Fonctionnement climatisation

Écrit par les experts Ooreka

Tout comme votre réfrigérateur, le fonctionnement d'une climatisation produit du froid en rejetant le chaud.

Le fonctionnement d'une climatisation s'apparente à celui d'un réfrigérateur : d'un côté elle produit du froid, de l'autre elle évacue la chaleur, car l'énergie récupérée est rejetée vers l'extérieur de la pièce. Tout cela grâce à un fluide frigorigène.

Fonctionnement climatisation : principe et matériel

Basé sur la circulation et la transformation d'un fluide frigorigène, le fonctionnement d'une climatisation est assez complexe. Tandis que l'évaporation assure l'absorption de la chaleur, la condensation a lieu avec le rejet de chaleur. Il n'est pas donné à tout le monde d'assurer seul le bon fonctionnement d'une climatisation. Preuve en est, l'important nombre d'éléments qu'elle contient.

Les composants de base sont le compresseur, l'évaporateur, le condenseur et le détendeur. À ceux-ci, il est primordial d'intégrer les liaisons frigorifiques ainsi que le fluide frigorigène.

Le compresseur

Le compresseur est une des pièces maîtresses du circuit. Il permet de faire circuler le fluide frigorigène en le comprimant. Le compresseur aspire des vapeurs en basse pression (BP) et refoule des vapeurs en haute pression (HP). En plus de l'augmentation de pression, il y a aussi un accroissement de température lors de la compression.

L'évaporateur

L'évaporateur est lui aussi primordial puisque son rôle est de capter la chaleur du local à refroidir.

L'évaporateur capte cette chaleur en évaporant le fluide frigorigène qu'il contient. Le fluide arrive à l'évaporateur sous forme de mélange liquide-vapeur, à basse pression et à basse température, entre 5 et 10 °C de moins que l'air. De cette manière, la chaleur est transférée de l'air vers le fluide qui la capte en s'évaporant. 

À la sortie de l'évaporateur, le fluide est totalement sous forme de vapeur avant de se faire aspirer par le compresseur.

Le condenseur

La chaleur captée par l'évaporateur, aspirée par le compresseur, est ensuite envoyée vers le condenseur. 

Son rôle est d'évacuer la chaleur du circuit. Pour cela, le condenseur reçoit du fluide sous forme de vapeur HP à une température élevée, environ 50 à 70 °C sur les circuits classiques.

La chaleur est transférée du fluide vers l'air. En se refroidissant, le fluide va atteindre sa température de condensation (environ 10 à 15 °C plus chaud que l'air). En se condensant, le fluide cède sa chaleur au fur et à mesure qu'il passe de l'état vapeur à liquide.

À la sortie du condenseur, le fluide est totalement à l'état de liquide et toujours HP. La température moyenne est d'environ 35 °C selon le type d'installation.

Le détendeur

Dernier composant clé du circuit : le détendeur. C'est lui qui permet au fluide de passer de l'état liquide HP à l'état mélange BP. Cet abaissement de pression crée une chute de température permettant au fluide d'être plus froid que l'air dans l'évaporateur.

Plusieurs types de détendeur existent, du plus simple de type capillaire comme dans un réfrigérateur au plus sophistiqué comme dans une climatisation avec un détendeur électronique.

La vanne d'inversion de cycle

Comme son nom l'indique, la vanne d'inversion de cycle permet de rendre réversible le circuit. Il y a donc un fonctionnement en mode chaud ou en mode froid. L'inversion de cycle permet aussi le dégivrage de l'unité extérieure en hiver.

Il s'agit d'une vanne 4 voies qui relie l'aspiration et le refoulement du compresseur aux 2 échangeurs, l'évaporateur et le condenseur. Selon le mode, l'un est à l'unité extérieure tandis que l'autre est à l'unité intérieure.

La vanne de service

Les vannes de service d'un climatiseur ont pour objectif de pouvoir stocker le fluide frigorigène dans l'unité extérieure du climatiseur. Cette opération est utile pour les phases d'installation, de maintenance ou de démantèlement de l'appareil. Il s'agit de vannes 2 positions, ouvertes ou fermées.

En plus de leur rôle de vanne, elles permettent le raccordement des flexibles du manifold pour tirer au vide le circuit, ajouter ou enlever du fluide frigorigène, contrôler les pressions de fonctionnement.

Climatisation individuelle : la simplicité

Les climatiseurs peuvent se classer selon deux familles, les mono-blocs et les bi-blocs, aussi appelés « split-system ».

Dans le premier cas, il s'agit de climatiseurs souvent mobiles ne comprenant qu'une seule unité plutôt bruyante et encombrante. Il est nécessaire d'ouvrir la fenêtre ou de percer la façade pour laisser s'échapper l'air chaud ;

Le split-system se décompose en deux unités, au moins une intérieure et une extérieure comprenant les éléments cités plus haut. Plusieurs unités intérieures peuvent être raccordées à une seule unité extérieure.

  • Pour une unité intérieure et une extérieure, on parle de mono-split ;

Généralement, un multi-split peut être composé de deux à quatre unités intérieures :

  • Pour deux unités intérieures, on parle de bi-split ;
  • Pour trois, de tri-split ;
  • Pour quatre, de quadri-split.

Certains fabricants peuvent proposer des solutions avec plus d'unités, cinq à six, mais rarement au-delà.

Fonctionnement climatisation : les réversibles

Sur le principe, une climatisation doit refroidir un local et non le chauffer. Un composant supplémentaire est rajouté sur les climatiseurs classiques afin qu'ils puissent chauffer et refroidir : il s'agit de la vanne d'inversion de cycle (vanne 4 voies).

En fonction du mode choisi, la vanne dirige les vapeurs chaudes refoulées par le compresseur soit dans l'échangeur de l'unité extérieure en fonctionnement classique, soit dans l'échangeur de l'unité intérieure pour le mode « chaud ».

La climatisation réversible est un système avantageux :

  • Elle assure aussi le chauffage l'hiver, en plus de la climatisation l'été ;
  • Elle permet un gain de place et d'argent (un système deux en un efficace) ;
  • L'installation a un rendement économique élevé : utilisation continue.

Remarque : attention à ne pas confondre réversible et « Inverter », mode de régulation permettant de faire varier la vitesse de rotation du compresseur, dont la conséquence est de consommer moins d'énergie. Un climatiseur réversible a la possibilité de chauffer ou refroidir un local alors qu'un climatiseur « Inverter » ne le peut pas forcément.

À qui profite la climatisation ?

Pouvoir évoluer dans une atmosphère acceptable et un tant soit peu fraîche n'est malvenu pour personne, surtout à notre époque où le réchauffement climatique et la concentration de la population accroissent la chaleur. Ainsi, le fonctionnement d'une climatisation est aussi appréciable :

  • En entreprise : diminution de la fatigue et des énervements liés à la chaleur, hausse de la productivité ;
  • En commerce : suppression de la sensation d'étouffement, soin et attention portés à la clientèle, image de marque ;
  • En habitation : appartement ou villa où il fait bon vivre. 

Conseils d'achat d'une climatisation

Classification et classe énergétique

Concernant l'achat d'un climatiseur, il est bon de se référer à sa classe énergétique. Il s'agit de l'étiquette fournie avec le produit et possédant une notation variable de D à A+++. Dans le cas des climatiseurs réversibles, il y aura deux catégories, une pour le chauffage et l'autre pour la climatisation. Les appareils les plus performants, se situent dans les classes A à A+++.

Leur classification s'effectue :

  • Pour le mode froid d'après le SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio) de l'appareil, coefficient de performance en mode froid sur toute une saison de climatisation ;
  • Pour le mode chaud d'après le SCOP, coefficient de performance saisonnier sur toute une saison de chauffe.

Bon à savoir : privilégier un appareil de type Inverter comme indiqué plus haut vous permettra de réaliser des économies d'énergie supplémentaires et s'adaptera mieux à vos besoins en fonction du nombre d'unités intérieures en fonctionnement.

Capacité de chauffe

D'un point de vue technique, en plus de la puissance nécessaire, il faut vérifier notamment l'aspect aéraulique. Le débit de soufflage doit permettre un taux de brassage compris entre 5 et 10 volumes par heure. Sans ça, soit votre pièce n'aura pas une température homogène, soit la vitesse d'air sera trop importante et générera de l'inconfort. 

Par exemple : si vous souhaitez climatiser et chauffer une pièce d'environ 50 m³, pour que votre taux de brassage soit compris entre 5 et 10 vol/h, l'unité intérieure doit avoir un débit de soufflage compris entre 250 et 500 m³/h.

Remarque : les climatiseurs réversibles ne sont pas conseillés dans une salle de bain, le soufflage d'air risque de générer de l'inconfort. Préférez-y un radiateur électrique.

Compatibilité entre les unités extérieure et intérieure

Une unité extérieure accepte de recevoir plusieurs modèles d'unités intérieures. Il est important de vérifier la compatibilité entre vos différentes unités intérieures et l'unité extérieure.

Chaque unité extérieure accepte une longueur totale de tube et un dénivelé maximal (différence de hauteur entre le point haut et le point bas de votre installation), pensez à vérifier ces paramètres avant l'achat. Ces critères vous permettront de choisir entre différentes solutions (un tri-split ou un bi-split plus un mono-split par exemple).

Remarque : les systèmes de climatisation réversible, au même titre que les pompes à chaleur Air/Air, n'ouvrent pas accès aux différentes aides de l'état. Pour bénéficier du crédit d'impôt, de l'éco-prêt à taux zéro ou de la TVA à 5,5 %, il faut passer sur une pompe à chaleur de type Air/Eau ou Eau/Eau respectant un seuil de performance et installée par un professionnel RGE.

Conseils d'installation d'une climatisation

Préconisation

Premièrement, il est important de garder à l'esprit qu'il faut se conformer aux préconisations du fabricant pour l'installation. Certaines non-conformités vis-à-vis des préconisations peuvent annuler la garantie, notamment concernant le façonnage des tuyauteries.

Lors de la pose de l'unité extérieure et des unités intérieures, vérifiez les préconisations concernant l'espace nécessaire autour des unités.

Ce point est essentiel car s'il est trop faible, le passage d'air risque d'être obstrué, ce qui a pour effet de diminuer les performances de vos appareils, voire de les mettre en défaut.

Les condensats

L'évacuation des condensats (eau de condensation provenant de l'air) requiert une attention particulière pour ne pas créer d'infiltration d'eau dans vos murs ou fondation pour l'unité extérieure.

Cette évacuation se réalise en tube plastique (cristal ou annelé) et doit permettre l'évacuation gravitaire des eaux de condensation : comptez au minimum 1 cm/m de pente.

Si le respect de cette règle est impossible, il faudra alors opter pour une solution d'évacuation forcée en ajoutant une pompe de relevage qui permet de faire remonter l'eau pour l'acheminer jusqu'au point d'évacuation.

Connexions inter-unités

Pour raccorder les unités entre elles, il faut utiliser des tubes en cuivre de qualité frigorifique en couronne afin de ne pas avoir à rallonger les longueurs.

À chaque extrémité des tubes, un dudgeon (= évasement conique du tube cuivré) doit être effectué pour assurer une parfaite étanchéité entre le raccord de l'unité et le tube. Le professionnel réalisant la mise en service peut se charger de leur confection.

La mise en service

La mise en service doit, selon l'article R543-84 du code de l'environnement, être réalisée par un professionnel disposant de l'attestation de capacité prévue à l'article R543-99.

La vente de climatiseur pré-chargé en fluide frigorigène est réservée aux professionnels ou aux particuliers ayant conclu un accord de mise en service avec un professionnel disposant des attestations nécessaires.

Lors de cette mise en service, le professionnel doit vérifier :

  • Le bon raccordement des unités (électrique et fluidique) ;
  • Réaliser les dudgeons ;
  • Contrôler l'étanchéité de l'ensemble ;
  • Vider l'air présent dans les tuyauteries (tirage au vide) ;
  • Ouvrir les vannes de l'unité extérieure contenant le fluide frigorigène.

Un appoint de charge peut être nécessaire en fonction des longueurs de tubes. Pour finir, il vérifie le parfait fonctionnement de l'installation puis vous remet une fiche de mise en service Cerfa 15497-01. Si vous avez acheté vous-même le climatiseur pré-chargé, il vous remet également le Cerfa 15498-02.


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