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Point de rosée et consommation d un climatiseur

Point de rosée et consommation d un climatiseur

Cet article permet de montrer la différence de consommation entre une climatisation traditionnelle et une climatisation écologique

Sommaire

Le diagramme de l'air humide et point de rosée

Les représentations de diagramme de l'air humide sont issues de l'article

http://www.leguideits.fr/guides-its/dossiers--fiches-techniques/dossiers--fiches-techniques-5/v3-diagramme-de-lair-humide.pdf

et pour les calculs précis, la calculette du site des mines d'Albi

http://nte.mines-albi.fr/Thermo/co/uc_PresentationCalculateur.html

Lexique autour du diagramme de l'air humide et hypothèses

Enthalpie : quantité d'énergie qu'il faut donner ou retirer à l'air pour faire varier sa température en fonction de sa température. Exprimé en kJoule /kg

1 kwh : 3 600 k Joule / heure

Taux de renouvellement d'air dans une maison :3,6 m3 / heure

Masse d l'air : environ 1,2 kg/m3

Chaleur latente de vaporisation (quantité d'énergie pour faire passer un g d'eau de vapeur à eau et réciproquement) : 2,,27 kj / g

Le principe du diagramme de l'air humide

Le diagramme montre des courbes bleues correspondant à chaque taux d'humidité. A 100%, on atteint le point de rosée. 

Plus l'air est froid, moins l'air peut contenir d'eau (échelle verticale). Par exemple, le point de rosée à 25°c (échelle du bas) est obtenu quand il y a 15 g d'eau dans chaque kg d'air. Pour 0°c, le point de rosée est à environ 4 g / kg. 

De part ce fait, l'hiver le taux d'humidité est plus élevé que l'été et donc il pleut plus facilement l'hiver que l'été. 

Diagramme de l'air humide

L’enthalpie de l'air

Pour faire varier température de l'air à l'état sec, il faut plus ou moins d'énergie.IL faut ya ajouter l'impact de l'eau. 

L'échelle de gauche montre un axe bleu gradué en kj / kg d'air. 

Diagramme de l'enthalpie de l'eau

Consommation d'énergie de la climatisation

Une climatisation classique va :

  1. Refroidir l'air à un niveau suffisant pour refroidir l'air ambiant et donc les parois des pièces à climatiser. Tant que les parois ne sont pas fraîches, l'impact de la climatisation est très limitée. 
  2. Dans le même temps, la climatisation va devoir retirer de l'eau de l'air car plus l'air est frais, plus la quantité d'eau contenue dans l'air diminue. (C'est l'hiver dans une clim)

Pour une climatisation écologique, on va seulement rafraîchir une paroi qui va aussi rafraîchir l'air sans toucher à la quantité d'eau dans l'air.

Pour réaliser le calcul de consommation, on va procéder en 2 temps:

  1. Faire Baisser de la température de l'air de 28° à 70 % d'humidité à 23,5°c sans toucher à la quantité d'eau dans l'air, ce qui va donner 90% d'humidité. Cela donne la consommation minimum pour rafraîchir l'air et qui est aussi la consommation de la climatisation écologique
  2. Calculer la quantité d'énergie utilisée pour retirer l'eau de l'air entre 28° et 10°, température de l'air en sortie de climatiseur, sachant qu'à 10°c, la quantité d'eau dans l'air est bien inférieure à celle à 28°c. 

70% d'humidité est la valeur maximale observée en métropole durant une canicule. En moyenne, on sera plus autour des 50% à 60%. De ce fait, le calcul est pour une situation extrême. 

1- Passage de l'air ambiant de 28° à 23,5°en conservant la quantité d'eau dans l'air, à savoir environ 16.7 g d'eau / kg d'air sec. 

Point de rosée à 28°
Point de rosée à 23.5°c

A 23.5 °, l'enthalpie est de 65 K Joules / Kg d'air contre 70,3 k Joules / Kg d'air à 28°c.

Avec un renouvellement d'air de 3,6 m3 d'air par heure par m2, il faut alors, pour une masse de 1 m 3 d'air = 1,2 kg

3,6 * 1,2 *(70,3-65) /3600 = 6,3 w / m2 / heure

Les 6,3 w / m2 / heure est l'énergie qu'il faut pour conserver 1  m2 à 23,5° avec un renouvellement d'air de 3,6 m3 / heure que ce soit avec une climatisation traditionnelle ou écologique. (hors impact des parois à refroidir)

2- Passage de l'air ambiant de 23,5° 90% d'humidité à 10°c 95% d'humidité

Maintenant on calcule l'énergie consommée par la condensation de l’humidité dans le climatiseur. L'aitr est rafraîchie à environ 10° dans le climatiseur et on va supposer que l'air ressort à 10° et à 95% d'humidité. On va juste prendre l'écart d'eau et pas l'enthalpie car in fine, la température de l'air sera de 23.5°c et non de 10°c. 

Point de rosée à  10°c

On passe de 16,5 g d'eau par kg d'air à 6,9 g.

soit une consommation pour 1 m2, 3,6 m3 d'air par heure, 1,2 kg par m3 d'air et une valeur de latence de 2,27 kJ / gramme d'eau

(16,5- 6,9) x 2,27 kj Joules / g *3,6 * 1,2 / 3600 = 26 w / m² / heure soit 3x plus que le nécessaire utilisé par la climatisation écologique. 

Consommation d'énergie de la climatisation écologique

8 w / m2 / heure contre 34  (8 + 26) . Voila l'enjeu de la climatisation écologique. Bien sur ces calculs sont théoriques mais les ratios sont les bons. 

Nous vous offrons une étude de climatisation écologique pour valider le calcul avec votre habitation. Mais, dans une première approche, les professionnels conseillent une capacité de 65 w / m2 / heure pour une climatisation classique. En conservant le ratio, cela fait 16 w / m² / heure pour la climatisation écologique.

Les calculs donné par le logiciel de géocooling développé par le BRGM pour Caleosol, montrent une consommation maximale de 20 w/m2/heure pour une maison RT2012 située à Avignon qui aura besoin d'une climatisation pendant 1 600 heures par an. 

Les limites du au point de rosée

La climatisation écologique est très économique mais elle est limitée à cause du point de rosée, mais pas tant que ca si on regarde les données méto.

Le site https://www.wofrance.fr permet de trouver pour chaque grande métropole l'historique des taux d'humidité par jour ou semaine. 

Pour cela, renseigner la ville en haut de l'écran, sélectionner "rétrospectives " à droite et humidité relative en bas

Taux d'humidité à Marseille

On se rend compte que l'humidité relatif monte très rarement au dessus de 60% (ce qui n'est pas le cas l'hiver car on a ce moment souvent 90% d'humidité)

Pour les pics au dessus de 60% et surtout cela à 70%, on se rend compte en cliquant sur température maximale, que le taux d'humidité est du à une forte diminution des température ce 16 Juillet la. Jour pour lequel la climatisation n'était peut être pas nécessaire, ou tout du moins le rendement attendu était moindre. 

Température à Marseille

Dans la plupart des villes, on retrouve le même schéma, plus la température monte, plus l’humidité relative descend. 

Encore un exemple, pendant la canicule du 27 Juillet 2018 à Paris, le taux d'humidité était inférieur 60%. Alors que le 20, on avait un pic d'humidité mais un temps "froid". 

Questions / réponses des internautes

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