La climatisation en quelques mots :

Contrairement aux idées reçues, la climatisation n’apporte pas d’air frais dans une pièce ou un local donné, mais absorbe une certaine quantité de chaleur et la rejette vers l’extérieur. En abaissant ainsi la température à l’intérieur, elle procure une atmosphère fraîche. Son fonctionnement est comparable à celui d’un réfrigérateur.

L’une des innovations majeures de ces 3 dernières décennies est la climatisation réversible qui consiste à inverser le cycle, et donc de capter la chaleur de l’extérieur pour la diffuser à l’intérieur. En fait, la climatisation réversible est plus communément appelée pompe à chaleur (PAC) lorsqu’elle est uniquement utilisée en version chauffage. Votre système de climatisation se transforme par conséquent en système de chauffage à part entière et permet de chauffer et rafraîchir avec la même unité tout en réduisant les coûts en consommation énergétique. (jusqu’à 70% en mode chauffage par rapport à des convecteurs traditionnels)

Depuis l’introduction du nouveau fluide R410A (en remplacement du R22) conforme à la réglementation (voir la réglementation européenne complète) visant à préserver notre planète, les performances des PAC ont été considérablement améliorées afin de fournir suffisamment de puissance jusqu’à -20° extérieur. Cette évolution permet de réduire sensiblement la consommation d’énergie, d’améliorer la performances et la fiabilité des installations.

Fonctionnement

Principes de la climatisation

Il s sont fondés sur le transport de chaleur d’un point vers un autre, et le médium généralement utilisé pour ce déplacement de chaleur est appelé réfrigérant.

* Mode rafraîchissement

Fonctionnement climatisation Le réfrigérant traverse les unités intérieures pour absorber l’excès de chaleur présent dans la pièce ou le local. Il passe alors à l’état gazeux et est transporté vers l’unité extérieure par l’intermédiaire d’étroits tubes de cuivre pour décharger la chaleur accumulée dans l’atmosphère. Le réfrigérant redevient donc liquide et est acheminé vers l’unité intérieure pour recommencer le même cycle, et ce, jusqu’à l’obtention de la température voulue.

* Mode chauffage

Fonctionnement climatisationLes climatisations dites réversibles permettent donc, de façon additionnelle, d’effectuer le cycle précédemment évoqué mais pour le chauffage. Une climatisation réversible extrait la chaleur «gratuite » de l’extérieur et la transfère vers l’intérieur. Ce principe continue de fonctionner par jours très froids avec des températures extérieures de -5 °C, -10 °C et même -20°C, en fonction du type de climatisation utilisée.

Les composants d’un système d’air conditionné

Quatre  éléments principaux : le compresseur, le condenseur, le détendeur, l’évaporateur et un cinquième en configuration réversible, la vanne: 4 voies.

Ces composants sont reliés entre eux à l’aide de raccords et de flexibles, ou de lignes rigides, et forment ainsi un circuit fermé à l’intérieur duquel circule le réfrigérant. Le principe du circuit d’air conditionné se fonde sur la capacité du réfrigérant à absorber ou céder de la chaleur en fonction de son état physique.

Ainsi, quatre processus fondamentaux forment le « cycle frigorifique ». Comme nous l’avons déjà dit, un climatiseur fonctionne de façon similaire à un réfrigérateur. Pendant que le réfrigérant circule à travers le système, il subit un grand nombre de changements d’état.

1. La compression

Par l’action du compresseur, la vapeur résultant de l’évaporation est aspirée de l’évaporateur par la ligne d’aspiration jusqu’à l’entrée du compresseur. Dans le compresseur, la pression et la température de la vapeur augmentent considérablement grâce à la compression, puis la vapeur à haute température et à haute pression est rejetée par la ligne de refoulement.

2. La condensation

La vapeur traverse la ligne de refoulement vers le condenseur où elle libère la chaleur vers l’air extérieur. Dès que la vapeur a relâché sa chaleur additionnelle, sa température s’abaisse jusqu’à sa nouvelle température de saturation correspondant à sa nouvelle pression.En libérant sa chaleur, la vapeur se condense entièrement et est ensuite sous-refroidie. Le liquide sous-refroidi arrive au détendeur et est prêt pour un nouveau cycle.

3. La détente

Le cycle de la détente s’opère entre le condenseur et l’évaporateur, en effet le réfrigérant liquide sort du condenseur à haute pression et haute température, et se dirige vers l’évaporateur via le détendeur.La pression du liquide est réduite à la pression d’évaporation quand le liquide traverse le détendeur, ainsi la température de saturation du réfrigérant entrant dans l’évaporateur sera en dessous de celle de l’espace à rafraîchir. Une partie du liquide se vaporise dès qu’il traverse le détendeur dans le but d’abaisser la température du réfrigérant à la température d’évaporation.

4. L’évaporation

Dans l’évaporateur, le liquide se vaporise à pression et à température constante grâce à la chaleur latente fournie par l’espace au réfrigérant traversant l’évaporateur.Tout le réfrigérant est complètement vaporisé dans l’évaporateur, et surchauffé à la fin de l’évaporateur.Bien que la température de la vapeur augmente quelque peu à la fin de l’évaporateur à cause de la surchauffe, la pression reste constante.Bien que la vapeur absorbe la chaleur de l’air entourant la ligne d’aspiration, augmentant sa température et diminuant légèrement sa pression à cause des pertes de charges dues au frottement dans la ligne d’aspiration, ces détails sont négligés lorsqu’on explique le fonctionnement d’un cycle frigorifique normal.

Les différents systèmes de production en climatisation

Classement par familles de produits (source ADEME)
Il existe plusieurs façons de classer les systèmes de climatisation.

On distingue généralement 4 familles de produits :

* Les systèmes à détente directe

Le fluide frigorigène de la machine circule dans les échangeurs en contact avec l’air intérieur (évaporateur) et l’air extérieur (condenseur à air) ou l’eau (condenseur à eau). Cette famille regroupe plusieurs appareils notamment les unités monobloc et de toiture, les split-systems et multi splits-systems et les variantes à débit de réfrigérant variable (DRV-VRV – Débit Réfrigérant Variable). Dans le cas des 2 derniers produits, le fluide frigorigène est un caloporteur qui circule dans un réseau au sein du bâtiment et rafraîchit l’air localement au niveau de chaque pièce*. Ces équipements ne prennent pas en charge le renouvellement de l’air dans le bâtiment et nécessitent l’ajout d’un système de ventilation pour satisfaire les conditions d’hygiène (VMC simple ou double flux).

*Par l’intermédiaire d’une unité terminale (mural, cassette, …)

Application : généralement pour des installations de surface inférieure à 1 000 m2

* Les systèmes « tout-air »

Ces systèmes préparent, transportent et distribuent l’air froid directement dans les pièces via un réseau au sein du bâtiment. Un mélange d’air neuf et d’air repris en provenance des locaux climatisés est traité (filtré, rafraîchi, réchauffé et humidifié en mode hiver) dans une centrale de traitement d’air (CTA). Ces équipements prennent donc en charge le renouvellement de l’air dans le bâtiment en introduisant un mélange d’airs neuf et repris nécessaire à l’obtention des conditions d’hygiène requises.

Application : généralement pour des installations concernant de grands ensembles tertiaires ou  résidentiels ou Industriels

* Les systèmes « tout-eau »

Ces systèmes préparent, transportent via un réseau au sein du bâtiment et distribuent l’eau glacée aux pièces afin de refroidir l’air localement. Le groupe refroidisseur de liquide (GRL) produit de l’eau glacée qui est ensuite transportée vers les pièces afin de climatiser l’air. A la différence de la catégorie précédente, un système de renouvellement d’air est indispensable pour satisfaire les conditions d’hygiène.

Application : généralement pour des installations concernant de grands ensembles tertiaires ou  résidentiels ou industriels

* Les systèmes de pompes à chaleur sur boucle d’eau

C’est un intermédiaire entre les systèmes tout-eau et à détente directe. Les pompes à chaleur (PAC) réversibles réparties sur la boucle d’eau prélèvent ou rejettent de la chaleur vers cette dernière en fonction des besoins du local qu’elles desservent. La température de l’eau dans la boucle doit être régulée par chauffage ou refroidissement. Un système de renouvellement d’air est également indispensable pour satisfaire les conditions d’hygiène.

Application : généralement pour des installations concernant des centres commerciaux, des immeubles de bureaux (Tours par exemple), des résidences hôtelières.

Les différents systèmes d’exploitation en climatisation

Les différentes configurations de matériels : Il existe différentes configurations de matériels qui permettent de s’adapter à tous types de locaux et de besoins :

* Les climatisations split-systèmes dont l’unité intérieure peut être apparente ou encastrée, fonctionnant avec une condensation par air ou par eau.

Deux catégories :

  • Les climatiseurs « mono splits » qui ne disposent que d’une seule unité intérieure pour une unité extérieure.
  • Les climatiseurs « multi splits » permettent le raccordement de plusieurs unités intérieures sur une seule unité extérieure. L’unité extérieure peut disposer d’un seul ou de plusieurs compresseurs.

* La climatisation par ventilo-convecteurs : le système ventilo-convecteur est une variante du split system mais avec un échangeur à circulation d’eau et non de fluide frigorigène

Les unités intérieures s’intègrent aisément (cassettes, consoles, plafonniers apparents ou encastrés) dans tout type d’intérieurs. Elles sont dotées d’un système de pulsation de l’air au moyen d’un ventilateur pour éviter la stagnation de couches d’air de températures différentes produisant une sensation d’inconfort.

* Les climatiseurs monoblocs apparents soit à condensation par air (windows), soit par eau (consoles), ou encore des climatiseurs monoblocs mobiles.

* Le Plancher chauffant-rafraîchissant

un plancher chauffant-rafraîchissant est un système de chauffage et de climatisation de l’habitat qui présente l’intérêt d’utiliser une pompe à chaleur réversible pour produire indifféremment du chaud en hiver et du frais en été.La température de ce type de plancher doit disposer d’une régulation afin de ne jamais atteindre le point de rosée lors du fonctionnement froid en été.Ce type d’installation de chauffage et de climatisation peut être couplé avec un plafond rafraîchissant qui présente les mêmes avantages pour augmenter encore le confort.

*  La régulation par thermostat ou télécommande

C’est l’ensemble des techniques visant à contrôler la température et d’autres paramètres comme l’hygrométrie, d’un système de chauffage, climatisation, ou de ventilation. La régulation est souvent associée à des fonctions de programmation et de gestion. Par exemple un module de régulation avec thermostat d’ambiance pourra également distinguer selon les heures et les jours, les modes confort, inoccupation et hors gel.

* Technologie « Inverter »

Cette innovation technologique est la garantie d’un confort maximal, notamment dans le cadre d’installations résidentielles, car elle permet d’atteindre la température souhaitée dans la pièce en fonction du besoin réel. Cette température « idéale » est ensuite maintenue de manière constante grâce à un ajustement de la vitesse du compresseur à un mode d’économie d’énergie.Grâce à cette technologie, d’importantes économies d’énergie sont réalisées, la température ambiante est constante,  le niveau sonore est réduit : vous bénéficiez ainsi d’un confort maximum.

* Les Pompes à Chaleur

Une pompe à chaleur fonctionne à la manière d’un réfrigérateur. Le fluide circule à l’extérieur et prend la température de l’air ou de l’eau. Il est évaporé après la baisse de pression imposée par le compresseur (son piston descend). Sa température est diminuée, la source externe se refroidit. En remontant, le piston échauffe le fluide qui est alors envoyé dans la maison. © AFPAC