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.
Qu’est-ce que la psychrométrie ?
La psychrométrie est la science qui analyse et détermine les caractéristiques physiques et thermodynamiques d'un mélange d'air et de vapeur d'eau. Elle est étroitement liée à l'hygrométrie, qui mesure l'humidité relative de l'air.
Différence entre hygrométrie et psychrométrie
L'hygrométrie se concentre sur la mesure de l'humidité relative de l'air. En revanche, lorsque le gaz en question est incondensable, comme le gaz frigorigène évaporé d'un liquide frigorigène, c'est la psychrométrie qui intervient.
Fonctionnement de la psychrométrie
La psychrométrie permet de comprendre la relation entre l'humidité et la température en calculant l'humidité relative dans l'air à l'aide de données et d'un diagramme ou d'une table psychrométrique. Elle est principalement utilisée dans les domaines de la ventilation et de la climatisation.
Le rapport psychrométrique fait la distinction entre l'humidité relative et l'humidité absolue (saturation adiabatique), permettant de réaliser des calculs pour régler les températures de séchage, de refroidissement et de déshumidification de l'air.
Utilisation du psychromètre
Pour mesurer ces paramètres, un psychromètre est utilisé. Cet appareil est équipé de deux thermomètres : un pour la température sèche de l'air et un pour la température humide de l'air. Le psychromètre fournit ainsi la valeur de l'humidité absolue, exprimée en grammes de vapeur d'eau dans l'air.
Histoire et évolution du psychromètre
Le premier psychromètre, appelé "thermomètre à crin", mesurait l'humidité en fonction de la variation de la longueur d'un crin de cheval, transmise par un cadran à aiguille. Aujourd'hui, les psychromètres modernes sont plus précis et utilisent des technologies avancées pour fournir des mesures exactes de l'humidité et de la température de l'air.
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 nous respirons, qu'il soit intérieur ou extérieur, est un mélange de gaz (azote, oxygène, dioxyde de carbone, argon, hydrogène, etc.) contenant des molécules d'eau sous forme de vapeur. Cette vapeur d'eau, ou humidité, joue un rôle crucial pour notre bien-être, influençant la respiration, la peau, l'humeur et le confort articulaire.
Importance de l'humidité de l'air
L'humidité affecte également la conservation et l'évolution des matériaux de la maison, tels que le bois, le papier, le plâtre, la pierre, le tissu et le verre. Chaque matériau réagit différemment au taux d'humidité dans l'air. Ainsi, maintenir une teneur en humidité adéquate est essentiel pour la conception des systèmes de conditionnement d'air.
Un air trop sec ou trop humide est indésirable. Empiriquement, un taux d'humidité confortable se situe entre 40 % et 60 %. Un air trop humide est considéré comme "vicié" car il peut contenir des moisissures et des champignons.
Déshumidificateur d'air
Régulation de l'humidité avec les climatiseurs
Les climatiseurs modernes sont équipés d'un hygromètre et d'un filtre de traitement de l'air qui régulent le taux d'humidité de l'air insufflé. Cependant, si cela ne suffit pas, vous pouvez ajouter un déshumidificateur ou un humidificateur à votre logement.
Déshumidificateur : Il absorbe l'humidité, avec une capacité exprimée en litres extraits par 24 heures. Il existe des déshumidificateurs à compresseur qui convertissent la vapeur d'eau en liquide à évacuer, et des modèles utilisant du gel de silice pour absorber l'eau et régénérer le gel.
Humidificateur : Particulièrement utile dans les logements confinés et mal aérés, il ajoute de la vapeur propre et stérile, froide ou chaude, à l'air. L'appareil utilise des électrodes pour faire bouillir une réserve d'eau stérile, vaporisant ainsi de petites quantités d'eau dans l'air. Il est crucial de désinfecter régulièrement la réserve d'eau.
Utilisation de la VMC
Un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC) dans la cuisine et la salle de bain peut vous faire économiser de l'énergie et être plus efficace pour évacuer l'humidité que la simple ouverture de fenêtres.
Humidificateur d'air
Qu’est-ce que la thermochromie en climatisation ?
La thermochromie, ou thermochromisme, désigne la capacité de certains matériaux, comme le verre et les cristaux liquides, à changer de couleur en fonction de la température, grâce à la variation de leur longueur d’onde.
Applications de la thermochromie
La micro-encapsulation de colorants thermochromiques réactifs à la température permet d’obtenir des vitrages qui se teintent à mesure que la température extérieure augmente. Ce procédé peut être appliqué à divers matériaux tels que les encres d’imprimerie, les peintures et les matières plastiques, ajoutant ainsi une fonction thermochromique réversible.
Les microcapsules peuvent être calibrées pour réagir à une température spécifique, précise au degré près. Ce procédé est utilisé pour plusieurs applications, notamment :
- Indicateurs de gel sur les routes.
- Moyens de lutte contre la contrefaçon en imprimerie.
- Indicateurs de qualité sur les emballages alimentaires.
Utilisation dans la climatisation
Dans le domaine de la climatisation, les vitrages thermochromiques jouent un rôle important dans la réduction de la consommation énergétique. Ces vitrages deviennent opaques et s’assombrissent lorsque la température extérieure augmente, réduisant ainsi le flux de chaleur entre l’extérieur et l’intérieur. Cela permet de limiter l'utilisation de la climatisation, particulièrement dans les espaces tels que les vérandas.
Avantages du verre thermochromique
Un des grands avantages du verre thermochromique est qu'il ne consomme aucune énergie, agissant comme un "climatiseur" naturel. En s’assombrissant à haute température, il contribue de manière passive à la régulation thermique des bâtiments, minimisant ainsi la dépendance aux systèmes de climatisation traditionnels.
Le calcul psychrométrique
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.
Vous l’aurez compris, la psychrométrie est une science. Elle contient donc sa part belle de calculs complexes à variables.
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
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 concentre davantage sur la température et la pression que sur l’humidité, les deux sont essentiels dans le domaine de la climatisation.
Le diagramme de Carrier
Le diagramme de Carrier, également appelé diagramme de l’air humide (DAH), permet d’éviter des calculs complexes pour connaître les propriétés de l’air climatisé. Voici ses principales caractéristiques :
- Température sèche : Exprimée en degrés Celsius, elle se trouve sur un axe allant de -15 °C à 55 °C. Les lignes verticales, appelées isothermes, représentent des zones à température sèche constante.
- Humidité absolue : Représentée sur l’axe vertical, elle indique la quantité de vapeur d'eau contenue dans 1 kilogramme d’air sec, exprimée en kg de vapeur d’eau par kg d’air sec (kg/kgas), avec une plage de 0 g/kg à 30 g/kg.
- Humidité relative (hygrométrie) : Indiquée par une courbe, elle s’exprime en pourcentage.
Lorsque la température sèche augmente, la capacité de saturation de l’air augmente également. Connaître le point de rosée est crucial, car il permet de déterminer la température nécessaire de l’échangeur du climatiseur pour déshumidifier l’air.
Utilisation du diagramme psychrométrique
Les frigoristes utilisent le diagramme psychrométrique pour régler la climatisation et maintenir l’humidité de l’air à un niveau précis. Pour ce faire, il est nécessaire d’établir un diagnostic de l’air afin de quantifier les réglages et les paramètres.
Grâce à ce diagramme, il est possible de déterminer l’ensemble des propriétés de l’air humide en connaissant au moins deux de ses caractéristiques. Cela permet une gestion optimale des systèmes de climatisation et de déshumidification.
- 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
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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