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Vous avez dit : "climatisation ?..."
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Les bureaux sont souvent établis le long de grandes artères de circulation.
L'air extérieur y est pollué et le niveau sonore peut y être fort élevé...
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Objectif 1 : dans un premier temps, il y a donc le souhait d'apporter
de l'air hygiénique aux occupants. Il sera capté en toiture, filtré et pulsé dans le local.
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Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ? Un travailleur occupe en moyenne 10 m².
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Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ? Si le plafond est situé à 3 m de hauteur, un travailleur vit dans un espace de 30 m³.
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Le RGPT exige d'apporter un minimum de 30 m³ d'air neuf par heure et par personne. Qu'est-ce que cela représente ? Lui apporter 30 m³/h d'air hygiénique, c'est donc renouveler l'air du local 1 fois par heure.
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Avant d'être pulsé dans le local,
l'air passe dans un "groupe de préparation d'air". Il y est : filtré, chauffé et humidifié en hiver, refroidi et déshumidifié en été.
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directement à la source.
Et l'emplacement de l'extraction d'air permettra d’extraire les polluants directement à la source. Exemple : La photocopieuse sera placée près de la grille d'extraction de l'air dans le couloir.
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Objectif 2 : dans un deuxième temps, on souhaite compenser
les charges thermiques du local, particulièrement élevées en été.
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Bilan thermique d'été : Exemple pour le local de 30 m³, un jour de canicule : soleil fen. : 300 W/m² * 2 m² = 600 W soleil murs :10 W/m² * 10 m² = 100 W Ordinateur : = 140 W Eclairage : = 100 W Occupant : = 60 W TOTAL : = W
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frigorifique d’un local
Evaluation du bilan frigorifique d’un local
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Conclusions du bilan thermique :
1° puissance max de refroidissement = 1000 W pour 10 m², soit 100 W/m² 2° Soleil = 70 % des apports de chaleur !
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Ne pourrait-on refroidir le local avec l'air hygiénique pulsé à 15°C ?
Hélas, non... Puissance = débit x rc x DT° = 3 m³/h.m² x 0,34 Wh/m³.K x (25-15) K = 10 W/m², soit 10% des besoins maximum de froid... Souvent, une véritable climatisation est nécessaire.
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Ouvrons une parenthèse : Fonctionnement de la machine frigorifique ?
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Partons du climatiseur
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Condenseur à l'extérieur
Evaporateur à l'intérieur
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Reprenons le climatiseur :
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L'esthétique en prend parfois
un fameux coup !
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le réfrigérateur dans la cuisine
Application : le réfrigérateur dans la cuisine
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l'armoire de climatisation dans la salle informatique
Application : l'armoire de climatisation dans la salle informatique
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performance de la machine frigorifique ?
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Extrait d’un catalogue de fabricant :
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Extrait d’un catalogue de fabricant :
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Revenons aux systèmes de climatisation :
On rencontre beaucoup de systèmes de climatisation différents. Ils peuvent être regroupés en 3 familles : 1 : la climatisation "tout air" 2 : la climatisation "air + eau" 3 : la climatisation "directe" Passons-les en revue :
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
De l'air est traité dans un gros groupe de préparation d'air et distribué dans tous les locaux.
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Remarque : pourquoi 2 batteries de chauffe en série ?
Si humidification à eau froide, l’évaporation de l’eau entraîne un refroidissement de l’air…
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Problème 1 : Pour atteindre les 100 W/m², il faut pulser 10 fois plus d'air à 15°C que d'air hygiénique ! ... attention aux courants d'air froid...
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Problème 2 : Pour économiser l'énergie, 90% de l'air sera de l'air recyclé et 10% sera de l'air neuf.
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Problème 3 : La température pulsée sera la même dans tous les locaux... Alors, comment gérer la présence d'une photocopieuse dans un local ?...
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Problème 4 : L'air prend beaucoup de place, les conduits sont encombrants, des faux-plafonds ou faux-planchers sont créés pour les cacher ...
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Problème 5 : La consommation des ventilateurs est très élevée aussi : 20 % d'énergie de transport... qui sera convertie en chaleur !!!
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Avantage : la climatisation "tout air" permet le "free cooling" du bâtiment. Avec 1 kWh dans les ventilateurs, on peut créer 3,3 kWh de froid via l'air frais extérieur "gratuit", surtout la nuit.
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Application 1 : on rencontre la climatisation "tout air" à Débit d'Air Constant (DAC) dans les cafeterias, salles de conférence, ... (car de toute façon, beaucoup d'air hygiénique y est requis).
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Première famille : la climatisation "Tout Air"
Application 2 : on rencontre la climatisation "tout air" à Débit d'Air Variable (DAV) dans les locaux borgnes ou enterrés, les salles de réunions, ...
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Nouvelle idée ! Séparons les problèmes : - un conduit d'air apportera seulement l'air hygiénique - le chaud et le froid seront apportés par de l'eau, eau chaude (60°C) ou eau glacée (6°C). La famille des climatisations "air + eau" était née !
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Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau"
Exemple 1 : le ventilo-convecteur Un ventilateur souffle sur 2 échangeurs, alimentés en eau chaude ou en eau glacée.
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de l’installation HVAC
Schéma de principe de l’installation HVAC « Air + Eau » 1° ventilation
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de l’installation HVAC « Air + Eau » 1° ventilation 2° chauffage
Schéma de principe de l’installation HVAC « Air + Eau » 1° ventilation 2° chauffage Schéma de principe de l’installation HVAC « Air + Eau »
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de l’installation HVAC
Schéma de principe de l’installation HVAC « Air + Eau » 1° ventilation 2° chauffage 3° réfrigération
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Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau"
Exemple 2 : le plafond froid De l'eau à 16° refroidit le faux-plafond, un radiateur chauffe en façade.
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"frais à la tête, chaud aux pieds"
pas de ventilateur, donc pas de bruit , pas de courant d'air, système "air + eau" donc régulation de T° par local pas de condensation dans le local moins de risque bactériologique
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Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau"
Exemple 3 : la poutre froide Deuxième famille : la climatisation "Air + Eau" poutre statique poutre dynamique Des échangeurs de froid sont directement intégrés sous ou dans le plafond.
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> Climatisation par poutres-froides dynamiques ?
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Encore une nouvelle idée !
Lorsque le besoin de refroidissement est limité à quelques locaux, un climatiseur est installé : pas de fluide intermédiaire (air,eau), c'est une petite machine frigorifique qui travaille en direct. Dans le local, un "évaporateur" fait du froid. A l'extérieur, un "condenseur" libère la chaleur. La famille de la climatisation "directe" était née !
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Troisième famille : la climatisation "directe"
Exemple 1 : le climatiseur L'"évaporateur" fait du froid. Le "condenseur" évacue la chaleur.
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Troisième famille : la climatisation "directe"
Exemple 2 : le réseau DRV Astuce : un climatiseur est réversible et peut travailler en "pompe à chaleur". D'où la possibilité de faire à souhait du chaud et du froid. C'est la climatisation DRV (Débit de Réfrigérant Variable).
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Fonctionnement en "équilibré"
Fonctionnement en "équilibré"
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Application du DRV : centre de formation avec logements
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Remarque 1 : les occupants se plaignent de la climatisation…
Courant d'air, bruit, air malsain, ... ... pouvant entraîner nez bouché, gorge irritée, maux de tête, fatigue,...
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En dehors d’un problème d’entretien, les plaintes semblent proportionnelles à l'impossibilité d'agir sur son environnement impossibilité : de pouvoir ouvrir sa fenêtre, de pouvoir fermer sa protection solaire, de pouvoir modifier sa consigne de température, de pouvoir diminuer ou dévier un jet d'air frais, .... pourrait-on évaluer le confort d'être acteur de son environnement ?
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le type de construction des bâtiments climatisés ne serait-il pas
trop "artificiel" ? Locaux borgnes, sans éclairage naturel, sans vision vers l'extérieur, ...
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Postes de travail sédentaires,
avec un horizon réduit à un écran...
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Locaux sans inertie, Espaces aseptisés, ...
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Fenêtres non ouvrantes, ...
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C'est beau mais ... on y vit comment ?
Attention de ne pas imputer à la climatisation un impact santé qui serait en réalité lié à un type de construction trop artificiel...?
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Remarque 2 : le choix de l'humidificateur
A vapeur : A ruissellement : A pulvérisation :
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Bac de recyclage d'un humidificateur ...
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Choix de l'humidificateur
A vapeur : Très hygiénique puisque vapeur à 100°C A ruissellement d'eau froide : Bons pour capter les poussières de l'air (on les appelle "laveurs d'air") ... mais une grande source de prolifération bactérienne si mal entretenu ! (l'eau stagne dans le fond du bac lors de l'arrêt de l'humidification... ) A pulvérisation d'eau froide :
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Choix de l'humidificateur
>> Si choix d'un humidificateur à eau froide, choisir un appareil équipé d'une vidange automatique lors de l'arrêt de l'humidification; >> A défaut, choisir un humidificateur équipé de lampes UV. Exemple d'un humidificateur équipé de lampes UV irradiant les câbles de ruissellement.
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Remarque 3 : le choix du diffuseur d'air
Un courant d'air par la climatisation = une "coulée" d'air froid.... Exemples de problèmes : Ex 1 : le climatiseur en vitesse minimale... Ex 2 : la poutre froide statique sous le plafond
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Dans la zone d'occupation, le système de climatisation ne peut générer
une vitesse de l'air supérieure à 0,2 m/s en hiver et 0,25 m/s en été.
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Choix du diffuseur d'air
D'où l'objectif : l'air froid doit se mélanger à l'ambiance avant d'atteindre les occupants. Exemple 1 : choix de bouches à haut taux d'induction Mélange rapide entre l'air ambiant et l'air pulsé grâce aux diffuseurs hélicoïdaux.
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Choix du diffuseur d'air
Exemple 2 : valoriser l'effet "Coanda" Coanda ? En pulsant l'air horizontalement, la veine d'air va coller au plafond Application : choix d'une poutre froide dynamique plutôt que statique
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Exemple 3 : attention aux poutres, aux luminaires,
... qui cassent l'effet Coanda. Exemple 4 : modifier la position des déflecteurs entre l'hiver et l'été.
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Remarque 4 : Qui dit machine frigorifique, dit condenseur en toiture !
1° machine monobloc, avec condenseur à air
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Variante avec condenseur extérieur
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2° machine en chaufferie, avec condenseur à eau…
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… puis aéro-refroidisseur de l’eau
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… ou tour de refroidissement.
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COPthéor =
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Extrait d’un catalogue de fabricant :
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Extrait d’un catalogue de fabricant :
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Hôpital de Chimay
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