Fiche de révision : Installations de climatisation et humidité

Plan du Cours

  1. Objectifs CVC, chauffage et confort thermique
  2. Ventilation et climatisation des locaux
  3. Confort thermique, transferts et chaleur latente
  4. CVC dans l’industrie et les bâtiments
  5. Chauffage central à eau et ventilation
  6. Climatisation partielle, complète et déshumidification
  7. Classification des systèmes et installations tout air
  8. Systèmes air-eau et appareils autonomes
  9. Humidité, enthalpie et normes CVC
  10. Principes, fonctions et terminologie de la régulation
  11. Sondes de température en CVC
  12. Types de régulateurs, applications et bande proportionnelle
  13. Régulation intégrale, PI et chauffage en cascade
  14. Régulation de ventilation, chauffage et refroidissement
  15. Récupération de chaleur
  16. Architecture, usages et contraintes de la GTB
  17. Gestion technique et architectures informatiques
  18. Algèbre logique et portes booléennes
  19. Systèmes binaire et décimal, calcul et bits
  20. Microprocesseur, circuits intégrés et commande universelle
  21. Matériel, mémoire, adressage, programmes et organigrammes
  22. Instructions et exécution processeur
  23. Micro-ordinateurs et mémoires
  24. Types et usages des ordinateurs

1. Objectifs CVC, chauffage et confort thermique

Notions clés & Définitions

  • CVC : Techniques de chauffage, de ventilation et de climatisation.

★ À maîtriser

  • La CVC vise à satisfaire le confort thermique en agissant sur la température de l’air, l’humidité de l’air, la qualité de l’air et son hygiène par le filtrage.

  • Le chauffage hivernal vise à équilibrer la production et l’émission de chaleur du corps humain en réchauffant son environnement.

  • Le confort dépend de plusieurs facteurs :

    • l’habillement
    • la température de l’air
    • la température moyenne de rayonnement
    • l’humidité de l’air
    • la vitesse de l’air
    • la pureté de l’air

📌 Le chauffage influence directement la température de l’air et la température moyenne de rayonnement, tandis que les autres facteurs de confort nécessitent une installation de climatisation.

Compléments

  • La CVC contribue à assurer les conditions nécessaires à la production, au stockage et au transport de biens fragiles ainsi qu’au fonctionnement d’installations comme les installations informatiques.

  • La régulation électronique des installations de CVC contribue aux économies d’énergie.

📌 Le chauffage individuel produit la chaleur localement, tandis que le chauffage central la produit en un point puis la distribue vers les corps de chauffe.

  • L’énergie calorifique peut être transmise par :

    • l’air
    • la vapeur
    • l’eau surchauffée
    • l’eau chaude
  • Sous pression, l’eau surchauffée peut dépasser 100 °C sans bouillir.

Astuce mémo

Chauffage individuel : production locale ; chauffage central : production puis distribution

2. Ventilation et climatisation des locaux

Notions clés & Définitions

  • Installation de ventilation : Installation qui souffle et/ou extrait mécaniquement de l’air, ou le fait circuler.

★ À maîtriser

  • La ventilation et la climatisation maintiennent l’état de l’air ambiant dans certaines limites de pureté, de température, d’humidité et de vitesse.

Compléments

  • Une installation de ventilation peut assurer le chauffage, le refroidissement, l’humidification et la déshumidification de l’air.

  • La technicité d’une installation dépend des exigences formulées par le maître d’œuvre et sa consommation énergétique est en rapport direct avec cette technicité.

  • Les installations de ventilation peuvent être nécessaires lorsque le bruit extérieur est élevé, l’air extérieur vicié, la profondeur du local supérieure à 6 m, le local sans fenêtres, le bâtiment une tour de bureaux ou un grand magasin, la production calorifique interne forte, ou lorsqu’il faut évacuer des substances nocives, de l’humidité ou des odeurs.

  • Une climatisation complète peut être nécessaire : dans les bureaux à grande surface, en cas de très forte production calorifique interne, dans les locaux de réunion et de conférence

3. Confort thermique, transferts et chaleur latente

Notions clés & Définitions

  • Chaleur sensible : Correspond à une augmentation directe de température lors de la convection ou du rayonnement.

★ À maîtriser

  • Deux locaux à 21 °C peuvent procurer un confort thermique différent en raison de températures de parois différentes, notamment lorsque les surfaces sont froides.
  • La convection transfère la chaleur par circulation et mélange de l’air, tandis que le rayonnement thermique est émis par la surface d’un corps sans mouvement.

  • Lors de la vaporisation, l’eau absorbe de la chaleur sans que sa température augmente ; cette énergie est appelée chaleur latente.

  • À une température ambiante de 37 °C, égale à celle du corps humain, le corps évacue toute sa chaleur par évaporation.

  • Le confort thermique dépend de six grandeurs :

    • la production de chaleur
    • l’isolation des vêtements
    • la température ambiante
    • la température moyenne de rayonnement
    • la vitesse de l’air
    • l’humidité de l’air

Compléments

  • Dans l’exemple comparé, la température de paroi ou de rayonnement est de 19 °C dans le séjour lambrissé et de 13 °C dans le sous-sol, alors que la température de l’air est de 21 °C dans les deux locaux.

  • Lorsque la transpiration s’évapore à la surface de la peau, elle nécessite une chaleur d’évaporation prélevée sur le corps et contribue ainsi à évacuer sa chaleur.

📌 L’air en circulation favorise l’évaporation et la convection, tandis qu’il n’influence pas le rayonnement.

  • Un air sec absorbe la vapeur d’eau plus rapidement qu’un air humide, et un air chaud humide réduit l’émission de chaleur par évaporation.

  • L’humidité relative des locaux doit être maintenue à un niveau moyen de 40 à 50 % afin d’éviter notamment le dessèchement des muqueuses des voies respiratoires.

  • L’eau bouillante reste à 100 °C tant qu’elle bout, même si la plaque ou le brûleur continue à chauffer.

  • Pour une activité moyenne de 120 W et une température ambiante de 20 °C, le rayonnement représente 72 W, la convection 25 W et l’évaporation 22 W.

  • Les conditions conseillées en hiver sont de 20 °C et 40 à 50 % d’humidité relative dans les séjours et bureaux, et de 16 °C et 40 à 60 % dans les chambres à coucher.

Astuce mémo

Air humide → évaporation réduite → évacuation de chaleur diminuée

4. CVC dans l’industrie et les bâtiments

★ À maîtriser

  • Les installations de ventilation et de climatisation maintiennent les conditions de température, d’humidité et de pureté de l’air nécessaires à la production ou au stockage.

  • Dans les piscines, l’humidité élevée peut provoquer de la condensation, puis le pourrissement ou la formation de moisissures dans le bâtiment.

Compléments

  • Dans le stockage du papier, l’humidité relative doit rester au plus à 40 % afin d’éviter que le papier ne gèle.

  • Dans les installations de papier continu, l’humidité relative ne doit pas descendre sous 60 %, tandis que la fabrication du coton requiert 70 à 80 % d’humidité.

  • Le transport des bananes se fait à exactement 12 °C afin qu’elles atteignent leur maturité à l’arrivée.

  • Dans les piscines, l’eau excédentaire peut être condensée et la chaleur récupérée au moyen de pompes à chaleur, car l’air n’est pas encrassé.

5. Chauffage central à eau et ventilation

Notions clés & Définitions

  • Extraction d’air : Aspire l’air d’une pièce au moyen d’un ventilateur et le rejette à l’extérieur, créant une sous-pression qui limite la propagation des mauvaises odeurs.
  • Soufflage : Introduit dans un local l’air extérieur aspiré par un ventilateur ; l’air peut être filtré ou chauffé, et l’air excédentaire s’échappe par des ouvertures, créant une surpression qui empêche l’entrée d’air indésirable.

★ À maîtriser

  • 🔄 L’eau suit ce circuit : elle est chauffée par la chaudière, elle circule par les tuyauteries de départ vers les radiateurs, elle cède une partie de sa chaleur aux radiateurs, elle revient à la chaudière par les tuyauteries de retour

  • Le vase d’expansion absorbe l’augmentation de volume de l’eau chauffée ; entre 10 °C et 90 °C, le volume spécifique passe de 1,0003 à 1,0359 dm³/kg, soit une hausse d’environ 3,6 %.

  • Dans certaines salles de conférence, piscines et bureaux, une partie de l’air extrait est mélangée à l’air extérieur puis renvoyée dans le local.

Compléments

  • Dans un chauffage à haute température, l’eau peut passer de 90 °C dans le départ à 70 °C dans le retour.

  • Une pompe est généralement installée dans le circuit de chauffage pour accélérer et garantir la circulation de l’eau.

  • La vanne de sécurité protège les tuyauteries contre les dommages en cas de surchauffe de l’eau.

  • L’extraction convient aux locaux fortement pollués, notamment : les cuisines, les salles de bains et les toilettes, les vestiaires, les locaux de transformateurs ou d’accumulateurs, les parkings, les salles d’archives

  • Le soufflage convient aux locaux dont l’air n’est pas fortement chargé, comme les bureaux, les locaux d’exposition et les locaux techniques en salle blanche.

  • Une installation combinant soufflage et extraction peut fonctionner en surpression, en sous-pression ou à pression égale.

  • Une installation de soufflage et d’extraction peut filtrer l’air neuf et, si elle comporte une batterie chaude, réguler automatiquement la température de l’air soufflé.

  • Le taux d’air extérieur dans une installation avec air repris peut être fixe ou réglé selon la température, l’humidité ou la qualité de l’air.

6. Climatisation partielle, complète et déshumidification

★ À maîtriser

  • Une installation de climatisation partielle avec refroidissement ajoute une batterie froide au filtre à air et à la batterie chaude pour souffler dans le local un air plus froid que l’air ambiant.

  • Une installation de climatisation partielle avec humidification ajoute un dispositif d’humidification au filtre à air et à la batterie chaude.

  • Une installation de climatisation complète maintient la température et l’humidité de l’air à des niveaux constants dans des limites données.

  • Une installation complète comporte généralement des dispositifs pour chauffer, refroidir, humidifier et déshumidifier l’air.

📌 Pour déshumidifier par refroidissement, le fluide réfrigérant doit être à une température inférieure au point de rosée de l’air.

Compléments

  • Le refroidissement de l’air est utilisé dans les locaux soumis à de fortes charges thermiques internes ou externes, comme les salles informatiques, et pour garder des produits au frais, notamment dans les industries alimentaire et pharmaceutique.

📌 Un humidificateur à vapeur apporte l’eau à l’air sous forme de vapeur, tandis qu’un humidificateur à évaporation nécessite de la chaleur latente prélevée sur le mélange air-vapeur.

  • La déshumidification s’effectue par régulation de l’air extérieur ou par refroidissement, avec une batterie chaude nécessaire dans l’installation.

  • Dans les piscines, la déshumidification doit être combinée avec une pompe à chaleur, et la chaleur récupérée sert au préchauffage de l’air soufflé ainsi qu’à la production d’eau chaude pour les douches.

Astuce mémo

Refroidir sous le point de rosée → condenser l’eau → réchauffer l’air

7. Classification des systèmes et installations tout air

★ À maîtriser

  • Les systèmes de climatisation se répartissent en systèmes tout air et systèmes air-eau.

📌 Dans une installation tout air monogaine à une zone et débit constant, tous les locaux reçoivent un air de même température et humidité et ne peuvent pas être climatisés individuellement.

  • Dans une installation multizone, l’air est prétraité centralement puis traité localement afin d’adapter les conditions climatiques à plusieurs locaux ou zones.

  • Un système à volume d’air variable compense les charges frigorifiques en augmentant le débit soufflé lorsqu’un local est trop chaud et en le diminuant lorsqu’il est trop froid.

  • Dans une installation tout air à double gaine, l’air prétraité est réparti dans des gaines chaude et froide, puis les deux flux sont mélangés dans des boîtes individuelles selon la température ambiante souhaitée.

Compléments

📌 La classification générale distingue la ventilation naturelle, les installations de ventilation et les installations de climatisation.

  • Les dispositifs de ventilation naturelle comprennent :

    • les lanterneaux
    • les ouvrants
    • un conduit vertical
    • un dispositif en toiture
  • Les systèmes tout air peuvent utiliser une ou deux gaines, desservir une ou plusieurs zones à débit constant ou variable, et fonctionner à basse ou haute pression.

  • Les applications citées des installations monozones sont : les cinémas, les théâtres, les salles informatiques, les zones intérieures de grands immeubles de bureaux

  • Dans un système multizone à batteries chaudes terminales, une batterie peut être placée dans la centrale sur la sortie de la gaine de zone, en amont des locaux correspondants.

  • Les zones multizones peuvent aussi recevoir des batteries froides ou une humidification supplémentaire, et les registres inverseurs règlent la température soufflée par zone en mélangeant l’air provenant des gaines chaude et froide.

  • Le zonage peut suivre l’exposition des locaux ou les différences de charges frigorifiques et calorifiques entre locaux ou groupes de locaux.

📌 Dans un système à volume d’air variable, la température de l’air soufflé est adaptée à celle de l’air extérieur et un chauffage statique peut compléter le système dans les locaux à chaleur variable, notamment en zone extérieure.

Astuce mémo

Tout air traite l’air ; air-eau associe air primaire et eau chaude ou froide

8. Systèmes air-eau et appareils autonomes

★ À maîtriser

  • Dans une installation air-eau à induction, seul l’air extérieur nécessaire au taux réglementaire est prétraité centralement; l’air primaire entraîne l’air ambiant secondaire, qui est réchauffé ou refroidi dans des récupérateurs de chaleur alimentés en eau chaude ou froide.

  • Les circuits se distinguent ainsi selon leur nombre de tubes :

    • Bitube : une conduite de départ ou de retour transporte de l’eau chaude ou froide selon les besoins
    • Trois tubes : les départs d’eau chaude et froide sont séparés et le retour est commun.
    • Quatre tubes : les départs et les retours d’eau chaude et froide sont séparés.

Compléments

  • Les appareils à induction peuvent être réglés par des vannes ou commandés par des registres; les appareils réglés par registres nécessitent quatre tubes et deux récupérateurs de chaleur.

  • Dans une installation de ventiloconvecteurs, chaque appareil possède un ventilateur et son récupérateur de chaleur est alimenté par un système à deux, trois ou quatre tubes.

  • L’air extérieur des ventiloconvecteurs peut être aspiré par une ouverture dans la cloison extérieure, prétraité centralement puis amené aux appareils, ou amené directement aux locaux par une installation centrale.

📌 Un ventiloconvecteur peut être arrêté lorsque le local est inoccupé et permet un réchauffage ou un refroidissement accéléré, mais il entraîne des dépenses de maintenance plus lourdes.

  • Les climatiseurs de fenêtre et les armoires de climatisation servent essentiellement à refroidir des locaux individuels.

9. Humidité, enthalpie et normes CVC

Notions clés & Définitions

  • Diagramme psychrométrique : Le diagramme psychrométrique, ou diagramme de Carrier, représente la température sèche sur l’axe horizontal et la teneur en eau en g/kg sur l’axe vertical; la ligne de saturation délimite les états saturés et les courbes inférieures représentent des humidités relatives plus basses.
  • Enthalpie : L’enthalpie spécifique de l’air humide est son contenu énergétique rapporté à un kilogramme d’air sec, composé de chaleur sensible et de chaleur latente.
  • Point de rosée : Le point de rosée est l’état atteint lorsque l’air refroidi commence à condenser et que son humidité relative atteint 100 %.

★ À maîtriser

  • L’humidité de l’air influence le confort humain et doit aussi être régulée pour certaines industries et certains processus de haute technologie.

📌 L’humidité absolue indique la quantité d’eau contenue dans un kilogramme d’air, tandis que l’humidité relative exprime le pourcentage de la teneur maximale en eau possible à une température donnée.

  • La déshumidification par refroidissement consiste à refroidir l’air jusqu’à la condensation de la vapeur à 100 % d’humidité relative, évacuer l’eau liquide, puis réchauffer l’air à la température voulue.

Compléments

  • La vapeur d’eau se condense en fines gouttelettes puis en masses d’eau plus importantes; sur une surface plus froide que son environnement, l’humidité se dépose et peut former du givre si la température extérieure est inférieure à zéro.

  • À une pression de 1,013 bar, un kilogramme d’air à 0 °C absorbe au maximum 3,8 g d’eau, à 15 °C 10,7 g et à 25 °C 20,7 g.

📌 La chaleur latente est apportée sans augmentation de température pendant l’évaporation de l’eau, tandis que la chaleur sensible fait monter la température.

  • Le diagramme h,x porte les valeurs d’enthalpie sur un axe oblique et sert à déterminer les quantités d’énergie des installations de climatisation et de ventilation.

  • Selon la DIN 1946, les types d’air sont repérés par des abréviations et des hachures de préférence aux couleurs, lesquelles sont réservées aux cas particuliers.

  • Les abréviations des types d’air sont :

    • AN : air neuf
    • ANP : air extérieur prétraité
    • AE : air extrait
    • AET : air extrait traité
    • AA : air ambiant
    • AR : air repris
    • AM : air mélangé
    • AS : air soufflé
    • AST : air soufflé prétraité

10. Principes, fonctions et terminologie de la régulation

Notions clés & Définitions

  • Régulation : Mesure en permanence la grandeur réglée, la compare à une grandeur de référence et agit pour ramener la grandeur réglée vers la référence en compensant les perturbations.
  • Commande : Procédé dans lequel une ou plusieurs grandeurs d’entrée influent sur des grandeurs de sortie selon les lois du système, sans répercussion des sorties sur les entrées.
  • Système de réglage : Partie de la boucle qui agit sur l’installation réglée et se compose de la sonde, du régulateur et de l’organe de réglage.
  • Installation réglée : Partie de la boucle où la grandeur réglée est influencée, depuis l’endroit où intervient l’organe de réglage jusqu’à l’endroit où la grandeur est mesurée.
  • Grandeur perturbatrice : Grandeur extérieure à la boucle qui modifie la régulation prévue.
  • Grandeur de référence : Apportée de l’extérieur à la boucle et détermine la consigne à respecter ; elle peut être constante ou dépendre du temps ou d’autres grandeurs.
  • Consigne : La valeur que doit avoir une grandeur pendant une période considérée et dans des conditions déterminées.
  • Valeur réelle : La valeur qu’une grandeur possède effectivement pendant une période considérée.

★ À maîtriser

  • 🔄 La régulation automatique suit une boucle de correction :
    1. La sonde mesure la grandeur réglée.
    2. Le régulateur compare la mesure à la référence et calcule l’écart.
    3. L’organe de réglage reçoit une commande et modifie l’installation.
    4. La sonde mesure de nouveau le résultat et la correction recommence.

📌 Dans une commande de chauffage selon la température extérieure, la température extérieure détermine la position de la vanne sans mesure de la température ambiante en retour, tandis qu’une régulation mesure la température soufflée ou de départ et transmet cette mesure au régulateur.

  • La régulation adapte la quantité d’énergie à la demande instantanée, compense les grandeurs perturbatrices variables et vise aussi à économiser l’énergie.

  • Les activités fondamentales de la régulation sont :

    • mesurer
    • comparer
    • régler

📐 Formule - L’écart de réglage est la différence entre la consigne et la valeur réelle : XW=Xs−XiX_W = X_s - X_i.

Compléments

  • Dans l’exemple de chauffage, la température ambiante mesurée est de 24 °C et la référence souhaitée est de 20 °C ; la vanne est actionnée pour ramener la température vers 20 °C.

  • Une régulation de chauffage en fonction des conditions atmosphériques associe une commande par courbe de chauffe à une régulation de la température de départ mesurée par une sonde, appelée régulation séquentielle.

  • Une commande ne compense pas les perturbations dominantes, comme un fort ensoleillement ou une charge thermique interne brève, à moins que le système ne prenne aussi ces perturbations en compte, par exemple au moyen de sondes d’ensoleillement ou de vent.

Astuce mémo

La régulation referme la boucle sur la mesure ; la commande agit sans retour de la grandeur de sortie.

11. Sondes de température en CVC

Notions clés & Définitions

  • Sonde : Relève l’état de la grandeur réglée ou d’une grandeur perturbatrice, par exemple la température, la pression, l’humidité, la concentration de gaz, la luminosité, le rayonnement thermique ou le bruit, puis transmet un signal au régulateur.

★ À maîtriser

📌 Les sondes mécaniques de température exploitent la dilatation d’un tube métallique, d’une bilame ou d’un système rempli de gaz, de liquide ou de pâte, tandis que les sondes électriques utilisent notamment une résistance, une thermistance ou un thermocouple.

Compléments

  • Une sonde de température à résistance utilise un fil de nickel ou de platine dont la résistance électrique varie avec la température.

📌 Les thermistances sont des semi-conducteurs distingués selon leur coefficient de température : négatif pour les CTN et positif pour les CTP.

  • Un thermocouple comprend deux fils de métaux différents soudés ensemble, qui produisent une tension électrique dépendant de la température.

  • Une sonde d’ambiance mesure la température d’un local pilote représentatif des locaux chauffés du bâtiment.

  • Une sonde d’ambiance se monte à un endroit approprié, à environ 1,5 m au-dessus du sol, loin des appareils de chauffage, cheminées, murs extérieurs, fenêtres, grands meubles, rideaux et de l’ensoleillement direct.

  • Pour un bâtiment peu élevé, une sonde extérieure se monte en général à au moins 2,5 à 3 m au-dessus du sol ; pour un bâtiment élevé, elle se place à hauteur moyenne.

12. Types de régulateurs, applications et bande proportionnelle

Notions clés & Définitions

  • Régulateur : Reçoit les signaux de mesure, les compare à la grandeur de référence et transmet les signaux de grandeur de réglage à l’organe de réglage.
  • Régulateur tout ou rien : Transmet seulement deux signaux, tels que OUVERT-FERMÉ ou MARCHE-ARRÊT, sans position intermédiaire.
  • Régulateur proportionnel : Modifie la position de l’organe de réglage proportionnellement à l’écart de réglage : plus l’écart est grand, plus le mouvement de l’organe est important.
  • Bande proportionnelle : Écart de réglage à l’intérieur duquel la grandeur de réglage parcourt toute sa plage.

★ À maîtriser

📌 Un régulateur non progressif ne peut produire que certaines valeurs de grandeur de réglage, tandis qu’un régulateur progressif fait varier continûment cette grandeur en fonction de l’écart de réglage.

  • Un régulateur proportionnel dépend de la charge : il atteint exactement la consigne pour un état de charge déterminé, mais un écart de réglage persiste dans les autres états de charge.

  • Une bande proportionnelle plus étroite rend le régulateur P plus précis, mais une bande trop étroite rend la régulation instable et provoque des oscillations autour de la consigne.

Compléments

📌 Un régulateur sans énergie auxiliaire tire l’énergie d’actionnement de l’installation réglée, tandis qu’un système avec énergie auxiliaire utilise une source d’énergie extérieure.

  • Dans l’exemple d’un régulateur P réglé pour ouvrir la vanne à 18 °C et la fermer à 22 °C, une consigne de 20 °C place la vanne en position moyenne lorsque la température ambiante atteint 20 °C.

  • L’avantage du régulateur proportionnel est la stabilité de la régulation, tandis que son inconvénient est l’écart de réglage permanent hors de l’état de charge de référence.

  • Les régulateurs tout ou rien sont utilisés notamment pour : la température de fonctionnement des chaudières, les ballons d’eau chaude sanitaire, les accumulateurs de chaleur, les pompes à chaleur, les températures ambiantes, la pression

  • Les régulateurs proportionnels sont utilisés notamment pour : les locaux, la limitation de la température de retour des chaudières, les brûleurs modulants, les vannes thermostatiques, les vannes de mélange, les régulateurs de pression différentielle, les régulateurs de débit

  • Les régulateurs PI sont indiqués notamment pour la température de départ et les échangeurs d’eau chaude sanitaire instantanée.

  • Une régulation proportionnelle de température ambiante agissant directement sur un mélangeur réduit les variations de température ambiante, mais une perturbation rapide de la température de l’eau de chaudière peut échapper à la sonde ambiante et provoquer une correction excessive, suivie d’un écart dans le sens opposé.

  • Sur les robinets thermostatiques, la bande proportionnelle est réglée de façon fixe entre 3 et 6 K, tandis que la consigne se modifie avec la tête du robinet.

Astuce mémo

Un régulateur P dépend de la charge → un écart permanent subsiste hors de son état de charge de référence.

13. Régulation intégrale, PI et chauffage en cascade

Notions clés & Définitions

  • Régulateur proportionnel intégral : Associe la stabilité du régulateur proportionnel à la précision du régulateur intégral.

★ À maîtriser

📌 Un régulateur intégral modifie la vitesse de positionnement proportionnellement à l’écart de réglage, tandis qu’un régulateur proportionnel modifie la grandeur de réglage.

  • Dans un régulateur PI, la partie proportionnelle modifie immédiatement la grandeur de réglage et la partie intégrale corrige l’écart de réglage qui subsiste.

  • La régulation de la température de départ en fonction des conditions atmosphériques est très répandue et ne nécessite pas de sonde de température ambiante.

📌 Quand la température extérieure baisse, la température de départ doit augmenter pour maintenir la température ambiante désirée.

  • La régulation de départ selon les conditions atmosphériques régule la température de départ, mais constitue une commande pour la température ambiante.

Compléments

  • Dans une régulation intégrale, les grands écarts sont corrigés rapidement et les petits lentement, jusqu’à supprimer l’écart de réglage permanent.

  • Les régulateurs proportionnels intégraux sont utilisés lorsque les exigences de régulation sont élevées, par exemple dans les installations de climatisation.

  • La régulation en cascade sépare le réglage en un système lent de température ambiante et un système rapide de température de départ.

  • Dans une régulation en cascade, le régulateur P principal relève l’écart de température ambiante et fournit la référence à la boucle auxiliaire, tandis que le régulateur PI auxiliaire règle la température de départ à la valeur souhaitée.

Astuce mémo

P corrige immédiatement ; I corrige l’écart restant

14. Régulation de ventilation, chauffage et refroidissement

Notions clés & Définitions

  • Zone neutre : La zone neutre sépare le point de fermeture de la vanne de chauffage du point d’ouverture de la vanne de refroidissement afin d’éviter le gaspillage d’énergie de refroidissement.

★ À maîtriser

  • En cas de risque de gel d’un récupérateur de chaleur air-eau, la vanne de chauffage s’ouvre, le ventilateur est ensuite déclenché, puis le registre est fermé.

📌 La régulation de température de soufflage maintient constante la température dans la gaine de soufflage, tandis que la régulation de température ambiante agit sur la température de soufflage pour maintenir la température de la pièce.

  • Pour réguler le besoin en air extérieur en présence de gaz explosifs ou toxiques, une sonde de concentration commande le registre d’air extérieur ou modifie la vitesse du ventilateur.

  • Dans la séquence chauffage–refroidissement, la vanne de chauffage s’ouvre davantage lorsque le besoin en chaleur augmente, tandis que les registres maintiennent l’air extérieur à un taux minimal.

  • Lorsque la vanne de chauffage est entièrement fermée, le taux d’air extérieur augmente pour refroidir l’ambiance par « froid gratuit » ; si la température extérieure dépasse la température ambiante, ce taux revient au minimum.

Compléments

  • Les installations d’extraction des locaux utilisés temporairement peuvent être enclenchées par l’interrupteur de lumière et arrêtées par un relais temporisé.

  • Dans les restaurants sujets à des pointes de courte durée, un servomoteur à deux étages peut utiliser une horloge pour le premier étage et un bouton-poussoir avec relais temporisé pour le second.

  • Les ventilations terminales commandées selon les besoins peuvent utiliser des sondes de présence qui réagissent au rayonnement thermique du corps humain.

  • La régulation de l’offre et de la demande des systèmes d’air repris mélange air extérieur et air repris selon la température ou l’enthalpie afin de réduire l’énergie supplémentaire nécessaire.

📌 La séquence de ventilation doit être réglée de façon optimale sans chevauchement avec le chauffage, afin que le chauffage ne fonctionne pas simultanément avec un refroidissement par air extérieur ou par vanne de refroidissement.

  • Une régulation de température de départ du chauffage fondée sur les conditions atmosphériques commande la température ambiante sans la comparer directement à sa valeur réelle ; une courbe de chauffe mal réglée peut donc entraîner un gaspillage énergétique difficile à détecter.

15. Récupération de chaleur

Notions clés & Définitions

  • Récupération de chaleur : Procédé visant à économiser l’énergie et les coûts de fonctionnement et contribuant à long terme à réduire les frais d’investissement pour la production de chaleur et de froid.

★ À maîtriser

  • Dans un système à eau glycolée, un échangeur dans la gaine d’air extrait prélève la chaleur au moyen d’un mélange d’eau glycolée, qui la transfère en circuit fermé à l’air extérieur froid par un second échangeur.

  • Dans un récupérateur à plaques ou à tuyaux, l’air extrait et l’air extérieur circulent de part et d’autre de plaques ou de tuyaux fixes en métal ou en verre, où s’effectue l’échange de chaleur.

  • Dans un récupérateur à régénération, une roue alvéolée tournant lentement est traversée par l’air extrait et l’air extérieur dans des sens opposés ; selon l’accumulateur, elle récupère la chaleur seule ou également l’humidité, et une zone de nettoyage évite le mélange direct des airs.

  • Les rendements maximaux indiqués sont de 60 % pour les récupérateurs à plaques ou à tuyaux, de 45 % pour le système à eau glycolée, de 70 % pour le récupérateur à régénération à surfaces d’échange et de 75 % pour le récupérateur à régénération avec accumulateur.

Compléments

📌 Le système d’air repris mélange l’air repris à l’air extérieur pour économiser l’énergie de refroidissement ou de chauffage de l’air extérieur ; son taux d’air extérieur varie du minimum requis au maximum de demi-saison lorsque l’air extérieur permet le refroidissement.

  • Le système à eau glycolée s’intègre facilement aux installations existantes, ne transmet ni particules ni germes et se règle bien, mais nécessite un fluide caloporteur et une pompe, offre un coefficient de récupération relativement faible et récupère pratiquement aucune chaleur hors de l’hiver.

📌 La récupération par eau glycolée ne devrait être utilisée que si un échange direct air-air est irréalisable ou non rentable pour des raisons de construction.

  • Les récupérateurs à plaques ou à tuyaux n’ont pas de parties mobiles et ne transmettent ni particules ni germes ; les surfaces en verre ne sont pas corrosives, mais les conduits doivent être côte à côte, la récupération est faible en été et l’encombrement est important.

📌 Les récupérateurs à surfaces d’échange transmettent principalement la chaleur sensible et aussi la chaleur latente en cas de condensation, tandis que les récupérateurs à régénération transmettent la chaleur sensible et latente, notamment lorsque l’humidité est récupérée.

16. Architecture, usages et contraintes de la GTB

Notions clés & Définitions

  • Gestion technique des bâtiments : Commande et surveillance centralisées des installations techniques d’un bâtiment.

★ À maîtriser

  • La GTB conventionnelle utilise des appareils analogiques électroniques ou pneumatiques pour mesurer et réguler, et une technique électromécanique ou des systèmes programmables pour commander ; les liaisons sont conventionnelles et les capteurs et lignes sont doublés pour les valeurs analogiques et les informations logiques.

  • Dans une solution DDC entièrement intégrée, un même système numérique dans l’armoire électrique mesure, commande et régule, échange les informations avec le poste central et permet la programmation libre des fonctions, sans liaisons internes ni capteurs et connexions doubles.

  • Le choix d’un concept de GTB doit justifier l’investissement par le rapport coût-utilité, permettre des extensions et adaptations simples par étapes, tenir compte des évolutions prévisibles et s’appuyer autant que possible sur les moyens propres de l’entreprise.

  • Une GTB correctement utilisée simplifie la surveillance, la commande, la régulation et l’optimisation, mais ne remplace ni l’entretien par du personnel qualifié, ni la recherche continue d’optimisations, ni l’adaptation des dispositifs aux modifications du bâtiment ou de l’installation.

Compléments

📌 Dans une solution DDC partiellement intégrée, la mesure, la régulation et les commutations simples sont numériques dans les sous-centrales, mais la commande reste assurée par relais ou systèmes à programme mémorisé ; les liaisons restent conventionnelles, sans capteurs ni lignes en double.

  • Les systèmes GTB sont le plus souvent utilisés dans les bâtiments comportant de nombreuses installations techniques, mais les systèmes programmables en mémoire peuvent aussi servir aux petites et moyennes installations et être étendus par étapes.

📌 Dans le secteur CVC, DDC désigne non seulement la régulation numérique, mais aussi l’intégration des fonctions de régulation, de commande et de gestion dans un système intégré de gestion technique.

  • L’intégration par microprocesseur convient surtout aux problèmes de gestion technique où les liaisons ou le traitement sont complexes : de nombreuses fonctions sont alors réalisées par logiciel, ce qui remplace du matériel, du montage et du câblage, tandis que les entrées-sorties restent relativement peu nombreuses.

  • Les préparations d’énergie bivalentes ou polyvalentes sont des fonctions complexes de commande et de régulation CVC dont le fonctionnement optimal sur le plan énergétique ne peut être atteint qu’à l’aide d’un ordinateur.

  • La gestion de l’énergie comprend notamment :

    • l’optimisation de l’enclenchement
    • les programmes horaires
    • le délestage

📌 Les fonctions standards de gestion de l’énergie peuvent être réalisées par des appareils terminaux conventionnels ou par des systèmes à microprocesseur, tandis que la détermination du mode de fonctionnement le plus économique exige une intelligence programmable et des fonctions arithmétiques.

  • Les fonctions de surveillance et de gestion comprennent :
    • l’exploitation interactive
    • les messages d’alarme et de fonctionnement
    • le suivi des tendances
    • le suivi de maintenance

Astuce mémo

La GTB conventionnelle double capteurs et lignes ; la solution DDC intégrée les supprime.

17. Gestion technique et architectures informatiques

Notions clés & Définitions

  • Gestion technique : Notion issue de l’automatisation des processus, elle englobe aujourd’hui les tâches d’exploitation, de signalement, de surveillance, d’optimisation énergétique, de régulation et de commande.
  • Point de donnée : Appareil ou élément, tel qu’une sonde, un organe de réglage, un commutateur ou une lampe témoin, auquel est reliée une commande ou une régulation.

★ À maîtriser

  • Les éléments habituels d’un système de gestion sont :
    • le poste central
    • les contrôleurs
    • les régulateurs-automates
    • le dispositif de communication

📌 Dans un système centralisé, l’intelligence et les fonctions de gestion sont concentrées au poste central, tandis que dans un système décentralisé l’intelligence et les tâches sont réparties entre les équipements.

  • La panne du poste central d’un système centralisé immobilise le reste de l’installation, tandis que la panne d’un composant d’un système décentralisé ne la paralyse pas entièrement.

Compléments

  • Un système de gestion est un système informatique dont l’architecture est adaptée à la tâche à réaliser.

  • Dans un système centralisé, les contrôleurs servent uniquement d’interfaces avec les organes périphériques et n’assurent pas de tâches autonomes de gestion technique.

  • Dans l’organisation décentralisée décrite, le poste central prend en charge le contrôle, le contrôleur la régulation, la commande et l’optimisation énergétique, et les régulateurs-automates peuvent assurer la régulation et la commande.

Astuce mémo

Centralisé : intelligence concentrée ; décentralisé : intelligence répartie.

18. Algèbre logique et portes booléennes

Notions clés & Définitions

  • Table de vérité : Tableau qui recense tous les cas possibles d’entrée d’un circuit logique et la sortie correspondante.

★ À maîtriser

  • L’algèbre logique attribuée à George Boole repose sur des variables à deux valeurs, telles que vrai et faux ou 1 et 0, et sur les opérations ET, OU et NON.

  • La porte ET produit 1 uniquement lorsque ses deux entrées valent 1.

  • La porte OU produit 1 lorsqu’au moins une de ses entrées vaut 1, y compris lorsque les deux valent 1.

  • La porte NON inverse la valeur de son entrée : 0 devient 1 et 1 devient 0.

Compléments

  • Pour enclencher le brûleur, la température ambiante doit être inférieure à 18 °C ou le bouton MARCHE doit être activé, et l’indicateur de valeur limite ne doit pas signaler de surchauffe.

19. Systèmes binaire et décimal, calcul et bits

Notions clés & Définitions

  • ALU : Unité d’un ordinateur qui effectue les calculs en chiffres binaires au moyen de liaisons logiques.
  • Bit : Plus petite unité logique, prenant la valeur 0 ou 1.

★ À maîtriser

  • Le système binaire attribué à Gottfried Wilhelm Leibniz utilise les chiffres 0 et 1, dont la valeur dépend de leur position, fondée sur les puissances de 2.

📌 Le système décimal est un système de numération de position fondé sur les puissances de 10, tandis que le système binaire est fondé sur les puissances de 2.

  • La plage représentable va de 0 à 15 sur 4 bits, de 0 à 255 sur 8 bits et de 0 à 65 535 sur 16 bits.

  • Un octet, ou byte, correspond à 8 bits.

Compléments

  • En 1673, Leibniz construit la machine à calculer mécanique à cylindres cannelés, capable d’effectuer les quatre opérations de base en système décimal. - REPLICA

  • Pour convertir un nombre décimal en binaire par divisions successives, on divise le nombre par 2, on répète l’opération avec les quotients jusqu’à obtenir 0, puis on lit les restes de droite à gauche.

  • Pour convertir un nombre binaire en décimal, on multiplie chaque chiffre par la valeur de position correspondante, puis on additionne les produits.

  • Lors de l’addition binaire 1 + 1, la somme à la position courante vaut 0 et un report de 1 est transmis à la position suivante.

  • L’ordinateur effectue les multiplications par additions successives et peut effectuer les divisions par soustractions successives.

  • Les mots binaires traités doivent avoir une longueur identique afin que les cellules de mémoire qui les conservent soient de même longueur.

  • Les ordinateurs peuvent traiter des textes lorsque les lettres sont représentées sous forme de codes binaires.

20. Microprocesseur, circuits intégrés et commande universelle

Notions clés & Définitions

  • Module universel de commande : Usage d’un même microprocesseur pour effectuer différentes tâches de commande et de régulation selon le programme placé dans sa mémoire.

★ À maîtriser

  • Le microprocesseur exécute les opérations arithmétiques et logiques, contrôle l’exécution des programmes et les échanges de données avec les périphériques, et lit ses instructions dans la mémoire.

  • Le matériel du microprocesseur peut servir à plusieurs applications, dont les exigences spécifiques sont réalisées par les programmes.

  • La troisième révolution industrielle est attribuée à la fonction de « module universel de commande » des ordinateurs, plutôt qu’aux ordinateurs individuels eux-mêmes.

📌 Tout processus exprimable en chiffres et en lettres et leur traitement peut être commandé ou réglé par l’informatique.

Compléments

  • Un microprocesseur est un élément d’un système plus complexe appelé micro-ordinateur.

  • Au milieu des années soixante, de nouvelles technologies permettent la production de circuits intégrés réalisant de nombreuses fonctions de commutation dans un espace restreint.

  • Dans une machine à coudre, une puce remplace environ 350 parties mécaniques, et dans un téléscripteur, elle en remplace 936.

📌 Tout processus de traitement de l’information pouvant être décrit peut être pris en charge par la technique numérique.

Astuce mémo

Le circuit intégré universel programmable permet d’utiliser le même matériel pour différentes applications.

21. Matériel, mémoire, adressage, programmes et organigrammes

Notions clés & Définitions

  • Bascule : Circuit pouvant prendre deux états stables, 0 ou 1, et mémoriser un bit, la plus petite unité d’information.
  • Programme : Indique pas à pas la marche à suivre pour les circuits et les modules de calcul logiques.

★ À maîtriser

📌 Le matériel désigne les éléments physiques que l’on peut toucher, notamment l’ordinateur et ses périphériques, tandis que le logiciel désigne les programmes prédéfinis au choix.

  • L’unité centrale commande le déroulement des programmes et exécute les opérations arithmétiques et logiques.

  • La mémoire contient les données en cours de travail et les programmes.

  • Pour lire ou écrire un mot en mémoire, le décodeur d’adresses sélectionne la ligne correspondant à l’adresse, puis le mot est lu ou écrit par l’entrée ou la sortie.

  • L’ordinateur travaille en mode séquentiel, de sorte qu’une tâche doit être divisée en opérations élémentaires successives même si elle comporte des fonctions parallèles.

Compléments

  • La commande d’entrée/sortie (I/O) assure la transmission des données avec les appareils périphériques.

  • La périphérie d’exploitation sert au dialogue entre l’utilisateur et l’ordinateur, tandis que la périphérie de processus échange des données et des signaux entre l’ordinateur et le processus.

  • Le système d’exploitation assure le fonctionnement interne et la liaison des composants, tandis que les programmes de travail permettent à l’ordinateur d’accomplir les tâches propres à chaque application.

  • La performance d’un système informatique augmente lorsque sa mémoire peut stocker davantage d’informations et que leur accès est plus rapide.

  • Une mémoire organisée en 8 lignes de 4 bits a une dimension de 8 × 4 bits et contient 8 places adressables, chaque ligne étant lue ou écrite en parallèle comme un mot.

  • Pour élaborer une table de vérité, il faut rechercher les dimensions déterminantes et leur poser des questions auxquelles on peut répondre par oui ou non.

  • Un organigramme représente le déroulement d’un programme à l’aide de cases dont la forme dépend de l’opération symbolisée et de lignes de liaison indiquant le déroulement.

  • Les symboles généraux représentent :

    • les limites telles que le début ou l’arrêt
    • une décision
    • une opération générale

Astuce mémo

Des boîtes aux lettres fixes dont le contenu change

22. Instructions et exécution processeur

Notions clés & Définitions

  • Instruction : Se compose d’un code d’opération qui indique ce qui doit être fait et d’une adresse qui indique où se trouve l’opérande correspondante.
  • Registre : Petite mémoire destinée au stockage de courte durée de données ou d’instructions.
  • Bus : Ensemble de lignes de transmission auquel plusieurs composants sont connectés pour échanger des informations, notamment plusieurs mots complets transmis en parallèle.

★ À maîtriser

  • Le compteur ordinal indique l’adresse de l’instruction suivante en s’incrémentant de 1 à la fin de chaque instruction après avoir été éventuellement placé sur une valeur initiale.
  • 🔄 L’exécution d’une instruction comprend quatre opérations :
    1. Le compteur ordinal fournit l’adresse de l’instruction au décodeur d’adresses.
    2. La mémoire transmet le mot d’instruction au registre d’instructions.
    3. Le décodeur d’instructions interprète l’opération et l’adresse de l’opérande.
    4. L’opérande est transférée vers l’accumulateur selon le code d’instruction.

Compléments

  • Dans l’exemple d’addition, LOAD charge l’opérande de l’adresse 13 (1101), ADD ajoute l’opérande de l’adresse 21, puis STORE place le résultat à l’adresse 15 (1111).

  • Les adresses des pages mémoire restent fixes, mais leur contenu peut varier et contenir des données ou des commandes.

  • L’unité logique et arithmétique (ALU) effectue les calculs et les opérations logiques.

  • L’unité de commande génère les impulsions et les mots d’instruction, puis les envoie aux composants pour traiter les commandes; un générateur de fréquence, ou horloge, lui fournit les impulsions de base.

  • L’accumulateur est le registre de travail principal associé à l’ALU et conserve les résultats de celle-ci.

Astuce mémo

Compteur → mémoire → registre → décodage → exécution

23. Micro-ordinateurs et mémoires

★ À maîtriser

📌 La ROM est une mémoire morte dont les informations sont stockées de manière indélébile et conservées sans alimentation, tandis que la RAM est une mémoire de travail dont les données sont perdues en cas de coupure de courant.

Compléments

  • Dans un micro-ordinateur, l’unité centrale est appelée microprocesseur et les interfaces regroupées sous I/O assurent la communication avec les périphériques.

  • La ROM ne peut être que lue et n’est économique qu’en très grandes quantités pour des produits de série ayant des programmes identiques.

  • La PROM est une ROM que l’utilisateur peut programmer électroniquement à l’aide d’un appareil de programmation et qui convient à des quantités moins importantes.

  • L’EPROM peut être entièrement effacée à l’aide de rayons ultraviolets puis reprogrammée électriquement par l’utilisateur ; elle est utilisée en petites quantités et durant le développement, mais coûte plus cher que la ROM.

  • Chaque case d’une RAM peut être programmée, lue ou effacée autant de fois que souhaité.

Astuce mémo

ROM conserve, RAM perd à la coupure

24. Types et usages des ordinateurs

★ À maîtriser

📌 Les ordinateurs de traitement des données comprennent les centres de calcul, les mini-ordinateurs, les ordinateurs personnels et les ordinateurs domestiques, tandis que les ordinateurs de commande sont respectivement les calculateurs pour processus, les calculateurs pour processus, les micro-ordinateurs à une platine et les micro-ordinateurs à une puce.

Compléments

  • Les exemples d’applications de traitement des données sont : les centres de calcul bancaires ou d’assurance, le CAD et les graphiques mobiles, le traitement de texte, les tableurs et la comptabilité, les ordinateurs de jeux

  • Les exemples d’applications de commande sont : les centraux téléphoniques et installations de chemin de fer, les commandes CNC de machines-outils ou de robots industriels, les commandes de circulation, les commandes de platines laser ou de fours à micro-ondes

Tableaux de synthèse

Systèmes de climatisation

SystèmeTraitement et distributionParticularité
Tout air monogaineAir distribué par une gaineUne zone : conditions identiques; plusieurs zones : adaptation locale
Tout air double gaineAir chaud et froid acheminés séparémentMélange réglé dans des boîtes individuelles
Air-eau à inductionAir primaire et eau dans des récupérateursL’air primaire entraîne l’air ambiant secondaire
VentiloconvecteursVentilateur et récupérateur alimenté en eauAppareils arrêtables; maintenance plus lourde

Systèmes centralisés et décentralisés

DimensionCentraliséDécentralisé
Répartition de l’intelligenceConcentrée au poste centralRépartie entre les équipements
ContrôleursInterfaces sans gestion autonomeAssurent régulation, commande et optimisation énergétique
Effet d’une panneLa panne du poste central immobilise l’installationLa panne d’un composant ne paralyse pas toute l’installation
CommunicationGestion du flux assurée par l’ordinateur centralDispositif de communication performant nécessaire

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1. Dans le domaine du bâtiment, à quoi correspond l’acronyme CVC ?

2. Dans un local où l’on veut agir sur la température, l’humidité, la qualité et l’hygiène de l’air, quel objectif général la CVC permet-elle de poursuivre ?

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Que désigne l’acronyme CVC ?

Les techniques de chauffage, de ventilation et de climatisation.

Quels facteurs la CVC contrôle-t-elle pour le confort thermique ?

La température, l’humidité, la qualité et l’hygiène de l’air.

Que fait mécaniquement une installation de ventilation avec l’air ?

Elle le souffle, l’extrait ou le fait circuler.

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