Humidificateurs à évaporation

Sommaire

Principe de fonctionnement

Le principe de ce type d’humidificateur consiste à favoriser au maximum l’évaporation d’eau dans l’air pulsé, sans pulvérisation. La surface de contact entre air et eau doit donc être maximale, grâce

soit au passage de l’eau dans une structure alvéolaire, type nid d’abeilles,
soit à l’imprégnation de l’eau dans un média spécial au travers duquel l’air s’infiltre,
soit au ruissellement de l’eau sur une surface en contact avec l’air.

Dans l’appareil schématisé ci-dessus, un bac maintient l’eau à niveau constant grâce à un flotteur. La pompe envoie l’eau au sommet de l’appareil, d’où elle s’écoule dans le média ou sur le support.

La fraction non évaporée est recueillie dans le bac et recyclée.

Puisque les sels ne sont pas évaporés, la concentration en sels augmente régulièrement dans l’eau du bac, risquant d’obstruer ainsi le média par les dépôts. On prévoit alors un débit de déconcentration, fonction de la teneur en sels de l’eau de ville.

Comme pour les appareils à pulvérisation, les humidités relatives maximales à la sortie de l’appareil sont de l’ordre de 80 à 85 %. L’encombrement est toutefois plus faible.

À noter que le taux d’humidité relative est fonction de la température de l’air à humidifier :

Un humidificateur placé directement dans le local travaille avec de l’air à 20° 50 % HR; l’air à la sortie sera au mieux porté à 60 ou 65 % HR.
Dans un caisson d’humidification, l’air est d’abord porté par la batterie de préchauffe à une température de 25 à 30°C et 20 % HR; sa “soif d’eau” est plus importante et portera l’air à 90 % HR.

L’humidificateur agit comme un filtre humide très efficace. On considère d’ailleurs que la classe du filtre s’en trouve relevée d’une unité. Mais il s’en suit que :

Si l’ambiance est propice aux poussières, un filtre en amont reste requis.
La matière alvéolée doit être remplacée fréquemment.

Évolution dans le diagramme de l’air humide

L’évaporation de l’eau nécessite un changement d’état, et donc une quantité de chaleur appelée “chaleur de vaporisation”. Cette énergie est prise sur l’air, … qui se refroidit en s’humidifiant.

Globalement, dans le système “eau + air”, rien ne se perd, rien ne se crée. L’énergie totale est conservée : l’énergie de l’air “sec et chaud” est égale à l’énergie de l’air “froid et humide”. On dit que la transformation est “isenthalpique” ou encore “adiabatique”.

Sur le diagramme de l’air humide, l’évolution de l’air suit une isenthalpe. Au maximum, l’air peut atteindre la saturation.

Exemple : de l’air à 20°C 30 % HR sort de l’humidificateur à 12°C et 85 % HR.

Humidificateurs type laveurs d’air

Certains humidificateurs travaillent avec de l’eau recyclée, d’autres avec de l’eau perdue.

La vitesse de déplacement de l’air est généralement comprise entre 1 et 3 m/s. Au-delà, il sera utile de prévoir un casse-gouttelettes qui recueillera les micro-gouttelettes qui seraient emportées par la veine d’air.

Évaporateur à média

Un matériau de type synthétique est placé (sorte d’éponge); il peut absorber jusqu’à 100 litres d’eau par m³ !

Évaporateur à fils

Des fils de nylon sont tendus verticalement. De l’eau ruisselle tout au long des fils et de l’air est forcé au travers de ce réseau très serré. L’échange est efficace mais l’entretien ne semble pas évident.

Humidificateur placé directement dans le local

Ce type d’humidificateur (généralement monté sur roulettes) est utilisé dans des bureaux, des salles de musées, etc..

Le principe de fonctionnement est généralement le suivant. Une roue constituée de média absorbant est mise en rotation lente. Sa partie inférieure plonge dans un bac-réservoir placé en partie basse de l’appareil. Parallèlement, un ventilateur pulse l’air au travers du média. La vitesse de rotation de la roue étant réglable et le ventilateur étant un appareil à 3 vitesses, il est aisé de réguler par hygrostat le taux d’humidité de l’ambiance.

Le débit d’humidification est en général assez faible (de l’ordre de 2 litres à l’heure).

Pour des raisons hygiéniques, le média sera renouvelé régulièrement et le bac soigneusement nettoyé.

Avantages

Par rapport à un système à pulvérisation, l’humidificateur à évaporation présente les avantages

De ne pas transférer de sels (calcaire, …) dans l’air pulsé vers les locaux.
De purifier l’air davantage puisque l’humidificateur agit comme un filtre humide.
De demander un encombrement généralement plus faible.

Inconvénients

En pratique, on constate que :

Le média est souvent un lieu de prolifération de bactéries, de champignons,…
L’humidificateur à ruissellement est parfois difficilement nettoyable.
Les pertes de charge sont augmentées par rapport aux autres systèmes d’humidification.

A priori, l’humidificateur à évaporation semble donc peu recommandable pour une bonne qualité hygiénique de l’air. La stérilisation de l’air au moyen de lampes à ultraviolets est une des solutions possibles.

Maintenance

Lorsqu’on parle d’humidification surgit très souvent la crainte de la légionellose. Les légionelles se multiplient à partir d’une température de 20°C, la croissance est maximum jusqu’à environ 45°C. Elles meurent dès qu’on dépasse 60°C.

Ce type de bactérie se développe en eau stagnante, en présence de substances organiques, d’algues vertes, d’amibes, tartre, etc.

Tout type d’humidification doit être entretenu. Certains peuvent être nettoyés avec de l’eau chaude. Il est conseillé, sous réserve des précautions habituelles, de désinfecter les agrégats pendant 48 heures avec 5 à 10 ppm de chlore dans l’eau.

En règle générale, un humidificateur à évaporation devrait être vidangé et nettoyé au moins deux fois par an et au mieux une fois par mois.

Idéalement, on peut automatiser la chose

soit par horloge,
soit par un système de mesure qui commande la vidange dès que la température de l’eau dépasse un seuil (en fonctionnement, la température s’abaisse à la température de bulbe humide de l’air).

Précautions à prendre

Pour minimiser les risques de présence excessive de légionelles, on peut

Se rappeler qu’en été la température de l’eau de ville est plus élevée qu’en hiver. Un bac stockant de l’eau risque d’être un bouillon de culture !
Éviter des tuyauteries plastiques transparentes. L’eau déminéralisée semble être sensible à la lumière et cela favorise l’apparition d’algues.
Les humidificateurs travaillant avec de l’eau à une température supérieure à 60°C ne présentent pas de risque, pour autant qu’il n’y ait pas de longues interruptions sans vidange.
Installer des appareils avec rayons ultraviolets. En effet les rayons UV ont la propriété de tuer les légionelles. Mais la durée de vie des lampes à ultraviolets est limitée dans le temps. Un remplacement s’impose après un certain nombre d’heures.

Traitement de l’eau

Afin d’éviter l’entartrage des alvéoles, des fils,… , il est conseillé d’utiliser une eau ayant subi un adoucissement puis un mitigeage pour atteindre 10 à 15°F de dureté.

Le constructeur précise généralement le pourcentage de déconcentration à adopter en fonction de la qualité de l’eau. Un calcul du débit de déconcentration est proposé.

Régulation

Pour les humidificateurs d’ambiance directe

On utilise généralement des humidificateurs par action tout ou rien, l’hygrostat enclenchant l’appareil lors du dépassement d’un seuil réglable. Un hygrostat supplémentaire de sécurité est également prévu pour limiter le risque en cas de panne du premier régulateur.

Pour les humidificateurs en conditionnement d’air

Une régulation par on-off est également possible mais reste peu précise. Dans les systèmes avec humidification d’un média par écoulement, il est possible de moduler le débit par un régulateur proportionnel agissant sur une vanne à servomoteur placée sur l’écoulement.