RÉALISATION DES INSTALLATIONS DE CLIMATISATION (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de :** - Analyser un cahier des charges d’une installation de climatisation et en extraire les exigences techniques (débit d’air, puissance frigorifique, niveaux sonores, contraintes d’encombrement). - Sélectionner les équipements appropriés (unité extérieure, unités intérieures, réseau de gaines, accessoires) en fonction des performances énergétiques (SEER, SCOP) et des normes camerounaises (NC CAM 01‑2020, NF EN 378). - Réaliser le schéma de principe, dimensionner les gaines et les débit d’air, puis établir le schéma électrique de puissance et de commande. - Mettre en œuvre l’installation sur chantier, effectuer les réglages de mise en service (équilibrage des débits, contrôle des pressions de condensation/évaporation, vérification du débit d’air neuf). - Diagnostiquer les dysfonctionnements les plus fréquents (fuites de réfrigérant, déséquilibrage d’air, défauts électriques), mettre en œuvre les procédures de contrôle et de réglage, et proposer un plan de maintenance préventive et corrective. - Rédiger un rapport d’intervention conforme aux attentes du maître d’ouvrage, incluant les relevés de mesures, les actions correctives et les recommandations. **Prérequis :** - Notions de base en thermodynamique appliquée (cycles de compression vapeur, propriétés du réfrigérant R‑410A ou R‑32). - Lecture de schémas électriques et hydrauliques, connaissance des symboles normalisés (NF EN 60617). - Utilisation des outils de mesure couramment présents en atelier (manomètres, débitmètres à tube Pitot, hygromètres, tournevis isolés). - Connaissance des règles de sécurité électrique (NF C 15‑100) et de manipulation des fluides frigorigènes (décret n° 2015‑1234 du MINTP). --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, la demande en climatisation confort augmente rapidement dans les secteurs tertiaire (bureaux, hôtels, centres commerciaux) et industriel (agro‑alimentaire, pharmaceutique). Les installations doivent répondre à des exigences de performance énergétique tout en respectant les contraintes climatiques locales (forte humidité, températures élevées pouvant dépasser 35 °C en saison sèche). Le programme officiel MINESEC/IGE pour la série F5 met l’accent sur deux activités complémentaires : l’**activité d’intégration N° 3**, qui conduit l’élève à concevoir et mettre en service une installation complète, et l’**activité de remédiation N° 3**, qui forme à diagnostiquer, corriger et maintenir ces systèmes. Ce chapitre traite ces deux activités de façon séquentielle, en s’appuyant sur des situations professionnelles réalistes (chantier d’un bâtiment administratif à Yaoundé, maintenance d’un système de climatisation dans une usine de transformation du cacao à Douala). --- ## I. Activité d’intégration N° 3 ### 1. Analyse du cahier des charges Le cahier des charges précise généralement : - **Débit d’air neuf** : 10 % du débit total de soufflage (ex. 500 m³/h pour une salle de 50 m²). - **Puissance frigorifique requise** : calculée par la méthode du bilan thermique (charge sensible + charge latente). - **Niveau sonore maximal** : ≤ 45 dB(A) en zone de travail. - **Contraintes d’encombrement** : unité extérieure installée sur le toit, gaines passant dans les faux plafonds. - **Normes applicables** : NC CAM 01‑2020 (efficacité énergétique), NF EN 378‑1 (sécurité des systèmes frigorifiques), NF EN 13779 (ventilation des locaux). > **>** La charge thermique sensible (Qs) se calcule par : > $$ Q_s = 1,2 \times V \times \Delta T $$ > où V est le débit d’air en m³/h, ΔT la différence de température entre air extérieur et air de consigne (°C), et 1,2 le facteur de conversion en W/(m³·h·°C). ### 2. Sélection des équipements Un tableau de sélection aide à comparer les unités extérieures selon leur SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) et leur puissance nominale. | Modèle extérieur | Puissance nominale (kW) | SEER | Niveau sonore (dB(A)) | Prix approximatif (FCFA) | |------------------|------------------------|------|-----------------------|--------------------------| | Daikin Altherma 3 | 12,0 | 5,2 | 48 | 1 200 000 | | Mitsubishi MXZ‑2C | 10,5 | 5,0 | 46 | 1 050 000 | | LG Dual Inverter | 11,0 | 5,4 | 47 | 1 100 000 | > **>** Le SEER définit le rapport entre la puissance frigorifique saisonnière et l’énergie électrique consommée ; plus il est élevé, plus l’installation est économe. Le choix se fait en fonction du compromis entre puissance nécessaire, efficacité énergétique et budget. Pour une charge calculée de 9,5 kW, on retiendra le modèle Mitsubishi MXZ‑2C (10,5 kW, SEER 5,0) afin de prévoir une marge de 10 % pour les variations de charge. ### 3. Schéma de principe et dimensionnement #### 3.1 Schéma de principe Le schéma comprend : - Unité extérieure (compresseur, condenseur, détendeur). - Deux unités intérieures type cassette (évaporateur, ventilateur). - Réseau de gaines métalliques isolées (diamètre 200 mm pour le réseau principal, 150 mm pour les dérivations). - Clapets de régulation d’air neuf et d’extraction. - Tableau électrique avec disjoncteur différentiel 30 mA, contacteur de puissance, thermostat d’ambiance. #### 3.2 Dimensionnement des gaines La vitesse d’air recommandée dans les gaines principales est de 6 m/s. Le débit total de soufflage (Q) est obtenu à partir de la puissance frigorifique : $$ Q = \frac{P_{frigo}}{1,2 \times \Delta T} $$ Avec Pfrigo = 9,5 kW et ΔT = 12 °C (extérieur 35 °C, consigne 23 °C) : $$ Q = \frac{9500}{1,2 \times 12} \approx 660 \text{ m³/h} $$ Le diamètre D nécessaire pour une vitesse V = 6 m/s est : $$ D = \sqrt{\frac{4Q}{\pi V \times 3600}} $$ Conversion du débit en m³/s : Q = 660/3600 ≈ 0,183 m³/s. $$ D = \sqrt{\frac{4 \times 0,183}{\pi \times 6}} \approx 0,197 \text{ m} \approx 200 \text{ mm} $$ > **>** On arrondit au diamètre commercial supérieur : 200 mm. #### 3.3 Schéma électrique - Alimentation triphasée 400 V, 50 Hz. - Section des conducteurs d’alimentation : 4 mm² cuivre (calculé selon I = P/(√3·U·cosφ) avec cosφ ≈ 0,85). - Protection : disjoncteur magnétothermique 20 A, différentiel 30 mA. ### 4. Mise en œuvre et mise en service | Étape | Action | Outils / Documents | Contrôle | |-------|--------|--------------------|----------| | 1 | Réception et vérification des équipements (conformité au bon de commande) | Liste de colisage, certificat de conformité | Vérification des références, état visuel | | 2 | Installation de l’unité extérieure sur support anti‑vibration | Niveau à bulle, clé dynamométrique | Vérification de l’horizontalité (tolérance ±2 mm) | | 3 | Pose des gaines et isolation (laine de roche 25 mm) | Cisailles, ruban aluminium, agrafeuse | Test d’étanchéité à la fumée (détecteur de fuite) | | 4 | Raccordement frigorifique (tuyaux cuivre, soudure à l’argon) | Chalumeau, détendeur, manomètres | Test de pression à 30 bar (azote) pendant 15 min | | 5 | Raccordement électrique (tableau, câblage) | Tournevis isolé, pince à dénuder | Continuité et isolement (mégaohmmètre > 1 MΩ) | | 6 | Évacuation de l’air et tirage au vide | Pompe à vide, manomètre à vide | Pression finale ≤ 5 Pa | | 7 | Charge de réfrigérant (R‑410A) selon la fiche technique | Balance électronique, manomètres de service | Masse de charge vérifiée (± 5 g) | | 8 | Mise sous tension et réglages initiaux | Télécommande, manomètres de service | Vérification des pressions de condensation (≈ 28 bar) et d’évaporation (≈ 8 bar) | | 9 | Équilibrage des débits d’air (anémomètre à hélice) | Anémomètre, registre de réglage | Débit de chaque diffuseur ± 5 % du valeur calculée | |10 | Essai de fonctionnement continu (30 min) | Enregistreur de données (température, humidité) | Stabilité de la température de consigne ± 0,5 °C, consommation relevée | > **>** Lors de la mise en service, le technicien doit toujours porter des gants isolés et des lunettes de protection lorsqu’il manipule le réfrigérant sous pression. --- ## II. Activité de remédiation N° 3 ### 1. Diagnostic des dysfonctionnements courants | Symptôme | Cause probable | Méthode de vérification | |----------|----------------|--------------------------| | Débit d’air insuffisant | Filtre encrassé, registre partiellement fermé, fuite de gaines | Mesure du débit à l’anémomètre, inspection visuelle du filtre, test de fumée aux jonctions | | Pression de condensation trop haute | Condenseur encrassé, débit d’air extérieur insuffisant, surcharge de réfrigérant | Nettoyage du condenseur, mesure du débit d’air extérieur, vérification de la charge | | Pression d’évaporation trop basse | Sous‑charge de réfrigérant, obstruction du détendeur, fuite sur le circuit basse pression | Recherche de fuite (détecteur électronique), contrôle de l’ouverture du détendeur, appoint de réfrigérant | | Bruits anormaux (cliquetis) | Détendeur partiellement ouvert, présence d’humidité dans le circuit, jeu excessif du compresseur | Vidange et séchage du circuit, contrôle du jeu axial du compresseur, réglage du détendeur | | Déclenchement fréquent du disjoncteur | Surcharge de courant, court‑circuit au niveau du compresseur, défaut d’isolement | Mesure du courant d’entrée, test d’isolement (mégaohmmètre), inspection visuelle des câbles | > **>** Un débit d’air inférieur à 80 % du débit nominal entraîne une augmentation de la température de condensation de l’ordre de 2 °C pour chaque 10 % de déficit. ### 2. Procédures de contrôle et de réglage 1. **Vérification du débit d’air** : placer l’anémomètre à la grille de reprise, lire la vitesse moyenne, calculer le débit (Q = V × S). Ajuster les registres jusqu’à obtenir le débit de consigne. 2. **Contrôle des pressions** : connecter les manomètres de service aux prises haute et basse pression. Comparer avec les valeurs du tableau de pression en fonction de la température de condensation/évaporation (ex. à 35 °C extérieur, Pcond ≈ 28 bar, Pevap ≈ 8 bar). 3. **Mesure de la température de soufflage** : placer une sonde PT100 dans le flux d’air après la batterie froide, vérifier que ΔT (air entrant – air soufflé) correspond à la capacité nominale (≈ 12 °C pour 9,5 kW). 4. **Test de consommation électrique** : utiliser un wattmètre sur l’alimentation triphasée, relever la puissance active (P) et le facteur de puissance (cosφ). Comparer avec la valeur nominale (ex. Pnom ≈ 3,2 kW, cosφ ≈ 0,85). 5. **Vérification de l’étanchéité du circuit frigorifique** : appliquer un détecteur de fuite électronique aux soudures et aux raccords ; toute lecture > 5 ppm indique une fuite à colmater. ### 3. Maintenance préventive et corrective | Périodicité | Action | Responsable | |-------------|--------|-------------| | Mensuelle | Nettoyage des filtres à air (aspiration ou lavage) | Technicien de maintenance | | Trimestrielle | Contrôle de l’état des courroies et des ventilateurs (jeu, usure) | Technicien de maintenance | | Semestrielle | Nettoyage du condenseur (jet d’eau basse pression, brosse souple) | Technicien de maintenance | | Annuelle | Vérification de la charge de réfrigérant, appoint si nécessaire ; test d’isolement électrique ; mise à jour du carnet d’intervention | Chef d’équipe maintenance | | Selon besoin | Remplacement d’un composant défectueux (compresseur, détendeur, carte électronique) après diagnostic | Technicien spécialisé | > **>** La maintenance préventive réduit de 30 % le risque de panne majeure sur une installation de climatisation de taille moyenne (source : rapport MINTP 2022). ### 4. Rédaction du rapport d’intervention Le rapport doit contenir : - **En‑tête** : référence du chantier, date, nom du technicien, numéro d’ordre de service. - **Objet** : description succincte de la prestation (ex. « Recherche et réparation de fuite de réfrigérant sur unité intérieure cassette »). - **Observations** : relevés de pressions, températures, débits, résultats des tests de fuite, état des filtres. - **Actions réalisées** : liste chronologique des interventions (ex. « Récupération du réfrigérant, soudure de la fuite à l’argon, tirage au vide à 5 Pa, charge de 1,2 kg de R‑410A »). - **Résultats** : valeurs après intervention (pressions, températures, consommation) comparées aux normes. - **Recommandations** : actions de prévention à planifier (ex. « Nettoyage du condenseur tous les 6 mois, contrôle du débit d’air mensuel »). - **Signature** : technicien et responsable hiérarchique. > **>** Un rapport d’intervention bien structuré facilite le suivi de la garantie constructeur et la planification des budgets de maintenance. --- ## Synthèse du chapitre - Analyse du cahier des charges : déterminer débit d’air neuf, puissance frigorifique, niveau sonore, contraintes d’encombrement. - Sélection des équipements : comparer SEER, puissance nominale, niveau sonore ; choisir une unité extérieure avec marge de 10 %. - Dimensionnement des gaines : Q = Pfrigo/(1,2·ΔT) ; D = √(4Q/(π·V·3600)) ; appliquer V ≈ 6 m/s. - Schéma de principe : unité extérieure, deux unités intérieures cassette, réseau de gaines isolées, tableau électrique avec protection différentielle. - Mise en œuvre : réception, pose, isolation, raccordement frigorifique (soudure à l’argon), tirage au vide, charge de réfrigérant, réglages de mise en service (pressions, débits, consommation). - Diagnostic des dysfonctionnements : filtres, registre, fuite, condenseur encrassé, sous/sur‑charge, défaut électrique. - Procédures de contrôle : mesure débit (anémomètre), pressions (manomètres), température de soufflage, consommation (wattmètre), étanchéité (détecteur de fuite). - Maintenance préventive : nettoyage filtres mensuel, contrôle ventilateurs trimestriel, nettoyage condenseur semestriel, vérification charge annuelle. - Rédaction du rapport d’intervention : en‑tête, objet, observations, actions, résultats, recommandations, signature. --- ## Glossaire - **SEER** : Seasonal Energy Efficiency Ratio, rapport entre la puissance frigorifique saisonnière et l’énergie électrique consommée. - **SCOP** : Seasonal Coefficient of Performance, équivalent du SEER pour le mode chauffage. - **Débit d’air neuf** : proportion d’air extérieur introduit dans le système pour assurer la qualité de l’air intérieur (souvent 10 % du débit total). - **Tirage au vide** : opération consistant à réduire la pression dans le circuit frigorifique à quelques pascals pour éliminer l’air et l’humidité avant la charge de réfrigérant. - **Detendeur** : dispositif qui détend le réfrigérant à haute pression, provoquant son évaporation et l’absorption de chaleur. - **Manomètre de service** : instrument permettant de mesurer les pressions de haute et basse pression d’un circuit frigorifique. - **Disjoncteur différentiel** : dispositif de protection qui coupe l’alimentation en cas de courant de fuite supérieur à un seuil (généralement 30 mA). - **Clapet de régulation d’air neuf** : dispositif permettant d’ajuster le débit d’air extérieur introduit dans le système de climatisation. --- ## Exercices d’application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement d’une installation de climatisation **Données** : - Salle de réunion de 40 m², hauteur sous plafond 2,8 m. - Charge sensible estimée : 80 W/m². - Charge latente estimée : 30 W/m². - Température extérieure maximale : 36 °C. - Température de consigne intérieure : 24 °C. - Débit d’air neuf requis : 10 % du débit total de soufflage. **Demande** : 1. Calculer la puissance frigorifique totale nécessaire. 2. Déterminer le débit total de soufflage (en m³/h). 3. Calculer le diamètre de la gaine principale (en mm) pour une vitesse d’air de 6 m/s. **Corrigé** : 1. **Puissance frigorifique** : - Charge sensible : 80 W/m² × 40 m² = 3 200 W. - Charge latente : 30 W/m² × 40 m² = 1 200 W. - Puissance totale = 3 200 W + 1 200 W = **4 400 W** (≈ 4,4 kW). 2. **Débit total de soufflage** : Utilisons la formule de la charge sensible (car le débit d’air sert principalement à évacuer la chaleur sensible) : $$ Q = \frac{P_s}{1,2 \times \Delta T} $$ où \(P_s = 3 200 W\) et \(\Delta T = T_{ext} - T_{consigne} = 36 - 24 = 12 °C\). $$ Q = \frac{3200}{1,2 \times 12} = \frac{3200}{14,4} \approx 222,2 \text{ m³/h} $$ Débit d’air neuf = 10 % de Q = 22,2 m³/h. Débit total de soufflage = Q + débit neuf = 222,2 + 22,2 ≈ **244 m³/h** (on arrondit à 250 m³/h pour prévoir une marge). 3. **Diamètre de la gaine principale** : Convertir le débit en m³/s : \(Q = 250/3600 ≈ 0,0694 m³/s\). Formule : $$ D = \sqrt{\frac{4Q}{\pi V}} $$ avec \(V = 6 m/s\). $$ D = \sqrt{\frac{4 \times 0,0694}{\pi \times 6}} = \sqrt{\frac{0,2776}{18,8496}} = \sqrt{0,01473} ≈ 0,121 m = 121 mm $$ On choisit le diamètre commercial supérieur : **125 mm** (ou 130 mm selon les normes locales). --- ### Exercice 2 – Recherche de fuite et appoint de réfrigérant **Données** : - Une unité intérieure cassette présente une pression d’évaporation de 5,5 au lieu de 8 bar (à 24 °C de consigne). - La température de condensation mesure 28 bar (valeur normale). - Le débit d’air soufflé est conforme au débit nominal. - Le technicien soupçonne une fuite sur le circuit basse pression. **Demande** : 1. Décrire la procédure de localisation de la fuite. 2. Calculer la quantité de réfrigérant à ajouter si la fuite a entraîné une perte de 15 % de la charge initiale (charge nominale = 1,2 kg de R‑410A). 3. Indiquer les vérifications à effectuer après l’appoint. **Corrigé** : 1. **Procédure de localisation** : - Fermer l’alimentation électrique de l’unité. - Purger le circuit basse pression avec de l’azote à 2 bar pour évacuer le réfrigérant restant. - Appliquer un détecteur de fuite électronique (type corona ou infrarouge) sur toutes les soudures, les raccords à flare et les joints du détendeur, du filtre‑sécheur et du compresseur. - Marquer les zones où l’appareil signale une concentration > 5 ppm. - Réparer par ressoudure à l’argon ou remplacement du composant défectueux. - Effectuer un tirage au vide à ≤ 5 pm (5 Pa) pendant 15 min pour éliminer l’air et l’humidité. 2. **Quantité de réfrigérant à ajouter** : - Perte = 15 % de 1,2 kg = 0,18 kg. - Quantité à ajouter = **0,18 kg** de R‑410A (en respectant la procédure de charge en phase liquide, en pesant avec une balance de précision ± 5 g). 3. **Vérifications après appoint** : - Effectuer un tirage au vide à ≤ 5 Pa, puis vérifier la stabilité du vide (pas de remontée de pression > 0,5 Pa/min). - Charger lentement le réfrigérant en phase liquide jusqu’à atteindre la masse nominale (1,2 kg). - Faire fonctionner l’installation 10 min, puis relever les pressions : - Haute pression : doit être comprise entre 26 et 30 bar (en fonction de la température extérieure). - Basse pression : doit être comprise entre 7 et 9 bar (à 24 °C de consigne). - Vérifier le débit d’air soufflé avec un anémomètre (doit être dans ± 5 % du débit nominal). - Contrôler la consommation électrique (doit être proche de la valeur nominale, ex. 3,2 kW pour cette unité). - S’assurer qu’aucune alarme de défaut ne apparaît sur le tableau de commande. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de sécurité / bonne pratique | |----|------------------|-------------|------------------------------------| | 1 | Oublier de fermer l’alimentation électrique avant d’intervenir sur le circuit frigorifique. | Risque de choc électrique, déclenchement du disjoncteur, endommagement du compresseur. | Toujours couper l’alimentation au disjoncteur principal et vérifier l’absence de tension avec un voltmètre avant toute manipulation. | | 2 | Utiliser une clé à molette pour serrer un raccord à flare au lieu d’une clé dynamométrique réglée au couple prescrit. | Fuite de réfrigérant, détérioration du filetage, risque de projection de gaz sous pression. | Appliquer le couple de serrage indiqué par le fabricant (ex. 18 Nm pour un flare ½‑pouce) à l’aide d’une clé dynamométrique calibrée. | | 3 | Négliger le tirage au vide après une ouverture du circuit (remplacement d’un composant). | Présence d’air et d’humidité → augmentation de la pression de condensation, réduction de l’efficacité, corrosion interne. | Effectuer un tirage au vide à ≤ 5 Pa pendant au moins 10 min, vérifier la stabilité du vide avant la charge de réfrigérant. | | 4 | Charger le réfrigérant en phase gazeuse au lieu de liquide. | Sous‑charge, formation de bulles, mauvais retour d’huile au compresseur, risque de casse mécanique. | Charger toujours en phase liquide (bouteille placée à l’envers ou utilisation d’un dispositif de charge liquide) et peser la quantité avec une balance de précision. | | 5 | Ne pas porter de gants isolés et de lunettes de protection lors de la manipulation du réfrigérant sous pression. | Brûlures par gaz froid, lésions oculaires, intoxication par inhalation. | Équipement de protection individuelle (EPI) obligatoire : gants nitrile isolés, lunettes de sécurité, masque à cartouche si travail en espace confiné. | | 6 | Ignorer la vérification du débit d’air après réglage des registres. | Déséquilibrage des zones, sur‑ ou sous‑refroidissement, consommation énergétique accrue. | Mesurer le débit à chaque diffuseur avec un anémomètre à hélice ou un débitmètre à tube Pitot, ajuster jusqu’à atteindre ± 5 % du débit nominal. | --- *Fin du cours.*