chauffage, ventilation et climatisation. 1 PRÉSENTATION chauffage, ventilation et climatisation, régulation des conditions ambiantes à l'intérieur de bâtiments, à des fins industrielles, d'hygiène ou de confort. Le chauffage consiste à maintenir à une certaine température une enceinte plongée dans une ambiance extérieure plus froide et à température variable. La ventilation, seule ou combinée à un système de chauffage ou de climatisation, contrôle à la fois l'alimentation et l'évacuation de l'air à l'intérieur d'espaces fermés, afin d'éliminer les odeurs et de fournir suffisamment d'oxygène aux occupants. La climatisation contrôle l'environnement intérieur d'un espace, c'est-à-dire sa température, son humidité, la circulation de l'air et sa pureté, pour les occupants ou les matériaux industriels qui y sont manipulés ou stockés. 2 CHAUFFAGE La chaleur nécessaire au chauffage est fournie par différentes méthodes : combustion de composés solides, liquides ou gazeux, transformation directe ou indirecte d'énergie électrique (chauffage électrique) ou d'énergie naturelle (énergies solaire, éolienne, géothermique) en chaleur. Le procédé de chauffage domestique peut être direct -- les sources de chaleur transmettent la chaleur surtout par rayonnement -- ou indirect -- distribution de la chaleur à partir d'un point central. Dans le premier cas, on utilise par exemple une cheminée ou un poêle. Dans le second cas, un système central distribue la chaleur transportée par un fluide caloporteur -- vapeur, eau ou air -- à toutes les pièces concernées, par des gaines ou des canalisations. Il s'agit du chauffage central. Le premier moyen de chauffage était le feu, que les hommes utilisaient pour chauffer leurs demeures. Les poêles et les différents types de braseros, dont l'invention est attribuée aux Romains, sont encore employés un peu partout dans le monde. Le choix d'un système de chauffage doit tenir compte des pertes de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. Ils sont donc liés à l'isolation thermique du bâtiment et à la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. Selon les besoins et l'occupation des locaux, le chauffage peut être continu -- les températures sont maintenues constantes pendant toute la période de chauffe, jour et nuit -- ou discontinu. 2.1 Chauffage direct 2.1.1 Cheminées 2.1.1.1 Historique Les cheminées, dispositifs de combustion à foyer ouvert, servent généralement à chauffer une seule pièce. Les premières étaient des foyers encastrés dans les murs des bâtiments ; de courts conduits canalisaient la fumée du feu et la rejetaient à l'extérieur. C'est au XIIe siècle que furent introduits les conduits de cheminée extérieurs, suffisamment longs pour fournir un tirage adéquat à la combustion, le tirage étant la différence entre les pressions à l'entrée et à la sortie du conduit. Autrefois construites en brique, puis en béton armé, elles sont aujourd'hui conçues en tôle isolée dans les centrales modernes. 2.1.1.2 Constitution Les cheminées traditionnelles se composent d'un foyer entouré de trois murs de brique et surmonté d'une cheminée, conduit vertical, qui évacue la fumée et les autres produits de combustion vers l'extérieur. La partie supérieure du foyer est équipée d'une grille métallique montée sur pieds ou de deux supports métalliques, les chenets, placés perpendiculairement au fond de la cheminée et sur lesquels on dépose les combustibles. Les grilles sont utilisées pour des combustibles tels que le charbon, le coke et le charbon de bois ; les chenets sont employés avec le bois. Ces deux dispositifs facilitent la combustion en permettant la circulation de l'air sous le combustible. Dans de nombreux pays, la hauteur du conduit vertical est réglementée. 2.1.1.3 Efficacité La chaleur utile dégagée par une cheminée est à la fois produite par le rayonnement du composé et par un rayonnement indirect, émis par les parois latérales très chaudes et par le mur du fond. 85 à 90 p. 100 de la chaleur produite par la combustion est perdu dans les gaz libérés, qui s'élèvent dans la cheminée. Pour améliorer l'efficacité du chauffage, certaines cheminées modernes sont munies de conduits intérieurs, dans lesquels l'air froid de la pièce est chauffé et rediffusé dans celle-ci. En outre, certaines cheminées -- en particulier dans les pavillons -- peuvent chauffer plusieurs pièces, au moyen de conduits amenant directement l'air chaud dans les pièces. 2.1.2 Poêles Introduit en France au XVIe siècle, le poêle est un appareil clos en métal ou en céramique, à l'intérieur duquel brûle le composé liquide ou solide. C'est une version améliorée de la cheminée : ses surfaces sont en contact avec l'air de la pièce et transfèrent, par convection, de la chaleur à l'air qui circule au-dessus du poêle. Un poêle peut distribuer jusqu'à 80 p. 100 de l'énergie produite par la combustion, ce rendement dépendant du combustible et du type d'appareil. On utilise le bois, le charbon, le coke, la tourbe, le mazout (résidu de la distillation du pétrole) et le pétrole. Ce dernier poêle, « propre «, ne nécessite aucun tuyau d'évacuation des gaz émis. Voir aussi Combustibles. 2.2 Chauffage central Les dispositifs de chauffage central furent conçus par les Romains. Au début du XIXe siècle, on employa, à petite échelle, un type de chauffage centralisé à l'eau chaude. Le premier système central efficace, mis au point en 1835, était à air chaud ; le chauffage à la vapeur fut inventé vers 1850. 2.2.1 Principe Les systèmes de chauffage central fournissent de la chaleur à partir d'une ou de plusieurs chaudières à un seul bâtiment ou à un groupe d'habitations. Le terme chauffage urbain s'applique aux systèmes dans lesquels un grand nombre d'immeubles sont alimentés en vapeur par une salle de chaudières centrale gérée par un service public. La chaleur est véhiculée par la vapeur d'eau, l'eau chaude ou l'air (fluides caloporteurs), par effet de thermosiphon -- circulation naturelle due à des différences de densité, ou par des moyens mécaniques --, ventilateur ou pompe (circulation forcée). La chaleur est ensuite transmise par convection à des éléments tubulaires, les corps de chauffe (radiateurs ou convecteurs). 2.2.2 Installations Les systèmes à eau chaude ou à vapeur sont constitués d'une ou de plusieurs chaudières, générateurs de vapeur d'eau ou d'eau chaude, reliées aux corps de chauffe, qui sont connectés entre eux. Les installations à air chaud ne sont pas équipées de corps de chauffe. 2.2.2.1 Chaudières Les chaudières des systèmes de chauffage sont en général alimentées par des combustibles, tels que le fioul, le gaz ou le charbon. En brûlant, le combustible chauffe des pièces métalliques, qui transfèrent la chaleur à de l'eau, de la vapeur ou même de l'air. Le fonctionnement de la plupart des chaudières est contrôlé automatiquement et à distance par des thermostats. Dans les chaudières au fioul et au gaz, la chaleur est régulée par des brûleurs, qui peuvent être asservis par un thermostat. Les chaudières à combustibles solides présentent un inconvénient : on doit les alimenter en combustible assez fréquemment. En outre, l'évacuation des cendres du chargeur ou du foyer est indispensable. Le foyer de combustion et la chaudière sont généralement enfermés dans une enveloppe isolée. Voir aussi Chaudière. 2.2.2.2 Corps de chauffe Les corps de chauffe sont des unités d'émission de chaleur, qui diffusent dans les pièces la chaleur produite par un système de chauffage. Ce sont des radiateurs, des convecteurs, des panneaux rayonnants ou des plinthes chauffantes. Les radiateurs ordinaires sont constitués d'une série de grilles ou d'anneaux en fonte, de superficie totale relativement importante. 30 à 40 p. 100 de la chaleur est cédée à la pièce par rayonnement, le reste, par convection naturelle. Les convecteurs sont composés d'un réseau de tubes plats en acier ou en métal non ferreux. Ils sont placés dans des appareils clos, conçus pour permettre une circulation de l'air. Ainsi, la chaleur est fournie en grande partie par convection, en général forcée. En effet, les magasins, les entrepôts et les usines sont souvent équipés de ventilateurs électriques qui véhiculent l'air vers les convecteurs. 2.2.2.3 Chauffage par rayonnement La chaleur est fournie en partie par rayonnement dans tous les systèmes de chauffage direct. Cependant, le terme chauffage par rayonnement s'applique couramment aux systèmes de panneaux rayonnants, dans lesquels les planchers, les murs ou les plafonds servent d'unités d'émission de chaleur (ce fut le cas, jadis, dans les hypocaustes romains). Lors de la construction du bâtiment, des tuyaux, où circulent de la vapeur ou de l'eau chaude, sont placés dans les murs ou dans les sols. Contrairement au chauffage qui emploie des radiateurs ou des convecteurs, le chauffage par rayonnement assure une température uniforme de l'air des pièces, avec un coût de fonctionnement relativement bas. Le panneau se différencie des autres corps de chauffe par l'étendue et la basse température de sa surface. Ainsi, les dispositifs à panneaux sont dits à chaleur diffuse. 2.2.3 Systèmes à eau chaude Les installations de chauffage central à eau chaude sont constituées d'une ou de plusieurs chaudières connectées à des corps de chauffe, en général des radiateurs. L'eau chaude, générée par la ou les chaudières, est amenée par des tuyaux jusqu'aux corps de chauffe dans les différentes pièces. Les installations à eau chaude, les plus utilisées, permettent de contrôler facilement la température du fluide caloporteur en fonction des conditions extérieures. 2.2.3.1 Distribution de l'eau Il existe des systèmes à un ou deux tuyaux. Dans le premier dispositif, l'eau, pénétrant par le côté d'alimentation de la canalisation principale dans chaque corps de chauffe, circule dans ceux-ci et est évacuée par le même tuyau. Ainsi, l'eau se refroidit en s'éloignant de la chaudière. Par conséquent, pour fournir la même quantité de chaleur, les corps de chauffe les plus éloignés de la chaudière doivent avoir des dimensions supérieures à celles des autres radiateurs. Le système à deux tuyaux est muni d'une canalisation servant au départ de l'eau chaude de la chaudière vers les radiateurs, et d'une autre pour le transport du fluide des radiateurs à la chaudière. Ce dispositif est par conséquent plus efficace et plus facile à contrôler que le précédent. La distribution de l'eau dans les corps de chauffe peut s'effectuer par la partie supérieure de l'installation (distribution en parapluie) : les canalisations d'amenée sont alors placées dans les combles, et celles de retour, dans le sous-sol. L'installation peut également fonctionner avec une distribution inférieure : les canalisations d'amenée et de retour sont placées dans le sous-sol. C'est actuellement le système le plus répandu. Dans les deux dispositifs, un vase d'expansion, ouvert ou clos, est nécessaire pour compenser les variations de volume de l'eau. Le circuit est ouvert ou fermé, selon que le vase d'expansion, situé au sommet de l'installation, est en communication ou non avec l'atmosphère. Dans le premier cas, le dispositif est à basse pression ; dans le second cas, il est à haute pression ou à eau surchauffée, et est employé pour chauffer des locaux de grande superficie ou pour véhiculer la chaleur sur des distances importantes. 2.2.3.2 Circulation de l'eau Dans les systèmes à basse pression, la circulation de l'eau était autrefois provoquée par une différence de densité (circulation naturelle). Dans un tel système, les corps de chauffe (radiateurs) sont placés au-dessus de la chaudière. Ce dispositif nécessite un grand volume d'eau, ce qui implique une grande inertie et une mise en régime longue. De plus, on peut difficilement réguler son fonctionnement. Dans les dispositifs à circulation forcée, la circulation est régie par une pompe qui accélère le mouvement du fluide. Ce système est plus facile à utiliser que le dispositif précédent ; il nécessite également moins d'eau (inertie moins grande) et des tuyaux de diamètre inférieur. 2.2.4 Systèmes à vapeur Le chauffage central à vapeur utilise le principe suivant : lorsque la vapeur d'eau se condense, elle dégage de la chaleur due à son refroidissement, ainsi que des calories provenant de sa transformation en eau (chaleur latente). Les installations sont semblables à celles du chauffage central à eau chaude : on trouve des systèmes à basse pression (seuil réglementaire de 0,5 bar en France) et à haute pression (supérieur de 1 à 2 bars à la pression atmosphérique). La vapeur à haute pression est rarement admise dans les corps de chauffe (réglage difficile, écoulement bruyant, danger en cas de fuite). En fait, on l'utilise surtout pour le transport de la chaleur à longue distance, comme pour le chauffage urbain, un détendeur permettant ensuite de passer à de la vapeur basse pression, distribuée dans les bâtiments à chauffer. Les deux aménagements, à un et à deux tuyaux, sont employés pour la circulation de la vapeur et pour le retour de l'eau formée par condensation vers la chaudière. Il existe trois types principaux de dispositifs à vapeur : systèmes à prise d'air, par vaporisation et systèmes à vide, ou à pompe mécanique. 2.2.4.1 Système à prise d'air Le système à évent (canal d'aération) à un tuyau utilise la gravité pour provoquer l'écoulement du condensat du corps de chauffe vers la chaudière. C'est le système le moins coûteux à installer, mais les tuyaux doivent avoir un diamètre assez important pour recevoir simultanément la vapeur et le condensat. Les prises d'air de chaque radiateur permettent l'évacuation de l'air éjecté hors du radiateur par la vapeur pendant la période de réchauffage et au cours du fonctionnement. 2.2.4.2 Système par vaporisation Le système par vaporisation est équipé de deux tuyaux. La vapeur pénètre dans le corps de chauffe par une soupape d'admission. L'air et le condensat sont amenés vers le tuyau de retour par un purgeur de vapeur situé sur le corps de chauffe. Le condensat est réintroduit dans le radiateur, et l'air est évacué par une bouche d'aération centrale située au sous-sol ou, dans les plus grandes installations, par des bouches d'aération associées à chaque secteur chauffé. Un système par vaporisation, bien que plus coûteux à installer que le système à un seul tuyau, est plus économique, car il peut fonctionner sur un cycle de basse combustion et requiert ainsi moins de combustible. 2.2.4.3 Système sous vide Les systèmes de chauffage sous vide sont semblables aux systèmes de chauffage par vaporisation. Chaque radiateur est équipé d'une soupape d'admission et d'un purgeur de vapeur. Les systèmes sous vide sont, en plus, équipés d'une pompe à vide dans la canalisation de retour. Celle-ci maintient un vide partiel dans le dispositif : la vapeur, l'air et le condensat circulent ainsi plus facilement. Le condensat et l'air retournent vers un point central, où le condensat est aspiré et renvoyé vers la chaudière, puis l'air est évacué à l'extérieur. Dans un système sous vide total, il n'est pas nécessaire de réinjecter le condensat par gravité. Les radiateurs peuvent par conséquent être indifféremment situés au-dessus ou sous la chaudière. Voir aussi Chaleur ; Vapeur d'eau. 2.2.5 Système à air chaud 2.2.5.1 Constitution Le système à air chaud le plus simple est constitué d'un foyer et d'un tuyau d'évacuation pour le gaz rejeté, tous deux situés dans une enveloppe de tôle. Le dispositif est également équipé de conduits menant aux différentes pièces. Pour assurer une circulation naturelle de l'air chaud qui tend à s'élever, la chaudière est en général installée au sous-sol de la maison (circulation naturelle). L'air froid, provenant de l'intérieur ou de l'extérieur de la maison, est admis dans un compartiment situé entre le foyer et l'enveloppe, puis est chauffé par contact avec les surfaces très chaudes de la chaudière. En général, celle-ci est équipée d'une cuve d'eau, sur laquelle l'air chaud passe pour être humidifié avant de circuler dans la maison. Après avoir été chauffé, l'air est amené par les conduites jusqu'aux grilles ou registres individuels (plaques mobiles), situés dans chaque pièce. Les grilles ou registres sont ouverts ou fermés pour contrôler la température des pièces. Contrairement aux systèmes de chauffage à eau chaude ou à vapeur, celui à air chaud ne nécessite pas de corps de chauffe. 2.2.5.2 Circulation de l'air Le problème principal dans les systèmes à air chaud est l'obtention d'une circulation d'air adéquate. Pour chauffer convenablement une maison, les conduites d'air chaud doivent avoir un diamètre relativement grand ; elles doivent être connectées à la chaudière et être correctement isolées pour éviter les pertes de chaleur. Dans un système à air pulsé (circulation forcée), un ventilateur ou un souffleur d'air est placé dans l'enveloppe de la chaudière. Un tel système assure la circulation d'une grande quantité d'air, même dans des conditions défavorables. Des filtres à poussière peuvent être installés pour nettoyer l'air. Lorsqu'ils sont associés à des éléments refroidissants, humidificateurs et déshumidificateurs, les systèmes à air pulsé sont efficaces pour le chauffage et le refroidissement. 2.3 Chauffage électrique On utilise souvent l'électricité pour le chauffage des résidences privées et des édifices publics, en raison du faible coût de l'installation. Les systèmes de chauffage électrique sont plus pratiques, plus propres et nécessitent moins de place que les dispositifs à combustion. Cependant, ils sont généralement plus coûteux. La chaleur peut être dispensée par des résistances électriques en spires ou en bandes, placées par exemple dans les convecteurs installés sur les murs ou sous les fenêtres. Ce système est appelé chauffage électrique intégré. La chaleur est produite directement par effet Joule, ou indirectement par induction. Des éléments ou des fils chauffants peuvent même être incorporés dans les plafonds ou les planchers pour produire une chaleur modérée (chauffage par rayonnement). Le coût total du chauffage électrique peut être réduit de façon substantielle par l'utilisation d'un système de pompe à chaleur. On trouve également des systèmes de chauffage central, dans lesquels de l'eau est chauffée au moyen de résistances électriques. Des dispositifs qui émettent un rayonnement spécifique, comme dans un four à micro-ondes, qui permet de chauffer directement les molécules d'air en les faisant « vibrer «, ont été conçus récemment. Voir aussi Électricité, production et distribution de l'. 2.4 Chauffage solaire 2.4.1 Énergie solaire Pendant la journée, la surface de la Terre reçoit une quantité importante d'énergie solaire (environ 0,9 kW/h/m2). L'énergie reçue varie avec l'heure du jour, l'époque de l'année, la latitude, la couverture nuageuse de l'atmosphère et la direction de la surface absorbante par rapport au Soleil. Il s'agit d'une énergie renouvelable, d'origine naturelle et inépuisable. Elle peut suffire pour chauffer un bâtiment bien conçu, à condition que ce dernier soit équipé d'une surface absorbante suffisante, et qu'on puisse stocker suffisamment de chaleur pour alimenter le bâtiment pendant les périodes d'obscurité et de mauvais temps. 2.4.2 Installations En général, on place des panneaux solaires sur le toit, ainsi que des circuits dans lesquels circulent un fluide (eau, air, ammoniac). Le fluide caloporteur, généralement de l'eau, chauffé par le Soleil, s'écoule ensuite vers des réservoirs ou des bassins isolés dans la maison. Cette eau fournit la chaleur au bâtiment. Dans des climats plus froids, une source de chaleur supplémentaire est souvent prévue. Certains systèmes à chauffage solaire fonctionnent avec succès dans de nombreux pays, en particulier dans les régions où le climat n'est pas excessivement froid. Une bonne répartition du vitrage dans une maison peut également réduire considérablement les besoins de chauffage par effet de serre. Il existe d'ailleurs des systèmes qui n'utilisent que des verrières et une pompe à chaleur. Les habitations du Milton Keynes Energy Park, dans le sud de l'Angleterre, sont toutes alimentées par l'énergie solaire. Plus récemment, des panneaux solaires composés de cellules photovoltaïques ont été utilisés pour produire de l'électricité, permettant d'alimenter un chauffage électrique intégré ou de chauffer de l'eau redistribuée dans l'habitation. Les expériences de fours solaires (collecteur solaire à concentration optique), dans lesquels le rayonnement solaire est focalisé sur un corps noir à l'aide d'une série de miroirs éventuellement mobiles, n'ont pas, jusqu'à présent, été concluantes du fait de leur coût d'installation et d'entretien. On distingue les systèmes de chauffage solaire « naturels « (ou passifs) et les systèmes « mécanisés « (ou actifs). Les premiers font appel à des moyens naturels de transmission de l'énergie, comme la convection, la conduction et le rayonnement ; les seconds emploient des dispositifs mécaniques, tels que des pompes ou des ventilateurs. Voir aussi Solaire, énergie. 2.5 Chauffage thermodynamique Le chauffage thermodynamique emploie une pompe à chaleur, ou thermopompe, dispositif conçu pour chauffer ou refroidir une pièce, les mécanismes de ces deux procédés étant semblables. Au lieu de fournir de la chaleur, comme le ferait une chaudière, la pompe extrait et transporte la chaleur d'un endroit à un autre. C'est une machine frigorifique qui fonctionne en quelque sorte à l'envers. Un liquide réfrigérant est envoyé dans un serpentin situé à l'extérieur de la zone à chauffer. Le réfrigérant est très froid : il se vaporise en absorbant la chaleur de l'air extérieur, du sol, de l'eau de puits ou de toute autre source plus chaude. Le liquide réfrigérant vaporisé est ensuite véhiculé vers un détendeur qui abaisse sa pression, puis est injecté dans un condenseur, où il libère de la chaleur par condensation. Il est enfin amené vers un compresseur, où il est totalement liquéfié et où sa température est abaissée, avant d'être réintroduit dans le cycle par le serpentin extérieur. Pour climatiser un espace, des vannes inversent le sens de l'écoulement : le réfrigérant transporte la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. Comme les chaudières, la plupart des pompes à chaleur sont régulées par des thermostats. Dans la plupart des pompes à chaleur, l'air atmosphérique sert de source de chaleur. Cela est difficile à réaliser dans les zones où les températures hivernales sont souvent inférieures à 0 °C : élever la température et la pression du réfrigérant devient problématique. On peut alors utiliser la pompe à chaleur géothermique. Pour un fonctionnement économique du chauffage, la quantité de chaleur libérée doit être supérieure au double de celle absorbée. On trouve les systèmes de pompe à chaleur dans les résidences, les édifices commerciaux ou les écoles. Voir aussi Thermodynamique. 3 VENTILATION 3.1 Objectifs Les installations de ventilation servent surtout à assurer l'hygiène des hommes et des animaux dans les locaux qu'ils occupent. Les habitations et les bureaux doivent être ventilés pour renouveler l'oxygène, maintenir un équilibre de la concentration du gaz carbonique. La ventilation permet également de réduire la chaleur, les odeurs désagréables et l'humidité, d'évacuer les fumées de cigarette. Dans une usine ou une raffinerie, les systèmes de ventilation évacuent les contaminants dangereux contenus dans l'air. De nombreux procédés chimiques industriels génèrent des vapeurs nocives qui doivent être éliminées du lieu de travail. Ce sont en particulier les ingénieurs chimistes qui conçoivent ces systèmes de ventilation. L'air atmosphérique contient environ 21 p. 100 d'oxygène et des traces de gaz carbonique (0,03 p. 100), mais l'air expiré par l'Homme ne contient plus que 16 p. 100 d'oxygène et 4 p. 100 de gaz carbonique. Lorsqu'un appareil de chauffage à combustible (poêle, par exemple) est placé dans un local clos, les quantités de gaz carbonique et de monoxyde de carbone (CO) émises pourraient provoquées, à terme, l'asphyxie des occupants : la ventilation de la pièce est donc nécessaire. 3.2 Principe Pour aérer un bâtiment, le moyen le plus simple est la ventilation naturelle, qui utilise la différence de pression entre l'intérieur de l'édifice, la façade exposée au vent et celle qui est à l'abri. Cette différence de pression engendre une entrée d'air. Selon ce principe, la ventilation dans les locaux d'habitation ou les bureaux est généralement assurée par une perte d'air à travers de petits interstices dans les murs des bâtiments, en particulier autour des fenêtres et des portes. Pour aérer un local, on ménage une ouverture dans sa partie basse (en dépression) et dans sa partie haute (en surpression) : il y a appel d'air. Ainsi, si la température extérieure est inférieure à l'extérieur de la pièce, l'air pénètre par l'ouverture basse et sort par l'ouverture haute. Ce système de ventilation est parfois assuré par une série de conduits insérés dans les murs, terminés par des bouches d'aération et éventuellement équipés de filtres. Mais une telle ventilation est parfois insuffisante et dépend en partie des conditions atmosphériques, variables. De plus, l'air « frais « arrivant par le bas, cette technique est peu conforme aux règles d'hygiène et peu confortable pour les occupants de la pièce. C'est pourquoi les locaux sont presque toujours équipés de systèmes de ventilation plus élaborés. Les ingénieurs estiment que, pour une ventilation adéquate, l'air d'une pièce doit être totalement renouvelé de deux à trois fois par heure. Pour assurer une telle ventilation, il est généralement nécessaire d'équiper les locaux de dispositifs mécaniques permettant d'augmenter le débit naturel de l'air. Il s'agit alors d'une ventilation forcée. 3.3 Dispositifs Les dispositifs de ventilation simples comportent des ventilateurs -- qui soufflent ou aspirent de l'air dans un local -- ou des ventilateurs soufflants, de type hélicoïde ou centrifuge, conçus pour rejeter l'air vicié à l'extérieur ou pour aspirer de l'air frais et le diffuser à l'intérieur du bâtiment. Des gaines de transport équipées de bouches de soufflage ou d'extraction assurent l'injection et l'éjection de l'air. Les ventilateurs hélicoïdes sont équipés de lames métalliques, ou pales, mises en mouvement par un moteur électrique. L'air est soufflé dans la direction de l'axe de rotation des pales. Les ventilateurs centrifuges sont constitués d'une turbine à aspiration centrale et à refoulement radial. Ils sont utilisés pour injecter de l'air dans les systèmes d'aération. Les systèmes de ventilation peuvent être associés à des appareils de chauffage, des filtres, des régulateurs d'humidité ou des dispositifs de refroidissement. De nombreux systèmes comportent des échangeurs de chaleur. Ceux-ci utilisent l'air sortant pour réchauffer ou refroidir l'air entrant, augmentant ainsi l'efficacité du système, en réduisant la quantité d'énergie nécessaire à son fonctionnement. Voir aussi Sécurité professionnelle. 4 CLIMATISATION La climatisation est la création et le maintien d'un air ambiant dont la température, l'humidité et la pureté sont contraintes. Un système de climatisation est constitué d'un dispositif centralisé, qui produit une atmosphère contrôlée à tout moment, quelles que soient les conditions climatiques. Cependant, le terme climatisation est souvent appliqué improprement au refroidissement de l'air. Dans ce cas, les dispositifs de « climatisation « sont simplement des unités de réfrigération équipées d'un ventilateur, qui fournissent uniquement un débit d'air froid filtré. De même, le terme climatiseur désigne généralement des appareils autonomes de faible dimension et générant de l'air froid. 4.1 Principe Certains procédés de fabrication, tels que la production du papier et des textiles, nécessitent une climatisation pour le contrôle des conditions de fabrication. En général, elle consiste à ajuster l'humidité de l'air distribué. Lorsque de l'air sec est requis, l'air est déshumidifié par refroidissement ou déshydratation. Dans ce dernier procédé, il circule dans des chambres contenant des produits chimiques adsorbants, tels que le gel de silice (oxyde de silicium). L'air est humidifié en passant dans des bains d'eau ou des vaporisateurs. Lorsque l'air doit être exempt de poussière, comme cela est nécessaire pour la fabrication de certains médicaments, de microprocesseurs ou encore d'équipements médicaux, le système de climatisation est équipé d'un filtre spécial. L'air passe dans des vaporisateurs d'eau ou, pour certains filtres, dans un réseau de plaques huilées. Dans d'autres cas, la poussière est éliminée au moyen de filtres électrostatiques. Des systèmes de climatisation centralisés, offrant un contrôle complet du chauffage, du refroidissement et de la ventilation, sont employés dans les magasins, les restaurants, les cinémas, les théâtres et d'autres édifices publics. De tels dispositifs, de par leur complexité, doivent généralement être installés lors de la construction du bâtiment. Ces dernières années, ils ont été progressivement automatisés dans un souci d'économie d'énergie. Les vieux immeubles, les appartements individuels ou les bureaux peuvent être équipés d'un élément réfrigérant, de ventilateurs, de conduites d'air ou d'un collecteur d'air, dans lequel l'air de l'intérieur du bâtiment est mélangé à l'air extérieur. De telles installations peuvent être utilisées pour le refroidissement et la déshumidification pendant les mois d'été, et le système de chauffage régulier sert pendant l'hiver. Dans un système de climatisation, l'air est refroidi au moyen d'un générateur de froid. Le gaz traverse un échangeur dans lequel circule un liquide froid (eau, par exemple). On peut également utiliser des machines frigorifiques à compression ou à absorption, qui emploient un liquide frigorigène tel que l'ammoniac, le dioxyde de carbone ou le Fréon -- composé de chlore, de fluor et de carbone --, bien que son utilisation soit maintenant déconseillée (voire interdite), en raison de son impact destructeur sur la couche d'ozone atmosphérique. Une machine frigorifique est généralement plus complexe et plus coûteuse qu'une machine thermique de même puissance. 4.2 Efficacité L'efficacité de la climatisation dépend de l'appareillage, mais également de l'isolement, ou étanchéité, du local par rapport à l'extérieur. Par exemple, l'ouverture d'une fenêtre dans un local climatisé crée un déséquilibre, le système de climatisation ne pouvant compenser les effets liés à l'entrée d'air. Une technique souvent utilisée pour éviter les infiltrations d'air extérieur consiste à maintenir le local en légère surpression par rapport à l'extérieur. Il suffit pour cela de faire pénétrer plus d'air qu'il n'en sort de la pièce. Dans certains cas (cuisine, bâtiments sanitaires), le local est maintenu en légère dépression, pour éviter de « polluer « l'extérieur. Certains locaux climatisés sont totalement étanches et équipés de sas à l'entrée. Dans d'autres cas, comme dans les grands magasins où les portes sont constamment ouvertes, les entrées sont équipées de rideaux d'air chaud ou froid, qui évitent les perturbations thermiques du local. Les systèmes de climatisation sont classés selon leur capacité utile de refroidissement, qui devrait être rigoureusement exprimée en kilowatts (kW). On emploie encore le terme de tonne de réfrigération, correspondant à la quantité de chaleur qui serait absorbée pour faire fondre une tonne de glace en 24 h, soit 3,5 kW. Voir aussi Chaleur, transfert de ; Énergie, économies d' ; Réfrigération. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.
