Sommaire
La déshumidification de l’air se réalise par condensation
sur la batterie froide du caisson de traitement d’air.
Un local type
Dimensions du local
- Façade : 4 m
- Profondeur : 5 m
- Surface : 20 m²
- Hauteur intérieure : 2.7 m
- Volume utile : 54 m³
- Hauteur de plancher à plancher : 3.5 m
- Surface en façade : 3.5 x 4 = 14 m²
- Pourcentage de vitrage : 50 %, soit 7 m²
Apports internes
Présence de 2 personnes, dont chacune apporte (voir apports des occupants, par exemple) :
- Si ambiance à 24°C : sensible = 77 W, latent = 58 gr/h
- Si ambiance à 26°C : sensible = 69 W, latent = 70 gr/h
Attention : nous avons choisi ici les valeurs du Recknagel, dont l’apport en eau des occupants est inférieur à celui de Carrier.
- Éclairage : 12 W/m² x 20 m² = 240 W
- Equipements : 20 W/m² x 20 m² = 400 W
Apports solaires
Supposons une façade orientée à l’Ouest, avec un apport solaire de 300 W/m² traversant le vitrage, soit un apport total de 7 m² x 300 W/m² = 2 100 W.
Apport d’air neuf
On suppose 30 m³/h/pers, soit 60 m³/h dans le local, soit un taux de renouvellement horaire de 1,1.
Sur base de 1,2 kg/m³, cela donne un débit massique d’air de 60 x 1,2 = 72 kg/h
Apport d’eau
- À 24°C, l’apport en l’eau est donc de (2 x 58 gr/h) / 72 kg/h = 1,6 gr/kg.
- À 26°C, l’apport en l’eau est donc de (2 x 70 gr/h) / 72 kg/h = 1,9 gr/kg.
Attention : avec les chiffres du bilan “Carrier”, on obtiendrait ici respectivement 2,4 et 2,8 gr/kg.
Objectif final
Atteindre 24° 65 % HR, avec un ventilo ou 16 m² de plafonds froids
Conditions extérieures de dimensionnement : 30° 50 %
Déshumidification de l’air neuf avec ventilo-convecteurs
On suppose ici que le local est équipé de ventilo-convecteurs à 4 tubes. L’air neuf est préparé en centrale.
Soit on réalise un simple contrôle de l’humidité : l’air est déshumidifié en centrale mais n’est plus régulé en fonction de la teneur effective de l’humidité relative dans le local. C’est généralement le cas des immeubles de bureau.
Soit on réalise la régulation de l’humidité : la mesure du taux d’humidité est faite dans l’ambiance et la régulation de la batterie froide est faite de telle sorte que, par exemple, le taux de 50 % soit maintenu en permanence. C’est par exemple le cas pour une salle d’opération.
Si la déshumidification est simplement “contrôlée”, il faudra dimensionner la centrale de traitement d’air pour que l’air soit refroidi jusqu’à 15°C en sortie de batterie froide. En pratique, on placera la sonde à la sortie du groupe afin de bénéficier d’un brassage de l’air par le ventilateur. On régulera donc sur 16°C en sortie de caisson (le ventilateur apporte 1°C, environ). Ensuite, on laisse “dériver” l’humidité ambiante en fonction des apports effectifs dans les locaux. Mais on sait que même dans les cas extrêmes l’ambiance ne franchira pas les limites de la zone de confort.
Prenons l’exemple du local type. Dans les conditions extrêmes (30°C, 50 % HR), l’air est refroidi le long de la batterie froide et ressort à 15°C 90 %, soit avec une teneur de 9,6 gr/kg.
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Il est alors pulsé dans le local à 16,5°C environ. Il y gagne 1,6 gr/kg suite à la présence des occupants. L’ambiance pourrait donc se stabiliser à 24°C et 11,2 gr/kg, soit 60 % HR. Ce qui respecte le confort.
En pratique, l’ambiance se stabilisera en dessous de cette valeur suite à la condensation de l’air dans les ventilo-convecteurs (importance et évaluation liée au régime d’eau glacée).
On perçoit également que si un occupant est absent, le taux d’humidité se stabilisera à un niveau inférieur. C’est en ce sens que l’on parle de contrôle et non de régulation.
À noter que dans le cas d’une “régulation” d’humidité, c’est sur la reprise d’air que l’on mesure le taux effectif d’humidité relative et que l’on impose ou non une déshumidification plus importante.
Déshumidification de l’air neuf avec plafonds froids
On suppose cette fois que le local est équipé de plafonds refroidissants. Le critère d’humidité relative à respecter est plus strict : il ne peut y avoir de condensation sur les plafonds.
La première solution, énergétiquement la plus efficace, est de travailler avec un régime de température le plus élevé possible, ce qui supprime directement le risque de condensation. Mais alors, la puissance de refroidissement du plafond diminue. Il faut donc que la charge thermique du local soit réduite au maximum et évaluée au plus juste.
Dans le cas contraire, il faudra s’arranger pour déshumidifier l’air neuf sans consommation excessive, c’est-à-dire sans détruire de l’énergie en faisant du froid et du chaud en même temps.
Puissance spécifique des plafonds froids
Les équipements sont dimensionnés pour une température de consigne de 26°C (le rayonnement froid permet d’accepter cette augmentation de la température ambiante de l’air).
L’apport thermique total du local type est donné par : éclairage + occupants + bureautique + soleil = 2 878 W (par simplification, les apports solaires par les parois sont négligés).
Soit un apport spécifique (pour les 16 m² de plafonds froids) de 2 878 / 16 = 180 W/m². Une telle charge frigorifique ne peut être reprise par des plafonds rafraîchissants.
Il est alors décidé de placer des stores extérieurs de telle sorte que les apports solaires soient réduits à 20 % de leur valeur, soit 420 W. Cette fois l’apport spécifique est de 1 198 / 16 = 75 W/m².
Si l’air est pulsé à 16°, il apporte un rafraîchissement complémentaire de : 60 m³/h x 0,34 Wh/m³.K x (26 – 16) = 204 W, faisant descendre l’apport spécifique à 62 W/m².
La figure ci-dessous montre l’évolution de la puissance intrinsèque pour un type de plafonds :
On constate que 63 W/m² sont atteints pour une température moyenne de l’eau de 8°C plus froide que l’ambiance, soit un départ à 17°C et un retour à 19°C.
Contrôle de l’humidité
Il faut donc que la teneur en eau de l’ambiance ne dépasse pas 12 gr/kg, ce qui correspond au point de rosée à la température du plafond (17°C 100 % d’HR).
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Testons si un refroidissement de l’air extérieur à 15°C suffit : oui, même dans le cas de conditions extérieures extrêmes de 30°C et 50 % HR, on constate que cette valeur de 12 gr/kg n’est pas atteinte, malgré un apport en eau par les occupants de 1,9 gr/kg.
Ce dimensionnement est très favorable sur le plan énergétique :
- il ne demande aucune post-chauffe de l’air neuf, si on sélectionne les bouches de pulsion pour qu’elles puissent pulser l’air à cette température sans créer d’inconfort,
- il peut faire travailler le groupe frigorifique à plus haute température,
- mieux, il permet soit de se passer de groupe frigorifique une bonne partie de l’année grâce à une technique de free-chilling, soit de préchauffer l’air neuf par récupération de la chaleur captée par les plafonds.
À noter que le point de sortie de batterie a été sélectionné à 90 % HR parce que l’eau glacée dans l’échangeur est supposée à 6°C. C’est ce critère qui permet de dire que le contrôle de la température suffit.
| ATTENTION !
Il est possible que la puissance frigorifique spécifique à fournir soit plus importante ou que l’apport en eau soit jugé plus élevé (valeurs du bilan Carrier). Dans ce cas, le plafond devra travailler à plus basse température et les risques de condensation augmentent. Une déshumidification de l’air neuf plus importante sera nécessaire. Il faudra le refroidir jusqu’à 13°C afin de le déshumidifier davantage, puis si les bouches choisies ne peuvent pulser à cette température, le post-chauffer jusqu’à 15°C afin de l’amener à une température de pulsion qui ne génère pas de courants d’air froid dans le local. |
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La perte énergétique apparaît immédiatement : non seulement il faudra réchauffer un air que l’on a refroidit, mais en plus l’efficacité du free-chilling et/ou de la récupération de chaleur en est diminué puisque le plafond travaille à plus basse température.
Cela montre toute l’importance de maîtriser les charges thermiques des locaux (stores, …) et de dimensionner au plus juste les apports internes réels des équipements et des personnes : en cas de sur-évaluation des charges internes, c’est toute l’installation qui sera pénalisée dans son fonctionnement permanent.
Pour éviter une post-chauffe consommatrice …
Plusieurs solutions sont possibles :
- Soit le choix de bouches de pulsion à forte induction qui autorisent une pulsion d’air à basse température sans créer d’inconfort.
- Soit la postchauffe sera organisée sur base de la récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.
- Soit une postchauffe sera organisée sur base de la récupération de chaleur sur l’air extrait,
- ou tout autre moyen.
Auteur : les anciens
Eté 2008 : Brieuc.
Notes : 23.03.09