Conception de systèmes de climatisation des bâtiments : nuances importantes et étapes de l'élaboration du projet

Il est difficile de ne pas convenir que le maintien d'une température confortable et d'un bon renouvellement d'air est la base d'un microclimat normal dans tout bâtiment, quel que soit son usage. Les équipements climatiques modernes et les dispositifs destinés à améliorer la ventilation peuvent créer en quelques minutes une atmosphère confortable dans une pièce – avec la température souhaitée et un seuil d'humidité acceptable.

Cependant, le simple montage de n'importe quel modèle de climatiseur qui vous plaît ne résout pas toujours le problème d'une température de l'air excessivement élevée, n'est-ce pas ? C'est pourquoi une conception professionnelle et judicieuse des systèmes de climatisation des bâtiments constitue la première étape avant l'achat de ce type d'équipement. La sélection de l'équipement optimal et son installation au bon endroit permettront de refroidir ou de chauffer l'air avec le moins de consommation d'énergie possible et de prendre en compte les besoins de toutes les personnes présentes dans la pièce.

Dans cet article, nous examinerons les principales étapes de la création d'un projet pour un système de climatisation efficace, nous nous pencherons sur les calculs à effectuer lors de la planification, et nous apprendrons comment établir un schéma correct de régulation thermique de l'air.

Nécessité de la climatisation des locaux

Système de climatisation, tout comme la ventilation, joue un rôle énorme dans le maintien d'une atmosphère confortable pour la vie et le travail des personnes. Un air trop chaud affecte sérieusement le bien-être et la productivité de l'homme, il faut donc se préoccuper du microclimat de la pièce et de la direction des flux d'air dès la phase de construction ou de rénovation du bâtiment.

Outre l'impact sur les personnes, la température et l'humidité affectent également le fonctionnement des équipements dans les bureaux ou les ateliers de production. Des températures élevées augmentent la charge sur les machines, ce qui peut entraîner une panne de certains composants.

Les moteurs des machines-outils ne sont pas les seuls à souffrir des températures élevées. Les équipements modernes, dotés d'une électronique complexe, sont assez sensibles à la température

Le maintien de la température souhaitée peut également être une question de sécurité. Le stockage de certains matériaux dans des locaux à l'air excessivement chauffé est tout simplement inadmissible. Pour réduire les risques d'incendie, le système de refroidissement de l'air doit fonctionner correctement et compenser entièrement les excès de chaleur interne et externe.

Pourquoi est-il nécessaire d'établir un projet ?

Le respect des normes nécessaires et le calcul précis de la charge du système de climatisation évitent aux utilisateurs de nombreux problèmes. Lors de l'élaboration du plan, un grand nombre de facteurs susceptibles d'affecter l'efficacité de l'équipement sont pris en compte. Sans tenir compte de ces nuances, le fonctionnement des éléments du système de climatisation peut avoir un rendement inacceptablement bas.

Une approche compétente de la création du projet permet de réaliser les tâches clés suivantes :

• le maintien d'une température et d'une humidité optimales dans le bâtiment ;
• le choix de l'équipement climatique et de ventilation le plus adapté ;
• la possibilité de réglage multizone du régime de température ;
• une exploitation douce de l'équipement qui favorise sa résistance à l'usure ;
• l'organisation de la bonne direction des flux d'air ;
• une consommation d'énergie extrêmement faible pour atteindre les régimes de température souhaités, etc.

Lors de la conception, les caractéristiques esthétiques de l'installation du climatiseur sont également prises en compte. Le système de refroidissement de l'air peut être intégré avec finesse à l'intérieur si son intégration dans la pièce est abordée avec compétence et expérience.

Un climatiseur esthétiquement intégré peut rester pratiquement invisible pour les invités et n'affecter en rien l'idée générale du design intérieur.

L'étape de planification du système de climatisation ne peut être ignorée, car c'est le plan clair qui permet de développer un concept de refroidissement efficace pour toute pièce ou bâtiment entier, de préparer les dessins nécessaires et les tâches spécifiques pour les équipes d'installation, les électriciens et autres spécialistes.

Types de systèmes de climatisation

Les calculs et les caractéristiques spécifiques du local influencent le choix du système de climatisation. Chacun utilise certains modèles de climatiseurs qui peuvent être divisés en trois grandes catégories : domestiques, industriels, commerciaux.

Les systèmes eux-mêmes se divisent en les types suivants :

• les complexes multizones ;
• les systèmes split et multi-split ;
• le refroidissement central ;
• la climatisation de précision ;
• systèmes chiller-fan coil;
• les systèmes avec climatiseurs gainables ou de toiture, etc.

Pour un usage domestique, on choisit le plus souvent des systèmes multizonaux, des systèmes split et des systèmes multi-split. La principale différence de ces ensembles est le nombre d'unités intérieures de l'équipement.

Split-system implique la présence d'un seul bloc intérieur de refroidissement, multi-split – cinq, et dans un complexe multizone sont intégrés de 10 à 15 éléments qui fonctionnent grâce à un bloc extérieur extrêmement puissant.

Le système de climatisation multizone est l'un des moyens les plus efficaces de refroidir l'air dans des pièces de différentes destinations grâce au fonctionnement indépendant des blocs intérieurs et à la puissance de l'unité extérieure.

L'établissement du plan d'un système de climatisation efficace repose sur le calcul du bilan thermique et aéraulique, et tous les facteurs clés qui influencent le microclimat à l'intérieur du bâtiment sont pris en compte.

La conception est également soumise aux documents normatifs et prend en compte les exigences sanitaires, architecturales, de protection contre les incendies et autres.

Calculs pour l'élaboration du plan du système

Pour choisir la puissance optimale du bloc extérieur de travail et calculer le nombre de blocs intérieurs, la charge thermique interne et externe sur le bâtiment est prise en compte.

Les charges thermiques internes ont toujours une valeur positive et représentent le dégagement de chaleur des personnes vivant dans la maison, la production d'énergie thermique par les appareils ménagers et les sources d'éclairage. Dans les locaux commerciaux ou de bureaux, s'ajoute à cette charge sur le système de climatisation la chaleur provenant des équipements énergivores, dans les bâtiments à usage industriel – la dissipation thermique des liquides chauds, des équipements, ainsi que la chaleur dégagée lors des réactions chimiques.

Les charges thermiques externes peuvent avoir des caractéristiques aussi bien négatives que positives. Par conséquent, la charge externe représente des apports ou des pertes de chaleur.

Les conducteurs de pertes et d'apports de chaleur sont clairement indiqués dans le schéma ci-dessus. Les flèches rouges marquent les flux de perte de chaleur, les flèches bleues – la pénétration du froid dans le bâtiment.

Les sources de cette charge thermique sont :

• la lumière du soleil pénétrant à travers les vitrages ;
• la chaleur ou le froid, dont les conducteurs sont les murs, les fenêtres, le sol, le toit et le plafond ;
• les pertes et apports de chaleur de la ventilation mécanique contrôlée.

Les indicateurs quantitatifs d'un même type de charge thermique externe peuvent passer de charges positives à négatives au cours de la journée, par exemple en cas de grande amplitude de variation des températures diurnes et nocturnes, et d'une saison à l'autre. Par exemple, en été, la différence de température entre l'extérieur et l'intérieur est faible, donc la chaleur pénètre plus facilement dans le bâtiment. En hiver, le processus inverse se produit, où la chaleur quitte plus rapidement la structure.

Le calcul du bilan thermique et aéraulique permet de choisir l'équipement nécessaire et de planifier l'emplacement approprié pour l'installation du climatiseur.

Les climatiseurs modernes sont capables, si nécessaire, de réchauffer sensiblement l'air. Par conséquent, lors de la conception d'un système de climatisation, il est important de prendre en compte les zones principales où des pertes de chaleur élevées sont observées.

Lors des calculs, il faut impérativement prendre en compte les facteurs clés qui influencent l'apport et la perte de chaleur :

• les caractéristiques climatiques de la région ;
• les matériaux de construction du bâtiment ;
• l'épaisseur des murs et la présence d'isolant ;
• le nombre de chambres dans le double vitrage et l'efficacité énergétique globale de la fenêtre ;
• l'orientation du bâtiment par rapport aux points cardinaux ;
• la présence d'équipements et d'appareils produisant de la chaleur en fonctionnement ;
• le nombre de personnes résidant ou séjournant régulièrement dans la pièce ;
• le nombre de pièces dans l'appartement ou la maison, etc.

Partant de là, il est facile de comprendre que seul un professionnel expérimenté peut aborder le plan d'un futur système de climatisation avec la plus grande précision et compétence, car lors de la préparation du projet, il faut prévoir trop de nuances spécifiques.

Étapes de la conception

L'élaboration du plan des travaux nécessaires se déroule en deux étapes successives, comprenant la préparation de tous les calculs nécessaires, du devis, des cahiers des charges pour les spécialistes des domaines connexes et le choix d'une gamme de modèles d'équipement appropriée.

Étape #1 — préparation des calculs et des cahiers des charges

La préparation consiste à prendre connaissance du bâtiment, de son emplacement, de ses caractéristiques de construction et d'autres facteurs.

Les spécialistes établissent une étude de faisabilité technico-économique sur la base de laquelle le type de système de climatisation est approximativement sélectionné. Ce dernier est décrit de manière simplifiée.

Le schéma simplifié montre les maillons clés du système de climatisation, les blocs de distribution du réfrigérant et les principaux blocs de commande de l'équipement climatique.

Le technicien propose un équipement potentiellement efficace qui répond aux besoins de la pièce en termes de caractéristiques de base :

• la puissance ;
• les capacités de refroidissement, de chauffage et de débit d'air.

Ensuite, un devis des travaux futurs est établi. Si le projet d'étude de faisabilité satisfait le propriétaire du bâtiment ou de l'appartement, l'étape préparatoire passe en phase opérationnelle.

Étape #2 — sélection de l'équipement approprié

À cette étape, la conception repose sur des calculs précis, prenant en compte les charges thermiques internes et externes, les caractéristiques thermiques du bâtiment. Les calculs sont effectués individuellement pour chaque pièce, après quoi les excédents de chaleur dans chaque zone sont connus avec précision. Sur la base de ces données, l'équipement nécessaire pour compenser les charges thermiques est sélectionné.

Après le choix de l'équipement, commence la conception des emplacements d'installation des climatiseurs, un schéma de distribution des conduits d'air est fourni, un plan de travail technique est préparé pour l'équipe de montage et les électriciens.

Tous les documents préparés sont transmis au client et au fournisseur d'équipement climatique. Après l'installation, il est conseillé d'effectuer des travaux de mise en service, qui aideront à paramétrer le fonctionnement de l'équipement.

Quels sont les risques d'une conception personnelle ?

Sans l'expérience et les connaissances requises, il est assez difficile d'élaborer personnellement un projet de système de climatisation.

Si l'on ne prend pas en compte au moins un facteur, par exemple l'orientation de l'appartement côté nord ou la présence de fenêtres à double vitrage avec une faible efficacité de rétention de chaleur, l'ensemble du système de climatisation fonctionnera de manière inefficace.

Les indicateurs d'économie d'énergie des fenêtres en métal-plastique dépendent de nombreux facteurs : le nombre de chambres, la présence d'un revêtement spécial, etc. Par conséquent, il est assez difficile de calculer soi-même les pertes et les apports de chaleur.

De plus, l'équipement climatique peut être soumis à des charges plus importantes, car lors de la climatisation, l'appareil devra constamment compenser les apports thermiques non pris en compte par le concepteur.

Dans l'ensemble, toute lacune dans le projet élaboré peut entraîner de sérieux problèmes :

• un fonctionnement injustifié du climatiseur dans une pièce alors que la plupart des occupants se trouvent dans d'autres pièces ;
• à une surconsommation d'électricité, qui est dépensée pour supprimer la chaleur non comptabilisée provenant de l'éclairage ou des appareils;
• l'impossibilité de réguler la température par zone ;
• l'achat d'un équipement trop puissant ou insuffisamment performant ;
• à une usure rapide ou à une panne des composants du système split en raison d'une charge excessive, etc.

Par conséquent, il convient de confier à des professionnels l'élaboration d'un schéma de climatisation, même pour un petit logement ou un bureau.

Économiser sur la conception peut entraîner des coûts injustifiés lors de l'exploitation de l'équipement.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Cinq types de systèmes de climatisation les plus courants, leurs caractéristiques, différences et possibilités sont décrits en détail par le conférencier dans la vidéo suivante :

Le fonctionnement de base des systèmes de climatisation et des recommandations pour choisir le type approprié sont donnés par un ingénieur en ventilation et climatisation :

Une approche professionnelle de la climatisation des bâtiments permet d'assurer la température, la propreté, l'humidité et la mobilité de l'air nécessaires, dont dépendent le bién-être et la productivité des personnes, le fonctionnment d'équipements complexes, la conservation des meubles ou de certains matérieux.

Le processus de conception est assez complexe et exigeant, il faut donc l'aborder avec le plus grand sérieux. C'est pourquoi il ne faut pas planifier soi-mêle, mais plutôt choisir à l'avance une équipe de professionnels qui ont de l'expérience, une bonne réputation et l'autorisation d'effectuer ce type de calculs.

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