Gestion en fonction de la présence des occupants


  


Introduction des détecteurs dans les bâtiments
Les détecteurs de présence sont utilisés pour la commande d'automatismes tels que 
  • la commande de l’éclairage intérieur et extérieur,
  • la gestion de la ventilation, dans les locaux à occupation intermittente comme les salles de conférence par exemple,
  • la régulation des installations de chauffage et de climatisation,
  • le déclenchement de l'alarme, puisque ce même principe est utilisé pour la détection d'intrusion,
  • jusqu’au déclenchement de la chasse des toilettes, … pour utiliser l’eau de ville à bon escient, bien sûr,… et non pour enregistrer la fréquence et la durée des utilisateurs !

Types de détecteurs
Les détecteurs de présence sont couramment appelés détecteurs volumétriques. Ils se répartissent en trois catégories :
  • les détecteurs volumétriques infrarouges passifs (IR)réagissent au mouvement de l'énergie infrarouge (ou à la chaleur) dégagée par le corps humain. Ils détectent des mouvements de corps de volume important,
  • les volumétriques ultrasoniques (Radar)réagissent à la variation des ondes sonores réfléchies à l'intérieur d'une pièce et causées par le mouvement d'un corps qui peut être de petite taille,
  • les bivolumétriques (ou intelligent) allient les technologies ultrasoniques et infrarouges passives.
Pour rappel, les ondes qui nous entourent sont caractérisées par leur fréquence (en Hz) et leur longueur d'onde (en nm) :
  • l'IR ou l'infrarouge se situent dans les fréquences légèrement inférieures à celles du spectre visible,
  • et l'ultrason dans les fréquences inférieures aux ondes radio (25 à 40 kHz).
A titre indicatif :
Leréseau électrique en Europe fonctionne à une fréquence de 50 Hz, et les radios locales émettent sur les fréquences FM (Méga Hz ou MHz).
En éclairage, le détecteur de présence allume les luminaires lors de l'entrée de l'occupant et les éteint quelques temps après sa sortie. Une temporisation à l'extinction est nécessaire pour ne pas réduire la durée de vie des lampes par des cycles d'allumage/extinction trop fréquents. Par exemple, une absence de 1 ou 2 minutes ne peut entraîner l'extinction des lampes.
Les économies engendrées par le placement de détecteurs de présence se situent, selon certaines sources, entre 35 et 45 %. On étudiera au cas par cas l'intérêt de placer des détecteurs de présence.
A noter, toutefois, qu'un détecteur a sa consommation propre.

Les hygromètres et psychromètres

                                                                                   
     

    



Hygromètre à cheveu


La longueur d’un cheveu varie sous l’effet de la vapeur d’eau, tout particulièrement le cheveu des femmes !
L’appareil enregistre la variation de longueur d’un faisceau de cheveux suite à la variation de l’humidité.
La précision est de l’ordre de 5 %, si l’appareil est régulièrement étalonné. Autrement, la lecture n’est pas fiable;
Le temps de réponse est de l'ordre de 20 minutes.
Le cheveu peut être remplacé par un fil de soie ou de coton, voire par une fibre synthétique.
La plage normale de mesure s'étale entre 30 et 90 % et entre - 10°C et + 50° de température sèche.
Il existe également des appareils électroniques qui convertissent la variation de longueur en signal de tension (mesure de résistance électrique ou magnéto-inductive).



Hygromètre à cellule hygroscopique
Le plus connu est l'hygromètre à cellule hygroscopique au chlorure de lithium. Le chlorure de lithium est une solution saline (LiCl). Ses propriétés hygroscopiques lui font absorber constamment de la vapeur d'eau contenue dans l'air.
L'appareil comprend deux électrodes entourant une couche de fibre de verre imbibée de Licl Le tout est monté sur un capteur de température.
Lorsque les électrodes sont sous tension, le courant circulant au travers du tissu imbibé de Licl produit de la chaleur qui évapore une partie de l'eau. Par évaporation, la résistance électrique du tissu augmente (la conductivité du tissu diminue), la puissance calorifique diminue, donc aussi la température sur la sonde intérieure. Une température d'équilibre s'établit finalement sur la sonde.
Cette température est utilisée pour mesurer la pression partielle de vapeur d'eau de l'air et de là le niveau d'humidité absolue de l'air.
Cette technique réclame un entretien important, la solution de chlorure de lithium devant être régénérée régulièrement.



Hygromètre à variation de capacité
Les hygromètres électroniques à cellule capacitive sont basés sur la modification de la valeur d'un condensateur en fonction de l'humidité. Plus précisément, c'est le diélectrique du condensateur qui est sensible à l'humidité relative de l'air ambiant.
La variation de la capacité (et donc de son impédance) entraîne une variation d'un signal de tension.
L'appareil est fiable et ne demande un étalonnage que tous les 2 ans. La précision est de 3 %. Le temps de réponse est court (de l'ordre de la dizaine de secondes). Et la plage de mesure est large. Que demander de plus ? ! 
Si, ils ont un petit défaut : être sensible aux polluants chimiques ! On sera dès lors attentif à ne pas les nettoyer avec des solvants organiques (chlore,...).
Leur durée de vie est estimée à une dizaine d'années.

Psychromètre
Le fonctionnement du psychromètre mécanique est basé sur la lecture de deux températures : la température sèche ordinaire et la température dite "bulbe humide ".
Pour connaître cette dernière, on enrobe la base du thermomètre d'ouate humide. On force l'air à passer au travers de cette ouate (par un ventilateur ou par déplacement rapide dans l'air au moyen d'une fronde). L'air qui passe au travers de l'ouate s'humidifie L'évaporation de l'eau refroidit l'air. Plus il se refroidit, plus il était sec au départ !
En comparant les deux mesures, on peut déduire le taux d'humidité de l'ambiance. Par exemple, supposons que le thermomètre sec mesure une température ambiante de 20°C, tandis que la température lue au bulbe humide soit de 16°C. En prenant l'intersection entre l'isenthalpe passant par le point 16°C - 100 % HR, et la droite des points à 20°C, on trouve une humidité relative de 67 %.
Autrement dit, l'air ambiant à 20° et 67 % HR, lorsqu'il est humidifié se refroidit jusque 16° 100 % HR, ce que lit le thermomètre "bulbe humide".
La précision sur cette mesure est de 0,3°C sur la température bulbe humide et de 2 % sur l'humidité relative qui s'en déduit.
Un entretien périodique est nécessaire, mais la fiabilité est bonne.
La plage normale de mesure s'étale entre - 10°C et + 60° de température sèche.
Dans le psychromètre électronique, la mesure des températures est réalisée sur base des valeurs données par des thermistances à Coefficient de Température Négatif (CTN).

La sonde COV


Domaine d'application

Il s'agit d'une sonde de qualité d'air, permettant notamment de réguler la ventilation en fonction des besoins.
La mesure des Composés Organiques Volatiles ("mixed-gas sensors" ou VOC en anglais) est surtout réalisée dans les lieux fortement pollués par la présence de fumée de tabac ou d'odeurs.
La sonde présente en effet une grande sensibilité aux odeurs d'origine humaine, à la fumée de cigarette et aux émissions provenant des matériaux d'ameublement et de décoration, aux produits d'entretien ménager,... Bref, aux bonnes comme aux mauvaises odeurs!
Il ne faut donc pas interpréter trop vite l'emballement du ventilateur lorsque la secrétaire rentre dans son bureau : c'est seulement la puissance de son parfum !
Elle permet une mesure simple, peu onéreuse, bien adaptée aux applications qui réclament une évaluation non sélective des polluants dans les bâtiments.
Sa concurrente directe est la sonde CO2 plus fidèle pour détecter le nombre de personnes présentes dans un local, par exemple.







Maintenance


Les mesures de composés organiques volatiles à semi-conducteurs requièrent un étalonnage fréquent bien qu'il ne soit pas toujours spécifié par les constructeurs. Une périodicité de 6 mois au plus est conseillée.
Le choix du mélange de référence est ouvert.
Le ré-étalonnage nécessite de prendre desprécautions quant au choix du mélange de référence. Quelques noticestechniques de fournisseurs préconisent de réaliser un étalonnage pourune concentration de méthane de 1 000 ppm. Il semble que l'acétonepuisse être utilisée pour simuler les odeurs corporelles et le monoxydede carbone pour la fumée de tabac.

La sonde CO2

                

Domaine d'application


Le CO2, dioxyde de carbone, n'est pas un polluant pour les niveaux de concentration rencontrés normalement dans les bâtiments. Il est cependant représentatif du nombre d'occupants. et donc, de façon indirecte, des polluants dégagés par les usagers, comme les odeurs. Par contre, il est peu sensible aux émanations de la combustion du tabac.
Le taux de C02 constitue donc un paramètre intéressant pour le réglage de la ventilation des locaux à occupation intermittente et variable comme les salles de conférences, de spectacle, d'enseignement... et les locaux où la fumée du tabac n'est pas le principal agent polluant. Dans ce cas, c'est une "sonde de COV" (Composés Organiques Volatiles) ou "sonde de mélange de gaz" qui sera choisie.
A ne pas confondre avec les sondes CO, sondes qui détectent le monoxyde de carbone, principalement utilisées pour la ventilation des garages.








Condenseur et tour de refroidissement







Vue synoptique
La chaleur extraite par une machine frigorifique doit être évacuée vers l'extérieur. Le plus simple est de refroidir le fluide frigorigène avec l'air extérieur :
Mais la puissance de refroidissement est parfois trop faible. On peut la renforcer grâce à l'évaporation d'eau supplémentaire (lorsque de l'eau s'évapore, la chaleur de la vaporisation est "pompée" sur la goutte d'eau qui reste et qui donc se refroidit):
Problème :parfois, la distance entre le groupe et la toiture est fort élevée et la perte de charge sur le circuit frigorifique serait trop importante.
Aussi, un circuit d'eau est créé : l'eau refroidit le fluide frigorifique et l'air refroidit l'eau !
Trois types d'échangeur sont rencontrés :

1° L'aéro-refroidisseur :

L'eau est directement refroidie par l'air.

2° La tour de refroidissement fermée :

Une puissance supplémentaire est donnée par pulvérisation d'une eau indépendante du circuit.

3° La tour de refroidissement ouverte :

Cette fois, c'est l'eau qui traverse le condenseur qui est directement pulvérisée et en partie évaporée.





Fonctionnement d'une tour de refroidissement
Un litre d'eau évaporée évacue 2 500 kJ de chaleur.
Pour obtenir le même effet avec le refroidissement de l'eau, on devrait refroidir 60 litres d'eau de 10°C... (sur base d'une capacité calorifique de l'eau de 4,18 [kJ/kg.K].
C'est sur ce principe physique que la tour de refroidissement fonctionne. Ainsi, dans la tour ouverte, l'eau chaude issue du condenseur est pulvérisée en micro-goutelettes, puis ruisselle sur une surface d'échange eau-air. Un ou plusieurs ventilateurs provoquent un courant contraire ascendant. Du fait de l'échange avec l'air froid et de l'évaporation partielle, la température de l'eau diminue. L'eau refroidie est recueillie dans un bac et repart vers le condenseur.
En théorie, si l'échange était parfait (surface d'échange infinie), l'eau refroidie atteindrait la température humide de l'air. Par exemple, si l'air extérieur est de 30°C, 40 % HR, sa température humide est de 20°C 100 % HR. Mais l'eau n'atteindra pas cette valeur. En pratique, elle sera de 3 à 8°C au-dessus de cette valeur, suivant le dimensionnement du bureau d'études (pour atteindre 3°C, il faut dimensionner largement la tour). Cette valeur est appelée l'"approche".
Comparons les systèmes en fixant des valeurs moyennes : une température d'air de 30°C 40 % HR, une "approche" de 5°C, un pincement des échangeurs de 6°C et un échauffement de la température de l'eau de 7°C.
-
-
Entrée condens.
Sortie condens.
T°condensat.
fluide frig.
Condens. à air
normal
T° air sec = 30°
T° air = 30°
T° air = 37°
43°
avec évaporation d'eau
T° air sec = 30°
T° air = 25°
T° air = 32°
38°
Condens. à eau
tour ouverte
T° air humide = 20°
T° eau cond = 25°
T° eau cond = 32° regulation-clim.blogspot.com/
38°
tour fermée
T° eau pulvér. = 25°
T° eau cond = 31°
T° eau cond = 38°
44°
dry-cooler
T° air séche = 30°
T° eau cond = 36°
T° eau cond = 43°
49°
Cette approche simplifiée situe l'ordre de grandeur de la température de condensation, et donc l'impact sur la consommation du compresseur.





Les aéro-refroidisseur (ou dry cooler)
L'aérorefroidisseur est un simple échangeur eau/air : un ou plusieurs ventilateurs forcent le passage de l'air extérieur pour accélérer le refroidissement.
Cette batterie d'échange convient en toute saison, puisqu' en ajoutant un antigel (type glycol), elle est insensible au gel.
Elle présente donc l'intérêt de refroidir le condenseur de la machine frigorifique ... à distance ! Le groupe frigorifique peut être en cave et l'aéro-refroidisseur en toiture : la boucle d'eau organisera le transfert.
Un exemple simple est donné par une armoire de climatisation d'un local informatique :
Elle n'est pas aussi performante qu'une tour de refroidissement avec pulvérisation d'eau puisque la température de refroidissement est limitée à la température de l'air extérieur...

Boucle d'eau

L'eau de refroidissement tourne en circuit fermé entre le condenseur et l'aéro-refroidisseur. On doit dès lors prévoir un vase d'expansion et une soupape de sûreté sur la boucle. Des purgeurs seront placés aux points hauts de la boucle.
Un gros avantage (surtout par rapport aux tours ouvertes) est qu'il n'y a pas de risque d'entartrage ou de corrosion du circuit puisqu'il s'agit toujours de la même eau qui circule ("eau morte").

Régulation

Généralement, un thermostat placé sur la boucle d'eau actionne le ou les ventilateurs en fonction de la température.
C'est le point faible de l'aérorefroidisseur : la température de l'eau de refroidissement est élevée
Or, si l'air de refroidissement est chaud, l'eau sera encore plus chaude et, dans le condenseur, la pression de condensation sera très élevée. Le compresseur verra dès lors sa consommation énergétique augmenter.
Proportionnellement, la tour de refroidissement aura un meilleur rendement... mais une sensibilité à la corrosion plus forte...
Ce système doit donc être limité aux installations de moyenne puissance.



Les tours de refroidissement
Dans une tour de refroidissement, on va profiter de l'effet de refroidissement créé par la vaporisation de l'eau. En effet, pour passer à l'état vapeur, l'eau a besoin d'énergie. Et cette énergie, elle la prend sur elle-même. Une eau qui s'évapore ... se refroidit.

Tour ouverte

On parle de tour "ouverte" si c'est l'eau de refroidissement elle-même, venant du condenseur, qui est pulvérisée. C'est le système le plus efficace qui entraîne le refroidissement le plus élevé. Mais le contact entre l'eau et l'atmosphère est source de corrosion (oxygénation de l'eau, introduction de poussières et de grains de sable qui risquent de se déposer dans le condenseur, risque de gel accru,...).
Un exemple simple est donné ci-dessous pour une armoire de climatisation d'un local informatique :
A noter qu'il existe des tours ouvertes sans ventilateurs. La pulvérisation d'eau est réalisée avec une pression assez élevée et cette pulsion d'eau entraîne l'air avec elle par effet induit (effet Venturi). L'avantage premier est la diminution des bruits et des vibrations.

Tour fermée

On parle de tour "fermée" si l'eau du circuit de refroidissement circule dans un échangeur fermé sur lequel de l'air extérieur est pulsé, et de l'eau est pulvérisée. Il s'agit soit d'une tour ...?
L'évaporation partielle de l'eau entraîne un refroidissement plus faible que dans le cas de la tour ouverte, mais les risques de corrosion sont annulés.
Voici l'exemple adapté pour une armoire de climatisation :
La consommation d'eau se limite à la quantité d'eau évaporée (présence d'une alimentation par flotteur), plus un faible volume lors de purges pour éliminer les impuretés qui se sont concentrées dans le fond du bac.


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