Brève histoire et aperçu de la climatisation moderne

Au cours de l’histoire, certaines inventions ont grandement amélioré notre qualité de vie. Parmi celles-ci, la climatisation.

Le chauffage n’a jamais été un gros problème : les humains ont découvert le feu et les foyers il y a environ 2 millions d’années, ce qui leur a permis de migrer vers des climats plus froids. Le refroidissement, en revanche, a longtemps été un défi.

Brève histoire de la climatisation moderne

Jusqu’à la fin des années 1800, la circulation de l’air (ventilateurs) et le refroidissement par évaporation étaient les principaux moyens de combattre la chaleur. En 1902, un ingénieur du nom de Willis Carrier cherche à résoudre le problème de l’humidité élevée qui affecte les rouleaux de papier, l’encre et les machines d’une imprimerie de Buffalo (N.Y.). Un jour de brouillard, alors qu’il regardait la brume, Carrier s’est rendu compte que l’air pouvait être séché en le faisant passer dans de l’eau froide pour produire de la condensation. En moins d’un an, il a inventé un système électrique pour éliminer l’humidité de l’air intérieur, ce qui a également pour effet de réduire la température de l’air. C’est ainsi qu’est née la climatisation moderne.

Carrier n’aurait pu imaginer les innombrables façons dont son invention a fondamentalement changé notre façon de travailler et de vivre. Non seulement les presses à imprimer fonctionnent mieux, mais le refroidissement mécanique améliore la fabrication des aliments, des boissons, des produits pharmaceutiques et des produits pétrochimiques. Les hôpitaux, les détaillants, les théâtres et l’industrie des transports, en particulier le transport aérien, ont bénéficié de la possibilité de contrôler la température et l’humidité. En refroidissant les salles de serveurs et les centres de données, la climatisation a également rendu possible l’informatique de pointe et l’internet. En bref, la climatisation a donné naissance à l’économie mondiale, sans compter qu’elle a rendu les maisons, les bureaux, les écoles, les magasins et autres lieux de rassemblement plus supportables par temps étouffant. Il n’est pas étonnant que le magazine TIME ait désigné Carrier comme l’une des 100 personnes les plus influentes du 20e siècle.

Types de systèmes de refroidissement résidentiels, commerciaux et industriels

Plus d’un siècle après le brevet initial de Carrier, il existe plusieurs types de systèmes de climatisation de différentes tailles et dotés de technologies et de capacités différentes, en fonction de la zone à refroidir. Naturellement, les systèmes résidentiels diffèrent des systèmes commerciaux et industriels, car les espaces et les besoins des utilisateurs sont différents.

Unité de condensation d’une climatisation centrale.

Dans les maisons et les bâtiments plus anciens, les unités de fenêtre autonomes apportent un soulagement bienvenu pendant les périodes de forte chaleur et d’humidité, mais généralement pour une seule pièce. À partir de 1970 environ, la climatisation centrale est devenue omniprésente dans les foyers américains. Elle a l’avantage d’être silencieuse, discrète et efficace pour refroidir une maison entière. Les systèmes à air pulsé peuvent fonctionner à l’électricité ou au gaz naturel, et sont moins coûteux que les technologies plus récentes. L’inconvénient est qu’ils nécessitent un réseau de gaines, qu’il est difficile et coûteux d’étendre pour agrandir une pièce ou rénover une construction ancienne. Dans les bâtiments historiques, une telle mise à niveau n’est pas souhaitable, voire impossible.

Système mini-split.

Les mini-splits, qui ne nécessitent pas de gaines et d’évents, sont une excellente alternative à la climatisation centrale. La partie « mini » de leur nom provient de l’unité ou des unités d’évaporation intérieures à profil bas, qui sont montées sur les murs et ne nécessitent que de petits trous pour les différentes conduites : réfrigérant, évacuation de la condensation et électricité. La partie « split » fait référence à l’unité de condensation extérieure, qui est séparée – ou « split » – de l’unité ou des unités intérieures. Bien que les systèmes mini-split soient plus chers et aient une capacité plus faible en raison de leur petite taille, ils sont plus efficaces sur le plan énergétique que l’air pulsé et coûtent donc moins cher à exploiter. De nombreux logements et bâtiments en Europe et en Asie sont construits avec des systèmes mini-split sans conduit, car ils servent également de chauffage et permettent à chaque pièce de régler sa propre température.

Unités extérieures VRF.

L’entreprise japonaise Daikin a inventé le VRF (variable refrigerant flow) en 1982, mais cette technologie n’est entrée sur le marché qu’au début des années 2000. Son nom vient des compresseurs et des ventilateurs inverseurs de l’unité extérieure qui varient leur vitesse en ajustant l’alimentation électrique. Le taux de variation détermine la quantité de réfrigérant que les compresseurs délivrent. Le VRF est similaire aux mini-splits en ce sens qu’il comporte des unités intérieures/extérieures, qu’il est sans conduit et qu’il peut aussi bien chauffer que refroidir. La principale différence est que les unités VRF ont une capacité beaucoup plus élevée, ce qui fait du VRF un bon choix pour les entrepôts, les installations industrielles et les bâtiments commerciaux. Il est également flexible : un système peut chauffer ou refroidir différentes zones d’un bâtiment en même temps.

RTU emballé.

De nombreux bâtiments commerciaux sont équipés d’une unité de toit monobloc (RTU) pour le refroidissement et parfois le chauffage. Comme son nom l’indique, tous les composants HVAC du cycle de réfrigération (et de chauffage) sont logés dans une grande boîte métallique. On peut considérer cette unité comme un cousin géant de l’unité de fenêtre standard ! Les conduits se raccordent directement au bas du RTU pour acheminer l’air refroidi vers le bâtiment situé en dessous et recevoir l’air chaud. (Les unités groupées peuvent également avoir des connexions horizontales, si elles sont placées à côté d’un bâtiment, par exemple). Au départ, les RTU étaient des systèmes à volume d’air constant (CAV), ce qui signifie qu’elles avaient un débit d’air fixe optimisé pour une zone particulière. Cependant, ce débit invariable entraînait parfois un refroidissement inégal dans certaines parties du bâtiment et une circulation d’air plus importante que nécessaire dans d’autres. Les systèmes à volume d’air variable (VAV) résolvent ces problèmes, augmentant ainsi le confort et l’efficacité énergétique.

Système de refroidissement.

L’eau est à la fois un fluide thermique et un réfrigérant. Dans un système de chaudière traditionnel, que l’on trouve aussi bien dans les maisons que dans les installations industrielles, l’eau chaude ou la vapeur diffuse de la chaleur dans les espaces intérieurs. À l’inverse, un système à eau glacée absorbe la chaleur en faisant circuler de l’eau refroidie à environ 7°C dans des conduites situées sous les planchers, dans les murs et dans les plafonds. Cette méthode permet de refroidir un bâtiment ou, dans le cas d’une centrale de refroidissement, de desservir plusieurs bâtiments, voire une zone entière à forte densité (refroidissement urbain).

Chauffage et refroidissement géothermiques.

La température de l’air fluctue énormément, mais à 3 m sous terre, elle est de 13 °C toute l’année. Le chauffage et le refroidissement géothermiques sont coûteux au départ, mais ils suscitent de plus en plus d’intérêt car les consommateurs et les entreprises cherchent des moyens de réduire leur consommation d’énergie. Fondamentalement, ces systèmes sont constitués d’une boucle de tuyaux enterrés dans lesquels l’eau circule. Par temps froid, l’eau à la température de l’air est envoyée sous terre pour se réchauffer ; lorsqu’elle remonte à la surface, une pompe à chaleur porte l’eau à la température souhaitée et l’envoie dans les tuyaux du bâtiment. Par temps chaud, le système utilise le même principe mais en sens inverse. Sans unités extérieures/de toit, les systèmes géothermiques sont très silencieux et esthétiques. De plus en plus de promoteurs commerciaux visent la certification LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) pour leurs projets, et les solutions alternatives de CVC comme la géothermie jouent un rôle important dans cet objectif.

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