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Climatisation – Définition et Types  

Définition 

On appelle climatisation tout système technique de refroidissement qui a pour but de modifier activement les conditions climatiques d’un intérieur (une pièce, un appartement, une maison, un bâtiment, un bâtiment tertiaire, de pièces, d’un bureau, un hall, etc.). Il s’agit de conditions climatiques telles que la température et l’humidité et la qualité de l’air.  

Le système de refroidissement actif tel que la climatisation est l’un des éléments qui produisent un confort thermique à l’occupant. À côté des systèmes de climatisation actifs, la sensation de refroidissement peut également être produite par la ventilation ou des techniques de refroidissements passifs.  

Ces éléments ne produisent cependant pas le même degré de froid qui reste très limité en comparaison avec les appareils de climatisation actifs qui sont capables de produire une baisse de température très importante. Les systèmes de refroidissement actifs sont donc souvent considérés comme la première source de refroidissement pour les habitations dans les régions très chaudes, alors qu’ils ne sont pas la seule ni pour le refroidissement ni pour le confort thermique.  

Autres que pour le confort d’un occupant, les systèmes de refroidissement actifs sont également employés pour créer la fraîcheur dans les laboratoires médicaux, les blocs opératoires, les salles informatiques, sans oublier certains procédés industriels.  

La climatisation active consomme de l’énergie électrique et joue un rôle très important quand il s’agit d’évaluer la performance énergétique d’un bâtiment.  

Principe de fonctionnement et types de climatisation  

Les climatiseurs sont des machines thermodynamiques à compression. Le fonctionnement de la plupart des systèmes de climatisation est celui d’une pompe à chaleur (PAC) air/air.  

Contrairement au ventilateur, qui brasse l’air, les systèmes de climatisation puisent de l’air chaud dans la pièce où ils sont posés, le rafraîchissent (ou déshumidifient, ou purifient), puis de le rediffusent dans la pièce. En d’autres termes, l’énergie thermique est retirée de l’air de la pièce, tout comme l’humidité qui s’y trouve. 

Principe de fonctionnement d’un système de climatisation – cycle thermodynamique 

Étapes de transformation du gaz/liquide frigorifique :  

Un climatiseur évacue la chaleur d’une pièce vers l’extérieur grâce à un gaz caloporteur/fluide frigorifique qui circule dans les liaisons frigorifiques reliant les unités intérieures au groupe extérieur. Le condenseur et l’évaporateur sont en fait des échangeurs de chaleur. Le processus de refroidissement de l’air a lieu grâce à quatre transformations principales : évaporation, compression, détente et condensation.  

Étapes :  

  • Dans l’évaporateur (unité intérieure au logement), le gaz caloporteur, alors présent à l’état majoritairement liquide dans l’évaporateur, absorbe les calories de l’air ambiant en s’évaporant (Phase 1 : évaporation). 
  • Le compresseur (unité extérieure, moteur) aspire le gaz basse pression puis refoule le gaz à haute pression. Ceci permet le mouvement du gaz/liquide dans le circuit. Aussi, en compressant le gaz, il le chauffe encore plus (Phase 2 : compression). 
  • Le condenseur (unité extérieure) induit le passage de l’état de gaz/la vapeur à l’état liquide : au contact d’un deuxième médium (eau ou air) qui circule autour du condenseur. Ici, la chaleur est transférée à l’air environnant. Un ventilateur expulse cette chaleur vers l’extérieur. De ce fait, le gaz repasse à l’état liquide (Phase 3 : condensation). 
  • Le fluide frigorigène arrive ensuite vers le détendeur et y subit une brusque chute de pression. Il se refroidit encore plus et repasse à l’état de mélange Liquide/gaz avec une fraction liquide dominante.  (Phase 4 : détente). 
  • Le mélange froid arrive alors de nouveau à l’évaporateur, à son contact l’air environnant se rafraîchit en cédant sa chaleur au mélange qui va s’évaporer (en basse pression) retourne vers le compresseur pour un nouveau cycle. Entre temps, un ventilateur souffle l’air refroidit vers la pièce à rafraîchir.  

Note : Presque tous les climatiseurs disposent d’un système de filtrage qui garantit que l’air soufflé chauffé ou refroidi soit débarrassé de la poussière, des particules polluantes ou d’odeurs. Ils fonctionnent avec un filtre interne qui, dans la plupart des cas, peut être facilement nettoyé par l’utilisateur. Lorsque le climatiseur refroidit, l’air est également déshumidifié. 

Quand un climatiseur/une PAC aérothermique est réversible, c’est-à-dire que les systèmes produisent aussi bien du froid que la chaleur, on parle également de climatisation réversible.  

Ils existent plusieurs types de systèmes de climatisation qui se distinguent selon : 

  • la séparation physique entre l’unité de production de froid et l’unité de restitution de froid,  
  • le fluide frigorigène utilisé, et  
  • leurs avantages et l’endroit où ils sont les mieux placés (pièces de maison, salles de cinéma, halls industriels).  

Ils s’appellent monobloc, split, monosplit ou multisplit, réversible, mural ou même mobile. On peut également catégoriser les systèmes de climatisation en deux groupes selon leur capacité de refroidir un local ou plusieurs locaux à la fois :  

  • Les systèmes centralisés : la production est centralisée dans un appareil, la distribution se fait par canalisation et la livraison par des émetteurs qui peuvent alimenter plusieurs pièces/locaux et donc un bâtiment entier.  
  • Les systèmes décentralisés ont une capacité de rafraichissement limitée à une seule pièce. Le climatiseur monobloc classique figure parmi ces systèmes décentralisés. Il peut être mobile ou fixe.  

Impact énergétique  

Les systèmes de refroidissement actifs tels que les climatiseurs ont un impact très important sur la consommation énergétique d’un bâtiment. L’Agence Internationale de l’Energie projette qu’au cours des trois prochaines décennies, l’utilisation de la climatisation active et des ventilateurs deviendra l’un des principaux moteurs de la demande mondiale d’électricité. À l’heure actuelle (2023), les climatiseurs et ventilateurs utilisés dans le monde, représentent déjà près de 20 % de l’électricité totale consommée dans les bâtiments soit 10 % de la consommation mondiale d’électricité. L’enjeu est donc de taille, et les mesures de sobriété énergétiques s’imposent à tous que ce soit les producteurs ou les utilisateurs de systèmes de climatisation.  

On notera que les différents types de technologies de climatisation ont des performances énergétiques et environnementales différentes. Inversement, la performance réelle d’un type de climatisation dans une pièce est fonction de multiples paramètres tels que l’isolation, l’insolation, les vents dominants, le volume et la hauteur des pièces, etc. Ces éléments ont une telle influence, que la performance effective du système de climatisation peut fortement différer de la performance théorique indiquée à l’achat pour son utilisation dans des conditions standards. 

La puissance frigorifique du système de climatisation (capacité de refroidissement) nécessaire à la climatisation du bâtiment X ou Y ou d’une de ses pièces dépend de la zone climatique et du type de bâtiment, ainsi que des éléments de construction qui sont utilisés. Pour donner un simple exemple : un bâtiment bien isolé ou doté d’éléments de refroidissement passif (une bonne ventilation), nécessitera des climatiseurs moins puissants qu’un bâtiment mal isolé.  

Attention : La climatisation ne doit pas être confondue avec la ventilation. La ventilation mécanique contrôlée (VMC) est le dispositif technique le plus connu pour réguler le renouvellement de l’air dans le logement.  Elle est spécialement recommandée pour les pièces ayant un niveau d’humidité plus élevé que la moyenne comme par l’exemple les toilettes, les cuisines, les caves, les salles de bain, etc.