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Auteur : les anciens

Eté 2008 : Brieuc.

Notes : 04.03.09

  • Winmerge : ok – Sylvie
  • Mise en page [liens internes, tdm, en bref !, passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie

Des questions à se poser

Plus d’infos ?

Avant d’humidifier …
Le besoin d’humidifier est-il réel ? Il est nécessaire si une ventilation est organisée dans les locaux. Mais il est superflu dans une cafétéria, une salle de restaurant, une salle d’archives, …

Évaluer

Le débit d’air neuf hygiénique a-t-il été évalué correctement ? (tout excès d’air entraîne une consommation d’eau excédentaire).

Evaluer

Est-il possible d’organiser un recyclage partiel de l’air extrait et donc un recyclage de l’humidité de l’air (dans une installation « tout air ») ?

Concevoir

Faut-il imposer une consigne d’humidité relative intérieure permanente ou imposer un seuil minimal d’humidité au dessus duquel le taux d’humidité peut flotter ?

Concevoir

L’hygrométrie est-elle variable d’un local à l’autre ? L’attribution des locaux pourrait être ultérieurement modifiée ? Ne doit-on pas privilégier une humidification individuelle par local ?

Concevoir

Le choix du matériel et de la régulation :
Une analyse comparative des coûts énergétiques a-t-elle été faite ?

Concevoir

Une analyse comparative des consommations en eau a-t-elle été faite ?

Concevoir

Les précautions liées à la maintenance des humidificateurs, tout particulièrement pour les appareils à recyclage ou à évaporation, ont-elles été prises ? Une vidange automatique est-elle prévue ?

Concevoir

Comment sera régulé le débit de déconcentration ?

Concevoir

Aura-t-on la possibilité de stopper le fonctionnement en fonction d’un seuil de température extérieure (par exemple 5°C, ajustable par l’exploitant en fonction des exigences de confort) ?

Concevoir

Autrefois, l’air n’était pas humidifié…

Force est de constater que nous vivons généralement chez nous dans une ambiance non humidifiée. Aucun ancien bâtiment n’est humidifié…
Cependant, aujourd’hui, une ventilation est organisée dans nos bâtiments, et un besoin réel d’humidification existe alors en hiver. Il est lié à l’apport d’air neuf hygiénique. L’air extérieur froid, une fois réchauffé, est un air sec. Dans les bureaux, pour assurer un bon confort thermique, l’air est porté à un taux d’humidité relative minimum de 40 %.
Cette humidification est énergétiquement coûteuse et il est utile d’en limiter l’intensité.

L’analyse des besoins

Le besoin d’humidification est directement lié au taux de renouvellement d’air puisque c’est l’air neuf qu’il faut humidifier en hiver. Il y a donc lieu de définir précisément les besoins réels en apport d’air neuf.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de la qualité de l’air, cliquez ici !

À noter que certains locaux ne nécessitent pas d’humidification : une salle de restaurant, une cafétéria, une salle d’archives, …
Si un local nécessite un taux de renouvellement horaire de 5, sans obligation de contrôler le taux d’humidité, alors que les autres locaux n’ont besoin que d’un taux de 1 mais avec nécessité d’humidifier, il peut être intéressant de concevoir deux installations différentes.
Il sera utile de définir le niveau d’humidification : du « tout centralisé » au départ des circuits si les besoins semblent homogènes, vers le « tout décentralisé », chaque local ayant des besoins différents. Les humidificateurs autonomes à vapeur offrent beaucoup de liberté à ce sujet.

Contrôle de l’humidité strict où humidification minimale de base ?

Il est fréquent de trouver dans les cahiers des charges une demande de « maintien des locaux à 21°C et 50 % HR ».
Cette simple phrase peut générer des consommations non négligeables et inutiles.
Le contrôle strict du taux d’humidification n’est-il pas nécessaire uniquement au niveau du local informatique ? D’une manière générale, on vérifiera si l’humidification décentralisée d’une zone limitée dans le bâtiment au moyen d’un petit générateur de vapeur électrique ne pourrait pas suffire. Le restant du bâtiment étant humidifié au niveau de la centrale de traitement d’air neuf avec une humidification minimale (par exemple, un taux d’humidité réglé sur 35 % en sortie de centrale et un arrêt total de l’humidification en mi-saison et en été).
Si néanmoins un contrôle de l’humidité est choisi, l’hygrostat sera placé soit dans un local témoin non sujet à beaucoup d’infiltrations d’air (fenêtres ouvrantes, par exemple), soit dans la reprise d’air.

Attention : la mesure dans la reprise d’air est souvent faussée !

L’air extrait est légèrement plus chaud que l’ambiance (suite aux luminaires, notamment), ce qui va fausser la mesure et augmenter le taux d’humidité ambiant.

Admettons que la reprise (placée dans le faux plafond) aspire de l’air à 25°C alors que l’ambiance est à 22°C. Une consigne réglée sur 50 % HR, va générer en réalité une ambiance à 60 % HR. En effet, la sonde va régler l’humidificateur pour assurer 25°C et 50 % HR, ce qui correspond à l’humidité de 22°C et 60 % HR dans le diagramme de l’air humide…

Il faut donc tenir compte de cette stratification des températures et diminuer la consigne à, par exemple, 34% HR pour obtenir une ambiance à 40% HR.


Humidificateur à pulvérisation

Avec recyclage.

Sans recyclage.

Humidificateur à air comprimé


Humidificateur à évaporation/ruissellement

Humidificateur à ultrasons

Humidificateur à vapeur

Techniques

Ces technologies sont décrites en détail en cliquant sur :

« Humidifier, c’est augmenter la teneur en vapeur d’eau dans l’air ».

On distingue trois types de technologies pour y arriver.

1. Pulvériser de l’eau l’eau atomisée :

  • les humidificateurs à gicleurs d’eau froide (ou « laveurs d’air »),
  • les humidificateurs rotatifs,
  • les humidificateurs à pulvérisation par air comprimé + eau,
  • les humidificateurs à ultrasons,
  • les humidificateurs à pulvérisation d’eau chaude.

2. Injecter de  la vapeur :

  • issue d’un réseau de vapeur (si bâtiment équipé d’une chaudière à vapeur),
  • issue d’un générateur autonome (appareil de production de vapeur électrique).

3. Évaporer de l’eau chaude  ou froide :

  • par ruissellement d’eau sur un média,
  • par contact à la surface d’un plan d’eau.

« Humidifier, c’est fournir de l’énergie pour vaporiser de l’eau ».

On distingue les appareils suivant l’origine de la chaleur de vaporisation. Deux techniques sont possibles et les coûts qui en résultent sont fort différents.

1. Injecter de l’eau froide dans l’air :

La chaleur de vaporisation de l’eau est prise sur l’air (qui se refroidit), et le système de chauffage de l’air devra fournir cette chaleur complémentaire. On parle « d’humidificateurs à enthalpie constante »

  • les humidificateurs à gicleurs d’eau froide (ou « laveurs d’air »),
  • les humidificateurs par contact avec de l’eau froide (plaque fixe, roue, nid d’abeille),
  • les humidificateurs par ultrasons.

L’énergie de vaporisation est donnée par le combustible qui alimente la chaudière (fuel, gaz, …)

2. Injecter de l’eau chaude ou de la vapeur dans l’air :

La chaleur de vaporisation de l’eau est, en tout ou en partie, fournie par l’humidificateur. On parle « d’humidificateurs à enthalpie variable »

L’énergie est d’origine électrique (et présente donc un coût plus élevé…).

« Humidifier, c’est introduire des micro-organismes et des sels dans l’air… »

Le contact eau-air est favorable au développement de bactéries. Ce sera particulièrement le cas dans les installations où l’humidification est faite « à reflux », c’est-à-dire avec recyclage de l’eau excédentaire : humidificateurs à gicleurs d’eau froide (ou « laveurs d’air »).
On a dès lors développé des installations à pulvérisation d’eau avec un débit limité : le débit d’eau est alors totalement vaporisé (aérosols). Une fois la goutte d’eau froide évaporée, les sels contenus dans l’eau se retrouvent pulvérisés dans l’atmosphère et risquent de former des dépôts (calcium, sodium) sur les appareils (fine poussière)…  C’est le cas des humidificateurs rotatifs, des humidificateurs à pulvérisation par air comprimé + eau, … De l’eau déminéralisée peu alors être utilisée.
Les humidificateurs à vapeur garantissent la stérilité du traitement et l’absence de sel dans l’air humidifié, … mais les sels se déposent dans le préparateur de vapeur, causant beaucoup de soucis à la maintenance ! De plus, le coût d’exploitation est élevé…

Il est difficile de préciser le coût d’une installation d’humidification : la gamme d’équipements disponibles est grande et les débits d’humidification possibles également.
De plus, suivant la qualité de l’eau du réseau et le type d’humidification, il sera nécessaire ou non d’associer un traitement préalable de l’eau, avec le budget d’investissement et d’exploitation qu’il entraîne… !
On trouvera en synthèse une approche comparative des coûts d’investissements approximatifs.
À titre d’information, voici quelques ordres de grandeur ponctuels (pose non comprise) :

Humidificateur à vapeur électrique :

Débit (kg/h)

4 8 15 23 32 45 64 90

Prix (€)

1250 1575 1750 2000 2250 2500 3750 4375

En option supplémentaire, on aura

  • hygrostat tout ou rien d’ambiance : 150 €
  • hygrostat proportionnel d’ambiance : 275 €
  • hygrostat tout ou rien de gaine : 400 €
  • hygrostat proportionnel de gaine : 550 €

Humidificateur par évaporation froide (à placer directement dans un local, type musée) :

Débit d’air traité

70 m³/h 110 m³/h 500 m³/h 500 m³/h avec arrivée d’eau automatique

Débit d’eau pulsé

0,16 à 0,19 l/h 0,26 à 0,34 l/h 0,5 à 3,5 l/h 0,5 à 3,5 l/h

Prix (€)
(hygrostat compris)

275 325 525 675

Humidificateur à aérosols par disque atomiseur (à placer directement dans un local, type atelier) :

Débit d’air traité

200 m³/h 300 m³/h

Débit d’eau pulsé

0,8 l/h 1,5 à 5 l/h

Prix (€)
(hygrostat compris)

650 1550

Le coût en eau d’une installation d’humidification peut être non négligeable. Et la tendance actuelle (augmentation du prix du m³ d’eau) va amplifier ce coût.

Calculs

Pour calculer la consommation annuelle en eau pour une installation donnée, cliquez ici !

La situation est particulièrement critique pour les installations à recyclage d’eau. En effet, au bas de l’humidificateur, un bac recueille l’excédent d’eau. Suite à l’évaporation partielle de l’eau, la teneur en sels dans l’eau du bac augmente progressivement. Une déconcentration régulière par injection d’un débit d’eau fraîche est réalisée, avec évacuation de l’excédent vers l’égout.

En pratique, le risque est grand que le débit de déconcentration soit beaucoup trop élevé : à défaut de calcul, « par sécurité », le robinet reste souvent ouvert en permanence…

Calculs

Il est possible de procéder au calcul du débit de déconcentration effectivement nécessaire.

Pour maîtriser ce coût de l’eau, il est possible de prévoir une automatisation des périodes de déconcentration en fonction de la teneur en sels de l’eau du bac.
Au coût de l’eau, il faudra encore ajouter le coût de son traitement éventuel pour l’élimination des sels.

Exemple.

Soit un immeuble de bureaux de 4 000 m². Deux cents personnes y travaillent.

La nouvelle réglementation wallonne impose une ventilation de 2,5 m³/h.m² (bureaux communs). Une installation traitant 10 000 m³/h d’air neuf est dimensionnée (soit 10 000 m³/h x 1,2 kg/m³ = 12 000 kg/h).

Estimons les besoins en eau, en supposant que l’humidification fonctionne durant la saison de chauffe, aux conditions climatiques de la Belgique.

Les conditions d’ambiance à atteindre sont de 22°C et 50 % HR. Ce qui entraîne une humidité absolue de 8,2 greau/kgair.

On estime les apports hydriques internes du bâtiment suite à la présence des occupants, en considérant un apport en eau de 47 gr/h.pers :

(200 pers. x 47 greau/h.pers) / (12 000 kgair/h) = 0,8 greau/kgair

La régulation imposera un point de soufflage dont l’humidité absolue avoisine les :

8,2 – 0,8 = 7,4 greau/kgair

Dimensionnement de l’humidificateur :

Par température extérieure extrême de – 10°C et 90 % HR, l’humidité absolue est de 1,5 greau/kgair

Les débits maximum en eau sont donnés par :

12 000 kg/h x (7,4 – 1,5) greau/kgair = 70 800 gr/h = 70,8 kgeau/h,

ce qui permet de sélectionner l’humidificateur.

Estimation de la consommation :

La consommation totale saisonnière en eau sera estimée en fonction :

  • de la durée de fonctionnement de l’installation,
  • de l’écart entre l’humidité absolue moyenne extérieure et le niveau d’humidité intérieure souhaité.

Pour un immeuble de bureaux, le fonctionnement est estimé à 10 h/jour, 5 jours par semaine, durant les 35 semaines de la saison de chauffe, soit 1 750 heures/saison.

En première approximation, pour Uccle, les conditions moyennes de température et d’humidité hivernales en journée (de 8h00 à 18h00) sont de 7,7°C et 76 % HR, soit 5 greau/kgair pour l’ensemble de la saison de chauffe.

Mais plus précisément, sur base du , on doit retirer 150 heures de semaine où l’humidité absolue dépassant 7,4 greau/kgair, on peut supposer l’humidificateur à l’arrêt. Reste 1 600 heures pour lesquelles l’humidité absolue moyenne est de 4,6 greau/kgair.

La demande moyenne en eau d’humidification peut donc être estimée à :

12 000 kg/h x (7,4 – 4,6) greau/kgair = 33 600 gr/h = 33,6 kgeau/h

Autrement dit, 33,6 litres d’eau sont évaporés chaque heure, en moyenne.

Consommation saisonnière en eau d’humidification = 33,6 x 1 600 = 53 760 litres/an = 54 m³/an.

Remarques.

  • Cette consommation doit être augmentée de 50 à 200 %, si l’installation est à eau recyclée, avec débit de déconcentration.
  • Les hypothèses de départ influencent fortement le résultat du calcul qui doit être adapté à la situation particulière de chaque bâtiment.
  • Ce type de calcul permet de chiffrer l’intérêt de modifier les consignes de température et d’humidité. Ainsi, une température de 21° et une humidité relative fixée à un minimum de 40 % entraîne les adaptations suivantes :

21° et 40 % HR à 6,2 greau/kgair

apports internes à 0,8 greau/kgair

point de soufflage à 5,4 greau/kgair

Durée de fonctionnement de l’humidificateur : durant 1 025 heures l’humidité absolue extérieure est inférieure à 5,4 greau/kgair , l’humidité moyenne est de 3,9 greau/kgair.

> Nouvelle consommation en eau :

12 000 x (5,4 – 3,9) x 1 025 = 18,5 m³/an !

Deux sources de consommation sont présentes

  • l’énergie mécanique des pompes (pour la pulvérisation, par exemple),
  • l’énergie nécessaire à la vaporisation de l’eau.

La première est négligeable, au plus quelques % face à la seconde !
Par contre, l’énergie nécessaire pour faire passer l’eau de l’état liquide à l’état vapeur est fort élevée : c’est la chaleur latente de vaporisation. Et suivant le type d’humidificateur, le coût de cette énergie sera fort différent

  • Si l’humidificateur travaille à partir d’eau froide, c’est l’air qui donnera l’énergie de vaporisation. C’est donc la batterie de chauffe de l’air qui, indirectement, fournira la chaleur. Si la batterie est alimentée par de l’eau chaude, le prix de revient de la chaleur de vaporisation sera fixé par le prix du combustible en chaufferie.
  • Si l’humidificateur diffuse directement de la vapeur, soit la vapeur provient d’une chaudière vapeur et l’on se retrouve dans une situation similaire au point précédent, soit la vapeur est d’origine électrique et le coût de l’opération se trouve multiplié par un facteur 3 (c’est pratiquement toujours de l’électricité de jour…).

Pour faire passer 1 kg d’eau à 10° (température moyenne du réseau) à l’état vapeur, il faut fournir une chaleur de :

4,19 kJ/kg.K x 90 K + 2 257 kJ/kg = 2 634 kJ/kg, soit encore : 2 634 / 3 600 = 0,73 kWh/kg

Le coût moyen de l’énergie électrique étant pris à 0,1 €/kWh (tarif de jour pour le régime haute tension, pointe de puissance comprise), le coût peut être estimé à 7,25 c€/kgeau.
Pour une installation au gaz naturel ou au fuel, sur base d’un coût moyen du kWh utile (rendement compris) estimé à 3,5 c€/kWh, on obtient 2,5 c€/kgeau.

Calculs

Pour calculer le coût énergétique annuel lié à l’humidification de l’air ambiant, cliquez ici !
Exemple suite.

en reprenant

l’estimation de la consommation en eau de 54 m³/an vaporisés pour une installation de 10 000 m³/h d’air neuf hygiénique, on obtient des coûts respectifs d’humidification de 3925 €/an (électrique), 1350 €/an (gaz ou fuel). Ces coûts correspondent à une consigne de 22° et 50 % HR. Ils chutent au tiers de leur valeur pour une consigne de 21° et 40 % HR.

Avec les hypothèses de l’exemple, ramené au m², on obtient 9,9 kWh/m² soit un budget de :

  • énergie électrique : +/- 1 €/m²
  • énergie gaz ou fuel : +/- 0,35 €/m²
Ce critère est certainement déterminant dans le choix d’un humidificateur ! Le développement de bactéries dans les humidificateurs est un élément à ne pas négliger.
S’il fallait classer les systèmes sur base de ce seul critère, en partant du meilleur, on aurait
  • l’humidificateur à vapeur,
  • l’humidificateur à pulvérisation sans recyclage (tout le débit d’eau, ou presque, est évaporé),
  • l’humidificateur à pulvérisation avec recyclage (de l’eau stagne dans le bac récolteur de l’excédent),
  • l’humidificateur à évaporation avec recyclage (le média est humidifié en permanence…).

Bien sûr, une maintenance rigoureuse peut limiter fortement les risques de contamination de l’air. C’est pourquoi, même si les humidificateurs électriques sont fréquemment utilisés pour les petites installations, les laveurs d’air restent souvent choisis pour l’humidification des grosses installations.

Gérer

Pour en savoir plus sur les prescriptions de maintenance des humidificateurs : cliquez ici !

Pour limiter les risques de développement de germes dans les humidificateurs, ceux-ci peuvent être équipés de lampes à ultraviolets. Les lampes UV peuvent être placées sur la tuyauterie d’alimentation des cannes porte-gicleurs ou en by-pass avec pompe de circulation propre. L’installation en immersion dans le bac de rétention des eaux de ruissellement est moins conseillée. Il faudra cependant être attentif à ce qu’elles ne s’entartrent pas. L’eau d’alimentation doit donc idéalement faire l’objet d’un adoucissement préalable à son utilisation dans les humidificateurs. L’utilisation de lampes UV est préférable à l’utilisation de biocides pour éviter la pulsion d’agents irritants.

Dispositif de décontamination de l’eau avec lampe à ultraviolets : se place sur le circuit alimentant les gicleurs.

Humidificateur à évaporation équipé de lampes UV irradiant les câbles de ruissellement.

Parmi les systèmes à recyclage, on préférera les systèmes dont le bac de rétention est le plus petit possible et sans recoin, par exemple avec un fond incliné conduisant vers la prise d’eau.
On notera que l’humidification de l’air par un procédé de type évaporation ou pulvérisation permet un relatif nettoyage des diverses particules en suspension dans l’air, à l’image de la pluie qui nettoie partiellement une atmosphère poussiéreuse. C’est à ce titre qu’on appelle parfois ce type d’humidificateur : « laveur d’air ». Dans ce cas, l’humidificateur contribue donc à une purification de l’air,… à relativiser en fonction d’un risque éventuel de développement bactérien.

Différents systèmes permettent à l’humidificateur de moduler le débit entre 0 et 100 %.

Pour les installations de conditionnement d’air

Humidificateurs à vapeur

La régulation est basée sur le schéma suivant :

En fonction de l’écart entre l’humidité relative mesurée sur l’air extrait (H2) 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 (H1) limite le débit de vapeur pulvérisé. Une sonde de sécurité (H3, en option) commande directement l’arrêt de l’humidificateur.
C’est le même régulateur qui agit en cascade sur la batterie froide, pour la déshumidification éventuelle.
Ce système doit être complété par deux dispositifs de sécurité qui interdisent la pulvérisation de vapeur lors de l’arrêt du ventilateur

  • Le verrouillage électrique entre l’humidificateur et le ventilateur.Un pressiomètre qui vérifie le fonctionnement effectif par la mise en pression de la gaine (si la courroie du ventilateur casse, le ventilateur est électriquement en fonctionnement…)

Attention à ne pas placer les appareils de contrôle (thermomètre et hygromètre) trop prêt de la rampe. A priori, une distance de 3 m minimum est recommandée, mais cette distance dépend de la température de l’air humidifié.

Calculs

Un calcul de la distance humidificateur-sonde peut être réalisé.

Humidificateurs à pulvérisation et à évaporation

La régulation des laveurs d’air est traditionnellement basée sur le point de rosée du point de soufflage. Autrement dit, l’humidificateur fonctionne en continu et humidifie toujours l’air au maximum ( …85 %… en pratique). Le réglage de la batterie de post-chauffe se fait sur la température de l’ambiance, le réglage de la batterie de préchauffe se fait sur une température de point de rosée à la sortie de l’humidificateur, corrigée en fonction du degré d’humidité relative de l’ambiance.

Cette régulation est tout à fait correcte en hiver, mais risque de poser des problèmes en mi-saison et en été en fonction du mode de régulation : humidification excessive (même en hiver), fonctionnement simultané des batteries chaudes et froides. Ce sera le cas si le fonctionnement de l’humidificateur n’est pas asservi à une sonde d’humidité ambiante (ou de reprise) et si les batteries de préchauffe et de refroidissement sont commandées par la même consigne de point de rosée.
Quel type de régulation ?
Pour éviter ces problèmes, voici comment la régulation du groupe de traitement d’air peut être configurée en présence d’un humidificateur de type « laveur d’air » :

  • La batterie de préchauffe sera commandée par un régulateur en fonction de l’humidité relative de l’air repris ou de l’air ambiant, sans que l’humidité de l’air pulsé ne dépasse pour autant une valeur limite.
  • Les batteries de postchauffe et de refroidissement seront, elles, commandées, selon les cas, en fonction de la température de pulsion ou de la température ambiante ou de la température de reprise.
  • Le fonctionnement de l’humidificateur sera asservi à une sonde d’humidité ambiante ou située dans la gaine de reprise commune. Cet asservissement se fera en tout ou rien, de façon modulante ou par palier, en fonction du type d’humidificateur (avec une consigne d’humidité sera abaissée au maximum : 40%).

Autres humidificateurs

Pour les humidificateurs à ultrasons comme pour les systèmes à pulvérisation, on préférera une régulation à action progressive. Si l’humidificateur est placé dans une gaine, on complétera par un limiteur maximal d’humidité.
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.

Pour les humidificateurs d’ambiance directe

On utilise généralement des humidificateurs par action tout ou rien (sur la pompe de gicleurs ou par étagement de rampes), 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.

Précautions générales

Asservissement au fonctionnement du ventilateur

Il est prudent d’asservir le fonctionnement de l’humidificateur à celui du ventilateur, pour éviter tout risque d’humidification des gainages lors de l’arrêt (volontaire ou non) du ventilateur.

La possibilité d’arrêter l’humidification en mi-saison

La régulation en fonction de l’humidité relative sur la reprise d’air est fiable, mais à défaut ou en plus, il est également possible de commander le fonctionnement de l’humidificateur en fonction de la température extérieure (interrupteur en série). En pratique, le critère qui consiste à « stopper l’humidification si T°ext > 5°C » est simple et efficace. La sonde peut être placée à l’extérieur ou dans la gaine d’air frais. De toute façon, un air extérieur à 5°C est, en Belgique, en moyenne chargé de 4,5 grammes d’eau par kg d’air. Une fois chauffé, il atteint 20°C et 30 % HR (ce qui est déjà temporairement supportable). L’apport en eau interne des bureaux (plantes, occupants,…) amène facilement l’air à 40 % HR.
Un seuil maximal de l’ordre de 8°C peut être choisi si le bâtiment présente très peu d’apports internes en eau et/ou si l’installation travaille en « tout air » neuf (c’est-à-dire en climatisation « tout air » sans recyclage partiel de l’air extrait).
De plus, on se prémunit ainsi :

  • D’un dérèglement de la régulation : il arrive, rarement il est vrai, de rencontrer un caisson de traitement d’air où, en mi-saison, l’humidification est combattue par la déshumidification de la batterie de froid …!
  • Du fonctionnement sporadique de l’humidificateur en mi-saison, avec son cortège de développement bactérien si l’installation n’est pas automatiquement vidangée…

Si l’humidificateur est du type à pulvérisation, ou « laveur d’air », la difficulté de régulation en mi-saison de ce type d’équipement justifie davantage encore son arrêt total.

L’humidification de l’ambiance avec maintien strict des consignes

Lorsque les consignes de température et d’humidité doivent être maintenues de façon stricte (centraux informatiques), on est souvent amené à refroidir l’air ambiant (donc à le déshumidifier) et ensuite à le réhumidifier. Il s’en suit une destruction d’énergie (déshumidification et humidification).
Pour réduire cette dernière, on a intérêt à fixer la consigne d’humidité la plus basse possible, compatible avec l’utilisation du local. Par exemple, est-ce qu’il est réellement nécéssaire de maintenir 60% d’HR ? Est-ce que 50% d’HR ne pourrait pas convenir ?
De plus, il importe que la batterie de refroidissement limite la déhumidifiant en travaillant avec la température d’eau la plus élevée possible (variant en fonction des besoins).

La précision de la régulation

La précision de la régulation d’un humidificateur doit être perçue en prenant en compte l’interaction entre la température et l’humidité relative de l’air. Autrement dit, toute fluctuation de la température de l’air se répercute sur le taux d’humidité.
Ainsi, exiger une régulation de 20°C et 50 % à +/- 2 %, impose au minimum une régulation de température de 20°C à +/- 0,5° près. Et encore faudra-t-il un type d’humidificateur adéquat : une régulation centralisée par « point de rosée », par exemple, est impossible. Si une telle précision est requise, on privilégiera une humidification par local : les humidificateurs à vapeur électriques sont particulièrement bien adaptés à cette situation. Ils peuvent être précédés d’une humidification centralisée minimale de base.
Trois types de régulateurs sont disponibles : régulateur on-off, régulateur proportionnel (P) ou régulateur proportionnel-intégral (PI). Le diagramme ci-dessous (issu d’un constructeur) permet de choisir le type de régulateur et la bande proportionnelle du système en % HR, en fonction :

  • de la précision attendue (plus la tolérance est faible, plus on aura tendance à sélectionner un PI avec petite bande proportionnelle),
  • de la quantité relative d’humidité absolue à fournir (plus celle-ci est grande, plus on sélectionnera un appareil PI fiable, puisqu’on est proche de la saturation).

Si le système est en mode on-off, il travaillera généralement avec un différentiel de 5 %. On réservera dès lors les régulateurs on-off au contrôle de limite haute de sécurité.

Ce critère porte peu à conséquence, généralement. Si ce n’est que dans un caisson de traitement d’air, un humidificateur à pulvérisation est certainement plus encombrant qu’un humidificateur à vapeur.
Les humidificateurs à pulvérisation sans recyclage ont la propriété de pulvériser généralement des micro-gouttelettes pas toujours arrêtées par le séparateur de gouttes. Aussi, pour une installation de climatisation par conduits, une portée plus importante doit être prévue pour éviter tout risque d’humidification des premiers tronçons.
Il est utile de prendre des dispositions particulières en vue de protéger la tuyauterie d’alimentation en eau et le réservoir d’eau de l’humidificateur de tout risque de gel.
Nous reprenons ci-dessous les principales caractéristiques des humidificateurs.
Le caisson de mélange y est ajouté dans la mesure où le recyclage de l’air est une forme indirecte d’humidification de l’air. Si la proportion air neuf/ air recyclé est faible, il peut supprimer la nécessité d’humidifier.
De même, le récupérateur de chaleur rotatif permet un transfert d’humidité entre l’air vicié et l’air neuf.

Comparaison des coûts totaux par m²

Les coûts de maintenance et d’amortissement indiqués ci-dessous sont tirés d’une étude comparative sur les systèmes d’humidification réalisée en Suisse (programme RAVEL).
À noter qu’il nous semble que les systèmes à évaporation demandent un coût d’entretien plus important que ce qui est annoncé. Tout système du type « nid d’abeille » sur support poreux entraînera des dépôts de calcaire et de bactéries, et donc des frais d’entretien sérieux.
Les coûts de l’énergie sont basés sur les hypothèses reprises dans l’exemple de calcul du coût de l’énergie d’humidification. Ils sont donc donnés sur base d’une humidification 10h/jour, 50h/semaine et sur un coût du fuel à 0,25 €/litre. Une occupation continue des bâtiments augmenterait fortement l’estimation des coûts énergétiques.

Maintenance Coût annuel de l’énergie thermique Coût annuel de l’énergie électrique Total Amortissem. de l’investis. sur 10 ans Total
[c€/m²] [c€/m²] [c€/m²] [c€/m²] [c€/m²] [€/m²]
Caisson de mélange 5 0 5 10 0,15
Récupérateur rotatif 5 0 5 75 0,8
À évaporation 10 27,5…35 5 42,5…50 10 0,52…0,6
À ultrasons 5 27,5…35 5 37,5…45 100 1,37…1,45
Laveur d’air 37,5 27,5…35 7,5 72,5…80 100 1,72…1,8
À vapeur électrique 75 100 175 35 2,1
À vapeur thermique 5 27,5…35 32,5…40 800 6,8…6,9
Chaudière électrique à vapeur 10 100 110 500 6,1

Il est possible de synthétiser les principales propriétés comme suit :

Frais de Maintenance  Frais d’exploitat. Frais d’ Investissem. Encombr. Adaptabilité Utilisation recommandée pour un débit d’air en m³/h
Caisson de mélange Faible Faible Faible Faible > 3 000
Récupérateur rotatif Faible Faible Moyen Faible > 5 000
À évaporation Moyen Faible Faible Faible Bonne > 2 000
À ultrasons Faible Faible Moyen Faible Moyen < 2 000
Laveur d’air Elevé Faible Moyen Elevé > 10 000
À vapeur électrique Faible Elevé Faible Faible Très bonne < 3 000
À vapeur thermique Moyen Faible Elevé Elevé > 10 000
Chaudière électrique à vapeur Elevé Elevé Elevé Elevé > 10 000

En conclusions

  • Les humidificateurs à vapeur apportent toutes garanties au niveau hygiénique, mais leur coût d’exploitation est élevé suite au coût du kWh électrique : s’ils sont choisis, un dimensionnement limité aux besoins minimum s’impose. C’est une solution très souple pour un petit immeuble de bureaux.
  • Les humidificateurs à pulvérisation avec recyclage ou à évaporation sont économiques puisque l’apport énergétique est réalisé par la chaudière du bâtiment, mais ils sont sensibles à la prolifération bactérienne : s’ils sont choisis, une maintenance sérieuse et des mesures de contrôle de la qualité de l’air seront nécessaires. À ce titre, la maintenance de têtes de pulvérisation est plus simple que des supports sur lesquels l’eau vient s’évaporer.
  • Les humidificateurs à pulvérisation sans recyclage réunissent les deux qualités hygiéniques et économiques, mais l’encombrement est parfois incompatible avec l’espace disponible dans un caisson de traitement d’air. Ces techniques s’imposent pour l’humidification de grands halls (air comprimé, par ex.).

Calculs

Le prédimensionnement du débit d’eau d’humidification nécessaire peut être réalisé sur base du débit d’air à traiter et de son degré d’humidité initial et final.

 Calculs

Il est également possible d’estimer le débit d’eau de déconcentration afin de limiter cette consommation d’eau parasite.

Ensuite, pour les appareils électriques, la puissance appelée est de 750 Watts par kg/h de débit de vapeur souhaité, environ.

Techniques

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