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Notes et Remarques

1Cycle Ingénieur

Michaël Thienpont17 février 2006

Froid & Climatisation

Introduction et bibliographie

Notes et Remarques

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2Michaël Thienpont17 février 2006

Cycle Ingénieur

Objectif du cours

Le confort thermiqueCaractéristiques de l'air humideTechnique

Utilisation du DAHTraitements élémentaires de l'airExercices

La conception du traitement d'ambianceDroite de soufflageCycle sur l'AirExemple et Exercices

Notes et Remarques

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Cycle Ingénieur

Bibliographie

Traduit de l'allemand

contient beaucoup d'exemples d'application

contient les théories de calcul

Aspect technologique sommaire

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Cycle Ingénieur

Il s'agit de compilations de tableaux, courbes, schémas, documentations...

Très utile si le cours est déjà assimilé.

Pas d'approche pédagogique.

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Cycle Ingénieur

Très très complet... Voir trop.

Utile aux spécialistes. Difficile de trouver rapidement une information.

Traduit & adapté de l'allemand.

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Cycle Ingénieur

Editions parisiennes.

Très connu en France, suite à publication sous forme d'articles.

Voulu pédagogique.

Bon compromis entre technologie et théorie.

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Notes et RemarquesLe traitement au sens large : création d'un climat local

Ne sera pas traité l'éclairage

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Le confort thermique.

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Cycle Ingénieur

Le confort humain

Enjeux ?

L'efficacité des opérateurs, c'est la quantité de travail produit sur la quantité maximale de travail produite dans les meilleures conditions.

Dans certains métiers, ces quantités de travail sont plus quantifiables que dans d'autres. Au-delà des chiffres, il est désormais admis par le commun des mortels que l'on travaille mieux lorsque l'ambiance est de bonne qualité.

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Cycle Ingénieur

Les paramètres

L'homme ressent :Les températures rayonnantesLa température de l'airLa vitesse de l'airLa teneur en eau de l'air (l'humidité)Les odeurs

En fonction deSon métabolisme (son activité)Son habillement (clothes en anglais)

Mécanismes ?Formules ?

Cf. Exemple du ventilateur en été... Ca brasse de l'air chaud et donne quand même une sensation de froid !

Une remarque : l'homme a parfois des sensations de malais, mais e sait pas forcément déterminer sa cause.

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Cycle Ingénieur

L'homme dans son environnement

En général, la conduction, l'ingestion de nourriture sont négligés...

Les échanges latents ont lieu même en l'absence de transpiration.

Les proportions indiquées varient avec la température ambiante. Au-delà de 34°C, seuls les échanges latents restent efficaces.

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Sensation de température

Tr

Tc

Lignes de confort pour1 clo : Tr en fonction de Tapour plusieurs vitesses etl'activité en paramètre

Exemple : pour un confort avec 1 met (activité nulle)

ligne 4 Une température rayonnante de 21°C et un air à 26°C et 0,2m/s

ligne 5a. Des parois et de l'air à 23°C et une vitesse d'air très faible

ligne 5b. Une température de parois de 25°C sera équilibrée par de l'air à 21°C et très faible vitesse

Le confort est radicalement différent en cas d'activité physique importante (3 met).

Les températures d'air considérées sont celles de la zone de vie définie !

tair

trayonné

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Notion d'humidité

25 à 100% des échanges thermiquesC'est l'évaporation et non la transpiration qui refroiditDéfinitions :

Teneur en eau (r exprimé en kg d'eau par kg d'air sec)Humidité relative (HR exprimé en %)Température Humide (T

h exprimé en °C)

Définitions :

* r est la teneur absolue en eau. Exprimé en kg de vapeur d'eau par kg d'air sec, r est difficile à mesurer directement.

* HR est la veleur couramment employée. Elle se mesure grâce à des semi-conducteurs dont la capacité varie en fonction de l'humidité relative. HR est le rapport entre la pression partielle de vapeur et la pression atmosphérique.

* T h est la température d'équilibre d'une goutte d'eau qui serait en suspension dans l'air. Th est

toujours inférieur ou égal à la température sèche de l'air. L'équilibre thermique d'une telle goutte est semblable à l'équilibre thermique d'une goutte de transpiration sur notre peau.

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Température et Humidité

Température opérative effective : fonction de la température humide et de la température opérative sèche avec la vitesse d'air en paramètre op ,seche

humide

On relie la température opérative (à gauche) à la température humide (à droite)

En fonction de la vitesse, on détermine la température résultante effective.

Exemple : Th=12°C, Top=20°C, v faible : Teff=19°C

La température humide prend en compte la teneur en eau de l'air. Elle sera définie plus tard.

Pour simplifier, nous dirons qu'il s'agit de la température d'équilibre d'une goutte d'eau qui serait en suspension dans l'air. Elle eset donc significative à la fois de la température de l'air et de son humidité.

Il existe d'autres méthodes pour déterminer la température opérative effective. Toutes ne donnent pas les mêmes résultats,

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Autres définitions

Enthalpie massique hVolume spécifique v'Température de rosée T

r

Unités : h en kJ/kgas, v' en m3/kgas et Tr en °C

La plupart des grandeurs sont rapportées au kg d'air sec.

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15Cycle Ingénieur



Le diagramme de l'air humide

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Cycle Ingénieur

Outil : Diagramme de l'Air Humide

Présentation des différentes zonesPrésentation des différentes courbesExercices

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ANNEXE

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Conditions de confort

La zone dépend du %d'insatisfaits admis.2 paramètres prépondérants :

Top

(...)

HR (...)

Concrètement, une étude statistique n'est pas réalisée à chaque opération.

Ici on a les zones de confort usuellement utilisées (employé de bureau).

La température opérative utilisée ici est la température opérative sèche (température ressentie par l'occupant), la température humide intervenant en ordonnée dans le graphe.

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Exemples

1. trop sec2/3 champignons et bactéries3. acariens4. OK

Autre représentation.

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Exercices

Exercice 1 :

On souffle dans un local 1 kg/s d'air sec de caractéristiques E (20 °C, 80%). Donner le débit volume en m3/h.

Exercice 2 :

Un vitrage en contact avec un air dont la température sèche est de 20 °C, a une température de surface intérieure de 10 °C. Quelle est la valeur maximale de l'humidité relative de l'air intérieur pour laquelle on a condensation sur la face interne du vitrage ?

Exercice 3 :

Un air a une température de rosée de 12,5 °C et une teneur en eau de 9 g/kgas. Ces deux valeurs suffisent-elles pour définir l'ensemble des caractéristiques de cet air humide? Si oui, donner la valeur de la température sèche ainsi que celle de l'enthalpie spécifique.

Exercice 4 :

Dans les calculs de déperditions thermiques des bâtiments, on écrit généralement que les déperditions par renouvellement d'air valent : Q = 0,34 * D * (Tint - Text) avec Q en watt et D en m3/h.

Examiner les conditions de validité de cette relation en établissant l'expression exacte pour deux conditions extrêmes :

- Text = -5 °C, HR = 90 % D étant soit le débit soufflé, soit le débit extrait

- Text = 15 °C, HR = 60 % D étant soit le débit soufflé, soit le débit extrait

Pour cela, on supposera que l'air extérieur est chauffé sans humidification et soufflé à une température de 20 °C.

Exercice 5 :

Pour connaître l'état de l'air humide d'un local climatisé, on utilise un psychromètre. La température sèche mesurée est de 20 °C, la température humide mesurée est de 15 °C.

Déterminer l'ensemble des autres caractéristiques de l'air du local.

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Evolutions élémentaires

On distingue plusieurs traitements élémentaires :MélangeChauffageRefroidissement (humide ou sec)HumidificationDéshumidification

Nous allons découvrir simultanément les technologies associées et la représentation physique sur le DAH

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Éléments d'une CTA

Source : CIAT

Nous allons utiliser cet exemple pour détailler les différentes fonctions thermodynamiques couramment assurées par une Centrale de Traitement d'Air.

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Mélange le plus courant

L'enthalpie massique et la température et la teneur en eau sont des grandeurs intensives. On en déduit la construction sur le DAH. Les autres caractéristiques se déduisent par lecture.

Équations du mélange (...)

Remarque : le schéma est une représentation unifilaire des flux d'air (un trait = une conduite d'air).

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Batteries

ChaudeEauÉlectricitéVapeur

FroideEauFluide Frigorigène

+Voirs cours de thermique des échangeurs

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Chauffage

Evolution sur le diagrammeCalculs

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Refroidissement

Avec déshumidificationSans DéshumidificationBilan enthalpiquesDébit de condensats

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humidification

pulvérisation d'eau (quasi – adiabatique)pulvérisation d'eau chaudeinjection de vapeur

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Déshumidification

Batterie FroidePrincipe et modélisationBilan enthalpique

Il existe d'autres méthodes (chimiques et non thermiques) pour déshumidifier. Elles ne seraont pas explicitées ici.

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Exercices

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30Cycle Ingénieur



Installation type (tout air)

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Principe du traitement

Principe global... Il existe beaucoup d'autres systèmes.

Nous nous appuierons sur une installation de ce type dans un premier temps afin de concrétiser les différentes notions générales.

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Installation Type

1. grille de prise d'air neuf 13. dispositifs de souf f lage de l'air

2. registre de prise d'air neuf 14. dispositif de reprise de l'air

3. préf iltre 15. réseau de conduits de reprise

4. partie de l'échangeur récupérateur 16. silencieux de reprise

5. batterie de préchauf fage 17. ventilateurs de reprise

6. batterie de refroidissement 18. f iltres à air

7. humidif icateur d'air à eau 19. partie de l'échangeur récupérateur

8. batterie de réchauf fage 20. registre d'air rejeté

9. ventilateur de souf f lage 21. surface de chauf fe locale

10. silencieux au souf f lage 22. chaudière

11. f iltre absolu 23. machine f rigorif ique

12. réseau de conduit de souf f lage 24. tour de refroidissement

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Cycle Ingénieur

Objectifs des installations climatiques

Apport d'air neufPurification de l'air souffléT ambiante agréableHumidité agréableÉvacuation de chaleur

Évacuation des polluantsSur ou dépressionPression Acoustique

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Cycle Ingénieur

Classification par fonction

On compte le nombre de fonctions thermodynamiques parmi les 4 (5) possibilités :

ChauffageRefroidissementHumidificationDéshumidification(Mélange)

On détermine la classe par le tableau suivant

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Classification par fonctions

Fonctions assurées Type d'installation

Installation de ventilation

Installation de climatisation

Installation de conditionnement d'air

VentilationUne seule fonction thermodynamique

Renouvellement d'airAu moins deux fonctions thermodynamiques

Filtration (sommaire)

Au moins trois fonctions thermodynamiquesFiltration

Création d'un climat local

C'est purement arbitraire, mais il faut bien que l'on parle de la même chose.

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