Soutenance mémoire
Humidificateur à pulvérisations
SYSTÈMES DE CHAUFFAGE
VENTILATION ET CONDITIONNEMENT D’AIR 1.1 Rôle des systèmes CVCA Le rôle des systèmes de CVCA est de maintenir la température et l’humidité de l’air à des valeurs prévues et désirées. Ils assurent l’ensemble de quatre traitements d’air : le chauffage, le refroidissement, l’humidification et la déshumidification. Des rôles additionnels sont attendus des systèmes CVCA dans les établissements de santé, afin d’assurer la qualité d’air intérieur (QAI) et l’hygiène dans les zones occupées: ‹‹Dans un établissement de santé, plus particulièrement dans un centre hospitalier (CH) ou un centre d’hébergement et de soins de longue durée (CHSLD), les systèmes CVCA jouent les rôles additionnels suivants : • Contrôle des infections dans un milieu où l’on retrouve des patients qui sont vulnérables en raison de leur état. • Maintien de conditions ambiantes favorables à la guérison, lesquelles constituent en elles-mêmes un traitement. • Contrôle de substances dangereuses, chimiques ou biologiques, générées par les procédures médicales et de support. ›› (Corporation d’hébergement du Québec. 2005. La qualité de l’air intérieur dans les établissements du réseau de la santé et des services sociaux. Québec. 149 p). 1.2 Contrôle de la température Afin de maintenir une température constante dans les zones occupées, la température de l’air d’alimentation (AA) peut être modulée en fonction de la charge dans ces zones. Pendant la saison de climatisation, une température d’AA faible est requise, pour que l’AA soit capable d’absorber la chaleur sensible des zones occupées. La batterie de refroidissement (BR) sert à refroidir l’air à la température adéquate avant qu’il soit injecté dans les zones. Pendant la saison de chauffage, il faut injecter l’air dans les zones à des températures supérieures à celle des zones, afin de compenser les pertes thermiques à travers les parois et par infiltration. Une batterie de chauffage (BC) est utilisée pour le chauffage de l’air. 4 1.2.1 Réchauffage Après la déshumidification dans la batterie de refroidissement, la température sèche (TS) sera inférieure à la température de soufflage désirée, le réchauffage de l’AA sera nécessaire pour qu’il atteigne une température sèche TS de 12,7 °C (55 °F). Il existe plusieurs méthodes pour cela: o installer un échangeur à eau chaude; o réchauffer par la récupération de chaleur rejetée; o installer deux échangeurs de chauffage et de refroidissement en boucle ; o installer un échangeur de chaleur sensible qui récupère la chaleur de l’air vicié. 1.2.2 Préchauffage Pendant la saison hivernale, quand la température extérieure est plus basse que la température de congélation et quand le système utilise une roue enthalpique (RE), l’utilisation d’une batterie de préchauffage sera indispensable pour en éliminer le givrage. 1.3 Contrôle de l’humidité L’humidité est un facteur très important pour atteindre le confort thermique. Selon les recommandations de l’ASHRAE, l’humidité relative acceptable dans les zones est comprise entre 40 et 60 % (ASHRAE 2005. 2005 ASHRAE Handbook Fundamentals. Thermal confort. Atlanta). Ficher et Bayer (2003) ont trouvé que la diminution de l’humidité relative augmente le taux d’évaporation de la surface de la peau; ce qui augmente la perte d’énergie et entraîne la sensation de froid. Berglund (1998) a observé que l’humidité affecte l’évaporation de la sueur et quelle influe sa diffusion à travers la peau. Un taux d’humidité faible peut assécher la peau et conduire à des 5 plaintes à cause d’irritations nasales, de la gorge ou des yeux. Liviana et al. (1988) ont découvert qu’un point de rosée inférieur à 2 °C (35.6 °F) peut provoquer des irritations aux yeux. Green (1982) a constaté que les maladies des voies respiratoires augmentent en hiver avec la diminution de l’humidité. Après les observations d’autres malaises, ASHRAE Standard 55 recommande que la température de rosée dans les espaces occupés ne soit pas inférieure à 2 °C (35.6 °F). Une humidité élevée provoque la croissance des organismes pathogènes et allergiques, certains champignons et acariens. Leur croissance est renforcée par la présence de matières cellulosiques comme les panneaux de fibres. Berglund et Cunningham (1986) et Gagge (1937), ont prouvé qu’une humidité élevée provoque beaucoup de sueur sur la peau, ce qui augmente l’inconfort thermique. La gêne semble être due à l’humidité elle-même, son augmentation provoque la friction entre la peau et les habits selon Gwosdow et al. (1986). Pour éviter cette gêne à des hautes températures Nevins et al. (1975) ont recommandé que l’humidité relative ne dépasse pas 60 %. 1.3.1 Humidification L’hiver, l’air extérieur (AE) ayant une humidité absolue (HA) faible nous oblige à l’humidifier afin d’obtenir une humidité relative dans les zones supérieures à 30 %. L’humidification de l’air peut être réalisée par plusieurs méthodes : o humidification par l’injection de vapeur; o humidification par pulvérisation d’eau; o humidification par récupération de la chaleur latente de l’air de retour à l’aide d’une (RE). 1.3.2 Déshumidification Pendant la saison estivale, comme l’AA a un taux d’HR supérieur au taux désiré dans les différents locaux, comme il faut maintenir ce taux à 60 %. Alors, la déshumidification de 6 l’AE sera requise. Celle-ci est réalisée en passant l’air à travers un serpentin de refroidissement ayant une température inférieure à la température de rosée (TR) de l’air traité. Ce processus permet la condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’air, ce qui réduit son HR. L’utilisation des RE représente une autre méthode de déshumidification. L’air de retour qui passe à travers la RE avec une humidité relative inférieure à celle de l’air extérieur (AE) absorbe l’humidité de ce dernier et réduit la charge de la batterie de refroidissement (BR). 1.4 Mouvement d’air (ANSI/ASHRAE Standard 62.1, 2007) recommande que les systèmes de ventilation assurent un minimum d’AE supérieur au maximum de l’air d’évacuation dans le but de garder le bâtiment sous pression afin de minimiser les gains ou les pertes de chaleur par infiltration. Afin de garder un niveau d’hygiène élevé dans les établissements de la santé, le guide de la qualité de l’air intérieur dans les établissements du réseau de la santé et des services sociaux suggère de mettre certaines pièces, telles que les salles d’opération ou les salles d’isolement protecteur, sous pression positive par rapport aux espaces adjacents afin de limiter ou d’empêcher l’introduction de pathogènes
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 SYSTÈMES DE CHAUFFAGE, VENTILATION ET
CONDITIONNEMENT D’AIR
1.1 Rôle des systèmes CVCA
1.2 Contrôle de la température
1.2.1 Réchauffage
1.2.2 Préchauffage
1.3 Contrôle de l’humidité
1.3.1 Humidification
1.3.2 Déshumidification
1.4 Mouvement d’air
1.5 Équipements
1.5.1 Humidificateurs à vapeur
1.5.2 Humidificateur à pulvérisations
1.5.3 Roue enthalpique (RE)
1.5.4 Batterie de refroidissement
1.5.5 Batterie de chauffage (BC) et batterie de préchauffage (BPRE)
1.5.6 Deux échangeurs de chauffage et de refroidissement en boucle
1.5.7 Roue sensible (RS)
1.5.8 Batterie de préchauffage
1.5.9 Économiseur
1.6 Systèmes CVCA
1.6.1 Systèmes à volume d’air variable (VAV)
1.6.2 Systèmes à débit d’air constant (DAC)
CHAPITRE 2 SYSTÈMES DÉDIÉS À L’AIR EXTÉRIEUR (DOAS)
2.1 Problématique
2.2 Solution
2.3 Conditions de fonctionnement d’un système DOAS
2.4 Présentation des régions du diagramme psychrométrique relatives à l’opération
Spécifique de DOAS
2.5 Le contrôle des équipements dans DOAS
2.5.1 Roue enthalpique RE 2.5.2 Batterie de refroidissement BR
2.5.3 Roue sensible RS
2.5.4 Batterie de préchauffage
CHAPITRE 3 OBJECTIFS ET MÉTHODOLOGIE
3.1 Objectif
3.2 Méthodologie
CHAPITRE 4 CHOIX DES SYSTÈMES SERVANT DE COMPARAISON
AVEC DOAS
4.1 Introduction
4.1.1 Système 1 – système avec récupérateur sensible.
4.1.2 Système 2 – système avec RE
4.1.3 Système 3 – Système conventionnel avec RE et deux échangeurs de
chauffage et de refroidissement en boucle.
4.1.4 Système 4 – système à 100 % d’air frais.
CHAPITRE 5 MODÉLISATION
5.1 Introduction
5.2 Description du bâtiment
5.3 Procédure de calcul de taux de ventilation (Vot)
5.3.1 Débit d’air extérieur dans les zones occupées (Vbz)
5.3.2 Débit d’air extérieur dans la zone occupée pour DOAS
5.3.3 Efficacité du système de distribution d’air dans les zones Ez
5.3.4 Débit d’air extérieur par zone Voz
5.3.5 Débit total d’air extérieur.
5.3.6 Les conditions de l’air dans les zones
5.3.7 Les conditions d’air d’alimentation
5.3.8 Humidité absolue
5.3.9 Température de soufflage
5.4 Énergie récupérée par les roues
5.4.1 Hypothèses
5.4.2 La quantité de chaleur échangée
5.4.3 La quantité de chaleur maximale
5.4.4 L’efficacité de l’échangeur de chaleur ε
5.5 Modélisation du système DOAS
5.5.1 Équation de la droite
5.5.2 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée
dans la région A
5.5.2.1 Analyse psychrométrique.
5.5.2.2 Les étapes de calcul
5.5.3 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée
dans la région B
5.5.3.1 Analyse psychrométrique
5.5.3.2 Les étapes de calcul
5.5.4 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée
dans la région C
5.5.4.1 Analyse psychrométrique
5.5.4.2 Les étapes de calcul
5.5.5 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée
Dans la région D
5.5.5.1 Analyse psychrométrique
5.5.5.2 Les étapes de calcul
5.6 Modélisation du système 3
5.6.1 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée
Dans la région A
5.6.1.1 Analyse psychrométrique
5.6.1.1 Les étapes de calcul
5.6.2 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée
Dans la région B
5.6.2.1 Analyse psychrométrique
5.6.2.2 Les étapes de calcul
5.6.3 Analyse psychrométrique et calcul de l’énergie consommée pour le
chauffage
5.6.3.1 Analyse psychrométrique
5.6.3.2 Les étapes de calcul
CHAPITRE 6 RESULTATS
6.1 Analyse des données horaires de Montréal
6.2 Analyse énergétique du DOAS par rapport aux autres systèmes
CONCLUSION
ANNEXE I CALCUL DES CARACTÉRISTIQUES DE L’AIR
ANNEXE I CALCUL DES CARACTÉRISTIQUES DE L’AIR
BIBLIOGRAPHIE
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