Chapitre-Les Systèmes de Climatisation [PDF]

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Les Systèmes de Climatisation Les systèmes de climatisation sont classés par leur mode de fonctionnement, qu’il soit dynamique ou statique A- Systèmes fonctionnent en mode dynamique: A-1 Les systèmes à détente direct A-1-1 les Climatiseurs Un climatiseur de local est un équipement qui a pour rôle d’extraire la chaleur des locaux et la rejeter à l’extérieur. Le fonctionnement d’un climatiseur est basé sur le changement de phase d’un fluide frigorigène : •dans l’évaporateur, le fluide capte la chaleur dans l’air du local et s’évapore; •dans le condenseur, le fluide redevient liquide car il est refroidi par l’air extérieur. Le compresseur a pour rôle de comprimer le gaz, opération accompagnée d’une forte élévation de température qui permettra au fluide frigorifique de céder sa chaleur à l’air extérieur. Le détenteur relâche la pression, opération accompagnée d’une forte diminution de température nécessaire à l’échange de chaleur avec l’air ambiant.

On distingue plusieurs types de climatiseurs: - Le split: Split System signifie climatiseur à éléments séparés, à savoir que l’unité de condensation est séparée de l’unité d’évaporation. Avec un split, l’évaporateur est souvent situé dans le local à traiter, tandis que condenseur et compresseur sont situés à l’extérieur (en terrasse, au sol,…), ce qui permet de diminuer le bruit Exemple d’intégration des split dans le bâtiment

- Le multi-split system Les unités de condensation et d’évaporation sont séparées et reliées par des liaisons frigorifiques et électriques dont la longueur peut être adaptée au cas traité, ce qui autorise une grande souplesse d’installation.

Multi-split

-split gainable

A-1-2 les armoires de climatisation Une armoire de climatisation constitue en quelque sorte un “caisson de traitement d’air vertical” surtout lorsqu’elles constituent la seule demande du bâtiment. Elle s’installe généralement directement dans la pièce à climatiser. Typiquement, c’est la solution adoptée pour climatiser une salle informatique. En pratique, cette armoire métallique verticale peut regrouper tous les éléments nécessaires au traitement

- un filtre, - une batterie froide,

-une batterie chaude (électrique ou à eau), - un humidificateur,

- un ventilateur centrifuge. On parle de climatiseur “autonome” parce que la batterie froide est généralement parcourue directement par le fluide frigorifique : la machine frigorifique est intégrée dans l’armoire et la batterie froide en constitue l’évaporateur. On parle alors de fonctionnement en “détente directe”. On notera que la présence du compresseur dans le local impose une isolation acoustique sérieuse des paroi de l’armoire.

Mais il existe aussi des armoires de climatisation dont la batterie froide est raccordée à la boucle d’eau glacée du bâtiment. Dans la plupart des cas, l’air repris est aspiré en partie inférieure et pulsé en partie supérieure de l’armoire, éventuellement via un réseau de gainage restreint

Armoire de climatisation

A-1-3 les systèmes VRV Les systèmes à débit réfrigérant variable DRV, VRV (variable refrigerant volume) VRF (variable refrigerant flow) peuvent fonctionner en : * froid seul * réversible chaud/froid * à récupération d’énergie froid et chaud simultanément

Unité extérieure VRV VRV réversible

A-2 Climatisation centrale La production de calories/frigories est centralisée et la distribution sur les émetteurs par fluide caloporteur. Ce type d'installation concerne plutôt les locaux de surface importante, où une bonne maîtrise des conditions climatiques intérieures est requise. Le fluide caloporteur est généralement de l’eau ou de l’air A2-1 Fluide caloporteur eau La production de l’eau chaude et de l’eau froide est assurée par: * chaudière: production uniquement de l’eau chaude * groupe d’eau glacée GEG: production uniquement de l’eau froide

* les pompes à chaleur PAC: production de l’eau chaude/froide

La distribution est assurée par des conduites pour la circulation de l’eau chaude/froide Les émetteurs sont: a- le ventilo-convecteur Pour assurer le refroidissement l’été mais aussi le chauffage en hiver, un ventilo-convecteur comprendra donc : -une prise d’air du local (à chauffer ou à refroidir), -un filtre grossier pour arrêter les poussières, -un ou plusieurs ventilateurs, à faible vitesse, -une ou deux batteries d’échange, de faible section, alimentées en eau chaude et/ou en eau glacée,

-éventuellement une résistance électrique d’appoint -un bac inférieur pour récolter les condensats, et un habillage éventuel qui coiffe le tout pour l’intégrer au local. b- le Module ou unité de Traitement d’Air (MTA/UTA) Il s’agit d’une variante côté “émission” : les ventilos sont remplacés par de petits caissons de préparation, disposés en batterie dans le local technique. Au départ, il s’agit de la réponse d’un constructeur à un promoteur immobilier qui lui demandait : “faites-moi un système simple, modulable, facile à entretenir”. Ce caisson comprend •une batterie chaude (à eau ou électrique), •une batterie à eau glacée, •une prise d’air neuf, •un filtre, •un ventilateur centrifuge, •un régulateur pouvant communiquer avec une centrale de régulation (GTC), •un départ pour le soufflage, •un retour pour la reprise.

MTA/UTA A2-2 le fluide caloporteur est l’air Les systèmes installés sont les centrale de traitement d’air CTA Choix de la configuration du réseau Deux situations sont possibles : soit les besoins des locaux sont relativement constants dans le temps, auquel cas un système à débit d’air constant sera retenu ; soit ces besoins sont variables et le choix d'un système VAV sera fait.

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les rejets d'air vers l'extérieur. Si une bouche de rejet d'air est disposée sur un mur, elle doit respecter les prescriptions suivantes : Les rejets d'air doivent se trouver à plus de 8 m d'un immeuble voisin. Les rejets d'air doivent se trouver à plus de 2 m d'une prise d'air neuf située sur le même mur et de préférence audessus de celle-ci. Le débit d'air par bouche ne peut dépasser 0,5 m³/s et la vitesse de l'air au droit de la bouche doit dépasser 5 m/s. Si une de ces conditions n'est pas respectée, les rejets d'air doivent être installés en toiture.

Plusieurs configurations d’installation de CTA sont possibles selon les caractéristiques du bâtiment et sa demande en confort hygrothermique

B- systèmes fonctionnent en mode statique B-1 les équipements de chauffage On parle de mode de fonctionnement statique lorsque la circulation de l’air est naturelle provoquée par une différence de température et donc par différence de masse volumique des différentes couches d’air B-1-1 Les radiateurs: Les radiateurs émettent leur chaleur par rayonnement et par convection. La répartition entre ces deux modes d’émission dépend du type de radiateur.

B-1-2 Les planchers chauffants: Le chauffage par le sol consiste à chauffer l’entièreté de la surface de plancher à une température maximale de 29 °C. La transmission de chaleur vers l’ambiance se fait alors principalement par rayonnement (de 20 à 30 % de convection).

B-1-3 les plafonds rafraichissants: Généralement, de l’eau froide à + 15°C circule au dessus du faux plafond (par ex, serpentins d’eau fixés au dessus de la plaque métallique du faux plafond). Les occupants recevront une composante de rayonnement froid (en réalité, ils émettront de la chaleur vers ce plafond), et l’air du local sera lui aussi refroidi.

B-1-4 solutions passives: les murs trombes pour le chauffage C’est une alternative pour minimiser la consommation de l’énergie et préserver l’environnement