Climatisation de l'air
Tout système de climatisation d'air comporte, d'une part, les appareils de propulsion et de climatisation proprement dits et de chauffage; d'autre part, un réseau de conduites pour la distribution de l'air avec tous les éléments nécessaires à sa diffusion.
La climatisation proprement dite de l'air se fait dans un appareil que l'on peut appeler un climatiseur auquel est adapté un ventilateur centrifuge chargé d'entretenir la circulation de l'air dans l'installation.
L'air est d'abord filtré dans le climatiseur au moyen d'un filtre en limaille de cuivre ou encore en fil de verre soufflé, puis lavé à l'aide d'une bruine d'eau lui donnant le degré de température déterminé selon le genre de l'appareil.
Si la climatisation d'air est un complément d'un des systèmes de chauffage à l'air chaud à circulation forcée, dont nous avons parlé précédemment, l'installation de l'air climatisé en est facilitée d'autant.
Si la climatisation d'air est un complément du chauffage et sert à la ventilation indépendamment du chauffage au cours de l'été — surtout pour les lieux dont l'air devient surchauffé et vicié par la présence d'un très grand nombre de personnes comme un théâtre ou une école — il sera préférable d'utiliser une fournaise à l'air chaud séparée ou un climatiseur muni d'un réchauffeur d'air.
Si la climatisation de l'air agit comme complément d'un système de chauffage à la vapeur à basse pression ou à l'eau chaude à haute température, avec circulation forcée, l'air filtré est poussé au travers d'un radiateur indirect à vapeur ou à l'eau chaude ou encore à travers un convecteur avec éléments à ailettes pour la vapeur.
Ces convecteurs à vapeur donnent une chaleur de 240° à 220°, tandis que les con vecteurs à l'eau chaude avec tubes plus gros et ailettes portées à une température d'au moins 200° Fahrenheit élèvent l'air à la chaleur désirée dans le système de ventilation.
LES CLIMATISEURS
II se fabrique aujourd'hui différents genres de climatiseurs entre lesquels il faut faire un choix judicieux, en les comparant au point de vue efficacité, rendement, exigences en force motrice et facilité d'entretien.
Pour faire une première comparaison, les climatiseurs avec filtres à eau et lavage automatique présentent un double avantage sur les appareils avec filtres gras.
D'abord, ceux-ci exigent l'emploi de produits visqueux et antiseptiques racolant la poussière; de ce fait, ils réclament un entretien assez suivi.
En second lieu, dans les filtres gras, les impuretés sont racolées, séjournent dans les récipients et y engendrent des fermentations. En conséquence, il faut souvent nettoyer ces filtres et même les remplacer après un certain temps.
Dans le filtre à eau, les impuretés sont rejetées immédiatement au drainage; il peut être maintenu aseptique par l'injection périodique de permanganate de potasse dissout ; l'usage de l'eau quand elle est fraîche redouble les possibilités du climatiseur lorsqu'on veut réfrigérer l'air de ventilation pendant l'été ; à sa sortie de l'appareil de climatisation, l'air de ventilation se trouve dans des conditions parfaites de pureté, d'humidité et de température donnant, avec une température de 68° à 70°, une humidité relative de 40%.
Avec un climatiseur à filtre de verre ou autre, il faudra ajouter un humidificateur qui fournira à l'air surchauffé le pourcentage voulu de vapeur d'eau, afin d'avoir le degré d'humidité relative qui convient dans chaque pièce.
QUANTITÉ D'AIR
La quantité d'air nécessaire à la ventilation dépend du degré de confort désiré et du cubage brut des locaux à chauffer.
Ce cubage sera multiplié par le nombre de renouvellements d'air par heure. Plus fréquents seront ces renouvellements d'air au cours d'une heure, plus le séjour sera agréable dans les salles.
Dans les cités, pour les habitations, avec deux renouvellements d'air à l'heure, la climatisation assure aux chambres une atmosphère meilleure que celle que l'on obtient de l'ouverture des fenêtres sur l'atmosphère des rues, plus ou moins contaminée par le gaz des automobiles, la poussière, ou la suie provenant des cheminées des maisons voisines.
Avec la climatisation de l'air, fenêtres et portes extérieures restent fermées ; on évite l'aération des chambres par des fenêtres béantes comme on le fait couramment sans considérer la perte énorme de calories que cause cette pratique.
En hiver, ce mode d'aération réussit mieux à refroidir murs, plafonds, planchers et meubles qu'à ventiler efficacement, augmentant la dépense de combustible.
DISTRIBUTION DE L'AIR
L'air de ventilation doit être réparti en quantités mesurées entre les différentes chambres d'une bâtisse et distribué par un réseau de conduites de section déterminée.
Ces conduites d'air sont d'ordinaire faites en tôle galvanisée — comme pour le chauffage à l'air chaud — de section rectangulaire, ou encore de section circulaire qui oppose moins de résistance à l'écoulement de l'air et qui s'avère plus économique d'installation.
L'air climatisé doit arriver par le haut des pièces, au plafond ou par les pans à proximité du plafond.
Au contraire des procédés de chauffage par radiation — où l'air vicié au bas des appartements est appelé sous les radiateurs qui réchauffent, puis monte le long des murs en entraînant les poussières et miasmes qui salissent les décorations — dans le système de climatisation l'air frais est amené au voisinage des plafonds d'où il se répand en nappes horizontales stratifiées.
L'atmosphère se déplace ainsi du haut en bas, sous la poussée de l'air climatisé, qui s'écoule de manière continue; des couches d'air chaud remplacent graduellement les couches plus froides qui rétrogradent vers le bas, et toute l'atmosphère se renouvelle sans remous.
En s'abaissant, l'air entraîne avec lui, sans tourbillon, poussières et impuretés ainsi que les gaz carboniques provenant de la respiration des occupants.
Tandis que l'air frais arrive constamment, il faut évacuer l'air vicié, dont il convient aussi de récupérer la chaleur.
L'air vicié sera aspiré par des grilles placées au bas des murs de l'appartement et amené au conditionneur pour être regénéré, c'est-à-dire filtré et lavé, puis réchauffé avant de recommencer son cycle.
Les bouches d'arrivée et de reprise d'air ne doivent pas seulement être opposées de haut en bas, mais encore de mur en mur autant que possible, de manière à parer à toute perturbation de l'air.
INSTALLATION DES CLIMATISEURS D'AIR
On peut installer les climatiseurs dans un endroit accessible, soit au soubassement, soit à quelque autre endroit que l'on juge approprié.
L'appareil doit se trouver à proximité d'un tuyau de renvoi pour faciliter le drainage de l'eau servant au lavage de l'air.
On peut l'adapter à une fournaise à l'air chaud existante ou former avec un appareil de chauffage un ensemble compact logeant la moto-soufflerie en plus du ventilateur centrifuge mu par un moteur séparé.
Ces appareils occupent, selon l'importance du système, un espace qui varie de 3 à 5 pieds de largeur, de 4 à 7 pieds de longueur et de 4 à 6 pieds de hauteur, comprenant les filtres d'air, ou le vaporisateur qui produit la bruine pour le lavage de l'air, le moto-ventilateur et les dispositifs de contrôle.
À côté du climatiseur se place la fournaise à l'air chaud ou le réchauffeur qui utilise l'eau chaude ou la vapeur.
La fournaise est d'ordinaire chauffée à l'huile à l'aide d'un brûleur avec contrôle automatique ; elle peut également être chauffée au charbon pulvérisé dont la flamme est activée par une moto-soufflerie fonctionnant automatiquement et pourvue de tous les dispositifs de sécurité: coupe-circuit, thermostat, etc.
Fig. 167.— Installation compacte d'un système de ventilation et de climatisation utilisé dans les navires.
RÉSEAU DE DISTRIBUTION
L'étude de l'installation du réseau de distribution de l'air est du ressort de l'architecte qui a au préalable fait le plan ou le relevé de la bâtisse.
Bien que l'installation des conduites puisse se faire dans un bâtiment ancien ou un édifice en construction, la disposition des conduites doit être étudiée concurremment avec le gros-œuvre de la bâtisse, si l'on veut réduire le coût de l'installation.
Dans le cas où, dans une nouvelle construction, l'on renoncerait provisoirement à la ventilation comme complément du chauffage, l'aménagement ou l'installation essentielle des conduites d'attente ne serait aucunement ruineuse ; l'existence de telles conduites d'air n'empêcherait d'ailleurs pas l'installation du système de chauffage indépendant à l'eau chaude ou à la vapeur, quitte à ajouter le climatiseur dans la suite.
Le réseau de distribution des conduites d'air est raccordé au réchauffeur par une canalisation convenable. Une conduite principale servant de chambre de pression amène l'air climatisé aux branches de distribution.
Comme pour toute installation dans une habitation de majeure importance, la plupart des conduites de répartition seront dissimulées dans les murs ou cloisons.
Le travail le plus important se rapportera à l'aménagement de la chambre du climatiseur et de la conduite principale, dont les branches mettront en communication cette chambre de pression avec les différentes pièces de la bâtisse.
La conduite principale peut être circulaire ou rectangulaire, cette dernière forme facilitant l'installation de vannes régulatrices, placées à chaque branchement. La forme rectangulaire est encore préférable si les conduites sont placées dans les murs.
Il n'y a rien de particulier à observer pour la position de ces conduites qui doivent toutefois gagner leur destination par le plus court trajet, ne pas avoir d'angles vifs mais plutôt des coudes de rayon correspondant au double du diamètre de la conduite.
Le climatiseur peut s'installer au sous-sol ou sous les combles, en tout cas, aux niveaux respectifs où il y a lieu de disposer les tronçons verticaux directement pour chaque bouche d'air ; on évite de la sorte les conduits rampants sous les plafonds ou les planchers.
RÉPERCUSSION DES SONS
Afin d'éviter la propagation des bruits insolites de chambre en chambre, dans une habitation, il y a lieu de prévoir une conduite d'air séparée pour chaque pièce, chaque conduite partant directement de la chambre de pression de la conduite principale du climatiseur.
Cette disposition donnera encore la possibilité d'arrêter, par le jeu des vannes régulatrices placées aux embranchements, la ventilation ou le chauffage des chambres, ou d'en contrôler le débit.
On comprend que pour diminuer l'encombrement des conduites, l'air doit circuler rapidement. Une vitesse maxima de 18' 6" par seconde devra être donnée au flux d'air, vitesse approchant le seuil d'une circulation silencieuse dans des conduites bien proportionnées.
Au-delà de 25 pieds à la seconde, le risque de provoquer les sifflements ou bourdonnements dus à la vibration de certains accessoires du réseau des conduites est à craindre.
On conçoit qu'à cette allure, en faisant affluer l'air des conduites directement dans les locaux, on y ferait naître des courants d'air et des remous qui feraient déprécier le système.
Pour avoir une bonne ventilation, il faut aussi que l'air climatisé passe dans les chambres par nappes uniformes et dans le plus grand calme, afin d'éviter les soulèvements de poussière.
On devra donc ménager aux endroits des bouches d'arrivée d'air une diffusion efficace, ou, s'il l'on peut dire, une stabilisation parfaite du vent, par une disposition qui, sans obstruer la conduite ni en diminuer le débit, réduira la vitesse du flux rendu ainsi imperceptible aux occupants ; cette vitesse non perceptible est d'environ 3 pieds par seconde au maximum.
Il est établi qu'un jet d'air sortant librement d'une conduite se dilate suivant un cône dont l'angle au sommet est de 30°.
C'est ce qui a amené la fabrication de bouches d'arrivée d'air dont la grille est constituée par des louves réduisant la vitesse du flux à la sortie.
Ces louves sont disposées de manière à diffuser parfaitement l'air de ventilation dans l'appartement sans qu'on y perçoive le moindre courant d'air. C'est dans ce but qu'ont été conçus les anémostats.
LES ANÉMOSTATS
Un anémostat est une bouche d'arrivée d'air de ventilation placée en affleurement d'un mur ou d'un plafond. Ces appareils sont constitués par un cadre en métal muni de louves verticales, en tôle d'acier ou de cuivre, disposées de manière à diffuser l'air tout en changeant la vitesse du flux en énergie de pression.
Lorsque l'anémostat est placé en affleurement avec le plafond et qu'il est de forme circulaire, la grille est constituée par plusieurs cônes concentriques diffusant l'air et réduisant la vitesse du flux à environ 3 pieds à la seconde.
Ces diffuseurs peuvent servir de motif ornemental et sont faits en nickel ou en bronze. Ils peuvent aussi coïncider avec le point de suspension des lustres où s'adapte l'anémostat.
BOUCHES DE REPRISE D'AIR
Les grilles des reprises d'air se placent au bas des murs à environ 6" au-dessus du parquet. Elles se raccordent à la conduite de retour d'air refroidi et vicié qui est à peu près parallèle à la conduite principale d'amenée d'air climatisé.
Pour éviter de contourner les portes et les fenêtres, les conduites de retour longent le plafond du soubassement pour se raccorder au climatiseur.
L'air repris est attiré par le ventilateur centrifuge qui l'aspire à travers un filtre pour le refouler de nouveau dans les conduites de distribution. Cette disposition de conduites parallèles d'amenée et de retour d'air n'est cependant pas absolue ; le retour d'air vicié se fait pour récupérer la chaleur non utilisée qu'il contient.
Il n'est pas indispensable d'attirer l'air chaud vicié de chaque pièce: on ne doit pas, par exemple, reprendre l'air des cuisines, chambres de bain, fumoirs, garages, etc.
Sans doute la reprise d'air contribue-t-elle à parfaire la diffusion de l'air climatisé lorsque les bouches d'arrivée d'air sont distancées ou placées dans des coins, mais nous l'avons dit, la raison principale de la reprise d'air est la récupération de la chaleur.
SECTION DES CONDUITES
Dans un local occupé par un certain nombre de personnes, pour donner le confort, faciliter la respiration et prévenir la sudation, il faut faire passer dans ce local 600 pieds cubes d'air par heure ou 10 pieds cubes à la minute par occupant.
Une salle à manger occupée par 8 personnes devra recevoir 80 pieds cubes à la minute, ou 4,800 pieds cubes à l'heure, et une chambre à coucher pour deux personnes, 20 pieds cubes à la minute, ou 1,200 pieds cubes à l'heure.
Supposons une conduite de 1 pied carré de section. Si l'air passe à une vitesse de 3 pieds par seconde, le débit en sera d'autant.
Par ailleurs, si l'on réduit la section de la conduite de la moitié, soit à 6" x 12", il n'y passera à la même vitesse que la moitié d'air.
Inversement, pour maintenir le débit à 3 pieds cubes à la seconde, il faudra doubler la vitesse de circulation de l'air.
Le débit en pieds cubes d'une conduite sera proportionnel à la section en pieds carrés multipliée par la vitesse de 3 pieds à la seconde. Pour être silencieuse, la circulation de l'air ne doit pas dépasser, comme nous l'avons vu, une vitesse de 18' 6" par seconde.
La section d'une conduite — ou la somme des sections de plusieurs conduites alimentant un appartement — s'obtiendra en divisant le cubage d'air calculé d'après le nombre de personnes, multiplié par 10.
Le groupement de certaines conduites en une conduite maîtresse d'amenée, soit au cours du trajet, soit au voisinage du climatiseur, suppose que la section totale de la conduite principale soit égale à la somme des sections des conduites groupées, la vitesse de l'air ne variant pas.
PRISE D'AIR EXTÉRIEURE
Afin de régénérer en oxygène l'air en circulation, on prévoit une prise d'air à l'endroit le plus approprié donnant sur l'extérieur. Cette prise d'air est reliée par une conduite à la conduite de retour près du climatiseur, que l'on munit d'une vanne régulatrice.
En raison d'un apport de 10% à 20% d'air frais par cette prise d'air, la section de la conduite de retour n'aura que 90% à 80% de la section de la conduite principale d'amenée de l'air climatisé.
Si le système d'air climatisé est employé principalement pour la ventilation — comme dans le cas d'un théâtre ou d'un cinéma — il pourra être utilisé comme appareil de chauffage durant toute la période où la salie n'a plus besoin du système de recirculation.
Pour accomplir cette transformation, on n'a qu'à fermer complètement la prise d'air frais de l'extérieur afin d'augmenter la température de l'air de la salle.
