CONDITIONNEMENT D'AIR (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Définir la climatisation et distinguer ses différents types (centralisée, split, fenêtre, mobile). - Expliquer le principe du cycle de réfrigération à compression vapeur et identifier les composants essentiels (compresseur, condenseur, détendeur, évaporateur). - Réaliser le bilan thermique d’un local afin de déterminer la puissance frigorifique nécessaire. - Sélectionner, installer et mettre en service une unité de climatisation en respectant les normes de sécurité électrique et les bonnes pratiques d’étanchéité des fluides frigorigènes. - Effectuer les opérations d’intégration (mise en réseau, réglage des paramètres de confort) et de remédiation (diagnostic de pannes courantes, entretien préventif). - Rédiger un compte‑rendu d’intervention conforme aux exigences du référentiel professionnel. **Prérequis** : - Notions de thermodynamique de base (première et deuxième loi, changements d’état, chaleur latente et sensible). - Connaissances en électricité industrielle (tension monophasée/triphasée, protection différentielle, schéma de câblage). - Lecture de schémas hydrauliques et frigorifiques. - Utilisation des outils de mesure (manomètre, thermomètre à sonde, multimètre, hygromètre). --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, la demande en confort thermique croît rapidement dans les secteurs tertiaire (bureaux, hôtels, centres commerciaux) et industriel (agroalimentaire, pharmaceutique). Les variations climatiques, notamment la forte humidité relative pendant la saison des pluies, rendent la climatisation indispensable pour garantir la productivité, la préservation des marchandises et le bien‑être des occupants. Le référentiel MINESEC/IGE insiste sur une approche par compétences : l’élève doit non seulement connaître le fonctionnement théorique d’un système de climatisation, mais aussi être capable de le mettre en œuvre, de l’entretenir et de diagnostiquer les dysfonctionnements sur le terrain. Ce chapitre aborde donc la climatisation (Leçon 12) puis les activités d’intégration et de remédiation qui permettent de passer de la connaissance à la pratique professionnelle. --- ## I. Climatisation ### A. Définition et classification > **Climatisation** : procédé visant à maintenir, dans un espace clos, des conditions de température, d’humidité relative, de qualité de l’air et de mouvement d’air conformes à un niveau de confort ou à des exigences de procédé. Les systèmes se classent selon le mode de diffusion du fluide caloporteur : | Type | Description | Application typique au Cameroun | |------|-------------|---------------------------------| | Centrale | Unité de production installée en salle technique, distribution par réseau de gaines d’air ou d’eau glacée | Grands hôtels, centres commerciaux, hôpitaux | | Split (mono‑ ou multi‑split) | Compresseur extérieur relié à une ou plusieurs unités intérieures par liaisons frigorifiques | Bureaux, chambres d’hôtel, boutiques | | Fenêtre | Monobloc installé dans une ouverture de mur | Petits logements, ateliers | | Mobile | Unité sur roulettes, évacuation par flexible d’aération | Chantiers temporaires, salles de réunion | ### B. Principe du cycle de réfrigération à compression vapeur Le cycle comporte quatre étapes principales : 1. **Compression** : le fluide frigorigène gazeux à basse pression est comprimé par le compresseur, augmentant sa pression et sa température. 2. **Condensation** : le gaz chaud et à haute pression cède sa chaleur au fluide secondaire (air ou eau) dans le condenseur, se condensant en liquide. 3. **Détente** : le liquide passe à travers un détendeur (ou valve d’expansion) où sa pression chute brusquement, provoquant une baisse de température et une partie de vaporisation. 4. **Évaporation** : le mélange liquide‑vapeur à basse pression absorbe la chaleur du local à climatiser dans l’évaporateur, se vaporisant complètement avant d’être renvoyé au compresseur. > **Formule de puissance frigorifique** : > \[ > \dot Q_{f} = \dot m \cdot (h_{1} - h_{4}) > \] > où \(\dot m\) est le débit massique du fluide frigorigène (kg s⁻¹), \(h_{1}\) l’enthalpie à la sortie de l’évaporateur (vapeur surchauffée) et \(h_{4}\) l’enthalpie à la sortie du condenseur (liquide) avant le détendeur (kJ kg⁻¹). ### C. Bilan thermique d’un local La puissance frigorifique nécessaire s’obtient en sommant les charges sensibles et latentes : \[ \dot Q_{tot}= \dot Q_{sens}+ \dot Q_{lat} \] - **Charge sensible** : \(\dot Q_{sens}= \dot V \cdot \rho_{air} \cdot c_{p,air} \cdot \Delta T\) (\(\dot V\) débit d’air de renouvellement en m³ s⁻¹, \(\rho_{air}\) densité de l’air ≈ 1,2 kg m⁻³, \(c_{p,air}\) ≈ 1,005 kJ kg⁻¹ K⁻¹, \(\Delta T\) différence entre température de consigne et température extérieure). - **Charge latente** : \(\dot Q_{lat}= \dot V \cdot \rho_{air} \cdot h_{fg} \cdot \Delta W\) (\(h_{fg}\) chaleur latente de vaporisation de l’eau ≈ 2500 kJ kg⁻¹, \(\Delta W\) différence de taux d’humidité absolue en kg kg⁻¹). #### Exemple chiffré (bureau de 50 m², hauteur 2,8 m) - Volume : \(V = 50 \times 2,8 = 140\) m³ - Renouvellement d’air : 0,5 vol/h → \(\dot V = 140 \times 0,5 / 3600 = 0,0194\) m³ s⁻¹ - Température extérieure : 32 °C, consigne : 24 °C → \(\Delta T = 8\) K - Humidité extérieure : 18 g kg⁻¹, consigne : 12 g kg⁻¹ → \(\Delta W = 0,006\) kg kg⁻¹ \[ \dot Q_{sens}=0,0194 \times 1,2 \times 1,005 \times 8 = 0,187 \text{ kW} \] \[ \dot Q_{lat}=0,0194 \times 1,2 \times 2500 \times 0,006 = 0,350 \text{ kW} \] \[ \dot Q_{tot}=0,537 \text{ kW} \approx 0,55 \text{ kW} \] On choisira une unité split de 0,6 kW (≈ 2 000 BTU/h) avec marge de sécurité de 10 %. ### D. Composants et normes de sécurité - **Compresseur** : doit être protégé par un disjoncteur thermique et un relais de surcharge. - **Condenseur** : nécessite un dégagement d’air d’au moins 600 mm autour du bloc extérieur (norme NF EN 378). - **Évaporateur** : les gaines d’air doivent être étanches à la pression (test à 1,5 × pression de service). - **Fluide frigorigène** : utilisation de fluides à faible PRP (ex. R‑410A, R‑32) conformément au règlement camerounais sur les substances appauvrissant la couche d’ozone (arrêté n° 2005/012/MINEPAT). - **Électricité** : câblage en conformité avec la NF C 15‑100, protection différentielle 30 mA obligatoire pour les unités monophasées. > **Règle de sécurité** : intervenir uniquement après mise à la terre et coupure de l’alimentation ; vérifier l’absence de tension avec un multimètre avant toute manipulation. ### E. Mise en service et réglages 1. Vérifier la charge de fluide (manomètres haute/basse pression). 2. Effectuer le tirage à vide (pompe à vide) jusqu’à atteindre ≤ 500 µm de Hg. 3. Ouvrir les vannes de service, laisser le système se stabiliser 15 min. 4. Mesurer la température de soufflage et ajuster le débit d’air via le registre ou la vitesse du ventilateur. 5. Noter les paramètres de consigne (température, humidité) sur la fiche de mise en service. --- ## II. Activités d’intégration ### A. Objectif de l’intégration L’intégration consiste à raccorder l’unité de climatisation au réseau électrique, au réseau d’aération et, le cas échéant, au système de gestion technique du bâtiment (GTB). Elle permet d’assurer le fonctionnement automatique conforme aux consignes de confort et d’efficacité énergétique. ### B. Étapes d’intégration | Étape | Action | Vérification | |-------|--------|--------------| | 1 | Raccordement électrique (câble d’alimentation, disjoncteur, contacteur) | Continuité, résistance d’isolement > 1 MΩ | | 2 | Raccordement frigorifique (tuyaux cuivre, soudure à l’azote) | Étanchéité à l’helium (détection < 5 g/an) | | 3 | Raccordement aéraulique (gaines, bouches d’insufflation/extraction) | Débit mesuré avec anémomètre (± 5 %) | | 4 | Configuration du thermostat ou de la GTB (consigne, plage de modulation) | Lecture correcte sur l’affichage | | 5 | Essai de marche‑arrêt (cycle complet) | Aucun code défaut, température de soufflage stable | > **Point clé** : le tirage à vide doit être réalisé avant toute ouverture du circuit frigorifique afin d’éviter l’humidité et l’air qui dégradent le compresseur. ### C. Exemple d’intégration en milieu professionnel Dans un hôtel de Yaoundé, l’équipe technique installe quatre splits muraux dans les chambres. Après le tirage à vide, elle raccorde chaque unité à un tableau dédié protégé par un disjoncteur 20 A courbe C. Les gaines d’insufflation sont reliées à un plenum central équipé d’un registre à clapet motorisé, commandé par un thermostat programmable. La GTB enregistre les consommations et déclenche un mode économique lorsqu’un taux d’occupation inférieur à 30 % est détecté. ### D. Documents à produire - Schéma unifilaire électrique. - Schéma frigorifique (ISO 10292). - Procédé de mise en service (check‑list signé). - Fiche de relevé des paramètres de fonctionnement (température, pression, consommation). --- ## III. Activités de remédiation ### A. Définition > **Remédiation** : ensemble d’actions de diagnostic, de réparation et d’entretien préventif visant à rétablir le fonctionnement nominal d’un système de climatisation après une panne ou une dégradation de performance. ### B. Pannes fréquentes et procédés de diagnostic | Symptôme | Cause probable | Test de diagnostic | Action corrective | |----------|----------------|--------------------|-------------------| | Aucun souffle d’air froid | Compresseur ne démarre | Vérifier tension d’alimentation, relais de surcharge | Remplacer relais ou compresseur | | Souffle d’air tiède | Niveau de fluide insuffisant | Manomètres basse pression < 2,0 bar (gaz R‑410A) | Rechercher fuite, réparer, recharger | | Givre sur l’évaporateur | Débit d’air réduit (filtre encrassé) | Mesure ΔT entrée‑sortie évaporateur > 15 °C | Nettoyer ou remplacer filtre, vérifier ventilateur | | Bruits anormaux (cliquetis) | Détendeur partiellement bloqué | Écoute au stéthoscope mécanique, variation de pression | Remplacer détendeur | | Odeur de brûlé | Surchauffe du moteur du ventilateur | Mesure température enveloppe moteur > 80 °C | Lubrifier ou remplacer moteur, vérifier alimentation | > **Règle de sécurité** : lors de la recherche de fuite, utiliser un détecteur électronique à infrarouge ou une lampe UV avec traceur ; ne jamais utiliser de flamme nue à proximité de fluides frigorigènes inflammables (ex. R‑32). ### C. Entretien préventif (plan de maintenance) | Périodicité | Tâche | Responsable | |-------------|-------|-------------| | Mensuel | Nettoyage des filtres à air, contrôle du débit d’air | Technicien de maintenance | | Trimestriel | Vérification des pressions haute/basse, contrôle du tirage à vide | Chef d’équipe | | Semestriel | Contrôle de l’étanchéité des raccords frigorifiques (test à l’helium) | Technicien habilité | | Annuel | Révision complète du compresseur (huile, joints), mise à jour du logiciel GTB | Ingénieur frigoriste | ### D. Exercice de remédiation (situation professionnelle) **Scénario** : Dans un bureau administratif de Douala, l’unité split de 1,5 kW ne produit plus de froid. Le technicien relève une pression basse de 1,5 bar et une pression haute de 12,0 bar. **Corrigé** : 1. Identifier la cause : pression basse anormalement faible → fuite de fluide ou obstruction du détendeur. 2. Effectuer un test à l’helium sur les raccords : aucune fuite détectée. 3. Vérifier le détendeur : en le démontant, on observe un dépôt de particules provenant du filtre à huile du compresseur. 4. Action : remplacer le détendeur, nettoyer le filtre à huile, recharger le circuit avec 0,45 kg de R‑410A (charge nominale 0,5 kg, marge –10 %). 5. Remettre en service, vérifier les pressions (BP = 2,5 bar, HP = 13,5 bar) et la température de soufflage (18 °C). Le système retrouve son rendement nominal. --- ## Synthèse du chapitre - **Climatisation** : procédé de contrôle de température, d’humidité, de qualité d’air et de mouvement d’air ; cycle de compression vapeur (compresseur → condenseur → détendeur → évaporateur). - **Puissance frigorifique** : \(\dot Q_f = \dot m (h_1 - h_4)\) ; bilan thermique = charge sensible + charge latente. - **Types d’unités** : centrale, split, fenêtre, mobile ; choix selon volume, charge et contraintes d’installation. - **Intégration** : raccordement électrique, frigorifique et aéraulique ; configuration du thermostat/GTB ; essais de marche‑arrêt. - **Remédiation** : diagnostic des pannes (absence de froid, air tiède, givre, bruits, odeur) ; entretien préventif (filtres, pressions, étanchéité, compresseur). - **Sécurité** : coupure d’alimentation, tirage à vide, détecteurs de fuite, protection différentielle, respect des normes NF EN 378, NF C 15‑100 et réglementation camerounaise sur les fluides frigorigènes. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **Climatisation** | Procédé visant à maintenir dans un espace clos des conditions de température, d’humidité, de qualité d’air et de mouvement d’air conformes à un niveau de confort ou à des exigences de procédé. | | **Cycle de réfrigération à compression vapeur** | Succession de quatre étapes (compression, condensation, détente, évaporation) permettant le transfert de chaleur d’un espace froid vers un espace chaud. | | **Charge sensible** | Partie de la charge thermique due à la variation de température de l’air (sans changement d’état de l’eau). | | **Charge latente** | Partie de la charge thermique liée à la variation de la teneur en eau de l’air (condensation ou évaporation). | | **Tirage à vide** | Opération consistant à éliminer l’air et l’humidité du circuit frigorifique à l’aide d’une pompe à vide avant la mise en charge. | | **Detendeur** | Dispositif qui réduit brusquement la pression du fluide frigorigène, provoquant une baisse de température et une vaporisation partielle. | | **PRP (Potentiel de Réchauffement Planétaire)** | Indicateur mesurant l’impact d’un gaz sur le réchauffement climatique relatif au CO₂ sur une période de 100 ans. | | **GTB (Gestion Technique du Bâtiment)** | Système informatisé permettant la supervision, le contrôle et l’optimisation des équipements techniques d’un bâtiment (chauffage, ventilation, climatisation, éclairage). | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement d’une unité split **Données** : Salle de réunion de 30 m², hauteur 2,7 m, renouvellement d’air 0,4 vol/h, température extérieure 34 °C, consigne 22 °C, humidité extérieure 20 g kg⁻¹, consigne 12 g kg⁻¹. **Demande** : Calculer la puissance frigorifique nécessaire et proposer une unité commerciale adaptée. **Corrigé** 1. Volume : \(V = 30 \times 2,7 = 81\) m³. 2. Débit d’air : \(\dot V = 81 \times 0,4 / 3600 = 0,009\) m³ s⁻¹. 3. \(\Delta T = 34-22 = 12\) K. 4. \(\Delta W = (20-12)/1000 = 0,008\) kg kg⁻¹. 5. Charge sensible : \(0,009 \times 1,2 \times 1,005 \times 12 = 0,130\) kW. 6. Charge latente : \(0,009 \times 1,2 \times 2500 \times 0,008 = 0,216\) kW. 7. Puissance totale : \(0,346\) kW ≈ 0,35 kW. On choisira une unité split de 0,4 kW (≈ 1 400 BTU/h) avec marge de 15 %. ### Exercice 2 – Recherche de fuite **Données** : Unité split de 2 kW montre une pression basse de 1,5 bar (normale 3,0 bar) et une pression haute de 12,0 bar (normale 12,5 bar). Aucun givre observé. **Demande** : Décrire la procédure de localisation de la fuite et indiquer la mesure corrective. **Corrigé** 1. Vérifier l’étanchéité des raccords à l’aide d’un détecteur d’helium : passer la sonde sur chaque soudure, chaque raccord à flare et chaque vanne de service. 2. Si aucune fuite détectée, contrôler le détendeur : le démonter et inspecter l’orifice pour obstruction ou usure. 3. Dans ce scénario, la pression basse très faible indique une fuite importante ; on suppose une fuite au niveau du raccord du tuyau d’aspiration du compresseur. 4. Réparer la fuite (resserrer ou remplacer le raccord), refaire le tirage à vide jusqu’à ≤ 500 µm de Hg, puis recharger avec la quantité de fluide spécifiée sur la plaque signalétique (ex. 0,6 kg de R‑410A). 5. Remettre en service et confirmer que les pressions reviennent aux valeurs normales (BP ≈ 3,0 bar, HP ≈ 12,5 bar). --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |------------------|-------------|--------------------------------------| | Oublier le tirage à vide avant la mise en charge | Présence d’humidité → corrosion du compresseur, perte d’efficacité | Toujours réaliser le tirage à vide et vérifier le niveau de vide (< 500 µm Hg) avant d’ouvrir les vannes de service. | | Utiliser une clé à molette sur un raccord à flare | Déformation du cône, fuite de fluide | Utiliser exclusivement une clé à cliquet adaptée au diamètre du tuyau ; appliquer le couple de serrage indiqué par le constructeur (souvent 20‑25 Nm). | | Nétoyer le filtre à air avec un solvant inflammable | Risque d’incendie ou de détérioration du média filtrant | Nettoyer les filtres uniquement à l’aspirateur ou à l’eau savonneuse ; laisser sécher complètement avant remontage. | | Brancher l’unité sur une prise non protégée par un différentiel 30 mA | Risque de choc électrique en cas de défaut d’isolement | Installer un disjoncteur différentiel 30 mA en tête de circuit dédié à la climatisation. | | Ignorer les consignes de débit d’air minimal du constructeur | Givre sur l’évaporateur, surcharge du compresseur | Respecter le débit d’air minimal spécifié (souvent indiqué en m³/h sur la plaque signalétique) ; vérifier avec un anémomètre après installation. | | Réchauffer le circuit avec une flamme pour détecter une fuite | Décomposition du fluide frigorigène, production de gaz toxiques | Utiliser uniquement un détecteur électronique à infrarouge ou une lampe UV avec traceur autorisé ; jamais de flamme nue à proximité du circuit. | --- *Fin du cours.*