1EquipementspourlesEvolutionselementaires

ENPC 2011 Tous droits protégés Y.Le Ny 1

Matin CM:Equipements pour les évolutions élémentaires de climatisation :

Après midi :Visite d’installations de climatisation de l’IUT

CTA plafonnière : CM,filtre,BC,BFH,ventilateur,régulation sur V3V ) Groupes de production d’eau glacée condenseur à air ou à eauDéshydrateur à adsorption avec gaine textile Plancher chauffant/rafraîchissant .Climatiseur Split system . PAC Échangeur coaxial, multitubulaire,à plaques,serpentin

Énergétique des bâtiments

Bibliographie : [1] B2230, Air humide , M.Duminil ,Technique de l’ingénieur[2]BE9085, Confort thermique,V.Candas, Technique de l’ingénieur [3] Chauffage,G.Porcher,Editions Delta[4] Guide AICVF n°°°°2,2bis,10,AICVF , PYC Livres[5] Thermique appliquée aux bâtiments, D.Hernot, Editions Parisiennes[6] Ventilation des bâtiments ,B.Bogat, CSTB[7] Le calcul simplifié des charges de climatisation, COSTIC , SEDIT[8] Climatisation et conditionnement d’air, F.Reinmuth, PYC Livres [9] Manuel de l’humidification de l’air ,P.Iselt, PYC Livres[10] Climatisation Conditionnement d’air,J.Bouteloup M.Le Guay, CFP[11] Eléments de climatologie, G.Viers J.P. Vigneau ,Nathan[12] Météorologie générale,J.P Triplet, G. Roche , Météo France[13] Techniguide de la Météo,J.L Vallée , Nathan[14]BE270 à 274, Traitement de l’air et climatisation,Bailly Clerc-Renaud, Rutman,Ternant, Technique de l’ingénieur

Maîtrise des ambiances

I Équipements pour les évolutions élémentaires de l’air humide

Y. Le Nyleny@univ-mlv.fr

version 2011

Maîtrise des ambiances

Grandeurs caractGrandeurs caractééristiques de lristiques de l’’ air humide :air humide :

θs :Température sèche en °C

θh :Température humide en °C

θr : Température de rosée en °C

HR : Humidité relative en %

r : Humidité absolue en kg d’eau/kg a.s.

h : Enthalpie spécifique en kJ/kg a.s.

v : Volume spécifique en m3/kg a.s.

Pv : Pression partielle de vapeur d ’eau en Pa

Pvs : Pression partielle de vapeur d’eau saturante en Pa

P : Pression atmosphérique en Pa

- 50 <<<< θθθθs <<<< +50 °°°°C- 50 <<<< θθθθh <<<< +50 °°°°C- 50 <<<< θθθθr <<<< +50 °°°°C

0 ≤≤≤≤ HR ≤≤≤≤ 100%

0 ≤≤≤≤ r <<<< 30 ge/kgas

- 60 <<<< h <<<< +115 kJ/kg0,700 <<<< v <<<< 0,950 m3/kg

0 ≤≤≤≤ Pv <<<< 100 Pa

0 <<<< Pvs θθθθs<<<< 100 Pa0 <<<< P ≤≤≤≤ 101325 Pa

CaractCaractééristiques de lristiques de l’’ air humideair humide

lecture des caractlecture des caractééristiques dristiques d’’ un pointun point

θrθh

DAHDAH

Exemple de lecture d’un point

couple : température sèche et humidité relative :

θθθθs = 20°°°°C HR = 50 %

Travail demandé :

Placer ce point sur le DAH et en déduire les autres grandeurs caractéristiques de l ’air :

r, v ,θr , θh puis h

DAHDAH

Exemple de lecture sur le diagramme de lExemple de lecture sur le diagramme de l’’ air humide air humide

θs=20°C

HR = 5

r = 7,3 ge/kgas

v = 0,841 m3/ kg

h = 39 kJ /kgas

θr = 9,4°C

13,9°C

DAHDAH

Climat typeAir atmosphAir atmosphéériqueriqueDAHDAH

Physiologie thermique Échanges homme/ambiance

ConvectionRayonnement

Conduction

Interne

Cutané

Bakterien Bakterien

Viren Viren

Pilze Pilze

Milben Milben

Infektion der

Atemwege

Infektion der

Atemwege

allergische

Rhinitis

allergische

Rhinitis

chemische

Reaktionen

chemische

Reaktionen

Ozon Ozon

Relative Luftfeuchte in Prozent

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Quelle: Henne - Luftbefeuchtung

Les valeurs optimales de lLes valeurs optimales de l’’humidithumiditéé relative pour la relative pour la santsantéé se situent entre 40% et 60 % dse situent entre 40% et 60 % d’’humidithumiditéé relativerelative

Bactéries

Infections des voies respiratoires

Rhinites allergiques

Bactéries

Champignons

Acariens

Rhinites allergiques

Réactions chimiques

Humidité relative en %

Confort et H.R.Physiologie thermique

Confort H.R. et TempératurePhysiologie thermique

[13]Techniguide de la Météo,J.L Vallée , Nathan

[2]BE9085, Confort thermique,V.Candas, Technique de l’ingénieur

L ’appréciation prévisible ( PMV = predicted mean vote) tient compte

- des variables humaines ( Métabolisme,vêture …)

- des paramètres d ’ambiance : ( Températures d’air, pression partielle de vapeur d’eau… )

PMV = ( 0,303 . e - 0,036 . M + 0,028 )

[ ( M - W ) - 3,05 . 10-3 . { 5733 - 6,99 . ( M - W ) - Pv ]

- 0,42 . { ( M - W ) - 58,15 } -1,7 . 10-5 . M . ( 5867 - Pv )

- 0,0014. M . ( 34 - Ta ) - 3,96 . 10-8 . Fcl . ( Tcl 4 - Tr 4 )

- Fcl . hc . ( Tcl - Ta ) ]

Physiologie thermique

M Fanger a estimé inconfortable toutes les appréciations de sensation thermique ( MV) >2 .

Un calcul par classe de PMV comptabilise le pourcentage de votesinconfortables : PPD ( Pourcentage of people dissatisfied )

Extrait Techniques de l ’Ingénieur, M Candas , BE 9085 13

Physiologie thermique

5 % seront toujours insatisfaits

Grille An

Grille Arj

Caisson de mélange

Ventilateur d ’extraction

Ventilateur de soufflage

Bouche de soufflage

Bouche d ’extraction

Architecture dArchitecture d’’ un systun systèème de climatisation centralisme de climatisation centraliséé

Terminologie des diffTerminologie des difféérents types drents types d’’ air air

Ae ou Arp

An : air neuf Am : Air mélangé As : Air soufflé Ai : Air intérieur Ae : Air extrait

Arp : air repris Arc : air recyclé Arj : air rejeté

Taux de variation ou rapport caractéristique j en kJ / kg eau :

j = ∆ = ∆ = ∆ = ∆h / ∆ ∆ ∆ ∆r

∆h est la variation d'enthalpie spécifique de l'air en kJ / kg as

∆r est la variation du rapport de mélange de l'air en kge / kg as

Le rapport j est indépendant du débit d’air .

Le rapport j peut être positif ou négatif ou nul.

Le rapport j permet de relier le calcul et la représentation graphique de l ’évolution sur le diagramme de l’air humide .

Sur un diagramme ( h, r ) , le point représentatif de l'air évolue suivant une droite de pente j et appelée droite d ’évolution .

Taux de variation Taux de variation

r 2∆r

∆θ θ

j = ∆ = ∆ = ∆ = ∆h / ∆ ∆ ∆ ∆r

Angle dAngle d’é’évolution sur le DAHvolution sur le DAH

hAngle d’évolution : î

ÉÉvolutions volutions éélléémentaires de lmentaires de l’’ airair

Mélange

Chauffage ∆θ∆θ∆θ∆θ > 0

Refroidissement ∆θ∆θ∆θ∆θ < 0

Humidification ∆∆∆∆r > 0

Déshumidification ∆∆∆∆r < 0

h et r sont des moyennes pondérées

Principe :Deux flux d’air humide A1 et A2 sont mélangés ; le point Am d'air mélangé a des grandeurs caractéristiques qui sont une moyenne pondérée ( par la masse ) des grandeurs des deux airs mélangés .Équipements :- Dans le but d ’économiser l ’énergie, un caisson de mélanged’une CTA mélange de l ’air recyclé à de l’air neuf

- Pour obtenir l ’air soufflé approprié , la boîte mélangeusemélange de l ’air chaud à de l ’air froid .

- Pour un meilleur confort ; la bouche de soufflage à inductionmélange de l ’air du local à de l ’air traité en CTA.

MMéélange d'air lange d'air

Bilans thermodynamiques :

Hypothèses :

- le régime de transfert des masses et de chaleur est permanent établi .

- les parois du caisson de mélange sont étanches et n’échangent pas de chaleur avec l’extérieur : caisson adiabatique

HypothHypothèèses des bilansses des bilansdu mdu méélange d'air lange d'air

Bilans du mBilans du méélange d'air lange d'air

Relations analytiques par unité de temps :Bilan masse d’air sec :Débit masse d'air mélangé

qmAm = qmA1 + qmA2 ( 1 )

Bilan hydrique : qmAm . rAm = qmA1 . rA1 + qmA2 . rA2

rAm = ( qmA1 . rA1 + qmA2 . rA2 ) / ( qmA1 + qmA2 ) ( 3 )

Bilan énergétique : qmAm . hAm = qmA1 . hA1 + qm2 . hA2

hAm = ( qmA1 . hA1 + qmA2. hA2) / ( qmA1 + qmA2) ( 2 )

Représentation graphique sur le DAH:

Les équations ( 2 ) et ( 3 ) sont les équations paramétriques de la droite A1A2. Le point M appartient à la droite A1A2 et est au plus près de l’air qui a le débit masse le plus élevé .

Le point M s’apparente à “ un centre de gravité ” .

relations grelations gééomoméétriquestriques du mdu méélange d'air lange d'air

qm2 / qm1 = AmA1 / AmA2 (4)

qm2 / ( qm1 + qm2) = AmA1/ A1A2 (5)

qm1 / (qm1 + qm2 ) = AmA2 /A1A2 (6)

AmA1 , AmA2 et A1A2 sont les longueurs des segments de droite , mesurés sur le DAH .

Ces relations permettent une solution graphiquepour placer le point de mélange

relations grelations gééomoméétriquestriques du mdu méélange d'air lange d'air

Mélange d ’air par

Caisson de mélange

C.M.AmA1

ÉÉvolution volution éélléémentaire :mmentaire :méélange dlange d’’ air : DAHair : DAH

θs=20°C

HR = 2

r = 10 ge /kgas

v = 0,840 m3/ kg

h = 38,7 kJ /kgasA1

θs=36°C

v = 0,889 m3/ kg

HR = 5

h = 61,9 kJ /kgas

r = 7,3 ge/kgas

θs=6°C

HR = 90%

h = 19,2 kJ /kgas r = 5,23 ge /kgas

∆h∆r

∆θ∆θ

Cas particulier :

Il faut éviter que le mélange conduise à un air sursaturé dont l’eau condenserait sur des parois froides .Pour éviter ce phénomène il faut préchauffer l’air le plus froidavant de le mélanger .Le préchauffage est souvent effectué avec une batterie électrique.

MMéélange d'air : cas particulierlange d'air : cas particulier

AmCas à éviter :

Le point de mélange Am est dans la zone d ’air sursaturé .

MMéélange d'air : cas particulierlange d'air : cas particulier

MMéélange d'air : Rlange d'air : Réégulationgulation

Pour réguler les débits , des volets ou registresmanuels sont installés aux entrées d’air du caisson de mélange .

Pour automatiser la régulation du débit d ’air des volets (V) sont motorisés par un servomoteur(S) recevant les ordres d’un régulateur (R) .

Le chauffage est nécessaire en climatisation de conforten hiver pour compenser les déperditions thermiques du local .

La puissance de production de chauffage doit tenir compte des apports de chaleur internes et externes

Le chauffage est utilisé en conditionnement d ’airpour réguler la température de l ’air soufflédans le local .

ChauffageChauffage

Principe:Un médium chaud apporte de la chaleur sensible à l'air. Le médium caloporteur (vapeur d ’eau, ECBT,ECHT…) circule dans des tubes ailettés .Les batteries chaudes les plus courantes sont :à eau chaude : électrique : condenseur d’une PAC:

B.C. à E.C. B.C. B.C. à f.f.

A2A1 + A2A1 + A2A1 +

f.f.E.C.

Chauffage : principeChauffage : principe

[14]BE270 à 274, Traitement de l’air et climatisation,Bailly Clerc-Renaud, Rutman,Ternant, Technique de l’ingénieur

V3V en décharge

V3V en mélange

Bilan masse d ’air sec : qm1 = qm2 = qm

Bilan hydrique : qme = qm1 .r1 = qm2 . r2 r1 = r2

Bilan énergétique : φφφφ utile BC = qm . ( h2 - h1 ) ∆∆∆∆h>0

φφφφ absorbée BC = φφφφ utile BC / ηηηη = qmm . ∆ ∆ ∆ ∆hmφφφφ BC : Puissance de la batterie chaude en kW

∆ ∆ ∆ ∆hm : variation d ’enthalpie du medium en kJ / kg

qm : débit d’air sec en kgas / s

qme : débit d’eau en kge / s

qmm : débit du medium en kg / s

ηηηη : rendement de la batterie chaude

Chauffage : bilans par unitChauffage : bilans par unitéé de tempsde temps

medium

Caractéristiques de l ’évolution

h r j î

+ 0 + + l ’ in f in i 1 8 0 °

∆ ∆ ∆θ

CaractCaractééristiques du chauffageristiques du chauffage

Exemple de chauffage sur le DAHExemple de chauffage sur le DAH

θs=20°C

v = 0,840 m3/ kg

h = 38,7 kJ /kgas

θr = 9,3°C

13,8°C

HR = 5

Chauffage par

batterie chaude

HR = 2

r = 7,3 ge/kgas

θs=36°C

v = 0,886 m3/ kg

h = 55 kJ /kgas

∆r = 0

∆h ↑

∆θ ↑ Effet utile

Caractéristiques de l ’évolution : chauffage

h r j î

+16,3kJ/kg

0 +16°C +l’infini 180°

∆ ∆ ∆θ

exemple de caractexemple de caractééristiques chauffageristiques chauffage

Nécessité du refroidissement sec:

Le refroidissement sec est nécessaire en climatisation de conforten été pour compenser les apports thermiques de chaleur sensible du local .

Le refroidissement sec est utilisé en conditionnement d ’airpour réguler la température de l ’air soufflédans le local .

RefroidissementRefroidissement

Un médium frigoporteur circulant dans des tubes ailettés refroidit l'air . L ’eau contenu dans l ’air ne se condense pas L ’air n ’échange que de la chaleur sensible θ θ θ θr2 : température de rosée de l ’airθθθθmBF : température moyenne de surface de la batterie froide

Les batteries sèches les plus courantes sont :à eau froide ou glacée ou glycolée : à détente directe :

B.F.S à E.G. B.F.S à f.f.

A2A1 - A2A1 +

Refroidissement sec : principeRefroidissement sec : principe

θ θ θ θr2 < θθθθmBF

Bilan hydrique : qme = qm1 .r1 = qm2 . r2 donc r1 = r2

Bilan énergétique : φφφφ utile BFS = qm . ( h1 - h2 )φφφφ absorbée BFS = φφφφ utile BFS / ηηηη = qmm . ∆ ∆ ∆ ∆hm

φφφφ BFS : Puissance de la batterie froide sèche en kW

∆ ∆ ∆ ∆hm : variation d ’enthalpie du medium en kJ / kg

qme : débit d’eau en kge / s

qmm : débit du medium en kg / s

ηηηη : rendement de la batterie froide sèche

Refroidissement sec : bilans par unitRefroidissement sec : bilans par unitéé de tempsde temps

medium

Exemple de refroidissement secExemple de refroidissement sec

HR = 2

r = 7,3 ge/kgas

θs=36°C

v = 0,886 m3/ kg

Refroidissement par

h = 55 kJ /kgas

Batterie froide sèche

B.F.S.

θs=20°C

v = 0,840 m3/ kg

h = 38,7 kJ /kgas

θr = 9,3°C

13,8°C

HR = 5

∆h↓

∆r = 0

∆θ↑ Effet utile

CaractCaractééristiques de lristiques de l’’ exemple refroidissementexemple refroidissement

Caractéristiques de l ’évolution : B.F.S.

h r j î

-16,3kJ/kg

0 -16°C - l’infini 0°

∆ ∆ ∆θ

Refroidissement humide :

Le refroidissement humide est nécessaire en climatisation de conforten été pour compenser les apports thermiques sensibles et les apports hydriques dans le local .

Le refroidissement humide est utilisé en conditionnement d ’airpour réguler soit la température de l ’air soufflé soit l ’humidité relative dans le local .

Principe:Un médium circulant dans des tubes ailettés refroidit l'air . L ’eau contenu dans l ’air se condense en partie L ’air échange de la chaleur sensible et latente

θ θ θ θr2 : température de rosée de l ’airθθθθmBF : température moyenne de surface de la batterie froideLes batteries froides humides les plus courantes sont :à eau froide ou glacée ou glycolée : à détente directe :

B.F.H à E.G. B.F.H à f.f.

Refroidissement humide : principeRefroidissement humide : principe

θθθθmBF < θθθθr2

Bilan masse : qm1 = qm2 = qm

Bilan hydrique : qmc = qm1 . ( r1 - r2 ) donc r2 < r1

Bilan énergétique : φφφφ utile BFH = qm . ( h1 - h2 )φφφφ absorbée BFH = φφφφ utile BFH / ηηηη = qmm . ∆ ∆ ∆ ∆hm

φφφφ BFS : Puissance de la batterie froide humide en kW

∆ ∆ ∆ ∆hm : variation d ’enthalpie du médium en kJ / kg

qmc : débit de condensât d ’eau en kge / s

qmm : débit du médium en kg / s

ηηηη : rendement de la batterie froide humide

Refroidissement humide : bilans par unitRefroidissement humide : bilans par unitéé de tempsde temps

medium

Caractéristiques de l ’évolution : B.F.H.

∆h ∆r ∆θ j î

- - - + 5500 <<<< j <<<< + ∝∝∝∝ + 138 <<<< î <<<< + 179°

Refroidissement avec condensation: allure sur le Refroidissement avec condensation: allure sur le DAHDAH

Refroidissement par h1

Batterie froide humideB.F.H.

θs2 <

h2 < h1

θr2<θr1θh2 <

HR2θmsBFH

r2< r1

∆θ Effet utile

Efficacité de la BFH :

εεεε = (h1 - h2 ) / (h1- hth)

εεεε = A1A2 / A1Ath

εεεε ≅≅≅≅ (r1 - r2 ) / (r1- rth)

h thrth

Exemple de refroidissement avec condensationExemple de refroidissement avec condensation

HR = 2

r = 10 ge /kgas

θs=36°C

v = 0,889 m3/ kg

Refroidissement par

h = 61,9 kJ /kgas

Batterie froide humide

B.F.H.

θs=20°C

v = 0,840 m3/ kg

h = 38,7 kJ /kgas

9,3°C

13,8°C

HR = 5

r= 7,3 ge /kgas

θmsBFH=3°C

Efficacité BFH

εεεε = 49%

h = 14,8 kJ /kgas ∆θ Effet utile

CaractCaractééristiques de lristiques de l’’ exemple refroidissement humideexemple refroidissement humide

-23,2kJ/kg

-2,7g/kg

-16°C

+8600kJ/kg

≅ 21°162°

Humidification Humidification

L ’humidification est nécessaire quand l ’humidité absolue de l ’air extérieur est faible :

En climatisationhiver continental , nordiqueou tempéré

En climatisation de certaines périodesdu climat désertique

Applications humidification

Produits alimentaires.

Industrie textile....….

Imprimerie………….

Industrie du bois......

Industrie du tabac....

Industrie du cuir....…

Poudrerie …………..

Élevage…………..

Musée...........…….

Église.............……

Galerie d’art.........

Confort..………….

Informatique……..

Hôpitaux………….

But de l’humidification suivant l’application

• Conservation des œuvres d ’art dans les musées et églises.

Diminution des charges électrostatiques dans l’électronique, l’imprimerie et la peinture

Éviter la diminution de la taille des matériaux et la perte de poids dans les industries du bois, alimentaires, du travail du papier.

Éviter la perte de poids dans le stockage.

Maintien de la valeur des denrées en chambre froide.

Amélioration de la santé et du confort des humains.

Humidification dans les procédés de fabrications industrielles.

Produits alimentaires• Pour un stockage à long terme• Pour le maintien de la qualité

• Pour préserver les arômes

• Contre la perte de poids • Contre la décomposition

Industrie textile• Contre les irrégularités des flux de matière

• Contre la casse des fibres

• Contre les faibles à-coups du tissage

• Contre l’électricité statique• Contre la perte de poids et de qualité

Papier et impression• Pour une qualité constante• Pour une haute productivité

• Pour une haute résistance à la traction• Contre l’électricité statique

• Contre les plis dans le papier

Le papier prend de

l’humidité jusqu’à l’équilibre

des poids d’eau Pho

Industrie du bois• Le bois est hygroscopique• Déformation

• Ondulation

• Les jointures des meubles se déforment

• Apparition de fissures• Poussières en suspension dans l’air

Environ 10% de proportion de poids

d’eau est idéal

Industrie du cuir• Multitude de tailles sous et sur dimensionnées

• Contre la formation de plis et de rides

• Contre les malformations dans les chaussures, gants...

• Contre les charges électrostatiques lors de la taille du daim (poussières de cuir)• Contre les pertes de qualité et de quantité

Élevage de volatiles• Le développement de l’embryon est trop lent et le jaune ne sera pas correctement absorbé

• En cas de déshydratation le poussin a du mal à éclore, il colle à l’enveloppe interne

• Avec l’humidification la perte en oeufs est < 5%

Musée, Galerie d’art, Église• Les matériaux organiques souffrent de déshydratation• Les oeuvres d’art deviennent fragiles

• Par la rétraction apparaissent des fissures

• Les fibres se dégradent• Pour les peintures, il se forme des fissures et les couleurs s’estompent• Les orgues d’église se désaccordent

Industrie électronique• Contre les charges et déchargesélectrostatiques

• Protection des composants

• Protection des disques durs ultra rapides

• Protection des imprimantes à grande vitesse

• Protection des machines àbandes de sécurisation des données

Domaine du confort

• Contre la déshydratation des muqueuses de la peau

• Contre l’éternuement et le rhume

• Contre l’engourdissement• Contre le dessèchement de la peau

• Contre l’électricité statique• Contre les dégâts sur les meubles et parquets

• Contre les dommages aux peintures

Les trois méthodes d’humidification

Atomisation . . . . . . .

Évaporation . . . . . . .

Vaporisation .. . . . . .

ÉÉvolution volution éélléémentaire : mentaire : ééquipements d'humidification quipements d'humidification

Pour humidifier l ’air , leséquipementspossibles sont :

- Méthode par vaporisation : humidificateur à vapeur : Hv

- Méthode par évaporation : laveur à eau recyclée: L.E.R.

humidificateur à médias imprégnés

- Méthode par atomisation : atomiseur ou pulvérisateur d ’eau àultrason ou à air comprimé

Humidificateur Humidificateur àà vapeur : vapeur : Principe :

La vapeur d ’eau est injectée au contact de l ’air à humidifier soit directement dans la gaine , soit dans un caisson d ’humidification .

Pour la climatisation de confort la vapeur est produite le plus souvent par un bouilleur autonome .

Pour des applications industrielles la vapeur produite sous pression par une chaudière à vapeur alimente une rampe via une vanne modulante

Avantages :- Économique - Hygiénique - peu encombrant –régulation précise

Vaporisation

Humidificateur à vapeur sous pression

Vanne modulante

Rampe d’injection de vapeur

Il existe trois méthodes :

• Production de vapeur par résistance

• Production de vapeur par électrode

• Production de vapeur par un brûleur gaz

Pour les systèmes à résistances et électrodes la vapeur est produite par de l’énergie électrique dans un cylindre en inox ou en plastique.

Humidificateur à vapeur autonome

L’humidificateur à résistances est pourvu d’un cylindre inox à double paroi facilement nettoyable et d’un bac récupérateur de calcaire qui garantissent un faible coup d’exploitation.

La production de vapeur n’est pas dépendante de la qualité d’eau et le débit de vapeur est progressif de 0 à 100 %

Humidificateur à vapeur autonome à résistance

Humidificateur autonome à résistances

Tuyau de vapeur

Bac de récupération calcaire

Caisson de ventilation

Humidificateur vapeur à électrodes

• L’humidificateur à électrodes utilise la propriété de conductivité électrique de l’eau ; le courant électrique traverse l ’eau qui s ’échauffe puis se vaporise.

• La production de vapeur est dépendante de la qualité d’eau et le débit de vapeur progressif de 15 à 100%

Bilan hydrique : qmv = qm . ( r2 - r1 ) donc r2 > r1

Bilan énergétique : φφφφ utileHV = qm . ( h2 - h1 ) = qmv . Lvφφφφ absorbée HV= φφφφ utile HV / ηηηη

qmv : débit de vapeur absorbée par l ’air en kge / s

Lv : chaleur latente de vaporisation de la vapeur en kJ / kg

φφφφ BC : Puissance de la batterie chaude en kW

ηηηη : rendement de l ’humidificateur

Humidificateur Humidificateur àà vapeur : bilansvapeur : bilans

Exemple sur le DAH : humidificateur Exemple sur le DAH : humidificateur àà vapeurvapeur

HR= 7,3 ge /kgasA1

Humidification par humidificateur àvapeur

h1= 55 kJ /kgasA2A1

vapeur1=20% r1

=36°Cθr= 9,6°C

r 2 =19 ge /kgas

θs2=37°C

= 86 kJ /kgas

∆r �

Effet utile

∆θ �

∆h�

θr=24°C

CaractCaractééristiques de lristiques de l’’ exemple humidificateur exemple humidificateur àà vapeurvapeur

Caractéristiques évolution : humidificateur vapeur

+31kJ/kg

+11,7g/kg

+2650kJ/kg

≅ 92 °

Principe : L'eau est pulvérisée intensément dans une enceinte d'échange avec l'air afin de s’évaporer .Un séparateur de goutte à la sortie évite que des gouttelettes d'eau liquide soient entraînées avec l'air . Les laveurs à pulvérisation présentent une ou deux rampes de gicleurs, disposées à courants

parallèles et/ou à contre-courants.Inconvénients du système- La stagnation de l'eau et sa recirculation favorisent la prolifération des bactéries ( germes de la légionella).- Le LER est encombrant et nécessite de la maintenance .- Les coûts d'investissement et d ’exploitation sont élevés .- la régulation de l ’humidification est difficileAvantages :- Les particules en suspension dans l ’air sont entraînés par l ’eau.

L ’air est « lavé » .

Humidification par L.E.R. : laveur Humidification par L.E.R. : laveur àà eau recycleau recyclééee

ÉÉvolution volution éélléémentaire : humidification par L.E.R.mentaire : humidification par L.E.R.

Bilan masse d’air sec : qm1 = qm2 = qm

Bilan hydrique : qmev = qm . ( r2 - r1 ) donc r2 > r1

Bilan énergétique : ( h1 - h2 ) ≅≅≅≅ 0

qmev : débit d’eau vaporisée dans le LER en kge / s

BILANS par unitBILANS par unitéé de tempsde temps

Humidification par L.E.R.Humidification par L.E.R.

Allure sur le DAH : humidification par L.E.R.Allure sur le DAH : humidification par L.E.R.

Humidification par laveur à eau recyclée L.E.R.

h1# h2

r 2 > r1

r > r2A

θr2 > θr1

θh2 = θh

Efficacité du laveur :

εεεε = (r2 - r1 ) / (r1- rth)

εεεε = A2A1/ AthA1

εεεε ≅≅≅≅ (θθθθ1 - θθθθ2 ) / (θθθθ1 - θθθθth)

Caractéristiques évolution : humidification par LER

+ ou - + + Proche de 0 Environ 40°-

CaractCaractééristiques humidification par L.E.R.ristiques humidification par L.E.R.

Exemple sur le DAH : humidification par L.E.R.Exemple sur le DAH : humidification par L.E.R.

HR1 = 20%A1

θs1 =36°C

Humidification par laveur à eau recyclée L.E.R.

h1 = 55,4 kJ /kgas

r1 = 7,5 ge /kgas

HR= 10

θr1=9,6°C

r 2 =11,1 ge /kga

r = 14 ge /kgaA

θs2=26°C

θr2=15,5°C

h2 = 54,3 kJ /kgas

19,1°C

∆θEfficacité du laveur

εεεε = 45 %

CaractCaractééristiques de lristiques de l’’ exemple dexemple d’’ humidification par L.E.R.humidification par L.E.R.

Caractéristiques de l ’évolution : L.E.R

-0,9kJ/kg

+3,6g/kg

-10°C

-250kJ/kg

≅ 30 °

Outre les LER classiques dont l ’eau du laveur est recyclée sans modification de température , on utilise rarement aussi des :

- Laveur à eau réchauffée: dans ce cas la température et l’enthalpie spécifique de l ’air de sortie du laveur sont plus élevés

- Laveur à eau refroidie : dans ce cas la température et l ’enthalpie spécifique de l ’air de sortie du laveur sont plus faibles

Humidification par laveursHumidification par laveurs

ÉÉvolution : humidification par laveursvolution : humidification par laveurs

Caractéristiques évolution : humidification par LER

+ ou - + + Proche de 0 Environ 40°

HR= 100%

A2:::: A2b

A2b::::

A2c ::::

L.E.R.

Laveur à E.C.

Laveur à E.F.

Principe :L'eau est pulvériséeen très fines particules par de l'air

comprimé ou des ultrasons .

L'évaporation de l'eau dans l'air, est totale avant que le panache de micro-gouttes ne rencontre une quelconque paroi.

L ’air s ’humidifie suivant une isotherme humide .

Ce procédé d ’humidification est peu répandu.

Humidification par pulvHumidification par pulvéérisateurrisateur

Bilan hydrique : qmev = qm . ( r2 - r1 ) donc r2 > r1

qmev : débit d’eau vaporisée dans le pulvérisateur en kge / s

Caractéristiques évolution : humidification pulvérisateur

+ ou - + + Proche de 0 Environ 40°

Humidification par pulvérisateur

h1# h2

Air comprimé

eau A2

r 2 > r1

rth > r2A

θr2 > θr1

θh2 = θh

Efficacité du pulvérisateur :

εεεε = (r2 - r1 ) / ( rth- r1 )

εεεε = A1A2 / A1Ath

εεεε ≅≅≅≅ (θθθθ1 - θθθθ2 ) / (θθθθ1 - θθθθth)

Caractéristiques évolution : humidification pulvérisateur

+ ou - + + Proche de 0 Environ 40°-

Exemple dExemple d’’ humidification par pulvhumidification par pulvéérisateurrisateur

HR1 = 20%A1

θs1 =36°C

h1 = 55,4 kJ /kgas

r1 = 7,5 ge /kgas

HR= 10

θr1=9,6°C

r 2 =11,1 ge /kga

rth = 14 ge /kgaA

θs2=26°C

θr2=15,5°C

h2 = 54,3 kJ /kgas

19,1°C

∆θEfficacité du pulvérisateur

εεεε = 45 %

Air comprimé

CaractCaractééristiques de lristiques de l’’ exemple dexemple d’’ humidification par pulvhumidification par pulvéérisateurrisateur

Caractéristiques de l ’évolution : pulvérisateur

-0,9kJ/kg

+3,6g/kg

-10°C

-250kJ/kg

≅ 30 °

Les humidificateurs qui fonctionnent suivant ce procédé éclatent l’eau en fines particules de façon mécanique. Ils diffusent les aérosols produits dans le volume à traiter et en extraient la chaleur en s’évaporant

Les atomiseurs produisent des particules < 20 µm en suspension dans l’air.

L’eau atomisée est visible sous forme de brouillard.

ATOMISATION

Buse à deux fluidesBuse Jetsprayhttp://www.jshumidificateurs.com/

Buse à deux fluides

Atomiseur mécanique à disque rotatif

Il s’agit de disques tournant à3 000 tours/minute qui, par l’action de la force centrifuge, pulvérisent des aérosols aqueux d’un diamètre de l’ordre de 5 à 20 microns (µm). Ces micro-gouttelettes sont totalement évaporées dans l’air pulsé.

ENPC 2011 Tous droits protégés Y.Le Ny

Le principe de fonctionnement de l’appareil est basé sur la mise en vibration d’une lame métallique (convertisseur piézo-électrique) à1,65 MHz, cette lame étant située sous une couche d’eau. L’inertie de l’eau est telle qu’elle ne peut suivre le rythme. Les dépressions et les surpressions successives créent des micro-bulles qui remontent vers la surface. Du bouillonnement, jaillissent en surface des micro-gouttelettes (7 à10 microns). De plus, des ondes sonores sont générées en surface, ce qui renforce leschocs entre les molécules. Un brouillard s’élève de la surface... Le débit d’eau atomisée est situéentre 1 et 20 kg/h, suivant le type d’appareil.

Atomiseur à ultra son

La mise en place de récipients remplis d’eau àproximité d’une source de chaleur est l’ancienne méthode d’humidification par évaporation.

Les appareils modernes amènent de l’air grâce à un ventilateur sur un média filtrant imprégné d’eau en permanence. Ceci conduit à une légère diminution de la température de l’air au voisinage de l’appareil.

Les appareils utilisés aujourd’hui peuvent humidifier l’air mais aussi le libérer de toutes les matières nocives comme les poussières, les gaz dangereux et les mauvaises odeurs grâce à un système de purification intégré (filtre quatre couches à charbon actif).

Evaporation

DDééshumidificationshumidification

La déshumidification est nécessaire :

En climatisation été continentalpour compenser les apports hydriques du local

En climatisation tropical car l ’humidité absolue de l ’air extérieur est élevée

En conditionnement d ’air pour des applications particulières :

centrale thermique , poudrerie ….

DDééshumidification: shumidification: ééquipementsquipements

La déshumidification est nécessaire :Pour déshumidifier l ’air , leséquipementspossibles sont :

- batterie froide humide : B.F.H

- déshydrateuràadsorption

- laveur à recirculation d ’eau très froide.

- laveur à solution absorbante

Bilan hydrique : qmc = qm1 . ( r1 - r2 ) donc r2 < r1

Bilan énergétique : φφφφ utile BFH = qm . ( h1 - h2 )φφφφ absorbée BFH = φφφφ utile BFH / ηηηη = qmm . ∆ ∆ ∆ ∆hm

φφφφ BFS : Puissance de la batterie froide humide en kW

∆ ∆ ∆ ∆hm : variation d ’enthalpie du médium en kJ / kg

qmc : débit de condensât d ’eau en kge / s

qmm : débit du médium en kg / s

ηηηη : rendement de la batterie froide humide

DDééshumidification par BFH : bilansshumidification par BFH : bilans

medium

Principe:Un médium circulant dans des tubes ailettés refroidit l'air . L ’eau contenu dans l ’air se condense en partie L ’air échange de la chaleur sensible et latente

θ θ θ θr2 : température de rosée de l ’airθθθθmBF : température moyenne de surface de la batterie froide

Les batteries froides humides les plus courantes sont :à eau froide ou glacée ou glycolée : à détente directe :

B.F.H à E.G. B.F.H à f.f.

DDééshumidification par BFH : principeshumidification par BFH : principe

θ θ θ θr2 > θθθθmBF

Exemple sur le DAH deExemple sur le DAH deddééshumidification par B.F.H.shumidification par B.F.H.

HR = 2

r = 10 ge /kgas

θs=36°C

v = 0,889 m3/ kg

Déshumidification par

h = 61,9 kJ /kgas

Batterie froide humide

B.F.H.

θs=20°C

v = 0,840 m3/ kg

h = 38,7 kJ /kgas

9,3°C

13,8°C

HR = 5

r= 7,3 ge /kgas

θmsBFH=3°C

Efficacité BFH

εεεε = 49%

h = 14,8 kJ /kgas

-23,2kJ/kg

-2,7g/kg

-16°C

+8600kJ/kg

≅ 21°162°

Principe de la déshydratation :Le gel de silice, l'alumine activée ou l ’aluminosilicate

(zéolithe ) adsorbent la vapeur d'eau contenue dans l'air .

Lorsque les substances déshydratantes sont saturées d'eau, il faut procéder à leurrégénérationpar un séchage à air chaud .

L'évolution de l'air sur un corps adsorbant est proche d ’une isotherme humide.

La déshydratation permet d ’obtenir une déshumidification de l ’air plus poussée( 0 g/kg) que par B.F.H . ( 5g /kg ).

L ’augmentation de température lors de la déshydratation , peut être annulée par une B.F.S. .

Déshumidification par déshydrateur :

Bilan hydrique : qmec = qm . ( r1 - r2 ) donc r2< r1

La puissance nécessaire à la régénération est donnée par le fabricant du déshydrateur .

qmec : débit d’eau adsorbée dans le déshydrateur en kge / s

Arj Arg

Déshydrateur à adsorption

Air secAir humideà traiter

Air de

regénérationAir humide rejeté

Batterie chaudeMoteurd ’entraînement

VentilateurRoue hygroscopique

Ventilateur

Courroie

Séparateur

Allure sur le DAH de lAllure sur le DAH de l’é’évolution volution deshydrateurdeshydrateur

Deshumidificationpar deshydrateur

HR= 10

r1θr1

Arj Arg

A2 r2< r 1

θr2 > θr1

< θs2

θh2 # θh1

utile∆θ

Caractéristiques de l’exemple d’ évolution : déshydrateur

+ ou - - + Proche de 0 Environ 40°

Exemple dExemple d’é’évolution sur le DAH : volution sur le DAH : deshydrateurdeshydrateur

Deshumidificationpar deshydrateur

h1=53,1kJ/kg

HR= 10

14,8°C

Arj Arg 18,7°C

10,6g/kg

2 g/kg

-7,5°C

45,5°C

∆θ 3,3%

h2 =50,9 kJ/kg

Caractéristiques de l ’évolution :Déshydrateur

-2,2kJ/kg

-8,6g/kg

+19,5°C

+256kJ/kg

≅ 40 °

Principe du laveur déshumidificateur:

De l'eau très froide ou une solution froide absorbante(chlorure de calcium ou chlorure de lithium ) est pulvérisée intensément dans une enceinte d'échange avec l'air .

Pour déshumidifier l ’air il faut que la température du liquide pulvérisé au contact de l ’air soit inférieure à la température de rosée de l ’air .

ÉÉvolution : dvolution : dééshumidification par laveurshumidification par laveur

Caractéristiques évolution : déshydratation par laveur

- - - + 5500 <<<< j <<<< + ∝∝∝∝ + 138 <<<< î <<<< + 179°

Laveur à E.G.

θr1 θ1

r2 ∆r

effet utile

Laveur à E.F.

ÉÉvolution volution éélléémentaire sur le DAH:mentaire sur le DAH:ddééshumidification par laveur shumidification par laveur àà E.FE.F

HR = 2

r = 10 ge /kgas

θs=36°C

v = 0,889 m3/ kg

h = 61,9 kJ /kgasA2cA1

θs=20°C

v = 0,840 m3/ kg

h = 38,7 kJ /kgas

9,3°C

13,8°C

HR = 5

r= 7,3 ge /kgas

Effet utile

θE.F.=3°C

Efficacité laveur

εεεε = 49%

h = 14,8 kJ /kgas ∆θ

Caractéristiques de l ’évolution : laveur à E.F.

-23,2kJ/kg

-2,7g/kg

-16°C

+8600kJ/kg

≅ 21°

EvolutionsEvolutionséélléémentairesmentaires: synth: synthèèsese

A2a A2h

A2dA2e

Evolutions a b c d e f g hj + -infini 0 + + + +infini 0î 0 40 40 < î < 92 92 î > 92 180 40

Evolutions Equipement ∆∆∆∆h ∆∆∆∆r ∆∆∆∆θθθθa : refroid. déshu

BFH,laveur E.F

b : refroid. sec

B.F.S - 0 -

c : refroid. humid.

L.E.R. 0 + -

d : refroid. humid.

Laveurà E.C

e : humi. H.v + + 0f : chauf. humid.

H.v trèschaude

g : chauf. B.C. + 0 +h : chauf. déshu.

Déshydra. 0 - +

1EquipementspourlesEvolutionselementaires

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