Une façon de minimiser les problèmes de qualité de l’air et d’humidité dans une maison, sans ouvrir de fenêtre, consiste à installer un système de ventilation mécanique, tel qu’un échangeur de chaleur air‑air. Un échangeur de chaleur air‑air met en contact thermique deux flux d’air de températures différentes, transférant la chaleur de l’air intérieur évacué vers l’air extérieur entrant pendant la saison de chauffage.
En été, l’échangeur peut refroidir et, dans certains cas, déshumidifier l’air chaud extérieur qui le traverse pour être introduit dans la maison afin d’assurer la ventilation. L’échangeur air‑air élimine l’excès d’humidité et évacue les odeurs ainsi que les polluants générés à l’intérieur.
Types
En général, les échangeurs de chaleur sont classés selon le mode de circulation de l’air à travers l’appareil. Dans un échangeur à contre‑courant, les flux d’air chaud et froid circulent parallèlement mais en sens opposé. Dans un appareil à flux croisé, les flux d’air se croisent perpendiculairement. Un appareil à flux axial utilise une grande roue : l’air réchauffe un côté de la roue, qui transfère ensuite la chaleur au flux d’air froid lors de sa rotation lente. Un appareil à tuyau de chaleur emploie un fluide frigorigène pour assurer le transfert de chaleur. D’autres modèles existent pour des applications spécialisées. Les petites constructions, comme les maisons, utilisent généralement des échangeurs à contre‑courant ou à flux croisé.
Ventilateur à récupération de chaleur ou ventilateur à récupération d’énergie et climat
La majorité des échangeurs air‑air installés dans les climats nordiques sont des ventilateurs à récupération de chaleur (VRC). Ces appareils récupèrent la chaleur de l’air évacué et la restituent au bâtiment.
Les progrès récents de la technologie ont également accru l’utilisation des ventilateurs à récupération d’énergie (VRE). Autrefois, les VRE étaient principalement employés dans des climats plus humides, où la charge de refroidissement est plus importante que celle de chauffage. La différence majeure entre les deux réside dans le fait que les VRC ne récupèrent que la chaleur, tandis qu’un VRE récupère à la fois la chaleur et l’humidité. Les VRE ont parfois souffert d’une efficacité réduite en raison de la saturation excessive des roues dessicantes internes lors de longues périodes d’humidité élevée ; toutefois, avec une installation et un entretien appropriés, ils peuvent contribuer à créer un environnement intérieur plus sain et permettre des économies d’énergie significatives. Par ailleurs, la plupart des VRE commercialisés aujourd’hui sont des modèles à plaques, dépourvus de roue dessicante. Consultez un professionnel du chauffage et de la climatisation pour déterminer si un VRC ou un VRE serait le plus adapté à votre situation.
Design
La conception générale d’un échangeur de chaleur air‑air repose sur une série de plaques, appelée cœur, empilées verticalement ou horizontalement. Une plaque idéale présente une conductivité thermique élevée, une grande résistance à la corrosion, la capacité d’absorber les bruits, ainsi qu’un faible coût et un poids réduit. Les matériaux de plaques couramment utilisés comprennent l’aluminium, différents types de feuilles plastiques et des composites avancés. À l’origine, les échangeurs de chaleur utilisaient des plaques en aluminium. Cependant, des problèmes de corrosion apparaissaient dans l’environnement humide engendré par la condensation, tout comme des performances acoustiques médiocres. Les plastiques ont permis de résoudre les problèmes de corrosion et certains défauts sonores, mais leur conductivité n’atteignait pas celle de l’aluminium et leur coût était plus élevé. Les échangeurs de chaleur de haute technologie actuels emploient des matériaux composites répondant à l’ensemble de ces critères.
Outre le cœur, l’appareil comprend un boîtier isolé, des dispositifs de dégivrage destinés à éviter la formation de givre sur le cœur, ainsi que des ventilateurs pour faire circuler l’air. Tous les échangeurs de chaleur nécessitent une isolation afin d’accroître leur efficacité et de réduire la formation de condensation à l’extérieur de l’appareil. Différents types de mécanismes de dégivrage, équipés de capteurs intégrés, sont disponibles pour contrôler le processus de dégivrage. Les ventilateurs assurent le mouvement de l’air, garantissant ainsi le débit d’air et le taux de ventilation requis.
Les échangeurs de chaleur à contre‑courant se composent d’un cœur constitué de plaques planes. L’air pénètre par l’une ou l’autre extrémité de l’échangeur. La chaleur est transférée à travers les plaques vers l’air plus froid. Plus l’air parcourt longtemps l’appareil, plus l’échange thermique est important. Le pourcentage de récupération de chaleur correspond à l’efficacité de l’appareil. Les rendements oscillent généralement autour de 80 %. En règle générale, ces appareils sont longs, peu profonds et de forme rectangulaire, avec des conduits situés aux deux extrémités longitudinales.
Les échangeurs de chaleur à flux croisé utilisent également des plaques planes, mais l’air s’écoule perpendiculairement. Ces appareils occupent moins d’espace et peuvent même s’intégrer dans une fenêtre, mais ils perdent une partie de l’efficacité propre aux échangeurs à contre-courant. Leur efficacité dépasse rarement 75 %. Ces unités sont souvent de forme cubique, avec toutes les connexions situées sur une seule face du cube. La grande majorité des échangeurs de chaleur utilisés dans les applications résidentielles emploie la configuration à flux croisé.
Choices
Choisissez le modèle qui répondra le mieux à vos besoins spécifiques. Prenez en compte des caractéristiques telles que l’espace disponible pour l’installation, le taux d’échange requis et l’efficacité souhaitée. Malheureusement, presque chaque fabricant utilise des méthodes différentes pour indiquer les valeurs d’efficacité. Par exemple, les débits de ventilation dépendent de la résistance au passage de l’air. Un ventilateur annonçant un débit de 150 pieds cubes par minute (cfm) peut en réalité ne produire ce débit qu’à des pressions très faibles. De même, un appareil peut afficher une efficacité de 85 %, mais ne pas être plus performant qu’un autre équipement affichant 80 % d’efficacité, selon la température de test.
Tests et comparaisons
Afin d’unifier les déclarations d’efficacité des fabricants, l’Institut de Ventilation Domestique (HVI) effectue des essais sur les échangeurs de chaleur air-air et autres équipements de ventilation. Ces tests permettent d’établir une fiche technique standardisée pour les échangeurs air-air. Cette fiche normalise les échangeurs selon un ensemble précis de pressions et de températures, ce qui rend possible la comparaison des efficacités et des débits d’air entre différents modèles. Les chiffres relatifs aux performances de ventilation associent les débits d’air à une pression donnée, tandis que les performances énergétiques lient un ensemble spécifique de températures extérieures à divers niveaux d’efficacité. L’efficacité la plus importante est celle efficacité de récupération sensible car c’est lors de ce type de processus que se produit la majeure partie de l’échange thermique. L’efficacité de récupération sensible fournit les rendements des appareils à des débits d’air (cfm) et à des températures spécifiques. Ces valeurs peuvent être comparées d’un appareil à l’autre, permettant ainsi des comparaisons pertinentes à des débits d’air similaires.
