtenus d’après les courbes N°7 en annexes.
La table 6 en annexes permet de déterminer les dimensions de la gaine rectangulaire
connaissant les diamètres équivalents.
Les pertes de charge particulières peuvent être déterminées à l’aide des tables 11 et 12
en annexes.
1.2.24 Méthode des pertes de charge linéaires constantes
Cette méthode consiste à fixer une vitesse au départ du ventilateur (table 7 en annexes).
Il en découle une perte de charge (PDC) et un diamètre équivalent suivant le débit de
base (courbes N°7 en annexes).
Cette perte de charge sera considérée constante pour l’ensemble du réseau.
Connaissant les débits des différents tronçons, cette PDC permet de choisir les
diamètres équivalents correspondants et s’il y’a lieu les dimensions des gaines
rectangulaires à l’aide des courbes appropriées.
Pour aller plus vite, on peut utiliser la table 13 (annexes) au lieu des courbes N°7.
La table 13 donne les sections équivalentes des gaines. A partir de celles-ci, la table 6
permet de déterminer les dimensions de la gaine rectangulaire.
[email protected]
44
Technologie de Climatisation
La vitesse de l’air est automatiquement réduite dans le sens de l’écoulement de l’air
suivant cette méthode (soufflage).
Il est nécessaire de prévoir des registres de réglage (équilibrage) pour la mise au point du
réseau.
Cette méthode s’applique aux réseaux de soufflage, de reprise ou d’extraction.
Il est fait usage de la règle à calcul qui permet un dimensionnement des réseaux de
gaines, le principe de cette règle est basé sur la méthode des pertes de charge linéaires
constantes.
La perte de charge totale du réseau de soufflage est celle donnée par le circuit présentant
la plus grande longueur équivalente (pas forcement le circuit le plus long).
1.2.25 Méthode des gains de pression statique
Cette méthode consiste à dimensionner chaque tronçon de telle manière que
l’augmentation de la pression statique due à la diminution de la vitesse après chaque
piquage compense exactement sa pression statique. La pression statique reste la même
à chaque piquage.
En se fixant une vitesse au départ du ventilateur (table 7) et connaissant le débit de
départ, on détermine les dimensions du tronçon principal (table 6). Les tronçons suivants
sont dimensionnés à l’aides des courbes N°10 (rapport L/Q) et 11 (gains de pression
statique basse vitesse).
Les courbes N°10 (annexes) permettent d’obtenir directement la valeur de (L/Q)0.61.
L est la longueur équivalente entre les bouches ou piquages en tenant compte des
coudes mais pas des changements de sections. L’influence de ces transformations a été
prise en compte dans l’établissement des courbes N°11 (annexes).
Les courbes N°11 permettent de déterminer la vitesse V2 à admettre dans le tronçon
considéré connaissant le rapport L/Q et la vitesse V1 du tronçon précédent puis à l’aide
du tableau 6 les dimensions de la gaine rectangulaire et son diamètre équivalent.
Bien que dans cette méthode les différences entre les pressions statiques à l’entrée des
piquages soient faibles, il est conseillé de prévoir des registres de réglage (équilibrage).
La perte de charge totale que doit vaincre le ventilateur de soufflage est alors égale à la
perte de charge du tronçon principal augmentée de la perte de charge de la bouche ou du
diffuseur.
Cette méthode conduit à des dimensions de gaines plus importantes que celles de la
méthode des pertes de charge linéaires constantes (poids de tôle plus important d’environ
13%), cette différence est néanmoins compensée par la diminution du temps nécessaire à
la mise au point et par la réduction des frais d’exploitation.
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45
Technologie de Climatisation
LES ACCESSOIRES DES RESEAUX DE DISTRIBUTION D’AIR
Les accessoires rencontrés sur les réseaux de gaines peuvent être regroupés comme
suit :
- les organes de dosage ou de réglage
- les organes de surpression
- les régulateurs de débit
- les filtres
- les pièges à sons (PAS)
- les clapets coupe-feu (CCF)
- les éléments terminaux de diffusion (ETD)
1.2.26 Les organes de réglage ou de dosage
Ces organes sont installés sur les réseaux de gaines, ils ont pour rôle :
- l’équilibrage des réseaux (c’est à dire la répartition des débits d’air dans les
différents tronçons d’un réseau)
- la fermeture totale ou modulée d’un tronçon de réseau
Ils peuvent être à commandes manuelle, électrique ou pneumatique.
Figure 16
Clapets de dosage
Figure 17
Dispositif de commande / kit pressostat différentiel /kit manométrique
1.2.27 Les organes de surpression
Ces organes sont installés dans les conduits d’air, ils permettent :
- de maintenir de la surpression ou de la dépression d’un local par rapport à
l’extérieure ou par rapport un autre local mitoyen
- d'éviter l’entrée d’air extérieur dans les locaux en cas d’arrêt du ventilateur
- la circulation dans un sens donné (volet anti-retour)
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46
Technologie de Climatisation
1.2.28 Les régulateurs de débit
On distingue les régulateurs de débit d’air constant et les systèmes à volume d’air
variable.
Figure 18
Régulateurs de débit
Régulateurs de débit d’air constant
Ils sont généralement circulaires et de diamètres compris
entre 80 mm et 250 mm, ils permettent de maintenir un débit
nominal à la sortie quelles que soit les variations de pression
en amont (plage de 80 à 700 Pa).
Ils sont généralement calibrés en usine mais sur certains
modèles, il est possible de régler ce débit sur place.
Systèmes à volume d’air variable
Ces systèmes ont pour but d’apporter dans chaque local ou
dans chaque zone exactement la quantité d’air qui est
nécessaire pour maintenir la température voulue.
Ils sont montés sur les circuits terminaux de distribution et
sont commandés par servomoteur (régulation électrique ou
régulation électronique).
1.2.29 Les filtres
Les conduits transportent de l’air qui peut contenir des particules en suspension (99% des
particules ont une dimension inférieure à 1 µm).
L’élimination de la plus grande partie de ces poussières est nécessaire pour sauvegarder
les équipements et la santé des personnes et ce sont les filtres qui assurent cette
fonction.
Les filtres sont l’un des éléments constitutifs des appareils de conditionnement d’air mais
il peut arriver qu’on les retrouve au niveau des réseaux de gaines.
On retiendra la classification EUROVENT qui comprend 3 classes de filtres (EU1
EU14).
Les niveaux de filtration sont les suivantes :
- EU1 à EU4
: filtration moyenne efficacité
- EU5 à EU9
: filtration haute efficacité
- EU10 à EU14
: filtration très haute efficacité
à
Les niveaux de filtration suivants sont usuellement requis :
- Air neuf
: filtre minimal EU4 et mieux EU5
- Air recyclé : filtre minimal EU5 et mieux EU7
Dans le choix d’un filtre, une attention particulière sera apportée au débit d’air le
traversant ainsi qu’à la perte de charge engendrée (cette PDC peut être élevée).
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47
Technologie de Climatisation
1.2.30 Les pièges à sons
Il est recommandé des niveaux de pression acoustique suivant le type du local :
Salle de réunion, bibliothèque
: 30 à 40 dB (A)
Bureau
: 35 à 40 dB (A)
Hall d’accueil
: 40 à 50 dB (A)
Supermarchés
: 45 à 50 dB (A)
Les pièges à sons (PAS) sont mis en œuvre dans les conduits de distribution d’air dans le
but de respecter les niveaux de pression acoustique indiqués.
Ces accessoires peuvent également être inclus à l’appareil de traitement de l’air.
Certaines configurations de centrales de traitement d'air (CTA) intègrent des PAS.
Les différents types de pièges à sons sont :
- les silencieux cylindriques (avec ou sans noyaux)
- les conduits acoustiques (souples ou semi-rigides)
- les baffles acoustiques
- les caissons rectangulaires acoustiques
Figure 19
Pièges à sons
1.2.31 Les clapets coupe feu
Les clapets coupe feu (CCF) sont mis en œuvre dans les conduits d’air pour rétablir la
continuité du degré coupe feu d’une paroi en cas d’incendie (ERP, IGH, Industrie).
Les systèmes de protection incendie sont destinés à préserver la sécurité des biens et
des personnes suivant deux types d’actions préventives :
- la protection passive (compartimentage)
- la protection active (désenfumage)
L’utilisation des CCF fait partie des mesures de protection passive.
Les CCF sont montés scellés aux traversées des parois CF, il peut arriver que la limite de
scellement soit affleurante au plan du mur dans certains ces de figures.
Le dispositif de commande des CCF peut être :
- auto-commandé (déclencheur thermique taré à 70°C)
- auto-commandé + télécommande (bobine à émission ou à rupture)
Le réarmement est manuel. En option, le CCF peut être équipé de réarmement à distance
(électrique), de contact de DC (début de course), de contact de FC (fin de course)
Figure 20
Clapets coupe feu
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48
Technologie de Climatisation
1.2.32 Les éléments terminaux de diffusion d’air
Les éléments terminaux de diffusion d’air (ETD) constituent les accessoires finaux de la
ligne de distribution de l’air.
Ils assurent le soufflage de l’air traité dans le local à conditionner ainsi que la reprise de
l’air vicié.
Le choix d’un ETD repose sur la connaissance de certaines notions telles que la portée, la
zone d’occupation, le rayon de diffusion et la méthode de diffusion.
Une bonne diffusion doit assurer des vitesses et des températures optimales de l’air
autour des occupants de façon à créer un confort maximum et à bien diluer les
contaminants en suspension.
Le bruit généré par la diffusion doit respecter les normes.
Le type de diffusion d’air généralement retenu est celui à partir du plafond de la pièce. Ce
mode de diffusion est très efficace en période de refroidissement puisque l’air froid à la
sortie du diffuseur a tendance à tomber vers le sol.
Par contre, en période de chauffage (cas rarement rencontré dans nos pays), la diffusion
par le plafond n’est pas très efficace car l’air chaud s’accumule au plafond. Pour
contourner ce problème, la projection s’opère en grande vitesse, ce qui incommode les
occupants, le compromis accepté est l’utilisation d’un chauffage périmétrique jumelé à un
système de traitement d’air alimentant à partir du plafond.
La diffusion de l’air peut se faire par deux méthodes :
- induction ou mélange ou dilution
- déplacement ou substitution
- induction ou mélange ou dilution
L’air traité est introduit dans le local avec une vitesse initiale importante (de l’ordre de 2
m/s) qui crée le phénomène d’induction.
L’air du local est attiré et entraîné par l’air traité auquel il se mélange.
- déplacement ou substitution
L’air traité est introduit dans le local avec une vitesse initiale faible (de l’ordre de 0.2m/s)
et remplace en totalité l’air présent dans le local.
La portée est la distance mesurée depuis l’ETD jusqu’à l’endroit ou la vitesse moyenne
du jet d’air est tombé en dessous de 0.25m/s.
La zone d’occupation est la zone qui couvre une hauteur de 1.80 m en partant du sol et
qui s’arrête à 0.6 m des parois verticales.
Le rayon maximal de diffusion est la surface maximale de la zone d’occupation qui peut
être couverte par un ETD et dans laquelle on maintient une vitesse moyenne de 0.1 à
0.2m/s.
Le rayon minimal de diffusion est la surface minimale de la zone d’occupation qui peut
être couverte par un ETD et dans laquelle on maintient une vitesse moyenne de 0.1 à
0.25m/s.
L’ effet Coanda est l’effet provoqué par le soufflage de l’air à partir d’un ETD proche
d’une paroi (moins de 0.3m), le jet se plaque contre la paroi et a une portée plus grande.
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49
Technologie de Climatisation
Figure 21
Eléments de diffusion d’air
Figure 22
Diffusion d’air par substitution ou par déplacement
La forme de l’ETD a une importance particulière dans sa fonction de distribution de l’air,
ainsi un ETD ayant le plus grand périmètre pour une section et un débit identiques aura la
portée la plus faible et l’induction la plus grande.
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50
Technologie de Climatisation
Les ETD peuvent être regroupés comme suit :
- les grilles de soufflage
- les grilles de reprise
- les grilles de sol
- les grilles de transfert
- les diffuseurs plafonniers circulaires
- les diffuseurs plafonniers carrés
- les diffuseurs à tôle perforée
- les diffuseurs architecturaux
- les diffuseurs linéaires
- les diffuseurs grande portée
- les diffuseurs à déplacement d’air
- les grilles extérieures
Dans certains cas, les ETD sont montés avec des plénums et des registres.
Le plénum participe à la fixation de l’ETD.
Le registre est un organe de réglage du débit de l’ETD
Dans certains cas, la reprise peut être effectuée en vrac par des fentes aménagées dans
le faux plafond (la section de ces fente devra être au moins égale à la section de
soufflage).
Figure 23
Eléments terminaux de diffusion
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51
Technologie de Climatisation
1. CALCUL DES INSTALLATIONS DE VENTILATION
INSTALLATIONS DE VENTILATION SEULE
Il existe plusieurs méthodes de calcul du volume d’air à extraire ou à introduire dans un
temps donné pour un local donné.
1.2.33 Détermination sur la base du nombre de renouvellements par heure
Cette méthode consiste à la détermination du débit d'air à extraire ou à introduire sur la
base du nombre de renouvellements par heure en fonction du type de local.
La quantité d’air à introduire ou à extraire est égale au nombre de renouvellements par
heure multiplié par le volume de ce local.
Les valeurs données dans le tableau 3 sont indicatives et ne peuvent pas se substituer à
une réglementation.
Tableau 4
Indication des taux de renouvellement suivant le type de local
Type local
NR / h
Type local
NR / h
Atelier(en général)
3–6
Cantines
5 – 10
Atelier avec fours
30 – 60
Cinémas
5–8
Atelier de peinture
30 – 60
Conférences, salles
8 –12
de
Atelier d’usinage
5 – 10
Cuisines
15 – 30
commerciales
Atelier de soudure
15 – 30
Ecoles
2–4
Bars, café
10 – 12
Garages
6–8
Blanchisserie
15 – 30
Hall d’entrée
3–5
industrielle
Bibliothèques
3–5
Restaurant
6 – 10
Bureaux
4–8
WC public
8 – 15
1.2.34 Détermination sur la base du débit nécessaire par personne
Cette méthode consiste à la détermination du débit d'air à introduire sur la base du débit
nécessaire par personne en fonction de l'utilisation du local.
Le débit est obtenu par multiplication du nombre de personnes dans le local par le débit
unitaire nécessaire par personne. Il s’agit d’indications donnant des valeurs minimales.
Tableau 5
Indication des taux de renouvellement suivant le type de local
Type activité ou nature du local
Taux minimale par personne
Activité normale
20 – 25 m3/h
Activité normale avec autorisation de fumer
30 – 35 m3/h
Activité physique léger
45 m3/h
Atelier et autres locaux
60 m3/h
1.2.35 Détermination sur la base d'une concentration ambiante maximale
Cette méthode consiste à la détermination du débit d'air à introduire sur la base d'une
concentration ambiante maximale d'un polluant.
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52
Technologie de Climatisation
Dans un local dans lequel il existe un polluant, il est possible de calculer le volume d’air
neuf nécessaire pour diluer ce polluant de manière à ce que sa concentration ne dépasse
pas la valeur maximale admissible pour des raisons de santé.
En désignant par :
Dpol :le débit du polluant spécifique en m3/h
Cmax :la concentration maximale admissible en polluant spécifique
dans le local en m3/m3
Can
:la concentration éventuelle de l’air neuf en polluant spécifique
Dpol
D=
en m3/m3
C max − Can
Le débit d’air D (en m3/h) à introduire est obtenue par :
SELECTION D’UN VENTILATEUR
La sélection d’un ventilateur s’effectue principalement sur la base du débit volume voulu
et de la pression désirée auxquels viennent s’ajouter un certain nombre de critères à
savoir le niveau sonore, le prix, l’encombrement, la forme de la caractéristique, la sécurité,
le rendement, etc.
La détermination du débit a été donnée suivant les méthodes indiquées précédemment.
La pression représente la résistance créée par les autres composants de l’installation :
- les conduits d’air ou gaines
- les singularités des conduits d’air (coudes par exemple)
- les éléments terminaux (grilles, bouches)
- les accessoires divers (filtres, volet de réglage, éventuellement une batterie)
Cette pression s’exprime en Pascal (Pa) ou millimètre de colonne d’eau (mm C.E.);
10 Pa = 1 mm C.E.
Figure 24
Courbe caractéristique d’un ventilateur
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC REFROIDISSEMENT
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53
Technologie de Climatisation
1.2.36 Refroidissement avec batterie de refroidissement
Dans ce cas de figure, il s’agit de ventiler le local de manière à limiter l’élévation de
température consécutive à un échauffement donné dans le local.
Les grandeurs à déterminer sont :
- le débit du ventilateur D
- la puissance de la batterie froide P
Le débit du ventilateur s’obtient par la formule suivante D = P / (ρ x C x ∆T) avec
En désignant par :
- P : la puissance dissipée par les éléments produisant de la chaleur dans le
local en kW (chaleur sensible) ;
- ρ : la masse volumique de l’air (1.2 kG/m3) ;
- C : la capacité thermique massique de l’air (1 kJ/kG°C) ;
- ∆T : la différence de température entre les températures de l’air ambiant et de
l’air soufflé ;
Le débit du ventilateur (D en m3/s) s’obtient par la formule suivante :
D=
P
ρ ⋅ C ⋅ ∆T
La différence de température (∆T) en refroidissement se situe entre 5 et 12°C et dans les
applications courantes, on admet un écart de 6 à 8°C.
S’il est prévu des bouches avec un fort taux d’induction, l’écart peut aller de 10 à 12 °C.
Lorsque les bouches de soufflage sont prévues au sol, l’écart ne doit pas dépasser 5°C.
On vérifiera que le débit d’air obtenu est au moins égal au débit d’air minimal d’air neuf
(cf. tableau 5)
Quant à la détermination de la puissance de la batterie de refroidissement, elle peut être
vue comme la combinaison de 3 sous batteries comme suit :
-
la première batterie (puissance P1) va servir à refroidir le mélange air neuf (air
extérieur) et air recyclé à la température ambiante
la seconde (puissance P2) va combattre la charge thermique du local
la troisième (puissance P3) va vaincre la chaleur dégagée par le ventilateur
La puissance de la batterie froide sera la somme des trois puissances décrites ci-dessus.
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54
Technologie de Climatisation
En désignant par :
-
D
ρ
hm
hamb
hsouff
∆P
ηvent
: le débit du ventilateur en m3/s
: la masse volumique de l’air (1.2 kG/m3)
: l’enthalpie du mélange air neuf et air recyclé en kJ/kG
: l’enthalpie de l’air ambiant en kJ/kG
: l’enthalpie de l’air soufflé en kJ/kG
: la perte de charge du ventilateur en Pa
: le rendement du ventilateur
Les puissances partielles P1, P2 et P3 ainsi que la puissance totale P (exprimées en kW)
peuvent s’écrire comme suit :
P1 = D ⋅ ρ ⋅ (hm − hamb )
P 2 = D ⋅ ρ ⋅ ( hamb − hsouf )
P = P1 + P 2 + P3 = D ⋅ ρ ⋅ ( hm − hsouf ) +
D ⋅ ∆P
1000 ⋅ η vent
P3 =
D ⋅ ∆P
1000 ⋅ ηvent
Le cas particulier d’une installation où l’admission d’air neuf se fait de manière naturelle
(portes, ouvrants) conduit à prendre à compte la charge calorifique supplémentaire due à
l’air neuf dans la charge thermique du local.
La formule de la détermination de la puissance de la batterie froide devient :
P = D ⋅ ρ ⋅ (hamb − hsouf ) +
D ⋅ ∆P
1000 ⋅ η vent
Lorsque la batterie froide est une batterie à eau glacée ;
En désignant par :
-
m:
C:
∆T :
le débit massique de l’eau en kG/s
la capacité thermique massique moyenne de l’eau (C = 4.2 kJ/kG °C)
l’écart de température sur l’eau (différence entre les températures d’entrée et
de sortie de l’eau dans la batterie)
La puissance de la batterie P (en KW) peut s’écrire par la relation suivante :
P = m ⋅ C ⋅ ∆T
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55
Technologie de Climatisation
1.2.37 Refroidissement sans batterie de refroidissement
Dans ce cas de figure, il s’agit de limiter l’élévation de la température d’un local donné par
une ventilation appropriée.
Il n’y a pas de batterie froide et le paramètre à calculer est le débit d ventilateur de
soufflage.
En désignant par :
- P
: les dégagements calorifiques dans le local donné (en kW) ;
- ∆T
: l’écart de température entre la température ambiante maximale Tamb et la
température extérieure maximale Text (∆T = Tamb – Text) ;
- ρ
: la masse volumique de l’air (1.2 kG/m3)
- C
: la capacité thermique massique de l’air (1 kJ/kgG°C)
Le débit d’air nécessaire (D en m3/s) pour limiter l’élévation de la température à une valeur
maximale Tamb est donné par la formule suivante :
D=
P
ρ ⋅ C ⋅ ∆T
Ce refroidissement (il serait plus correct de parler de limitation de température) n’est
possible que si la température extérieure maximale est inférieure à la température
ambiante maximale.
Pour ne pas conduire à des débits d’air importants, il est important que l’écart entre ces
deux températures soit la plus grande possible, 5°C représente un écart minimal
acceptable.
Avec cette ventilation, la température du local ne peut descendre en aucun cas en
dessous de la température extérieure.
[email protected]
56
Technologie de Climatisation
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC CHAUFFAGE
Dans ce cas de figure, il s’agit de ventiler le local de manière à élever sa température à
une valeur donnée en combattant le refroidissement du local consécutif aux déperditions
thermiques (saison froide).
Le débit du ventilateur s’obtient par la formule suivante :
P
D=
avec :
ρ ⋅ C ⋅ ∆T
-
D : Débit du ventilateur en m3/s
P : Déperditions du local en Watts
ρ : Masse volumique de l’air = 1.2 Kg/m3
C : Capacité thermique massique de l’air = 1 KJ/Kg°C
∆T : Différence de température entre les températures de l’air soufflé et l’ambiance
Le ∆T en chauffage peut être important (de l’ordre de 20°C), ce qui peut conduire à des
débits faibles.
Il faut noter que ce débit doit être au moins égal à la valeur minimale (explicité dans la
détermination du débit d’air en fonction du nombre de personnes).
Quant à la détermination de la puissance de la batterie de chauffage, elle peut être vue
comme la combinaison de 2 sous batteries comme suit :
- la première batterie va servir à réchauffer l’air soufflé à la température ambiante
P1 = ρ ⋅ C ⋅ D ⋅ (Tamb − Tmél )
- la seconde va combattre les déperditions du local
P2 = ρ ⋅ C ⋅ D ⋅ (Tsouf − Tamb )
On en déduit la puissance de la batterie chaude P = ρ ⋅ C ⋅ D ⋅ (Tsouf − Tmél )
Lorsque l’installation fonctionne exclusivement en air recyclé, Tmél devient Trec.
Lorsque l’installation fonctionne tout en air neuf, Tmél sera remplacé par Text.
- Tamb : Température de l’air ambiant en °C
- Tmél : Température de l’air mélangé (ambiant et recyclé) en °C
- Trec : Température de l’air recyclé en °C
- Tsouff : Température de l’air soufflé en °C
Remarque
Dans les formules énoncées ci-dessus, il a été utilisé des différences de température.
Ces relations sont valables parce que l’humidité absolue de l’air ne varie pas au cours du
processus, le taux d’humidité du local n'est pas contrôlé.
Lorsqu’il y’a variation de la température et de l’humidité absolue, la relation à utiliser est :
P = D ⋅ ∆h avec ∆h = Différence d’enthalpie.
Il est conseillé d’utiliser les enthalpies pour les calculs lorsque cela est possible.
En refroidissement, on se gardera d’utiliser la différence de température car le
phénomène s’accompagne bien souvent d’une variation d’humidité.
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC HUMIDIFICATION
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57
Technologie de Climatisation
La section d’humidification généralement rencontrée dans les centrales de traitement d’air
(CTA) est du type laveur.
Le calcul de l’humidificateur se fera sur la base du débit d’eau à injecter dans l’air soufflé.
Ce débit est donné par la formule suivante : De = D ⋅ ( x amb − x mél ) + y avec :
- De : débit d’eau en Kg/h
- D : débit massique d’air soufflé en Kg/h
- xamb : humidité absolue de l’air ambiant en kGe/kGas
- xmél :humidité absolue du mélange air neuf - air recyclé en kGe/kGas
- y : débit massique d’eau absorbée dans le local en Kg/Kg (négligeable en général)
Suivant la conception de la CTA, le calcul du laveur s’effectuera de différentes manières :
- cas où il y’a mélange d’air neuf et d’air recyclé
- cas où il y’a préchauffage de l’air neuf
- cas où il y’a réchauffage de l’eau d’humidification dans un échangeur
On définit le rendement d’humidification comme suit :
η=
xamb − x mél
avec xsat étant l’humidité absolue du mélange d’air à saturation
x sat − x mél
Figure 25
Evolutions de l’air – humidifications à évaporation / à vapeur
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58
Technologie de Climatisation
CALCUL DES INSTALLATIONS AVEC DESHUMIDIFICATION
Le type d’humidification généralement rencontrée dans les CTA est à refroidissement.
Le débit d’eau à évacuer de l’air soufflé est donné par la formule suivante :
De = D ⋅ ρ ⋅ ( x mél − xbatt ) = Dan ⋅ ρ ⋅ ( x an − x amb ) + y avec :
- De : débit d’eau en Kg AS/h (AS : air sec)
- D : Débit d’air sec soufflé en m3/h
- ρ : Masse volumique de l’air = 1.2 kG/m3
- xmél :humidité absolue du mélange air neuf - air recyclé en KGe/KGas
- xbatt : humidité absolue de l’air à la sortie de la batterie en KGe/KGas
- Dan : débit d’air neuf en m3/h
- xan :humidité absolue de l’air neuf en kGe/kGas
- xamb : humidité absolue de l’air ambiant en kGe/kGas
- y : Débit massique d’eau absorbée par l’air dans le local en Kg/h
La puissance de la batterie de refroidissement est donnée par :
P = D ⋅ ρ ⋅ (hmél − hbatt ) avec :
-
P : puissance de la batterie froide en kW
D : débit d’air sec soufflé en m3/s
hmél : enthalpie du mélange air neuf et air recyclé en kJ/ kGas
hbatt : enthalpie de l’air à la sortie de la batterie en kJ/ kGas
La batterie froide est une batterie classique qui peut être à eau glacée ou à fluide
frigorigène.
On utilise généralement les batteries à eau, la température de celle-ci étant inférieure à la
température de rosée du mélange d’air neuf et d’air recyclé.
Le refroidissement simultané de l’air n’est pas toujours souhaité, c’est pourquoi un
réchauffage de l’air est souvent prévu à la sortie de la batterie froide.
[email protected]
59
Technologie de Climatisation
1.3
CALCUL DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION
Les installations de climatisation et de conditionnement d’air sont une combinaison des
installations décrites précédemment. Leur calcul sera une synthèse des méthodes déjà
décrites.
Une installation de climatisation englobe en elle-même une installation de ventilation.
La notion de base de toute installation est la charge thermique du local considéré.
Ainsi les notions de charge sensible et latente sont utilisées.
La charge sensible désigne tous les facteurs qui contribuent au réchauffement du local
(apports solaires, occupants, machines...) et qui se manifestent par une élévation de la
température du local considéré.
La charge latente rassemble tous les phénomènes qui peuvent se traduire par une
variation de l’humidité absolue du local (occupants, air extérieur...).
Il existe différentes méthodes de détermination du bilan thermique d’un local :
- méthode pour les pays d’Afrique Tropicale (développée sur initiative de l’IEPF2)
- méthode AICVF (Association des Ingénieurs en Climatique, Ventilation et Froid)
- méthode COSTIC (Comité Scientifique et Techniques des Industries Climatiques)
- méthode ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers)
- méthode CARRIER (Constructeur)
- méthode Mémotech Génie Energétique
- méthode suivant les règles VDI 2078
- méthode simplifiée YORK (Constructeur)
- méthode simplifiée CIAT (Constructeur)
- méthode simplifiée des ratios
Ces méthodes se retrouvent quelques fois sous forme logicielle ou peuvent être mises en
œuvre à l’aide de tableurs (EXCEL par exemple).
Il ne faut cependant pas perdre de vue que les méthodes logicielles ne sont pas à adopter
systématiquement. Il est même souhaitable que l’opérateur ait une capacité et une
pratique des méthodes manuelles dans le but de pouvoir apprécier les résultats des
méthodes logicielles qui peuvent quelques fois produire des résultats erronés (bugs,
erreurs de saisie...).
La méthode CARRIER est l’une des méthodes les plus utilisées.
La méthode CARRIER résume sur une feuille de calcul (forme E20) les différents postes
qui contribuent au bilan thermique.
Le remplissage de cette feuille commence par l’entrée des informations suivantes :
- dimensions du local
- usage du local
- conditions extérieures (température et humidité) du local considéré
- conditions intérieures (température et humidité) désirées du local considéré
- le débit d’air extérieur pour la ventilation du local, ce débit est établi soit par la
multiplication du nombre d’occupants par le débit unitaire d’air neuf nécessaire par
personne, soit par le taux de renouvellement d’air désiré ; si le débit obtenu par le
taux de renouvellement d’air désiré est inférieur au débit calculé sur la base du
nombre d’occupant, c’est ce débit qui est sera utilisé pour la suite des calculs
Suivant cette feuille les différents postes à remplir sont les suivantes :
N°
Poste
2
Postes
IEPF : Institut de l’Energie et de l’Environnement de la Francophonie
[email protected]
60
Technologie de Climatisation
1
2
3
4
5
6
7
8
Apports par ensoleillement à travers les vitrages
Apports par ensoleillement et transmission à travers les murs et les
toits
Apports par transmissions sauf ceux par les murs et les toits
Apports par les gains internes (occupants, équipements, éclairage)
La somme des apports ci-dessus permet de définir les gains
sensibles du local
Les gains latents su local sont ensuite estimés sur la base des
occupants et éventuellement des équipements
Les gains dus à l’air extérieur sont ensuite estimées
Le bilan thermique est ainsi effectué par sommation des apports cidessus
La feuille de calcul CARRIER, fait ressortir les notions suivantes :
- le ESHF
- l’ADP
- le débit d’air traité
- le débit d’air soufflé
- l’état de l’air soufflé
LE ESHF (Sensible Heat Facteur Effectif) est défini comme le rapport des gains sensibles
du local sur les gains totaux du local
L’ADP (Apparatus dew point) représente la température du point de rosée de la batterie
froide.
Le débit d’air soufflé est exprimé par la relation :
D=
GS
avec :
0.29 ⋅ ∆Tsoufflé
D
: Débit d’air soufflé en m3/h
GS
: Gains sensibles du local en Kcal/h
∆Tsouffllé = Tamb - Ts
Ts
: Température sèche de l’air soufflé (par l’appareil de traitement d’air)
Tamb :Température sèche de l’ambiance du local traité
[email protected]
61
Technologie de Climatisation
1. CLASSIFICATION DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION
GENERALITES SUR LES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION
Le tableau 1 permet de reconnaître les installations de climatisation et de
conditionnement d’air qui sont définies comme des installations qui assurent, outre la
circulation de l’air (ventilation) et la filtration, entre 2 et 4 fonctions thermodynamiques.
Les 4 fonctions thermodynamiques (refroidissement, chauffage, déshumidification,
humidification) traduisent les 4 variations possibles des 2 paramètres fondamentaux de
l’air que sont sa température (T°) et son humidité absolue (HA).
Le tableau suivant rend compte des différents sens de variation de l’air en théorie.
(se reporter au diagramme de l’air humide) :
Tableau 6
Variations théoriques des paramètres fondamentaux de l'air
Augmentat. T°
Chauffage
Diminution de
Constance de
Augmentation de
Hum. Absolue
Hum. Absolue
Hum. Absolue
Diminution T°
Refroidissemen
t
Hum. Absolue
Hum. Absolue
Hum. Absolue
Augment. HA.
Humidification
Diminution HA.
Déshumidification
Température
Température
Température
Température
Température
Température
En pratique, les évolutions rencontrées sont celles en gras dans le tableau ci-dessus.
Il faudra éviter les conclusions hâtives sur le fait que lorsque le taux d’humidité doit
augmenter, il faille nécessairement humidifier et inversement lorsque le taux d’humidité
doit diminuer, il faille nécessairement déshumidifier.
Le tableau 7 en est une illustration.
Etat 1
30°C – 50%
15°C – 90%
Tableau 7
Exemple de transformation thermodynamique
Etat 2
Transformation
Hum. abs 1
25°C – 60%
Déshumidificatio 0.0133 Kg/Kg
n
25°C – 60°
Humidification
0.0098 Kg/Kg
Hum. abs 2
0.119 Kg/Kg
0.119 Kg/Kg
Dans la classification des installations du Génie Climatique, il a été retenu que :
- la climatisation est destinée à des fins humaines
- le conditionnement d’air est destiné à des fins industrielles
Une installation de climatisation doit permettre de maintenir la température ambiante à
une valeur comprise entre 20 et 27°C et le taux d’humidité entre 30 et 65% et ce en
fonction des conditions climatiques externes et du souhait des occupants. (Tableau 8)
Les installations de conditionnement d’air destinées aux applications industrielles
requièrent des conditions ambiantes propres aux procédés. Les conditions d’ambiance
sont généralement précises et même extrêmement précises dans certains cas (Tableau
9)
Certaines installations ne relevant pas des applications industrielles (musées, caves,
bibliothèques, groupes opératoires, etc.) sont également appelées installations de
conditionnement d’air au regard du degré de précision des conditions d’ambiance.
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62
Technologie de Climatisation
Tableau 8
Conditions de base intérieures recommandées en climatisation (confort)
Climatisation (confort)
Températures
Degré
Variation de la
intérieures (°C) hygrométrique
température
(%)
Appartements, hôtels,
23 – 24
60 – 55
1–2
bureaux, hôpital, école...
Banques, supermarchés,
24 – 26
60 – 55
0.5 – 1
restaurant, amphithéâtre...
Salle d’assemblage, d’usinage
25 – 27
65 – 55
2–3
Tableau 9
Conditions de base intérieures recommandées en conditionnement d’air
(climatisation industrielle)
(Valeurs données à titre indicatif, conditions déterminées en général par le client)
Industrie
Application
Températures
Degré
intérieures (°C) hygrométrique
(%)
Appareillage
Assemblage des lampes
20
40
électrique
Essai appareils de
24
60
mesure
Boulangerie
Pétrin
24 – 27
40 – 50
Fermentation
24 – 28
70 – 75
Attente avant cuisson
33 – 36
80 – 85
Refroidissement du pain
21 – 27
80 – 85
Brasserie
Houblon
-1 – 0
55 – 60
(conservation)
Grain
27
60
Levure liquide
0–1
75
Bière blonde
0–2
75
Bière brune
4–7
75
Contreplaqué
Presse à chaud
32
60
Presse à froid
32
15 - 25
Imprimerie
Salle des presses
24 – 27
46 – 48
Stockage
23 – 27
49 - 51
Pharmacie
Poudre avant fabrication
21 – 27
30 - 35
(conservation)
Poudre après fabrication
24 – 27
15 – 35
Pharmacie
Broyage
27
35
Comprimés
21 – 27
40
Enrobage
27
35
Textile
Coton tissage
26 – 27
70 – 85
Toile tissage
27
80
Verre
Salle laminage
13
15
polyvinyle
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63
Technologie de Climatisation
MODES DE CLASSIFICATION
Plusieurs modes de classification peuvent être proposés suivant des critères tels que le
mode d’apport de l’air neuf, le mode de distribution de l’air traité ou le médium de
transfert de l’énergie.
Suivant le mode d’apport de l’air neuf , on retrouve :
- les systèmes à 100% d’air neuf
- les systèmes à apport d’air neuf réglable et/ou à apport d’air constant
Suivant le mode de distribution de l’air, on retrouve :
- les systèmes à zone unique ou uni-zone
- les systèmes muti-zones
- les systèmes à débit d’air constant (le plus courant)
- les systèmes à débit d’air variable (VAV)
Suivant le médium de transfert de l’énergie, on retrouve :
- les systèmes air-air (évaporateur à air – condenseur à air)
- les systèmes air-eau (évaporateur à air – condenseur à eau)
- les systèmes eau-eau (évaporateur à eau – condenseur à eau)
- les systèmes eau-air (évaporateur à eau – condenseur à air)
La classification retenue permet de distinguer les systèmes suivants :
-
systèmes à détente directe
systèmes tout air
systèmes tout eau
systèmes à volume de réfrigérant variable
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64
Technologie de Climatisation
SYSTEMES A DETENTE DIRECTE
Le rafraîchissement de l’air est obtenu à l’aide d’un évaporateur (unité intérieure) placé
dans le local à traiter.
On retiendra :
- les climatiseurs mobiles
- les climatiseurs de fenêtre ou window
- les split system et/ou multi split system
- les armoires de climatisation
1.3.1 Les climatiseurs mobiles
Ces appareils sont mobiles et de puissance frigo très faibles (de l’ordre de 0.5 à 2Kw).
C’est un appareil en un seul bloc, il est à prévoir le passage du tuyau de condensats et du
flexible de ventilation de l’unité de condensation à l’extérieur et du flexible de ventilation
de l’unité de condensation.
1.3.2 Les climatiseurs fenêtre
C’est un appareil en seul bloc installé en allège ou en hauteur et dont un côté se trouve à
l’intérieur du local à climatiser et l’autre côté à l’extérieur.
Figure 26
Climatiseur fenêtre
Applications courantes
Le climatiseur fenêtre est utilisé dans les édifices non ventilés et non climatisés. Il dessert
normalement un espace fermé de petite dimension qui autrement ne pourrait être
climatisé. Il est surtout utilisé pour régler un problème local.
Fonctionnement normal
Le climatiseur fenêtre offre des capacités variant de 1 000 à 7 000 fg/h. Certains modèles
peuvent aller jusqu’à 10 000 fg/h.
[email protected]
65
Technologie de Climatisation
Il utilise un système de réfrigération à détente directe pour refroidir l’air venant de la pièce.
Certains appareils permettent un apport d’air extérieur arbitraire.
Le contrôle de la température s’effectue à l’aide d’un thermostat électrique monté sur
l’appareil. De nos jours, l’apparition de télécommandes à distance permet une commande
plus aisée. Le ventilateur qui est généralement à 3 vitesses permet d’ajuster le degré de
refroidissement et de déshumidification de l’air.
L’air est projeté directement dans la pièce à 1 ou .5 mètres devant l’appareil.
Un filtre primaire permet de retirer une partie des poussières.
Avantages
Installation facile et rapide
Résout un problème localisé d’inconfort
Peu coûteux à l’achat
Inconvénients
Bruyant, Mauvaise distribution de l’air
Espérance de vie courte
Coût d’entretien élevé (perte de réfrigérant)
Filtration de l’air de piètre qualité
1.3.3 Les splits system et/ou multi split system
Le split system est constitué de 2 parties distinctes :
- L’ensemble évaporateur-détendeur situé à l’intérieur du local à climatiser
- l’ensemble compresseur-condenseur situé à l’extérieur ou dans un local bien
ventilé
Les 2 parties sont reliées par une liaison frigorifique constituée de 2 tubes cuivre (liquide
et gaz). Les liaisons frigorifiques sont calorifugées.
L’alimentation électrique de l’appareil s’effectue soit au niveau du condenseur (unité
extérieure), soit au niveau de l’évaporateur (unité intérieure).
Le raccordement électrique entre les deux parties est effectué par un câble de liaison.
Bien souvent les condenseurs sont à air mais il peut arriver que le condenseur soit à eau
généralement à eau perdu, dans ce cas de figure le condenseur peut être placé dans un
local clos.
Figure 27
Split System
[email protected]
66
Technologie de Climatisation
Suivant le modèle de l’unité intérieure, on distingue :
- les splits system muraux
- les splits system en allège (ou console)
- les splits system plafonniers
- les splits system du type cassette
Figure 28
Types de Split System
Figure 29
Multi Split System
Il existe des splits system ou l’unité
extérieure est raccordée à plusieurs
unités intérieures (2, 3, 4 ou 5 unités
intérieures), un tel appareil est alors
appelé Multi-split system.
Multi Split System
3
Dans la plus part des cas, la régulation des appareils est assuré par un thermostat qui
fonctionne en tout ou rien.
Il faut noter cependant l’apparition depuis peu de split dit INVERTER .
Les Inverter permettent de faire varier la vitesse de rotation du compresseur suivant la
demande de froid de local.
De tels systèmes permettent une amélioration du COP (coefficient d'efficacité
énergétique) de 20% et une réduction de la consommation d’énergie électrique de 30%
par rapport aux splits traditionnels.
Figure 30
Régulations TOR / Inverter
Régulation Tout ou Rien
Régulation Inverter
3
[email protected]
67
Technologie de Climatisation
1.3.4 Les armoires de climatisation
Les armoires de climatisation peuvent être utilisées pour la climatisation de confort mais
elles sont très utilisées pour le conditionnement des locaux techniques (salles
informatiques) où il faut assurer à la fois le contrôle de la température et de l’hygrométrie
de l’air.
Dans les locaux techniques, les armoires soufflent quelques fois vers le bas dans un
plancher technique, la reprise de l’air s’effectuant en partie haute ou en façade de
l’appareil; de telles systèmes sont appelés armoires à flux inversé et conviennent pour les
locaux informatiques et/ou de télécommunications.
Suivant le type de condenseur, on peut citer les types d’armoire suivants :
- les armoires à condenseur à air intégré
- les armoires à condenseur à air séparé
- les armoires à condenseur à eau associé à une tour de refroidissement
Outre la batterie froide de rafraîchissement de l’air, on peut rencontrer :
- résistances de chauffage (déshumidification air)
- section d’humidification
La batterie froide des armoires peut être à détente directe (fluide frigorigène) ou à eau
glacée.
Figure 31
Armoires de climatisation
Armoire à condenseur à air intégré
Armoire à flux normal
Armoire à condenseur à air intégré
Armoire à flux inversé
Armoire à condenseur à air séparé
Armoire à condenseur à eau associé à une tour
de refroidissement
[email protected]
68
Technologie de Climatisation
SYSTEMES TOUT AIR
Ces systèmes reposent sur le principe de traitement d’air centralisé avec une distribution
d’air vers les zones à traiter. Ce sont des systèmes qui fonctionnent soit à débit d’air
constant, soit à débit d’air variable.
Lorsque le système est à débit d’air variable, le principe de fonctionnement consiste à
adapter le débit de soufflage aux charges variables des locaux à climatiser. Cette
variation étant obtenue par des terminaux d’air à débit d’air variable commandés par des
sondes de température ambiante.
On retiendra :
- les centrales de traitement d’air
- les monoblocs de toiture ou roof-top
1.3.5 Les centrales de traitement d’air (CTA)
Une CTA est un assemblage de modules ayant chacun une fonction précise et dont le
rôle est de traiter et/ou modifier les caractéristiques de l’air qui y circule.
Les principaux modules rencontrés d’une CTA sont :
- le module de réglage ou registre (permet de régler l’admission de l’air entrant dans la
CTA)
- la zone de mélange (effectue le mélange entre l’air extérieur appelé air neuf et l’air
recyclé)
- la zone de filtration (assure la filtration de l’air)
- la zone de refroidissement (batterie à Eau Glacée qui rafraîchit l’air), la batterie froide
peut être également une batterie à fluide frigorigène (détente sèche)
- la zone d’humidification (éventuellement pour humidifier l’air)
- la zone de chauffage (résistances électriques ou batterie à eau chaude pour
déshumidifier l’air)
- la zone de ventilation (ventilateur de distribution de l’air, la zone ventilation peut se
trouver également au niveau de l’entrée de la CTA et servir de ventilateur de reprise
ou d’extracteur d’air vicié)
Figure 32
Centrales de traitement d’air
[email protected]
69
Technologie de Climatisation
1.3.6 Les monoblocs de toiture ou roof-top
Ce sont des appareils construits en un seul bloc et qui sont généralement réservés à la
climatisation de grandes surfaces (hypermarchés, salles de cinéma).
Ils sont placés généralement sur des toitures d’où leur nom. Cependant ils peuvent être
installés au sol dans certains cas.
Une installation de réseaux de gaine composés généralement d’un circuit de soufflage de
l’air et d’un circuit de reprise de l’air complète ces équipements.
Les réseaux de gaines assurent la distribution de l’air, les éléments terminaux sont des
grilles ou des diffuseurs.
Les gaines peuvent être en tôle (généralement isolées par de la laine de verre), en staff
(feuille de polystyrène recouvert de plâtre) ou en plaques de polyuréthane ou de fib-air
Applications courantes
Ce type d’appareils est très utilisé par les promoteurs compte tenu du faible coût d’achat
et du peu d’espace utile occupé au plancher.
On retrouve ces unités dans le domaine commercial et les immeubles à bureaux.
Fonctionnement normal
Ce système fonctionne habituellement comme un système à débit constant, température
variable.
Conçu d’une manière compacte, il incorpore dans un caisson toutes les composantes
essentielles permettant ainsi une installation en toiture.
Le pourcentage d’air frais peut être fixe (en fonction de l’évacuation) ou variable pour les
appareils plus complets, ce qui permet de faire du refroidissement gratuit lorsque les
conditions extérieures sont favorables.
En règle générale, ce système dessert une zone. EN option, il est possible d’avoir un
système multi-zones (Système de type « Package »)
ans certains cas, il comporte des boites à volume d’air variable en fin de course.
Figure 33
Monoblocs
Avantages
Peu coûteux à l’achat
N’occupe pas d’espace utile au plancher
Inconvénients
Confort moyen (peu de modulations de
puissance d’où une grande variation de la
température de l’espace desservi)
Plus bruyant parce que plus compact et plus
près de l’espace à desservir
Vie utile moindre que les plus gros systèmes
(15 à 20 ans plutôt que 25 à 30 ans pour les
autres)
Ne
peut
desservir
plusieurs
pièces
adéquatement sauf en version multi-zones
Entretien souvent négligé
Soumis aux intempéries
[email protected]
70
Technologie de Climatisation
SYSTEMES TOUT EAU
Ces systèmes sont équipés d’une batterie d’eau. Le mélange air neuf (air extérieur) et air
recyclé (air intérieur) est filtré, refroidi et pulsé dans le local.
Ces appareils sont appelés ventilo-convecteurs :
- à 2 tuyaux correspondant à l’aller et au retour (AR) de l’eau (fonctionnement en
refroidissement seul ou en chauffage seul)
- à 3 tuyaux correspondant aux 2 allers (aller Eau Glacée « EG » et aller Eau Chaude
« EC ») et à un retour commun (fonctionnement en chauffage et/ou refroidissement)
- à 4 tuyaux correspondant à un AR pour l’EG et à un AR pour l’EC (fonctionnement en
refroidissement et/ou chauffage)
Les ventilo-convecteurs se retrouvent dans les systèmes de climatisation centralisée «à
Eau Glacée», dans de tels systèmes, il sera noté la présence de centrales de traitement
d’air pour le conditionnement de certaines zones (grands volumes) ou pour le
renouvellement de l’air (air neuf traité).
Figure 34
Climatisation centrale à eau glacée
Figure 35
Ventilo-convecteur
Dans les applications en Afrique Tropicale, il n’est pas nécessaire d’équiper les ventiloconvecteurs de batterie de chauffage (eau chaude ou résistances électriques), ces
appareils fonctionnant toujours en refroidissement.
[email protected]
71
Technologie de Climatisation
La production de l’EG (eau glacée) pour les ventilo-convecteurs et/ou les centrales de
traitement d’air est assurée par des appareils appelés groupes frigorifiques (GF).
Les groupes frigorifiques sont constitués généralement constitués d’un évaporateur du
type multitubulaire horizontal à détente sèche où l’eau est refroidie puis distribuée aux
éléments terminaux (VC) à travers un réseau (tubes acier) par l’intermédiaire de pompe.
Les groupes peuvent être à condenseur à air ou à condenseur à eau.
Les groupes frigorifiques à condenseurs à air sont installés à l’extérieur dans une zone
suffisamment dégagée pour assurer un refroidissement correct des condenseurs.
Les groupes frigorifiques à condenseurs à eau sont installés généralement dans un local
technique (sous sol en général), l’eau de refroidissement des condenseurs tant véhiculée
par un circulateur vers une tour de refroidissement située à l’extérieur (au RDC ou en
toiture) pour permettre son refroidissement .
Figure 36
Groupes frigorifiques
Groupe frigorifique à condenseur à air
Groupe frigorifique à condenseur à eau
Figure 37
Tours de refroidissement
On rencontre plusieurs modèles de VC (console, console non apparent, plafonnier
apparent, plafonnier encastré, cassette)
Figure 38
Types de ventilo-convecteurs
Console non apparen
(non carrossé )
meuble
Console (apparent ou
carrossé)
[email protected]
Cassette
Plafonnier encatré
72
Technologie de Climatisation
SYSTEMES VRV
Les systèmes à volume de réfrigérant variable (VRV) ou à débit de réfrigérant variable
(DRV) constituent sans doute l’une des innovations les plus importantes en matière de
climatisation ces dix dernières années.
Le principe de fonctionnement est basé sur la variation du débit de fluide frigorigène en
fonction de la température ambiante.
Un détendeur électronique (au niveau de chaque unit intérieure) ajuste en permanence le
flux frigorigène pour répondre aux exigences de charge, ce qui permet de maintenir une
température à un niveau virtuellement constant et confortable, sans les fluctuations
caractéristiques des systèmes de régulation marche/arrêt.
Le système VRV est constitué d’une unité extérieure raccordée à plusieurs unités
intérieures.
Suivant la puissance de l’appareil, l’unité extérieure comprend un ou plusieurs
compresseurs du type INVERTER (vitesse variable).
La technologie à ce jour permet de raccorder jusqu’à plus de 30 unités intérieures à une
seule unité extérieure et ce en utilisant un seul circuit frigorifique et des pièces de
raccordement (collecteurs et raccords).
Chez certains constructeurs, les systèmes VRV autorisent des combinaisons d’unités
extérieures permettant d’avoir un grand nombre d’unités intérieures raccordées.
Le système VRV présente plusieurs avantages :
- facilité d’installation et flexibilité de modification
- économie d’énergie (jusqu'à 30% d’économie)
- fonctionnement silencieux
- commandes individuelle et centralisée possibles
- Coefficient de performance (COP) élevé (plus de 3.5)
Figure 39
Schémas de principe VRV
Figure 40
Unités Intérieures VRV
[email protected]
Figure 41
Unités Extérieures VRV
73
Technologie de Climatisation
INVENTAIRE DES SYSTEMES
Il existe à ce jour une multitude de systèmes dont les principaux sont :
- le système à 100% d’air neuf
- le système à débit d’air variable
- le système multi-zone
- le système à débit d’air constant, température variable
- le système double gaine
- le système à induction
- le système à réchauffage terminal
- le système avec ventilo-convecteur ou unité autonome compacte
Parmi les systèmes cités, certains ne sont pas adaptés à notre contexte.
Il existe aussi des systèmes mixtes qui sont des combinaisons de ceux déjà cités.
Les systèmes couramment rencontrés dans les pays tropicaux sont :
- le système avec ventilo-convecteur et/ou unités compactes autonomes
- le système à débit d’air constant, température variable
- le système multi-zones
- le système à 100% d’air neuf
- le système à débit d’air variable (ce système est utilisé très rarement de nos jours)
1.3.7 Les systèmes avec ventilo-convecteurs ou unités compactes autonomes
Applications courantes
L’unité autonome peut être installée dans l’entre-plafond de chaque étage d’un petit
édifice à bureaux ou dans une pièce unique comme un commerce au détail. Elle est
surtout utilisée pour climatiser les locaux excentrés ou comme équipement d’appoint.
Fonctionnement normal
Les unités compactes autonomes contiennent dans un même boîtier tous les éléments
nécessaires au traitement de l’air, elles sont donc semblables aux climatiseurs fenêtre
mais sont conçus pour véhiculer des débits plus importants.
Le ventilo-convecteur est mis en marche par l’occupant dès son entrée dans le local. Pour
cela, le contact est en général situé à proximité de celui de l’éclairage. Ainsi, il peut être
arrêté en même temps que l’éclairage à la sortie des locaux. La régulation est assurée par
un thermostat relié à la soupape de la batterie froide ou par arrêt du compresseur.
On distingue deux types :
- l’unité compacte autonome avec système de réfrigération intégré dont le
condenseur peut être refroidi à l’air ou à l’eau
- l’unité compacte autonome sans système de refroidissement et donc alimentée par
un serpentin de refroidissement alimenté en eau glacée. Dans certains cas, il sert
d’appoint pour le traitement d’ambiance.
Elles sont simplement posées dans le local à climatiser, montées dans l’entre-plafond en
position horizontale ou dans un local peu éloigné ce qui nécessite un réseau de conduits.
Les unités compactes fonctionnent surtout en air recirculé avec un pourcentage d’air neuf
dépassant pas le 15 à 20% pour celles qui assurent la totalité des charges.
L’aspiration de l’air recirculé est directement dans la pièce au bas de l’appareil.
[email protected]
74
Technologie de Climatisation
La quantité d’air neuf est constante et est basée sur les besoins des occupants et la
quantité d’air extraite (le système ne dispose en général pas de système de rejet de l’air ;
cette fonctionnalité étant assurée par la légère surpression des locaux ou par les
extractions d’air).
Dans le cas des salles d’informatique, les gros ordinateurs centraux comportent des
ouvertures à partir du bas du boîtier laissant le passage à l’air pour refroidir les
composants électroniques.
-
Avantages
Simplicité
Régulation de pièce
facile
Frais d’installation
faibles
Encombrement réduit
-
Inconvénients
Entretien coûteux et fastidieux dû aux appareils
dispersés à chaque étage
Filtration réduite
Humidification et déshumidification aléatoires
Bruit assourdissant à l’usure des composants
Batterie de refroidissement à drainer pour l’évacuation
des condensats
1.3.8 Les systèmes à débit d’air constant – température variable
Applications courantes
Ce système de ventilation est le moins coûteux à exploiter. Il sert à alimenter des locaux à
occupation unique tels que les bureaux et les locaux ayant les mêmes besoins de
refroidissement.
C’est une conception fréquente depuis 1960 et elle est la plus répandue dans nos pays.
Fonctionnement normal
Le système fonctionne à basse vitesse et à
basse pression. Le ventilateur fonctionne à
débit d’air constant. La quantité d‘air admis
est proportionnelle à la puissance de
climatisation
et
au
volume
de
renouvellement d’air par heure à maintenir
dans le local.
La proportion d’air neuf et d’air recyclé est
constante. La quantité minimale d’air de
renouvellement est fonction des besoins
des occupants et la quantité d’air rejeté.
La température de l’air soufflé dans les
locaux est variable.
Un seul thermostat de pièce contrôle tout le
système d’alimentation d’air mono-gaine.
Figure 42
Système à débit d’air constant tempér. variable
Inconvénients
Ne peut desservir plusieurs pièces adéquatement seule la pièce avec le thermostat est
bien desservie, inconfort dans les locaux avec plusieurs ouvertures (fenêtres)
Volume d’air circulé important et impossibilité de le réduire quand le système fonctionne à
puissance réduite.
[email protected]
75
Technologie de Climatisation
1.3.9 Le système multi-zones
Applications courantes
Figure 43
Système multi-zones
Ce type de système est en général utilisé
dans les immeubles ou il y a plusieurs
zones à desservir et dont les charges et les
taux d’occupation sont plus ou moins
légèrement différents.
C’est une variante du système à volume
d’air constant, température variable mais
éclatée pour un meilleur confort et une
meilleure régulation.
1.3.10 Les systèmes à 100% d’air neuf
Les applications courantes
On retrouve ce système dans des locaux où l’on rejette d’importantes quantités d’air
(garage intérieur, salle de mécanique, entrepôt, cuisine, laboratoires, hôpitaux).
Ces systèmes peuvent être utilisés pour renouveler l’air pré-traité qui alimente d’autres
systèmes comme les systèmes multi-zones, dans les immeubles à bureaux.
Fonctionnement normal
Le système fonctionne à basse vitesse et à basse pression, le débit d’air est
habituellement constant car il est égal à la quantité d’air évacué.
La température de l’air soufflé est constante aux environs de la température à maintenir
dans le local.
Le système ne comporte ni boîte de mélange, ni de retour d’air.
Figure 44
Système à 100% d’air neuf
Avantages
Maintient les locaux desservis en légère
surpression évitant ainsi les infiltrations d’air
excessives,
permet
de
distribuer
l’air
adéquatement dans l’espace desservi, ce qui rend
les locaux plus confortables
Robuste, vie utile (25 à 30 ans)
Simplicité du système dans sa conception et son
fonctionnement
Frais d’installation peu élevés : le système est
habituellement installé dans la pièce desservie ou
dans une pièce voisine.
Inconvénients
Très coûteux à exploiter, modulation de débit
complexe à réaliser lorsque plusieurs extracteurs
sont assujettis au seul système d’alimentation d’air
[email protected]
76
Technologie de Climatisation
1.3.11 Le système à volume d’air variable (VAV)
Applications courantes
Ce type de système peut rendre de précieux services dans les locaux ou les apports de
chaleur sont importants et ou la diversité des besoins en refroidissement est très grande
comme dans les immeubles de bureaux à occupation intermittente.
Fonctionnement normal
Le système fonctionne à haute ou à basse vitesse et pression.
Ce type de système de ventilation peut être installé partout ou il y’a plusieurs locaux à
desservir et ou l’on désire un certain niveau de confort.
Le système fonctionne par réduction du débit d’air par ajustement de la pression statique
dans la gaine.
Le confort dans le local est contrôlé par un thermostat qui agit sur les volets dans la boîte
de réduction de débit.
Il assure en général un bon niveau de confort lorsque les locaux sont occupés en
permanence et que les gains internes et solaires sont à peu près constants. Le thermostat
réduit la quantité d’air admise par action sur les volets pour la régulation.
Un pressostat placé dans la gaine d’alimentation contrôle la vitesse du ventilateur.
L’humidité est contrôlée par un humidistat placé dans la gaine de retour et qui agit sur la
soupape de la batterie chaude.
Les ventilateurs fonctionnent à débit variable.
Il existe quatre façons de faire varier le débit :
- Utiliser des volets motorisés à l’entrée ou à la sortie du ventilateur
- Faire varier l’angle d’attaque des pales d’un ventilateur axial
- Faire varier les iris vortex d’un ventilateur centrifuge
- Faire varier la vitesse du ventilateur
La quantité d’air admis est proportionnelle à la puissance de climatisation et au nombre de
renouvellements d’air par heure à maintenir dans le local. Cependant, comme les gains
solaires ne sont pas les mêmes sur chaque façade, on peut utiliser cette diversité pour
réduire la quantité d’air totale du système, ce qui est impossible avec les autres systèmes.
Dans les zones périphériques, l’action peut être couplée à un refroidissement (par ventiloconvecteurs) le long des murs extérieurs pour compenser les pertes.
La proportion d’air de renouvellement et d’air recirculé varie.
La quantité minimale d’air de renouvellement est basée sur les besoins des occupants et
la quantité d’air évacué.
La température de l’air soufflé est constante.
Avantages
[email protected]
Inconvénients
77
Technologie de Climatisation
-
-
Capacité de répondre aux besoins
de refroidissement des locaux
desservis
Contrôle précis des températures
dans les pièces lorsque le système
est utilisé pour des applications
normales
Possibilité
de
climatiser
des
immeubles de grande superficie
Possibilité de réduire la quantité d’air
admis quand la puissance de
refroidissement est réduite
Réduction de la force motrice des
ventilateurs
Gaspillage d’énergie infime
Frais de fonctionnement peu élevés
Durée de vie :
25 à 30 ans pour
les gros systèmes
20 à 25 ans pour les petits systèmes
-
Réglage des systèmes plus difficile à
réaliser
Frais d’installation élevés
Contrôle plus difficile dans les pièces
qui requièrent un refroidissement
d’appoint
Mauvaise distribution d’air à débit
minimal, ce qui entraîne une moins
bonne qualité de la ventilation des
locaux
Figure 45
Système à volume d’air variable
[email protected]
78
Technologie de Climatisation
MATERIELS DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION
A partir des classifications adoptées, la liste suivante du matériel de climatisation et de
conditionnement d’air peut être établie :
-
Climatiseurs mobiles
Climatiseurs de fenêtre
Split System et multi-split system
Armoires de climatisation
Centrales de traitement d’air (CTA)
Monoblocs de toiture (Roof-Ttop)
Ventilo-convecteurs
Appareils VRV (Volume de réfrigérant variable)
Groupes de production d’eau glacée
Au niveau des composants spécifiques, on retrouve exactement les mêmes que ceux
étudiés dans les installations de ventilation, une installation de climatisation ou de
conditionnement étant avant tout une installation de ventilation.
Les groupes de production d’eau glacée peuvent être également classés comme des
appareils de climatisation.
Il faut noter que ces équipements occupent également une place de choix dans l’industrie
ou l’eau glacée participe à des processus de fabrication ou est utilisée pour refroidir des
machines ou des produits.
Parmi les configurations de groupes d’eau glacée, on retrouve :
- les groupes d’eau glacée à condenseur à air
- les groupes d’eau glacée à condenseur à eau intégré
- les groupes d’eau glacée à condenseur à eau séparé
[email protected]
79
Technologie de Climatisation
1. LES MATERIELS PARTICULIERS
LES RIDEAUX D’AIR
Les rideaux d’air sont des appareils complémentaires des installations de génie climatique
qui assurent une séparation climatique d’avec l’extérieur, ce qui limite considérablement
les perturbations dues à l’air extérieur provenant des ouvertures.
Dans certains cas, ils sont munis d’un système de chauffage d’où le nom de rideaux d’air
chaud, ils sont principalement utilisés :
- à l’entrée des boutiques, grands magasins, supermarchés
- à l’entrée des bâtiments publics (administrations, aéroports…)
- à l’entrée des bâtiments industriels (hall de stockage, ateliers…)
Outre son impact sur la clientèle, les visiteurs ou les voyageurs (absence de manipulation
de portes), les rideaux d’air auront un impact économique important puisqu’ils limiteront
les déperditions vers l’extérieur de l’air frais d’une zone climatisée.
D’une manière générale, les rideaux d’air ont un jet d’air du haut vers le bas et
fonctionnent en recyclage complet.
Figure 46
Rideaux d’air
LES ELIMINATEURS D’ ODEURS
Dans la plus part des cas, les installations de génie climatique fonctionnent avec un
certain pourcentage d’air neuf exempt d’odeurs particulières.
Dans certains cas de figures, l’élimination des odeurs doit faire l’objet d’un traitement
spécifique :
- lorsque l’air neuf contient des odeurs particulières
- lorsqu l’air repris contient des odeurs
Dans le dernier cas, l’élimination des odeurs est indispensable lorsque :
- l’on désire recycler une partie ou la totalité de l’air repris
- l’on veut éviter de renvoyer à l’extérieur l’air pollué avec les odeurs
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80
Technologie de Climatisation
On retiendra 3 principes de traitement des odeurs :
-
Les générateurs d’ozone
L’action d’élimination tient au caractère instable de l’ozone (O3) qui tend à perdre
un atome pour se transformer en oxygène (O2). L’atome libre chreche à se fixer en
oxydant les particules animales ou végétales (odeurs animales, odeurs de cuisine,
fumée de tabac…), ce qui les réduit à l’état de poussières inertes.
-
Les filtres à charbon actif
Les filtres à charbon actif sont capables d’adsorber un certain nombre de gaz et de
vapeurs en fixant leurs molécules. Lorsque ces gaz et vapeurs sont à l’origine
d’odeurs, celles-ci se trouvent éliminées.
- Les photo-catalyseurs
Ils agissent par l’activation d’un matériau semi-conducteur tel que l’oxyde de titane par
un rayonnement ultraviolet. Ce qui a pour effet de former des radiations capables de
capter des molécules organiques (odeurs).
Figure 47
Purificateur d’air avec technique photo-catalytique
1.3.12 LES RECUPERATEURS D’ENERGIE
Un récupérateur d’énergie est un échangeur de chaleur qui permet de tirer parti de la
l’énergie qui serait perdue autrement.
Les récupérateurs d’énergie ont fait leur preuve dans les pays tempérés dans les
systèmes de chauffage. Par exemple pour un local traité en double flux, l’air repris étant
d’environ 22°C, s’il est rejeté directement à l’extérieur on perdrait la chaleur qu’il contient.
Au contraire, si on le fait passer par un récupérateur de chaleur, cela permet de
préchauffer l’air extérieur froid.
De la même manière pour un local climatisé alimenté en double flux, l’air repris qui est
frais peut par l’intermédiaire d’un récupérateur de chaleur rafraîchir l’air extérieur chaud.
En théorie, un récupérateur de chaleur (récupérateur d’énergie) peut récupérer :
- soit de la chaleur sensible seulement
- soit de la chaleur latente seulement
- soit de la chaleur totale (sensible et latente)
On définit les indices de récupération suivant les différents cas de figures (cf. tableau 10).
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81
Technologie de Climatisation
Figure 48
Repérage des indices dans une installation équipée d’un récupérateur de chaleur
Chaleur Sensible
Chaleur Latente
Chaleur Totale
Tableau 10
Indices de récupération de chaleur
Sur Air Neuf
Sur Air Repris
T22 − T21
T −T
Φ2 =
Φ 1 = 11 12
T11 − T21
T11 − T21
x − x 21
x −x
Ψ2 = 22
Ψ1 = 11 12
x11 − x 21
x11 − x21
h − h21
h −h
Λ 2 = 22
Λ 1 = 11 12
h11 − h21
h11 − h21
Les différents systèmes de récupérateurs de chaleur peuvent se classer en trois
catégories :
- Les systèmes à régénération
Dans ces systèmes, un matériau accumulateur emmagasine la chaleur sensible
(température), la chaleur latente (humidité) ou les deux pour la restituer ultérieurement.
Il existe des récupérateurs rotatifs dans lesquels la masse accumulatrice est solide et les
récupérateurs à circuit dans lesquelles elle est liquide.
- Les systèmes à récupération
Ce sont des récupérateurs à surfaces d’échanges solides qui ne permettent
habituellement que la transmission de chaleur (récupérateurs à plaques).
- Les systèmes du type pompe à chaleur
Ces systèmes ne sont rentables que lorsqu’on peut tirer avantage de la production de
froid au niveau de l’évaporateur. En effet, ils permettent de récupérer plus d’énergie que
les autres systèmes mais nécessitent une plus grande dépense d’énergie.
Figure 49
Récupérateurs de chaleur (à plaques, glycole, rotatif)
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82
Technologie de Climatisation
1. ISOLATION ACOUSTIQUE
GENERALITES
Toute installation de Génie Climatique engendre des bruits du fait de la présence de
machines tournantes telles que les pompes, les compresseurs et les ventilateurs.
Un bruit se propage facilement et rapidement dans un espace donné et une des règles de
l’acoustique consiste à limiter ce bruit au point d’émission à un niveau aussi faible que
possible et par conséquent choisir des machines aussi silencieuses que possible.
Lorsque cela n’est pas possible, il est nécessaire de prendre des mesures d’isolement
acoustique de façon que le bruit transmis en un point donné ne dépasse celui exigé par la
réglementation ou tout simplement celui en dessous duquel il ne crée pas de gêne pour
les personnes ou ne pas risquer d’occasionner des dégâts matériels (vibrations).
Nous avons déjà mentionné des sources de bruits dans le domaine du génie climatique
que sont :
- les ventilateurs
- les pompes
- les compresseurs
Il existe d’autres sources de bruits que sont :
- les conduits
- les bouches
- les registres de réglage
DEFINITIONS
1.3.13 La puissance sonore
La puissance sonore Lw exprimée en décibels (dB) est une donnée spécifique qui est
utilisée pour caractériser la source de bruit elle même. Elle présente trois intérêts :
- caractérisation de l’équipement
- base de tout calcul
- base de toute comparaison
Pour un ventilateur, le niveau de puissance acoustique est donnée par la formule
W 
 avec :
suivante : Lw = 10 ⋅ Log 
 Wa 
W
: puissance acoustique du ventilateur en W
Wa
: puissance acoustique de la source de bruit de référence = 10-12 W
Pour un conduit droit, la puissance sonore engendrée peut s’exprimer par la relation
suivante : Lw = 10 + 50 ⋅ Log (W ) + 10 ⋅ Log ( A) avec :
W : vitesse de l’air en m/s
A section du conduit en m²
[email protected]
83
Technologie de Climatisation
1.3.14 La pression sonore
La pression sonore (Lp exprimée en dB) est une donnée spécifique pour caractériser la
source de bruit elle même. Elle présente deux intérêts :
- caractérisation de l’équipement dans son environnement (position, distance, local…)
- résultat à obtenir dans le local
La pression sonore se mesure à l’aide d’un sonomètre.
2
P
Elle s’exprime par la relation suivante : L p = 10 ⋅ Log   avec :
 Po 
P
: Pression acoustique en Pa
Po
: Pression de référence, seuil d’audibilité à 1000 Hz = 2.10-5 Pa
1.3.15 Commentaires et calculs sur des niveaux sonores
La puissance sonore et la pression sonore sont toutes exprimées en dB mais il s’agit de
deux grandeurs physiques différentes.
La puissance est une caractéristique intrinsèque du matériel tandis que la pression
caractérise ce matériel dans son environnement.
Variation Pression
Excitation
10
100
1000
Tableau 11
Sensibilité de l’oreille
Impression de l’oreille
Logarithme (base 10)
Sensation
1
1 = Log 10
2
2 = Log 100
3
3 = Log 1000
Addition de niveaux sonores
Soit une puissance appliquée de 10-6 W
Le niveau de puissance correspondant est de 60 dB.
En supposant que la puissance appliquée double, quelle sera le niveau de puissance
correspondante ?
Lw = 10 Log (2 x 10-6/10-12) = 10 Log 2 + 10 Log (10-6/10-12) = 3 +60 = 63 dB
Conclusion :
Lorsque la puissance sonore double, la sensation auditive n’est pas doublée.
Attention :
Les niveaux de puissance peuvent s’additionner sans risque mais pour les niveaux de
pression, il faut vérifier que l’environnement est le même.
Courbes isophoniques
[email protected]
84
Technologie de Climatisation
L’oreille humaine n’entend pas tous les sons de la même manière : 60 dB à 63 Hz
(graves) ne sont pas aussi bien perçus que 60 dB à 1000 Hz (aigus). L’homme est plus
réceptif aux hautes qu’aux basses fréquences.
Cela nous amène à introduire la notion de courbes isophoniques, c’est-à-dire des courbes
d’égale sensation du son : par exemple l’oreille perçoit la même sensation pour un son de
50 dB à 100 Hz que pour un son de 20 dB à 1000 Hz (Diagramme Fletcher - Munson).
Figure 50
Diagramme Fletcher - Munson
Pondération A
A partir des courbes isophoniques, il a été établi une pondération « A » restituant la
sensibilité différentielle de l’oreille en fonction des fréquences ou le niveau des basses
fréquences, peu entendues est abaissé.
Le dB(A) représente ce qu’entend l’oreille pour des faibles niveaux (< 60 db(A)).
Le calcul de cette pondération s’effectue par l’ajout des coefficients suivants à la valeur
réelle en dB.
Fréquence (Hz) 63
125
150
500
1000 2000 4000
Pondération A
-26.7 -16.3 -8.5
-3
0
+1.2
+1
NB : pour distinguer le dB(A) du dB non pondéré, on appelle souvent ce dernier dB(lin).
Il existe 2 autres pondérations : la B et la C pour des niveaux plus importants (< 85 dB
pour la B, > 85 dB pour la C)
Calcul du niveau global
En considérant un spectre en bande d’octave, le calcul global se réalise en ajoutant deux
à deux les valeurs des niveaux de chaque bande de fréquence.
Ce niveau global peut être calculé soit en dB(lin), soit en dB(A).
Critères de confort
Deux spectres sonores différents mais identiques en niveau global dB(A) peuvent
représenter une gêne différente notamment si un de ces spectres présente une
émergence significative dans une bande par rapport aux bandes adjacentes.
Pour des raisons de confort, plusieurs critères ont été définis afin de prendre en compte
ce phénomène, tels que le Noise Criteria (NC) utilisé aux Etats Unis et le Noise Rating
(NR) adopté en norme ISO et NF.
Le Noise Rating (ISO) : pour respecter une courbe NR donnée, il faut que le spectre se
situe en dessous de la courbe NR sur toutes les bandes de fréquences.
Niveaux acoustiques préconisés
On distingue 2 cas de figures suivant que l’on soit à l’intérieur ou à l’extérieur du bâtiment.
[email protected]
85
Technologie de Climatisation
A l’extérieur du bâtiment, les limites fixées tiennent compte de l’implantation ? La valeur
maximale peut être définie comme une émergence par rapport au bruit ambiant (3 à 5 dB
(A) suivant les cas).
A l’intérieur des locaux, il existe des exigences réglementaires.
Le tableau suivant rend compte des recommandations du Giac (Groupement
Interprofessionnel d’Aide au Conseil).
Tableau 12
Niveaux de pression acoustique
Type de local
Niveau de pression acoustique
Exigence haute
Exigence basse
dB(A)
dB(A)
Restaurant d’entreprise
35
50
Restaurant, cafétariat
35
45
Foyer - salle fumeur
35
45
Salle de réunion
30
40
Piscine sportive, patinoire
40
45
Piscine ludique
45
50
Salle de relaxation
30
35
Salle EPS
35
45
Gymnase
40
50
Grande salle, palais sports
40
50
Atrium
40
50
Galerie marchande
45
55
Hall d’aéroport
40
50
Hall de gare, d’exposition
45
55
Magasin de vente
40
50
Lieu de culte, église
30
45
Musée
30
40
Type de
bâtiment
Garderie
d’enfants
Commerces
Bureaux
Restaurants
Tableau 13
Niveaux de pression sonore
Type de local
Niveau de pression sonore dB(A)
A
B
C
Crèches
30
40
45
Maternelles
Supermarchés
40
45
50
Bureaux et salles de conférence
35
40
45
Bureaux paysagés
Cafétérias et restaurants
35
45
50
Les lettres A, B, C correspondent à des catégories de bâtiments et n’ont aucune relation
avec les pondérateurs A, B ou C apportés au dB (d’après projet de norme européenne
CEN TC 156/WG 6)
MATERIEL
[email protected]
86
Technologie de Climatisation
Une classification du matériel d’amortissement acoustique est donnée comme suit :
Les baffles acoustiques
Il en existe pour les moyennes et hautes fréquences et pour les basses et moyennes
fréquences.
Ils sont généralement constitués d’un cadre en acier galvanisé et de laine minérale
monobloc revêtue d’un voile. (cf. figure 19)
Les caissons rectangulaires acoustiques
Ils ont constitués d’un caisson en acier galvanisé avec brides de raccordement et de
baffles acoustiques. (cf. figure 19)
Les silencieux cylindriques avec ou sans noyau
Ils ont une forme circulaire avec une enveloppe extérieure en acier galvanisé, un isolant
acoustique revêtu d’une tôle perforée. Ils peuvent être munis de noyau central sous forme
d’ogive. (cf. figure 19)
Les conduits acoustiques
Ce sont des gaines semi rigides en aluminium et en polyester (quelquefois) avec un
isolant acoustique. (cf. figure 19)
Les plots antivibratiles
Ils évitent la transmission des vibrations des machines tournantes à la structure du
bâtiment.
Il en existe 2 types : à ressorts et à caoutchouc.
Les plots antivibratiles à ressorts sont constitués d’un carter en fonte, de ressorts en acier
et d’un réglage de niveau en hauteur par vis central.
Les plots antivibratiles caoutchouc sont en caoutchouc naturel protégé sur le dessus par
une coupelle métallique.
Figure 51
Plots antivibratiles
Les matelas antivibratiles
Ils sont en élastomère souple rainuré sur les 2 faces.
Ils participent aux supportages des conduits et des petits caissons de ventilation.
Figure 52
Matelas antivibratile
[email protected]
87
Technologie de Climatisation
TRAITEMENT ACOUSTIQUE D’UN LOCAL TECHNIQUE
Des dispositions particulières peuvent être prises pour éviter la transmission des bruits
d’un local technique aux locaux avoisinants :
Isolement acoustique des murs et du plafond
Il peut être prévu des parois doubles ou triples et des panneaux acoustiques dans le local
lui-même. Dito pour le plancher qui peut être réalisé avec une chape flottante.
Vibrations produites par les machines tournantes
Des dispositions telles que l’emploi de plots antivibratiles peuvent être utilisées.
Conduits aérauliques et tuyauteries
Il faut prévoir l’utilisation de manchettes souples de raccordement aux divers appareils.
Manchettes souples pour les conduits aérauliques
Manchons antivibratiles pour les tuyauteries
Matériau isolant entre le fourreau et les conduits (tuyauteries, gaines)
Silencieux sur conduits de soufflage et/ou de reprise
[email protected]
88
Technologie de Climatisation
1. DISTRIBUTION DE L’EAU DANS LES INSTALLATIONS
GENERALITES
La distribution de l’eau constitue un volet important des installations de climatisation et de
conditionnement d’air.
Lorsque la production du froid est assurée pour des groupes d’eau glacée, il faudra
distribuer l’eau glacée à travers toute l’installation.
Les principaux réseaux sont les suivants :
- réseau de circulation de l’eau glacée (ou eau chaude) entre la production et les
appareils terminaux (ventiloconvecteur, CTA...)
- réseau de circulation de l’eau de refroidissement entre la production et les
systèmes de refroidissement (pour les systèmes à condenseurs à eau)
Chacun de ces réseaux peuvent faire l’objet de sous réseaux selon la configuration de
l’installation.
Dans le premier cas, il s’agit de transporter l’eau glacée depuis la production (évaporateur
du groupe d’eau glacée) jusqu’aux batteries des appareils terminaux de climatisation ou
de conditionnement. A ce niveau l’échange de chaleur entre l’air ambiant et la batterie
froide du terminal est assuré pour refroidir le local, l’eau va se réchauffer par le transfert
de chaleur du local et va revenir à l’organe de production pour être refroidie à nouveau et
le cycle recommence.
Dans le second cas de figure, il s’agit des groupes de production d’eau glacée où les
condenseurs sont à eau c’est-à-dire que leur refroidissement est assuré par de l’eau. Il
s’agit d’un type donné des GEG (groupes d’eau glacée).
La distribution d’eau servira dans ce cas à transférer l’eau chaude issue du
refroidissement des condenseurs vers une tour de refroidissement où sa température va
s’abaisser par un échange thermique avant de revenir aux condenseurs pour assurer à
nouveau le refroidissement et le cycle recommence.
LES DIFFERENTS TYPES DE RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU
Les réseaux peuvent être classés suivant la nature du fluide véhiculé :
- eau glacée (processus industriel, climatisation, conditionnement d’air)
- eau chaude (processus industriel, chauffage)
- eau glycolée (processus industriel)
Suivant la nature du matériau, on peut retenir :
- les réseaux en acier (acier noir, acier galvanisé)
- les réseaux en fonte
- les réseaux en cuivre
- les réseaux en PVC
Suivant le régime du circuit d’eau dans les tuyaux aller et retour :
- régime 7°C / 12°C (eau glacée)
- régime 6°C / 10°C ‘eau glacée)
- régime 30°C / 35 °C (eau de refroidissement des condenseurs)
[email protected]
89
Technologie de Climatisation
En conditionnement d’air, les réseaux de distribution sont généralement en acier noir.
Ces dernières années l’utilisation du PVC (spécial) a connu un certain essor.
Dans certains cas de figure, les réseaux sont calorifugés dans le but de :
- diminuer les déperditions thermiques sur le parcours de la distribution
- éviter les phénomènes de condensation qui se produisent chaque fois que la
température superficielle du conduit est inférieure à la température de rosée de
l’ambiance autour de ce conduit.
Les matériaux d’isolation généralement utilisés sont :
- les coquilles de polystyrène (généralement utilisées en double couche et croisées)
- les coquilles de polyuréthane ou de styrofoam
- les manchons en armaflex (élastomère alvéolaire)
- la laine de verre en rouleau (eau chaude)
Les ponts thermiques sont à éviter dans toute installation avec des conduits isolés.
Comme dans le cas des gaines isolées situées à l’extérieur, il est nécessaire de prévoir
une protection mécanique pour les tubes isolés situés à l’extérieur.
Les protections mécaniques les plus rencontrées sont :
- le ciment avec grillage déployé
- le revêtement isoxal (aluminium)
Le revêtement isoxal est quelque fois préconisé pour des tubes situés à l’intérieur pour
certains locaux techniques. Il ne faudra pas perdre de vu que le revêtement isoxal
engendre un coût financier important.
Sur le marché, on retrouve des tubes pré-isolés et même des tube pré-isolés avec
revêtement mécanique.
Il faudra se référer au catalogue constructeur pour les caractéristiques techniques de ses
matériaux.
Figure 53
Schéma de principe de la distribution d’eau
[email protected]
90
Technologie de Climatisation
DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX DE DISTRIBUTION
Le dimensionnement des réseaux de distribution d’eau est basé sur la méthode des
pertes de charges (PDC) constantes.
Il est souvent fait appel aux abaques et aux règles de calcul.
Les singularités (coudes, tés, réductions…) seront remplacées par des longueurs
équivalentes de tronçons droits.
La détermination du diamètre principal sera effectué sur la base du débit global et de la
vitesse de départ de l’eau.
Ces éléments permettront de déterminer le diamètre de la conduite principale ainsi que la
PDC correspondante.
Cette PDC supposée constante sera utilisée pour fixer les diamètres des tronçons
secondaires en fonction des débits véhiculés.
Bien souvent les tuyauteries principales seront fixées par les diamètres des
raccordements de la machine frigorifique ou du composant à raccorder (évaporateur,
condenseur, batterie…).
Cependant, suivant la capacité de l’installation, le diamètre de raccordement peut être
quelque fois inférieur aux diamètres de raccordement du groupe frigorifique.
Au niveau des appareils terminaux (ventiloconvecteurs), le diamètre de la tuyauterie
terminale ne pourra être inférieur aux connexions de l’appareil.
Bien au contraire, la tuyauterie finale peut être plus grande d’un pas par exemple aux
connexions de l’appareil terminal.
La vitesse maximale préconisée dans les installations est de 2 m/s.
Les vitesses minimales terminales au niveau des appareils terminaux sont de l’ordre de
0.2 m/s.
La plage des vitesses acceptables est de 0.2 m/s à 2m/s.
La figure donnée en annexes 3 permet de déterminer les dimensions des différents
tronçons d’un réseau.
Tableau 14
Longueur équivalente de perte de charge local (mètres)
Dim. Nominal
15
20
25
32
40
50
65
80
Tuyau (mm)
Coude
0.5
0.6
0.9
1.1
1.3
1.6
2.1
2.6
Té lisse
0.3
0.4
0.6
0.8
0.9
1.1
1.4
1.7
Té passant
1
1.3
1.8
2.3
2.8
3.5
4.2
5.7
Robinet
0.1
0.15
0.2
0.3
0.35
0.4
0.5
0.6
Reducer (3/4)
0.1
0.15
0.2
0.3
0.35
0.4
0.5
0.6
Vanne sphériq.
4.5
6.5
9.0
11
16
21
26
30
[email protected]
91
Technologie de Climatisation
LES ACCESSOIRES DE RESEAUX DE DISTRIBUTION D’EAU
Le tracé des réseaux de distribution nécessite la mise en œuvre d’organes de robinetterie
et d’accessoires annexes.
Les accessoires rencontrés sur un réseau de distribution d’eau glacée sont :
1.3.16 Les vannes ou robinets
Ce sont des organes de fermeture ou d’ouverture. Les plus rencontrés sont les vannes à
boisseau sphérique et les vannes papillon.
Ce sont des organes à action manuelle.
Cependant, ils peuvent être motorisés par l’adjonction d’un servomoteur.
Figure 54
Vanne à boisseau sphérique
Figure 55
Vanne papillon
1.3.17 Les vannes de réglage (vannes Quitus)
Ce sont des vannes dont le débit est réglable. Ce réglage peut être effectué à l’aide d’une
mallette de réglage ou manuellement par l’utilisation d’abaques.
Figure 56
Vanne de réglage
[email protected]
92
Technologie de Climatisation
1.3.18 Les Vannes 2 voies (V2V), 3 voies (V3V), 4 voies (V4V)
Les V2V sont des vannes commandées par un servomoteur permettant l’ouverture ou la
fermeture de la vanne suivant une consigne extérieure. Certains versions peuvent assurer
une ouverture ou fermeture modulante en fonction de la consigne.
Les V3V sont des vannes avec deux entrées et une sortie. Ce sont des vannes
motorisées.
Une des entrées est ouverte ou fermée suivant une consigne extérieure. L’ouverture ou la
fermeture de cette entrée peut être modulante suivant les modèles.
Les V4V sont utilisées pour assurer la circulation d’un fluide ou d’un autre suivant sa
position. Son application classique reste le fonctionnement en chauffage ou en
refroidissement d’un même appareil suivant la saison.
Figure 57
Vannes 2 voies / 3 voies
1.3.19 Les clapets anti-retour
Ce sont des organes qui n’autorisent que le passage de l’eau dans un seul sens. Ils sont
généralement placés au refoulement des pompes.
Figure 58
Clapet anti-retour
[email protected]
93
Technologie de Climatisation
1.3.20 Les filtres et les systèmes de traitement de l’eau
Ce sont généralement des filtres à tamis dont le rôle est de retenir les impuretés
contenues dans les conduits.
Ils sont généralement placés à l’entrée des pompes.
Les systèmes de traitement de l’eau trouvent leur utilisation dans certains cas de figure où
les caractéristiques de l’eau doivent obéir à certaines exigences d’ordre technique. Ils sont
généralement mis en œuvre sur la ligne d’appoint ou de remplissage du circuit.
Pour les circuits d’eau glacée, un adoucisseur est généralement suffisant.
Pour l’eau de refroidissement des condenseurs, il est quelques fois mis en oeuvre des
traitements anti-tartre (contrôle de conductivité de l’eau, purge d’eau et remplissage du
bac de la tour de refroidissement) et/ou biocide (contre le développement des microbes,
des bactéries et des algues).
Figure 59
Filtres à tamis
Figure 60
Adoucisseur
1.3.21 Les manchettes antivibratoires
Ce sont des accessoires qui permettent d’amortir les vibrations entre les appareils en
mouvement et les conduits.
Ils sont généralement placés aux raccordements des groupes frigorifiques ainsi qu’à
l’entrée et la sortie des pompes.
1.3.22 Les disconnecteurs
Ils jouent le rôle de non-retour et sont généralement placés sur la ligne d’appoint en eau
de ville ou la ligne de remplissage du circuit.
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94
Technologie de Climatisation
1.3.23 Les compteurs d’eau
Ils sont généralement placés sur la ligne d’appoint en eau de ville et renseignent sur la
quantité d’eau en appoint ou la quantité d’eau nécessaire au remplissage du circuit.
Figure 61
Compteur d’eau
1.3.24 Les contrôleurs de débit
Ces organes rendent compte de la circulation de l’eau par l’établissement d’un contact
électrique. Ils font souvent office de protection, coupant par exemple la production d’eau
glacée en cas de manque d’eau dans l’évaporateur d’un groupe ou autorisant la
production d’eau glacée en cas de présence d’eau après l’ordre de démarrage du groupe.
Figure 62
Contrôleur de débit
1.3.25 Les purgeurs d’air
Ces organes permettent d’évacuer l’air qui s’est introduit dans les conduits.
Ils existe des purgeurs automatiques mais ils peuvent être manuels par l’utilisation d’une
vanne de faible diamètre.
Le purgeur est généralement placé en tête de colonnes car c’est dans ces endroits que
l’air se réfugie.
Figure 63
Contrôleur de débit
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95
Technologie de Climatisation
1.3.26 Les lyres et coudes de dilatation
Les contractions des tuyauteries qui résultent des différences de température peuvent
être absorbées par des lyres ou des coudes.
1.3.27 La bouteille tampon
Dans certaines applications de distribution d’eau glacée ou d’eau chaude, le réseau est
constitué d’un réseau primaire et d’un réseau secondaire. Le primaire concerne en
généralement la production d’eau glacée ou d’eau chaude et le secondaire se charge de
la distribution de l’eau aux terminaux. La jonction entre les deux réseaux est assurée par
un réservoir appelé bouteille tampon.
Cette bouteille joue le rôle de découplage entre la production et la distribution d’eau
glacée, elle peut se comporter ainsi comme un accumulateur de froid.
1.3.28 Les organes de mesures
Ce sont les généralement les thermomètres et les manomètres qui renseignent
respectivement sur la température et la pression en un point donné du conduit.
Figure 64
Manomètres
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Figure 65
Thermomètres
96
Technologie de Climatisation
1.3.29 Les pompes et surpresseurs
Les pompes assurent la circulation de l’eau depuis la production jusqu’à la distribution. Ce
sont généralement des circuits fermés et les pompes serviront à vaincre les PDC dues à
la tuyauteries ainsi qu’aux organes annexes (batteries appareils terminaux, coudes,
vannes…). Le terme circulateur devrait donc être utilisé à la place de pompe.
Les surpresseurs en conditionnement d’air permettent de maintenir un niveau de pression
suffisant dans le réseau.
Appelés aussi groupes de maintien de pression, ils sont composés en général de pompes
et d’une ou plusieurs bâches suivant les cas.
Figure 66
Circulateurs
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97
Technologie de Climatisation
LES CONDENSATS
Les condensats représentent l’eau issue de la condensation de la vapeur d’eau contenue
dans l’air au contact des batteries froides des appareils de climatisation.
Pour rappel, le phénomène de condensation apparaît chaque fois que la température
périphérique de la batterie tombe en dessous du point de rosée de l’ambiance.
Ceci est généralement le cas pour les installations de climatisation et l’eau est recueillie
dans un bac de rétention (isolé la plus part des cas) puis évacuée à l’aide d’un conduit
vers l’extérieur ou vers les évacuations EP (eaux pluviales) par exemple.
Le tracé des évacuations doit faire l’objet d’attentions particulières :
- respecter une pente d’évacuation
- les tronçons en plafonds doivent être calorifugés dans la plus part des cas (calcul à
faire)
- le raccordement au niveau des appareils nécessitent la mise en œuvre de siphons
pour permettre un bon écoulement d’une part et d’autre part éviter dans quelques
cas la remontée des odeurs
- le raccordement des condensats avec d’autres réseaux (EP par exemple) doit
respecter un certain nombre de règles au risque de transformer ce point soit en un
lieu d’évacuation des eaux concernées, soit à un endroit avec des odeurs
- les évacuations verticales lorsqu’elles sont directement raccordées à un regard par
exemple peuvent ne pas être isolées
Dans les cas de figures ou une évacuation naturelle n’est pas possible (problème de
pente), il est fait appel à des pompes de relevage.
Certains équipements tels que les unités intérieures du type cassette sont équipées
d’origine de pompes de relevage.
Les réseaux d’évacuation sont généralement réalisés en PVC qualité évacuation et
l’isolant généralement employé est l’armaflex (manchons caoutchouc).
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98
Technologie de Climatisation
1. REGULATION
DEFINITION
En définition, une installation du génie climatique a pour but la maîtrise des conditions
intérieures d’un local donné.
Ce qui suppose la mise en œuvre d’équipements capables de produire les conditions
intérieures désirées d’une part et d’autre part d’assurer le maintien de ces conditions en
fonction des perturbations extérieures et intérieures; ainsi intervient le rôle de la
régulation.
De manière générale, une boucle de régulation comprend :
- un organe de détection de la grandeur à régler (température, humidité, pression...)
- un régulateur qui compare la valeur mesurée avec la valeur de consigne de la
grandeur à régler et en fonction de l’écart constaté va élaborer un signal de réglage
- un actionneur qui va agir en fonction du signal de réglage
- un organe de réglage qui de part son positionnement via l’actionneur va agir de façon
à réduire le plus possible l’écart constaté
Il convient de se familiariser avec certains termes utilisés dans la régulation :
Le point de consigne
C’est la température ou la pression statique ou le niveau d’humidité que la régulation
cherchera à maintenir à l’endroit où se trouve la sonde. C’est à partir du point de consigne
qui lui a été fixé que le régulateur va émettre son signal.
Par exemple, le régulateur identifie le point de consigne à partir de la tension reçue du
détecteur, la température de consigne de 25°C est atteinte si pour une sonde de 0 à 100°
C qui transmet un signal de 0 à 10 V, la tension émise est de 2.5 V.
Le régulateur augmentera ou réduira de son côté la tension transmise à l’actionneur de
sorte à se rapprocher du point de consigne.
La bande proportionnelle
C’est le degré de tolérance de la variable contrôlée proportionnellement au signal reçu de
la sonde. Lorsque la tension émise par la sonde s’écarte de celle du point de consigne, le
régulateur réagit et modifie lui aussi la tension émise vers l’appareil contrôlé
Par exemple, pour une température de consigne de 25°C + ou – 2°C et une sonde dont la
plage de mesure est comprise entre 0 et 100°C, la bande proportionnelle est de :
BP = 27 –23 / 100 – 0 =4%
Le degré d’autorité
C’est un ajustement du régulateur lorsque celui-ci reçoit les signaux simultanément de
deux transmetteurs (détecteurs). Ce genre de situation survient lorsqu’on veut modifier
par exemple le point de consigne par rapport à l’évolution de la température extérieure (ou
une autre variable). Le degré d’autorité spécifie de combien le point de consigne du
transmetteur principal sera déplacé pour chaque unité de variation du transmetteur
secondaire. Ainsi, il est égal à :
DA = Différence de tension de la plage de contrôle du transmetteur principal / Différence
de tension de la plage de contrôle du transmetteur secondaire
DA = Différentiel de température / Différence de température du transmetteur secondaire
x Plage du transmetteur secondaire / Plage du transmetteur principal
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99
Technologie de Climatisation
Exemple : Si nous voulons faire varier la température de consigne selon la température
extérieure telle que :
Pour T ext = 32°C – T cons = 23°C
Pour T ext = 36°C – T cons = 25°C
Les deux transmetteurs ont des plages de mesure de 0 à 100°C
DA = (25-23)/(36-32)x(100-0)/(100-0) = 50%
LES ORGANES DE DETECTION OU DETECTEURS
Les détecteurs permettent de saisir la valeur instantanée de la grandeur à régler et de la
convertir en une grandeur physique exploitable qui peut être :
- un mouvement mécanique
- une résistance ohmique
- un signal standard (0-10V, 4-20mA...)
Les principaux détecteurs rencontrés en génie climatique sont :
- les détecteurs de température
- les détecteurs d’humidité
- les détecteurs de pression
- les autres détecteurs (qualité de l’air, CO2, enthalpie...)
1.3.30 Les détecteurs de température
Les détecteurs de températures sont constituées d’un élément sensible à la température
dont les modifications d’états font varier un signal de sortie en fonction de la variation de
la température.
On peut citer différents types de détecteurs de température :
- les détecteurs à dilatation qui fonctionnent en tout ou rien (thermostats)
- les détecteurs à sortie proportionnelle à la température
Les thermostats permettent d’établir ou de couper un contact électrique (ou pneumatique)
lorsque la consigne de température est atteinte. Il regroupe à la fois les organes de
détection et de régulation.
Parmi les thermostats, il faut distinguer :
- les détecteurs à tige métallique (tige à fort coefficient de dilatation thermique associée
à une tige dont la dilatation est à peine sensible à la température)
- les détecteurs à bilame (deux métaux enroulés et ayant des coefficients de dilatation
thermique différents)
- les détecteurs à membrane et tube capillaire (dilatation en fonction de la température
d’un fluide liquide ou gazeux)
Pour les détecteurs à sortie proportionnelle, c’est-à-dire que le signal de sortie varie en
fonction des variations du signal d’entrée (température), l’organe de détection peut être:
- résistances en platine ou nickel
- éléments semi-conducteurs spéciaux
- thermo - éléments (couple de deux métaux différents soudés ensemble et dont
l’élévation de température entraîne une tension thermoélectrique)
Suivant type de régulateur associé, ces détecteurs peuvent être montés directement dans
le circuit de mesures du régulateur ou couplés avec un transformateur de mesure qui
convertit le signal de sortie en un signal électrique standard (0-10V, 4-20mA)
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100
Technologie de Climatisation
1.3.31 Les détecteurs d’humidité
Les détecteurs d’humidité sont constitués d’organes sensibles que sont des corps
hygroscopiques (matériaux synthétiques, coton, sois, faisceau de cheveux) qui se dilatent
ou se rétractent en fonction de la variation de la température ambiante.
Lorsque l’élément sensible est monté avec un contact approprié, on parle d’hygrostat.
Un hygrostat regroupe donc les organes de détection et de régulation, il permet ainsi
d’établir ou de couper un contact électrique (ou pneumatique) lorsque la consigne
d’humidité est atteinte.
Il existe un autre type de régulateur qui à l’inverse des hygrostats qui fonctionne en tout
ou rien, réagit aux variations d’humidité par des variations de résistances électriques ou
de capacités de certains matériaux.
Pour ces régulateurs, le signal de sortie peut servir d’entrée à un régulateur ou faire l’objet
d’une transformation pour produire un signal électrique standard.
1.3.32 Les détecteurs de pression
Les détecteurs de pression permettent de rendre compte de la pression dans un fluide
liquide ou gazeux. Il peut s’agir de pression absolue ou de pression différentielle.
Les types de détecteurs de pression rencontrés sont :
- les détecteurs à capsules à membrane (la déformation mécanique est convertie en un
signal électrique qui peut servir de grandeur d’entrée pour un régulateur ou transformé
en un signal standardisé, la plage de mesures peut s’étaler de 100mbar aux pressions
les plus élevées)
- les détecteurs à cellule céramique capacitive (plage de mesures de 5 mbar à 40 bar)
- les détecteurs à cellule métallique piezorésistive (sur une plage de mesures de
0.5 mbar à 400 bar)
1.3.33 Autres détecteurs
On peut citer :
-
les détecteurs de qualité d’air , ces détecteurs permettent de rendre compte de la
concentration relative d’un mélange de gaz (vapeur de cuisine, fumée de tabac...) sur
une échelle de 0 à 10, le signal de sortie étant du type 0 à 10V.
les détecteurs de CO2, il s’agit de la mesure d’un gaz précis
les détecteurs d’enthalpie, ils rendent compte de l’enthalpie d’une ambiance, ils sont
composés de deux sondes de mesure (température et humidité) et d’un calculateur qui
calcule la valeur de l’enthalpie, ils sont généralement associés à des régulateurs
d’enthalpie dans le souci d’optimisation énergétique des installations
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101
Technologie de Climatisation
LES REGULATEURS
En définition, un régulateur est un appareil capable de comparer une valeur mesurée avec
une valeur de consigne de la grandeur à régler et en fonction de l’écart constaté va
élaborer un signal de réglage.
Le régulateur reçoit un signal d’entrée en provenance du détecteur et élabore un signal de
sortie suivant des bases prédéterminées de manière à ce que la grandeur réglée reste
égale à la valeur de consigne.
On distinguera les régulateurs fonctionnant sans énergie auxiliaire et les régulateurs
fonctionnant avec une énergie auxiliaire.
1.3.34 Les régulateurs fonctionnant sans énergie auxiliaire
Pour ce type de régulateur, la valeur instantanée de la grandeur réglée agit directement
sur l’actionneur (régulateur à action directe).
Pour exemples, on peut citer :
- régulateurs de pression pour vanne 2 voies (l’énergie du fluide fournit l’énergie
nécessaire à la commande de vanne)
- robinets thermostatiques
1.3.35 Les régulateurs fonctionnant avec énergie auxiliaire
Parmi ce type de régulateur, il faut distinguer :
- les régulateurs électriques
- régulateurs pneumatiques
Les régulateurs électriques
Les régulateurs électriques sont divisés en régulateurs électromécaniques et en
régulateurs électroniques.
Les régulateurs électromécaniques
Il s’agit de régulateurs du type à action discontinue. On retiendra :
- la régulation en tout ou rien
- la régulation à sortie flottante (3 positions)
La régulation tout ou rien suppose 2 et seulement 2 états de fonctionnement (contact
établi ou pas, contact coupé ou pas, consigne atteinte ou pas) tandis que la régulation 3
positions (également appelée régulation flottante) permet de prendre toute position
intermédiaire entre deux positions extrêmes.
Ce sont généralement les régulateurs de température (détecteur = bilame), d’humidité
(détecteur =corps hygroscopique) et de pression (détecteur = membrane).
Ces régulateurs réagissent à une impulsion mécanique qu’ils transforment en signal
électrique (établissement ou coupure d’un contact), d’ou le nom de régulateur
électromécanique.
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102
Technologie de Climatisation
Les régulateurs électroniques
Ces régulateurs ont comme signal d’entrée une grandeur analogique issue de détecteurs
(température, humidité ou pression). Ce signal est transformé en signal numérique, traité
(suivant des algorithmes ou fonctions de transitions) et retransformé en signal analogique
pour attaquer l’actionneur.
Ces régulateurs sont constitués de composants électroniques (microprocesseurs) d’ou
l’appellation de régulateur électronique.
Les fonctions de transition généralement rencontrés sont :
- type proportionnel (P)
- type intégral (I)
- type proportionnel-intégral (PI)
- type propotionnel-intégral-dérivé (PID)
Les régulateurs pneumatiques
Pour ce type de régulateur, l’énergie auxiliaire est de l’air comprimé.
C’est une régulation du type à action proportionnelle c’est-à-dire qu’à chaque valeur de
température, d’humidité ou de pression correspond une position déterminée de l’organe
de réglage.
Les principaux éléments d’une telle régulation sont :
- la production d’air comprimé (compresseur y compris réservoir d’air comprimé)
- les détecteurs de température, humidité, pression...
- les servomoteurs pour la commandes des organes de réglage (vannes et registres)
- les tuyauteries de liaison (cuivre ou acier ou matériau synthétique) entre les différents
composants
On distinguera les régulateurs :
- à action directe (la pression augmente quand la valeur instantanée température,
humidité...) augmente
- à action inverse
LES ACTIONNEURS
Dans les installations du Génie climatique, les actionneurs assureront la modification du
positionnement des organes de réglage qui vont agir soit sur le débit d’eau, soit sur le
débit d’air.
Les actionneurs agissent sur les organes de réglage suivants :
- les vannes (pour ce qui est du débit d’eau)
- les registres (modulation du débit d’air)
- les clapets coupe-feu (interruption du conduit d’air)
- les volets de désenfumage (ouverture de conduits pour assurer évacuation des
fumées)
Les actionneurs sont généralement regroupés sous l’appellation servomoteurs
Un servomoteur se positionne sur la base d’un signal de commande qui est lui-même issu
d’un régulateur
Il faut noter le cas particulier de servomoteur commandé par une information issue d’un
détecteur sans régulateur à proprement parlé, on parle lors de servomoteur à action
directe.
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103
Technologie de Climatisation
Il existe différents type de servomoteurs suivant l’énergie utilisée pour les mouvoir :
- servomoteurs thermiques
- servomoteurs pneumatiques
- servomoteurs hydrauliques
- servomoteurs électriques
On s’intéressera aux servomoteurs électriques qui sont les plus utilisés dans le domaine
du génie climatique.
Les principales caractéristiques d’un servomoteur sont :
- sa force (en N) ou son couple (en N.m)
- son temps de positionnement
- sa sécurité (autrement dit la position qu’il occupe en cas de défaut d’alimentation)
- sa tension d’alimentation
Un servomoteur est quelque fois associé à un régulateur et à un détecteur et ce en une
seule unité (exemple : installation VAV volume d’air variable)
LES ORGANES DE REGLAGE
Suivant la nature du fluide, on distinguera les vannes qui serviront au réglage du débit des
fluides liquides (eau glacée, eau chaude...) et l’ensemble registres-claptes coupe feuvolets pour les fluides gazeux, en particulier l’air.
1.3.36 Les vannes
Les vannes peuvent être classées suivant différents critères :
- le diamètre nominal DN en mm (15, 20, 25, 32...)
- la pression nominale en bar (6, 10, 12...)
- le matériau du corps (corps en fonte grise, en bronze, en fonte d’acier)
- le matériau du siège et obturateur (en bronze ou en acier inoxydable)
- le type d’assemblage (brides, manchons, à braser)
- le nombre de voies (2 voies, 3 voies, 4 voies)
- le montage (en mélange ou en répartition)
- la forme du clapet
- la source d’énergie (électrique, pneumatique, hydraulique)
1.3.37 Les registres – Clapets Coupe Feu – Volets de transfert
Les registres, clapets et volets sont des organes insérés dans les conduits et qui
permettent de réguler le passage du débit d’air à travers ces conduits.
Le registre désigne un ensemble de plusieurs lames qui vont s’ouvrir ou fermés suivant un
certain angle et ce suivant l’effet de l’actionneur.
Le clapet coupe feu est un organe dont la section est identique généralement au conduit
dans lequel il est inséré et sa fonction est de se fermer en cas de détection incendie pour
éviter la propagation du feu.
Le volet de transfert est un organe de section généralement identique au conduit dans
lequel il est disposé et sa fonction est de s’ouvrir en cas d’incendie pour assurer
l’évacuation des fumées.
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104
Technologie de Climatisation
Les éléments à prendre en compte dans le choix des équipements sont les suivants :
- le couple nécessaire pour assurer la manœuvre de l’organe (fonction de la section du
conduit et de la vitesse de l’air)
- le débit de fuites (pour les registres)
- le type de montage (pour les registres : montage en mélange, en prise d’air, en rejet
d’air, en by-pass)
Figure 67
Systèmes de régulation
Système à volume d’air variable
Plafond rafraîchissant
Figure 68
Régulation Système VRV
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105
Technologie de Climatisation
LA REGULATION INFORMATISEE OU COMMANDE CENTRALISE
Le développement de la technologie permet aujourd’hui d’utiliser des procédés jusque la
destinés aux industries dans la gestion des bâtiments. Ainsi, après la gestion informatisée
de l’entretien vient la gestion informatique du fonctionnement des systèmes
électromécaniques du bâtiment appelée automatisation ou commande centralisée ou
gestion technique centralisée.
Un système de commande automatique d’un bâtiment peut être très simple ou très
compliqué.
Tout système de commande automatique se compose de trois éléments fondamentaux
qui sont :
- le capteur qui peut être une sonde de température, d’humidité, etc.
- le contrôleur ou régulateur qui reçoit le signal du capteur et qui le compare à la valeur
de consigne fixée
- l’appareil contrôlé qui peut être un moteur, une vanne, etc.
L’ordinateur peut être couplé avec le système initial de contrôle. Il peut aussi remplacer le
contrôleur et émettre directement les ordres selon la programmation faite.
Cet outil de gestion de l’énergie dispose d’énormes possibilités. Il est capable de gérer
plusieurs bâtiments à distance. Le technicien qui se propose d’installer un tel système
dans le bâtiment dont il a la responsabilité est conduit à le faire pour :
- Améliorer les conditions de confort et d’exploitation
- Augmenter la sécurité
- Réduire les coûts d’exploitation y compris ceux de l’énergie
- Gérer le bâtiment avec plus d’efficacité
Pour cela, divers logiciels de gestion allant des activités les plus simples aux plus
complexes lui sont offertes :
- Programmation des horaires d’arrêt et de départ
- Contrôle énergétique
- Réduction des appels de puissance
- Cyclage des appareils
- Optimisation des durées de fonctionnement
- Optimisation de la ventilation
- Optimisation des températures de l’air d’alimentation et de l’eau
- Optimisation du fonctionnement des refroidisseurs
- Régulation de l’éclairage
- Contrôle des entrées et sorties dans l’édifice
- Surveillance et sécurité dans le bâtiment
- Etc.
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106
Technologie de Climatisation
1. DISPOSITIFS DE SECURITE CONTRE L’INCENDIE
GENERALITES
En cas d’incendie, les installation de génie climatique peuvent participer à l’extension du
sinistre par :
- la combustibilité des matériaux qui le constituent
- le passage privilégié des fumées qui risquent d’envahir les locaux contigus
A cet effet, il existe une réglementation (nombreux textes) et des normes relatives aux
dispositifs de sécurité contre l’incendie.
Les systèmes de protection incendie qui sont destinés à préserver la sécurité des biens et
des personnes s’effectuent suivant deux types d’actions préventives :
- la protection passive (compartimentage)
- la protection active (désenfumage)
Les mesures préconisées sont liées au classement du bâtiment.
Suivant la réglementation française souvent adoptée en Afrique francophone, on peut
retenir :
- la circulaire du 7 juin 1974 relatif au désenfumage dans les immeubles de grande
hauteur (IGH)
- l’arrêté du 18 octobre 1977 portant règlement de sécurité pour la construction des IGH
- l’arrêté du 25 juin 1980 portant approbation des dispositifs générales du règlement de
sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les établissements recevant
du public (ERP)
- la circulaire du 3 mars 1982 relative aux instructions techniques prévues dans le
règlement de sécurité des établissements recevant du public (ERP) ; cette circulaire
comporte plusieurs annexes dont les instructions techniques (IT) N° 246 et 247.
Il existe bien d’autres références de textes.
Il existe des définitions propres aux dispositifs de sécurité incendie :
- la zone qui représente un volume correspondant selon le cas à un local, un niveau,
une cage d’escalier, un canton, un secteur ou un compartiment. Il existe des zone de
Détection (ZD) et des Zones de mise en Sécurité (ZS).
- le Système de Sécurité Incendie (SSI) qui désigne l’ensemble des matériels servant à
collecter tous les ordres ou informations liés à seule sécurité incendie. Dans sa version
élaborée, on retrouve les SDI (Système de Détection Incendie) et les SMSI (Système
de Mise en Sécurité Incendie)
- le Dispositif Actionné de Sécurité (DAS) est le dispositif qui participe directement et
localement à la mise de sécurité et ce par changement d’état.
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107
Technologie de Climatisation
LA PROTECTION PASSIVE
La protection passive ou compartimentage a pour but d’éviter la transmission de fumées
mais aussi des flammes d’un local à l’autre par l’intérieur d’un conduit aéraulique, d’une
grille ou d’une bouche.
On peut citer le matériel suivant utilisé pour la protection passive :
- les bouches murales pare flammes 1 heure (1H) et 2 heures (2H)
- les bouches coupe-feu 1H et 2 H
- les clapets terminaux pare-flammes
- les clapets terminaux coupe feu 30 mn, 45 mn, 90 mn
- les clapets coupe-feu (CCF) 1H et 2H (cf. figure 20)
Les clapets coupe-feu (CCF) occupent une place de choix dans la protection des
constructions (en ERP et en IGH). Il s’agit généralement de CCF 2H 500Pa.
Les CCF sont soit circulaires (diamètres normalisés), soit rectangulaires.
Le mécanisme de commande peut être :
- autocommandé (déclenchement sans ordre extérieur), l’équipement est constitué
d’un fusible thermique 70°C, le ré-enclenchement est manuel.
- télécommandé (déclenchement avec ou sans ordre extérieur), l’équipement est
constitué d’un fusible thermique 70°C et d’un déclencheur électromagnétique 24Vcc
ou 48 Vcc à émission ou à rupture, le ré-enclenchement est manuel.
- télécommandé avec réarmement motorisé, dito ci-dessus mais l’équipement
comporte en plus un moteur de réarmement 24Vcc/Vca ou 48 Vcc/Vca.
Figure 69
Bouches de ventilation et clapets terminaux
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108
Technologie de Climatisation
LA PROTECTION ACTIVE
La protection active ou désenfumage consiste à la mise en œuvre de ventilateurs ou la
création de surpressions. Ces dispositifs permettent l’extraction à l’extérieur des fumées,
des gaz toxiques et des imbrûlés et permettent de réaliser des conditions propices à la
fuite du public et à l’intervention des secours.
On peut classer le matériel de désenfumage suivant la liste ci-dessous :
- les conduits qui doivent être incombustibles du point de vue réaction au feu et
stables au feu au moins un quart d’heure quant à leur résistance au feu. Les
caractéristiques de ces conduits répondent à des exigences diverses en fonction
du type de construction
- les volets de désenfumage sont des matériels normalement fermés qui sont
placées sur des conduits de désenfumage. Ils s’ouvrent lorsqu’ il est nécessaire
d’évacuer des fumées. L’ouverture est commandée par un fusible ou une bobine
électromagnétique. Ils sont généralement CF 2 H.
- les exutoires (placés sur les parois extérieures) et les pyrodomes (placés en
toiture) sont utilisés pour l’évacuation des fumées des cages d’escalier à l’extérieur.
- les ventilateurs sont utilisés pour évacuer les fumées des installations de
désenfumage à extraction mécanique. Ils doivent pouvoir assurer leur fonction avec
des fumées à 400°C pendant 2 heures.
Figure 70
Volets de désenfumage
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109
Technologie de Climatisation
1. COMPARAISON ENTRE LES MEDIUMS DE TRANSFERT
Les médiums de transfert d’énergie dans le domaine du génie climatique sont :
- l’eau
- l’air
- les réfrigérants (R22, R407C…)
Le tableau ci-dessous donne les coefficients de transfert d’énergie suivant le médium.
Médium
Type de transfert
Chaleur échangée (kJ/kG)
Eau
Sensible
21 kJ/kG
(Ceau = 4.18KJ/Kg/°C - ∆T=5°C)
Air
Sensible
10 kJ/kG
(Cair = 1KJ/Kg/°C - ∆T=10°C)
Réfrigérant
Latent
205 kJ/kG
(R22 / R407C)
Evaporation à 0°C
Pour une charge frigorifique de 30 KW, les calculs des conduits donnent les dimensions
de conduits consignées dans le tableau ci-dessous.
Médium
Dimensions des conduits
Hypothèses
Eau
2 conduits de 50 mm
∆T=5°C
chacun
Pdc = 30 mm/m
Air
Combinaisons possibles :
∆T=10°C
600 mm x 600 mm
Vitesse air = 7.5 m/s
Diamètre 650 mm
1000 mm x 400 mm
Réfrigérant
1 conduit 12 mm (liquide)
Suivant abaques de sélection
R407C
1 conduit 28 mm (gaz)
Le tableau suivant est une simulation donnant la puissance consommée pour une charge
frigorifique de 136 KW suivant le médium utilisé.
Médium
Puissance électrique
Matériels mis en jeu
consommée
Eau
4.7 KW
Pompes et moto-ventilateurs des
terminaux
Air
7.4 KW
Moto-ventilateurs de
soufflage/reprise
Réfrigérant
2.5 KW
Moto-ventilateurs des terminaux
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110
Technologie de Climatisation
1. TRAVAUX D’ ENTRETIEN DES INSTALLATIONS
Les installations de Génie Climatique ont un besoin réel d’entretien régulier pour pouvoir
fonctionner correctement.
Jusqu’à une date récente, les travaux d’entretien visaient simplement le bon
fonctionnement des installations mais depuis quelques années, ces travaux participent
dans une certaine mesure à l’amélioration de l’efficacité énergétique des installations.
Il faut noter que de manière implicite, les travaux d’entretien courant participent à
l’amélioration de l’efficacité énergétique des installations.
Concernant les travaux d’entretien courant, les opérations couramment rencontrées sont
les suivantes :
-
le nettoyage des filtres et/ou leur changement en temps opportun
le nettoyage des batteries (batteries froides ou chaudes, condenseurs, évaporateurs)
le nettoyage des conduits et volets
la vérification du fonctionnement des volets (motorisés ou pas)
la vérification de l’étanchéité des entrées et sorties d’air (garnitures d’étanchéité des
volets d‘air)
la vérification des points de consigne du thermostat (ou autres accessoires) ainsi que
leur calibration
la vérification des accessoires d’entraînement
la vérification de l’ampérage
la vérification de l’exactitude des horaires des minuteries (arrêt/marche)
la vérification des asservissements
la lubrification des éléments tournants (moteurs, ventilateurs)
la vidange de certains accessoires (compresseurs)
la réduction des pertes sur le réseau aérauliques (mauvais joints, raccords souples
déchirés)
le contrôle du traitement chimique des eaux
[email protected]
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1. BIBLIOGRAPHIE
[1] :
LE RECKNAGEL – TOME 3 – MANUEL PRATIQUE DU GENIE CLIMATIQUE –
RECKNAGEL – SPRENGER - CHHRAMEK
3ème EDITION
-PYC EDITION
[2] :
APPROCHE PRATIQUE DES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES
ASSOCIATION MATAL FORMATION
[3] :
DOCUMENT PRISME – FORMATION D’EXPERTS-CONSEILS EN EFFICACITE
ENERGETIQUE POUR LE SECTEUR INDUSTRIEL
IEPF – ACCT - CMA
[4] :
MANUEL CARRIER – TOME 2 – DISTRIBUTION DE L’AIR
CARRIER INTERNATIONAL LTD NEW YORK USA
[5] :
MEMOTECH GENIE ENERGETIQUE
P. DAL ZOTTO – J.M. LARRE – A/ MERLET – L. PICAU
EDITIONS CASTEILLA
[6] :
GUIDE DE L’ AERAULIQUE
CATALOGUE France AIR
EDITION 2002 - 2003
[7] :
CLIMATISATION CONDITIONNEMENT D’AIR
TOME 1 – TRAITEMENT D’AIR
JACQUES BOUTELOUP – MICHEL LE GUAY – JEAN LIGEN
[9] :
CDROM ENERGIE+ - VERSION 3
ARCHITECTURE ET CLIMAT
UNIVERISTE CATHOLIQUE DE LOUVAIN
[10] : Sites INTERNET
www.france-air.com
www.jshumidificateurs.com
www.ciat.fr
www.daikin.be
www.sika.net
www.larobinetique.fr
www.salmson.fr
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1. ANNEXES
2.
Annexes
Désignation
Dimensionnement réseaux aérauliques
Courbes N°7
Pertes de charge dans les gaines circulaires
Table 6
Diamètres et sections équivalents de gaines rectangulaires
Table 7
Vitesses maximales recommandées dabs les réseaux basse
pression
Table 8
Pression dynamique
Table 11
Pertes de charge dans les coudes circulaires
Table 12
Pertes de charge dans les coudes rectangulaires
Courbes N°9
Pertes dans les coudes et tés circulaires
Table 13
Pourcentage de la section initiale pour perte linéaire constante
Courbes N°10 Rapport L/Q
Courbes N°11 Gains de pression statique (basse vitesse)
Table 18
Poids des matériaux pour gaines
Dimensionnement réseaux hydrauliques
Figure 3.3.1.D Pertes de charge linéique des tubes en acier noir
Eau glacée à 9°C
Figure 3.3.1.E Pertes de charge linéique des tubes en acier noir
Eau chaude à 35°C
Figure 3.3.2.I
Longueurs équivalentes Le
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