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MDF M3 – TIFCC M3 © A.F.P.A. 2000 – Doc. provisoire 1/16 Climatisation Bases th

MDF M3 – TIFCC M3 © A.F.P.A. 2000 – Doc. provisoire 1/16 Climatisation Bases théoriques Confort thermique Bases de la climatisation Bilan thermique simple Implantation des climatiseurs © AFPA – DEAT – Froid et climatisation - C:\AFPA\NT_Vrac\BasesTéoriquesClimatisation.doc Juin 2001 2/16 CLIMATISATION Bases théoriques Définition La climatisation est un système permettant de créer ou de maintenir dans un lieu fermé un ensemble de conditions déterminées (température, humidité, pureté et répartition de l'air) pour assurer le bien-être des occupants. Conditionnement d’air On distingue : - Le conditionnement d’air industriel, dont l’air est traité pour répondre aux exigences de fabrication. - Le conditionnement d’air dit de confort, appelé souvent climatisation, et dont l’objectif est d’assurer la sensation de bien être des occupants. Dans un système de conditionnement d’air, que ce soit en chauffage ou en réfrigération, c’est l’air qui est utilisé comme fluide caloporteur. Permettent un échange, un transfert thermique contrôlé d’un point à un autre. Le confort thermique Le bien-être, synonyme de santé et confort, est la conséquence d'un équilibre thermique entre le corps humain et son environnement. La zone d'équilibre, où le confort est maintenu, est étroite et dépend de nombreux paramètres personnels: - activité - résistance au climat - vêtements ou d'environnement: - température de l'air - hygrométrie - rayonnement - mouvement de l'air Le corps produit de la chaleur par la "combustion" interne des aliments consommés: c'est ce que l'on appelle le métabolisme de l'homme. Une faible part de l'énergie créée sert aux mouvements, le reste est évacué, sous forme de chaleur, par convection et rayonnement. Il l'est également par la transpiration et la respiration. Pour une personne d’un poids de 60 à 70 Kg, valeurs moyennes : - volume : 60 dm3 - surface de la peau : 1,6 à 1,9 m2 - température interne : 37°C - température de la peau : 32°C - pulsations : 65/minute - respiration : 16 insp-expi/minute - ventilation pulmonaire : 0,5 m3/h - rejet de gaz carbonique : 10 à 25 dm3/h - rejet de vapeur d'eau : 40 g/h © AFPA – DEAT – Froid et climatisation - C:\AFPA\NT_Vrac\BasesTéoriquesClimatisation.doc Juin 2001 3/16 CLIMATISATION Bases théoriques Le métabolisme de base de l'homme (ou chaleur dégagée) est : Sommeil : 60 W Couché : 80 W Bureau assis : 100 W Travail normal debout : 150 W Ouvrier mécanicien : 160 W Serveur de restaurant : 220 W Marche rapide : 250 W Danseur, travaux de force : 300 W La chaleur dégagée par le corps doit être évacuée au fur et à mesure qu'elle est produite, afin que la température interne du corps ne dépasse pas les 37,5 °C. Les échanges de chaleur entre le corps et l'air ambiant se font instantanément par les trois modes : convection, rayonnement, évaporation. Echange par convection L'air au contact du corps s'échauffe, ce qui entraîne une diminution de sa masse volumique. Il tend donc à se déplacer vers le haut et est remplacé par de l'air plus froid qui s'échauffé à son tour. L'échange de chaleur par convection augmente avec: - la diminution de la température de l'air ambiant, - l'augmentation de la vitesse de déplacement de l'air, L'expérience a montré que la plupart des gens se sentent à l'aise quand la température est comprise entre 22 et 27 °C, la vitesse de l'air étant inférieure à 0,3 m/s. © AFPA – DEAT – Froid et climatisation - C:\AFPA\NT_Vrac\BasesTéoriquesClimatisation.doc Juin 2001 4/16 CLIMATISATION Bases théoriques Echange par rayonnement Le corps émet constamment des rayons thermiques et sont absorbes par les surfaces plus froides qui l'entourent. La chaleur peut ainsi être échangée du corps vers un mur, un plafond, ou autre surface dont sa température est inférieure à celle de la peau (32°C). La température de l'air séparant le corps et la surface n'a aucune influence sur l'intensité des échanges. Bien entendu quand la température d'une surface est supérieure à celle de la peau c'est le corps humain qui reçoit et absorbe les rayons de chaleur. Les échanges de chaleur par rayonnement sont d'autant plus important que la différence de température entre le corps et la surface est importante. Température physiologiquement ressentie : La température ressentie est une moyenne entre la température de l'air ambiant et la température des murs. Soit : tr = température ressentie ta = température ambiante = 20°C tsi = température de surface intérieure des parois = 38°C (cas d'une vitre au soleil) Ceci nous donnerait une sensation de chaleur. Un bon compromis de confort est obtenu quand tr se situe à plus ou moins 2°C par rapport à la température ambiante. Nous voyons ici l'importance de l'isolation thermique des murs et surtout l'intérêt des stores extérieurs. Echange par évaporation L'air que nous expirons est chaud et chargé de vapeur d'eau. Aussi, l'humidité du corps traverse tous les pores et arrive à la surface de la peau. Une fois en contact avec l'air l'eau s'évapore en prenant à la peau la chaleur latente de vaporisation, ce qui entraîne le refroidissement de la peau. Si des gouttes de transpiration apparaissent, cela signifie que le corps produit plus de chaleur qu'il ne peut normalement évacuer. L'humidité relative de l'air (degré hygrométrie) Hr a une influence directe sur la quantité de chaleur que le corps est susceptible d'évacuer par évaporation. L'humidité relative exprime l'état d'assèchement de l'air. Autrement dit, plus Hr sera faible, plus l'air absorbera de la vapeur d'eau et inversement. Par conséquent si l'air est trop sec ( Hr < 30%) l'évaporation sera importante et nous aurons une sensation de froid. Si au contraire (Hr > 70%) la transpiration sera facile, et ce d'autant plus que la température sera élevée. Si la vitesse de l'air au tour du corps est importante le phénomène d'évaporation est amplifié. © AFPA – DEAT – Froid et climatisation - C:\AFPA\NT_Vrac\BasesTéoriquesClimatisation.doc Juin 2001 5/16 CLIMATISATION Bases théoriques En résumé, la sensation de confort dépend de : 1- la température ambiante, 2- la température des murs et vitres, 3- l'humidité relative de l'air, 4- la vitesse ou turbulence de l'air Bases de la climatisation La climatisation d'un espace fermé s'obtient par la diffusion de l'air à des conditions de température, humidité et débit parfaitement maîtrisée Pour chauffer une pièce, la température de l'air soufflé doit être supérieure à celle que l'on veut obtenir. Inversement pour refroidir une ambiance, l'air diffusé doit être à une température de 6 à 7 °K inférieure à la température requise. Quel que soit le cas, la diffusion de l'air ne doit pas entraîner un courant d'air dans la pièce, (vitesse de déplacement de l'air supérieure à 0,3 m/s) ce qui serait désagréable. Par contre la vitesse de diffusion doit être telle que le déplacement de l'air puisse dissiper la chaleur et l'humidité environnant le corps afin d'assurer le confort. Le débit d'air doit être parfaitement calibré de façon à éviter l'un et l'autre de ces phénomènes. La vitesse de diffusion dépend de l'agencement de la pièce, de son type d'occupation, du degré d'activité des personnes..., mais généralement on calcule une valeur comprise entre 0,08 et 0,14 m/s. La vitesse de soufflage est nettement supérieure à la vitesse de diffusion mais elle est considérablement ralentie avant d'arriver dans la zone occupée de la pièce. L'air soufflé doit bien se mélanger à l'air ambiant avant d'arriver dans la zone occupée pour que le contact avec les personnes se fasse à une température agréable. Le bruit du au soufflage doit rester à un niveau discret. © AFPA – DEAT – Froid et climatisation - C:\AFPA\NT_Vrac\BasesTéoriquesClimatisation.doc Juin 2001 6/16 CLIMATISATION Bases théoriques Conditions intérieures de climatisation Elles dépendent de plusieurs facteurs : - Des conditions extérieures (saisons), - Du degré d’activité des occupants des locaux à climatiser, - De leur temps de séjours, - De leurs habillements et de leurs réactions physiologiques. Généralement, on détermine des conditions favorables à un maximum de personnes. Eté Température On admet un abaissement de température de 5 à 7°C par rapport à la température extérieure de base. Ceci pour des lieux ou la température est comprise entre 29 et 32°C. Pour les lieux extrêmes on peut admettre 4 à 8 °C. Hygrométrie On cherche à ne pas dépasser 60% de HR, c’est facilement réalisé dans la plupart des cas, sans contrôle ni régulation particulière. Si les dégagements de vapeur d’eau sont très importants un hygrostat peut agir sur la marche du compresseur Demi-saison Le problème de l’hygrométrie peut se poser en demi-saison car le groupe frigorifique fonctionne peu et les apports internes de vapeur d’eau peuvent mener l’HR 70 et 80%. A ce moment si l’on veut déshumidifier, compte tenu de la température extérieure, peu élevée, on pourra être conduit à réchauffer après déshumidification, (problème coûteux). Hiver La température à maintenir dépend de l’utilisation du local - bureaux : 19 à 23 °C - magasins : 18 à 20 °C Le chauffage assèche l’air, l’HR peut descendre à 20%. Il est nécessaire de d’humidifier à 40 ou 50% d’hygrométrie relative pour éviter l’inconfort par dessèchement des muqueuses. Par temps froid, au-dessus uploads/Geographie/ bases-climatisation 1 .pdf