Centrale de Traitement d'Air (CTA)

 

I. Introduction

Une Centrale de Traitement d'Air (CTA) est un équipement qui permet le conditionnement d’un air, c’est-à-dire assurer des conditions de qualité (ex : poussière), débit, température et bien souvent d’hygrométrie strictes, qui sera soufflé dans un local (bureau, lieu public, entrepôt, process, etc.) : elle assure ainsi diverses opérations dites unitaires que sont filtration, mélange, récupération d'énergie, chauffage, refroidissement, humidification, déshumidification et soufflage. Elle est au cœur des installations CVC des bâtiments tertiaires, industriels et hospitaliers.

Par la suite, on utilise l’outil CTA de RefriHVAC pour détailler les différents composants de la CTA, et son fonctionnement général.

 

II. Interface et données d'entrée

 

II.1. Options de calcul

 

II.2. Données d'entrée et informations principales

Les données d'entrée sont organisées en plusieurs blocs, et permettent d’obtenir les besoins globaux sur le traitement de l’air en fonction de l’air extérieur et des volontés concernant l’air intérieur (et/ou et le mélange selon option) associées aux diverses charges du local (charges sensibles et latentes).

 

III. Étapes de traitement de l'air

Le traitement de l'air dans une CTA s'effectue en une succession d'étapes dites opérations unitaires. Chaque étape correspond à un composant de la CTA et produit une transformation spécifique de l'air sur le diagramme psychrométrique. Dans RefriHVAC, chaque étape peut être activée ou désactivée selon la configuration de la CTA à étudier, et afin de faire correspondre les besoins de soufflage réels par rapport aux requis.

 

III.1. Mélange Air Neuf / Air Repris

La première étape potentielle, si les conditions le permettent, consiste à mélanger l'air neuf (extérieur) avec l'air repris (recyclé depuis les locaux). Ce mélange est calculé par bilan de masse et d'Enthalpie :

 

III.2. Récupérateur de Chaleur

Le récupérateur de chaleur (ou échangeur air/air) préconditionne l'air neuf en récupérant de l'énergie sur l'air extrait. Il peut être :

 

III.3. Préchauffage (Batterie Chaude n°1)

Le préchauffage intervient après le récupérateur (ou après le mélange) pour porter l'air à une température suffisante avant les étapes suivantes. Il est usuellement réalisé par une batterie à eau chaude, vapeur ou électrique.

 

III.4. Refroidissement (Batterie Froide)

La batterie de refroidissement ou batterie froide (BF) rafraîchit l'air en cas de besoin estival ou lorsque la température de soufflage requise est inférieure à la température du point de mélange. Deux modes sont disponibles dans RefriHVAC :

 

III.5. Chauffage (Batterie Chaude n°2)

 

III.6. Humidificateur Adiabatique

L'humidification adiabatique (ou humidification par évaporation) augmente l'humidité de l'air sans apport de chaleur externe. Elle est utilisée pour corriger un défaut d'humidité en hiver ou en régions sèches.

 

III.7. Chauffage Terminal (Batterie Chaude n°3 – BC3)

Une troisième batterie chaude peut être ajoutée en fin de chaîne, après l'humidificateur adiabatique, pour ajuster finement la température de soufflage si nécessaire. Son fonctionnement est identique aux batteries BC1 et BC2.

 

III.8. Humidificateur à Vapeur

L'humidificateur à vapeur injecte de la vapeur d'eau dans l'air, augmentant l'humidité spécifique sans modification significative de la température. C'est une transformation quasi-verticale sur le diagramme psychrométrique.

 

IV. Résultats et lecture du diagramme

IV.1. Diagramme psychrométrique avec traitement complet

Le diagramme psychrométrique intégré à la fiche CTA représente graphiquement la succession des états de l'air à chaque étape comme on a pu le voir précédemment. Il affiche :

 

IV.2. Tableau de résultats

La page « Résultats » de RefriHVAC présente un tableau récapitulatif complet, avec pour chaque étape de traitement les grandeurs psychrométriques calculées :

 

V. Étude de cas — Dimensionnement d'une CTA pour un bâtiment tertiaire standard

Après avoir détaillé le fonctionnement de chaque composant de la fiche CTA, cette section propose une application complète à un cas de bâtiment tertiaire courant. La démarche proposée ici part d'un bâtiment de référence dont on déduit, étape par étape, les données à renseigner dans RefriHVAC : débit d'air neuf, charges sensibles et charges hydriques. On adapte ensuite les composants de la CTA pour répondre à différent cas et contraintes de fonctionnement.

L'objectif est double : illustrer une méthode de prédimensionnement simplifiée permettant d'obtenir des ordres de grandeur cohérents avant toute étude thermique détaillée, puis montrer comment construire une CTA progressivement, composant par composant, jusqu'à satisfaire le cahier des charges — d'abord en configuration hiver, puis en configuration été.

 

V.1. Cas hiver

V.1.1. Présentation du bâtiment de référence en cas hiver

 

V.1.2. Débit d’air neuf

Le Code du travail (article R.4222-6) impose un débit minimal d’air neuf de 25 m³/h par occupant pour les bureaux classiques. En pratique, les bureaux d'études retiennent généralement une valeur légèrement supérieure pour garantir un meilleur confort et une marge vis-à-vis de la qualité d'air, sans pour autant surdimensionner l'installation, on choisit alors une valeur standard de 30 m³/h par occupant. Pour ce bâtiment, un effectif de 300 personnes avec une marge de 10% (cohérent vis-à-vis de potentielle personnes supplémentaire) conduit au besoin suivant :

 

V.1.3. Charges sensibles (bilan hiver)

 

V.1.4. Charges hydriques

 

V.1.5. Température de soufflage

 

V.1.6. Dimensionnement Hiver

 

V.2. Cas été

V.2.1. Présentation du bâtiment de référence en cas été

 

V.2.2. Charge sensible été

 

V.2.3. Température de soufflage requise

 

V.2.4. Dimensionnement été