Lorsqu'il s'agit de mouvement d'air, il est essentiel de comprendre les propriétés de l'air. Dans cette série d'articles, nous examinons comment différents paramètres affectent la densité de l'air, et comment les changements de densité de l'air ont lieu dans une centrale de traitement d'air (CTA).
Que contient l'air ?
L'air de notre atmosphère se compose principalement de deux gaz : l'azote (78%) et l'oxygène (21%). Il ne reste donc que 1% pour tous les autres gaz présents dans l'air.
En fait, les propriétés de l'air diffèrent considérablement selon l'endroit où l'on se trouve dans le monde. Ainsi, l'air du Sahara est très sec, alors qu'il est beaucoup plus humide dans la forêt amazonienne. De même, la pression de l'air varie considérablement en fonction de l'altitude, la distance verticale entre le niveau de la mer et le sommet du mont Everest (le point le plus élevé de la Terre) étant de 8 848 mètres.
Un paramètre important de la propriété de l'air est le niveau de dioxyde de carbone (CO2). Le niveau moyen de CO2 est d'environ 360 parties par million (ppm), bien que cette valeur augmente en raison de la pollution et de l'effet de serre.
De bons systèmes de ventilation réduiront les niveaux de CO2 intérieurs - l'Organisation Mondiale de la Santé recommande qu'ils soient inférieurs à 1000 ppm. Lorsque le niveau atteint 1500 ppm, l'air ne sent plus frais et les personnes qui le respirent commencent à se sentir léthargiques.
Il existe une "condition standard" de l'air qui est utilisée pour comparer les produits de ventilation. Il s'agit d'une densité de 1,2 kg/m3, à 20°C et à une pression atmosphérique de 1013 milliBbar.
L'humidité de l'air
La quantité d'humidité dans l'air est une propriété importante de celui-ci, et elle peut être mesurée de plusieurs façons.
La première est le thermomètre à bulbe humide. Lorsque vous enroulez un tissu imbibé d'eau autour du bulbe d'un thermomètre, la température baisse en raison de l'énergie nécessaire à l'évaporation de l'eau contenue dans le tissu. Plus l'air est sec, plus l'eau peut s'évaporer, et plus la température diminue.
La baisse de température est connue sous le nom de température humide ; elle peut être utilisée comme une mesure de l'humidité de l'air et peut être introduite dans un diagramme de Mollier (une représentation graphique des propriétés thermodynamiques de l'air, dans ce cas).
La deuxième façon d'exprimer l'humidité de l'air est l'humidité absolue, qui est exactement ce que son nom suggère : la teneur absolue en eau de l'air, sans température ni pression comme référence. Elle est généralement exprimée en kilogrammes d'eau par kilogramme d'air, ou encore en grammes d'eau par kilogramme d'air.
Normalement, l'humidité absolue à l'intérieur est de l'ordre de 5 à 10 g par kg d'air ; dans une salle de bains après une douche, elle peut atteindre 20 g/kg.
La troisième façon de décrire l'humidité de l'air est l'humidité relative. Comme son nom l'indique, il s'agit du rapport entre l'eau maximale que l'air peut contenir (100 %) et la teneur en eau réelle à la température actuelle.
Le point de rosée
L'air est capable de contenir plus d'eau à une température plus élevée qu'à une température plus basse, donc si l'air saturé se refroidit, il dégage du condensat (c'est ce qui se passe lorsque la fenêtre de la salle de bain devient humide en hiver, car l'air autour du verre froid est refroidi).
Le point de rosée est la température en dessous de laquelle la vapeur d'eau dans un volume d'air humide (à une pression barométrique constante) se condense en liquide - c'est pourquoi l'eau condensée formée sur une surface solide est appelée rosée.
Le point de rosée est une température de saturation de l'eau par rapport à l'air. Ainsi, un air présentant une humidité relative élevée indique que le point de rosée est plus proche de la température actuelle ; lorsque l'humidité relative de l'air est de 100 %, le point de rosée est égal à la température actuelle (ce qui signifie que même un refroidissement minimal provoquera de la condensation). De même, lorsque le point de rosée reste constant et que la température augmente, l'humidité relative diminue.
L'enthalpie
L'enthalpie est une mesure de l'énergie totale d'un système thermodynamique. Elle comprend l'énergie initiale (l'énergie requise pour créer le système en premier lieu), et la quantité d'énergie requise pour lui faire de la place en déplaçant son environnement et en établissant son volume et sa pression.
L'air est un tel système thermodynamique ; l'enthalpie peut donc décrire l'énergie thermique présente dans l'air. Elle est normalement décrite en kiloJoules (kJ) par kilogramme d'air, mais peut également être décrite en kilocalories (kcal) par kilogramme d'air.
La mesure de l'enthalpie de l'air sec à 0°C est de 0 kJ/kg.
Calcul de la puissance de refroidissement/chauffage
Le calcul de la puissance de refroidissement et de chauffage peut être effectué de deux manières, l'une utilisant la température et l'autre l'enthalpie. L'utilisation de la différence de température pour calculer la puissance ne peut se faire que lorsqu'il n'y a pas de condensation dans le processus, car cette méthode ne calcule que la puissance sensible, et non la puissance latente.
La puissance sensible est la quantité de puissance qu'il faut ajouter à un objet pour augmenter sa température, ou la quantité de puissance qu'il faut enlever pour réduire sa température. La puissance latente, quant à elle, est la puissance nécessaire pour changer l'état d'un objet (de solide à liquide, ou de liquide à gaz, et vice-versa). La puissance totale est la somme de la puissance sensible et de la puissance latente.
Ainsi, si la puissance sensible et la puissance latente font toutes deux partie du calcul du collage, il est important d'utiliser la formule de l'enthalpie pour calculer la puissance totale ; pour calculer la puissance de chauffage, vous pouvez utiliser l'une ou l'autre méthode, car elle donnera le même résultat.
L'utilisation de la différence de température pour calculer la puissance implique la formule suivante :
P = Δt * qv * ρt = (tB – tA) * qv * ρt
Alors que la formule de l'enthalpie est la suivante :
P = Δh * qv * ρt = (hB – hA) * qv * ρt
Dans les deux cas :
P Puissance de chauffage/refroidissement, kW
Δh Variation de l'enthalpie par kg d'air sec, kJ/kg
qv Débit d'air m3 d'air humide/s
ρt Densité en kg d'air sec/m3 d'air humide (ca 1,2 kg/m3)
Lire la deuxième partie ici : Quelles sont les propriétés de l'air? Deuxième partie
