Traitement de l’air et Climatisation - Accueilhebergement.u-psud.fr/master2dfe/IMG/pdf/Poly_EB_2015_MPons.pdf · 1 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences

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Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’IngénieurUPR CNRS 3251 Univ. Paris-Sud ORSAY

Traitement de l’air et Climatisation

Michel Pons

CNRS-LIMSIRue John von Neumann, bât 508, 91403 Orsay Cedex

http://perso.limsi.fr/mpons/

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Master 2 DFE – PIE – P&E - SupElecÉnergétique des Bâtiments

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Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’Ingénieur

Plan du cours Traitement de l’Air - Climatisation

1. Confort et Ventilation2. Ventilation Double-flux et

Énergétique3. L’Air Humide, Bases4. Air Humide, Chauffage5. Air Humide, Refroidissement &

Récupération de chaleur6. Air Humide, Récupération de

chaleur & Condensation7. Échangeur–Récupérateur

de chaleur rotatif8. Récapitulatif – Exercice d’application9. Annexes

Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec 2

10. Récapitulatif11. Humidification –

Évaporation directe12. Évaporation indirecte –

combinaison avec Évaporation directe

13. Déshumidification14. Cycle dessiccant15. Exercice d’application16. Annexes


VENTILATION

CONFORT ; VMC SIMPLE-FLUX ;

VMC DOUBLE-FLUX ; ÉNERGÉTIQUE

3Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec

2


Le Confort, thermique et en général

• Ne pas avoir trop froid, ne pas avoir trop chaud, • Ne pas sentir de courant d’air gênant,

• Que l’air ambiant ne soit ni trop sec, ni trop humide.

• Notion de qualité de l’air• Et aussi : Que l’air ambiant ne contienne pas (trop) de polluants.

• 20°C < Température < 26°C• Vitesse d’air < 0,2 m.s-1.• 30% < Humidité relative HR < 50-60%• Plus quelques exemples

de concentrations limites : --

• D’où la nécessité de RENOUVELER L’AIR.

4

CO2 < 1 g.m-3

CO < 55 mg.m-3

NO2 < 0,32 mg.m-3

SO2 < 1,2 mg.m-3

Ozone < 0,2 mg.m-3

Masters 2 : DFE - P&E - PIE - SupElec


Renouvellement d’air par ventilation naturelle

• Dans habitat ancien : manque d’étanchéité (ventilation souvent subie) Entrées et évacuations par fenêtres et portes (« ouvertures »),

voire en façade, et aussi par bouches d’aération (de bas vers haut) 1) Mouvement par tirage thermique (effet cheminée),

2) Mouvement par « pression » du vent.

• Tirage thermique : un exemple

Soit un immeuble RdC+3 étages (H=10 m), avec Ti = 22°C et Te = 0°C.La différence de pression motrice pour le tirage au RdC vaut environ 9 Pa [P 0,04.H.(Ti-Te)]. Alors, la force exercée sur une porte (2 m2) vaut 18 N (= poids de 1,9 kg).

• Tirage par pression du vent sur façades (dépression) Relations phénoménologiques.

P.ex. vent de 4 m.s-1 => P de 10 Pa env. d’une façade à l’autre.


3


Aération des locaux (habitat, bureaux …)

• Générale (toutes les pièces) et permanente (tout le temps).• En ventilation naturelle, débit très variable (régulations rudimentaires)

trop fort (dépense énergétique inutile) ou trop faible (inconfort, hygiène).

• Exemple : Débits minimaux à extraire d’un logementet des pièces de service selon le nombre de pièces principales :

[en m3.h-1 - Débits nominaux aussi indiqués - CCH Art. R111-9]

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Nb. pièces Logement Cuisine S de bains WC

1 > 35 m3.h-1 > 20 - 75 15 m3.h-1 15

2 > 60 m3.h-1 > 30 – 90 15 m3.h-1 15

3 > 75 m3.h-1 > 45 – 105 30 m3.h-1 15

4 > 90 m3.h-1 > 45 – 120 30 m3.h-1 30



Ventilation Mécanique Contrôlée VMC - Principe

• Entrées d’air neuf dans les pièces principales (encastrées dans menuiseries / perméabilité des façades) et sorties d’air vicié dans les pièces de service (cuisine, Sdb, WC).

• Groupe moto-ventilateur (combles du bâtiment) -> dépression dans les logements via les gaines et bouches d’extraction situées dans les pièces de service.

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VMC simple fluxSource : Fédération Française

du Bâtiment & EDF. COSTIC

• Consommation d’énergie par l’extracteur(pertes de charge dans gaines – nécessité bon réglage).

• Variation possible de débit en cuisine et en SdB/WC.

• Nuisances sonores(<35dB(A) voire 20) ou par vibrations.


4


Ventilation Motorisée VMC Simple Flux


Exemple en habitat collectif

Source AICVF


Ventilation Motorisée VMC Double Flux• VMC de reprise (extraction) PLUS seconde VMC de soufflage d’air neuf

dans pièces de vie. Proximité des gaines air neuf et air extrait dans les combles ou le local technique.

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VMC double fluxSource : Fédération Française du Bâtiment & EDF. COSTIC


Source AICVF

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L’efficacité énergétique de la ventilation

• Contrôler les débits pour les adapter finement aux besoins Modulation temporelle (programmation, horloges),

ou en fonction de l’occupation (présence, humidité, CO2 … si mesures).

• Installer des ventilateurs à faible consommation Moteurs à courant continu, variateurs de fréquence.

• Récupérer l’énergie sur le renouvellement d’air Ventilation double flux avec échangeur de chaleur … … soit inerte – chaleur sensible (statique ou rotatif), …

• Échangeur courants croisés, ou à contre-courant ; utilisation éventuelle de l’humidification de l’air en été.

… soit thermodynamique – voire hygroscopique.• Effet Pompe à chaleur air / air, ou roue dessiccante.

Pour mémoire : puits canadien (dit aussi provençal)



Récupération de chaleur sur VMC Double Flux

• Températures limitées(entre -20°C et +45°C)

-> Aluminium ou plastiques.

• Échangeur statique (courants croisés)

ou bien rotatif.


• L’efficacité est encore améliorée par la récupération de la chaleur latente (condensation) de l’humidité contenue dans l’air repris.

Échangeur/récupérateur de chaleur entre les deux flux d’air (neuf et extrait)

pour préchauffer l’air neuf en hiver, et pré-rafraîchir l’air neuf en été.

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L’AIR HUMIDE,

BASES



Air + vapeur d’eau = air humide

• Exemple de condition « confortable » = 25 °C et 50 % d’humidité.

• Définition partielle de l’air d’après des encyclopédies (p.ex. wikipedia) : 78%_mol N2 + 21% O2 + autres gaz : Ar (0,9%), CO2 (0,04%), …Masse Molaire = 29,0 g.mol-1. = 1,18 kg.m-3 aux conditions atmosphériques.

• Pression atmosphérique normale = 101.3 kPaVariations climatiques (quelques kPa en plus ou en moins selon les jours)ou par changement d’altitude (P=gh -> 100 m <=> 1.1 kPa)

• Dans ce cours tout est présenté dans le cas de pression normale.

• Remarque : la composition décrite ne mentionne pas d’eau !• D’où deux remarques de vocabulaire : « Air » = Air Sec

et Air + Vapeur d’eau = « Air Humide »• L’eau qu’est-ce que c’est ?


7


L’eau : équilibre liquide - vapeur

• Corps pur, H2O, assez facilement présent sous l’une des trois phases (solide, liquide, gazeuse) dans les conditions atmosphériques.

• L’équilibre liquide-vapeur H2O est monovariant (règle des phases) : à T fixée, P aussi est fixée, c’est la fonction P = Psat(T)Exemple de fonction approchée [Psat en Pa, T en K]


Fonction Psat(T) entre 0 et 50°C

2c v

• À l’équilibre, le liquide et la vapeur sont saturés.

• Équilibre en présence d’air (T uniforme)H2O liquide en équilibre avec vapeur H2Odans l’air, dont la pression est la pression partielle de H2O dans l’air.

( )3611,45 253073 /

23,0209( )sat TLn PT

T

L

V

• Psat(25°C) = 3.17 kPa(3% de Patm) .


Quelle masse d’eau dans l’air à la saturation ?

• Pression partielle py d’un gaz y dans un mélange M à pression Ptot

définition : (Nb de moles de y)(Nb de moles total dans M).

• Pression partielle H20 dans air = pw définie par

(avec indices w=water & a=air =air sec)• {Il est assez judicieux de tout rapporter à la masse d’air sec ma plutôt qu’à la masse totale

(mw+ma), qui d’ailleurs n’apparaît pas dans l’équation ci-dessus.}

• À la saturation : pw=Psat(25°C)=3.17 kPa et Ptot=101.3 kPa=> le calcul donne : xw=0.020 kgH2O/kgAirS

• {À comparer avec les proportions d’Argon, et de CO2.}

• « Air à 25°C et 50 % d’humidité » signifie que pw=0,5 x Psat(25°C). La pression partielle d’eau est 50 % de la pression de saturation à 25°C.


moly y

moltot tot

p N

P N

/ /

/ / / /

molw w w w w a

mol moltot w w a a w a w aw a

p N m m m

P m m m mN N

MM M M M 0,622

w w

tot w

p x

P x

8


L’air humide, humidité relative / absolue

• Air + vapeur d’eau non-saturée (une phase) = Équilibre divariant. Deux degrés de liberté = Température et humidité.

• Relation pression partielle (pw) - humidité relative (HR) - humidité absolue (xw) :

• Ce qui donne : humidité relative = [0 < HR < 1]

et humidité absolue = [en kgw.kgas

-1]

avec [Psat en Pa, T en K]


( )

0,622w R sat w

tot tot w

p H P T x

P P x

( )3611,45

e253073 /

23,0209xpsat TPT

T

.( ) 0,622

tot wR

sat w

P xH

P T x

0,622 ( )

( )R sat

wtot R sat

H P Tx

P H P T


Le diagramme psychrométrique (air humide)


Température

Hum

idité

abs

olue

xw

[g_H

2O/k

g_ai

r_se

c]

9


Zone(s) de confort


5

Le confort est une notion très

relative (plusieurs normes).

Température entre 18-20 et 25-26°C

(ou +).

Humidité relative entre 30 et 55%

(à 26°C).

Humidité absolue entre 5-6 et

11-12 gw.kgas-1.

5

(5) : Point de confort cible en climatisation : T = 26°C, xw = 12 gw.kgas-1.


• L’enthalpie est une fonction d’état …

Un peu de thermodynamique : l’enthalpie

Système ferméApport de travail (W) ou chaleur (Q) -> Variation d’énergie interne (u)et/ou énergie cinétique (ec).


Système en écoulementstationnaire entre les frontières

(adiabatiques) de deux « réservoirs » -> variation d’enthalpie (h) et ec.

M

W Q( )cM du de W Q

M

W Q

, ,[( ) ( )]out in c out c inM h h e e W Q

in out

/h u p u p v

Sur une section d’entrée (in) ou de sortie (out) le travail de la force de pression estsoit, en stationnaire :

En considérant le travail de Pin, et Pout sur les sections d’entrée et de sortie, on a :

, ,[( ) ( )] . / . /out in c out c in in in out outM u u e e W P M P M Q

. .v.dP A t . .d . ( / ).d .( / )P t P m t P M V

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Enthalpie de l’air humide• L’enthalpie est une fonction d’état …


/h u p u p v

• … définie à une constante additive près ; ici, l’état de référence est : T0 = 273,15 K ; P0 = Ptot = 101,3 kPa ; et état liquide pour l’eau.

• L’air humide est un mélange dit « idéal » : l’enthalpie du mélange est la somme des enthalpies de chaque composant du mélange.

• Soit, pour 1 kg d’air sec + xw kg de vapeur d’eau :

• cpa = 1,005 kJ.kg-1.K-1 ; chaleur massique de l'air secLevap(0°C) = 2502 kJ.kg-1 ; chaleur latente évaporation de l’eau à 0°Ccpv = 1,86 kJ.kg-1.K-1 ; chaleur massique de la vapeur d’eau

0 0 0( , ) .( ) . ( ) .( )w pa w evap pvh T x c T T x L T c T T

0 0( , ) ( ) ( ) ( )

2502 (1.005 1.86) ( 273.15)

w w evap pa w pv

w w

h T x x L T c x c T T

x x T


L’enthalpie dans le diagramme psychrométrique

Enthalpie [kJ/kg]


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Le cas dit nominal de ce cours• Climatisation de 8 appartements de 80 m2 et 4 personnes chacun Renouvellement d’air :

le débit d’air neuf minimal nécessaire est de 800 m3.h-1 (0,22 m3.s-1), soit 0,26 kgas.s-1.Le débit d’air neuf effectif peut être supérieur à ce minimum.

Extraction d’humidité du local : extraire au total 2,3 kg.h-1 = 0,64 g.s-1 de vapeur d’eau, soit une charge latente de 1,6 kW (0,64 x 2,5).

Extraction de chaleur du local : (très dépendant usage, lieu, etc.)Charge sensible de 3 kW.

Charge totale = 4,6 kW.



Mélange de deux flux d’air humide

• Soit le mélange de deux flux d’air humide, notés a et b, chacun étant caractérisé par son débit d’air sec , son taux d’humidité ABSOLUE xw, et son enthalpie h.

Équations donnant les caractéristiques du mélange, indice c :

• Exemple graphique : mélange 1/3 (a) + 2/3 (b).


m

c a b

a wa b wbwc

c

a wa b wbwc

c

m m m

m x m xx

m

m h m hh

m

a

b

c

ma/mc

mb/mc

ma/mc

mb/mc

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Exemple de soufflage dans le cas nominal• Avec le débit minimal (0,26 kgas.s-1) :

Extraction de vapeur d’eau 2,5 gwv.kgas-1

(charge latente = 6,1 kJ.kgas-1),

+ charge sensible = 11,5 kJ.kgas-1.

• À partir du point de confort visé (5) : Point i : hlatent en vertical. Point m : hsensible en horizontal. m = soufflage minimal,

ici à 15°C fixée par h et xw.• Avec débit plus fort …


i

m5


5

m

Débit de soufflage supérieur au minimum


• Le débit de soufflage est augmenté, p.ex. pour éviter de souffler un air trop froid dans les pièces de vie (inconfort).

• Soit un facteur Y>1 sur le débit (d’air sec) de soufflage,indices 5 pour conditions de confort, m pour le soufflage minimal, et 4 pour soufflage effectif. Bilans de vapeur d’eau et d’enthalpie :

• Soufflage sur un point de la courbe 5m,selon la valeur de Y

5 4 5( )w w w wmY x x x x 54

( 1)w wmw

x Y xx

Y

54

( 1) mh Y hh

Y

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AIR HUMIDE,

CHAUFFAGE

+ Notions de base sur les échangeurs



Chauffage seul (exemple pour hiver)• Air extérieur à 0 °C & 80 % d’humidité relative (3 g/kg d’humidité

absolue) et réchauffé jusqu’à 20 °C.Débit air sec 0,26 kgas.s-1. Débit effectif (air sec + vapeur d’eau) : 0,261 kg.s-1.

• Puissance thermique reçue par l’air :

= 0,26 x (27,7 – 7,5) = 5,25 kW.

• Représentation dans le diagramme air humide-> .


(20;3) (0;3)Q m h h

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Échangeurs de chaleur - 1

• Échange de chaleur : L’air (noté fluide 1) est chauffé de T1i à T1o (ici de 0 °C à 20 °C)[L est la longueur de l’échangeur] par un autre fluide noté 2 (eau, fumées, etc.) disponible à une température notée T2i (p.ex. sortie chaudière).


• Les températures d’entrée, T2i et T1i, sont données, les températures de sortie, T2o et T1o, résultent de la qualité de l’échange, du dimensionnement de l’échangeur.

• Conditions nécessaires : T2i > T1o & T2o > T1i .

T2i

T1oT1iÉchangeur de chaleur

.x = 0 .x = L

T2o


T2i T2o

Échangeurs de chaleur - 2

• Les trois grands types d’échangeurs : Échangeurs à contre-courant

(les plus efficaces)

Échangeurs à co-courant(les moins efficaces)

Échangeurs à courants croisés(souvent les plus faciles à réaliser)

• ÉQUATION FONDAMENTALE :


T2i

T1oT1iHX

T2o

T1oT1iHX

T2i

T2o

T1oT1i HX

1 1 2 2

1 1 1 2 2 2

( )

( ) ( )o i o i

o i o i

H H H H

m h h m h h

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T2i

T1o

T1i

T2o

Échangeurs de chaleur – 3Une notion importante

2. Efficacité d’échangeur• Rapport du flux échangé

au flux théoriquement maximal.

• Pour cetexemple :64 % (45/70).

(m’.cp)min, pour cause de 2nd principe

• De façon plus rigoureuse (en incluant l’échange possible de chaleur latente – en négligeant la chaleur dissipée) :


1 1 1

min 2 1

( ) ( )

( ) ( )p o i

p i i

mc T T

mc T T

*max

Q

Q

1 1 1 1

2 1

( , ) ( , )1

( , ) ( , )mino i

i k i k

T p T p

T p T pk k

m h h

m h h


Concrètement dans une Centrale de Traitement d’Air (CTA)


Air

• Batterie à Eau Chaude :l’eau circule dans des tubes ailetés en

parallèle (p.ex. ici 5 circuits) disposésdans la direction transverse à

l’écoulement (courants croisés), et arrangés en nappes successives(p.ex. ici 4 rangs à contre-courant).

L’air circule entre les ailettes.

Air

• Batterie électrique :(aussi avec des ailettes)

J. Bouteloupet al. 2009


Eau

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AIR HUMIDE,

REFROIDISSEMENT &

RÉCUPÉRATION DE CHALEUR

Échangeurs à courants croisés



Récupérateur de chaleur dans une CTA - 1

• Préchauffage de l’air froid extérieur par de l’air chaud intérieur.

• A priori, mêmes débits d’air sec des deux côtés (conservation).


• 260 gas.s-1 d’air extérieur à 0 °C + 0,8 gw .s-1 [80 % d’humidité relative3 g/kg d’humidité absolue].

• 260 gas.s-1 d’air intérieur à 20 °C+ 1,9 gw .s-1

[50 % d’humidité relative (hypothèse)7,3 g/kg d’humidité absolue]

• Refroidissement

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Récupérateur de chaleur dans une CTA – 2Échangeur à courants-croisés


T2i

T2o T1o

T1i

Arrangement des collecteurs entrée / sortie

T2i

T2o

T1oT1iHX


• A priori, mêmes débits d’air des deux côtés.• Avantages :

Disposition favorable à l’implantation des collecteurs

Intégration facile dans une VMC Double-Flux


Récupérateur de chaleur dans une CTA – 3Échangeur à courants-croisés

• Solution numérique, ici avec éqns simplifiées : Fluides monophasiques définis par et cp : ………………vitesse u dans canal de hauteur z, avec U = coefficient d’échange avec autre fluide circulant en direction transverse.


Champs de température calculés dans les deux fluides :

1 22 11 2

dh dhu z U T T u z

dx dy

pdh c dT

T2i

T2o

T1oT1iHX 1 1 2 2

2 11 22 2E W N S

p pT T T T

u zc U T T u zcx y

Avec E, W, N, S = mailles voisines (est, ouest …).

C.L. : Température entrée ; adiabatique

ailleurs.

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Bilan de l’échange à courants-croisés :• Champ de densité de flux échangé U(T2-T1) :

(noter la zone de flux max sur diagonale)


T2i

T2o

T1oT1iHX

(calculs pour 260 gas.s-1

et UA = 31,2 W/K)

Bilan d’énergieFluide 1 : chauffage de 0 °C à 12,9 °C

(sortie entre 8,2 & 18), soit

puissance échangée 3,4 kW, et efficacité de 65 %.


1(1 10

yx

Lx Lo yT L T

Mélange de flux d’air humide

• La température de l’air neuf (#1) à la sortie de l’échangeur n’est pas uniforme (courbe #1 ci-contre).

• L’ensemble du flux #1 est mélangé, ce qui donne une température moyenne …

• Le calcul rigoureux de l’état du mélange calcule l’enthalpie moyenne :

• Ici on a : <T1o> = 12,9°C


( , )1 11

1

xx L y

o

h dmh

dm

19


AIR HUMIDE,

RÉCUPÉRATION DE CHALEUR

& CONDENSATION





Fluide 1 : chauffage de 0 °C à 12,9 °C (sortie entre 8,2 & 18 °C), soit 3,4 kW, et efficacité de 65 %.

Pour le Fluide 2 le calcul donne : refroidissement de 20 à 7,2 °C (sortie entre 2 & 12°C) :

Impossible sans condensation de vapeur.

20


0 0( , ) .( ) . ( ) .(w pa w evap pvh T x c T T x L T c T

%

%

0,622 ( )

( )sat

wtot sat

W P Tx

P W P T

Refroidissement avec condensation


( . . ).pa w pvdh c x c dT

• Dans le domaine air humide seul, chaleur sensible uniquement :

• Sur la courbe de saturationdxw/dT > 0.

2

( )( )

5061403611 ..sat

satT

TP

d TPT

dT

0( . . ). ( ).pa w pv evap wdh c x c dT L T dx

0( )

( )2

( )

( . . ).

.0,622

pa w pv

Tevap totTsat

Ttot sat

dh c x c dT

L PdP

P P

• Équations non-linéaires : résolution itérative

0,622 ( )

( )sat

wtot sat

P Tx

P P T


Calcul de l’échange, sans ou avec condensation

• Comparaison

sans …

et avec …

condensation


L’eau liquide résultant de la condensation doit être évacuée avec le flux d’air repris.

21




Fluide 1 : chauffage de 0 °C à 13,0 °C (sortie entre 8,7 & 18 °C), soit 3,43 kW, et efficacité de 65,3 %.

Pour le Fluide 2 avec condensation : refroidissement de 20 à 7,5 °C (sortie entre 4,3 et 12,2 °C)


Bilan d’enthalpie avec condensation

• À l’entrée : flux d’air #2 (2i)• À la sortie : 1° flux d’air #2 (2o)

• + 2° eau liquide (xwi – xwo) [cpl = 4185 J.kg-1.K-1]

• Flux de chaleur échangé = Variation d’enthalpie de l’air humide =

• Écart relatif =

• Exemple numérique. Soit de l’air humide (1 kg air sec), refroidi depuis [25 °C ; 100 % d’humidité ; 20.08 g.kg-1 vapeur eau] jusqu’à [15 °C ; 100 % d’humidité ; 10.63 g.kg-1 vapeur eau].Calculs développés sur transparent suivant ->


2 2 2 0 2 0( . ).( ) .i pa w i pv i w ih c x c T T x L

2 2 2 0 2 0( . ).( ) .o pa w o pv o w oh c x c T T x L

2 2 0.( ).( )pl wi w o oc x x T T 2 2 2 0 2 0( . ).( ) .o pa w o pv o w oh c x c T T x L

2 2( )i oh h 2 2( )i oh h

2 2

2 2

o o

i o

h h

h h

22


Calcul exact et approximation

• Air saturé à 25°C : h = 76.30 kJ. Air saturé à 15°C : h = 41.97 kJ• + 9.45 g (20.08-10.63) d’eau liquide à 15 °C : h = 0.59 kJ.

• heffectif = = 76.30 – 41.97-0.59 = 33.74 kJ ; has = = 76.30 – 41.97 = 34.33 kJ

Soit un écart < 2 % !

• Quelle erreur commet-on sur l’état final de l’air si le heffectif est appliqué intégralement à l’air sec ? h = 42.56 kJ.kg-1 = enthalpie de l’air saturé à 15.18 °C (au lieu de 15). L’erreur est donc minime.

• En 1ère approximation, et si sa température reste limitée, l’enthalpie de l’eau liquide peut être négligée dans les bilans.Cette fonction enthalpie donne plus que l’enthalpie de l’air humide.


2 2( )i oh h

2 2( )i oh h


ÉCHANGEUR – RÉCUPÉRATEUR

DE CHALEUR

ROTATIF


23


Échangeur rotatif (inerte) - 1

DESCRIPTION, DISPOSITION• La ROUE tourne en traversant les

deux conduits d’air.• Matériau : poreux, perméable

dans une direction et inerte (typiquement aluminium).

• + deux « balais » qui séparent les deux conduits (et évitent les recirculations).

• Chauffage d’un côté, refroidissement de l’autre.




Application à la climatisation


RÉCUPÉRATION « DE FROID » EN ÉTÉ :Pré-refroidissement de l’air extérieur soufflépar échange avec l’air extrait froid.

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• ÉQUATIONS• Transfert de chaleur entre fluide et solide poreux

dans volume élémentaire dr.rd.dz, avec 2 = 1( = 1 pour le fluide 1 et = -1 pour le fluide 2) ;

As = rapport [(surface échange fluide-solide) / volume] [m-1] ; et = vitesse rotation de la roue [rad.s-1].

z



r

*( ) . d d .( ) . d d d .( ) ( ) . d d .( )z zp f f f s s f p s s su c r r T T UA r r z T T c r z r T T

*( ) . .( ) ( ) .f sp f s s f p s

dT dTu c UA T T c

dz d

• Le problème est indépendant de r, donc la solution l’est aussi.• Conditions aux limites :

Périodicité angulaire pour le solide Température d’entrée du fluide imposée sur chaque secteur


• (Ici solution sans condensation)

z



r

*( ) . .( ) ( ) .f sp f s s f p s

dT dTu c UA T T c

dz d

Avec , 1*

( )

( )

p fu

z p s

u cX

L c

*( )

.p s

hs

cX

UA

. ( ) .f sh u f z s f h

dT dTX X X L T T X

dz d

et pour le fluide 1 ; et pour le fluide 2.1fX 2

1

( )

( )p f

fp f

u cX

u c

25



• Champs de température, fluide et matrice solide (roue) en fonction de position angulaire et de position axiale :


Fluide 1 chauffé à 35 °C (entre 30,7 & 39,2)soit puissance échangée 2,35 kW, et efficacité de 64 %.


Récapitulatif

• Air humide : humidités relative et absolue, enthalpie• Chauffage de l’air humide• Refroidissement de l’air humide,

Condensation éventuelle d’une partie de l’humidité de l’air Approximation acceptable : négliger l’enthalpie de l’eau liquide ainsi

produite• Mélange de différents flux d’air humide• Plus notions de ventilation, renouvellement d’air, charges sensible et

latente, échangeurs de chaleur (disposition des courants, efficacité, résolution numérique).


Exercice d’application• Cas dit nominal (cf. Section Air Humide – Bases), avec air extérieur à 40°C & 60%

HR, air intérieur à 25°C & 60 % HR, un échangeur-récupérateur rotatif d’efficacité = 80% puis froid direct (climatiseur sur air soufflé) pour produire de l’air à saturation. Quelle est l’énergétique du système (débits, températures, flux) ?

26




Récapitulatif de la partie 1

• Air humide : humidités relative et absolue, enthalpie• Chauffage de l’air humide• Refroidissement de l’air humide,

Condensation éventuelle d’une partie de l’humidité de l’air Approximation acceptable : négliger l’enthalpie de l’eau liquide ainsi

produite• Mélange de différents flux d’air humide• Plus notions de ventilation, renouvellement d’air, charges sensible et

latente, échangeurs de chaleur (disposition des courants, efficacité, résolution numérique).

• Sauf exception, avec ces « outils » on ne peut changer la teneur en vapeur d’eau que sur la courbe de saturation.


27


HUMIDIFICATION

ÉVAPORATION DIRECTE



Air non saturé

VAPORISATION = production de froid

Air rafraîchi et humidifié,éventuelle-ment saturé


Humidification (évaporation directe)• Humidificateur : Enceinte où de l’eau liquide (en film, gouttelettes ou

brouillard) se vaporise dans le flux d’air traversant.

• Principe : pour se vaporiser, l’eau prend de la chaleur à l’air, qui se refroidit. L’ensemble est adiabatique.

• Note : Il faut un apport d’eau liquide (distribution ; consommation).• Si excès d’eau (recirculation) : air (quasi) saturé à la sortie.

+ fortes contraintes sanitaires (légionellose).• Il existe des systèmes pour contrôler la

quantité d’eau brumisée(humidificateur rotatif ; buses d’injection).

Eau liquide

28


Thermodynamique

• Entrée : air humide (i)+ xw eau (w)

• Sortie : air humide (f)

• Adiabatique <=> (hi,tot = hf)

• D’où Tf par :

• Avec Ti = 30°C, et Tw = 15°C : • Si (Ti-Tf)≈10K ; le terme compte pour 0,25K ;

il est donc négligeable.

• (hi,tot = hf) peut raisonnablement être remplacée par (hi = hf) :lors d’une humidification stricte,

l’air humide suit (quasiment) une courbe adiabate.


0 0( ) ( )[ . ].( ) .wi w wi wf pa pv fx x x xh c c T T L

, 0 0

0

( . ).( ) .

. .( )

i tot pa wi pv i wi

pl w w

h c x c T T x L

c x T T

0 0 0[ ( ). ].( ) .[ .( ) .( )]pa wi w pv i f w pv i pl wc x x c T T x L c T T c T T

0 0 0.( ) .( ) 2.5%pl w pv ic T T L c T T 0[ .( )]pl wc T T


57

3

54

Rafraîchissement par évaporation directe

• Les conditions de confort choisies (5), et la charge du bâtiment donnent les conditions de soufflage minimales en débit, enthalpie et humidité (m).

• Accepter un débit supérieur permet souffler l’air plus près de (5) que (m). P.ex. ici avec

, en (4).• L’adiabate de (4) (ici h=50kJ/kg) traverse

des conditions d’air extérieur (3) plus chaud que (5) mais bien plus secex. : (1) à 33°C & 20% HR.

m

4 / 2.5mm m


29


Équations

• La charge du bâtiment définit le point de soufflage minimal (indice m) qui permet de renouveler le débit d’air minimal et d’extraire …… le débit de vapeur d’eau , ce qui définit xwm par :… la charge sensible , donc la charge totalece qui définit hm par :

• Le soufflage effectif (4) sera entre (5) et (m) tel que :et

• Les capacités techniques de la CTA imposent une limite max à Y : Ymax.• L’évaporation directe est possible si 1° l’air extérieur (3) satisfait : h3=h4

et donc si : . Finalement : • Il faut aussi que

• Le procédé consomme le débit d’eau =


mmwm 5( )w m w wmm m x x

sq5( )m m tm h h q

4 mm Y m

5 5 4( ) ( )w wm w wx x Y x x 5 5 4( ) ( )mh h Y h h

4 4 3( )w wm x x

0 5 0[ .( )]t w pv sq m L c T T q

3 5 5 max( )mh h h h Y 5 5 3 max( ) ( )mY h h h h Y

3 4 5 5 3[ ( )]w w w w tx x x m h h q


Conditions sur air extérieur et implantation

59

Air

Ex

térieu

r

3 4

5

Air

In

téri

eur

3

4m

• L’air extérieur doit être hors de la zone grisée.

• Implantation : L’air neuf (3) passe dans l’humidificateur,

puis est soufflé (4). L’air repris (5) est rejeté. L’humidificateur est alimenté en eau.

5

Ymax


30


ÉVAPORATION INDIRECTE

COMBINAISON DIRECTE + INDIRECTE



Évaporation indirecte

• En évaporation directe, de l’air froid est rejeté à l’extérieur. • Autant l’utiliser pour refroidir l’air soufflé. • Autant alors refroidir l’air repris autant que possible dans un

humidificateur.• L’air soufflé est alors refroidi dans un échangeur (par exemple rotatif).


Air

Ext

érie

ur

2 4

5

Air

Int

érie

ur

67Avantages

• Réglementation bien plus souple (c’est l’air repris qui est humidifié).

• Rejet à l’extérieur d’air (7) à enthalpie plus forte qu’en (5) (efficacité énergétique)

• Conditions sur air extérieur (2) moins limitantes.

31



2

5

4

Rafraîchissement par évaporation indirecte

• Le trajet 5-6 suit une adiabate (ici h5=57kJ/kg) jusqu’à la saturation (= le plus froid possible) :

• Facteur Y donné par

• Puis le trajet 6-7 refroidit l’air neuf sur 2-4. Hypothèse débits identiques

Efficacité d’échangem

6 7

66

6

0,622 ( )

( )sat

wtot sat

P Tx

P P T

6 6 0 6 0 5( . ).( ) .pa w pv wc x c T T x L h

6 2

2 4

2 ( , )w

HXT x

h h

h h

2 4 7 6h h h h

5 5 2( ) ( )w wm w wY x x x x

4 mm Y m 5 5 4( ) ( )mh h Y h h


Eau consommée et Conditions sur air extérieur


24m

• Débit d’eau consommée =(si égalité débits air)

• L’air extérieur doit être hors de la zone grisée.

• Contraintes plutôt faibles sur température T2mais forte sur humidité absolue xw2 :

Ymax

5

6 7

4 6 5( )w wm x x

2 5 5 max( )w w w wmx x x x Y

Y6

2 5 5 6( )w w w wmx x x x Y

• Même si imparfaites, les conditions en (4) sont probablement plus confortables qu’en (2).

32


Combinaison vaporisation directe + indirecte


2

5

4

m6

7

• Si l’air extérieur contient moins d’eau que le point m : xw2 < xwm , il faut –en toute rigueur-aussi ajouter de la vapeur d’eau dans l’air soufflé par vaporisation directe.

3

Air

Ext

érie

ur

2 4

5

Air

Int

érie

ur

67

3


65

Bilans, équations

• Trajet 5-6 : idem évaporation indirecte

• Puis le trajet 6-9 refroidit l’air neuf sur 2-3 : semblable évaporation indirecte

• Le facteur Y est donné par :soufflage effectif (4) entre (5) et (m) par

avec le débit d’air neuf soufflé (et d’air repris) :• Noter le degré de liberté compromis possible

entre Y et HX.• Consommation d’eau =

66

6

0,622 ( )

( )sat

wtot sat

P Tx

P P T

6 6 0 6 0 5( . ).( ) .pa w pv wc x c T T x L h

6 2

2 3

2 ( , )w

HXT x

h h

h h

2 3 7 6h h h h

4 mm Y m 5 5 4( ) ( )w wm w wx x Y x x

5 5 3( ) ( )mh h Y h h

4 6 5 4 3( )w w w wm x x x x

2

5

4

m6

7

3


33


Application

• Reprise du cas dit nominal, avec débit minimal d’air sec = 0,26 kg/s et un point de soufflage m à 14°C saturé (confort à 26°C & 12gw/kgas). Pour chaque cas ci-dessous, calculer le débit d’air sec renouvelé et le débit d’eau consommée.

• Évaporation directe avec air extérieur à 33°C & 20% HR.

• Évaporation indirecte avec air extérieur à 33°C & 11,2 gw/kgas. Quelle doit être l’efficacité de l’échangeur de chaleur ?

• Évaporation directe + indirecte avec air extérieur à 33°C & 20% HR et efficacité échangeur = 67 %.

• Diagramme 10-35°C ; 0-20g/kg ; 26-76 kJ/kg




34


DÉSHUMIDIFICATION

CYCLE DESSICCANT

(ici cycle de Pennington à roue dessiccante)



Déshumidification

• On sait … Chauffer, refroidir humidifier (adiabatiquement) et refroidir en condensant, ce qui déshumidifie,

mais le coût énergétique est important, cf. TD1.• … et donc « traiter » de l’air plus sec que

les conditions de confort.


• Il faudrait pouvoir fixer l’humidité de l’air sans avoir à refroidir : opération inverse (ou presque) de l’humidification adiabatique.

• Des matériaux qui fixent l’humidité sont bien connus :

35


• Matériau poreux : La taille des pores dépend du procédé de fabrication, elle va des micropores (qq nm) aux macropores (qq m).

• Mise en forme : en poudre, ou en grains millimétriques sans liant.

• Polymères d'acide silicique Si(OH)4obtenus à partir de silicate de sodium Liaisons électrostatiques dans les pores.

Les gels de silice


• Isothermes d’adsorption (ici Gel de Silice CECA) :

• La masse d’eau adsorbée (fixée dans les pores) augmente quand … … la pression (H2O) augmente, … la température diminue.

• h d’adsorption = -2640 kJ.kgw-1.

L’adsorption est exothermique.


Cycle adsorption - désorption

• Un exemple : 3000 Pa = Psat (24,1°C) <-> xw = 19 g/kg.• Souffler de l’air humide avec ce xw alternativement à 40°C puis à 60°C

permet de fixer puis de relâcher (0,23-0,08=0,15) kgH2O / kgSG.


36


• Matrice poreuse perméable dans une direction, inerte (typiquement en céramique), dont les parois intraporessont recouvertes d’un sorbant hydrophile,

plus deux « balais », qui définissent deux secteurs où circulent l’air neuf et l’air repris.

• Gel de silice = adsorbant le plus couramment utilisé, aussi dans les roues dessiccantes (parfois : sel LiCl).

• Fabricants : Munters (honeycombe) (S), Novelaire (USA), Shenzhen (RPC), AGC Engng Co. Ltd (J), Rotorsource (USA), etc.

La roue dessiccante : description



La roue dessiccante : fonctionnement

• Elle transfère l’humidité depuis l’air soufflé (traité)vers l’air repris, extrait, et rejeté plus humide.

Air soufflé extérieur tiède et humide

Air sec, chauffé par la chaleur d’adsorption

(exothermique)

Air chaud relativement sec

ADSORPTION

DÉSORPTIONAir relativement chaud et humide


• Ce transfert d’humidité se fait sans aucun échange avec l’extérieur :la roue est globalement adiabatique,

• mais chacun des deux flux d’air ne l’est pas.

37


Bilans d’enthalpie - 1

• 1/ Enthalpie de l’eau adsorbée. Adsorption = passage de phase vapeur (v) à la phase adsorbée (fixée sur le SG - aw)

• 2/ Bilan de masse et d’enthapie, p.ex. pour la désorption (semblable à humidification) pour 1 kg air sec à Ta et X kg de SG à TG, (cp effectif noté cp

*) + eau dans SG = q au début, q+dq à la fin [kgw/kgSG]. Conservation de la masse d’eau : Enthalpie initiale :

Enthalpie finale :

Bilan (conservation) :


aw vh h h

0 0.( )aw v pvh h h L c T T h

*0 0 0( . ).( ) . .[ .( )]pa w pv a w p SGc x c T T x L X c T T

d .d 0wx X q

0 0

*0 0 0

[ ( d ). ].( d ) ( d ).

.[ .( d )] .d .[ .( ) ]

pa w w pv a a w w

p SG SG pv SG

c x x c T T T x x L

X c T T T X q L c T T h

0 0

*0 0

( . ).d d .[ .( ) ]

. .d .d .[ .( ) ] 0

pa w pv a w pv a

p SG pv SG

c x c T x c T T L

X c T X q L c T T h

*( . ).d d .[ .( )] . .d 0pa w pv a w pv a SG p SGc x c T x h c T T X c T


Bilans d’enthalpie - 2

• Désorption : dq<0 ; dxw > 0 ; dTSG > 0 (cf. équation état) ; dTa < 0.


*( . ).d d .[ .( )] . .d 0pa w pv a w pv a SG p SGc x c T x h c T T X c T

*0 0 0 0( . ).d d .[ .( ) ( ) .( )] . .d 0pa w pv a w pv a pv SG p SGc x c T x L c T T h L c T T X c T

-2640+2502+1.86*60 = -28 kJ/kg• Humidification : dq<0 ; dxw>0 ; dTSG>0 ; dTa<0 ; dha<0.

• Et donc déshumidification : dha>0.

• cp effectif, noté cp*, qui prend en compte …

le gel de silice SG + la matrice porteuse inerte de la roue + l’eau contenue dans le gel de silice (q).

*0 0d d .[( ) .( )] . .da w pv SG p SGh x h L c T T X c T

38


Bilan d’enthalpie - 3

• 3/ Bilan global sur la roue :

• Exemple avec débits d’air égaux :

76



1

9

2

8

A

B

1 1 2 8 9 8

* *1 1 2 8 9 8

.( ) .( ) .( )

.( ) .( ) .( )

w w SG A B w w

SG A B

m x x m q q m x x

m h h m h h m h h

1

9

28 • Il y a un degré de liberté

entre efficacité de l’échangeur et température de régénération (T8).


• 1/ Transfert thermique : le flux de chaleur allant de l’air au gel de silice est proportionnel à (Ta-TSG)

• 2/ Transfert massique : le flux de masse allant de l’air au gel de silice dépend de (pwa-pwSG) (ou écart de concentration, coefficient de diffusion), corrigé par les effets de la cinétique.

77



1

9

2

8

A

B

Évolution du gel de silice dans la roue

1

9

2

8A

B1 9

2 8

A BB

39


Équations des échanges

•

• Si adsorption à l’équilibre (aucune résistance au transfert de masse) :

Dérivées partielles données par équation d’état

Si diffusion de masse -> cinétique (apparente) : Si force motrice de diffusion = concentration en phase vapeur


*( . ).d d .[ .( )] . .d .( )pa w pv a w pv SG a p SG a SGc x c T x h c T T X c T ua T T

d .dwx X q

d . .d . .dww SG w

w wq q

dpq qx X T x

T p dx

( , )

d .d

.[ ]SGT q

w

w eq

x X q

q C p p

d . .d 1 . . ww SG

w wq q

dpq qx X T X

T p dx


Rafraîchissement par cycle dessiccant

• Recommandé quand l’air extérieur est trop humide pour pouvoir être suffisamment refroidi par vaporisation ou pour extraire une forte charge latente.

• L’air extérieur est déshumidifié en passant au contact du gel de silice dans la roue : l’humidité de l’air est adsorbée.(équivalence possible avec absorption liquide).

• Deux conséquences : 1. La chaleur dégagée par l’adsorption chauffe l’air déshumidifié.

2. Il faut régénérer le gel de silice (sorbant) = le chauffer pour en désorber l’eau fixée par la déshumidification.

Bien que la roue soit globalement adiabatique, il faut apporter de la chaleur au procédé. C’est LA dépense énergétique nécessaire à la production de froid.


40


Cycle de Pennington

• Évaporation directe + indirecte : (2-3-4) & (5-6-7) ; mais avant (2) :

déshumidification (1-2), et donc régénération du dessiccant (8-9),

avec utilisation de l’air le plus chaud disponible (7), plus un chauffage (7-8) forcément nécessaire.


1

9

2

87

54

6

3

• Possibilité de traiter de l’air neuf assez humide, en utilisant de la chaleur à assez basse température (< 100°C), et en consommant de l’eau liquide.


1 32 4

9 67 58

Centrale de traitement d’air à roue dessiccante

Air

ext

érie

ur

Air

inté

rieu

rà

clim

atis

er

• Ventilateurs pour souffler l’air (!)

• Humidificateurs

• Échangeur rotatif récupération chaleur

• Roue dessiccante

• Échangeur de chauffage


1

9

2

87

54

6

3

41


Thermodynamique du cycle

• Équations


19

2

87

54

6

3

1 2 3 9 7 6( ) ( )m h h m h h

1 1 2 9 9 8

* *1 1 2 9 9 8

.( ) .( ) .( )

.( ) .( ) .( )

w w w w SG A B

SG A B

m x x m x x m q q

m h h m h h m h h

6 2

2 3

2 ( , )w

HXT x

h h

h h

1 mm Y m 5 5 4( ) ( )w wm w wx x Y x x 5 5 3( ) ( )mh h Y h h

9 6 5 1 4 3( ) ( )w w w w wm m x x m x x

2 7T T

3 6T T

4 3h h

6 5h h 6 6

6

( )

0,622w sat

w tot

x P T

x P

• Froid produit (*) :• Puissance Chauffage :• Consommation d’eau :

1 5 4( )cQ m h h 9 8 7( )hQ m h h

2 3

6 7 8

w w

w w w

x x

x x x


Performances

• COP thermodynamique =

• COP de l’ordre de 0,3 - 0,6(selon les conditions extérieures).

• Fonctionne avec chaleur à assez basse température

• Pas de chaleur à évacuer(rejet d’air humide et chaud)

1 32 4

9 67 581 5 4

9 8 7

.( )

.( )

m h h

m h h

• Noter que le système refroidit aussi le débit d’air entrant (de 1 à 4), ce qui est utile à la ventilation : une partie de la diminution d’enthalpie (h1-h4) est aussi un effet utile de ces systèmes.


42


Les cycles à dessiccant …

• … travaillent directement sur l’air et son contenu en humidité (ce qui est parfaitement adapté à la climatisation

et diminue le nombre d’échangeurs) ;

• … ne nécessitent pas de tour de refroidissement (rejets à l’ambiante via le débit d’air chaud et humide) ;

• … mais consomment de l’énergie mécaniquepour soufflage et rotation des roues,

idem centrale de traitement d’airmais avec débit beaucoup plus important.

et de l’eau liquiderejetée à l’air extérieur

sous forme vapeur.



État de l’art

• Assez développées industriellement et commercialiséesaux USA, en Scandinavie (Munters), et au Japon,

mais développement freiné en France parlégislation sur légionellose.

• Possibles avec adsorption solide (gel de silice),avec thermochimie (sel + H2O),

et aussi avec absorption liquide (solution de LiBr)(pas de roue, mais échangeurs liquide / air-humide

p.ex. par films ruisselants).


43


Exercice d’application

• Mêmes données que TD précédents : [débit minimal air sec = 940 kg/h ; extraction de 2,3 kg/h de vapeur d’eau (1,6 kW charge latente) + 3 kW charge sensible], - avec les mêmes points 5 et m que le TD précédent (resp. 26°C & 12g/kg ; 14°C & 100%HR) –et donc le même point 6-- avec de l’air extérieur 1 à 35°C & 50%HR, - et en supposant (i) que l’air soufflé par la CTA dans le local climatisé (4) est à 21,6°C (h4=50 kJ/kg), et que les débits neuf et repris sont identiques (ii) que la régénération de la roue dessiccante se fait avec de l’air (8) à 95°Cet (iii) que l’efficacité de l’échangeur rotatif inerte est de 80% :

Tester trois cas de déshumidification de l’air neuf, soit jusqu’à 10 g/kg, soit jusqu’à 7,8 g/kg, soit jusqu’à 6,6 g/kg, et pour chaque cas indiquer si cela correspond avec les spécifications, et pour quelle(s) raison(s).

En gardant le cas qui convient, construire le cycle complet dans le diagramme de l’air humide, y compris les conditions d’air rejeté.

Calculer le débit d’air, le débit d’eau consommé, la puissance thermique à fournir, et donc le COP thermodynamique de la CTA+climatisation.



• Merci de votre attention

et de vos questions

Crédit : J. Bouteloup et al., Climatisation et traitement d’air –2nde éd. Vol. 1, Éditions Parisiennes, 2009.


44





45


Annexes



Expérience au LaSIE à La Rochelle

• Capteurs solaires sous vide, 40m2

91

• Centrale de traitement d’air avec roue dessiccante (-> 3000m3/h d’air)

• Les recherches actuelles en clim solaire par cycle dessiccant : Cycles double-étage (La et al., 2011) ; stratégie de contrôle (Vitte et

al., 2008 ; Panaras et al., 2011) ; Hybridation avec d’autres systèmes, p.ex. Compression ; Cycles à dessiccant liquide


46


Quelques données thermophysiques [en USI]pour les conditions standard (25°C, 1,013×105 Pa)

Conductivité k

[W.m-1.K-1]

Chaleur spécifique cp

[J.kg-1.K-1]

Massevolumique

[kg.m-3]

Viscosité dynamique [kg.m-1.s-1]

Air 0,026 1006 1,18 18,2 x 10-6

Eau liquide 0,6 4180 1000 903 x 10-6

Eau vapeur 0,02 1900R134A

(C2H2F4) 870 (?) Liq. : 1200Vap. : 4,25

92

Quelques sites web utiles :www.aicvf.org/ - www.ffie.fr/ - www.uecf.fr/

2/36 -1 -1273 111

17.1 10 [kg.m .s ]111 273

T

T

• Viscosité dynamique de l’air : (formule de Sutherland)



Pression de saturation de l’eau, fct de température

T 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

P 1704 1817 1936 2062 2196 2337 2485 2642 2808 2982 3166 3360

93

T 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

P 3564 3778 4004 4241 4491 4753 5029 5318 5622 5940 6274 6624

Température T en °C, Pression P en Pa.


47


Annexe A : Les échangeurs de chaleur




48





49


T2i

T1o

T1i

T2o

Échangeurs de chaleur – 3Une notion importante(pour courants parallèles)

1. Delta-T moyen logarithmique

• Pour les échangeurs à contre- et co-courant de surface A et avec coefficient d’échange U uniforme :

(Voir annexe A)

• Ici, Tml = 36,1 K ; UA = 145 W/K.

• Pour les échangeurs équilibrés [même des deux côtés, (T2-T1) uniforme = T] : Tml = T.

98Master 2 Efficacité Energétique - OMEBA

2 1 2 1

2 1

2 1

i o o iml

i o

o i

T T T TT

T TLn

T T

Exemple d’échange de chaleur à contre-courant : air chauffé de 0 à 20 °C, par de l’eau refroidie de 70 à 25 °C.Profils de température le long de l’échangeur, avec (T2-T1) non-uniforme (profils non-linéaires).Voir annexe A.

mlQ U A T

pmc


En cas de condensation dans échangeur rotatif


Par exemple, si l’air extérieur est chaud et très humide :De la vapeur d’eau se condense dans les parties les plus froides de la matrice (près de l’entrée de la roue dans le secteur chaud),

50


En cas de condensation …


Par exemple, si l’air extérieur est chaud et très humide :De la vapeur d’eau se condense dans les parties les plus froides de la matrice (près de l’entrée de la roue dans le secteur chaud),

Mais la rotation de la roue transporte l’eau condensée vers des régions où l’air est suffisamment loin de la saturation pour re-évaporer l’eau, et augmenter son humidité absolue.

Le problème est complexe et la solution dépend des interactions capillaires entre matrice et phase liquide.


Analyse exergétique d’un cycle dessiccant expérimental

• Mesures réalisées par Akio Kodamaà l’Université de Kumamoto (Japon)

101

1234

5 6 7 8 9

EV1

EV2 HSPièce climatisée

E

Air ambiant (extérieur)

C

SHE Dh

System CSystem E

DH

SHE

HS

EV1

EV2

Syst

em A

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

60 70 80 90 100 110

Dim

ensi

onle

ss e

ntro

py

pro

du

ctio

n N

[-]

Regeneration temperature T8 [ÞC]Température de Source Chaude T8 [°C]

Ter

mes

du

bila

n d’

exer

gie

• Rendement exergétique : • + Pertes d’exergie [PBi/Bin] dans chaque

composant (EV2, EV1, HS, SHE, D)• + Pertes d’exergie dues au mélange

d’air soufflé (E) et rejeté (C)• = 1, vérifié par données expérimentales

• Noter les évolutions différentes des pertes d’exergie en fonction de T8.


Documents

Traitement de l’air et Climatisation - Accueilhebergement.u-psud.fr/master2dfe/IMG/pdf/Poly_EB_2015_MPons.pdf · 1 Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences