Choix du contrôle de l’humidité

1. Critère de choix

L’impacte de la consigne d’humidité sur la consommation des équipements de climatisation n’est pas négligeable. Le choix de fixer cette consigne est lié essentiellement au type d’activité prévu dans la zone considérée. Certaines activités, notamment en chirurgie, nécessitent de travailler à humidité constante.

Si les utilisateurs ne précisent pas la consigne d’humidité à appliquer, il est intéressant de laisser varier cette valeur dans une plage donnée. La norme NF S90-351 recommande une plage de variation de l’humidité entre 45 et 65 %. Énergétiquement parlant, on peut entrevoir la possibilité de réaliser des économies sur l’humidification et la déshumidification d’une part, le chauffage et le refroidissement d’autre part.

Le choix de la plage de 45-65 % n’est pas un hasard :

  • 45 % constitue la limite basse d’humidité relative où il est nécessaire d’humidifier la zone afin de réduire le risque d’explosion lié à la libération éventuelle de gaz lors de l’utilisation du bistouri en chirurgie abdominale par exemple;

 

  • 65 % constitue la limite haute d’humidité relative où il est nécessaire de déshumidifier la zone afin de réduire le risque de développement de germes pathogènes.

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Pour en savoir plus sur l’évaluation des paramètres de confort.

2. Orientations

La consigne d’humidité ambiante est fixe

Vu les débits mis en jeu, ce choix conduit à une débauche de consommation des équipements de traitement de l’air :

  • En période chaude, il est nécessaire de refroidir et déshumidifier plus que nécessaire avec dans la plupart des cas le besoin de post-chauffer; Il y a donc destruction de l’énergie.

 

  • En période froide, il est nécessaire d’humidifier plus.

Le diagramme de l’air humide suivant met en évidence la classification des points-heures représentatifs d’une année climatique type. En d’autres termes chaque point (en moyenne 8 760 points sur un an) représente une heure pendant laquelle la température et l’humidité sont relevées et figées.

Points-heures d’une année climatique type à Uccle..

La densité et la surface qu’occupent les nuages de points de couleurs différentes traduisent l’importance des périodes pendant lesquelles il est nécessaire de traiter l’air extérieur pour l’amener aux conditions d’ambiance de la zone à risque de contamination élevé.

On voit tout de suite qu’il y a beaucoup de périodes où :

  • il faut chauffer et humidifier,
  • il faut déshumidifier et post-chauffer.

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Pour en savoir plus sur le contrôle théorique de l’humidité d’une salle d’opération en « tout air neuf ».

La consigne d’humidité est variable dans une fourchette prédéfinie

Points-heures d’une année climatique type à Uccle.

Dans le graphe ci-dessus, on voit tout de suite que les périodes où il faut :

  • chauffer et humidifier sont réduites,
  • déshumidifier et post-chauffer sont moins importantes.

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Pour en savoir plus sur le contrôle théorique de l’humidité d’une salle d’opération en « tout air neuf ».

3. Choix

Le choix énergétique s’orientera naturellement vers la solution où l’on peut éviter au maximum le contrôle de l’humidité autour d’une valeur fixe. Les résultats suivants en attestent.

Les graphiques ci-dessous représentent la consommation théorique des équipements de l’installation de climatisation d’une salle d’opération classique au cours d’une année type et en période d’occupation.

Consommation des équipements de l’installation de climatisation.

Consommation de l’installation de climatisation par type d’énergie.

Sur base du bilan présenté à travers les graphiques ci-dessus, on constate que le choix de la gestion de l’humidité ambiante variable dans une plage admissible par les occupants, et en accord avec les normes de confort et d’hygiène, s’impose (économie de 30 à 40 % en tout air neuf).

L’exercice est le même pour les zones à risque contrôlé élevé à recyclage.

Ici le bilan peut être encore plus probant: pour les mêmes conditions, c’est-à-dire passer d’une consigne fixe à 50 % d’humidité relative ambiante à une fourchette de variation de 40 à 70 % (selon le RGPT), entraîne une diminution de la consommation de l’ordre de 60 % sachant cependant, que dans l’absolu, les quantités d’énergie mises en jeu sont beaucoup plus faibles.

Dans une configuration de terrain, il est nécessaire de laisser le choix au chirurgien de pouvoir programmer sa consigne d’humidité fixe si cela s’impose mais avec l’option par défaut de la création prédéfinie d’une plage de variation admissible de l’humidité.


Choix de la régulation associée

On peut sans grand problème réguler l’humidité ambiante par un jeu de sondes d’humidité :

  • à la sortie de la centrale de climatisation,
  • et dans la reprise.

En humidification

En fonction de l’écart entre l’humidité relative mesurée sur l’air extrait et la valeur de consigne réglable sur le régulateur, il y a action sur l’humidificateur. Un limiteur maximal d’humidité relative de l’air soufflé limite, par exemple, le débit de vapeur pulvérisé. Une sonde de sécurité (en option) commande directement l’arrêt de l’humidificateur.

D’autres types de régulation moins onéreuse au niveau de l’investissement existent. Néanmoins, si elles sont mal réglées, elles génèrent une surconsommation non négligeable :

Techniques

Pour en savoir plus sur la régulation d’un humidificateur par point de rosée.

En déshumidification

C’est le même régulateur qui agit en cascade sur la batterie froide, pour la déshumidification.

Les régulateurs sont actuellement :

  • soit des régulateurs classiques préprogrammés,

 

  • soit des automates programmables adaptés à la gestion HVAC des bâtiments. On les choisira en s’assurant de la possibilité de programmer des plages d’humidité d’ambiance, sachant qu’en général les régulateurs classiques n’intègrent qu’une consigne fixe de 50 % HR avec une précision de + ou moins x % par exemple.
Exemple.

 Soit une consigne d’humidification fixe de HR 50 % à + 10 % :

  • La limite haute à laquelle le régulateur réagit pour donner l’ordre de déshumidifier est de HR = 60 %. À partir de ce moment, la batterie froide fonctionne jusqu’au moment où l’humidité ambiante est revenue à une valeur de 50 %,

 

  • la limite basse est de 40 %. C’est à ce moment que le régulateur commande l’humidificateur pour ramener la valeur de l’humidité ambiante à 50 %.

On se rend compte que l’énergie mise en jeu est importante pour ramener l’humidité ambiante à sa valeur de consigne.

>  Soit une consigne d’humidification variable entre 40 % et 60 %

Ce mode de régulation est énergétiquement intéressant !

Le régulateur peut être :

  • Centralisé dans le local technique à côté de la centrale de climatisation. Il peut aussi être programmé en local ou à distance, via un bus de communication, à partir d’une GTC (gestion technique centralisée). La commande à distance à partir de la zone à climatiser est souvent une option.

 

  • Local avec intégration de la sonde d’humidité. Cette configuration peut permettre aux utilisateurs de la commande de la consigne d’humidité.

Techniques

Pour en savoir plus sur la régulation de la déshumidification.

La limite haute de l’humidité

Dans le cas d’un humidificateur à vapeur, il y a toujours un risque de souffler du brouillard : saturation de l’air en eau. Une détérioration rapide des conduites s’en suivrait. Il est donc impératif de placer une limite haute d’humidité dans le conduit de pulsion.


Choix des composants associés

1. L’humidificateur

Le choix de l’humidificateur en zone à risque de contamination élevé est délicat. En général, les concepteurs préfèrent jouer la carte de la sécurité, à savoir l’humidificateur à vapeur. Ce choix, en effet, est prudent puisqu’il élimine pratiquement tous les problèmes de contamination.

Mis à part le critère d’hygiène, en conception énergétique plus la plage de régulation de l’humidité est grande, plus le dimensionnement de l’humidificateur sera faible !

Il est important quand même de mentionner les autres types d’humidificateur età chacun de se faire sa propre opinion.

Techniques

Pour en savoir plus sur :

2. La batterie de déshumidification

La batterie froide remplit les deux fonctions, à savoir :

  • le refroidissement de l’air,
  • et sa déshumidification.

En conception énergétique, le choix de la batterie de déshumidification sera influencé entre autres par la nécessité de déshumidifier jusqu’à une valeur d’humidité de consigne fixe.

3. Les sondes d’humidité

Dans la conception moderne des zones à risque de contamination élevé, le contrôle de l’humidité pose moins de problèmes qu’auparavant. En effet, les sondes d’humidité ou hygromètres actuels sont devenus fiables et permettent, associées à des automates, de réguler de manière optimum l’humidité de l’ambiance.

Dans la conception énergétique, il est intéressant soit de combiner dans l’algorithme de régulation les données enregistrées par des sondes d’humidité et de température ou soit de carrément considérer les sondes enthalpiques.

4. Les régulateurs

Dans les projets modernes, les régulateurs sont des automates programmables reliés entre eux et, éventuellement, à un superviseur (GTC) par un bus de communication. À l’heure actuelle, il est rare de voir des conceptions où les régulateurs sont pneumatiques. En effet, les coûts d’investissement (centrale de production d’air comprimé), d’exploitation (système de régulation à fuite contrôlée) sont importants et la précision ne vaut pas celle d’une installation électronique.