DIMENSIONNEMENT D`UNE CTA UNIZONE A DEBIT CONSTANT

BTS FEE 1ère Année
Cours de Climatisation
LGT Galilée
DIMENSIONNEMENT D’UNE CTA
UNIZONE A DEBIT CONSTANT
I. PRINCIPE
Afin de déterminer les différents éléments qui composent la CTA UNIZONE à débit constant ainsi que leurs
puissances respectives, on a besoin de connaître l'évolution que doit subir l'air dans la centrale de traitement
d'air (cas été et hiver).
Ceci implique la connaissance des caractéristiques thermodynamiques de l'air (dans ces 2 cas de figure: été et
hiver):
-
en entrée (point de mélange)
en sortie (soufflage afin de maintenir les conditions intérieures souhaitées malgré les charges)
Pour connaître ces caractéristiques, il faut au préalable déterminer le débit massique d'air soufflé (qui sera
constant en été comme en hiver). Ce débit dépend bien évidemment du bilan thermique du local (calcul des
charges été et hiver).
Schéma de principe (bilan thermique d'un local)
θe
Ψe
θs
Ψs
M
<
Traitement
S
qm AN
qm AS
qm AR
qm ARJ
Local aux conditions
intérieuresθi et Ψi
θi
Ψi
θi
Ψi
qm ARX
Bilan énergétique (charge totale): entrée (cas été) ou sortie (cas hiver) de
chaleur totale Htot=Hsens+Hlat
Bilan massique de vapeur (charge hydrique): entrée ou sortie de vapeur
d'eau qm O (=Hlat/2,5)
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II. LES CHARGES A PRENDRE EN COMPTE
Lors d’une phase de dimensionnement, on doit toujours se placer dans les conditions les plus
défavorables (afin de ne pas manquer de puissance lors de situations climatiques extrêmes).
q
En hiver
Il ne faudra pas tenir compte des apports internes (sensibles et/ou latents) car ceux-ci tendront à diminuer les
puissances à installer.
En effet, l'air doit être généralement réchauffé et humidifié en hiver de sorte que les apports internes combattent
les déperditions. Mais si ceux-ci diminuent (occupation anormalement basse ou processus en panne), alors la
puissance viendrait à manquer si on en avait tenu compte dans le dimensionnement des différents éléments
nécessaires (principalement batterie chaude et humidificateur).
Conclusion: dans le cas hiver on ne tient compte que des charges externes (déperditions).
q
En été
L'air à traiter doit généralement subir un refroidissement et une déshumidification.
Les apports internes (sensibles et latents) entraînent une augmentation des puissances à installer de sorte qu'il
faut en tenir compte afin de pouvoir satisfaire les conditions climatiques intérieures lorsque les charges sont
maximales.
Conclusion: en été, on tient compte à la fois des apports externes et internes.
Rappel : À noter que dans les 2 cas (été et hiver) le calcul des charges externes devra être effectué pour les
conditions extérieures de base !
III. CALCUL DES DEBITS
Il existe 2 possibilités pour déterminer le débit de soufflage d'une CTA (à débit constant).
F Soit un taux de brassage est imposé par le cahier des charges
F Soit on choisit un écart de soufflage (différence de température entre l'air du local à climatiser et l'air
soufflé)
q
Débit d'après le taux de brassage
qvAS=τbrassage×Vlocal
(m 3/h)
On en déduit ensuite le débit massique à partir du volume spécifique de l'air ambiant.
q
Débit d'après l'écart de soufflage
Afin de ne pas créer de gêne pour les occupant, il existe des limites pour les écarts de soufflage ∆θs tels que:
∆θs<10°C en été
∆θs<15°C en été
Ainsi d'après le bilan thermique du local, on peut alors déterminer le débit massique d'air soufflé qmas.
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En effet afin de maintenir constantes les conditions du local (rappel: dans le cas le plus défavorable au niveau du
dimensionnement), on doit avoir:
Pfournie par l'air + Charges = 0
Rappel : Ce bilan doit être vérifié en chaleur sensible et latente (ou charges totale et hydrique)
C'est à partir de l'équation ci-dessus appliquée à l'énergie sensible que l'on détermine le débit d'air soufflé.
On doit impérativement faire le calcul dans les 2 cas été et hiver afin de déterminer le cas le plus
défavorable, c'est à dire le cas où le débit calculé est le plus important car c'est ce débit qui sera pris en
compte pour tout le dimensionnement et dans les 2 cas Eté et Hiver (CTA à débit constant)
IV. DETERMINATION DU POINT DE SOUFFLAGE
Les caractéristiques du point de soufflage θ et rS ou θ et h S ou h S et rS doivent être déterminées pour les cas Eté
et Hiver, à partir du débit qm AS précédemment choisi.
Ö Soit on connaît Hsens. et HLat. et dans ce cas, on a:
-
Pour la température de soufflage θs
θS=θi+
HSens.
HSens.
⇔∆θs=(θi−θs )=
qmAS×CpAIR
qmAS×CpAIR en °C
Remarque
Cas Hiver:
Cas Eté:
-
HSens. < 0 ⇒ ??s < 0 ⇒ ?i < ?s (on chauffe)
HSens. > 0 ⇒ ??s > 0 ⇒ ? i > ?s (on refroidit)
Pour l'humidité spécifique de soufflage rSs:
rSS=rSi+
HLat.
2,5×qmAS
en [g/kgAS] avec Hlat en kW.
Ö Soit on connaît H TOT . et qmo . (cas le plus fréquent) et dans ce cas, on a:
On sait que
HTOT =HSens.+HLat.
d'où:
HSens.=HTOT−2,5. qmo
On utilise ensuite la même méthode que précédemment.
Remarque
∆θs ne doit pas être trop faible car sinon, d'une part qmAS augmente ce qui entraîne un coût d'exploitation plus
important (+ de pdc et ventilateur + puissant) et d'autre part la vitesse terminale est plus élevée ce qui peut créer
un inconfort de l'usager.
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V. POINT DE MELANGE
La détermination du point de mélange ne pose pas de problème particulier; il suffit de connaître la quantité d'air
neuf introduit (aux conditions extérieures de base), sachant que l'air recyclé est aux conditions intérieures à
respecter.
NB : Pour les calculs, on se réfère aux méthodes décrites chap1. "L'air humide".
VI. EVOLUTIONS ELEMENTAIRES
Après avoir placé les points de mélange et de soufflage sur le DAH, on cherche les évolutions nécessaire pour
traiter l'air dans la centrale afin qu'il passe des conditions du mélange aux conditions du soufflage.
A noter qu'en hiver, on aura souvent affaire avec du chauffage (et du préchauffage d'air neuf) et de
l'humidification; alors qu'en été, il s'agira surtout de refroidir et déshumidifier.
VII. DIMENSIONNEMENT DES DIFFERENTS ELEMENTS
En fonction des différentes évolutions élémentaires choisies, il suffit de déterminer pour chaque élément sur le
DAH, les caractéristiques Entrée/Sortie de l'air afin de déterminer la puissance des éléments à mettre en place
(cf. §1 "Les évolutions élémentaires).
VIII. M ETHODE DE LA DROITE DE SOUFFLAGE.
Cette méthode repose sur une grandeur j appelée grandeur caractéristique globale du traitement d'air.
q
Définition de j
Le rapport j permet la liaison entre le calcul et la
représentation graphique de l'évolution de l'air lors
du traitement d'un air entre les points d'entrée (1)
et de sortie du traitement (2).
Il s'écrit
j= hs2−hs 1 = Ptot
r 2−r 1 qmo
s
s
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q
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Droite de soufflage
Une utilisation pratique de ce type de rapport est de terminer la droite de soufflage qui relie le point de soufflage
au point intérieur. En effet, on aura:
j= hsi −hs s = Htotale
r i −r s
qmo
s
s
Connaissant j et le point intérieur, il suffit ensuite de se servir du rapporteur présent sur le DAH pour connaître le
lieu des points de soufflage.
Pour le dimensionnement, le choix d'un écart de soufflage permet de connaître directement les autres
caractéristiques thermodynamiques du point de soufflage.
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