FR 2647535 A1 19901130 FR 8907045 A 19890525 DESHLUMIDIFICATEUR HAUTES PERFORMANCES POUR LA CLIMATISATION La présente invention concerne un dispositif s'intégrant dans les systèmes de climatisation et destiné à déshumidifier l'air traité tout en apportant, pour l'essentiel, au système: un accroissement sensible des performances, une plus grande stabilité des résultats ainsi que d'importantes économies d'énergie. Une installation de climatisation a pour mission le maintien, dans une plage définie, des paramètres température et hygrométrie relative d'une enceinte climatisée.Pour ce faire l'air de la salle climatisée chemine au travers d'un appareillage de traitement d'air essentiellement constitué de ( fig 1): -Un filtre à air (1) 1S -Une batterie d'échange thermique de réfrigération alimentée en eau réfrigérée dite "eau glacée" ou à évaporation directe du fluide frigorigène (2). -Une batterie d'échange thermique de chauffage; à eau chaude,vapeur ou électrique (3). -Un ventilateur (4) assurant la circulation de l'air traité depuis son captage jusqu'à sa réintroduction dans le local climatisé. -Un réseau de gaines assurant: L'acheminement de l'air à traiter du local climatisé (9) vers le groupe de traitement d'air (gaines de reprise (5)). L'acheminement de l'air traité jusqu'au local climatisé (gaines de soufflage (6)). L'admission d'air neuf hygiénique ou technique (gaine d'air neuf(7)). Un dispositif de régulation pilote,par l'intermédiaire de capteurs,de convertisseurs et d'actionneurs, les éléments de l'installation afin de corriger, selon les besoins, les paramètres température et hygrométrie relative du local climatisé. Les actions conduites par la régulation sont: -Activation de la batterie froide (2) en cas de température trop élevée. -Activation de la batterie chaude (3) en cas de température trop basse. -Activation de l'humidificateur (8) en cas d'hygrométrie relative trop s basse. -Activation de la batterie froide (2) en cas d'hygrométrie relative trop élevée afin de condenser une partie de la vapeur d'eau contenue dans l'air. La baisse de température indésirable résultant de cette action sera compensée par l'activation de la batterie chaude (3). Dans une installation de climatisation, il est difficilement envisageable de mesurer séparément l'énergie consommée pour la régulation de la température et celle consommée pour la déshumidification car, dans les deux cas, ce sont les mêmes batteries qui sont sollicitées selon le schema suivant: -Batterie froide ou batterie chaude pour la température. -Batterie froide et batterie chaude pour la déshumidification. S'il n'est point de règle permettant le calcul de l'énergie annuelle nécessaire à la déshumidification -trop de facteurs aléatoires entrant en jeu- (quantité d'air neuf introduite; hygrométrie du site; étanchéité des locaux à l'air et à la vapeur d'eau; nombre et activités des occupants...) , il n'est pas excessif d'affirmer que la part d'énergie à lui attribuer est de l'ordre de 20 à 50 % du bilan énergétique annuel dans les régions tempérées ou méridionnales. Ce taux peut être largement dépassé lorsque les locaux traités sont peu étanches et les tolérances de régulation serrées ou lorsque les capacités des batteries ont été mal établies. L'utilisation de la même batterie froide pour la réfrigération sensible et latente (ou réfrigération et déshumidification) présente de nombreuses imperfections. Lors de l'établissement du bilan thermique, les gains sensibles et latents sont calculés séparément, la batterie de réfrigération est construite pour répondre, à sa puissance nominale, à la fois aux gains sensibles et aux gains latents. Ces puissances nominales sont, pour la batterie froide, indissociables, pourtant elles ne sont rencontrées que quelques jours par an par le local climatisé et pas nécessairement en méme temps. Mais, pour des conditions de l'air à l'entée données; chaque fois que la batterie froide produira une s puissance sensible, elle produira aussi la puissance latente correspondante même si à ce moment-là l'air traité est déficitaire en vapeur d'eau. De la même manière, chaque fois que la batterie froide sera sollicitée pour déshumidifier, elle produira la puissance sensible correspondant à son taux d'activation, même si à ce moment-là l'air traité à besoin d'être chauffé. Il serait intéressant de lo dissocier les puissances sensible et latente et ainsi traiter indépendamment refroidissement et déshumidification. Si l'on examine de quelle manière une batterie froide alimentée en eau glacée à 6'C (cas courant) dispense ses puissances sensible et latente, on s'aperçoit qu'aux régimes intermédiaires l'évolution de la puissance latente est loin de suivre celle de la puissance sensible; ainsi, à une activation de 40% dE la batterie froide correspond encore une puissance sensible de 75% alors que la puissance latente n'est plus que de 25% (voir figure 2; S= évolution de la puissance sensible; L=évolution de la puissance latente). Ainsi, il est clair que lorsque la régulation sollicite la déshumidification aux régimes intermédiaires,l'effet de l'indésirable puissance sensible est amplifié. La batterie froide étant le plus souvent, dans les installations industrielles, alimentée en eau glacée, sa régulation est progressive de type proportionnel,proportionnel-intégral,ou proportionnel-intégraldérivé en ce qui concerne la régulation de température; côté déshumidification la régulation est 2s simplement proportionnelle à cause des lentes fluctuations de ce paramètre. Si l'on considère un réglage du point de consigne de l'hygrométrie à 50%; un début d'action à 55% et une bande proportionnelle de 10%; cela signifie: -Qu'entre 50 et 55% aucune action n'est déclenchée. -Qu'à partir de 55% on commence à activer la batterie froide. -Qu'à 65% (55 + 10) la batterie froide est activée à 100% par la déshumidification. Si les éléments naturels font se stabiliser l'hygrométrie relative à 30% de son amplitude c'est à dire 55 t (0,3 X 10) = 58%, la régulation va envoyer un ordre d'action de 30% sur l'organe de réglage lequel libérera 30% du débit nominal s d'eau glacée dans la batterie. A ce taux d'activation,la batterie froide va produire 65% de sa puissance sensible nominale mais ne produira aucune puissance latente (voir figure 2), c'est la batterie de chauffage qui devra compenser l'indésirable réfrigération sensible. Cette situation se reproduit en fait aussi souvent et aussi longtemps que les éléments naturels rendent excessive 0ol'hygrométrie relative, car après toute action de déshumidification, ce seuil de % est un passage obligé que l'installation est incapable de franchir sans une baisse naturelle de l'hygrométrie. La valeur minimum à laquelle l'installation est capable de ramener une hygrométrie excessive n'est donc pas de 55% comme le laisse supposer le réglage, mais de 58%. t5 La figure 3 représente un exemple de réglage de régulation proportionnelle de température, on remarque: -Xk= point de consigne= 20'C -Entre 19,5 et 20,5'C aucune action n'est provoquée, la température erre librement dans cette fourchette. -A 20,5'C= début d'action de refroidissement -A 21'C= action maximum sur le refroidissement -A 19,5'C= début d'action sur le chauffage -A 19'C= action maximum sur le chauffage Durant la phase "A",la charge thermique des locaux climatisés a été mise en service, la température s'est accrue jusqu'à 20,5 C puis, ensuite jusqu'à un équilibre entre la production frigorifique sensible et les apports thermiques. Si les apports thermiques ne varient pas ou peu, cet équilibre est durable et la température du local climatisé est stable. Quand les apports de vapeur d'eau provoquent une activation de la déshumidification, la batterie froide va être suractivée par la régulation et l'équilibre sera rompu; la température va s'abaisser d'abord dans la zone neutre entre 20,5 et 19,5'C, puis en deçà de 19,5'C, là le chauffage va entrer en action pour créer un nouvel équilibre avec la surproduction frigorifique -déroulement de la phase "B"- mais dès l'entrée en action de la déshumidification c'est un abaissement de la température et donc une augmentation de l'hygrométrie relative que l'on a obtenu (à teneur en vapeur d'eau constante, une baisse de température entraîne une hausse de l'hygrométrie relative et réciproquement);le bilan de l'action se traduit donc: -Par une baisse indésirable de la température entraînant un inconfort -Dans un premier temps, par un accroissement de l'hygrométrie relative. 0 -Par une consommation importante d'énergie (surproduction frigorifique et chauffage). -Par une hausse brusque de la température quand l'action en déshumidification est interrompue. Cet exemple dénonce une autre imperfection de la batterie froide à double usage. A l'aide du diagramme psychrométrique (figure 4) on peut déterminer les diverses évolutions de l'air humide et chiffrer les énergies mimes en jeu lors de la déshumidification. Si l'on désire enlever lg de vapeur d'eau à une masse d'air contenant 1 kg d'air sec (masse de référence pour laquelle est établi le diagramme) à 20'C; 57% HR et le ramener à 20'C; 50X HR, on va devoir effectuer un refroidissement en deux phases: -Phase de refroidissement sensible (AB) jusqu'au point de rosée; la différence d'enthalpie donne 9,8 - 7,8= 2 kcal -phase de refroidissement sensible + latent (BC) de 7,8 - 6,7= 1,1 kcal Il sera ensuite indispensable d'effectuer un réchauffement jusqu'à 20'C (CD) 2saoit 9,3-6,7'C=2,6 kcal. Soit une énergie totale dépensée de: 2 + 1,1 + 2,6 = 5,7 Kcal De ces 5,7 kcal, seule une énergie de 1,1 kcal à été utile à la déshumidification La phase de refroidissement sensible de 2 kcal n'a servi qu'à atteindre les conditions o la vapeur d'eau est prête à être condensée (point de rosée) et la phase de réchauffage de 2,6 kcal ne sert qu'à rejoindre la température de départ. La déshumidification hautes performances, objet de l'invention, décharge la batterie froide de son double rôle en ne lui laissant que celui de la réfrigération sensible et prenant à son compte avec une efficacité maximum la s condensation de vapeur d'eau. Après être assuré que le marché Français peut proposer aux concepteurs d'installations des batteries de réfrigération capables de produire, aux conditions habituelles de fonctionnement (eau à 6'C; air à 20'C; 60% HR) une puissance de réfrigération exclusivement sensible; il suffit de concevoir un osystème frigorifique hautement efficace en déshumidification excluant les imperfections des fonctionnements précédemment décrits et écartant les gâchis d'énergie mis en évidence par le diagramme psychrométrique. Ainsi la phase de refroidissement sensible est un passage obligatoire pour l'air que l'on veut amener au point de rosée, mais pourquoi y amener tout l'air? Il suffit de ne s5 traiter en déshumidification qu'une partie de l'air et l'assécher davantage, de telle sorte qu'après mélange avec la partie non traitée on obtienne le résultat souhaité au départ. Quant à la phase de réchauffage elle est réduite d'autant puisque seule une partie de l'air a subi le refroidissement sensible. Comme il est nécessaire après déshumidification d'une partie de l'air de la mélanger avec 201ola partie non déshumidifiée, rien n'impose d'effectuer la phase de réchauffage sur l'air déshumidifié. Le système frigorifique qui sera capable de condenser le maximum de vapeur d'eau sur une masse d'air donnée sera celui qui refroidira cette masse d'air le plus près possible de O'C sans prendre le risque de givrage. Un système frigorifique à évaporation directe suffit. La figure 5 montre l'implantation d'un déshumidificateur à hautes performances au sein d'un appareillage de traitement d'air. On retrouve le filtre (1), la batterie froide (2) qui n'est désormais capable que de délivrer une puissance frigorifique sensible, la batterie chaude (3),le ventilateur (4) et l'humidificateur (8).La batterie froide (10) du déshumidificateur à hautes performances ne va intéresser qu'une partie du flux d'air entrant dans l'appareil de traitement pour deux raisons: sa surface n'occupe qu'une partie de la section de l'appareil de traitement d'air et ses pertes de charge aérauliques spécifiques sont élevées (nombre de rangs important), par ailleurs, un volet (13) permet d'affiner le débit d'air franchissant cette batterie. La puissance frigorifique totale (sensible + latente) produite à l'évaporateur (10) sera rejetée au condenseur (11) qui sera dimensionné pour pouvoir évacuer cette puissance avec des pertes de charge aérauliques égales à celles de l'évaporateur (10) pour un débit d'air au plus égal au débit nominal diminué du débit io traversant l'évaporateur. Ces conditions seront faciles à obtenir car l'écart de température sur l'air au niveau du condenseur admet une grande latitude et un volet (14) permet de by-passer -toujours avec la même perte de charge- l'éventuel excédent de débit d'air au condenseur. L'écoulement turbulent de l'air dans l'appareil de traitement assure un bon mélange des flux en aval du is déshumidificateur, éventuellement, un turbulateur (12) favorisera ce mélange. La figure 6 donne une autre disposition des batteries évaporateur et condenseur favorisant encore le mélange du flux d'air déshumidifié avec le flux réchauffé, le volet (14) permet toujours l'équilibrage aéraulique de l'ensemble. Sur la figure 7, le condenseur occupe toute la section de l'appareil de traitement, il est donc traversé par la totalité du débit d'air,;l'évaporateur, placé partiellement devant le condenseur ne peut être franchi par le volume d'air nominal que grâce à un volet (15) permettant la récupération de la pression dynamique nécessaire. cette pression dynamique aurait aussi pu être récupérée par une configuration particulière du réseau en amont de l'évaporateur, la figure 8 montre un évaporateur placé à la sortie d'un coude sur la partie extérieure; c'est la vitesse importante de l'air dans cette partie du coude qui assure le franchissement de l'évaporateur. Cette mise en série aéraulique du condenseur et de l'évaporateur améliore encore le rendement du cycle frigorifique en sous-refroidissant le fluide frigorigène sortant du condenseur. Le déshumidificateur à hautes performances comporte également un deuxième condenseur (18) placé en atmosphère extérieure, cette disposition permet au déshumidificateur de sélectionner lui-même, par l'intermédiaire de la régulation, lequel des condenseurs sera utilisé selon que la puissance frigorifique sensible produite à l'évaporateur (10) est ou n'est pas utile à la s charge thermique sensible du moment. La figure 9 représente le schéma frigorifique de principe du déshumidificateur à hautes performances. Un compresseur frigorifique comprime le fluide frigorigène vers une vanne à trois voies (17) laquelle sélectionne le condenseur extérieur ou le condenseur placé dans le flux d'air traité selon 1oqu'il est intéressant ou non de récupérer la puissance frigorifique sensible du système. L'un ou l'autre des condenseurs alimente ensuite, par l'intermédiaire de clapets de retenue (21), le détendeur (19) qui assure le remplissage de l'évaporateur en fluide frigorigène à basse pression. Le fluide évaporé retourne au compresseur par l'intermédiaire d'une vanne à pression constante (20) qui interdit à la température d'évaporation du fluide frigorigène de s'abaisser au dessous de O'C prévenant ainsi tout risque de givrage et autorisant des tolérances au niveau du réglage du débit d'air traversant l'évaporateur. I1l est intéressant d'observer que lorsque c'est le condenseur extérieur qui est sélectionné, c'est-à-dire lorsqu'on décide de récupérer la puissance sensible du déshumidificateur, l'enthalpie de l'air en aval du déshumidificateur est diminuée de la puissance frigorifique de celui-ci; tandis que lorsque c'est le condenseur (11), placé dans le flux d'air traité, qui est sélectionné, l'enthalpie en aval du déshumidificateur se trouve majorée de l'équivalent calorifique du travail mécanique du compresseur. C'est l'effet pompe à chaleur 2s qui est obtenu. De cette observation il faut retenir qu'il est désormais inutile de faire intervenir la batterie de chauffage pour relever la température de l'air après déshumidification. La batterie de chauffage ne sera plus dimensionnée que pour compenser le bilan thermique hiver des locaux climatisés, il devient donc inutile de maintenir activés hors saison de chauffage les réseaux de chaleur pour alimenter les climatisations équipées du déshumidificateur hautes performances. Exemple de détermination d'un déshumidificateur hautes performances destiné à équiper une installation de climatisation existante, dont les principales caractéristiques sont: -Puissance frigorifique sensible 25 kW -Puissance frigorifique latente: 3 kW (soit une capacité à condenser 3/0, 673=4,45kg de vapeur d'eau par heure; avec 0,673= chaleur latente de condensation de 1 kg de vapeur d'eau en kWh). -Débit d'air traité: 10000 m3/h -Section de l'appareil de traitement existant:1,ll2pour une vitesse de passage de 2,5 m/s -Bilan thermique hiver: 7kW -Conditions à maintenir dans les locaux: 20'C +/_1IK;50% HR + /_10% -Puissance batterie chaude: 32kW (compensation des 25kW frigorifiques I5sensibles + 7kW de bilan hiver). La batterie froide d'une puissance totale de 25 + 3 = 28kW sera remplacée par une batterie ne produisant que 25kW de puissance sensible; il peut être suffisant d'augmenter la température du circuit d'eau glacée pour obtenir ce résultat (selon avis du constructeur). La batterie chaude d'une puissance de 2032kW peut être remplacée par une batterie n'assurant que le bilan hiver, soit 7kW; elle ne fonctionnera plus qu'en période de chauffage. L'évaporateur du déshumidificateur sera calculé en considérant que le marché offre des batteries à évaporation directe capables, à une température d'évaporation de O'C et une vitesse de passage de 1,15m/s, d'assurer des conditions de sortie de l'air à +3'C; 96% HR dans les conditions de l'exemple, soit 20'C; 60% HR à l'entrée sur la batterie. Une telle batterie condense donc: 8,7 - 4,6 = 4,1g de vapeur d'eau par masse d'air de référence à 'C;60% KR (fig.4) Avec: -8,7 = Teneur en vapeur d'eau en g d'une masse d'air de référence à C;60%HR -4,6 = teneur en vapeur d'eau en g d'une masse d'air de référence à 3'C;96%HR -Masse d'air de référence = masse d'air humide contenant lkg d'air sec. Pour condenser 4450g de vapeur d'eau à l'heure, la batterie évaporateur du déshumidificateur devra être traversée par: 4450/4,1=1085 masses d'air de référence à 20'C;60%HR Avec: 4450= sasse de vapeur d'eau à condenser en lh en g 4,1= nasse de vapeur d'eau en g condensable par l'évaporateur du déshumidificateur par masse d'air de référence dans les conditions précitées. Soit un débit volunique sur l'évaporateur du déshumidificateur de: 1085x0, 84=911 mYh Avec: 0,84= volume spécifique de l'air à 20'C;60%HR Pour respecter une vitesse de passage de 1,15 m/s (donnée constructeur), la batterie évaporateur doit avoir une surface de: 911/(3600xl,15)=0,22m1 Avec: 911= débit en mi/h 3600= conversion en m3/s 1,15= vitesse en m/s La section totale de l'appareil de traitement d'air étant de 1,11m, il reste: 2S 1,11-0,22=0,89mz pour placer la batterie condenseur et éventuellement le volet d'équilibrage du déshumidificateur à hautes performances. La puissance frigorifique à fournir à l'évaporateur est de (voir fig 4): (10,1-3,4)x1085x1,16=8433 W =8,43 kW Avec: 10,1= enthalpie de l'air à l'entrée sur l'évaporateur (kcal) 3,4= enthalpie de l'air à la sortie de l'évaporateur (kcal) 1085= masse de référence d'air traversant l'évaporateur(kg/h) 1,16= conversion des kcal en Wh Le compresseur frigorifique disponible sur le marché capable de produire cette puissance frigorifique a une puissance électrique de 2,25kW; sa puissance de réjection au condenseur est de 10,46kW. A l'aide de logiciels informatiques, les constructeurs peuvent, connaissant certains éléments, déterminer une batterie ainsi que l'ensemble de ses autres caractéristiques. Dans le cas de l'évaporateur les éléments fournis sont: -Alimentation en fluide frigorigène R22 s'évaporant à O'C -Les conditions de l'air à l'entrée et à la sortie. -Le débit d'air à traiter. -La vitesse de passage. Un constructeur propose une batterie à six rangs de tubes avec des formes lset des pas d'ailettes qui relèvent de ses techniques de construction. Cette batterie a, entre autres caractéristiques, une perte de charge aéraulique de 42Pa. Pour la détermination de la batterie condenseur, les trois éléments fondamentaux à considérer sont: -La capacité du condenseur à évacuer les calories du circuit thermodynamique. Cet élément est assez peu contraignant car l'écart de température amont-aval sur l'air permet une large marge. -Les pertes de charge aérauliques ont une grande importance; elles doivent être, à débit différent et à batterie différente, égales à celles de 2sl'évaporateur. Là, il sera quand mêse possible d'augmenter au delà du nécessaire le débit d'air sur le condenseur pour accroître si besoin les pertes de charge et rejoindre celles de l'évaporateur. la grande stabilité de la température de l'air entrant sur le condenseur évite tout risque de refroidissement excessif (température du local climatisé). -La surface du condenseur devra permettre un logement de front avec l'évaporateur, sinon il faudra adopter une configuration horizontale plus encombrante (fig 6). Les éléments communiqués au constructeur seront: -Une perte de charge aéraulique de 42 Pa. s -Une puissance calorifique à évacuer de 10,46kW avec une différence de température n'excédant pas 10K. Entre autres possibilités on retiendra une batterie dont les principales caractéristiques sont: -pertes de charge aérauliques= 42 Pa -Deux rangs de tubes -Débit d'air= 6000 m3/h -Puissance évacuée= 10,46 kW -Ecart de température entrée-sortie= 5,2 K -Surface 0,56m% is -Vitesse frontale 2, 98 m/s La somme des surfaces de l'évaporateur et du condenseur étant de: 0,22 + 0,56 = 0,78m% La section de l'appareil de traitement d'air étant de l,11m%; il suffira de prévoir un passage libre de: 1,11 - 0,78 = 0, 33mz muni d'un volet dont le 2oréglage consistera à provoquer une perte de charge là aussi égale à 42 Pa. Le débit d'air franchissant le volet sera de: 10000-(911+6000)= 3089m3/h Avec: 10000= débit total dans l'appareil de traitement d'air 911= débit d'air sur l'évaporateur 6000= débit d'air sur le condenseur La vitesse de circulation dans le passage libre est de: 3089/(3600x0,33)= 2,60 m/s L'équilibrage aéraulique du dispositif sera très simple à réaliser; il suffira d'effectuer le démarrage de l'installation volet fermé, puis d'ouvrir progressivement celui-ci jusqu'à ce que la perte de charge amontaval des batteries soit de 42 Pa. Pendant le fonctionnement du déshumidificateur nous aurons à 1' évaporateur une production frigorifique totale de 8,43kW dont 3kW latents; la puissance de $réfrigération sensible est donc de: 8,43-3=5,43kW. Au condenseur le rejet calorifique sera de 10,46kW (donnée constructeur du compresseur). Si c'est le condenseur intérieur qui est sélectionné le bilan des puissances sensibles s'établit à 10,46-5,43=5kW; si au moment de la déshumidification l'installation est en phase de chauffage, alors le fonctionnement du déshumidificateur ioapportera, grâce à l'effet pompe à chaleur, une puissance calorifique gratuite de 5kw. Si au contraire pendant la phase de déshumidification l'installation est en phase de refroidissement, il sera judicieux de sélectionner le condenseur extérieur et ainsi cde faire bénéficier l'installation Ces 5,43k; frigorifiques sensibles inhérents au fonctionnement du déshurmialdficateur. Le deshumidificateu: isfonctionnant en tout ou rien", il y aura iieu de ne faire fonctionner la récupération frigorifique sensible que si la demande de réfrigération est au moins égale à 5,43ka, en effet, en deçà de cette puissance ii y aurait perturbation de la souplesse de la régulation progressive de la réfrigération. dans le cas o, ni la réfrigération sensible, ni le chauffage, ne sont 2Ointéressants à récupérer pour l'installation de climatisation (c'est-àdire lorsque le point de consigne est atteint sans demande de chaud ni de froid), alors on pourra toujours faire fonctionner le déshumidificateur en alternant les condenseurs de telle sorte que les productions calorifique et frigorifique secondaires s'annulent. On peut aussi équiper d'une régulation la vanne trois 2svoies (17) qui répartirait alors judicieusement l'évacuation des calories simultanément sur les deux condenseurs assurant en aval du déshumidificateur, un bilan thermique sensible positif, négatif, ou nul exactement adapté à la situation du moment. Dans cet exemple de détermination, la vitesse initiale de circulation dans ol'appareil est de 2,5 m/s. Cette vitesse est considérée comme étant la vitesse BAD ORIGINAL limite d'utilisation d'une batterie de réfrigération à production latente sans utilisation d'un séparateur de gouttelettes. Au delà de cette vitesse il y a un entraînement inacceptable de gouttes d'eau dans le circuit aéraulique. Le séparateur de gouttelettes remédie à cet inconvénient jusqu'à une vitesse de sl'ordre de 3,5 m/s; il induit cependant des pertes de charge et des opérations d'entretien supplémentaires; de plus, les séparateurs de gouttelettes, de part leur constitution et le milieu humide permanent qu'ils offrent, sont des nids à microbes traqués par les services sanitaires notamment depuis l'apparition du trop célèbre virus du légionnaire. io Le projeteur d'installations de climatisation se trouve donc confronté au délicat choix de la taille de l'appareil de traitement d'air, donc de la vitesse de passage de l'air traité et finalement de l'installation ou non d'un séparateur de gouttelettes avec l'incidence sur le prix et l'encombrement du matériel choisi. Avec un déshumidificateur à hautes performances installé en 1state de l'appareillage de traitement d'air le problème de l'entraînement de gouttes d'eau dans le circuit aéraulique ne se pose plus; en effet la condensation ne s'effectue plus que sur l'évaporateur o la vitesse de passage de l'air est très faible (1,15 m/s dans l'exemple), et la batterie de réfrigération ne condensant plus, on peut désormais, sans risque, adopter des vitesses de passage plus rapides donc des machines moins encombrantes et moins coûteuses tout en excluant le séparateur de gouttelettes. Le déshumidificateur à hautes performances engendre une perte de charge aéraulique de l'ordre de 40 Pa (42 dans l'exemple), cette perte de charge est peu pénalisante au regard d'un appareillage de traitement d'air qui représente à 2slui seul de l'ordre de 500 à 700 Pa. La perte de charge du déshumidificateur est équivalente i celle d'un préfiltre propre. Si l'on désire ne pas subir la modique chute de débit d'air provoquée par le déshumidificateur il faut: -Tenir compte de sa perte de charge dans le dizensionnement du ventilateur (cas d'une installation nouvelle). -Augmenter la vitesse de rotation du ventilateur en utilisant les courbesdu constructeur ou remplacer les filtres à air à un encrassement de 40 Pa inférieur (par exemple remplacer les filtres à une perte de charge de 210 Pa au lieu de 250 Pa). En général, les approximations admises lors des calculs de débits comme lors des scalculs de pertes de charge, feront que l'installation d'un déshumidificateur hautes performances ne remettra nullement en cause les performances de l'installation. Au contraire celui-ci apporte un surplus de puissance frigorifique à l'installation. Côté économies d'énergie, il est intéressant de comparer le système décrit lodans l'exemple, avant et après installation du déshumidificateur. Avant installation du déshumidificateur la batterie froide devait être activée pendant lh pour condenser 4,45Kg de vapeur d'eau. Les énergies mises en jeu étaient: +3= 28kWh pour la batterie froide équivalant, pour un coefficient isd'effet frigorifique de 2,5, à: 28/2,5=11,2kWh électriques. La batterie de chauffage devait ensuite produire 25kWh correspondant à la puissance sensible de la batterie froide. Au total, la condensation de 4,45 Kg de vapeur d'eau nécessitait: 11,2+ 25=36,2kWh (encore est-ce à la puissance nominale, car on a vu qu'aux 2opuissances intermédiaires le rendement chutait de façon importante). Le déshumidificateur hautes performances est, lui, capable de la même performance puisqu'il a été dimensionné pour cela; seulement sa consommation ne sera que de 2,25kWh électriques (énergie absorbée par le compresseur), soit un rendement: 36,2/2,25=16 fois meilleur. Si l'on reprend la part estimée de la déshumidification dans une installation de climatisation; soit 20 à 50 % de l'énergie absorbée annuellement par l'installation; cette part devient: 20/16 à 50/16; soit:l,25 à 3,1%: l'économie d'énergie est de l'ordre de: - 1,25! 19 50 - 3,1 = 47 19 à 47 % pour une installation de configuration courante. Par rapport au traitement conventionnel de la déshumidification dans les installations de climatisation, le déshumidificateur hautes performances apporte: -Une économie importante d'énergie qui peut atteindre de 20 à près de 50 % grâce à: Une action sur une partie seulement du débit d'air traité. Une efficacité maximum par l'emploi d'un cycle de réfrigération thermodynamique à évaporation directe et un fonctionnement en "tout ou rien" évitant les pertes de rendement aux charges intermédiaires. La récupération au condenseur de la puissance nécessaire au réchauffage après déshumidification (effet pompe à chaleur). Le déshumidificateur hautes performances ne vient pas perturber le fonctionnement de la batterie de réfrigération par des actions outrepassant les !sordres du régulateur de température. Il permet une grande stabilité de la température des locaux traités. Par son double condenseur le déshumidificateur hautes performances permet la récupération de sa production frigorifique sensible au profit de l'installation de climatisation, constituant ainsi un appoint de puissance pour une installation essoufflée ou surchargée. Le groupe principal de production d'eau glacée de l'installation de climatisation a deux bonnes raisons d'être de moindre puissance. Il n'a plus à produire la puissance frigorifique latente de l'installation. 25.Il peut désormais fonctionner à un régime de température d'eau plus élevé (par exemple 8-13 au lieu de 6-11'C). La régulation de température d'eau glacée en fonction de la température extérieure devient possible (elle ne l'était pas car une température d'eau de 6'C était indispensable au fonctionnement de la déshumidification). Le coefficient d'effet frigorifique du 3ogroupe de production d'eau glacée se trouve amélioré. -Les installations de climatisation sont parfois la cause du maintien en fonctionnement des réseaux de chaleur et chaufferies hors saison de chauffage; avec le déshumidificateur hautes performances ils pourront être stoppés. -Le déshumidificateur hautes performances permet l'adoption de vitesses de spassage plus élevées dans l'appareil de traitement d'air sans risque d'entrainement de gouttes d'eau dans le circuit aéraulique, il rend inutile l'emploi d'un séparateur de gouttelettes. L'appareil de traitement d'air devient plus petit et moins coûteux. -En ne produisant plus qu'une puissance frigorifique sensible, la batterie iode réfrigération ne condense plus la vapeur d'eau que l'humidificateur vient de produire. C'est, là aussi, une source d'économie d'énergie. -La batterie chaude n'est plus conçue que pour le bilan thermique hiver (déperditions), sa puissance est diminuée de la puissance sensible de la batterie froide. I1 devient raisonnable de prendre en compte la puissance du isventilateur dans les gains thermiques; ainsi, dans l'exemple traité, le bilan thermique hiver est de 7kw; si le ventilateur a une puissance de 4kw, une batterie de chauffage de 7-4=3kW suffit au lieu des 32kw primitifs. Une simple résistance électrique suffit; l'installation de chauffage à eau devient inutile, la chaufferie aussi. -Le déshumidificateur hautes performances est un dispositif technologique simple et autonome, il ne complique pas l'installation de climatisation et ne saurait altérer sa fiabilité. Il apporte au contraire la qualité dans la déshumidification et assure une amélioration des performances de la régulation. -Le déshumidificateur hautes performances est un appareil qui peut être utilisé dans une large plage de débits. Dans l'exemple traité, si l'on ferme le volet de by-pass (14) il suffit d'un débit d'air total de: 911+ 6000=6911 m3/h (débits sur l'évaporateur et le condenseur) pour que le déshumidificateur fonctionne correctement. Par ailleurs, si l'on admet une vitesse maximale de passage de 6 m/s dans le volet de by-pass (14), c'est-à-dire, pour une surface 3ode 0,33 me; un débit de: 0, 33x6x3600=7218 mi/h; alors le débit admissible dans le déshumidificateur est: 6911+7128=14039 ma /h. La plage de débits va donc de 6911 à 14039 m'/h pour le déshumidificateur étudié dans l'exemple. -Le déshumidificateur hautes performances peut être un appareil monobloc sentièrement fabriqué en atelier et ne nécessitant sur chantier que le raccordement du condenseur extérieur et la mise en service. Le croquis de la figure 10 représente un appareil de construction compacte prêt à être raccordé en tête d'une centrale de traitement d'air horizontale. On reconnait le condenseur intérieur (11), le condenseur extérieur (18) ainsi que l'évaporateur io(10) sur lequel on peut ajuster le débit d'air grâce au volet (13). Les éléments du circuit frigorifique sont essentiellement regroupés dans une cavité technique faisant partie intégrante de l'appareil. Ce sont: le compresseur frigorifique de type hermétique (16), la vanne à trois voies (17) de sélection du condenseur, les clapets de retenue (21) en sortie des condenseurs, le détendeur (19) et la isvanne à pression constante (20); les éléments annexes du circuit frigorifique (déshydrateur, voyant liquide, réservoir à réfrigérant...) n'ont pas été représentés. -Le déshumidificateur hautes performances est aussi intéressant pour les installations dont on ne régule pas l'hygrométrie relative. En effet, lorsqu'un oexploitant de matériel technique sensible acquiert une installation de climatisation sans régulation de l'hygrométrie relative, il sous-entend implicitement que celle-ci n'atteigne pas des sommets tels que l'eau ruisselle sur les murs et les matériels. Projeteurs et constructeurs savent bien cela, c'est pourquoi les batteries de réfrigération prévues dans ces installations ont 2saussi une puissance de réfrigération latente déterminée soit par le calcul, soit de façon standard. Cette batterie déshumidifie donc l'air traité évitant les pointes indésirables mais déshumidifie aussi lorsque ce n'est pas utile. L'adoption dans cette configuration d'une batterie de refroidissement à puissance uniquement sensible, ou, en tous cas, au maximum sensible, et d'un déshutidificateur hautes performances, permet des économies substantielles d'énergie et résout le problème du séparateur de gouttelettes tout en autorisant des vitesses de passage plus élevées dans l'appareil de traitement. Le déshumidificateur préservera également, avec une meilleure efficacité des excès d'humidité. REVENDICATIONS s -1- Déshumidificateur hautes performances pour installations de climatisation, utilisant un circuit frigorifique à évaporation directe classique, se plaçant en tête de l'appareillage de traitement d'air, caractérisé en ce que l'évaporateur (ou batterie froide) (10) est placé dans le flux de l'air traité dont il n'occupe que partiellement la section, n'étant de ce fait, 0otraversé que par une partie de ce flux qu'il est capable de déshucidifier de la totalité des gains latents définis au bilan thermique de l'installation de climatisation. Un condenseur (11) du déshumidificateur est lui placé de front avec l'évaporateur étant ainsi traversé par une autre partie du flux d'air traité par l'appareillage de traitement d'air. La partie restante du flux d'air 1straverse un volet (14) lui aussi placé de front avec l'évaporateur (10) et le condenseur (11). Le mélange des trois flux est homogénéisé en a-al du déshumidificateur par un déflecteur (12). C'est le ventiiateur de l'appareil de traitement qui assure la circulation de l'air à travers le déshumidificateur hautes performances; un volet (13) permet d'affiner le débit d'air sur 201'évaporateur. Grâce à l'effet pompe à chaleur le déshumidificateur hautes performances restitue une puissance calorifique à l'installation de climatisation. Le deuxième condenseur (18) du déshumidificateur, placé en atmosphère extérieure, peut être utilisé grâce à la vanne trois voies (17), lorsqu'il est intéressant pour l'installation de climatisation de récupérer la 2spuissance frigorifique sensible produite à l'évaporateur (10). -2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le condenseur (11l) occupe toute la section de l'appareil de traitement d'air (fig 307) et est donc traversé par la totalité du débit d'air. L'évaporateur est alors placé devant le condenseur et n'est toujours traversé que par une partie du flux de l'air traité. Le gain de pression dynamique nécessaire au franchissement de l'évaporateur est obtenu par mise en place d'un déflecteur (15) ou par une configuration particulière du réseau en amont -par exemple sortie d'un coude- (fig8). -3- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le condenseur (11) est placé horizontalement permettant l'utilisation de surfaces plus grandes iotant pour le condenseur que pour l'évaporateur (fig 6).