Climatisation solaire

Climatisation solaire 

Climatisation par absorption

La chaleur et l’énergie solaire vont de pair. Nous avons bien vu les applications solaires pour la production d’eau chaude et le chauffage. Mais aujourd’hui il est possible de concevoir un « combi-système solaire réversible » qui pourrait fournir de la chaleur en hiver et du froid en été, la boucle serait bouclée [9]. La technique la plus commune consiste à utiliser des capteurs solaires pour fournir de la chaleur qui est dirigée vers une machine à absorption. Cette machine dissocie, par ébullition, une solution d’eau et de bromure de lithium. Après refroidissement, la recombinaison des deux composants produit du froid, par absorption de chaleur. Le froid est ensuite distribué comme pour la climatisation classique. C’est une solution propre, efficace et silencieuse. Elle réduit des émissions de CO2, l’emploi de fluides frigorigènes et le bruit urbain. Mais la technique est encore en phase de développement.

Climatisation par dessiccation/évaporation 

La technique de climatisation par dessiccation/évaporation utilise une roue contenant un gel de silice comme déshumidificateur. Le gel absorbe la vapeur d’eau et assèche l’air et ensuite, il est régénéré (desséché) par chauffage, afin d’être disponible à nouveau. Comme les besoins de climatisation correspondent aux périodes de fort ensoleillement, l’énergie solaire peut servir comme source de chaleur pour la déshumidification du gel absorbant [1, 34, 30].

Le plancher chauffant- rafraîchissant

Il s’agit d’un système de climatisation intégré au sol. Le plancher se compose d’un réseau de canalisations insérées dans le sol, dans lesquelles circule de l’eau chauffée ou rafraîchie par la pompe à chaleur, selon les modes d’utilisation en froid ou chaud [21]. En mode froid, le plancher absorbe la chaleur du local et la pompe à chaleur le rejette à l’extérieur et rafraîchit ainsi la température du local pour plus de confort. En mode chaud, la chaleur apportée par l’eau circulant dans les tubes se diffuse à travers la chape qui rayonne vers les corps, objet et parois environnants qui s’échauffent à leur tout l’air ambiant. A la différence des autres climatiseurs et systèmes, il ne déshumidifie pas l’air ambiant ni ne le filtre. Un thermostat d’ambiance permet de régler la température souhaitée dans le local. Avantages :
❖ Espace libéré : l’absence de radiateurs dégage de la surface habitable et de la place pour les meubles.
❖ Double fonctionnement : rafraîchissement et chauffage. Ecart d’environ 4°C par rapport à la température extérieure en mode climatisation.

La ventilation 

Objectifs

Les installations de ventilation servent surtout à assurer l’hygiène des hommes et des animaux dans les locaux qu’ils occupent. Les habitations et les bureaux doivent être ventilés pour renouveler l’oxygène, maintenir un équilibre de la concentration du gaz carbonique. La ventilation permet également de réduire la chaleur, les odeurs désagréables et l’humidité, d’évacuer les fumées de cigarette. Dans une usine ou une raffinerie, les systèmes de ventilation évacuent les contaminants dangereux contenus dans l’air. De nombreux procédés chimiques industriels génèrent des vapeurs nocives qui doivent être éliminées du lieu de travail. Ce sont en particulier les ingénieurs chimistes qui conçoivent ces systèmes de ventilation. L’air atmosphérique contient environ 21% d’oxygène et des traces de gaz carbonique (0,03%), mais l’air expiré par l’Homme ne contient plus que 16% d’oxygène et 4% de gaz carbonique. Lorsqu’un appareil de chauffage à combustible (poêle, par exemple) est placé dans un local clos, les quantités de gaz carbonique et de monoxyde de carbone (CO) émises pourraient provoquées, à terme, l’asphyxie des occupants : la ventilation de la pièce est donc nécessaire [20].

Principe

Pour aérer un bâtiment, le moyen le plus simple est la ventilation naturelle, qui utilise la différence de pression entre l’intérieur de l’édifice, la façade exposée au vent et celle qui est à l’abri. Cette différence de pression engendre une entrée d’air. Selon ce principe, la ventilation dans les locaux d’habitation ou les bureaux est généralement assurée par une perte d’air à travers de petits interstices dans les murs des bâtiments, en particulier autour des fenêtres et des portes. Pour aérer un local, on ménage une ouverture dans sa partie basse (en dépression) et dans sa partie haute (en surpression) : il y a appel d’air. Ainsi, si la température extérieure est inférieure à l’extérieur de la pièce, l’air pénètre par l’ouverture basse et sort par l’ouverture haute. Ce système de ventilation est parfois assuré par une série de conduits insérés dans les murs, terminés par des bouches d’aération et éventuellement équipés de filtres. Mais une telle ventilation est parfois insuffisante et dépend en partie des conditions atmosphériques, variables. De plus, l’air frais arrivant par le bas, cette technique est peu conforme aux règles d’hygiène et peu confortable pour les occupants de la pièce. C’est pourquoi les locaux sont presque toujours équipés de systèmes de ventilation plus élaborés. Les ingénieurs estiment que, pour une ventilation adéquate, l’air d’une pièce doit être totalement renouvelé de deux à trois fois par heure. Pour assurer une telle ventilation, il est généralement nécessaire d’équiper les locaux de dispositifs mécaniques permettant d’augmenter le débit naturel de l’air. Il s’agit alors d’une ventilation forcée.

Dispositifs

Les dispositifs de ventilation simples comportent des ventilateurs « qui soufflent ou aspirent de l’air dans un local » ou des ventilateurs soufflants, de type hélicoïde ou centrifuge, conçus pour rejeter l’air vicié à l’extérieur ou pour aspirer de l’air frais et le diffuser à l’intérieur du bâtiment. Des gaines de transport équipées de bouches de soufflage ou d’extraction assurent l’injection et l’éjection de l’air [22]. Les ventilateurs hélicoïdes sont équipés de lames métalliques, ou pales, mises en mouvement par un moteur électrique. L’air est soufflé dans la direction de l’axe de rotation des pales. Les ventilateurs centrifuges sont constitués d’une turbine à aspiration centrale et à refoulement radial. Ils sont utilisés pour injecter de l’air dans les systèmes d’aération. Les systèmes de ventilation peuvent être associés à des appareils de chauffage, des filtres, des régulateurs d’humidité ou des dispositifs de refroidissement. De nombreux systèmes comportent des échangeurs de chaleur. Ceux-ci utilisent l’air sortant pour réchauffer ou refroidir l’air entrant, augmentant ainsi l’efficacité du système, en réduisant la quantité d’énergie nécessaire à son fonctionnement.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I
I. Introduction
II. Climatisation solaire
II.1. Faire du froid par la chaleur
II.2. Les principes de la climatisation solaire
III. Humidificateur par ruissellement à recirculation d’eau
IV. Le plancher chauffant- rafraîchissant
V. La ventilation
V.1 Objectifs
V.2 Principe
V.3 Dispositifs
V.4 Classification des ventilateurs
V.4.1. Les ventilateurs centrifuges
V.4.2. Les ventilateurs axiaux
V.4.3. Choix du ventilateur
VI. La climatisation artificielle
VI.1. Principe
VI.2. Efficacité
VI.3. La climatisation partielle avec refroidissement
VI.4. La climatisation individuelle « windows » ou « split »
VI.5. La climatisation centralisée
VI.5.1. Le système tout air mono-gaine
VI.5.1.1. Le système à débit d’air constant
VI.5.1.2. Le système à débit d’air variable
VI.5.2. Le système tout air à double gaine
VI.5.3. Installations mixtes air eau
VI.5.3. Installations tout eau
VI.5.4. Système VRV (volume de réfrigérant variable)
VII. Traitement de l’air humide
VII.1. Grandeurs relatives à l’air humide
VII.1.1. Températures et humidités
VII.1.2. Humidité relative de l’air ou degré hygrométrique
VII.1.3. Humidité absolue
VII.1.4. Température de bulbe sec ou température sèche
VII.1.5. Température de rosée
VII.1.6. Température humide ou température de bulbe humide
VII.2. Enthalpie spécifique
VII.3. Relation entre les différentes entre les grandeurs
VII.3.1. Relation entre Pv et x
VII.3.2. Relation entre x et HR
VII.3.3. Relation entre Pv, T et Th
VII.3.4. Masse volumique
VII.4. Zone de confort thermique
VII.5 Refroidissement de l’air
VII.5.1 Batterie sèche
VII.5.2 Batterie humide
VII.5.3 Facteur de bipass
VIII. Conclusion
CHAPITRE II
I.Introduction
II. Echangeur à plaque
II.1. Hypothèses
II.2. Modélisation de l’échangeur
II.3. Etude de l’échange plaque refroidie – air (cas d’une batterie sèche)
II.3.1. Evolution des températures le long de l’échangeur
II.3.2. L’expression du flux échangé
II.3.4. Calcul des températures de sortie
II.3.5. L’efficacité de l’échangeur
III. Echangeur à tube en régime humide
III.1. Présentation
III.2. Modélisation de l’échangeur à tubes en régime humide
III.2.1. hypothèses simplificatrices
III.2.2. Modèle physique local d’échange de chaleur et de masse
III.2.3. Echange air / film de condensation
III.2.4. Adaptation à l’échange film de condensation / eau
III.2.5. Echange local air/eau
III.2.6. Echange global de chaleur et de masse dans la batterie froide à contre courant : calcul du flux
III.3. Evolution des enthalpies ou températures le long de l’échangeur à tubes
III.4. Détermination des conditions de sortie
III.5. Détermination de l’efficacité de l’échangeur : méthode moyenne logarithmique
IV. Batterie à échangeur double
IV.1. Etude du couplage des deux échangeurs : cas de notre modèle
IV.2. Détermination du flux thermique global
IV.3. Calcul de l’efficacité
V. Conclusion
CHAPITRE III
I. Introduction
II. Caractéristiques techniques de la batterie
III. Détermination du point de fonctionnement
III.1. Echangeur à plaque
III.2. Echangeur à tube
III.3. Echangeur double échanges
IV. Détermination de hms et du débit d’air
V. Techniques de détermination des coefficients d’échange au point Nominal : Méthode moyenne logarithmique DML
V.1. Détermination du coefficient global en régime humide
V.1.1. Calcul des propriétés de l’air et de l’eau à l’entrée
V.1.2. Calcul des conditions de l’air et de l’eau à la sortie de la batterie
V.1.3. Calcul du coefficient d’échange global
V.2. Calcul des coefficients locaux
V.2.1. Détermination du coefficient d’échange coté air
V.2.2. Détermination du coefficient d’échange coté eau
V.3. Procédure de calcul
IV.3. Modélisation du ventilateur
IV.3.1. Détermination des pertes de charge
IV.3.2. Choix de l’isolant
V. Résultats expérimentaux
VI. Etude Financière
VII. Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie

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