Choisir un système de déshumidification

Préalable : le besoin de déshumidification

En Belgique, l’humidité absolue extérieure dépasse rarement les 15 gr d’eau par kilo d’air, ce qui, pour des températures de l’ordre de 25° correspond à 70% d’humidité relative.

 

Température et humidité extérieure pour un mois de juillet moyen à Uccle.

Un tel niveau est confortable, et cela correspond à l’intuition : il est rare que l’on ait, en été, une sensation d’humidité exagérée, comme on le ressent sous les tropiques.

Trois cas de figure vont néanmoins justifier l’installation d’un système de deshumidification.

Le respect d’une consigne stricte

Théoriquement, un inconfort thermique lié à une trop grande humidité n’apparaît pas à moins de 70% d’humidité relative. Des exigences plus strictes peuvent cependant être énoncées par l’occupant, par exemple en référence à la norme NBN EN 15251. Tout comme pour l’humidification, des spécifications rigides dans un cahier des charges tel que “maintien des locaux à 21°C et 50 % HR” vont entraîner des gaspillages énergétiques. Au minimum, des seuils minimum et maximum doivent être exprimés, et pourquoi pas des périodes de dépassement autorisées (5… 10% du temps).

Quelque soit le niveau maximal d’humidité toléré, celui-ci ne pourra pas être maintenu à tout moment à l’intérieur d’un bâtiment sans recours à une installation de deshumidification. Il suffit en effet d’une météo orageuse pour que le niveau d’humidité de l’air extérieur devienne inconfortable.

L’acceptabilité de dépassements ponctuels du seuil d’humidité est comparable à l’acceptabilité de températures élevées dans un bâtiment. Elle dépendra de la capacité d’action de l’occupant (créer un courant d’air?… les moyens d’action contre une humidité trop élevée sont limités), de sa compréhension de l’origine de l’inconfort et de sa durée prévisible (“Ca va tomber ce soir!”), etc.

Enfin, il faut garder à l’esprit que la mesure dans la reprise d’air est souvent faussée, par l’échauffement de l’air au niveau des luminaires, notamment. Il n’est donc technologiquement pas simple de garantir un strict respect d’une consigne d’humidité.

La production d’humidité à l’intérieur

La présence d’occupants et de certaines activités dans un bâtiment dégagent de l’humidité : on parle de 70 à 100 gr d’eau par heure et par personne pour un travailleur de bureau. Cette humidité est diluée dans l’air neuf, et représente en conséquence une charge non négligeable de 1.9 à 2.8 gr d’eau par kilo d’air, sur base d’un débit d’air neuf de 30 m³/(h.personne).

Ajouté à l’humidité extérieure estivale, cette charge justifie le système de déshumidification. Existe-t-il une alternative? Oui : si le bâtiment est conçu pour fonctionner selon un mode “free cooling” lors des journées d’été, le taux d’air neuf sera beaucoup plus important, typiquement plus de 100 m³/(h.personne) dans le cas d’une ventilation naturelle. La charge d’humidité liée à l’occupation représente dès lors moins de 1 gr d’eau par kilo d’air, et les périodes de temps où cette charge, ajoutée à l’humidité extérieure, provoque un inconfort est limité.

Le risque de condensations surfaciques

Si dans le local se trouve un émetteur de refroidissement qui n’autorise pas de condensations surfaciques, tel qu’un plafond rayonnant ou une dalle active, il peut être nécessaire de contrôler le taux d’humidité de l’ambiance. Ces systèmes sont normalement conçus pour limiter le risque de condensation : ils sont alimentés avec une température d’eau la plus élevée possible, de façon à être au-dessus du point de rosée de l’ambiance.

Par exemple, avec un régime de température d’eau de 17°-20° dans un plafond rayonnant, un simple refroidissement de l’air à 16° est suffisant pour éviter les condensations. La température de rosée est donnée dans le tableau ci-dessous pour différentes combinaisons de température et d’humidité:

Température de l’ambiance Humidité relative de l’ambiance Température de rosée
21 50 10,19
60 12,95
70 15,33
23 50 12,03
60 14,82
70 17,24
25 50 13,86
60 16,70
70 19,15

La déshumidification concrètement

En pratique, la déshumidification d’une ambiance se fait par pulsion d’un air “asséchant”, c’est à dire dont l’humidité absolue est inférieure à celle de l’ambiance. Pour produire cet air relativement sec, le principe couramment utilisé est la condensation : mis en contact avec une batterie d’eau glacée dans une centrale de traitement d’air, l’air se refroidit au-delà de son point de rosée et l’humidité excédentaire condense. Mais l’air sec obtenu est trop froid pour être amené tel quel dans un local. Il provoquerait un courant d’air inconfortable, voir une condensation malvenue de l’air du local à la sortie de la bouche du pulsion. Une postchauffe est donc généralement prévue au moyen d’une batterie alimentée en eau chaude ou d’une résistance électrique.

C’est le principe expliqué sur le diagramme de l’air humide ci-dessous :

  • On dispose au départ d’un air extérieur à 28°C et 17 greau/kgair (70.7%HR – point E) dont la température de rosée est de 22°C.
  • Le passage par la batterie d’eau glacée amène à 10.5°C et 8 greau/kgair (100%HR – point X). L’air a perdu environ 9 greau/kgair.
  • La postchauffe ramène à une température de soufflage confortable de 16°C pour 8 greau/kgair (70%HR – 36kJ/kg – point S).
  • Les conditions d’ambiance qui seront créées grâce à la pulsion de cet air dépendent du débit, de la production d’humidité par l’occupation, etc. Si l’on se base sur un dégagement intérieur dilué dans l’air neuf de 3 greau/kgair on arrive à 8+3=11 greau/kgair, ce qui, à 25°C, correspond à une humidité relative d’un peu plus de 50%.

Puisque la déshumidification se fait par condensation de l’humidité de l’air sur une batterie de refroidissement, la plupart des systèmes de production de froid traditionnels peuvent être utilisés. La seule condition est de disposer d’une batterie d’eau glacée, pour pouvoir amener l’air à une température suffisamment basse.

Oui mais… dans les pages sur la climatisation, il est dit qu’il faut choisir des systèmes de refroidissement à haute température, pour mieux valoriser la fraîcheur de l’environnement. Alors quoi ?

Il y a là en effet un conflit. L’expression d’un besoin de déshumidifier peut disqualifier des techniques intéressantes pour le refroidissement telles que les systèmes de geocooling ou de refroidissement adiabatiques. Ces techniques sont-elles donc à l’arrivé moins intéressantes qu’escompté? Pas nécessairement, car:

  • Le système de production de froid qui assure la déshumidification de l’air et celui qui est chargé du contrôle de la température des locaux ne sont pas forcément les mêmes. Les systèmes d’air conditionné des années 70 et 80, dans lesquelles des grands débits d’air froid assuraient le contrôle simultané de la température et de l’humidité n’ont plus autant la cote aujourd’hui. Le contrôle thermique des locaux se fait de plus en plus par boucle d’eau et plafonds rayonnants ou poutres froides, tandis que le traitement de l’humidité reste assuré par la pulsion de l’air hygiénique. Si les distributions sont différentes, les modes de production pourraient l’être aussi.

 

Combinaison d’un top cooling alimenté par une machine frigorifique à compression et de plafond rayonnants alimentés par un geocooling.

  • Le besoin de contrôle de l’humidité en été n’est sans doute pas aussi impérieux que celui de contrôle de température. Si l’approche de la conception du bâtiment et des systèmes est de limiter la consommation d’énergie en été par un contrôle des charges thermiques et un système de refroidissement à “haute température”, peut-être n’est-il pas nécessaire de déshumidifier? Des inconforts ponctuels peuvent parfois être acceptés par les occupants. En outre, des températures intérieures légèrement plus élevées modifient sensiblement l’humidité relative : par exemple, pour une même humidité absolue de 13 greau/kgair, tolérer un glissement de température de 24 vers 26°C fait passer l’humidité relative de 70% à un petit peu plus de 60%.

Et puis, il existe une alternative à la déshumidification par batterie d’eau glacée : la roue dessicante, qui permet de refroidir et déshumidifier l’air pulsé au moyen… d’une source de chaleur. C’est donc une piste intéressante lorsque le bâtiment n’est pas équipé d’une machine de refroidissement traditionnelle.

 

Eléments d’une roue dessicante.

Enfin, pour la postchauffe, la question n’est pas différente de celle du choix d’une batterie de préchauffage de l’air neuf.

La consommation énergétique de la déshumidification

Le calcul de la consommation d’énergie pour la déshumidification est fonction de la chaleur de vaporisation de l’eau (0,694 Wh/gramme) et de la somme des écarts entre l’humidité extérieure et l’humidité de l’ambiance.

Puisque la déshumidification va systématiquement de pair avec le refroidissement, il est utile de s’intéresser au coût du mètre cube d’air traité en été. Celui-ci est de l’ordre de 55 kJ/m3 d’air, en ce compris la postchauffe, pour un point de soufflage à 16°C et 70%HR. S’il n’avait pas été nécessaire d’abaisser la température sensiblement plus bas que le point de soufflage à des fins de déshumidification, pour de réaliser une post chauffe, le coût énergétique n’aurait été que de 35 kJ/m³. On le voit, le traitement de l’humidité augmente considérablement le coût du traitement de l’air.

Pour réaliser vos propres bilans annuels, des outils de calcul des grammes-heure de déshumidification sont disponibles.

Enfin, une étude de cas détaillée de la consommation d’énergie liée à la déshumidification dans une salle d’opération montre le potentiel de réduction de cette consommation par le choix des consignes : une consigne flottante offre près de 80% d’économie par rapport à une consigne fixe.