Qu'est-ce qu'un climatiseur de précision : classification des appareils et principe de fonctionnement des unités

Ne pensez-vous pas que dans les salles de serveurs et les centres de données, ainsi que dans d'autres locaux où se trouve une grande quantité d'ordinateurs et d'autres équipements dégageant intensément de la chaleur, des climatiseurs domestiques ordinaires pourraient être utilisés pour maintenir une température et une humidité constantes ?

Dans les locaux de ce type, la température, l'humidité et de nombreux autres paramètres doivent être maintenus dans une plage très étroite, et les systèmes de climatisation ordinaires, même les plus puissants, ne parviennent pas à accomplir cette tâche. C'est pourquoi l'utilisation de climatiseurs de précision devient de plus en plus pertinente.

Cet article traite des caractéristiques distinctives d'un climatiseur de précision, de ce qu'il est en général, de son fonctionnement et des types de ces appareils existants.

Caractéristiques des climatiseurs de précision

Un climatiseur de précision ou un climatiseur autonome de type armoire est un appareil dont l'utilisation permet de maintenir dans un local une série de paramètres : température, humidité relative et mobilité de l'air dans une plage étroite.

À savoir :

• plage de variabilité admissible de la température : ±1 °C. Et certains modèles de climatiseurs de précision permettent de réduire encore plus la variabilité, jusqu'à ±0,5 °C);
• plage de variabilité de la valeur de l'humidité : +5%;
• Le fonctionnement du climatiseur de précision est admissible à une température ambiante comprise entre +50 °C et -60 °C.

Par ailleurs, l'apport thermique dégagé dépasse de 5 à 10 fois les valeurs caractéristiques de la pièce principale. Par conséquent, une charge très élevée est imposée aux climatiseurs.

Mais malgré tout, la plage de valeurs est maintenue. En effet, outre le fait que ce type de systèmes de contrôle climatique se distingue par une précision accrue, un certain nombre d'exigences de fiabilité sont également imposées aux équipements.

Même une minute sans climatisation peut entraîner des conséquences catastrophiques. Et donc, des pertes matérielles.

Les climatiseurs de précision assurent une humidité et une température stables (dans une plage étroite), malgré le dégagement constant d'une grande quantité de chaleur par des appareils fonctionnant 24 heures sur 24.

Oui, il existe une autre exigence qu'il ne faut pas négliger : les climatiseurs de précision doivent pouvoir lancer rapidement l'unité de secours en cas de panne de l'unité principale.

Ainsi, même en cas de situation de force majeure, la constance de la température et de l'humidité sera assurée. De plus, le projet de climatisation d'une salle serveur est généralement conçu en tenant compte des capacités supplémentaires.

Avantages de l'utilisation des appareils

L'utilisation de systèmes de précision dans divers sites technologiques s'explique par la nécessité de compenser les excès de chaleur spécifiques importants qui sont dégagés par les équipements technologiques, sensibles même aux moindres variations de la température et du régime d'humidité.

Ainsi, plus l'écart de température de la pièce par rapport aux valeurs optimales est grand, plus la durée de vie des équipements coûteux est réduite.

Bien que les climatiseurs de précision soient particulièrement fiables, plusieurs appareils sont utilisés pour assurer la constance de l'environnement – cela neutralise le risque de défaillance de l'ensemble du système.

Le fait de ne pas réparer rapidement une panne du système de contrôle climatique peut entraîner une panne des équipements générant un apport de chaleur important.

Par exemple, en cas de surchauffe des équipements technologiques dans la salle du central téléphonique, ainsi qu'en cas d'écart inacceptable par rapport à la valeur optimale de l'humidité relative, la probabilité de panne de l'équipement est assez élevée.

Les climatiseurs de précision compensent efficacement les excès de chaleur spécifiques importants et permettent de maintenir les paramètres nécessaires de température et d'humidité dans la pièce.

Domaine d'application de l'équipement

L'utilisation de ces appareils pour garantir le fonctionnement sans panne et sans incident des équipements technologiques devient pertinente dans les domaines suivants :

1. Téléphonie fixe – centraux téléphoniques, ainsi que les salles d'équipement.
2. Téléphonie mobile – nœuds de télécommunications, c'est-à-dire les commutateurs et les passerelles.
3. Stations de base et stations distantes, situées dans des bâtiments ou des conteneurs.
4. Centres de facturation.
5. Secteur IT – salles serveurs et salles techniques, ainsi que les salles informatiques et les centres de données.

Récemment, les climatiseurs de précision sont également utilisés par les entreprises pharmaceutiques – dans les pièces où sont installés des équipements de diagnostic coûteux. Ainsi que dans les laboratoires modernes consacrés à la recherche avec des réactifs, particulièrement sensibles aux conditions extérieures. Ou encore – avec des colonies de micro-organismes.

Production de haute précision et pure – le secteur couvre la microélectronique, la pharmacie et l'industrie spatiale, ne peut se passer de climatiseurs de précision.

La diversité des modèles de climatiseurs de précision permet de choisir l'option optimale – en fonction des exigences de la norme SN 512-78 et de la destination de la pièce dont il faut maintenir les conditions climatiques.

Mais ce n'est pas tout – dans certains musées, bibliothèques et autres lieux de loisirs culturels où sont conservés des objets particulièrement précieux, on utilise également des climatiseurs de précision.

Bien entendu, on y utilise des modèles plus économiques, car il n'est pas nécessaire de respecter aussi strictement les régimes de température et d'humidité, mais tout de même.

Structure d'un climatiseur de précision

La précision et la fiabilité de l'appareil expliquent sa structure complexe. De plus, selon le modèle, celle-ci peut varier.

La présence obligatoire :

1. D'un bloc intérieur, généralement de type armoire.
2. D'un bloc extérieur.

Dans le premier, l'air est préparé préalablement juste avant d'être introduit dans la pièce.

Dans le second peuvent se trouver : un condenseur à air ou un refroidisseur à liquide, dans le cas où le fonctionnement du climatiseur se fait avec de l'eau froide provenant d'un refroidisseur (chiller) ou pour le condenseur de liquides situé dans le bloc intérieur.

Structure du climatiseur de précision et représentation schématique de son mécanisme de fonctionnement. Quelle que soit la complexité du modèle, ce mécanisme existe.

Le schéma ci-dessus est extrêmement simplifié. Il représente le principe de fonctionnement dans les grandes lignes.

Notez qu'en plus de toutes les pièces énumérées, le bloc intérieur du climatiseur de précision comprend les dispositifs suivants :

• compresseur ;
• évaporateur ;
• un détendeur ;
• des composants de filtration ;
• des appareils supplémentaires utilisant l'électricité pour le chauffage ;
• des humidificateurs d'air, si nécessaire ;
• des ventilateurs d'air ;
• de la robinetterie – tant d'arrêt que de régulation.

La présence de tous les autres éléments est déterminée par le modèle spécifique et par les exigences qui lui sont imposées ainsi qu'à la pièce dans laquelle l'appareil fonctionnera. Autrement dit, ils constituent une composante variable.

Mécanisme de fonctionnement de l'appareil

Le principe de base de fonctionnement de cet appareil peut être expliqué ainsi : d'abord, il y a compression de l'agent frigorifique gazeux dans le compresseur. Ensuite, cet agent frigorifique passe dans le condenseur. Là, il se condense – ce processus permet d'évacuer la chaleur du réfrigérant.

L'étape suivante consiste en le passage de l'agent frigorifique à l'état liquide à travers un dispositif de détente. Cela entraîne une baisse de la température et de la pression du réfrigérant liquide.

Et déjà dans cet état, le réfrigérant pénètre dans l'évaporateur. Là, il passe à l'état gazeux et retourne à nouveau dans le compresseur.

Ainsi, c'est précisément l'air soufflé à travers l'évaporateur qui est prélevé de la pièce où il est nécessaire de maintenir la température et l'humidité dans une plage étroite de valeurs.

Sur le schéma sont représentés les flux d'air chaud et froid qui traversent le climatiseur de précision en permanence. Le schéma présenté est valable pour tous les modèles.

En traversant l'évaporateur, l'air se refroidit et, sous cette forme, retourne dans la pièce. Le schéma de fonctionnement du climatiseur de précision est présenté ci-dessus sous forme illustrative.

Fonctions de l'unité intérieure

Elles sont déterminées par la destination du modèle spécifique. Il est logique de supposer que le nombre de fonctions détermine le champ d'application possible de l'appareil :

• refroidissement uniquement ;
• refroidissement et chauffage électrique avec possibilité de régulation de la température ;
• refroidissement et augmentation de l'humidité.

La variante la plus perfectionnée est la combinaison des fonctions de refroidissement, d'augmentation de l'humidité et de chauffage électrique.

Il arrive aussi qu'un modèle spécifique soit fabriqué par l'usine sur commande individuelle, et que des fonctions non prévues dans l'équipement d'origine y soient intégrées.

L'évacuation constante de l'air chaud et l'apport ininterrompu d'air froid – c'est ainsi que se caractérise le fonctionnement du climatiseur de précision. De plus, il existe de très nombreuses variantes de distribution des masses d'air.

Les unités intérieures peuvent différer par les modes de reprise et de distribution de l'air dans la pièce. Par exemple, la reprise peut se faire dans la partie avant, et la distribution dans la partie supérieure. Elle s'effectue via un conduit d'air situé entre les faux plafonds et le plafond principal.

Il existe d'autres variantes :

1. La reprise s'effectuant dans la partie avant est combinée à une distribution dans la partie supérieure, directement dans la pièce.
2. Dans la partie supérieure, la reprise s'effectue via un conduit d'air situé entre les plafonds (faux et principal). La distribution se fait, par conséquent, par la partie inférieure.
3. La reprise se fait dans la partie supérieure directement depuis la pièce, et la distribution sous le faux plancher s'effectue par la partie inférieure.
4. La reprise se fait à l'arrière et sous le faux plancher par la partie inférieure, et la distribution s'effectue dans la partie supérieure via un conduit d'air situé entre les plafonds – faux et principal.

Il arrive aussi que la reprise s'effectue sous le faux plafond par la partie inférieure et à l'arrière. La distribution se fait directement dans la pièce, dans la partie supérieure.

La conception complexe du climatiseur de précision s'explique par la précision et l'importance des fonctions qu'il remplit. Sur le schéma présenté, toutes ces particularités sont bien visibles.

Une telle variété de fonctions explique les vastes possibilités des climatiseurs de précision.

La structure et le mécanisme du modèle choisi peuvent être adaptés individuellement aux particularités du local où il sera utilisé.

Classification des climatiseurs de précision

Selon la conception des unités intérieures, les climatiseurs de précision sont classés dans les types suivants :

• de plafond ;
• climatiseurs de précision de type armoire ;
• inter-rangs.

Selon le mode de refroidissement des condenseurs, ils sont à air ou à liquide. En prenant pour base de classification le caloporteur utilisé – l'eau ou l'éthylène glycol.

Chacune des catégories énumérées ci-dessus a ses propres caractéristiques, avantages et inconvénients, qu'il faut impérativement prendre en compte lors du choix du système de contrôle de la température et de l'humidité du local.

Climatiseurs de précision au fréon

Pour les installations de télécommunications, des monoblocs au fréon et des systèmes de contrôle climatique de type précision sont prévus.

Pour les installations fixes plus grandes, on utilise des unités intérieures de type armoire et des climatiseurs inter-rangs.

La solution classique et la plus économique en termes de coûts d'investissement pour les salles de serveurs est reconnue comme étant les climatiseurs de type armoire équipés d'un évaporateur à ébullition directe, c'est-à-dire au fréon.

Voici à quoi ressemblent les climatiseurs de précision au fréon en coupe. Le schéma montre le même appareil, mais sous différents angles.

Différentes variantes de leur configuration sont possibles : avec un condenseur extérieur à refroidissement par air, avec un condenseur à refroidissement liquide intégré, ainsi qu'équipés d'un dry cooler.

Les climatiseurs inter-rangs à évaporation directe (catégorie codée DX) se distinguent également par des types de condenseurs similaires.

Appareils de précision à liquide

Les climatiseurs de précision de type armoire équipés d'un échangeur de chaleur à liquide sont utilisés dans un schéma de refroidissement par chiller comme des ventilo-convecteurs.

Dans ce cas, la fiabilité de l'exploitation et le régime de température de refroidissement sont déterminés par le schéma de principe adopté pour l'alimentation en froid de l'installation – le schéma comprend la présence de refroidisseurs et de groupes de pompage.

Les coûts d'investissement initiaux sont supérieurs de 30 à 40 % à ceux liés aux climatiseurs au fréon. Il faut noter que l'optimisation du schéma d'alimentation en froid permet de réduire les coûts d'exploitation.

Climatiseur de précision avec freecooling

Le mécanisme de fonctionnement de ce type de climatiseur repose sur l'utilisation des températures extérieures réduites.

Le free cooling (en anglais – free cooling) est facilement et simplement mis en œuvre dans un climatiseur de précision au fréon de type armoire avec condenseur (à liquide) et dry cooler.

Climatiseur de précision équipé d'un freecooling – schéma de l'appareil à 2 circuits (le rouge indique l'échangeur de chaleur liquide, le bleu – celui contenant de l'éthylène glycol)

Il faudra un deuxième échangeur de chaleur (liquide) et de l'éthylène glycol qui remplit le circuit de la tour de refroidissement sec. Lorsque la température ambiante chute au niveau calculé, le refroidissement s'effectuera par le fonctionnement du deuxième circuit – l'échangeur de chaleur et la tour de refroidissement.

Malgré l'augmentation des investissements initiaux pour l'achat d'équipements supplémentaires, la période de récupération de ces unités sera inférieure à 2 ans, et un calcul plus précis peut être effectué en connaissant le montant des tarifs locaux.

Caractéristiques des systèmes de redondance

Les climatiseurs de précision, pour permettre la mise en œuvre de la redondance de la fonction de refroidissement, sont équipés d'échangeurs de chaleur supplémentaires – liquides et frigorigènes.

Le principe de fonctionnement principal de ce système ne consiste pas simplement en un doublage banal des systèmes de refroidissement, mais en l'utilisation de systèmes de refroidissement ayant des principes de fonctionnement différents les uns des autres.

Le système de redondance permet d'améliorer considérablement les caractéristiques fonctionnelles du système de climatisation, et ainsi il sera possible de l'installer dans pratiquement n'importe quel local.

En d'autres termes, dans un seul appareil sont combinées des unités équipées de différentes sources de refroidissement.

La nécessité de redondance et son degré sont établis par les exigences normatives en fonction de la classe de tolérance aux pannes de l'installation – déterminée par le TIER.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Dans la vidéo, le processus d'entretien d'un climatiseur de précision par un technicien, avec une analyse étape par étape de toutes les caractéristiques de fonctionnement de cet appareil, ainsi que des exigences d'entretien :

Le climatiseur de précision permet de maintenir la température et l'humidité des locaux dans une plage étroite de valeurs. Cette fonction est importante dans les locaux où se trouve et fonctionne un équipement sensible aux moindres variations des conditions climatiques. C'est pourquoi les climatiseurs de précision sont utilisés dans les salles de serveurs, les centres de données et les laboratoires de haute technologie.

Avez-vous de l'expérience avec cet équipement, des questions concernant l'installation, le choix ou le montage des climatiseurs de précision ? Avez-vous rencontré des problèmes de fonctionnement des climatiseurs de précision, des réclamations envers les fabricants ou les sociétés de service ? Dans ce cas, n'hésitez pas à partager un commentaire ci-dessous – vous pouvez être sûr que votre avis ne restera pas sans suite.