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Que sont les climatiseurs passifs, comment ils fonctionnent

Avec l’arrivée des étés chauds, le problème de la climatisation se pose inévitablement. Bien que pas dans toutes les régions, l’air chaud vicié reste un problème très réel dans de très nombreuses régions, ce qui peut causer des problèmes à la maison ou au bureau. Pour le résoudre, vous pouvez acheter un climatiseur conventionnel, également appelé système split. Mais ils sont assez chers à eux seuls, et ils consomment également beaucoup d’électricité, ce qui affecte les coûts. L’utilisation de climatiseurs conventionnels n’est pas toujours conseillée et justifiée, il est parfois beaucoup plus rentable d’installer un climatiseur de refroidissement passif dans la maison. Dans cet article, nous allons vous révéler ce que sont les climatiseurs passifs et comment ils fonctionnent..

En quoi consiste un climatiseur passif

La climatisation peut être réalisée de différentes manières. Et nous sommes habitués au fait que le climatiseur est une chose tellement oblongue qui est suspendue au plafond. De l’air froid en sort et à l’extérieur du mur de la maison se trouve une boîte avec un ventilateur d’où s’égoutte la condensation. Les climatiseurs passifs sont donc agencés d’une manière complètement différente..

L’option la plus simple et la moins chère pour aménager un climatiseur passif comprend les éléments suivants :

  • Circuit géothermique (forage dans le sol).
  • Ventilo-convecteur.
  • Pompe de circulation.
  • Liquide de refroidissement dans le circuit.

Un tel système est capable d’abaisser la température ambiante de 4 à 6 °C et a une capacité de 1 à 2 kW. Un indicateur de 2 kW ou plus est généralement indiqué par les fabricants de systèmes, mais en fait, cela dépend beaucoup de la région, de la structure du sol et de la température générale de la région, à la fois de l’air et du sol. Mais vous pouvez compter en toute sécurité sur 1 kW de puissance.

Si la capacité d’un tel système est insuffisante, une pompe à chaleur lui est ajoutée. Une telle unité est chère et prend beaucoup de temps à payer. Mais si vous créez initialement un système de chauffage et de climatisation basé sur une pompe à chaleur avec un circuit géothermique, cela s’avère assez rentable. Il n’est pas rentable d’utiliser une pompe à chaleur uniquement pour le rafraîchissement de l’air en été. Veuillez noter que ce n’est pas rentable, non pas parce que les coûts d’électricité et autres sont élevés, mais parce que le coût initial de la pompe à chaleur est très élevé..

Examinons donc plus en détail les éléments d’un climatiseur passif..

Circuit géothermique et puits

Circuit géothermique et puits

Un contour géothermique est un forage vertical dans le sol. Plus le puits est profond, plus l’énergie calorifique peut en être extraite. Par exemple, un puits de 40 m de profondeur peut fournir 2 kW de puissance, presque comme un système split.

Un réservoir de tuyaux en plastique en forme de U est descendu dans le puits. D’autres tuyaux peuvent être utilisés, mais le plastique est considéré comme le plus optimal. Ils sont bon marché et les performances sont assez bonnes pour que le collectionneur dure 50 ans..

Le tuyau est rempli de liquide qui circule dans le système. On l’appelle aussi réfrigérant. Les pompes à chaleur conventionnelles utilisent un réfrigérant spécial antigel, mais les climatiseurs passifs peuvent utiliser de l’eau ordinaire. Il y a donc moins de frais d’exploitation et de remboursement des pertes accidentelles.

Important! Veuillez noter que si une pompe à chaleur est utilisée, un liquide spécial doit alors circuler en tant que caloporteur – un réfrigérant..

Habituellement, c’est le coût élevé du forage qui arrête les propriétaires d’habitations suburbaines avant d’installer un climatiseur passif. Mais du fait que les exigences pour un puits dans le sol sont beaucoup moins strictes que pour un puits d’eau, par exemple. Par conséquent, pour forer même un puits aussi profond de 40 m, de petites plates-formes de forage telles que le BUR-50 peuvent être utilisées. Surtout si le sol a une perforabilité de 3 à 4 degrés, ce qui inclut l’argile, le sable et le calcaire.

Le coût du forage d’un puits de 40 m de profondeur ne dépasse pas 500 $. Le coût d’un ensemble de tuyaux en plastique et d’éléments de connexion est d’environ 100 USD.

Un forage dans le sol n’est pas la seule option de réservoir pour un climatiseur passif. Vous pouvez également immerger le collecteur dans de l’eau dont la température est suffisante pour que le réfrigérant en circulation refroidisse d’au moins 3 à 5 °C. Par exemple, vous pouvez abaisser le réservoir dans un puits d’eau froide ou dans une rivière de montagne..

Ventilo-convecteurs

Ventilo-convecteurs

Les ventilo-convecteurs sont l’élément suivant du système de refroidissement passif. Ces unités sont également appelées “semi-conditionneurs”.

Le ventilo-convecteur se compose d’un échangeur de chaleur, d’un ventilateur, d’un filtre et d’une unité de commande.

Le fluide réfrigérant/chauffant circule à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Le ventilateur souffle de l’air vers l’échangeur de chaleur, où il est refroidi, et refoule l’air froid. Le filtre nettoie l’air. Et l’unité de contrôle est nécessaire pour réguler la température de l’air dans la pièce..

Le principe de fonctionnement d'un ventilo-convecteur

Si vous entrez un peu dans les détails, le ventilateur répartit l’air uniformément sur toute la surface de l’échangeur de chaleur afin qu’il refroidisse ou se réchauffe uniformément (si le ventilo-convecteur est utilisé pour le chauffage).

Le moteur du ventilateur est de deux types :

  • tangentiel – utilisé pour les ventilo-convecteurs de faible puissance dans les petites pièces ;
  • centrifuge – utilisé dans les ventilo-convecteurs de moyenne et haute puissance. Ils sont généralement installés dans des usines ou d’autres grands locaux..

Ainsi, le ventilateur souffle de l’air et le fournit à travers l’échangeur de chaleur. L’échangeur de chaleur lui-même et les tuyaux qui lui sont adaptés sont le plus souvent en cuivre. Le réfrigérant ou l’agent de transfert de chaleur circule dans les tuyaux à l’intérieur de l’échangeur de chaleur. Il peut s’agir d’eau, froide ou chaude, ou d’une solution d’éthylène glycol.

Les ventilo-convecteurs peuvent contrôler la température ambiante de deux manières : soit en réglant le volume d’air fourni, soit le volume d’eau dans l’échangeur de chaleur. Le débit d’eau peut être ajusté à l’aide d’une vanne spéciale qui modifie le diamètre de la section transversale du tuyau. Ainsi, le débit d’eau entrant dans l’échangeur de chaleur change..

Important! La capacité de réguler le volume d’eau entrante est la différence fondamentale entre les systèmes d’eau et le fréon.

Le débit d’air peut être contrôlé en modifiant la vitesse du ventilateur. Il va donc pomper de l’air dans un volume plus ou moins grand..

Les ventilo-convecteurs sont installés dans toutes les pièces où la climatisation est requise : dans les halls, les chambres, les couloirs, les cuisines et autres pièces. Le coût des ventilo-convecteurs commence à partir de 200 USD. Ils ont le même aspect que les climatiseurs classiques d’une puissance de 2 kW, avec une télécommande et une régulation de la vitesse de refroidissement..

Pompe de circulation

Une pompe de circulation est nécessaire dans le système afin de forcer le fluide à circuler dans le circuit du système. L’eau s’écoule le long du circuit géothermique, y est refroidie et entre directement dans l’échangeur de chaleur du ventilo-convecteur.

La consommation d’électricité de la pompe de circulation est très faible et le coût de la pompe elle-même est d’environ 100 $. L’installation de l’ensemble du système de refroidissement passif coûtera environ 100 $. Au total, un climatiseur passif coûtera 600 $, soit à peu près le même prix qu’un système split conventionnel.

En plus des éléments présentés du climatiseur passif, une pompe à chaleur peut être incluse dans le système. Si la capacité des éléments de base n’est pas suffisante, le réfrigérant est en outre refroidi dans le compresseur et n’entre ensuite dans l’échangeur de chaleur du ventilo-convecteur.

Comment fonctionne un climatiseur passif

Comment fonctionne un climatiseur passif

Examinons de plus près le principe de fonctionnement d’un climatiseur passif et le fonctionnement de la ventilation et de la climatisation dans les pièces..

Supposons donc que de l’eau ordinaire circule dans le système.

En passant dans un échangeur de chaleur au sol, que l’on a appelé un circuit géothermique un peu plus haut, l’eau se refroidit jusqu’à une certaine température, qui est évidemment inférieure à la température ambiante à la surface de la terre. Par exemple, l’extérieur de la fenêtre est de +30° С. L’eau circule dans le circuit et va à l’échangeur de chaleur dans le ventilo-convecteur avec une température de +19,5 ° C.

PRINCIPE DU REFROIDISSEMENT PASSIF

En refroidissant l’air traversant l’échangeur thermique du ventilo-convecteur, l’eau se réchauffe et sort de l’échangeur thermique avec une température de +21,2 °C. Il semblerait que la différence soit assez faible. Mais creusons plus profondément.

Le refroidissement par heure sera de 715 watts. Et les coûts d’électricité sont bien moindres : le ventilo-convecteur ne consomme que 70 W et la pompe de circulation 120 W. Soit dit en passant, il peut y avoir plusieurs pompes, alors leur consommation doit être résumée.

Une fois que l’eau a cédé son froid à l’air, elle retourne au collecteur au sol, où elle se refroidit à nouveau, et ainsi le cycle se répète.

Important! Plus la température extérieure est élevée, plus l’efficacité du climatiseur passif est élevée. Lorsque la température est basse, par exemple +20 ° C, l’efficacité du refroidissement passif est pratiquement nulle, car la différence de température entre l’eau et l’air est faible.

Si le système ne fait pas circuler d’eau, mais une solution d’éthylène glycol et qu’une pompe à chaleur avec compresseur est ajoutée au système, l’efficacité du climatiseur sera beaucoup plus élevée, mais les coûts seront également.

Le principal problème des climatiseurs passifs avec un collecteur de sol est la résistance hydraulique, en raison de laquelle il est nécessaire d’augmenter la puissance des pompes de circulation..

La solution la plus simple à ce problème est d’utiliser le liquide de refroidissement le moins visqueux possible. Si c’est de l’eau, alors distillée, diluée avec des adoucissants qui réduisent la viscosité.

De plus, vous pouvez prendre un certain nombre d’autres mesures :

  • Réduisez la pente des coudes de tuyaux dans le système. Pour ce faire, les éléments pivotants doivent être remplacés par des angles obtus obliques..
  • Vous devez également réduire le nombre de raccords qui réduisent le diamètre de la section de canalisation. Il est préférable d’utiliser des raccords sans changer le diamètre.
  • Minimiser le nombre de vannes d’arrêt – vannes.
  • Des ventilo-convecteurs avec des tubes d’échangeur de chaleur plus grands peuvent être utilisés..

Le tableau ci-dessous montre les sections les plus problématiques du pipeline. Veuillez noter que plus le coefficient indiqué dans la dernière colonne est faible, plus la résistance hydraulique du système est faible..

Tableau 1. Coefficient de résistance des éléments de canalisation.

Tableau 1. Coefficient de résistance des éléments de canalisation.

En éliminant les éléments les plus résistants du système, vous pouvez augmenter considérablement l’efficacité d’un climatiseur passif avec un collecteur de sol..

Le prochain point important dans le fonctionnement d’un climatiseur passif est la ventilation. Pour que les ventilo-convecteurs fonctionnent correctement, il doit y avoir une alimentation en air frais. Et ici, il convient de noter que les ventilo-convecteurs peuvent être utilisés avec une fenêtre ouverte, par opposition aux climatiseurs de type split..

En plus du flux d’air à travers la fenêtre, il est possible de réaliser l’alimentation en air à l’aide d’un climatiseur central, qui est installé sur le toit ou le grenier du bâtiment..

Autres options de refroidissement passif

Le refroidissement passif n’est pas toujours réalisé avec les ventilo-convecteurs. Par exemple, dans les pièces où un mouvement excessif des masses d’air ou le bruit des ventilateurs de ventilo-convecteur est indésirable, des murs, des plafonds ou des sols froids peuvent être utilisés..

Le système de plancher froid est pratiquement le même que le système de plancher chaud. Des tuyaux passent sous le revêtement de sol à travers lesquels circule le liquide réfrigéré. Ainsi, le liquide refroidit la surface du sol..

Murs froids

Les murs et plafonds froids sont tout aussi efficaces. Du plafond rafraîchissant, l’air descend selon les lois de la physique, créant la température optimale dans la pièce.

Il est possible d’appeler le sol, le plafond et les murs froids uniquement sous condition. En règle générale, la température de ces surfaces n’est pas inférieure à +15 – +16 ° C, de sorte que la condensation ne se forme pas.

En conclusion, je voudrais rappeler une fois de plus les avantages d’utiliser un climatiseur passif. La consommation électrique de 2 kW de l’unité de refroidissement ne dépasse pas 80 – 100 W. Un climatiseur classique d’une puissance de 2 kW consomme au moins 800 watts. L’avantage est évident, un climatiseur passif consomme 10 fois moins, et donc s’amortit en plusieurs saisons.