PARTIE I : PARTIE THEORIQUE
CHAPITRE I : GENERALITES
Dans ce chapitre, nous parlerons essentiellement de deux
principaux points à savoir :
· Les principes de base de la climatisation;
· L'énergie solaire.
Le premier point comprendra :
· Le fonctionnement d'un système de
climatisation ;
· L'étude du circuit frigorifique et sa
représentation sur le diagramme entropique (T, s) ;
· Les techniques de climatisation.
Le second point abordera surtout l'aspect
énergétique du gisement solaire.
I.1.PRINCIPES DE BASE DE LA CLIMATISATION [Cf.
Bibliographie:1, 9,10]
I.1.1. Définition et principe de fonctionnement
d'un système de climatisation
1. Définition
Climatiser un local, au sens le plus large et
général, consiste à maîtriser de façon
volontaire, les caractéristiques physico-chimiques de
l'atmosphère qui y règne afin de rendre celle-ci plus
agréable aux occupants ou plus adaptée aux travaux qui y sont
effectués.
Ainsi la climatisation peut consister à
réchauffer ou à refroidir l'air, à en augmenter ou
diminuer l'hygrométrie, à le dépoussiérer...
Le but donc d'un système de climatisation est de
traiter l'air dans une pièce afin de contrôler
simultanément sa température, son taux d'humidité, sa
pureté ainsi que sa distribution optimale.
2. Principes de fonctionnement d'un système de
climatisation
a). Principe de base
La climatisation est basée sur le transport de
la chaleur
d'un endroit vers un autre.
Pour cela, que faut-il ?
Un appareil intérieur, un
appareil extérieur, un circuit fermé de tuyauteries en cuivre qui
relie les unités intérieures et extérieures entre elles et
dans lequel circule le réfrigérant. C'est ce
réfrigérant qui va transporter l'énergie produite d'un
local vers un autre local
b). Fonctionnement en mode froid
La figure 1 donne le fonctionnement en mode froid
Figure 1: Fonctionnement en mode froid
1 Unité intérieure
Un
ventilateur souffle l'air intérieur chaud vers un échangeur de
chaleur dans lequel un réfrigérant froid circule. Le
réfrigérant froid absorbe la chaleur de l'air et l'air ainsi
rafraîchit est renvoyé dans le local.
2 Tuyauteries en cuivre
Le
réfrigérant transporte la chaleur récupérée
via des tuyauteries en cuivre depuis l'unité intérieure vers
l'unité extérieure.
3 Unité extérieure
Par cet apport de chaleur un changement s'opère sur le
réfrigérant. D'un état liquide, il se transforme en
état gazeux, comme de l'eau qui se transforme en vapeur lorsqu'elle
bout. De la même façon que la vapeur retrouve sa forme liquide
lorsqu'elle refroidit, le réfrigérant redevient liquide
grâce à la chaleur rendue par l'unité extérieure.
4 Réfrigérant
Le
réfrigérant liquide retourne vers l'unité
intérieure.
5 Unité intérieure
De retour
dans l'unité intérieure, le réfrigérant
libère la fraîcheur et recommence le circuit en boucle
jusqu'à obtention de la température
désirée.
I.1.2 Etude du circuit frigorifique
Un climatiseur fonctionne de façon similaire qu'un
réfrigérateur. Pendant que le réfrigérant circule
à travers le système, il subit un grand nombre de changements
d'état. Il y a quatre processus fondamentaux qui
forment le 'cycle frigorifique'
La figure 2 montre le cycle frigorifique.
.
Figure 2 : Cycle frigorifique
1. La compression
Par l'action du compresseur, la vapeur résultant de
l'évaporation est aspirée de l'évaporateur par la ligne
d'aspiration jusqu'à l'entrée du compresseur. Dans le
compresseur, la pression et la température de la vapeur augmentent
considérablement grâce à la compression, puis la vapeur
à haute température et à haute pression est rejetée
par la ligne de refoulement.
2. La condensation
La vapeur traverse la ligne de refoulement vers le condenseur
où elle libère la chaleur vers l'air extérieur. Dès
que la vapeur a relâché sa chaleur additionnelle, sa
température s'abaisse jusqu'à sa nouvelle température de
saturation correspondant à sa nouvelle pression.
En libérant
sa chaleur, la vapeur se condense entièrement et est ensuite
sous-refroidie. Le liquide sous-refroidi arrive au détendeur et est
prêt pour un nouveau cycle
3. La détente
Le cycle de la détente s'opère entre le condenseur
et l'évaporateur, en effet le réfrigérant liquide sort du
condenseur à haute pression et haute température, et se dirige
vers l'évaporateur via le détendeur.
La pression du liquide
est réduite à la pression d'évaporation quand le liquide
traverse le détendeur, ainsi la température de saturation du
réfrigérant entrant dans l'évaporateur sera en dessous de
celle de l'espace à rafraîchir. Une partie du liquide se
vaporise dès qu'il traverse le détendeur dans le but d'abaisser
la température du réfrigérant à la
température d'évaporation.
4. L'évaporation
Dans l'évaporateur, le liquide se vaporise à
pression et à température constante grâce à la
chaleur latente fournie par l'espace au réfrigérant traversant
l'évaporateur.
Tout le réfrigérant est
complètement vaporisé dans l'évaporateur, et
surchauffé à la fin de l'évaporateur.
Bien que la
température de la vapeur augmente quelque peu à la fin de
l'évaporateur à cause de la surchauffe, la pression reste
constante.
Bien que la vapeur absorbe la chaleur de l'air entourant la ligne
d'aspiration, augmentant sa température et diminuant
légèrement sa pression à cause des pertes de charges dues
au frottement dans la ligne d'aspiration, ces détails sont
négligés lorsqu'on explique le fonctionnement d'un cycle
frigorifique normal.
· Représentation sur le diagramme entropique
(T,s)
N
0°abs
s
Q1
Q2
A
B
D
C
T1 1
T2
0°c
P1
P2
T
M
![]()
Figure 3 : Diagramme entropique
Sur le diagramme entropique ci-dessus,le fonctionnement
théorique est représenté par le cycle de Carnot
ABCD,évoluant entre les isothermes T1et T2 et les adiabatiques AD et
BC,et sur lequel on peut lire:
· Q1:Chaleur évacuée au condenseur = Aire
AMNB
· Q2:Chaleur absorbée à l'évaporateur =
Aire DMNC
· Q3:Equivalent calorifique du travail consommé par
la machine = Aire ADCB
Ce qui nous permet de calculer le coefficient d'effet
frigorifique:
å = Q 2/Q 3 = Q 2/ (Q1-Q2)
= T2/ (T1-T2)
Le cycle pratique figuré dans le diagramme entropique est
le suivant:
P2
T2
6
1
2
3
4
5
s
0°C
T
T1
P1
![]()
Figure 4: Cycle pratique.
Légende:
· 1, admission dans le cylindre de vapeur saturée
sèche;
· 1-2, compression adiabatique de p2 à p1;
· 2-3-4-5, refroidissement, condensation et sous
refroidissement à pression constante p1 dans le condenseur;
· 5-6, détente et laminage à travers le
régleur;
· 6-1, évaporation à pression constante p2
dans l'évaporateur
Ce cycle est encore modifié dans sa réalisation,
principalement du fait qu'il existe toujours une certaine surchauffe des vapeur
à l'aspiration et du fait que la compression ne s'effectue pas
exactement suivant adiabatique en raison du refroidissement obtenu par des
ailettes ou par circulation d'eau, et qui a pour effet d'abaisser la
température en fin de compression.
I.1.3. Les techniques de climatisation
Dans ce paragraphe nous aborderons les principes
généraux, sans entrer en détails sur la
climatisation classique notamment celle par sorption et
dessiccation/évaporation.
Pour comprendre la suite du présent travail, les
différentes installations seront d'une technologie adaptable aux
équipements solaires.
Les systèmes de rafraîchissement les mieux
adaptés utilisant le solaire thermique pour produire du froid, peuvent
être classés en deux grande familles:
"Systèmes fermés et ouverts":
· Systèmes fermés
Un groupe de production de froid à sorption produit de
l'eau glacée utilisable dans une centrale de traitement d'air
(refroidissement et déshumidification).
· Systèmes ouverts
Dans ces systèmes l'air est directement traité
(refroidissement, déshumidification) en fonction des conditions de
confort souhaitées.
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