Pour comprendre la climatisation, il faut comprendre le froid artificiel. Pour produire artificiellement du froid, on utilise du fluideréfrigérant ou gaz frigorigéne, dans un circuit de condensation.
Grâce à ces fluides, on est désormais capables de créer du froid, très largement en dessous de 0 degré.
Ce qui ne va pas sans un certain prix à payer pour la couche d'ozone en raison de l'utilisation de ces gaz à effet de serre...
Les bases du froid et de la climatisation
La chaleur est une énergie. Elle se transmet par contact entre les corps.
Elle ne peut pas être produite, ne peut pas être détruite, on peut seulement la convertir. La chaleur ne circule que dans un sens : du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Le refroidissement est donc obligatoirement une élimination de chaleur.
Pour refroidir un corps, il faut non pas comme on pourrait le croire, lui apporter du froid… mais lui enlever de la chaleur !
Le froid c’est l’absence totale de chaleur. On parle aussi de « zéro absolu » (ce qui correspond plus ou moins à -273 degrés Celsius.).
La thermodynamique pour produire du froid
Le test du doigt mouillé
Mouillez votre doigt et laissez-le à l’air libre.
Vous ressentirez immédiatement une sensation de fraîcheur sur le bout du doigt.
Pourquoi ? Parce que le liquide s’évapore au contact de la chaleur de votre corps, et que cette évaporation extrait de la chaleur de votre peau.
On appelle cela la thermodynamique : le transfert du froid vers le chaud ne peut se faire de manière spontanée. Seules une technologie, ou des réactions chimiques permettent ce transfert.
Le principe de « fabrication de froid » est donc le changement d’état, assuré par un refroidisseur.
Le rôle du fluide réfrigérant
Outre les composés mécaniques et physiques, il faut un principe chimique.
Dans le cas de la climatisation, il s’agit d’un fluide réfrigérant, c’est-à-dire un ensemble de composés chimiques condensés et comprimés dans un liquide appelé fluide frigorigène.
La base du cycle de réfrigération c’est donc un liquide qui est transformé en gaz.
Étape dans le circuit de climatisation | État du fluide frigorigène |
|---|---|
Entrée du compresseur | Vapeur basse pression |
Sortie du compresseur | Vapeur haute pression |
Entrée du condenseur | Vapeur haute pression > liquide haute pression |
Sortie du condenseur | Liquide haute pression |
Entrée du détendeur | Liquide haute pression |
Sortie du détendeur | Liquide basse pression |
Entrée de l'évaporateur | Liquide basse pression > vapeur basse pression |
Sortie de l'évaporateur | Vapeur basse pression |
Le circuit frigorifique
- 1Phase 1 du circuit de climatisation : la compression avec le compresseur
Le compresseur de climatisation « aspire » aspire le fluide frigorigène (basse pression)
Par compression mécanique, il va faire élever sa pression et donc sa température.
La différence de pression « injecte » le fluide dans le circuit frigorifique, à l’état gazeux.
Le gaz haute pression est dirigé vers le condenseur. - 2Phase 2 du circuit de climatisation : la condensation avec le condenseur
Le condenseur (ou échangeur) condense le gaz/vapeur chaud qui se mélange avec l’air et l’eau extérieurs.
La condensation crée une pression et température constante
Le gaz/vapeur se transforme en liquide par sous refroidissement - 3Phase 3 du circuit de climatisation : la détente avec le détendeur
Le liquide sous refroidi subit une brusque chute de pression au passage dans le détendeur.
Lors de ce passage, le détendeur gère le débit de fluide vers l’évaporateur. - 4Phase 4 du circuit de climatisation : l’évaporation avec l’évaporateur
Le liquide provenant du détendeur entre en ébullition dans l’évaporateur.
L’évaporateur absorbe la chaleur provenant de ce fluide extérieur et le fait passer de l’état de liquide à l’état de vapeur à nouveau.
Puis ce liquide retourne en circuit fermé vers le compresseur.Le cycle recommence…
Climatisation et gaz à effet de serre
Nous sommes face à un phénomène de « serpent qui se mord la queue ».
La climatisation produit des gaz à effet de serre > qui participent au réchauffement climatique > qui conduit à une augmentation de l’utilisation de la climatisation.
On cherche donc depuis des années à produire des systèmes de climatisation plus respectueux de l’environnement, avec des alternatives de climatisation écologique...
Les fluides frigorigènes utilisés en climatisation et de réfrigération sont réglementés par le décret n° 2015-1790 du 28 décembre 2015 relatif aux gaz à effet de serre.
Les fluides frigorigènes
Le terme générique de gaz climatisation (qu’il s’agisse de gaz clim mobile, gaz pour clim réversible, le gaz frigorifique contenu dans les frigos ou gaz réfrigérant clim électrique ou clim auto) désigne un fluide frigorigène ou réfrigérant utilisé dans le cycle frigorifique.
Quel gaz de climatisation utiliser ?
La contenance gaz climatisation d’un climatiseur standard est généralement entre 300 et 1500 grammes. Dans tous les cas, jamais plus de 2 kilos.
Lorsqu’on parle de gaz réfrigérant climatisation, on parle de plusieurs catégories de produit.
- Le fréon, qui est un gaz polluant trouvé essentiellement dans les vieux (très vieux) réfrigérateurs. Il est désormais interdit.
- Les chlorofluorocarbones (CFC) : gaz de type R11 ou R12, des gaz chimiques utilisés sous forme gazeuse ou liquide selon l’appareil. Ils sont interdits dans les appareils neufs.
- Les hydrochlorofluorocarbones (gaz HCFC) R22 ou R409, moins nocifs que le fréon, mais responsables cependant de l’effet de serre : leur déprogrammation progressive est échelonnée jusqu’à une interdiction totale pour 2030.
- Le gaz HFC R134a ou R404, qui ne contient pas de chlore et qui remplace les autres gaz frigo.
L’isobutane est un fluide réfrigérant moins connu, un gaz de pétrole liquéfié (GPL) utilisé comme gaz pour la climatisation gaz (thermique). - Les HFO ou hydrofluoro-oléfines sont des gaz de climatisation de 4e génération, moins nocifs pour l’atmosphère, mais inflammables et qui peuvent potentiellement émettre de l’acide fluorhydrique en cas d’incendie.
Dans tous les cas, la climatisation reste un dispositif peu respectueux de l’environnement, c’est la raison pour laquelle il n’est ni aidé par les primes de rénovation, ni encouragé par le gouvernement.
Règlement européen F-Gaz
En Europe, la réglementation F-Gaz (Règlement Européen n° 517/2014) entrée en vigueur le 1er janvier 2015 a pour objectif la déprogrammation progressive des gaz de climatisation HFC.
L’utilisation du R410A sera interdite à partir du 1er janvier 2025.
Liquide frigorigène ou gaz frigorigène ?
Fluide frigorigène ou gaz de climatisation, c’est la même chose ! Ils passent constamment de l’état liquide à l’état gazeux.
Le gaz de production de froid est utilisé sous forme liquide par le compresseur.
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Comment définir le confort thermique ?
Les facteurs qui déterminent le confort thermique sont :
- La température ambiante (ou de consigne), entre 19 °C et 22 °C.
- La température des parois : pour une température de paroi de 16 °C : la température ressentie sera de 18 °C.
- Le mode de chauffage : chauffage par convection, conduction ou rayonnement aura une incidence sur la stratification de la chaleur (l’air chaud remonte sous le plafond tandis que l’air froid reste au niveau du sol).
- La ventilation.
- Le taux d'humidité : idéalement entre 40 % et 60 %. Pour réguler au mieux l’humidité, il est nécessaire de mettre en place une ventilation mécanique contrôlée (VMC)
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