Auteur : département technique Mycond
Les systèmes de contrôle de l'humidité sont généralement conçus pour des conditions moyennes annuelles ou des conditions estivales extrêmes, ce qui entraîne d'importantes surconsommations d'énergie en hiver en raison du fonctionnement continu des déshumidificateurs alors qu'il existe un potentiel gratuit d'air hivernal sec. À l'inverse, une sous-estimation des charges de pointe estivales peut rendre impossible le maintien de l'humidité cible. Cet article élimine les erreurs de conception typiques et les ambiguïtés de calcul relatives à la définition des régimes saisonniers de fonctionnement et du bilan énergétique.
Les variations annuelles de l'humidité absolue et relative de l'air extérieur en France influencent fortement l'efficacité des systèmes de déshumidification. À Paris et dans les régions du nord, on observe un climat continental avec un hiver sec (humidité relative 70-90%) et un été humide. Les régions du sud, en particulier le littoral près de Marseille et Nice, se caractérisent par un climat méditerranéen avec des variations saisonnières d'humidité plus faibles.
Ignorer la saisonnalité entraîne une surconsommation d'électricité de 30-50% (C) en période hivernale, lorsque des déshumidificateurs énergivores fonctionnent au lieu d'utiliser l'air extérieur sec. En été, la sous-estimation des charges de pointe peut rendre impossible le maintien des paramètres d'humidité définis, ce qui est particulièrement critique pour les locaux techniques et les entrepôts.
Bases physiques des variations saisonnières du régime d'humidité
Pour comprendre les variations saisonnières du régime d'humidité, il est nécessaire de se référer aux processus psychrométriques. La capacité de rétention d'humidité de l'air (humidité absolue) dépend directement de la température - plus la température est élevée, plus l'air peut contenir de vapeur d'eau. Le diagramme psychrométrique est un outil clé pour analyser les états saisonniers de l'air.
L'humidité absolue (d) peut être calculée par la formule :
d = 0,622 × φ × ps / (P - φ × ps), où :
φ - humidité relative (fraction de l'unité)
ps - pression de vapeur d'eau saturante à la température considérée (Pa)
P - pression atmosphérique (Pa)
En hiver, dans la partie continentale de la France, les températures typiques varient de -5 à +5°C (B), avec une humidité relative de 70-90% (B). Dans ces conditions, l'humidité absolue de l'air hivernal est d'environ 2-4 g/kg (C). Lorsque cet air pénètre dans le local et se réchauffe, son humidité relative chute fortement, créant un potentiel de déshumidification.
En été, en particulier dans le sud de la France, les températures peuvent atteindre 25-35°C (B) avec une humidité relative de 50-80% (B). L'humidité absolue est alors de 10-20 g/kg (C), ce qui crée une charge significative sur les systèmes de déshumidification.
Aux saisons intermédiaires (printemps, automne), on observe d'importantes variations journalières de température pouvant atteindre 10-15°C (C), avec une humidité relative de 20-60% (C). Cela crée des risques de condensation lors de refroidissements brusques et complique la prévision des charges sur les systèmes de déshumidification.
Déshumidification par ventilation en hiver
Le principe de la déshumidification par ventilation en période hivernale repose sur le remplacement de l'air intérieur humide par de l'air extérieur sec. L'efficacité de cette méthode dépend de la différence d'humidités absolues entre l'air intérieur et l'air extérieur. Pour assurer l'extraction d'humidité nécessaire, cette différence doit être suffisante - environ 2-3 g/kg (C).
Le calcul du potentiel de déshumidification s'effectue selon la formule :
W = L × (d_int - d_ext), où :
W - extraction d'humidité (g/h)
L - débit d'air (m³/h)
d_int, d_ext - humidité absolue de l'air intérieur et extérieur (g/kg)
Par exemple, pour un local d'un volume de 1000 m³ avec une température intérieure de +20°C et une humidité relative de 60% (C), l'humidité absolue sera d'environ 8,8 g/kg. Si l'air extérieur a une température de 0°C et une humidité relative de 80% (C), son humidité absolue sera d'environ 3,0 g/kg. Pour un débit d'air de 500 m³/h, le potentiel d'extraction d'humidité sera : W = 500 × (8,8 - 3,0) = 2900 g/h.
Cependant, la déshumidification par ventilation en hiver s'accompagne de pertes thermiques dues au chauffage de l'air soufflé, calculées selon la formule :
Q = L × ρ × c × (t_int - t_ext), où :
Q - pertes thermiques (W)
ρ - densité de l'air (kg/m³)
c - chaleur spécifique de l'air (1005 J/(kg·K))
Pour déterminer la pertinence de la déshumidification par ventilation, il est nécessaire de comparer les dépenses énergétiques de chauffage de l'air avec l'économie réalisée sur le fonctionnement du déshumidificateur. Le point d'équilibre dépend des conditions spécifiques, mais généralement la déshumidification par ventilation est énergétiquement avantageuse lorsque la température extérieure est supérieure à -10°C et inférieure à +10°C (C).
Les conditions limites d'efficacité de la déshumidification par ventilation en hiver sont :
- Seuil de température - dépend de l'équilibre de la consommation d'énergie (généralement efficace pour une température extérieure inférieure à +10°C (C))
- Seuil d'humidité - l'humidité relative extérieure doit être inférieure à l'humidité intérieure une fois ramenées à la même température
L'intégration avec des systèmes de récupération de chaleur permet d'améliorer nettement l'efficacité de la déshumidification par ventilation en hiver. Les récupérateurs à plaques permettent de réduire les pertes thermiques de 50-70% (B), les rotatifs de 50-80% (B). Cela permet d'élargir la plage de températures d'utilisation efficace de la déshumidification par ventilation.
Pics estivaux de charge sur les systèmes de déshumidification
La détermination des charges de pointe sur les systèmes de déshumidification en été commence par l'analyse des apports d'humidité extérieurs maximaux. Pour cela, on utilise des données météorologiques avec un niveau de couverture de 95%. Les apports d'humidité dus à l'infiltration et à la ventilation se calculent selon la formule :
W_ext = L_inf × ρ × (d_ext.max - d_int.cible)
Les sources internes d'humidité s'intensifient également en été : augmentation de l'évaporation à partir des surfaces d'eau libres, piscines, processus technologiques. Pour les entrepôts, augmentent les dégagements d'humidité des produits, l'ouverture plus fréquente des portes sectionnelles et l'activité du personnel.
La charge totale de pointe sur le déshumidificateur est déterminée par la formule :
W_pic = W_ext.max + W_int.max + W_réserve
On prend en compte le coefficient de simultanéité des charges, qui est généralement de 0,8-1,0 (B) selon le type d'installation.
Pour assurer la fiabilité du système, il est nécessaire de prévoir une marge de puissance du déshumidificateur de 15-25% (B) au-dessus de la charge de pointe calculée. Les stratégies de redondance possibles incluent le fonctionnement en parallèle de deux unités (chacune à 60-70% de la puissance (C)) ou l'activation en cascade d'une unité de base et d'une unité de pointe.
Il est important de tenir compte des particularités de fonctionnement des différents types de déshumidificateurs en été :
- Les déshumidificateurs à compresseur voient leur efficacité diminuer lorsque la température du condenseur est élevée
- Les déshumidificateurs à adsorption conservent une performance stable, mais présentent une consommation énergétique accrue pour la régénération
Stratégies de pilotage en saisons intermédiaires
Les saisons intermédiaires se caractérisent par l'instabilité des conditions extérieures, avec de fortes variations journalières et hebdomadaires des paramètres. Durant cette période, le pilotage adaptatif des systèmes de déshumidification est particulièrement important.
Les algorithmes de commande adaptatifs reposent sur le contrôle en temps réel de l'humidité absolue de l'air extérieur et intérieur. Sur la base de ces données, le système bascule automatiquement entre la déshumidification par ventilation et la déshumidification mécanique, garantissant une consommation d'énergie optimale.
L'algorithme de prise de décision peut être le suivant :
- Mesurer les paramètres actuels de l'air extérieur (température, humidité)
- Calculer son humidité absolue
- Si l'humidité absolue de l'air extérieur est inférieure à l'humidité absolue intérieure cible en tenant compte des pertes thermiques et de la récupération, utiliser la déshumidification par ventilation
- Sinon, activer le déshumidificateur mécanique
Une approche efficace consiste à combiner la déshumidification par ventilation et la déshumidification mécanique - fonctionnement en parallèle ou activation en série. Le point de commutation des modes est déterminé selon le critère de minimisation de la consommation d'énergie.
Pour prévenir la condensation lors de refroidissements brusques au printemps et en automne, il est nécessaire de surveiller en permanence la température du point de rosée et les températures des surfaces des parois. En cas de refroidissement prévu, il convient d'augmenter préventivement l'intensité de la déshumidification ou d'assurer un chauffage des zones critiques.
Optimisation énergétique des régimes saisonniers
Pour optimiser la consommation énergétique des systèmes de contrôle de l'humidité, il est important de réaliser une analyse annuelle de la consommation, d'identifier les périodes de consommation maximale et minimale, et d'évaluer la contribution des différents composants du système.
Un gain significatif d'efficacité énergétique peut être obtenu grâce à la récupération de chaleur en période hivernale. Les récupérateurs à plaques ont un rendement de 50-70% (B), les rotatifs de 70-85% (B), les pompes à chaleur sur air extrait - COP supérieur à 300% (B). Le choix du type de système de récupération dépend de l'installation et doit être confirmé par un calcul du retour sur investissement.
En été, il est efficace de pré-refroidir l'air soufflé afin de réduire la charge sur les déshumidificateurs. Cela peut être réalisé au moyen d'un refroidissement évaporatif indirect (abaissement de température de 5-10°C (B) sans augmentation de l'humidité) ou d'échangeurs géothermiques (température du sol stable de 8-12°C (B)).
Une voie prometteuse consiste à intégrer des sources d'énergie renouvelables aux régimes saisonniers de fonctionnement des systèmes de déshumidification - utilisation de capteurs solaires pour la régénération des adsorbants en été, systèmes géothermiques pour stabiliser la consommation d'énergie tout au long de l'année.
Erreurs typiques de conception et conséquences d'exploitation
Les erreurs les plus courantes lors de la conception des régimes saisonniers des systèmes de contrôle de l'humidité sont :
- Ignorer le potentiel hivernal de la déshumidification par ventilation (perte d'une possibilité d'économie de 40-60% (C) d'énergie)
- Sous-estimation des pics de charge estivaux (de 20-30% (C)), conduisant à l'impossibilité de maintenir l'humidité cible en été
- Concevoir les systèmes uniquement sur des paramètres moyens annuels sans tenir compte des extrêmes
- Absence de pilotage adaptatif pendant les saisons intermédiaires
- Non-prise en compte des pertes thermiques lors de la ventilation hivernale
Ces erreurs entraînent les conséquences d'exploitation suivantes :
- Surconsommation d'électricité en période hivernale (30-50% (C))
- Impossibilité de maintenir l'humidité cible en été
- Usure accélérée de l'équipement due à un fonctionnement constant à la puissance maximale (réduction de la durée de vie de 20-40% (C))
- Risques de condensation pendant les saisons intermédiaires
Limitations et ajustements des méthodes d'optimisation saisonnière
Les approches décrites pour l'optimisation saisonnière des systèmes de contrôle de l'humidité présentent certaines limitations :
- Par très basses températures extérieures (inférieures à -20°C), la déshumidification par ventilation peut devenir dangereuse pour le processus technologique en raison du risque de givrage des échangeurs
- Dans les locaux aux exigences critiques de stabilité des paramètres (salles blanches, production pharmaceutique), l'utilisation de l'air extérieur est limitée
- Pour les petits sites, les investissements dans le pilotage adaptatif peuvent ne pas être rentabilisés
- Dans les régions avec une faible différence entre régimes hivernaux et estivaux (par exemple, le littoral méditerranéen), le potentiel d'optimisation est limité
- Des contraintes réglementaires peuvent interdire l'utilisation de l'air extérieur pour certains processus technologiques
Foire aux questions (FAQ)
Comment calculer en détail le potentiel de déshumidification par ventilation en hiver ?
Le calcul du potentiel de déshumidification par ventilation en hiver s'effectue en plusieurs étapes. On détermine d'abord l'humidité absolue de l'air intérieur (dвн) et extérieur (dзовн). On calcule ensuite le débit d'air nécessaire selon la formule L = W/(dвн-dзовн), où W est l'extraction d'humidité requise. Les pertes thermiques sont évaluées par la formule Q = L × ρ × c × (t_int - t_ext). On compare à la consommation énergétique du déshumidificateur : si l'énergie pour le chauffage est inférieure à l'énergie de fonctionnement du déshumidificateur, la déshumidification par ventilation est avantageuse. Par exemple, pour un local industriel de 2000 m³ avec un dégagement d'humidité de 5 kg/h à t_int=22°C, φ_int=55%, t_ext=-2°C, φ_ext=85%, le débit d'air nécessaire est de 1500 m³/h, l'énergie de chauffage de 12 kW, ce qui est inférieur aux 20 kW de consommation du déshumidificateur.
Pour quelles valeurs de température et d'humidité de l'air extérieur la déshumidification par ventilation est-elle inefficace ?
La déshumidification par ventilation devient inefficace lorsque les dépenses énergétiques de chauffage de l'air dépassent celles du fonctionnement du déshumidificateur. Le point de commutation est défini par la comparaison : Qнагр = L × ρ × c × (tвн-tзовн) avec Pосуш × COP. Pour la plupart des sites en France, la déshumidification par ventilation est inefficace lorsque : 1) la température extérieure est inférieure à -15°C en raison de dépenses de chauffage excessives ; 2) la température extérieure est supérieure à +15°C, lorsque l'humidité absolue de l'air extérieur se rapproche de celle de l'intérieur ; 3) l'humidité relative extérieure est élevée (>90%) combinée à une température supérieure à +5°C. Un calcul précis doit tenir compte de l'efficacité de la récupération de chaleur et du COP du déshumidificateur.
Quelle méthodologie pour déterminer la charge estivale de pointe sur le système de déshumidification ?
La détermination de la charge estivale de pointe inclut l'identification de toutes les sources d'humidité. Sources extérieures : Wзовн = Lінф × ρ × (dзовн.макс - dвн), où Lінф est le débit d'air dû à l'infiltration et à la ventilation. Pour les sources internes, on réalise un inventaire : évaporation à partir des surfaces d'eau libres, processus technologiques, personnel (75-150 g/h par personne). Le coefficient de simultanéité est déterminé selon le planning d'exploitation. Charge totale de pointe : W_pic = W_ext.max + W_int.max + W_réserve (15-25%). Pour une piscine de 200 m² à t_ext=32°C, φ_ext=75%, t_int=28°C, φ_int=60%, la charge de pointe sera d'environ 35 kg/h, en tenant compte de l'évaporation de la surface de l'eau et de l'humidité apportée par les visiteurs.
Quels paramètres de commande doivent être modifiés pendant les saisons intermédiaires ?
Pendant les saisons intermédiaires, il est nécessaire d'adapter : 1) Les consignes d'humidité - les augmenter de 5-10% en hiver et les réduire en été pour économiser l'énergie ; 2) Les régulateurs PID - accroître la composante intégrale pour lisser la réponse aux changements brusques ; 3) La vitesse des ventilateurs - la moduler en fonction de la différence d'humidités absolues ; 4) Les modes de récupération - basculer entre la récupération thermique en hiver et le bypass en été ; 5) Les algorithmes de commande prédictive intégrant les prévisions météorologiques. Par exemple, au printemps à Paris, en cas de fortes variations journalières, le système doit analyser chaque heure les paramètres psychrométriques, en choisissant la ventilation le jour et la déshumidification mécanique la nuit.
Comment prévenir la condensation lors de refroidissements brusques au printemps et en automne ?
La prévention de la condensation exige la surveillance des zones critiques à faible température de surface (tableaux de fenêtres, angles extérieurs, structures métalliques). Calcul du point de rosée : td = 243,12 × ln(φ × exp(17,62 × t/(243,12+t))/(17,62-ln(φ × exp(17,62 × t/(243,12+t))), où t est la température de l'air, φ l'humidité relative. Si la température de surface est inférieure au point de rosée, une condensation se produit. Stratégies de prévention : 1) Déshumidification préventive 4-6 heures avant le refroidissement prévu ; 2) Chauffage des zones critiques ; 3) Circulation forcée de l'air. Pour un entrepôt avec des murs froids, une stratégie efficace consiste à maintenir l'humidité relative 10-15% en dessous de la valeur calculée en cas de baisse de température extérieure prévue.
Conclusions
L'optimisation saisonnière des systèmes de contrôle de l'humidité permet d'améliorer significativement l'efficacité énergétique et d'assurer le maintien fiable des paramètres de microclimat dans des locaux de diverses destinations. Les principes essentiels sont :
- Exploiter au maximum le potentiel de l'air hivernal sec pour la déshumidification par ventilation
- Réserver obligatoirement de la puissance (15-25% (B)) pour couvrir les pics de charge estivaux
- Pilotage adaptatif pendant les périodes intermédiaires
- Calcul obligatoire du bilan énergétique pour les différentes saisons dès la phase de conception
- Priorité aux systèmes de pilotage adaptatifs par rapport aux modes fixes
- Intégrer la récupération de chaleur pour améliorer l'efficacité énergétique de la déshumidification par ventilation en hiver
Les investissements dans l'optimisation saisonnière sont économiquement pertinents pour la plupart des sites, offrant un potentiel de réduction des coûts d'exploitation annuels de 25-45% (C). Lors du choix de l'équipement, il est nécessaire de prendre en compte les charges saisonnières et les conditions d'exploitation, en garantissant la flexibilité et l'adaptabilité du système aux changements des conditions extérieures.
