Optimiser la ventilation intérieure et le niveau d’humidité

Introduction

Alors que les secteurs résidentiel, commercial et industriel comprennent la nature essentielle de l’air frais pour la santé et la sécurité des occupants de chaque bâtiment, les technologies permettant de récupérer l’énergie de l’air vicié sortant pour la transférer à l’air frais entrant sont devenues de plus en plus courantes. Les roues thermiques, les boucles de récupération et les échangeurs à plaques ne sont que quelques exemples de technologies utilisées pour créer des environnements de travail confortables et sûrs pour les occupants. Cependant, une question importante émerge lorsqu’on utilise ces technologies : comment gérer l’humidité de l’air étant donné que tous les systèmes récupèrent de la chaleur dans différents contextes ? Pour répondre à cette question, nous utiliserons les échangeurs à plaques air-air à contre-courant comme exemple pratique. Un échangeur à plaques à contre-courant est similaire à un échangeur à plaques à flux croisés en termes d’orientation des plaques, mais la différence réside dans la direction des flux de fluides. La figure 1 ci-dessous illustre visuellement les flux : dans un échangeur à flux croisés, les fluides se croisent à 90 degrés ; dans un échangeur à contre-courant, les fluides s’écoulent dans des directions opposées.

Dans les échangeurs à plaques à contre-courant (air-air), deux types de technologies sont disponibles pour ventiler efficacement les espaces : la récupération de chaleur et la récupération d’énergie (ou d’enthalpie). Le choix du type de technologie dépend entièrement de l’application et doit être examiné sous l’angle des exigences et du contrôle de l’humidité.

Ventilation à récupération de chaleur (VRC)

Certains secteurs tels que les blanchisseries commerciales, les usines de lavage de textiles et les serres agricoles, notamment, n’ont souvent pas besoin de contrôler le niveau d’humidité de l’air frais pour assurer la sécurité et l’efficacité de leurs activités, ce qui fait de la VRC un choix idéal.

Les VRC utilisent des plaques imperméables pour transférer la chaleur sensible tout en empêchant le mélange des flux d’air, assurant ainsi un échange thermique efficace sans transfert d’humidité. Par conséquent, toute condensation dans le flux d’air évacué doit être soigneusement gérée et ce, afin d’éviter l’accumulation de givre pendant les mois d'hiver. À terme, s’il n’est pas contrôlé, un VRC peut se transformer en un bloc de glace.

Stratégies de prévention du gel et de dégivrage avec la VRC

1. Drainage de l’eau : Élimine l’accumulation de condensation grâce à une série de canaux et de tuyaux. Bien qu’il y ait un risque de gel, un système bien conçu peut éviter ce problème.
2. Serpentin de préchauffage : Réchauffe l’air entrant au-dessus du seuil de gel à l’aide d’un chauffage électrique, à la vapeur ou à l’eau chaude, ce qui réduit l’efficacité de la récupération de chaleur mais assure une ventilation continue.
3. Modulation de la performance : Ajuste l’efficacité de l’échangeur de chaleur en augmentant le débit du flux sortant et en réduisant le débit du flux entrant afin de minimiser la formation de givre au prix d’une réduction de la récupération de chaleur.
4. Dégivrage par aspiration uniquement : Arrête temporairement le ventilateur d’alimentation et utilise l’air évacué pour faire fondre la glace. Simple et rentable, mais peut interrompre la ventilation et provoquer une pression négative.

Ventilation à récupération d’énergie (VRE)

D’autre part, certaines industries, en particulier les secteurs commerciaux et résidentiels, ont besoin de maintenir un certain taux d’humidité pour des raisons de confort et pour limiter la propagation des maladies. Cela s’explique par le fait que les muqueuses humaines se dessèchent lorsque le taux d’humidité relative atteint 20 %, ce qui permet aux maladies de se propager à une vitesse exponentielle au sein des populations. Un contrôle plus strict de l’humidité est également important pour les salles blanches, par exemple dans les secteurs pharmaceutique ou microélectronique (pour limiter la contamination). Dans ce cas, en changeant l’air, on peut maintenir le contrôle de l’humidité (ce qui permet de réaliser des économies sur les coûts d’humidification) tout en éliminant l’accumulation de givre dans le cœur de l’échangeur.

En bref, au lieu de plaques métalliques imperméables qui ne transfèrent que la chaleur sensible, la VRE permet le transfert de l’humidité par de petites ouvertures poreuses dans les plaques. Les particules de vapeur peuvent ainsi passer du flux d’air humide au flux d’air plus sec adjacent par gradient de pression de vapeur, ce qui prévient les changements de phase de l’humidité et de la chaleur latente. Comme la chaleur et l’humidité sont toutes deux transférées, ce système réduit la pression exercée sur les humidificateurs en hiver et sur les déshumidificateurs en été.

Considérations sur l’efficacité de la VRE

Alors, quelle est la meilleure technologie pour votre application ? Pour répondre à cette question, il faut comprendre les subtilités techniques de chaque technologie. Parce que les technologies de VRC utilisent des surfaces optimisées et hautement conductrices (aluminium ou polymère), elles sont extrêmement efficaces pour transférer la chaleur sensible. En revanche, les technologies de VRE doivent intégrer des perforations pour transférer l’humidité d’un flux à l’autre. Cela nécessite de petits cadres ou des parois cellulaires qui réduisent inévitablement la surface active et la conception optimale du transfert sensible. Cependant, ce transfert sensible moins efficace permet à l’échangeur de la VRE de gagner en transfert latent, ce qui permet d’améliorer l’efficacité globale du transfert et de réduire la charge exercée sur les équipements d’humidification et de chauffage.

Revenons donc à la question initiale : quelle est la technologie optimale ? Pour les climats froids et secs ou lorsque l’humidité n’est pas un problème, la VRC est plus utile et plus facilement applicable. En outre, si on souhaite réaliser des économies considérables, la VRC est également beaucoup plus abordable. Lorsque les systèmes de chauffage et d’humidité sont sollicités et que l’humidité est un facteur important, la VRE est essentielle et sera globalement beaucoup plus efficace, en plus d’offrir des périodes d’amortissement beaucoup plus rapides.

Conclusion

Le choix entre les ventilateurs à récupération de chaleur (VRC) et les ventilateurs à récupération d’énergie (VRE) dépend à la fois de l’application et des exigences en matière d’efficacité. Les VRE sont généralement plus coûteux mais offrent un meilleur contrôle de l’humidité, ce qui peut avoir un impact sur l’efficacité énergétique globale et les stratégies de réduction des gaz à effet de serre, en particulier lorsque les espaces en question sont chauffés au gaz naturel. Pour choisir le bon système, il faut évaluer les besoins de ventilation afin de garantir un rendement optimal du système et assurer sa durabilité. Si vous avez des questions concernant ces technologies, n’hésitez pas à communiquer avec votre conseiller en efficacité énergétique d’Énergir pour obtenir plus d’information.

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