Et d’ailleurs, pourquoi humidifier l’air ? Comment fonctionne l’osmose inverse et comment convertir le degré de dureté en unités des autres pays ? Vous trouverez ici beaucoup de sujets intéressants sur l’humidification de l’air.
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Pourquoi est-il nécessaire d’humidifier certaines pièces ?
- Parce que les individus peuvent tomber malade lorsque l’humidité de l’air est inférieure à 40 % d’humidité relative. La peau et les muqueuses peuvent se dessécher lorsqu’elles ne sont plus suffisamment protégées contre les virus et les microbes qui y pénètrent.
- Parce que beaucoup de matériaux sont très sensibles aux variations de l’humidité de l’air (matériaux hygroscopiques). Ainsi, le papier, les tissus ou le bois ont besoin d’une humidité bien précise et constante pour ne pas se dessécher, se déchirer ou se déformer.
- Parce que les aliments ne restent frais et appétissants que s’il ne peuvent pas se dessécher dans les chambres froides ou les entrepôts.
- Parce que beaucoup de processus de production ne fonctionnent qu’à la bonne humidité de l’air. La pâte à pain ne peut gonfler et le fromage mûrir correctement qu’à la bonne humidité de l’air.
- Parce que les chargements électrostatiques diminuent nettement à partir d’une humidité relative de 50 %. C’est particulièrement indispensable dans les locaux d’ordinateurs.
- Parce que les plantes ne se sentent bien qu’à la bonne humidité. Elles poussent moins bien dans un environnement sec : les feuilles, fleurs et fruits restent de petites tailles et ne tiennent pas longtemps.
- Parce que les animaux grandissent particulièrement bien et restent en bonne santé à la bonne humidité de l’air.
Termes de base généraux de l’humidification de l’air.
- L’air est un mélange gazeux composé à 78,1 % d’azote, à 20,9 % d’oxygène, à 0,9 % d’argon, à 0,03 % de dioxyde de carbone et à 0,01 % d’hydrogène ainsi que de petites quantités d’autres gaz tels que l’hélion, le néon, le krypton ou le xénon. L’air composé uniquement des composantes ci-dessus est de l’air sec. L’air combiné à de la vapeur d’eau est de l’air humide. Dans la nature, on trouve exclusivement de l’air humide, qu’il s’agisse de l’air « sec » du désert ou du brouillard londonien : il s’agit toujours d’un mélange d’air et de vapeur d’eau, c’est donc de l’air humide.
- La psychrométrie est la science de l’air humide (Psychros (en grec) : froid, frais). Elle fait partie de la thermodynamique et traite des caractéristiques thermodynamiques de l’air.
- L’humidité absolue est la masse de vapeur d’eau x qui est contenue dans 1 kg d’air sec ; le résultat est donc toujours (1+x) kg mélange air/vapeur d’eau.
- L’humidité relative est, pour simplifier, l’humidité contenue dans l’air par rapport à la quantité d’humidité que pourrait contenir l’air à la même température et pour une saturation à 100 % en vapeur d’eau. Elle est généralement exprimée en pourcentage.
- La densité de l’air change avec sa teneur en humidité.
- Le diagramme h,x (d’après Mollier) pour l’air humide est un diagramme psychrométrique, c’est-à-dire un diagramme pour les mélanges vapeur/air qui renseigne sur les différents états de l’air en fonction de la température de l’air, de la densité de l’air, de l’humidité absolue et de l’enthalpie spécifique.
- La puissance d’humidification est la quantité de vapeur d’eau ou d’aérosols que produit habituellement un humidificateur d’air ou un système d’humidification de l’air en l’espace d’une heure de temps. Elle peut entre autre être déterminée à l’aide du diagramme h,x.
- L’humidification adiabatique est créée en cas d’humidification de l’air par humidificateur par atomisation ou par systèmes d’atomisation. Ces appareils produisent des aérosols qui ont besoin d’énergie pour s’évaporer. Cette énergie, ils la puisent dans l’air intérieur ambiant sous forme de chaleur. Ainsi, l’humidification adiabatique a en plus un effet refroidissant.
- Les aérosols sont des gaz dans lesquels des matières solides (fumée) ou liquides (brouillard) sont en suspension sous forme de petites particules réparties sous forme de brouillard. Dans l’humidification de l’air, le terme d’aérosols désignent de minuscules gouttelettes d’eau d’une taille d’environ 1 à 20 µ. Ils sont générés par les humidificateurs par atomisation et transportés dans l’air intérieur. L’humidification par aérosols est toujours adiabatique.
Ce qu’il faut savoir sur la vapeur.
- La vapeur saturante est une vapeur saturée, c’est-à-dire de la vapeur qui ne peut plus absorber d’humidité. Cette vapeur est encore en contact direct avec l’eau.
- La vapeur surchauffée se forme à partir de la vapeur saturante qui continue d’être chauffée à pression constante. La vapeur surchauffée n’est plus saturée.
- La vapeur insaturée apparaît par surchauffe de vapeur saturée ou lorsque le volume de la vapeur saturée est augmenté à température constante.
- Le condensat se forme lorsque la vapeur refroidit. Le condensat se forme également dans la nature lorsque le point de rosée de l’air est atteint, c’est-à-dire qu’à une certaine température, l’air ne peut plus absorber d’eau.
Ce qu’il faut savoir sur la qualité de l’eau et les éléments minéraux.
- L’eau devrait avoir, à l’état non traité, la qualité d’eau potable pour l’humidification de l’air. En cas d’eau de puits, il convient de consulter le fabricant du système d’humidification. En fonction de la nature de l’origine, l’eau présente des composantes différentes qui déterminent la dureté de l’eau et ont une influence sur le comportement des humidificateurs d’air en fonctionnement.
- La dureté de l’eau permet de tirer des conclusions sur la quantité et la nature des composantes de l’eau contenues, les éléments minéraux. En Allemagne, la dureté de l’eau est exprimée en ° dH et comprend la somme de tous les éléments minéraux présents sous forme d’ions dissouts. La teneur en ions est exprimée en mg/l. Ce que signifient les degrés de dureté allemands : 0 - 4 = très douce, 4 - 8 = douce, 8 - 12 = moyennement dure, 12 - 18 = plutôt dure, 18 - 30 = dure, au delà de 30 = très dure.
- Les éléments minéraux sont des sels minéraux dissouts dans l’eau. On distingue les carbonates (bicarbonate de calcium, carbonate de magnésium, bicarbonate de magnésium) et les non-carbonates (sulfate de calcium, sulfate de magnésium, chlorure de calcium, chlorure de magnésium, nitrate de calcium, nitrate de magnésium). Si l’eau s’évapore, les éléments minéraux restent. La dureté totale de l’eau est la somme de la dureté des carbonates et la dureté permanente (dureté totale = dureté des carbonates + dureté permanente).
- La dureté des carbonates sont les sels de calcium et de magnésium dissouts dans l’eau. On les appelle aussi dureté temporaire ou dureté aléatoire, car ils émergent sous forme de calcaire lorsque l'eau est chauffée.
- La dureté permanente ou dureté des non-carbonates sont les sulfates, chlorures et nitrates de calcium et de magnésium dissouts dans l’eau. Ils forment la dureté irréversible de l’eau car ils émergent seulement lorsque l’eau s’est intégralement évaporée. Dans les humidificateurs à électrodes, cela peut entraîner une surconcentration de l’eau du cylindre.
- Conversion en degrés de dureté étrangères : Les autres pays européens n’utilisent pas le degré de dureté allemand. En Suisse ou en France, c’est la dureté française qui est utilisée, en Amérique la dureté américaine, en Russie la dureté russe, etc. Quelques conversions : 1° dH (dureté allemande) = 1,252° dureté angl., 1,785° dureté franç., 1,043° dureté amér., 7,149° dureté russe, 17,850 ppm (parts per million), 17,850 mg CaCO3/l.
Ce qu’il faut savoir sur le traitement de l’eau.
- L’adoucissement de l’eau est en règle générale l’échange d’ions de calcium et de magnésium contre des ions de sodium. Ainsi, l’eau est plus douce et il se forme moins d’éléments minéraux (calcaire).
- La déminéralisation intégrale retire l’intégralité des sels minéraux de l’eau. En principe, on distingue deux systèmes : les échangeurs d’ions et l’osmose inverse. L’échange d’ions est une méthode de déminéralisation intégrale d’eau d’alimentation. Des résines spéciales échangent tous les cations contenus dans l’eau brute contre des ions d’hydrogène (H), et tous les anions correspondants contre des ions d’hydroxyle. Les groupes hydroxyles et les ions d’hydrogène se réunissent pour former de l’H2O (eau). En fonction des besoins en puissance, les échangeurs d’ions fonctionnent avec un système à 2 colonnes dans lequel les résines échangeuses sont stockées séparément (chacune dans une colonne). Pour les puissances faibles et moyennes, on utilise un parc d’homogénéisation dans lequel les deux résines sont mélangées dans un conteneur (cartouche).
- Osmose inverse : Dans l’osmose inverse, tous les sels minéraux sont retirés de l’eau à la suite de l’adoucissement de l’eau préalable, à l’aide d’une membrane semi-perméable sous pression. L’eau entièrement déminéralisée n’a plus aucune conductivité, elle n’est donc pas adaptée pour les humidificateurs à vapeur à électrodes et ne contient aucun élément minéral. Elle convient donc parfaitement bien, en tant qu’eau d’alimentation, aux humidificateurs à vapeur à résistances qui, en fonctionnement à l’eau entièrement déminéralisée, ne nécessitent pratiquement aucun entretien car aucun élément minéral n’émerge. Néanmoins, l’eau entièrement déminéralisée peut très bien être coupée avec de l’eau potable pour former une eau d’alimentation moins conductible pour les humidificateurs à vapeur à électrodes, de telle sorte que la durée de vie des cylindres est nettement augmentée.
Méthodes d’humidification de l’air.
- Atomisation (atomisateurs et atomisation à disques) Ici, l’eau d’humidification est atomisée en gouttelettes très fines, les aérosols. Pour pouvoir passer à l’état gazeux, ils puisent l’énergie nécessaire dans l’air ambiant sous forme de chaleur. L’atomisation a ainsi un effet refroidissant (adiabatique) sur la température de l’air. Avec cette méthode d’humidification, le besoin en énergie électrique est particulièrement faible.
- Atomisation par buses atomisatrices Les systèmes à buses fonctionnent soit uniquement à l’eau soit à l’eau et à l’air comprimé. Avec les buses monofluides, l’eau d’humidification entièrement déminéralisée est comprimée dans des buses à haute pression spéciales, à une pression de 50 à 60 bar, et y est atomisée en aérosols. Les buses bifluides fonctionnent à l’air comprimé et à l’eau, ce qui évite d’avoir à augmenter à nouveau la pression de l’eau.
- Atomisation à disques Ici, de l’eau fraîche est amenée sur un disque en rotation sur lequel l’eau est tractée par force centrifuge pour former un film mince. Sur le périmètre extérieur du disque, l’eau est projetée sur des dents de chicane spéciales qui l’atomisent en aérosols et les envoient dans la pièce.
- Humidification à vapeur Ici, l’eau est chauffée et l’air est humidifié avec la vapeur d’eau pure qui en résulte.
- Les humidificateurs à vapeur à électrodes conviennent à une utilisation avec de l’eau conductrice (par exemple de l’eau du robinet). Les électrodes sont agencées dans un cylindre de vapeur spécial. Si on y introduit de l’eau, le circuit électrique se ferme entre les électrodes et l’eau est chauffée : il en résulte de la vapeur d’eau pure inodore.
- Les humidificateurs à vapeur à résistances fonctionnent selon le principe du thermoplongeur. Des barres chauffantes agencées dans le cylindre de vapeur chauffent l’eau. Cette méthode d’humidification convient donc bien à toutes les qualités d’eau, sachant que l’eau d’alimentation entièrement déminéralisée est celle qui n’entraîne qu’un besoin d’entretien minimal.
- Les humidificateurs à injection de vapeur Ici, l’humidificateur est relié individuellement à des réseaux de vapeur existants. La vapeur sèche qui en résulte permet des distances d’humidification très courtes.
