Livres froid clim chauuffage du Maroc

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ـÉLECTROMÉCANIQUE DE SYSTÈMES AUTOMATISÉ

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je vous signale que ce sont des programmes complets: chauffage, clim, froid,
regulation, vapeur, bruleurs,energie solaire..

Au préalable à l’étude des différents outils qui permettront de déterminer les conditions de soufflage(paramètres de l’air soufflé dans le local), il convient de rappeler que :

• les charges thermiques, hydriques et enthalpiques (somme algébrique des précédentes) sont connues et calculées à partir des caractéristiques du site et des caractéristiques géométriques de ce local ( bilan thermique).
• les conditions intérieures sont connues et dépendent soit des critères de confort ou du processus industriel définis dans le cahier des charges.
• dans un système tout air, l’air soufflé est le vecteur utilisé pour maintenir l’équilibre thermohydrique du local étudié.

1. CONDITIONS DE BASE :

Déterminer les conditions de température et d'hygrométrie de l’environnement intérieur et extérieur constitue le point de départ d'un projet de climatisation ou de conditionnement d'air : ces conditions sont en général précisées dans le C.C.T.P (cahier des clauses techniques particulières du bâtiment ) et les documents ressources de la météorologie du site.

1.1) Conditions extérieures :

Elles dépendent de la saison et du lieu où est implanté le local à climatiser .
Les données météorologiques ont permis de fixer les températures sèches et les hygrométries.
Elles représentent la moyenne des valeurs maximales enregistrées.
Elles sont consignées dans des tableaux. Elles conduisent au calcul des charges maximales.
Pour la France, ces conditions sont répertoriées en fonction du département.

1.2) Conditions intérieures :

La température sèche et l’hygrométrie du local dépendent de son utilisation :

• Climatisation de confort (habitation, bureaux,grands magasins ...) : température et hygrométrie différentes pour chaque saison.
• Climatisation industrielle ou conditionnement d'air ( laboratoires, usines ... ) : température et hygrométrie dépendent du processus industriel. Elles peuvent être constantes toute l’année.

2. SYSTÈMES DE CLIMATISATION OU DE CONDITIONNEMENT D'AIR:

Ces systèmes de traitement d'air doivent contrer les charges thermiques et hydriques d'un local :

• Charges thermiques : Apports ou déperditions de chaleur externes et internes en [kW]
• Charges hydriques : Apports internes d'humidité en [kW] ou kg eau /h].

En plus des charges thermiques et hydriques, le système doit assurer la qualité de l'air :

• le renouvellement d'air neuf hygiénique (maintien de la teneur en CO₂ et des odeurs à un niveau acceptable défini par la législation )
• la filtration de l'air soufflé ( contrôle de la teneur en poussières suivant la classe d'empoussièrement)

2.1) Différents systèmes :

Il existe plusieurs types de système que l’on peut classer en trois catégories : Les systèmes tout air :

• centralisés (caisson unique pour l’ensemble des locaux)
• décentralisés (un système par local )
• multi-zone ( une C.T.A.N pour l'ensemble des traitements secondaires et différents pour les locaux ou groupe de locaux)

Les systèmes double conduits (ou gaines ) (air chaud / air froid) avec boîtes de mélange
Les systèmes eau/air : ventilo-convecteur ou pompe à chaleur réversible dans chaque local

2.2) Renouvellement d'air neuf : (air hygiénique) : (voir la page traitant ce sujet)

Plusieurs solutions technologiques existent pour l'apport d’air neuf hygiénique au local :

• Premier cas : L’air neuf, aux conditions extérieures, est mélangé à l'air recyclé par l'intermédiaire d'un caisson de mélange.
• Deuxième cas : L’air neuf est préparé dans une centrale dédiée (CTAN). ( Il est filtré, soit soufflé aux conditions de température et d'hygrométrie dans le local, soit soufflé aux conditions extérieures.

Lors de l'élaboration d'un projet, il faut connaître les caractéristiques de l'air neuf : c'est une donnée importante. Si on n'en tient pas compte, le projet sera faussé, les éléments seront sous ou sur-dimensionnés suivant le cas.

2.3) Système tout air avec caisson de mélange :

• Si le local est à la pression atmosphérique, on a : qm_An = qm_Arj et qm_As = qm_Arp

• Pour éviter les entrées d'air extérieur, la pression intérieure doit être légèrement supérieure à la pression atmosphérique: Ce procédé est souvent appliqué dans les salles propres (laboratoires, locaux aseptiques ... ).
  L’air extérieur ne peut s'infiltrer dans le local :
  • Pas de pollution par l'air extérieur puisqu’il ne peut y entrer (local équipé de portes étanches,sas )
  • Les fuites d'air sont préférables aux infiltrations d’air extérieur (énergie, confort ).
  Dans ce cas, on a : qm_As > qm_Arp (débit As supérieur à débit Arp de 3 à 10 %)

• Le système devra combattre les charges du local et celles de l’air neuf .

• Le recyclage d'une partie de l'air du local permet d’effectuer une importante économie d'énergie c'est pourquoi on appelle le caisson de mélange un "économiseur".

• En hiver, il peut être intéressant d'admettre dans le local de l’air neuf à une enthalpie plus faible pour combattre gratuitement les charges thermiques et/ou hydriques du local : c'est le "Freecooling".

2.4 ) Système tout air en recyclage total :

• Le système de traitement d’air principal n’apporte pas d’air neuf et ne rejette pas d’air vicié et on a : qm_An = qm_Arj = 0 et qm_As= qm_Arc = qm_Arp ( pour le système principal en recyclage total)
• Ce procédé impose que :
  • Soit le renouvellement d’air neuf est obtenu par un système de ventilation mécanique contrôlée.Le mélange d’air s’effectue directement dans le local. Le système devra combattre les charges du local et de l’air neuf apporté par la ventilation
  • Soit l’air neuf est préparé dans une centrale dédiée : L’air neuf est soufflé aux conditions intérieures du local.
    Un circuit d’air neuf particulier assure le renouvellement d’air neuf ( qm_Arj = qm_An).
    Le système ne doit combattre que les charges du local.

2.5 ) Système tout air air neuf :

• Le débit de recyclage est nul : qm_arc= 0
• Si le local est à la pression atmosphérique : qm_as = qm_aex           En surpression, on a : qmas > qm_aex
• Le système doit combattre les charges du local et surtout celles relatives à l’air neuf.
• Ce procédé n’est pas économique : c’est celui conduit aux puissances thermiques les plus élevées.
  Mais alors pourquoi l’utiliser ?
  Dans les salles propres (laboratoires d’analyse, blocs opératoires ), il n’est pas toujours possible de recycler l’air vicié du fait de sa contamination par les germes intrinsèques.
  Ainsi, pour diminuer les coûts énergétiques, on peut installer un récupérateur de chaleur :

La puissance récupérable sur l’air extrait ( chaud ou froid) est transférée sur l’air neuf qui est soit réchauffé ou refroidi suivant la saison. Le temps de retour sur investissement est court. Ce procédé est le plus efficace lorsque les écarts de température (air neuf, air extrait ou air du local ) sont maximaux.

3. CHARGES D’UN LOCAL :

3.1 ) Charges sensibles :

Elles représentent la quantité de chaleur sous forme sensible apportée ou perdue par le local.
Elle est notée Φs et exprimée en kW.

3.1.1 ) Charges sensibles externes :

• Apports (été): essentiellement par ensoleillement et par conduction, convection, rayonnement
• Déperditions (hiver): par conduction, convection, infiltration d’air extérieur

Le signe de Φs dépend du type de charge : + pour des apports  ou  –   pour des déperditions

3.1.2 ) Charges sensibles internes:

Ce sont les apports de chaleur sous forme sensible pouvant provenir de machines électriques, de l’éclairage, des tuyauteries et conduits (souvent négligé), des occupants, des processus industriels.

3.2 ) Charges hydriques ou latentes :

Ce sont les apports de chaleur sous forme latente (dégagement d’humidité sous forme de vapeur d’eau ).
Ces dégagements d’humidité sont dus aux occupants, au processus industriel, au type de local (à fort dégagement d’humidité: piscine par exemple ).
Ces apports peuvent être exprimés de deux façons :

• Masse d’eau ou d’humidité : M en [kg_eau/h]
• Puissance :   Φ _L en [kW]

Il existe une relation liant M et Φ_L :      Φ_L= M . Lv      avec Lv en [kJ/kg_eau] , M en [kg/s] , Φ_L  en [kW]

Lv est la chaleur latente de vaporisation de l’eau à la température intérieure du local. On la prend souvent égale à 2500 kJ/kg.
Si on veut plus de précision, il faudra lire cette valeur dans une table de vapeur d’eau ou la calculer à l’aide de la formule de Régnault : 

Lv = 2500,64 – 2,35.θ   en [kJ/kg_eau]

3.3 ) Charges totales ou enthalpiques :

C’est la somme algébrique des charges sensibles et des charges latentes : Φ_T = Φ_S + Φ_L
Une attention particulière doit être apportée au calcul de Φ_T :

• Φ_S  peut être négatif ou positif ( déperdition ou apport de chaleur )
• Φ_L  est souvent positif ( apport d’humidité )

Dans certains cas, on peut avoir   | Φ_T |  <   | Φ_S |   (en hiver, par exemple)   |  | (valeur absolue)

3.4 ) Expression des charges d’un local :

Les données peuvent être exprimées de plusieurs façons :

a) Φ_S et Φ_Len [kW] : on peut calculer directement Φ_T
b) Φ_T en [kW] et M en [kg_eau/h] : on calcule Φ_L puis Φ_S
c) Φ_S en [kW] et M en [kg_eau/h] : on calcule Φ_L puis Φ_T

4. BILAN ÉNERGÉTIQUE D’UN LOCAL :

Faire le bilan énergétique d’un local dont la température sèche et l’hygrométrie sont constantes (local en équilibre), c’est écrire :

• d’une part, que la puissance apportée au local ( par l’air soufflé,et les apports intérieurs) est égale à la puissance perdue par ce local (air extrait, repris ou perdu).
• d’autre part, que l’humidité apportée au local par l’air soufflé et les apports intérieurs d’humidité est égale à l’humidité perdue sous forme de condensation ou d’extraction d’air humide.

4.1 ) Bilan enthalpique ( chaleur totale : sensible + latent ) :

On prend comme hypothèse que :

• le débit massique d’air sec soufflé est égal au débit massique d’air repris ou extrait.
• les puissances et les masses d’eau apportées au local seront par convention affectées du signe +
• les puissances et les masses d’eau extraites du local seront par convention affectées du signe –

Le bilan enthalpique du local s’écrit :  Φ₁ + Φ_T – Φ₂  = 0    ou    Φ₁ + Φ_T = Φ₂
La puissance apportée au local par l’air soufflé s’écrit : Φ₁ = qm_as . h₁
La puissance apportée au local par les charges enthalpiques est : Φ_T
La puissance extraite du local par l’air repris ou extrait s’écrit : Φ₂ = qm_as . h₂
A partir des deux équations précédentes, on peut écrire : qm_as =  Φ_T  / (  h₂ –   h₁)
Cette première relation amène des remarques importantes ; le débit massique d’air sec est toujours positif (ou non signé), de sorte que :

1) Si Φ_T > 0 , on a obligatoirement  h₂ > h₁  ; ce qui signifie que l’air doit être soufflé à une enthalpie inférieure à celle de l’ambiance ( conditions de soufflage d’ÉTÉ en général)
2) Si Φ_T < 0 , on a obligatoirement   h₂< h₁ ; ce qui signifie que l’air doit être soufflé à une enthalpie supérieure à celle de l’ambiance ( conditions de soufflage d’HIVER en général)
3) On connaît h₂ qui est l’enthalpie de l’air extrait ( l’air extrait peut être considéré comme représentatif de l’air ambiant si la distribution d’air est correcte et homogène). Attention ! ce n’est pas vrai pour tous les projets.
4) Pour calculer qm_as , il suffit de fixer h₁ c’est à dire les conditions de soufflage.

En d’autres mots, la puissance amenée par l’air au soufflage doit être de signe opposé à celle qui est apportée par le local.

4.2 ) Bilan sensible ( chaleur sensible seule) :

De la même manière, on peut écrire que : Φ_S1 + Φ_S - Φ_S2  = 0    Ou    Φ_S1 + Φ_S = Φ_S2
La puissance apportée au local par l’air soufflé s’écrit : Φ_S1= qm_as . Cp₁ . θ₁
La puissance apportée au local par les charges sensibles est : Φ_S
La puissance extraite du local par l’air repris ou extrait s ’écrit : Φ_S2= qm_as . Cp₂ . θ₂
Cp₁ et Cp₂ représentent les capacités thermiques massiques respectives des deux airs soufflé et extrait.
Si nous supposons que les deux capacités thermiques sont égales à Cp en acceptant une légère approximation ( dans la réalité,Cp₁ est différent de Cp₂) : qm_as ≈  Φ_S /  [ Cp. ( θ₂  –  θ₁ ) ]
Cette relation permettra de calculer rapidement le débit mais elle n’est pas rigoureuse même si l’erreur est très faible.
θ ₂ – θ₁ représente l’écart de température appelé écart de soufflage en °C ou en K (Kelvin).

4.3 ) Bilan d’humidité :

Pour l’humidité, on a : M₁ + M – M₂ = 0  Ou  M₁ + M = M₂
La masse d’eau apportée au local par l’air soufflé s’écrit : M₁ =qm_as . r₁
La masse d’eau apportée au local par les charges hydriques est : M
La masse d’eau extraite du local par l’air repris ou extrait s’écrit : M₂ =qm_as . r₂
Donc, on a :   qm_as = M / ( r₂ –   r₁ ) et à partir de l’équation en 3.2), on peut aussi écrire que :  qm_as =  Φ_L  /   [ Lv . ( r₂ –   r₁ ) ]

4.4 ) Rapport caractéristique j ou γ (gamma) :

Les relations en 4.1 et 4.3 permettent d’écrire : qm_as =  Φ_T  / ( h₂ –  h₁) = M / ( r₂ –   r₁ ) 
Donc : γ =  Φ_T  / M = ( h₂ –  h₁) / ( r₂ –   r₁ )     en  [ kJ/ kg_eau ]   Ce rapport  Φ_T / M est appelé rapport caractéristique du local.
Il représente la pente de la droite de charge du local appelée aussi droite de soufflage.

Les équations précédentes permettront de déterminer les coordonnées du point de soufflage sur le diagramme psychrométrique.

5. DÉTERMINATION DES CONDITIONS DE SOUFFLAGE :

Déterminer les conditions de soufflage de l’air dans le local c’est déterminer :

• Le débit massique d’air sec au soufflage   qm_as en [kgas /s]
• Le taux de brassage en h^-1
• L’écart de température Δθ entre le soufflage et le local
• Les coordonnées du point de soufflage : deux paramètres suffisent à positionner le point sur le diagramme ( enthalpie h_s, température sèche θs , humidité absolue rs ... ) .

Les conditions de soufflage permettront de dimensionner les éléments de l’installation : débit massique d’air, puissances, débits d’eau, de vapeur...
Pour le calcul, on fixe soit des valeurs :

• d’écart de températures au soufflage Δθ (dépendant directement de la technologie de diffusion de l’air)
• de taux de brassage (dépendant aussi du type de local et de la diffusion d’air)
• ou de débit volumique qv

Dans tous les cas, l’humidité relative du point de soufflage ne doit pas dépasser 90 % pour éviter la condensation de la vapeur d’eau dans le réseau de distribution d’air (soufflage).

5.1) Position du point de soufflage par rapport à celui du local :

La position du point de soufflage par rapport au point du local dépend du signe des charges sensibles et latentes.
Pour le local, on a : θ_L, r_L       Pour le soufflage, on a : θ_S , r_S
Les charges sensibles peuvent être nulles ( = 0) , négatives (< 0) ou positives ( > 0).
Les charges latentes peuvent être de la même manière nulles ( = 0) , négatives (< 0) ou positives ( > 0).
Suivant les valeurs des charges, on peut considérer 9 positions significatives du point de soufflage par rapport au point du local :

Connaissant le bilan thermique du local, on peut donc prévoir la position du point de soufflage.
Les positions 7,8,9 (au dessus de 2 et 3) sont rares car elles correspondent à des charges hydriques négatives.
Les positions 2 et 3 correspondent à des charges hydriques nulles.
Étudions l'exemple du point 5 :  Φ_S> 0 donc  θ_S<  θ_L  et   Φ_L> 0  donc r_S <  r_L

On peut écrire :
Bilan sensible :  Φ_S = qm_as . ( h_S' - h_S )  ≈  qm_as . Cp. ( θ_L –  θ_S )
Bilan latent : Φ_L = qm_as . ( h_L -  h_S' ) =  qm_as . Lv. ( r_L – r_S ) = M . Lv
Bilan total ou enthlapique :  Φ_T = qm_as . ( h_L - h_S )

           

5.2) Caractéristique de l’écart de températures au soufflage :

L’écart de températures au soufflage représente la différence algébrique entre la température de soufflage et la température de l’ambiance (du local) : Δθ = θ_L– θ_S en [K] ou [°C]
Cet écart de températures :

• peut être positif ( l’air au soufflage est plus froid que l’air du local)
• peut être négatif ( l’air au soufflage est plus chaud que l’air du local )
• dépend de la capacité des dispositifs de diffusion à diffuser l’air sans gêne pour les occupants et de leur position dans le local.

On peut, en première approximation, prendre comme valeurs :

Soufflage froid   :  Δθ de + 5 à + 12 K ( valeur courante + 10 K )
Soufflage chaud : Δθ de  – 5 à – 20 K ( valeur courante – 20 K )

Le signe de cet écart n’est souvent pas renseigné ou donné en valeur absolue. Il faudra donc être attentif lors des calculs et du positionnement du point de soufflage sur le diagramme.

5.3) Définition du taux de brassage :

Le taux de brassage représente le nombre de volume d’air traité renouvelé dans le local pendant une heure :

= qv / V   ou   qv = . V   avec : taux de brassage en [vol.h^-1 ]   V : Volume du local en [ m³]   qv: débit volumique de soufflage en [m³/h]

Ce taux dépend évidemment du type de bouche de soufflage utilisé comme pour l’écart de soufflage puisqu’il exprime indirectement l’écart de soufflage.
Il ne dépasse pas 15 en climatisation de confort, peut aller jusqu’à 30 en conditionnement d'air et atteindre des valeurs très grandes ( 600) dans le cas de traitement d’air de salles blanches avec plafond diffusant.
La valeur courante en confort est de 7 à 8 environ.

5.4) Méthodes de détermination des conditions de soufflage :

Il existe plusieurs méthodes de détermination des conditions de soufflage.
Les méthodes traitées ne sont pas exhaustives : deux méthodes par calcul (exact ou approché) et trois méthodes graphiques.

5.4.1 Méthodes de détermination par calcul :

5.4.1.1 Premier cas : Température ou écart de températures au soufflage imposé

Remarque :
Si le système étudié est multi-saison (été, hiver), le calcul du débit massique conduit à deux résultats différents puisque les écarts de températures et les charges sont différents.
Pour le dimensionnement, il faut choisir le débit massique qui conduit aux conditions les plus défavorables, c’est à dire celles qui conduisent au débit massique le plus grand .
Le débit massique étant choisi, il faut recalculer l’écart de soufflage pour l’autre saison puisque le débit volumique reste constant quelque soit la saison (systèmes à débit constant). (Ce point sera développé dans un autre chapitre).
Relations caractéristiques :
Étape 1 : Données
Φ_T = Φ_S +  Φ_L   ;  Φ_L = M . Lv ;   Φ_S = Φ_T – Φ_L    Attention ! Φ_S , Φ_T peuvent être négatifs
Étape 2 : Calcul du débit massique

• Calcul rapide mais non rigoureux (précision suffisante pour un avant projet) :

En supposant que la capacité thermique massique de l’air reste constante, on peut, avec une bonne approximation, écrire :
     Φ_S = qm_as . Cp. ( θ_L– θ_S )     On déduit : qm_as ≈  Φ_S /  [ Cp. ( θ_L– θ_S ) ]  =  Φ_S /  ( θ_L– θ_S )    avec Cp = 1 kJ/kgas.K

• Calcul rigoureux mais plus long :

Il faut reprendre les équations qui incluent le débit massique et résoudre un système de quatre équations à quatre inconnues; ce qui permettra d’éliminer l’influence de Cp :

1 : Φ_T= qm_as. ( h_L – h_S)
2 : M = qm_as. ( r_L– r_S )
3 : h_L = θ_L + r_L . ( 2490 + 1,96 . θ_L )
4 : h_S =  θ_S + r_S . ( 2490 + 1,96 . θ_S )

Attention : en fonction du diagramme utilisé comme support pour les tracés, il faudra prendre les coefficients respectifs de l’échelle des enthalpies ( coefficients 1.0000 / 2490 / 1.96 ; voir la définition de l’enthalpie massique )
La résolution mathématique conduit à l’expression : qm_as = [ Φ_T – ( 2490 + 1,96 . θ_S ) . M ]    /  [ (  θ_L– θ_S) . ( 1 + 1,96 . r_L ) ]
Étape 3 : Calcul de l’humidité absolue r_S  :  M = qm_as . ( r _L – r_S )
Étape 6 : Calcul du taux de brassage et du débit volumique au soufflage :  qv = qm_as .v"_s et    = qv / V
              On vérifie que la valeur du taux de brassage est correcte.

• Calcul de l’humidité absolue au soufflage (précis mais long) sans calcul préalable du débit massique :

La température de soufflage ou l’écart de soufflage est connu ou imposé.
Nous n’utilisons plus l’équation Φ_S = qm_as . Cp . ( θ_L– θ_S ) qui conduit à un résultat approché.
Il faut reprendre les équations et résoudre un système de quatre équations à quatre inconnues; ce qui permettra d’éliminer l’influence de Cp :
1 :Φ_T= qm_as. ( h_L – h_S)
2 : M = qm_as. ( r_L– r_S )
3 : h_L = θ_L + r_L . ( 2490 + 1,96 . θ_L )
4 : h_S =  θ_S + r_S . ( 2490 + 1,96 . θ_S )
5 : γ = Φ_T / M
Les cinq équations précédentes permettent d’écrire : r_S = ( γ.r_L -  h_L + θ_S )  / (  γ – 2490 – 1.96.θ_S )
5.4.1.2 Deuxième cas : Débit volumique au soufflage ou taux de brassage imposé

Étape 1 : Données
Φ_T = Φ_S +  Φ_L   ;  Φ_L = M . Lv ;   Φ_S = Φ_T – Φ_L    Attention ! Φ_S , Φ_T peuvent être négatifs
Étape 2 : Calcul du débit volumique au soufflage     qv = . V ou qvas donné, imposé
Étape 3 : Calcul du débit massique au soufflage : qm_as = qv / v"_S
La difficulté du calcul du débit massique provient du fait que le volume spécifique de l’air au soufflage est une inconnue . Ce volume spécifique ne peut pas être lu ou calculé directement puisque l’on ne connaît pas les coordonnées du point de soufflage .

• Calcul rapide mais approximatif :

Pour lever l’indétermination, on se fixe arbitrairement un volume spécifique correspondant à une masse volumique spécifique de 1,2 kg/m³  ou un volume massique de 0,833 kg/m³. Dans ce cas, le calcul est très simple puisque le débit massique est égal à :
qm_as= qv  / v"_S  = qv . ρ_S
Nota : Ce calcul simplifié n’est valable que si le bureau d’études ou le client n’impose pas expressément le débit volumique de soufflage ou le taux de brassage. Dans le cas d’applications de salles à atmosphère contrôlée (salles propres, laboratoires, ... ) , le cahier des charges ne permet pas d’utiliser cette méthode simplifiée.

• Calcul plus précis par itération :

L’équation à résoudre est : Φ_T = ( h_L – h_S)  . qv  / v"_S  ou     Φ_T / qv  =  ( h_L - h_S) / v"_S 
 Φ_T / qv est une constante pour le cas étudié.
 Φ_T ,h_S, r_L , M, qv sont des données  ;  v"_S , h_S , θ_S , r_S sont inconnues .

1. En première itération, on calcule le débit massique en se fixant arbitrairement un volume spécifique égal au volume spécifique du local.
2. On calcule ensuite l’enthalpie : h_S = h_L –  Φ_T / qm_as puis l’humidité : r_S = r_L – M / qm_as
3. On place provisoirement le point de soufflage obtenu. On lit h_S et v"_Ssur le diagramme ou on les calcule à partir de leur expressions respectives.
4. On calcule le nouveau débit massique et on recommence en (2.) trois ou quatre fois pour obtenir une précision suffisante ( 0,001 kg_as/s) , on trace la droite de soufflage.

Avec un peu de pratique, on réussit très vite en trois itérations.
Pour faciliter le calcul, on peut établir le tableau :

N° essai	v"S	qmas	hS	rS	θS	ΦT/ qv	( hL- hS )/ v"S
1						constante
2						constante
3						constante

5.4.2 Méthodes de détermination par graphique :

Ces méthodes de détermination graphique sont très rapides, mais manquent de précision
Il existe trois méthodes voisines dans le principe l’une de l’autre .

5.4.2.1 Méthode de "PORCHER" :
Cette méthode est basée sur le rapport caractéristique appelé ici j (équivalent à γ) par l’auteur de la méthode : j = Φ_T / M

• Ce rapport caractéristique est connu car le bilan thermique du local a été établi.
  Il représente la pente de la droite de charge du local ou droite de soufflage .
• Pour tracer la droite de soufflage, l’auteur de la méthode introduit la notion d’angle d’évolution î : angle formé par un isohydre(horizontale) et la droite de soufflage.

Construction de la droite de soufflage :

• Sur l’échelle fournie, on lit l’angle î correspondant à j.
• Issue du point L, on trace la droite inclinée de l’angle î par rapport à l’horizontale: c’est la droite de soufflage.
• Si l’écart de température est fixé, on connaît la température de soufflage.
• Le point de soufflage se trouve à l’intersection de cette droite de soufflage et de l’isotherme θ_S.

Cette méthode rapide souffre de l’imprécision dans la lecture de l’angle î correspondant au rapport caractéristique j.

6.4.2.2 Méthode de L’ "A.I.C.V.F" :

Elle est basée sur le même principe que la précédente puisqu’elle se base sur le rapport caractéristique : γ = Φ_T / M
La différence réside dans le report de cette pente pour le tracé de la droite de soufflage.
Ce report est presque direct puisque l’auteur de la méthode fourni sur son diagramme :

• Une échelle du rapport caractéristique variant de - infini à + infini
• Un point de référence pour le tracé de la parallèle à la droite de soufflage cherchée.

Construction de la droite de soufflage :

• Sur l’échelle fournie, on lit directement la valeur du rapport γ
• On trace une droite issue du point de référence jusqu’à la valeur du rapport γ
• On trace une parallèle à cette droite de référence passant par le point du local L
• Le point de soufflage se trouve à l’intersection de cette droite de soufflage et l’isotherme θ_S

Cette méthode rapide est un peu plus précise que la précédente.


6.4.2.3 Méthode de "CARRIER" :
Elle est basée sur le facteur de chaleur sensible : SHF= Φ_S / Φ_T
Ce report est presque direct puisque l’auteur de la méthode fourni sur son diagramme :

• Une échelle du facteur de chaleur sensible variant de 0,36 à 1
• Un point de référence pour le tracé de la parallèle à la droite de soufflage cherchée.

Construction de la droite de soufflage :

• Sur l’échelle fournie, on lit directement la valeur du facteur de chaleur sensible S.H.F
• On trace une droite issue du point de référence (25°C,50 %) jusqu’à la valeur du S.H.F
• On trace une parallèle à cette droite de référence passant par le point du local L
• Le point de soufflage se trouve à l’intersection de cette droite de soufflage et l’isotherme θ_S

Cette méthode simple et rapide présente l’inconvénient de ne pas être utilisable pour les charges sensibles négatives c’est à dire les charges d’hiver en général.
De plus, elle n’est valable que si le rapport SHF reste supérieur ou égal à 0,36 .

Les techniques de traitement de l'air humide

Les techniques de traitement de l'air humide sont relativement complexes surtout lorsqu'elles sont utilisées pour le conditionnement de l'air dans un processus industriel.
Ce site résume les différentes notions nécessaires aux calculs de base sur les systèmes de traitement d'air et propose quelques outils qui vous aideront à appréhender ces calculs.
Ces outils sont disponibles en téléchargement libre après avoir rempli préalablement le formulaire d'inscription qui vous est proposé ci-dessus.

La perspective suivante présente schématiquement une installation de conditionnement d'air.

VUE D'ENSEMBLE
D'UNE INSTALLATION UNIZONE

Sur cette représentation simplifiée, les élements sont les suivants:

• Un ventilateur de soufflage permet d'amener l'air traité au local via un conduit de soufflage. En bout de distribution, des registres de réglage équilibrent ( débit volumique réel distribué égal au débit préconisé par le C.C.T.P) chaque branche et des bouches de soufflage diffusent l'air de façon homogène en tenant compte des critères de portée, de vitesse de diffusion...
• Un ventilateur de reprise reprend l'air du local via un conduit de reprise sur lequel est monté une grille de reprise, placée dans une zone suffisamment éloignée des bouches de soufflage pour éviter un bipasse entre le soufflage et la reprise. .
• Deux autres sections permettent d'une part l'amenée d'air neuf et le rejet d'air vicié. Un caisson de mélange à volets permet de réaliser le dosage (mélange) entre le débit d'air neuf et d'air recyclé pour réaliser des économies d'énergie en respectant la réglementation.
• Enfin, dans la centrale et après le caisson de mélange, une section filtration primaire est chargée de réaliser une préfiltration de l'air. Cette filtration peut être complétée suivant la classe d'empoussièrement du local d'une deuxième section filtration juste après le ventilation de soufflage (filtre fin ou ultra-fin), et si nécessaire d'une filtration de très haute efficacité juste avant les bouches de soufflage (filtres absolus). Après la préfiltration, les batteries de traitement, chargées de modifier les conditions thermohydriques de l'air, sont installées en série (l'une après l'autre) en fonction des besoins.

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Avant d'étudier les différentes techniques et calculs relatifs au traitement d'air d'un local, il est important de préciser la terminologie employée dans ce domaine:

• Climatisation :
  Elle consiste dans le maintien d'un niveau de confort pour les occupants d'un local (domaine résidentiel,tertiaire...).
  La température est le premier et principal paramètre contrôlé. Le deuxième paramètre, le degré hygrométrique, est souvent contrôlé dans les grands ensembles mais plus rarement sur les petits systèmes qui n'agissent que sur la température.

• Conditionnement d'air :
  Le traitement de l'air est réalisé pour créer une ambiance nécessaire à un processus industriel ou à la conservation d'un produit (domaine industriel). L'objectif à atteindre émane d'un cahier des charges très strict : le couple température/hygrométrie sera contrôlé avec la précision qui convient au processus.

NB : Les traitements complémentaires tels que la filtration (empoussièrement contrôlé...) , désinfection ( traitements antibactériens...) ne sont pas développés sur ce site.

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Suivant la qualité (stabilité, réactivité, personnalisation des ambiances...) du traitement à effectuer ( température, hygrométrie, concentrations en poussières, hygiène de l'air ... ) imposera l'utilisation d'un système plus ou moins complexe.
La grande richesse, le nombre important des différents systèmes de conditionnement d'air ou de climatisation, les variantes de chacun d'eux, l'enchevêtrement des techniques des uns par rapport aux autres, et l'évolution continuelle des techniques utilisées, rendent difficile de classer logiquement, et de façon claire, les différents systèmes employés.
Une classification simplifiée en fonction soit du matériel ou du fluide utilisé est proposée ci-après.

Classification simplifiée des systèmes de traitement d'air :

• Le matériel utilisé :

• Installation centralisée :

L'ensemble du matériel est regroupé dans une enveloppe appelée centrale de traitement d'air et dans laquelle sont regroupés tous les éléments permettant de changer les propriétés physiques et thermodynamiques de l'air à traiter. Cet air est ensuite distribué par un réseau de conduits et diffusé par des bouches de soufflage ou diffuseurs (N.B.: la partie distribution et diffusion n'est pas étudiée ici).

• Installation décentralisée :

Le traitement de l'air du local est effectué par des appareils complets et autonomes situés souvent dans ou prés des locaux à traiter. Ce sont principalement les climatiseurs autonomes, les "roof-top" ou modules de traitement autonome placés en toiture ...
      

• Installation semi-centralisée :

L'installation possède un traitement d'air centralisé (centrales d'air neuf hygiénique par exemple) et des traitements décentralisés situés dans les locaux (cassettes, unités terminales) ou dans les conduits d'air terminaux
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• Le fluide utilisé :

• Système "tout air" ou "air total" :

L'air est utilisé comme médium pour transporter les calories (air chaud) ou les frigories (air froid). Le traitement se fait en centrale de traitement d'air .

• Système "tout eau" :

L'eau est utilisée comme médium pour transporter les calories ou les frigories. Le groupe central de traitement d'air est remplacé par des appareils terminaux complets (avec ventilateur), et où toute le production thermique est réalisée par des batteries alimentées en eau ( ex : ventilo-convecteur ou unité de traitement d'air).

• Système mixte "air et eau" :

En plus de l'air traité en centrale utilisé comme véhicule thermique, des appareils secondaires ou terminaux,alimentés en eau chaude ou froide, complètent le traitement.

• Système à réfrigération ou chauffage direct :

Les appareils terminaux ont leur production énergétique autonome. En plus du ventilateur, ces appareils possèdent leur propre circuit frigorifique utilisé en climatiseur (refroidissement) ou pompe à chaleur (chauffage).

Toutes les applications de traitement proposées sur ce site font référence en grande partie aux systèmes dits "tout air" centralisés.


L'air humide étant le vecteur permettant de réaliser l'équilibre énergétique (dans ce cas, on dit aussi thermohydrique) des locaux à traiter, il convient au préalable de définir ses propriétés et caractéristiques.

Les pannes frigorifiques en 8 familles

On peut répertorier les pannes frigorifiques en 8 familles.

             BP faible :      1.       Détendeur trop petit : Grande surchauffe, et un bon sous refroidissement.
      2.       Pré détente : Grande surchauffe, bon sous refroidissement et delta sur la ligne liquide
      3.       Manque de charge : Grande surchauffe, mauvais sous refroidissement
      4.       Evaporateur trop petit : Faible surchauffe, mauvais débit d’air ou encrassé.
HP Faible :
      5.       Compresseur trop petitHP haute :
      6.       Incondensable : bon sous refroidissement (Test : Pression / T° au Manomètre > T° Ambiante)
      7.       Excès de charge :   bon sous refroidissement, test des incondensables négatif
      8.       Condenseur trop petit : Faible sous refroidissement, mauvais débit d’air, ou encrassé.

Dans chaque famille il existe donc plusieurs causes possibles aux symptômes évoqués.
1. Le Détendeur trop petit :Rappelle des symptômes : BP faible, grande surchauffe, Bon sous refroidissement (4 à 7°C), pas de delta de t° sur la ligne liquide.
Cas possibles :
a)       Buse mal sélectionnée
b)       Détendeur déréglé suite à une intervention
c)       Train thermostatique percé
d)       Bulbe du détendeur fixé en aval du piquage de l’égalisation externe
e)       Le détendeur ne correspond pas au bon fluide frigorigène
f)         Détendeur grippé ou mal ouvert
g)       HP trop faible : T° de condensation trop faible en hiver (réguler la condensation)
h)       Diaphragme à l’évaporateur trop petit


2. La pré détente :

Rappelle des symptômes : BP faible, grande surchauffe, bon sous refroidissement et delta sur la ligne liquide
Cas possibles :
a)       Filtre du deshydrateur bouché, colmaté.
b)       Vanne du départ liquide partiellement fermé
c)       Electrovanne ouvre mal. Membrane déformée…
d)       Mauvaise sélection d’un appareil installé sur la ligne liquide
e)       Diamètre de la ligne liquide trop faible
f)          La ligne liquide traverse un endroit très chaud
g)       Flash gaz

3. Le manque de charge :

Rappelle des symptômes : BP Faible, grande surchauffe, mauvais sous refroidissement.

Cas possibles :
a)       Fuites : rechercher les fuites
b)       Problème à une soupape de sécurité

4. Evaporateur trop petit :Rappelle des symptômes : BP faible, faible surchauffe, mauvais débit d’air ou encrassé.
Cas possibles :
a)       Ailettes de l’évaporateur encrassé
b)       Filtre à air sales
c)       Courroie du ventilo patine ou cassée
d)       Poulie mal réglée
e)       Le ventilateur tourne à l’envers
f)         Prise d’air entre l’évaporateur et le ventilateur
g)       Moteur triphasée 380/660 V du ventilateur est couplé en étoile et alimenté en 380
h)       Moteur 2 vitesses couplée par erreur sur la petite vitesse.Tubes du distributeur de liquide bouché
i)         Evaporateur mal sélectionné
j)         Beaucoup trop d’huile dans l’évaporateur
k)       Evaporateur anormalement givré
l)         Ventilateur coincé par le givre
m)     Air froid recyclé sur l’entrée de l’évaporateur
n)       Mauvaise circulation de l’air du aux denrées
o)       Les ventilateurs sont hors services.


5. Compresseur Trop petit :Rappelle des symptômes : HP anormalement faible.
Cas possibles :
a)       Clapets plus étanche ou cassé
b)       Joint de la plaque à clapet est trop épais
c)       Cylindres rayés
d)       Le joint de culasse n’et pas étanche entre la HP et la BP
e)       Compresseur trop petit par rapport à l’évaporateur
f)         La régulation de capacité ne fonctionne pas ou est mal réglée. 5vanne à pression constante)
g)       La soupape de sécurité du compresseur n’est pas étanche.
h)       Le flotteur du séparateur d’huile est coincé ouvert
i)         La vitesse de rotation du compresseur est trop faible
j)         Les charges thermiques sont anormalement élevées. (trop de denrées, porte toujours ouverte…)


6. Incondensables :
Rappelle des symptômes : HP haute, bon sous refroidissement, (Test : Pression / T° au Manomètre > T° Ambiante)
Cas possibles :
a) Fausse manœuvre lors d’un tirage à vide, ou lors d’un dépannage, pose des manomètres

7. Excès de charge : Rappelle des symptômes : HP haute, bon sous refroidissement, test des incondensables négatif
Cas possibles :
a)       Erreur lors de la mise en service
b)       Bouteille liquide trop petite


8. Condenseur trop petit :Rappelle des symptômes : HP élevé, faible sous refroidissement, mauvais débit d’air, ou encrassé.
Cas possibles :
a)       Tubes et ailettes encrassés
b)       Emplacement du condenseur, mal choisi
c)       Le ventilo condenseur tourne à l’envers
d)       La courroie du ventilateur est cassé ou patine
e)       Prise d’air entre le condenseur et le ventilateur
f)         Hélice mal positionnée
g)       Recyclage d’air chaud sur le condenseur
h)       Condenseur a été sélectionné pour une puissance frigorifique trop faible
i)         La régulation HP est en panne ou mal réglée
j)         Un ventilateur du condenseur ne fonctionne plus

Centrale a puissance variable 10-100%

Descriptif

Fonction : Assurer une production de froid optimisée par variateur de fréquence. Principe de fonctionnement : Cette machine est composée de 2 compresseurs Frigopol (15-75Hz + 50Hz) et livrée avec son armoire électrique entièrement câblée, incluant la régulation et les départs vers chambres froides et linéaires réfrigérées. Elle s'adapte en permanence, en fonction de la demande de froid à fournir de 10 à 100 %. Les démarrages des compresseurs sont considérablement réduits et la consommation électrique est ainsi optimisée. Intérêt(s) du produit : Ce concept permet aux frigoristes de gagner du temps à l'installation et de proposer à leurs clients une solution frigorifique avec de véritables économies d'énergie. Les centrales Frigopol sont livrées avec des régulateurs Elreha capable de communiquer pour assurer la supervision et l'enregistrement de l'ensemble de l'installation.