INTRODUCTION GÉNÉRALE
Compte tenu des rigueurs croissantes du temps
atmosphérique, les applications du froid telles que la climatisation et
le conditionnement de l'air sont de plus en plus nécessaires. Cela est
dû au fait que ces mutations climatiques engendrent un
réchauffement planétaire qui rend surtout en saison sèche,
les conditions extérieures rudes et un séjour difficile dans un
Laboratoire de Thermique et Environnement comme celui de l'ENSET. Dans le but
d'accroître les capacités de travail dans un tel milieu,
l'importance de la réhabilitation de la centrale de climatisation n'est
plus à démontrer. Notre choix de présenter notre projet de
mémoire dont le thème est
« ÉTUDE ET RÉABILITATION DU SYSTÈME
DE CLIMATISATION EN VUE DU REFROIDISSEMENT DU LABORATOIRE DE THERMIQUE ET
ENVIRONNEMENT » réside
non seulement dans notre volonté de créer des
conditions de confort favorisant le développement des performances
intellectuelles mais aussi dans le fait d'exposer aux
étudiants en Froid et Climatisation de manière
plus pratique le fonctionnement d'un système de climatisation
gainée. À la lumière de plusieurs ouvrages, des
enseignements reçus en cours et des recherches sur internet, nous allons
élaborer notre
travail sur trois chapitres. Le premier intitulé «
Généralités sur la Climatisation », nous permettra de
nous familiariser avec cette notion. Au chapitre deux, nous
déterminerons les caractéristiques de
l'installation après le dimensionnement. Et au troisième
chapitre, nous effectuerons la réhabilitation proprement dite suivie
de
l'expérimentation.
10
Chapitre 1 GÉNÉRALITÉS SUR LA
CLIMATISATION
1.1 INTRODUCTION
En vue du bien-être et du confort thermique des
occupants d'une pièce, il est nécessaire d'aménager les
conditions climatiques. Il s'agit là d'un processus appelé
climatisation. Le présent chapitre essentiellement basé sur cette
technique sera orienté vers quatre grands axes. Nous allons expliciter
la notion de climatisation, puis celle de confort thermique ; ensuite, nous
analyserons les différents systèmes de climatisation, enfin nous
étudierons les différents composants d'un caisson de traitement
de l'air et les réseaux aérauliques.
1.2 Notion de climatisation [1] [2] [4] [7] [11] 1.2.1
Définition [1]
La climatisation est l'ensemble des procédés qui
consistent à contrôler simultanément les
caractéristiques de l'air dans un milieu en l'occurrence la
température, l'humidité relative, et la pureté. Son
principal but est de créer des conditions de confort pour les occupants
de la pièce.
1.2.2 Caractéristiques de l'air humide
[7]
L'air constituant l'atmosphère qui entoure la
planète terre est généralement un mélange de gaz et
de particules qui sont répartis comme nous montre le tableau ci-dessous
:
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Tableau 1.1 Composition volumique
de l'air [7]
|
Composants
|
Pourcentage volumique
|
|
Azote (N2)
|
|
78 %
|
|
Oxygène (O2)
|
|
21 %
|
|
Argon (A)
|
|
0,93 %
|
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Vapeur d'eau (H2O)
|
|
0-4 %
|
|
Gaz carbonique (CO2)
|
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0,033 %
|
|
Néon (Ne)
|
|
0,0018 %
|
|
Krypton (Kr)
|
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0,000114 %
|
|
Hydrogène (H)
|
|
0,00005 %
|
|
Oxyde d'azote (N2O)
|
|
0,00005 %
|
|
Xénon (Xe)
|
|
0,0000087 %
|
|
Ozone (O3)
|
0
|
- 0,000001 %
|
On constate que l'air est essentiellement constitué de
l'azote et du dioxygène ; les autres gaz, qui représentent 1% du
volume, sont appelés gaz rares.
A l'état naturel, l'air n'est pas dépourvu de
vapeur d'eau même si cette dernière est parfois invisible. Il
contient toujours une quantité variable d'humidité : on parle
d'air humide. Il s'agit donc tout simplement d'un mélange d'air sec et
de la vapeur d'eau. L'air humide se définit par les
caractéristiques suivantes :
> la température sèche ;
> la température humide ;
> la température de rosée ;
> l'enthalpie ;
> l'humidité relative ;
> l'humidité spécifique ;
> le volume spécifique.
1.2.2.1 Température sèche (Ts)
[4]
C'est la température du mélange d'air sec et de la
vapeur d'eau mesurée par un
thermomètre à bulbe sec, elle s'exprime en
degré Celsius (°C).
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1.2.2.2 Température humide (Th) [2]
Cette température s'obtient en entourant
l'élément sensible d'un thermomètre classique d'une ouate
imprégnée d'eau et en soumettant ce thermomètre à
un courant d'air, on obtient ainsi la température humide de l'air.
L'unité de mesure est le °C. Cette
température est inférieure à la température
sèche sauf au cas où l'air est saturée (les deux
températures seraient donc égales). Plus l'air est sec, plus
l'écart est important entre les températures sèches et
humides.
1.2.2.3 Température de rosée (Tr)
[2]
C'est la température à laquelle la vapeur d'eau
contenue dans l'air commence à se condenser au contact d'une surface
froide. Cette température est inférieure ou égale à
la température humide, et elles ont la même unité.
1.2.2.4 Enthalpie (H) [2]
C'est la quantité de chaleur contenue dans une
unité de masse d'air. L'unité de mesure de celle-ci est le
KJ/Kg d'air.
1.2.2.5 Humidité relative (cp)
[2]
L'humidité relative encore appelée degré
hygrométrique, est le rapport de la masse de vapeur d'eau contenue dans
un kilogramme d'air sec par la masse de vapeur d'eau contenue dans ce
même kilogramme d'air saturé à la même
température. Elle n'a pas d'unité et s'écrit
généralement en pourcentage.
|
ö =
|
masse d'eau par kg d'airsec masse d'eau par kg d'air
saturé
|
1.2.2.6 Humidité absolue(w) [2]
C'est la masse de vapeur d'eau contenue dans un kilogramme d'air
sec. Elle
s'exprime en kilogramme ou gramme d'eau par kilogramme d'air sec
(Kg / Kg as).
1.2.2.7 Volume spécifique (v) [2]
C'est le volume occupé par un kilogramme d'air. Il
s'exprime en m3/Kg d'air.
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1.2.2.8 Masse volumique (ñ) [2]
C'est la masse d'un mètre cube d'air. La masse
volumique est l'inverse du volume spécifique. Elle s'exprime en
kg/m3 d'air.
Toutes les caractéristiques suscitées peuvent
être déterminées par calcul, mais en génie
climatique on utilise généralement le diagramme
psychométrique ou de l'air humide. On y retrouve un ensemble de courbes
représentant chaque caractéristique de l'air ; chaque point qui y
est représenté a pour coordonnées les
caractéristiques suscitées.
Le diagramme psychométrique a des zones qui peuvent
être représentées de la façon suivante :
Figure 1.1 : différentes
zones du diagramme psychrométrique [2]
Ce diagramme comporte quatre principales zones
Zone 1 : Air non saturé.
Zone 2 : Séparation entre la zone
d'air non saturé et celle d'air sursaturé ; C'est la courbe de
saturation.
Zone 3 : Air saturé plus de l'eau en
suspension (brouillard), on parle d'air sursaturé.
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Zone 4 : Air saturé plus de l'eau en
suspension. Cette eau est cristallisée (neige ou grêlons) car la
température est négative.
Pour un point A placé sur le diagramme la
détermination des caractéristiques se fait en suivant les lignes
de la façon suivante :
Figure 1.2 Détermination
des caractéristiques d'un point [2]
t : température sèche (en
°C) ;
th : température humide (en °C)
;
tr : température de rosée (en
°C) ;
ö : humidité relative (en %) ;
W : humidité absolue ou teneur en eau
(en Kg/Kg as) ;
v : volume spécifique (en
m3/Kg) ;
h: enthalpie (en KJ/Kg).
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Après avoir projeté les coordonnées du
point sur tous les axes il suffira de lire la valeur correspondant à
chaque caractéristique.
Le diagramme en lui-même avec toutes ses courbes se
présente comme sur l'annexe. Ce diagramme contient toutes les courbes
relatives aux caractéristiques de l'air. On peut en trouver plusieurs
versions selon les constructeurs (MOLLIER, C.O.S.T.I.C, PORCHER,
CARRIER, A.S.H.R.A.E) [11]
1.2.3 Notion de confort thermique en climat tropical
humide [4] [7]
Cette notion est assez difficile à définir de
façon précise car elle est très subjective. Une
étude du confort thermique en climat tropical humide permet de
définir des conditions d'ambiances acceptables par un sujet vivant en
zone tropicale humide. L'ambiance thermique est un facteur de conditions de
travail jouant un rôle important sur la santé, la
sécurité et le confort des travailleurs. On exprime assez
facilement et spontanément les sensations éprouvées face
à l'ambiance thermique à laquelle on est soumis : sensation de
chaleur, d'étouffement et de froid, associés à des effets
caractéristiques tels que la transpiration, le frissonnement mais le
confort thermique est une notion complexe dépendant de nombreux
paramètres. On dira tout simplement qu'un individu est en situation de
confort thermique lorsqu'il ne ressent de sensation ni de chaud, ni de
froid.
Dans le diagramme psychrométrique on peut
délimiter la zone de confort thermique de la manière suivante
:
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Figure 1.3 Zone de confort thermique
[4]
On peut constater que la température et l'humidité
relative de confort proposées sont : 20o C
< Température < 27o
C
20% < Humidité <
80%
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