Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur

1 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur UPR CNRS 3251 Univ. Paris-Sud ORSAY Traitement de l’air et Climatisation Michel Pons CNRS-LIMSI Rue John von Neumann, bât 508, 91403 Orsay Cedex http://perso.limsi.fr/mpons/ 1 Master 2 DFE – PIE – P&E - SupElec Énergétique des Bâtiments 1 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Plan du cours Traitement de l’Air - Climatisation 1. Confort et Ventilation 2. Ventilation Double-flux et Énergétique 3. L’Air Humide, Bases 4. Air Humide, Chauffage 5. Air Humide, Refroidissement & Récupération de chaleur 6. Air Humide, Récupération de chaleur & Condensation 7. Échangeur–Récupérateur de chaleur rotatif 8. Récapitulatif – Exercice d’application 9. Annexes Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec 2 10. Récapitulatif 11. Humidification – Évaporation directe 12. Évaporation indirecte – combinaison avec Évaporation directe 13. Déshumidification 14. Cycle dessiccant 15. Exercice d’application 16. Annexes Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur VENTILATION CONFORT ; VMC SIMPLE-FLUX ; VMC DOUBLE-FLUX ; ÉNERGÉTIQUE 3 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec 2 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Le Confort, thermique et en général • Ne pas avoir trop froid, ne pas avoir trop chaud, • Ne pas sentir de courant d’air gênant, • Que l’air ambiant ne soit ni trop sec, ni trop humide. • Notion de qualité de l’air • Et aussi : Que l’air ambiant ne contienne pas (trop) de polluants. • 20°C < Température < 26°C • Vitesse d’air < 0,2 m.s-1. • 30% < Humidité relative HR < 50-60% • Plus quelques exemples de concentrations limites : -- • D’où la nécessité de RENOUVELER L’AIR. 4 CO2 < 1 g.m-3 CO < 55 mg.m-3 NO2 < 0,32 mg.m-3 SO2 < 1,2 mg.m-3 Ozone < 0,2 mg.m-3 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Renouvellement d’air par ventilation naturelle • Dans habitat ancien : manque d’étanchéité (ventilation souvent subie) Entrées et évacuations par fenêtres et portes (« ouvertures »), voire en façade, et aussi par bouches d’aération (de bas vers haut) 1) Mouvement par tirage thermique (effet cheminée), 2) Mouvement par « pression » du vent. • Tirage thermique : un exemple  Soit un immeuble RdC+3 étages (H=10 m), avec Ti = 22°C et Te = 0°C. La différence de pression motrice pour le tirage au RdC vaut environ 9 Pa [P 0,04.H.(Ti-Te)]. Alors, la force exercée sur une porte (2 m2) vaut 18 N (= poids de 1,9 kg). • Tirage par pression du vent sur façades (dépression) Relations phénoménologiques. P.ex. vent de 4 m.s-1 => P de 10 Pa env. d’une façade à l’autre. 5 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec 3 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Aération des locaux (habitat, bureaux …) • Générale (toutes les pièces) et permanente (tout le temps). • En ventilation naturelle, débit très variable (régulations rudimentaires) trop fort (dépense énergétique inutile) ou trop faible (inconfort, hygiène). • Exemple : Débits minimaux à extraire d’un logement et des pièces de service selon le nombre de pièces principales : [en m3.h-1 - Débits nominaux aussi indiqués - CCH Art. R111-9] 6 Nb. pièces Logement Cuisine S de bains WC 1 > 35 m3.h-1 > 20 - 75 15 m3.h-1 15 2 > 60 m3.h-1 > 30 – 90 15 m3.h-1 15 3 > 75 m3.h-1 > 45 – 105 30 m3.h-1 15 4 > 90 m3.h-1 > 45 – 120 30 m3.h-1 30 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Ventilation Mécanique Contrôlée VMC - Principe • Entrées d’air neuf dans les pièces principales (encastrées dans menuiseries / perméabilité des façades) et sorties d’air vicié dans les pièces de service (cuisine, Sdb, WC). • Groupe moto-ventilateur (combles du bâtiment) -> dépression dans les logements via les gaines et bouches d’extraction situées dans les pièces de service. 7 VMC simple flux Source : Fédération Française du Bâtiment & EDF. COSTIC • Consommation d’énergie par l’extracteur (pertes de charge dans gaines – nécessité bon réglage). • Variation possible de débit en cuisine et en SdB/WC. • Nuisances sonores (<35dB(A) voire 20) ou par vibrations. Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec 4 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Ventilation Motorisée VMC Simple Flux 8 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Exemple en habitat collectif Source AICVF Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Ventilation Motorisée VMC Double Flux • VMC de reprise (extraction) PLUS seconde VMC de soufflage d’air neuf dans pièces de vie. Proximité des gaines air neuf et air extrait dans les combles ou le local technique. 9 VMC double flux Source : Fédération Française du Bâtiment & EDF. COSTIC Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Source AICVF 5 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur L’efficacité énergétique de la ventilation • Contrôler les débits pour les adapter finement aux besoins Modulation temporelle (programmation, horloges), ou en fonction de l’occupation (présence, humidité, CO2 … si mesures). • Installer des ventilateurs à faible consommation Moteurs à courant continu, variateurs de fréquence. • Récupérer l’énergie sur le renouvellement d’air Ventilation double flux avec échangeur de chaleur … … soit inerte – chaleur sensible (statique ou rotatif), … • Échangeur courants croisés, ou à contre-courant ; utilisation éventuelle de l’humidification de l’air en été. … soit thermodynamique – voire hygroscopique. • Effet Pompe à chaleur air / air, ou roue dessiccante. Pour mémoire : puits canadien (dit aussi provençal) 10 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Récupération de chaleur sur VMC Double Flux • Températures limitées (entre -20°C et +45°C) -> Aluminium ou plastiques. • Échangeur statique (courants croisés) ou bien rotatif. 11 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec • L’efficacité est encore améliorée par la récupération de la chaleur latente (condensation) de l’humidité contenue dans l’air repris. Échangeur/récupérateur de chaleur entre les deux flux d’air (neuf et extrait) pour préchauffer l’air neuf en hiver, et pré-rafraîchir l’air neuf en été. 6 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur L’AIR HUMIDE, BASES 12 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Air + vapeur d’eau = air humide • Exemple de condition « confortable » = 25 °C et 50 % d’humidité. • Définition partielle de l’air d’après des encyclopédies (p.ex. wikipedia) : 78%_mol N2 + 21% O2 + autres gaz : Ar (0,9%), CO2 (0,04%), … Masse Molaire = 29,0 g.mol-1. = 1,18 kg.m-3 aux conditions atmosphériques. • Pression atmosphérique normale = 101.3 kPa Variations climatiques (quelques kPa en plus ou en moins selon les jours) ou par changement d’altitude (P=gh -> 100 m <=> 1.1 kPa) • Dans ce cours tout est présenté dans le cas de pression normale. • Remarque : la composition décrite ne mentionne pas d’eau ! • D’où deux remarques de vocabulaire : « Air » = Air Sec et Air + Vapeur d’eau = « Air Humide » • L’eau qu’est-ce que c’est ? 13 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec 7 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur L’eau : équilibre liquide - vapeur • Corps pur, H2O, assez facilement présent sous l’une des trois phases (solide, liquide, gazeuse) dans les conditions atmosphériques. • L’équilibre liquide-vapeur H2O est monovariant (règle des phases) : à T fixée, P aussi est fixée, c’est la fonction P = Psat(T) Exemple de fonction approchée [Psat en Pa, T en K] 14 Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec Fonction Psat(T) entre 0 et 50°C 2 c     v • À l’équilibre, le liquide et la vapeur sont saturés. • Équilibre en présence d’air (T uniforme) H2O liquide en équilibre avec vapeur H2O dans l’air, dont la pression est la pression partielle de H2O dans l’air. ( ) 3611,45 253073/ 23,0209 ( ) sat T Ln P T T    L V • Psat(25°C) = 3.17 kPa (3% de Patm) . Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur Quelle masse d’eau dans l’air à la saturation ? • Pression partielle py d’un gaz y dans un mélange M à pression Ptot définition : (Nb de moles de y) (Nb de moles total dans M). • Pression partielle H20 dans air = pw définie par (avec indices w=water & a=air =air sec) • {Il est assez judicieux de tout rapporter à la masse d’air sec ma plutôt qu’à la masse totale (mw+ma), qui d’ailleurs n’apparaît pas uploads/Science et Technologie/ traitement-de-l-x27-air-et-climatisation-pdf.pdf