Calcul psychrométrique pour une climatisation : tout comprendre

Psychrométrie. Le nom pourrait faire peur. Pourtant ce n’est qu’un terme scientifique un peu compliqué pour parler des méthodes de calcul de l’humidité dans l’air !

Le calcul psychrométrique permet de déterminer l’humidité absolue dans un logement, et de l’utiliser pour paramétrer et régler la climatisation.

Explications.

psychrométrique et climatisation (8)

Qu’est-ce que la psychrométrie ?

calcul psychrométrique

D’abord, il y a l’hygrométrie, qui est la science qui analyse et détermine les caractéristiques physiques et thermodynamiques d’un mélange air-vapeur d’eau.

Mais lorsque le gaz en question est incondensable (le gaz frigorigène, évaporé du liquide frigorigène), c’est la psychrométrie qui prend le relais.

De manière très résumée, la psychrométrie permet de saisir la relation entre l’humidité et la température en calculant l’humidité relative dans l’air en croisant les données de l’humidité relative et celles d’un diagramme ou d’une table psychrométrique.

On utilise donc naturellement la psychrométrie dans le domaine de la ventilation et de la climatisation, principalement.

Le rapport psychrométrique fait la distinction entre humidité relative et humidité absolue (saturation adiabatique), afin de réaliser les calculs qui permettront de régler des températures de séchage, de refroidissement et de déshumidification de l’air.

Pour cette raison et pour trouver la médiane, le psychromètre est un appareil à deux thermomètres : un pour la température sèche de l’air, un pour la température humide de l’air. Il donne donc la valeur de l’humidité absolue (grammes de vapeur d’eau dans l’air).

Le plus ancien psychromètre était un « thermomètre à crin » : le taux d’humidité dans l’air provoque une variation de la longueur du crin, transmise par un cadran à aiguille.

D’où provient l’humidité dans ma maison ?

  • De la respiration des habitants et des animaux de compagnie
  • Des vapeurs de cuisine et de salle de bains
  • Du linge qui sèche à l’intérieur
  • Du fer à repasser
  • Du nettoyeur vapeur
  • Des plantes
  • De l’extérieur, dans les maisons mal isolées
  • D’une fuite dans les canalisations, des fondations ou de la toiture

Déshumidifier ou humidifier l’air climatisé ?

L’air que l’on respire ou l’atmosphère, qu’il soit intérieur ou extérieur, est un mélange gazeux (azote, oxygène, dioxyde de carbone, argon, hydrogène…) qui contient des molécules d’eau sous forme de vapeur d’eau ou d’humidité.

Cette quantité de vapeur d’eau influence le bien-être : respiration, peau, humeur, confort articulaire...

Mais c’est aussi un élément important de la conservation et de l'évolution des matériaux de la maison :le bois, le papier, le plâtre, la pierre, le tissu, le verre, etc. tous vont évoluer et réagir différemment au taux d’humidité dans l’air.

La teneur en humidité d’un logement est donc très importante dans la conception des installations de conditionnement d’air.

Un air sec n’est pas souhaitable, mais un air saturé non plus.
On considère empiriquement que le taux d’humidité confortable est entre 40 et 60 %.

Un air trop humide est considéré « vicié », car porteur de moisissures et de champignons.

Tous les climatiseurs modernes sont équipés d’un hygromètre et d’un filtre de traitement de l’air qui agit directement sur le taux d’humidité de l’air insufflé.

Mais si cela ne suffit pas, il reste possible d’équiper votre logement avec un déshumidificateur/humidificateur.

Le déshumidificateur absorbe l’humidité et sa capacité s’exprime en litres extraits par 24 heures.

Il existe des déshumidificateurs à compresseurs qui transforment transforme la vapeur d’eau contenue dans l’air en eau qu’il faut ensuite vider. Ou au gel de silice qui absorbent l’eau en la fixant, puis régénèrent le gel.

L’humidificateur sert surtout dans les logements confinés et mal aérés ou qui ne peuvent pas être ventilés, dans lesquels l’air trop sec apporte son lot d’électricité statique et de sécheresse de la peau et des muqueuses par exemple.

L’humidificateur est un appareil qui apporte une vapeur propre et stérile, froide ou chaude. Ce sont des électrodes qui ont bouillir une réserve d’eau stérile et la vaporisent en faible quantité dans l’air. Il est important de désinfecter régulièrement la réserve d’eau.

La VMC (système de ventilation mécanique) dans votre cuisine et votre salle de bain vous fera économiser de l’énergie, tout en étant plus efficace pour chasser l’humidité que la simple ouverture de fenêtre.

humidificateur d'air

Humidificateur d'air

déshumidificateur d'air

Déshumidificateur d'air

Qu’est-ce que la thermochromie en climatisation ?

La thermochromie, ou thermochromisme, désigne la capacité de certains matériaux (verre, cristaux liquides…) à changer de couleur en fonction de la température, en raison de leur longueur d’onde.

La micro-encapsulation de colorants thermochromiques qui réagissent à la température permet par exemple d’obtenir des vitrages qui se teintent à mesure que la température extérieure monte.

permet l’ajout d’une fonction thermochromique réversible à tout type de matériau comme des encres d’imprimerie, des peintures, des matières plastiques, etc.

Les microcapsules peuvent avoir une température de réponse définie au degré près.

On utilise ce procédé comme indicateur de gel sur les routes, en imprimerie pour lutter contre la contrefaçon, sur les emballages alimentaires comme indicateurs de qualité…

Dans le domaine de la climatisation, les vitrages thermochromiques permettent de minimiser la consommation énergétique : les vitres deviennent opaques et s’assombrissent lorsque la température extérieure monte. Le flux de chaleur extérieur/intérieur est alors minimisé.

Ce procédé permet de limiter l’utilisation de la climatisation, par exemple dans des vérandas.

Gros avantage du verre thermochromique : elle ne consomme aucune énergie et agit comme un « climatiseur » naturel !

Le calcul psychrométrique

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Vous l’aurez compris, la psychrométrie est une science. Elle contient donc sa part belle de calculs complexes à variables.

Sans entrer dans le détail, le calcul psychrométrique utilise soit une formule psychométrique compliquée (il existe des logiciels spécialisés utilisés par les frigoristes, ou une table de calcul psychométrique sur Excel), au cas par cas, soit des mesures relevées au psychromètre.

Mais le plus « simple » reste encore d’utiliser la charte psychrométrique ou graphique psychrométrique, qui permet d’obtenir l’abaque psychrométrique à la simple lecture d’un schéma, à la condition d’avoir quelques données (et connaissances) de base.

Il existe aussi un logiciel de calcul psychrométrique gratuit permettant de réaliser des évolutions sur l’air d’une centrale de traitement d’air (CTA) qui peut également être utile aux frigoristes.

Il existe également une appli pour smartphone Android qui n’est autre qu’une calculatrice psychrométrique pour les professionnels de l’industrie HVAC (heating, ventilation and air-conditioning).

Le diagramme Carrier, ou diagramme psychrométrique

diagramme psychrométrique

Le diagramme psychrométrique (ou diagramme de l’air humide) regroupe les principales caractéristiques de l’air humide pour une pression atmosphérique définie :

  • température de bulbe (donnée par un thermomètre sec, placé dans un courant d’air humide).
  • température de bulbe humide (température de l’air circulant au-dessus d’une grande surface d’eau liquide dans un système frigorifique ou calorifique)
  • température de rosée (température à laquelle un air humide est à la pression de vapeur de condensation)
  • humidité relative (rapport entre la pression de vapeur et la pression de vapeur saturante)
  • humidité absolue (quantité d’eau contenue dans l’air, exprimé en gramme(s) de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec)
  • enthalpie spécifique (énergie contenue dans le fluide dans un état donné)

Le diagramme psychrométrique peut être soit un diagramme de Carrier soit un diagramme de Mollier, bien que ce dernier se focalise davantage sur la température et la pression que sur l’humidité.

Le diagramme de Carrier est aussi appelé diagramme de l’air humide (DAH).  En d’autres termes, il permet d’éviter des calculs pour connaître les propriétés de l’air climatisé.

La température sèche s’exprime en degrés Celsius sur un axe de -15 °C à 55 °C.
Les lignes verticales sont des isothermes représentant des zones à température sèche constante.
L’axe vertical est celui de l’humidité absolue, soit la quantité de vapeur contenue dans 1 kilogramme d’air sec en kilogramme de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec (kg/kgas) de 0 g/kg à 30 g/kg.

La courbe représente l’humidité relative ou hygrométrie et s’exprime en pourcentage.

Lorsque la température sèche augmente, l’air a une capacité de saturation supérieure.

Connaître le point de rosée permet de déduire la température nécessaire de l’échangeur du climatiseur pour déshumidifier l’air.

Les frigoristes peuvent faire des réglages sur votre climatisation pour maintenir l’état de l’humidité dans l’air à un point précis. Mais cela suppose de pouvoir établir un diagnostic de l’air pour pouvoir quantifier les réglages et paramètres.

Grâce au diagramme psychrométrique, il est possible de déterminer l’ensemble des propriétés de l’air humide, à condition d’en connaître au moins deux caractéristiques.

Voir diagramme psychrométrique en ligne
Voir diagramme psychrométrique PDF
Voir en vidéo le tutoriel de lecture diagramme psychrométrique pour une bonne utilisation d’un diagramme psychrométrique :

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Table psychrométrique

Outre le diagramme, on peut calculer l’humidité absolue à partir de l’humidité relative, en utilisant une table psychrométrique.

Dans la table psychrométrique, on cherche en abscisses la valeur du thermomètre sec et en ordonnées le Delta corrigé. On obtient alors le pourcentage d’humidité absolue.

Température sèche - température mouillée x coefficient de correction (pression barométrique/1000) 
= Delta corrigé

table psychrométrique

Utilisation de la psychométrique en climatisation : pourquoi mesurer l’humidité dans l’air ?

Depuis que l’homme observe les phénomènes météorologiques et climatiques, il utilise, met au point et améliore des appareils pour mesurer l’humidité.

L’appareil qui mesure l’humidité dans l’air intérieur ou extérieur est appelé hygromètre. Il mesure l’humidité relative.

Votre frigoriste ou installateur de climatisation aura besoin de connaître l’humidité dans l’air de votre logement pour :

  • vous aider à maintenir un taux d’humidité idéal chez vous en réglant votre appareil de climatisation
  • vous éviter tout problème sanitaire ou de moisissure
  • vous permettre de ne pas faire grimper votre facture énergétique en augmentant le chauffage ou la climatisation à cause de l’inconfort que vous croyez être dû à la température, mais qui en fait est lié à l’humidité.

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