Chapitre I Généralités et bibliographie 3 Chapitre I Généralités et Bibliograph

Chapitre I Généralités et bibliographie 3 Chapitre I Généralités et Bibliographie I.1 Généralités sur la climatisation La climatisation est la technique qui consiste à modifier, contrôler et réguler les conditions climatiques (température, humidité, niveau de poussières, etc.) d’un local pour des raisons de confort (automobile, bureaux, maisons individuelles) ou pour des raisons techniques (laboratoires médicaux, locaux de fabrication de composants électroniques, blocs opératoires, salles informatiques, etc.) . I.2 Concevoir un système de climatisation Avant d'installer un système de climatisation il est important de définir les conditions de température et d'hygrométrie intérieures et extérieures . a) Définition des conditions extérieures Ces valeurs dépendent de la saison et de la situation géographique où seront situés les locaux à climatiser. Les données météorologiques déjà classifiées permettront de fixer les températures sèches et les hygrométries. Ces données vont nous permettre de calculer les charges maximales à combattre dans nos locaux. b) Définition des conditions intérieures Les températures et hygrométries intérieures dépendent du type de local. Pour les locaux comme les habitations individuelles, les bureaux, les grands magasins, la température et l'hygrométrie dépendront des saisons. Pour les locaux de types industriels, la température et l'hygrométrie dépendront de l'usage que l'on fait des locaux. Elles peuvent rester constantes toute l'année (local informatique ou laboratoire métrologique par exemple). c) Bilan énergétique d'un local Afin de pouvoir maintenir les conditions de confort en température et humidité, nous devons calculer les charges thermiques c’est à dire les apports et les déperditions du local. Cette opération est appelée bilan thermique ou bilan énergétique. Pour ensuite injecter des puissances en chaud ou en froid pour vaincre les apports ou déperditions du local selon la saison, il faut tenir compte des charges sensibles et latentes [2]. Charges sensibles : les charges sensibles venant de l'extérieur sont positives en été (à cause de l’ensoleillement, par exemple) et négatives en hiver (à cause des déperditions). Les charges sensibles venant de l'intérieur du local proviennent essentiellement des machines à l'intérieur du local, de l'éclairage, des tuyauteries… Chapitre I Généralités et bibliographie 4 Charges latentes : les apports de chaleur latente (dégagement d'humidité sous forme de vapeur d'eau) viennent essentiellement du matériel à l'intérieur des locaux, des occupants (odeurs et humidité). Conditions de soufflage : pour déterminer les conditions de soufflage de l'air dans un local, il faut connaître :  le débit massique d'air sec au soufflage,  le taux de brassage (le taux de brassage est le rapport entre le débit d'air soufflé et le volume du local traité),  l'écart de température entre le soufflage et le local,  le point de soufflage, dont les coordonnées sont déterminées en reportant sur un diagramme psychométrique deux valeurs comme l'enthalpie et la teneur en eau, par exemple. I.3 Système de climatisation traditionnelle ou climatisation réversible Un climatiseur traditionnel produit du froid en comprimant un fluide dit « frigorigène » ou « réfrigérant » qui a la capacité d’absorber de grosses quantités de chaleur (calories) lorsqu'il passe de sa phase liquide à sa phase gazeuse au niveau de l’évaporateur. Un climatiseur consomme par conséquent de l’électricité pour actionner le compresseur et du fluide frigorigène. En effet, bien qu'il soit en circuit fermé, les fuites de fluide ne sont pas rares [3]. Figure 1.1 : climatiseur conventionnelle Chapitre I Généralités et bibliographie 5 Principe de fonctionnement d'un climatiseur réversible Le fonctionnement d'une climatisation traditionnelle s'apparente à celui d'un réfrigérateur :  Le réfrigérateur prélève de la chaleur à l'air ambiant présent à l'intérieur du frigo et l'évacue à l'extérieur du frigo,  La climatisation prélève de la chaleur à l'air ambiant présent dans la pièce et l'évacue à l'extérieur de la pièce,  L'un comme l'autre contiennent un fluide frigorigène aux propriétés thermiques très particulières (notamment celle de s'évaporer), permettant des échanges thermiques. Dans une climatisation réversible, le cycle frigorifique est simplement inversé :  Le système prélève la chaleur présente à l'extérieur et la restitue à l'intérieur de la pièce,  Le principe d'une clim réversible est basé sur celui d'une pompe à chaleur air-air. I.4 Les technologies de climatisation par énergie solaire thermique La climatisation solaire désigne l’ensemble des systèmes utilisant l’énergie solaire comme source énergétique primaire afin de refroidir un local. En théorie, il existe quatre moyens de produire du froid à partir de la source énergétique du soleil [2]: - Utiliser les panneaux solaires photovoltaïques pour produire de l’électricité afin d’alimenter une climatisation traditionnelle. Cela demande une grande surface de capteurs et c’est gâcher cette électricité. - Convertir l’énergie solaire thermique en énergie mécanique couplée avec un climatiseur à compression, - L’énergie solaire thermique pour alimenter une machine à froid dite à « sorption » (absorption ou adsorption), - Utiliser l’énergie solaire thermique pour alimenter un système de conditionnement d’air par évaporation ou DEC (Dessicant Evaporative Cooling), Actuellement, les systèmes de climatisation solaire les plus répandus sont les systèmes à « sorption et le DEC ». I.4.1 Système à cycle fermé a) La climatisation solaire par absorption La climatisation solaire à « absorption » est l’une des techniques les plus utilisées pour le moment. Cette technologie encore jeune, elle ne présente cependant pas de difficultés à mettre en œuvre. Le principe est déjà largement utilisé dans nos réfrigérateurs à compression ; il est simplement décliné pour le solaire. La seule contrainte que ce système impose, c’est de Chapitre I Généralités et bibliographie 6 choisir des capteurs à tubes sous vide, ayant une meilleure inertie thermique que les capteurs plans. Principe de fonctionnement Le processus se compose donc de deux cycles liés entre eux : le cycle réfrigérant et le cycle solvant. Le réfrigérant à l’état gazeux venant de l’évaporateur est absorbé dans l’absorbeur (1) par le solvant. La solution liquide est, à partir de ce moment, riche en réfrigérant. Elle est portée à un niveau de pression plus élevée par une pompe (2) dans le bouilleur (3). Ici, le réfrigérant est « chassé », par un apport de chaleur venant des capteurs solaires, jusqu’au condenseur (4), puis il est détendu et amené à nouveau dans l’évaporateur (5). De cette façon le cycle réfrigérant est bouclé. La solution, pauvre en réfrigérant (puisqu’il a été chassé vers le condenseur), quitte le bouilleur, passe par un restructure et s’écoule dans l’absorbeur, pour capter à nouveau la vapeur du réfrigérant revenue à l’évaporateur. De cette façon le cycle du solvant est bouclé. Le cycle solvant est basé sur le décalage provoqué dans les équilibres thermiques d’une combinaison de deux matières, lors de conditions de pression et de température différentes. La production de chaleur produite de l’absorbeur et du condenseur est évacuée par une tour de réfrigération (6) ou par récupération de cette chaleur (7). Selon le niveau de température souhaité, différentes associations de matières sont utilisées pour produire du froid : Pour la climatisation de bâtiments (températures positives) : de l’eau et du bromure de lithium (LiBr), Pour la congélation (températures inférieures à 0°C) : de l’eau et de l’ammoniac (NH3). Figure 1.2 : Schéma de principe d’un système à absorption Chapitre I Généralités et bibliographie 7 b) La climatisation solaire par adsorption La climatisation solaire par « adsorption » est une technique moins connue, et beaucoup moins utilisée que les techniques par « absorption ». Mais nécessitant des températures d’entrée beaucoup plus faibles (60 à 95°C), nous pouvons utiliser de simples capteurs plans, moins coûteux à l’achat. De plus, son fonctionnement très simple ne nécessite pas d’additifs réfrigérants polluants, mais simplement de l’eau naturelle. C’est donc une technologie écologique qui vaut la peine d’être étudiée. Principe de fonctionnement Le dispositif réfrigérant à « adsorption » se compose d’un récipient sous vide, subdivisé en quatre chambres. Deux des chambres sont remplies d’un sorbant et du gel de silice. Le réfrigérant est tout simplement de l’eau. Dans la première chambre, l’évaporateur (1), le réfrigérant s’évapore sous basse pression et à basse température. La chaleur d’évaporation nécessaire est extraite de l’eau à refroidir. Dans la seconde chambre, le déssorbeur (2), alimenté par la chaleur solaire des capteurs à environ 80°C, l’échangeur de chaleur est un serpentin de cuivre enrobé de gel de silice qui remplit la chambre. La chaleur solaire « chasse » le réfrigérant absorbé par le gel de silice. Dans la troisième chambre, l’accumulateur ou « adsorbant » (3), la vapeur d’eau est adsorbée par le gel de silice qui enrobe le serpentin de cuivre, comme dans la seconde chambre. La chaleur qui en résulte est évacuée vers une tour de réfrigération. Il y a donc un échange entre la chambre 2 (le dérobeur) et la chambre3 (l’adsorbant) après chaque cycle de réfrigération/chauffage. La quatrième chambre supérieure est le condenseur (4). Le réfrigérant y est condensé, puis conduit dans l’évaporateur. Toutes les chambres sont reliées par des vannes à clapet, actionnées automatiquement par les écarts de pression dominants, de sorte qu’un processus circulaire périodique fermé s’établit. La chaleur perdue peut éventuellement être récupérée. Le cycle total dure environ sept minutes avec un passage de vingt secondes lors de la phase de transition de flux entre deux chambres, uploads/Geographie/ chapitre1-corrige.pdf

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