Climatisation

La climatisation est la création et le maintien d’un air ambiant dont la température, l’humidité et la pureté sont contraintes. Un système de climatisation est constitué d’un dispositif centralisé, qui produit une atmosphère contrôlée à tout moment, quelles que soient les conditions climatiques.

Cependant, le terme climatisation est souvent appliqué improprement au refroidissement de l’air. Dans ce cas, les dispositifs de "climatisation" sont simplement des unités de réfrigération équipées d’un ventilateur, qui fournissent uniquement un débit d’air froid filtré.

De même, le terme climatiseur désigne généralement des appareils autonomes de faible dimension et générant de l’air froid.

Certains procédés de fabrication, tels que la production du papier et des textiles, nécessitent une climatisation pour le contrôle des conditions de fabrication. En général, elle consiste à ajuster l’humidité de l’air distribué.

Lorsque de l’air sec est requis, l’air est déshumidifié par refroidissement ou déshydratation. Dans ce dernier procédé, il circule dans des chambres contenant des produits chimiques adsorbants, tels que le gel de silice (oxyde de silicium). L’air est humidifié en passant dans des bains d’eau ou des vaporisateurs.

Lorsque l’air doit être exempt de poussière, comme cela est nécessaire pour la fabrication de certains médicaments, de microprocesseurs ou encore d’équipements médicaux, le système de climatisation est équipé d’un filtre spécial. L’air passe dans des vaporisateurs d’eau ou, pour certains filtres, dans un réseau de plaques huilées. Dans d’autres cas, la poussière est éliminée au moyen de filtres électrostatiques.

Des systèmes de climatisation centralisés, offrant un contrôle complet du chauffage, du refroidissement et de la ventilation, sont employés dans les magasins, les restaurants, les cinémas, les théâtres et d’autres édifices publics.

De tels dispositifs, en raison de leur complexité, doivent généralement être installés lors de la construction du bâtiment. Ces dernières années, ils ont été progressivement automatisés dans un souci d’économie d’énergie. Les vieux immeubles, les appartements individuels ou les bureaux peuvent être équipés d’un élément réfrigérant, de ventilateurs, de conduites d’air ou d’un collecteur d’air, dans lequel l’air de l’intérieur du bâtiment est mélangé à l’air extérieur.

De telles installations peuvent être utilisées pour le refroidissement et la déshumidification pendant les mois d’été, et le système de chauffage régulier sert pendant l’hiver. Dans un système de climatisation, l’air est refroidi au moyen d’un générateur de froid. Le gaz traverse un échangeur dans lequel circule un liquide froid (eau, par exemple).

On peut également utiliser des machines frigorifiques à compression ou à absorption, qui emploient un liquide frigorigène tel que l’ammoniac, le dioxyde de carbone ou le Fréon à composé de chlore, de fluor et de carbone, bien que son utilisation soit maintenant déconseillée (voire interdite), en raison de son impact destructeur sur la couche d’ozone atmosphérique. Une machine frigorifique est généralement plus complexe et plus coûteuse qu’une machine thermique de même puissance.

L’efficacité de la climatisation dépend de l’appareillage, mais également de l’isolement, ou étanchéité, du local par rapport à l’extérieur. Par exemple, l’ouverture d’une fenêtre dans un local climatisé crée un déséquilibre, le système de climatisation ne pouvant compenser les effets liés à l’entrée d’air.

Une technique souvent utilisée pour éviter les infiltrations d’air extérieur consiste à maintenir le local en légère surpression par rapport à l’extérieur. Il suffit pour cela de faire pénétrer plus d’air qu’il n’en sort de la pièce. Dans certains cas (cuisine, bâtiments sanitaires), le local est maintenu en légère dépression, pour éviter de "polluer" l’extérieur.

Certains locaux climatisés sont totalement étanches et équipés de sas à l’entrée. Dans d’autres cas, comme dans les grands magasins où les portes sont constamment ouvertes, les entrées sont équipées de rideaux d’air chaud ou froid, qui évitent les perturbations thermiques du local.

Les systèmes de climatisation sont classés selon leur capacité utile de refroidissement, qui devrait être rigoureusement exprimée en kilowatts (kW).
On emploie encore le terme de tonne de réfrigération, correspondant à la quantité de chaleur qui serait absorbée pour faire fondre une tonne de glace en 24 h, soit 3,5 kW.

Les fluides réfrigérants halogènes

Ce sont de composés organiques simples qui contiennent 1 à environ 4 atomes de carbone, des atomes d’halogène (chlore ou fluore) et souvent de l’hydrogène.

CFC est une abréviation de chloro-fluoro-carbone. Sont désignées ainsi les molécules composées uniquement de ces 3 éléments.

HCFC désigne Hydrogéno-cloro-fluoro-carbone. Ces molécules contiennent en plus l’élément hydrogène.

HFC désigne hydrogéno-fluoro-carbones. Ces molécules ne contiennent pas de chlore.

La nomenclature chimique est rarement utilisée. On utilise des codes selon standard 34 de l’ASHRAE. L’explication des codes se trouve ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydrofluorocarbure.

La climatisation, c’est la mise en œuvre d’un système permettant de maintenir dans un local une ambiance hygrothermique confortable, quelles que soient les conditions climatiques extérieures. Elle permet aussi de filtrer efficacement les pollutions et les nuisances sonores liées à l’environnement extérieur.
Le principe de la production de chaud ou de froid repose sur un transfert de chaleur assuré par un fluide frigorigène qui peut être l’ammoniac (dans une machine de type ammoniac/eau) ou l’eau (dans une machine de type eau/bromure de lithium).

Mis en présence d’un milieu plus chaud, le fluide s’évapore en captant de la chaleur et refroidissant ce milieu extérieur ; puis il retourne à l’état liquide en communiquant sa chaleur à un milieu plus froid qu’il réchauffe.

La climatisation au gaz naturel : une flamme pour produire du froid
Le fluide frigorigène peut être entrainé dans le circuit de deux façons différentes. Les solutions traditionnelles disposent d’un compresseur mécanique, généralement mu par un moteur électrique. La climatisation au gaz naturel est un cycle à absorption, où le fluide frigorigène est entrainé par une solution qui est capable de l’absorber à l’état gazeux. L’ébullition est obtenue grâce à un bruleur au gaz naturel.

Le cycle à absorption
1- Une solution d’ammoniac et d’eau [1] est portée à ébullition par un bruleur à gaz dans le générateur. Le fluide frigorigène à l’état gazeux se sépare de l’eau. Sous la forte pression, il est envoyé vers le condenseur.
2- Dans le condenseur, le fluide frigorigène redevient liquide et est dirigé vers l’évaporateur, où il est détendu.
3- Là, sa pression baisse, et grâce à l’échangeur de chaleur, il capte la chaleur du circuit de distribution et se vaporise. C’est ainsi que le circuit d’eau glacée de la climatisation est refroidi.
4- Le fluide frigorigène à l’état gazeux est alors absorbé par l’eau, séparée du fluide frigorigène dans le générateur et arrivée dans un compartiment du vaporisateur.

C’est donc l’absorption qui assure la mise en circulation du fluide frigorigène (l’eau transporte l’ammoniac entre l’évaporateur et le générateur et permet l’envoi de l’eau vers le condenseur).

Atouts de la climatisation au gaz naturel

– Respect de l’environnement
Absence de CFC, HCFC et HFC : les machines de production de froid par absorption au gaz naturel ne contiennent ni CFC (chlorofluorocarbures), ni HCFC (hydrochlorofluorocarbures), ni HFC (hydrofluorocarbures), dont les effets néfastes sur l’environnement sont démontrés et qui font l’objet d’une règlementation sévère visant à en interdire progressivement l’usage. Depuis le 1er janvier 2001, l’utilisation des CFC est interdite. Depuis juillet 1999, il y a obligation de détenir un certificat d’étanchéité des installations de réfrigération et de climatisation de plus de 2 kg de fluide HCFC.

De plus, pour les nouveaux équipements, l’utilisation des HCFC est interdite :
– depuis le 1er janvier 2001 pour tous les groupes frigorifiques de capacité nominale supérieure à 100 kW (mode froid uniquement) ;
– depuis le 1er juillet 2002 pour tous les groupes frigorifiques neufs de capacité nominale inférieure à 100 kW (mode froid uniquement) ;
– depuis le 1er janvier 2004 pour tous les groupes frigorifiques neufs pouvant fonctionner en mode pompe à chaleur ou réversible (quelle que soit la capacité nominale). La maintenance d’équipement existant avec du HCFC neuf a été autorisée jusqu’au 1er janvier 2010. Enfin, l’utilisation des HCFC recyclés en vue d’effectuer la maintenance est interdite depuis le 1er janvier 2015. Les fluides frigorigènes utilisés (l’ammoniac et l’eau) dans les machines à absorption sont sans effet sur l’environnement. Concernant l’ammoniac, et du fait de l’évolution des contraintes règlementaires qui frappent les CFC, HCFC, son utilisation s’étend.

– Son intérêt supplémentaire est d’être le fluide qui permet de produire des températures négatives par le principe de l’absorption.